Kil minerallerinin flokülasyon ve koagülasyon işlemleri ile çöktürme karakteristiklerinin incelenmesi
Flocculation and coagulation of the clay minerals investigation of characteristics by the processes of precipitation
Yazar: MUHAMMED GÖÇER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VİLDAN ÖNEN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Flokülasyon = Flocculation ; Kil = Clay ; Koagülasyon = Coagulation ; Çökeltme = Sedimentation

Özet:
Kil zenginleştirme tesislerinde ve kil ara kesmelerine sahip kömürlerin zenginleştirilmesinde kil minerallerinin çökelme karakteristikleri oldukça önemlidir. Son yıllarda kil minerallerinin çökelme verimlerinin arttırılması için çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bu yöntemlerden mekanizması bilinen ve en çok tercih edilen yöntemlerin başında koagülasyon ve flokülasyon yöntemleri gelmektedir. Bu yöntemlerde değişik kimyasallar kullanılarak ince tane boyutuna sahip kil mineralleri bir araya getirilerek çökelme hızları arttırılmaktadır.
Bu çalışmanın amacı, farklı gruplara ait kil minerallerinin çökeltilmesinde koagülasyon, flokülasyon ve koagülasyon+flokülasyon ve dual flokülasyon yöntemlerinin uygulanabilirliğinin araştırılmasıdır. Bu tez çalışmasında çalışılan kil mineralleri için uygun koagülant, flokülant türlerinin belirlenmesi ve optimum koşulların tespit edilerek, bu optimum koşullarda elde edilen çökelme özelliklerinin karşılaştırılması yapılmıştır.
Deneylerde Kaolin, Na-Bentonit, Ca-Bentonit, Ara tip (Na, Ca) bentonit (N999) ve Ara tip (Na, Ca) bentonit (N1000) kil mineralleri kullanılmıştır. Koagülant olarak Al2(SO4)3.18H2O, FeCl3.6H2O, NaCl, MgCl2 ve CaCl2 kullanılmıştır. Flokülant olarak anyonik (A150), katyonik (C521) ve noniyonik (N100) flokülantlar kullanılmıştır. Koagülant/ flokülant türü ve dozajı, karıştırma süresi/hızı, çökelme süresi çalışılan deneysel parametrelerdir. Deneysel çalışmalarda kullanılan koagülant ve flokülantların performansları, süspansiyonun zamana bağlı ara yüzey yüksekliği değişimi ile deneysel çalışmalar sonucu oluşan temiz suyun bulanıklık verileri kullanılarak değerlendirilmiştir. Koagülasyon deneylerinde belirlenen optimum koşullar için en iyi sonuçları; kaolin, Na ve Ca bentonitler için sırasıyla % 91,06 verim ve 26,90 NTU, % 21,85 verim ve 4220 NTU ve % 97,83 verim ve 13,79 NTU bulanıklık değeri ile FeCl3.6H2O, Na-Ca-bentonit (N999 ve N1000) için sırasıyla % 94,29 verim ve 95 NTU, % 92,43 verim ve 5,6 NTU bulanıklık değeri ile Al2(SO4)3.18(16)H2O vermiştir.
Bütün mineraller için en etkili flokülant anyonik A150 olmuştur. Kaolin, Na, Ca, Na-Ca (N999), Na-Ca (N1000) bentonitler için optimum değerler sırasıyla % 94,32 verim ve 17,10 NTU, % 81,70 verim ve 988 NTU, % 98,75 verim ve 7,92 NTU, % 95,38 verim ve 76,80 NTU, % 89,65 verim ve 7,66 NTU' dur.
Koagülasyon+flokülasyon deneylerinde ise en iyi performansı Na ve Na-Ca (N999) bentonit için sırasıyla % 93,09 verim ve 373 NTU, % 96,89 verim ve 51,8 NTU bulanıklık değeri ile NaCl+anyonik (A150) flokülant vermiştir.
