Eskişehir beylikova bölgesi barit ve florit içeren nte cevherinin flotasyon yöntemiyle zenginleştirilmesi
Enrichment of Eskişehir beylikova region ree ore containing barite and fluorite by flotation method
Yazar: CEYDA ŞAVRAN
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH EKREM YÜCE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Cevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Nadir toprak elementleri (NTE), sahip olduğu özellikler sayesinde yüksek teknoloji gerektiren ürünlerde kullanılmakta olup, stratejik öneme sahip olmaları ile son zamanlarda gündemdedir.
Doğada yaklaşık 250 NTE minerali mevcuttur ancak bu minerallerin büyük çoğunluğunda NTE eser miktarda bulunmaktadır. Dünyada içeriği yüksek olarak bulunan ve ekonomik değer taşıyan 3 mineral vardır: basnazit, monazit ve ksenotim. NTE'lerin fiziksel ve kimyasal olarak benzerlikleri sebebiyle mineral zenginleştirmesi ve uç ürün olarak üretilmesi ayrışma zor gerçekleştiği için oldukça yoğun ve kompleks bir proses dizgesi gerektirmektedir.
Dünya rezervinin yaklaşık %40'ına sahip olan ve üretici olarak tekel konumunda bulunan Çin, ihracata sınırlamalar getirmiştir. Bu sınırlamalar ile birlikte yüksek teknoloji üreten ülkeler NTE metal ve alaşımları için hem kaynak arayışı hem de üretim yöntemleri üzerine birçok AR-GE faaliyetleri yürütmektedir. Bu kapsamda ülkemizde de son yıllarda AR-GE faaliyetleri hız kazanarak, Eskişehir-Beylikova Bölgesinde rezervi tespit edilmiş olan NTE mineralinin üretimine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Bu amaçla, ETİ Maden İşletmeleri tarafından pilot çaplı konsantre tesisi kurulum aşamasına getirilmiştir. Bu yatakta belirlenen cevher bastnazit olarak bilinmekte iken son çalışmalarda Parisit olduğu ortaya koyulmuştur. Parisit, florakarbonatlı bir cevher olup basnazit ile benzer yüzey özelliklerine sahiptir. Dünyadaki örneklere bakıldığında basnazit içeren yatakların birçoğunda parisit de mevcuttur. Bu cevherlerin zenginleştirme yöntemi seçimine bakıldığında Basnazit/Parisit içeren yatakların hemen hepsinde farklı proses akım şemaları ile karşılaşılmaktadır. Bunun sebebi, NTE içeren yatakların yan kayaçlarının gösterdiği çeşitlik ve tane serbestleşme boyutudur. Ülkemizde, literatür verilerine bakıldığında, Eskişehir-Beylikahır NTE mineralinden konsantre eldesine yönelik yayınlanmış sistematik ve ekonomik değer taşıyan bir çalışma olmaması ve NTE flotasyonunun süregelen bir problem olması bu çalışmanın itici gücünü oluşturmaktadır.
Bu tez kapsamında, ince boyutta (-10 mikron) serbestleştiği bilinen NTE minerallerinin cevherin -38 mikron boyut grubunda flotasyon yöntemi alternatifleri (klasik ve kolon flotasyonu) ile zenginleştirme olanaklarının incelenmesi, ve zenginleştirme koşullarının optimizasyonu amaçlanmıştır.
Flotasyon öncesi ön konsantre hazırlamak amacıyla ilk olarak tüvenan cevhere uygulanacak olan dağıtma işleminin optimizasyonu yapılmış ve %75 PKO'da 15 dk koşullarında dağıtılmış cevherde d80: 0,6 mm, d50: 0,09 mm olarak elde edilmiştir.
Tüvenanda %5 olan NTO içeriği dağıtma yapılmış cevherin -38 mikron boyut grubunda %11'lere yükselmiştir. Dağıtma sonucunda alınan numuneler belirli boyutların altına indirilerek -212+38, -150+38, -106+38 μm boyut gruplarında gravite
xx
ile zenginleştirme deneyleri yapılmıştır. Mozley masasının kullanıldığı deneyler sonucunda %85,6 BaSO4 ve %8,7 CaF2 içerikli ağır bir ürün elde edilmiştir. Gravite ayrımı sonucunda ileri çalışmalar için -150+38 μm boyut fraksiyonunun gravite ayrımı için optimum aralık olarak belirlendiği sonucuna varılmıştır. Bu boyut grubunda NTO'ların ortalama %87'sinin -38 mikrona geçtiği ve içeriklerinin %8,5 olduğu görülmektedir. Sonuçta, -150+38 μm üst boyut grubunun iri boyutta zenginleştirme, -38 μm boyutunda ise NTO zenginleştirme çalışmalarının yapılmasına karar verilmiştir.
-38 μm boyut grubu içinde -10 μm'da yoğunlaştığı belirtilen NTO'ların dağılımlarını görebilmek için hidrosiklon kullanılarak bu boyut grubu ayrılmıştır. Yapılan analiz sonucuna göre -10 μm'da NTO içeriğinin %13'lerde olmakla beraber dağılımları %70'lerde olduğu belirlenmiştir. -38 μm boyut grubunda ise NTO içeriği %9,5 civarında ve dağılımı %85'lere yükselmektedir.
