Hematit/limonit içeren bir demir cevherinin zenginleştirme olanaklarının incelenmesi
Investigation of beneficiation possibilities of an iron ore containing hematite/limonite
Yazar: BERK BUDAK
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR ÖZCAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Cevher zenginleştirme = Ore dressing ; Demir cevheri = Iron ore

Özet:
Bu çalışmada, Malatya ili Hekimhan bölgesi sınırları içerisinde bulunan bir demir madeninin eski cevher üretim basamaklarından alınan temsili numune ile cevherin zenginleştirme davranımının belirlenmesine yönelik kapsamlı çalışmalar yürütülmüştür.
Detaylı karakterizasyon çalışmaları sonucunda tüvenan cevherin %50,56 gibi yüksek bir toplam Fe tenörüne sahip olmasına karşılık, önemli ölçüde safsızlık içerdiği tespit edilmiştir. Detaylı mineral serbestleşme analizi (MLA) sonuçları ile cevher numunesi içerisindeki ana demir kaynağının hematit ve limonit (götit) olduğu belirlenmiştir. Cevher içerisinde ana safsızlık olarak kuvars ve K feldispat (≌%11) ve daha düşük oranlarda biyotit, muskovit, Si-Al kil mineralleri ile Fe Oksit/Hidroksit kil karışımlarının bulunduğu saptanmıştır. Analiz edilen en ince fraksiyonunda (-75+25 μm) dahi ikili ve üçlü bağlı tane oranının yüksek olduğu görülmüştür. Davis tüp testi ve Satmagan analizleri ile cevherin yaklaşık olarak %4 manyetit içerdiği belirlenmiştir. Düşük alan şiddetli yaş manyetik ayırma yöntemi ile tüvenan cevherden %65.57 Fe tenörüne sahip bir konsantre %7.26 Fe verimi ile elde edilebilmiştir.
Cevher numunesinin yerçekimiyle zenginleştirme davranımının belirlenmesi amacıyla, -30+20 mm, -20+10 mm, -10+5 mm, -5+1 mm, -1+0.5 mm ve -0.5+0.212 mm boyut
fraksiyonlarına farklı yoğunluklarda ağır sıvı testleri yapılmıştır. Ağır sıvı test sonuçları, elde edilen -30+10 mm ve -10+0.212 mm konsantrelerin yüksek tenörlü cevherler ile paçallanarak demir çelik endüstrisinde kullanılabilir özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Her iki konsantre içerisinde limit değerleri aşan başlıca safsızlıklar ise Al2O3, TiO2, Ni ve toplam alkali miktarını ifade eden (K2O+ Na2O) olarak belirlenmiştir.
Numunenin ince boyda zenginleştirme davranımının belirlenmesine yönelik yerçekimi ile zenginleştirme, manyetik ayırma, hidrolik sınıflandırma, seçimli salkımlaştırma ve flotasyon yöntemlerinin birlikte ve kademeli kullanıldığı 3 farklı deneysel yöntem uygulanmıştır. Bu yöntemler arasında tüvenan cevhere göre en fazla konsantre (%69.59) ve en yüksek demir verimi (%80.39) yerçekimi ile zenginleştirmeyi takiben gerçekleştirilen manyetik ayırma aşamalarında elde edilmiştir. İnce öğütme ve takiben seçimli salkımlaştırma çalışmaları ile elde edilen nihai konsantrenin toplam Fe tenöründe artış ve safsızlık değerlerinde düşüş görülmesine karşın toplam demir veriminde (%44.07) ve elde edilen konsantre miktarında (%37.26) ciddi bir düşüş yaşanmıştır. En yüksek kalitedeki ürün ise tüvenan cevherin -53 μm'ye öğütülmesi sonucu gerçekleştirilen yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırma testi sonucunda elde edilmiştir. Bu koşulda tüvenan cevherin ağırlıkça %64.20'si %60.94 Fe tenörü ve %77.09 Fe verimi ile kazanılmıştır.
