Cevher hazırlama ve zenginleştirmede mikrodalga enerjisinin kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of possibility of microwave energy use in mineral processing
Yazar: MEHMET FARUK ESKİBALCI
Danışman: DOÇ.DR. ŞAFAK GÖKHAN ÖZKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Cevher hazırlama = Mineral processing ; Flotasyon = Flotation ; Mikrodalga ısıtma = Microwave heating ; Öğütme = Grinding

Özet:
Bu çalısmada mikrodalga enerjinin kolemanit ve üleksit mineralleri üzerindeki etkisi vebu etki altında kolemanit ve üleksit minerallerinin degisik cevher hazırlama vezenginlestirme yöntemlerine nasıl cevap verdigi incelenmistir.Çalısmayı üç bölüme ayırmak mümkündür. Birinci bölümde; mikrodalga enerjininyapısı ve mikrodalga enerji ile ısıtma prensipleri hakkında genel bilgiler verilmis,mikrodalga ısıtma sistemlerinin konvansiyonel ısıtma sistemlerine göre farklılıkları,avantaj ve dezavantajları incelenmistir. Sanayide kullanılan mikrodalga fırın tiplerindenbahsedilerek özellikleri hakkında bilgiler verildikten sonra malzeme ve madencilikalanında mikrodalga enerji ile ilgili bugüne kadar yapılmıs çalısmaların derlemesininyapıldıgı bölümler yer almaktadır. Daha sonra çalısmaya konu olan bor minerallerihakkında özellikle Türkiye bor kaynakları, bölgeleri, jeolojisi, madenciligi ve kullanımalanları ile ilgili özet bilgiler verilmistir.Çalısmanın ikinci bölümünde kolemanit ve üleksit minerallerinin karakterizasyontestleri yer almaktadır. Bu kapsamda; orijinal ve mikrodalga enerjiye maruz kalmısminerallerin komple kimyasal analizi, XRD ile mineralojik analizi, TG ve DTA ile ısılanalizi, FT-IR analizi, Taramalı Elektron Mikroskop ile yüzey özelliklerininbelirlenmesi, minerallerin dielektrik özelliklerinin belirlenmesi gibi testler yapılarakmikrodalga enerjinin minerallerin karakteristik özellikleri üzerindeki etkileri tespitedilmeye çalısılmıstır.Sonuçta mikrodalga enerji kullanımının hidrate bor mineralleri üzerinde yapısal birtakım degisikliklere yol açtıgı belirlenmistir. Örnegin kolemanit minerali 900 W güçseviyesinde 45 dk mikrodalga enerjiye maruz kaldıgında ölçülebilen yüzey sıcaklıgı 3200C olurken yaklasık 0,6 mol bünye suyunu kaybetmektedir. Üleksit mineralinin ise aynıkosullarda ölçülen yüzey sıcaklıgı 280 0C olurken, yaklasık 7 mol bünye suyunukaybettigi tespit edilmistir.Çalısmanın üçüncü bölümünde ise, mikrodalga enerjinin, kolemanit ve üleksitminerallerinin çözünürlük, ögütülebilirlik, manyetik zenginlestirme, elektrostatikzenginlestirme ve flotasyon ile zenginlestirme islemlerine olan etkileri belirlenmeyeçalısılmıstır. Her bir konu ayrı bir baslık halinde detaylı olarak ele alınmıstır.Mikrodalga enerjinin etkilerini belirleyebilmek için öncelikle mikrodalga enerjiyemaruz bırakılmamıs örnekler üzerinde testler gerçeklestirilerek belirli sonuçlar alınmıs,alınan bu sonuçlar mikrodalgaya baglı deneylerden elde edilen veriler ilekarsılastırılmıstır.Kolemanit ve üleksit mineralleri üzerinde yapılan çözünürlük deneylerinde; normal(mikrodalga ön islem görmemis) numunelerin deney sonuçlarını incelendiginde;çözünme süresi ve çözelti sıcaklıgı arttıkça numunelerin çözünmeye baglı katıkayıplarında artıs meydana gelmis, pülp yogunlugu arttıkça ise katı kayıplarında birdüsme gözlenmistir. Mikrodalga enerjinin çözeltideki %katı kayıpları üzerindekietkisini görebilmek için yapılan deneylerde %10 pülpte katı oranı, oda sıcaklıgı ve 60dk çözünme süresi sabit tutularak bir dizi deney gerçeklestirilmistir. Mikrodalgaya baglıyapılan bu deneylerden güç yogunlugu ve maruz kalma süresi arttıkça kolemanit veüleksit minerallerinin çözünürlük %katı kayıplarında normal numunelere kıyasla büyükazalmalar meydana gelmistir. Bu miktar kolemanit ve üleksit mineralleri için sırası ile%58 ve %60 seviyelerinde gerçeklesmistir.Kolemanit ve üleksit minerallerinin mikrodalgaya baglı ögütülebilirliklerininincelendigi deneylerde; ögütme sartları tüm deneylerde sabit tutulmak üzere normal vemikrodalga enerjiye maruz kalmıs numuneler üzerinde bir dizi deneygerçeklestirilmistir.Kolemanit ve üleksit minerallerinin -8+4 mm tane boyutu grubu üzerinde yapılan tümdeneylerde uygulanan mikrodalga enerjinin minerallerin ögütülebilirligini bariz birsekilde arttırdıgı göze çarpmaktadır. Orijinal kolemanit mineralinin ögütme sonrası d80tane boyutu 5,5 mm'den 3,4 mm'ye kadar düsmesine karsın orijinal üleksit mineralininögütme sonrası d80 tane boyutu 5,2 mm'den 0,15 mm'ye kadar düsmüstür. Bu sonuç damikrodalga enerjisinin minerallerin ögütülebilirliklerini önemli oranda arttırdıgınıgöstermektedir.Uygulanan mikrodalga enerjinin kolemanit ve üleksit minerallerinin manyetiközelliklerine olan etkilerinin arastırıldıgı deneylerden elde edilen sonuçlarincelendiginde mikrodalga enerjisinin manyetik ayırma sonuçlarına olumlu ya daolumsuz herhangi bir etki yapmadıgı tespit edilmistir.Yapılan elektrostatik ayırma deneylerinden; uygulanan mikrodalga enerjinin odasıcaklıgında yalıtkan özellik gösteren kolemanitin bu özelligini daha da aktif halegetirerek düsük voltajlarda bile elektron tutma kabiliyetini