Bu verilerden hareketle, flotasyon deneyleri hem -10 mikron hem de -38 mikronda boyut gruplarında yapılmıştır. -38 mikronda yapılan deney sonuçlarında, bu boyutta elde edilen barit konsantresinin BaSO4 içeriği, yaklaşık %90'a yüksetilerek %37 verimle kazanılmıştır. Baritten sonra NTO flotasyonu yapılmış, farklı toplayıcıların etkisi incelenmiştir. Bu durumda, Çin'li bir firma tarafından temin edilen F2 kollektörünün NTO'lar için en seçimli reaktif olduğu belirlenmiştir. Tüm NTO deneyleri göz önüne alındığında girene göre (-38 mikron boyut grubu) toplam %9,5 NTO içeriğinin ancak %12'ler mertebesine çıkarılabildiği belirlenmiştir. Bu durum NTO minerallerinin çok ince boyutlarda serbestleşmesi ve bu boyutlarda klasik flotasyonun zorlukları nedeniyle istenilen içerik ve verimlere ulaşılamadığı biçiminde değerlendirilmiştir.

Abstract:
Rare earth elements (REE) are used in products that require high technology, thanks to their properties, and have been on the agenda recently due to their strategic importance.
There are approximately 250 REE minerals in nature, but most of these minerals have trace amounts of REE. There are 3 minerals with high content and economic value in the world: basnasite, monazite and xenotime. Due to the physical and chemical similarity of REEs, mineral enrichment and production as end-products require a very intense and complex process sequence, since decomposition is difficult.
China, which has about 40% of the world's reserves and has a monopoly position as a producer, has imposed restrictions on exports. With these limitations, countries producing high technology carry out many R&D activities on both the search for resources and production methods for REE metals and alloys. In this context, R&D activities have gained momentum in our country in recent years, and studies are carried out for the production of REE mineral, whose reserve has been determined in Eskişehir-Beylikova Region. For this purpose, a pilot-scale concentrate plant was brought to the stage of installation by ETİ Maden. While the ore determined in this deposit is known as bastnasite, in recent studies it has been revealed to be Parisite. Parisite is a fluorocarbonate ore and has surface properties similar to basnasite. When we look at the examples in the world, parisite is also present in most of the deposit containing basnasite. Considering the separation method of these ores, different process flow charts are encountered in almost all of the deposits containing basnasite/parisite. The reason for this is the diversity and grain liberation size of the host rocks of the REE-bearing deposits. Considering the literature data in our country, the fact that there is no systematic and economic study published on the production of concentrate from Eskişehir-Beylikova REE mineral and that REE flotation is an ongoing problem constitutes the driving force of this study.
Within the scope of this thesis, it is aimed to investigate the enrichment possibilities of REE minerals known to be released in ultrafine size (-10 microns) with flotation method alternatives (classical and column flotation) in the -38 micron size group of the ore, and to optimize the enrichment conditions.
In order to prepare pre-concentrate before flotation, the scrubbing process to be applied to the ore was optimized first and d80: 0.6 mm, d50: 0.09 mm were obtained in the scrubbed ore at 75% solid ratio under 15 min conditions. The REO content, which was 5% in the ore increased to 11% in the -38 micron size group of the scrubbed ore. The samples taken as a result of scrubbing were reduced below certain dimensions and enrichment experiments with gravity were carried out in size groups of -212+38, -150+38, -106+38 μm.
xxii
As a result of the experiments using the Mozley table, a heavy product with 85.6% BaSO4 and 8.7% CaF2 content was obtained. As a result of gravity separation, it was concluded that -150+38 μm size fraction was determined as the optimum range for gravity separation for further studies.
In this size group, it is seen that 87% of REOs on average pass to -38 microns and their content is 8.5%. As a result, it was decided to carry out coarse enrichment studies for the -150+38 μm upper size group and REO enrichment studies for -38 μm size.
In order to see the distributions of REOs, which are stated to be liberated at -10 μm within the -38 μm size group, this size group was separated by using a hydrocyclone. According to the results of the analysis, it was determined that the REO content at -10 μm was around 13%, but their distribution was around 70%. In the -38 μm size group, the REO content is around 9.5% and the distribution rises to 85%.
Based on these data, flotation experiments were performed in both -10 micron and -38 micron size groups. In the results of the experiment performed at -38 microns, the BaSO4 content of the barite concentrate obtained at this size was increased to approximately 90% and recovery was 37%. REO flotation was performed after barite flotation and the effect of different collectors was examined. In this case, the F2 collector was determined to be the most selective reagent for REOs. Considering all NTO experiments, it has been determined that the total REO content of 9.5% can only be increased to the order of 12%, according to the feed material (-38 micron size group). This situation has been evaluated as the liberation of REO minerals in very fine sizes and the desired content and yields cannot be achieved due to the difficulties of classical flotation at these sizes.