Sonuç olarak; gerek elde edilen bulanıklık değerleri gerekse yüksek çökelme verimlerine sahip olmaları nedeniyle kil mineral süspansiyonlarından bulanıklık giderimin de flokülantlar koagülantlara göre biraz daha iyi sonuçlar vermekle birlikte koagülantlar ile de etkili bir giderimin sağlandığı söylenebilir. Yalnız koagülantlar ile yapılan giderimde kullanılan kimyasal sarfiyatı oldukça fazladır. Metodların tek başına uygulanmasında etkili bir sedimantasyonun sağlanmadığı durumlarda koagülantlar ile birlikte flokülantların kullanımının sedimantasyonu önemi ölçüde artırdığı belirlenmiştir. 
Böylece hem maliyet açısından hem de çevre açısından daha olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Kil minerallerinin verimli bir şekilde çökeltilmesi hem ekonomik hem de çevresel açıdan önemlidir. Bu önem kil zenginleştirme tesislerindeki çökeltme işlemlerinin verimli gerçekleştirilmesi ile ekonomik, kil ara kesmelerine sahip kömürlerin zenginleştirilmesi tesislerinde ise kullanılan suyun geri kazanılması ile çevresel olmaktadır.

Abstract:
Sedimentation characteristics of clay minerals are very important in mineral processing plants and benefication of coal which has clay gap cutting. In recent years, various methods are applied for increasing to sedimentation efficiency of clay minerals. Coagulation and flocculation are the methods which known mechanisms and the most preferred. This methods is increased sedimentation rate of fine size clay minerals with different chemicals.
In this study, the sedimentation behaviour of clay minerals belong to different groups was investigated with coagulation, flocculation, coagulation+flocculation and dual flocculation methods. The suitable coagulant/flocculant species/dosages were determined for each of clays and sedimentation properties were compared for optimum conditions. 
Kaolin, Ca bentonite, Na bentonite and mixed bentonite samples (N999-N1000) were used in the experiments. In coagulation, Al2(SO4)3, FeCl3,  MgCl2, CaCl2, NaCl were used and in flocculation, anionic (A150), cationic (C521) and nonionic (N100) polymers were used. Coagulant/ flocculant type/dosage, mixing speed/time and sedimentation time were the investigated variables. The performances of the coagulant/flocculant in the experimental studies were assessed with the change in the interface height during sedimentation resultant and turbidity values of treated water.
The coagulants and flocculants performances are used in experimental studies, the suspension of the time-dependent interfacial height variation and clean water turbidity data from the experimental studies used for the determination. In coagulation experiments, the best performances (91.06% efficiency-26.9 NTU; 21.85% efficiency - 4220 NTU; 97.83% efficiency - 13.79 NTU) were obtained with FeCl3 for kaolin, Na bentonite and Ca bentonite, respectively. For mixed bentonites (N999-N1000), the best performances (94.29% efficiency-95 NTU; 92.43 efficieny-5.6 NTU) were obtained with Al2(SO4)3 respectively.
In flocculation experiments, anionic flocculant provided best efficiency for all clay minerals. The best performance was obtained as 94.32% efficiency-17.10 NTU; 81.70% efficiency - 988 NTU; 98.75% efficiency - 7.92 NTU; 95.38% efficiency - 76.80 NTU; 89.65% efficiency - 7.66 NTU for kaolin, Na bentonite, Ca bentonite, mixed bentonites (N999-N1000), respectively.
In combined methods the best performances were determined as 93.09 efficiecy-373 NTU; 96.89%-51.80NTU with NaCl+A150 for Na bentonite and Na-ca bentonite (N999), respectively.
As a result, flocculants are more effective than coagulants with the resulting turbidity values and high sedimentation efficiencies but coagulants have good efficiency. However consumption of chemical is very much in coagulation. The higher flocculation performances could be achieved with combined methods at the lower coagulant/flocculant amounts when compared to single coagulation/ flocculation methods.
Thus, positive results were obtained for cost and environment. Sedimentation of clay minerals are very important for economically and environmentally. Both of economically and environmentally are important for the deposition of clay minerals in an efficient manner. With this impotance, the sedimentation processes are economic with achieved efficient in the clay benefication plants. The recovery of used water is being environment at the enrichment of clay with intermediate cutting coals.