Sinter/pelet üretimine yönelik çalışmalarda cevher numunesi üzerinde birçok fiziksel ve fiziko kimyasal zenginleştirme yöntemi farklı boylarda tek tek ve bir arada kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında pelet kalitesine en yakın özelliklerdeki konsantre ise %60.94 Fe tenörü ve %77.09 Fe verimi ile elde edilmiştir. Bu sonuç, cevher mineralojisin ve tanelerin bağlılık ilişkilerinin en ince boylarda dahi karmaşık olduğunun göstergesidir. Tüm konsantrelerdeki benzer SiO2, K2O ve Al2O3 değerleri kuvars ve K-feldispat taneleri ile hematit ve Fe oksit/hidroksit tanelerinin ikili bağlılık durumunun tüm boyut fraksiyonlarında devam ettiğinin açık bir göstergesidir. Benzer şekilde Al2O3 içeriğinin de yüksek değerlerde kalması Fe Oksit/Hidroksit kil karışımlarının yetersiz serbestleşmesi ile ilişkilendirilmektedir.

Abstract:
In this study, detailed studies were carried out to determine the beneficiation behavior of the ore with a representative sample collected from the old ore benches of an iron mine located within the borders of the Hekimhan region of Malatya province.
As a result of detailed characterization studies, it is determined in despite of, the run-of-mine ore had a high total Fe grade of 50.56% it contained significant impurities. With the results of detailed mineral liberation analysis (MLA), it was determined that the main iron source in the ore sample was hematite and limonite (goethite). It was determined that the main impurities in the ore were quartz and K feldspar (≌11%) and lower amounts of biotite, muscovite, Si-Al clay minerals and Fe Oxide/Hydroxide clay mixtures. It was observed that the amounts of binary and tertiary locked particles are high even in the finest fraction (-75+25 μm). It was determined from Davis Tube test and Satmagan analyzes that the ore contains approximately %4 magnetite. It was determined from Davis Tube test and Satmagan analyzes that the ore contains approximately %4 magnetite. A concentrate with 65.57% Fe grade could be obtained with a 7.26% Fe recovery from run-of-mine ore by low intensity magnetic separation.
In order to determine the beneficiation behavior of the ore sample by gravity concentration, heavy liquid tests were carried out at different densities on the -30+20 mm, -20+10 mm, -10+5 mm, -5+1 mm, -1+0.5 mm and -0.5+0.212 mm size fractions. Heavy liquid test results showed that the obtained -30+10 mm and -10+0.212 mm concentrates have properties that can be used in the iron and steel industry by blending with high grade ores. The main impurities exceeding the limit values in both concentrates were determined as Al2O3, TiO2, Ni and (K2O+ Na2O), which represents the total amount of alkali.
3 different experimental methods in which gravity concentration, magnetic separation, hydraulic classification, selective flocculation and flotation methods were used together and step by step to determine the beneficiation behavior of the sample in finer sizes. Among these methods, the highest mass recovery (69.59%) and the highest iron recovery (80.39%) compared to run-of-mine ore were obtained in the magnetic separation stages following gravity concentration. Although there was an increase in the total Fe grade and a decrease in the impurity content of the final concentrate obtained through fine grinding and subsequent selective flocculation studies, there was a significant decrease in the total Fe recovery (44.07%) and the amount of concentrate (37.26%). The highest quality product was obtained as a result of the high intensity wet magnetic separation test performed by grinding the ore at -53 μm. Under this condition, 64.20% t of the run-of-mine ore was concentrated with 60.94% Fe grade and 77.09% Fe recovery.
During the studies on sinter/pellet production, many physical and physicochemical beneficiation methods have been used individually and in combination on the ore sample in different sizes. The concentrate closest to the pellet quality was obtained with 60.94% Fe grade and 77.09% Fe recovery by experimental studies. This result indicates that the ore mineralogy and particle locking relationships are complex even at the finest sizes. Similar SiO2, K2O and Al2O3 values in all concentrates are a clear indication that the binary locked of quartz and K-feldspar grains and hematite and Fe oxide/hydroxide grains continues in all size fractions. Similarly, the Al2O3 content remaining at high values is associated with insufficient liberation of Fe Oxide/Hydroxide clay mixtures.