arttırdıgı, oda sıcaklıgındailetken özellik gösteren üleksit minerali üzerinde yapılan mikrodalga enerjiye baglıdeneylerden ise üleksitin mikrodalga enerjisi etkisi ile yalıtkan özellik göstermeyebasladıgı tespit edilmistir. Karsılastırma amacıyla yapılan konvansiyonel ısıtma damikrodalga enerji ile aynı etkiyi ortaya çıkarmıstır.Mikrodalga enerjisinin kolemanit cevherinin flotasyonuna olan etkisi incelendigindeuygulanan mikrodalga enerjinin slamın olumsuz etkisini bir miktar ortadan kaldırdıgıslam atılarak yapılan deneylerden alınan sonuçların ise sıcaklıkla dogrudan olumluyönde etkilendigi ancak konvansiyonel ve mikrodalga ısıtmanın benzer sonuçlar verdigibelirlenmistir.Sonuç olarak mikrodalga enerjisi ortamın sıcaklıgını kısa sürede arttırmasından dolayıkolemanit ve üleksitin yapısal özelliklerini degistirmekte ve bu da cevher hazırlama vezenginlestirme sonucunda elde edilen ürünlerin karakterini belirlemektedir.

Abstract:
The effects of microwave on the physical properties of colemanite and ulexite mineralsand on the mineral processing of these minerals are investigated in this study.This research is divided into three chapters. The general nature of microwave and theprinciples of microwave heating are given in the first chapter. In the second chaptermicrowave related research studies carried out in mineral processing operations so far isgiven. In the third chapter the present research is presented.In the second chapter Turkey?s Boron mineral districts, their geologies and miningmethods are introduced firstly and uses of boron minerals are described. Turkey has70% of world reserves.In the third chapter firstly the characterization tests on colemanite and ulexite mineralsare given. In this context complete chemical analysis, XRD and microscopic analysis,TG and DTA termic analysis of these minerals are mentioned. The surfacecharacteristics of these minerals are determined also by scanning electron microscope.Dielectric properties of these minerals after microwave applications are determined.Consequently, use of microwave energy caused structural changes on hydrated boronminerals. Colemanite mineral has lost 0.6 mol crystal water under microwave energy of900 watt for duration of 45 minutes, and its surface temperature reached to 320 oC.Ulexite mineral has lost 7 mol crystal water and its surface temperature reached to 280oC under similar microwave conditions.Further in the third chapter the results of microwave treatment on the solubility, thegrindability, magnetic, electrostatic and flotation separation abilities are reported. Forthis reason grades and recovery values of the concentration tests on original samples arecompared with those concentration tests on the samples treated with microwave.Solubility of colemanite and ulexite increased with duration of the treatment and watertemperature, but decreased by solid concentration in the pulp in the solubility tests ofcolemanite and ulexite samples. To evaluate the effects of microwave energy on thesolubility of colemanite and ulexite, a series of tests carried out at room temperature,10% solid concentration and 60 minutes of treatment duration, the results of these testscompared with the solubility test of original samples. The solubilities of microwavetreated samples of colemanite and ulexite increased about 58% and 60% respectivelycompared to original samples.The effects of microwave energy on the grindability of colemanite and ulexite wereinvestigated by conducting a series of tests keeping similar conditions constant.In the feed particle size range -8+4 mm of colemanite and ulexsite minerals grindabilityincreased with microwave energy treatment. After the grinding d80 size of colemanitedecreased from 5,5 mm to 3,4 mm and d80 size of ulexite decreased from 5,2 mm to0.15 mm. Grinding results of both minerals particularly of ulexite were enhancedsubstantially under the effect of microwave energy.The use of the microwave energy did not necessarily affect the magnetic properties ofcolemanite and ulexite minerals according to appropriate tests on high intensitymagnetic separators.Electrostatic separation tests on colemanite samples showed that nonconductanceproperties of colemanite minerals increased at room temperature and conductanceproperties of ulexite minerals decreased and changed into nonconductance sidegradually. Heat treated samples of both minerals showed also similar tendencies.The effects of microwave energy on the flotation properties of colemanite minerals werealso investigated. The use of microwave energy improved the negative effects of slimeto certain degree, but the similar effect was also observed with conventional heating.Flotation of deslimed samples gave better results under certain temperature created bymicrowave or conventional heating.Finally the use of microwave energy on the hydrated boron minerals, colemanite andulexite caused substantial structural changes which are very important in theirbeneficiations, particularly increasing the temperature of the medium in a very shorttime.