Silis kumunun kurutulması için kızılötesi ısıtmalı yeni bir kurutucu tasarımı ve endüstriyel uygulaması
Design and industrial application of a novel dryer with infrared heating for the drying of silica sand
Yazar: DİLARA SERT
Danışman: PROF. DR. HASAN HACIFAZLIOĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Günümüzde birçok alanda kurutucu kullanımı mevcuttur. Genel anlamda silis kumunun kurutulması için döner kurutucular kullanılmaktadır. Döner kurutucuların ilk yatırım ve bakım-onarım maliyetlerine ek olarak kurutma işlemi sırasında silis kumunun kirlenmemesi adına doğalgazın kullanımı da maliyeti arttırmaktadır. Ayrıca doğalgaz yandığı zaman çeşitli gaz kirleticiler oluşturabilmektedir. Bu bağlamda, kullanım alanı giderek artan, çevre ile dost ve ilk yatırım maliyeti düşük olan kurutma sistemleri ön plana çıkmaktadır. Bu sistemlere verilebilecek en iyi örneklerden biri kızılötesi kurutmadır. Bu kurutucular, teknolojinin ilerlemesiyle daha elverişli hale gelmiştir ve gıda sektöründen sonra madencilik sektörüne de giriş yapmıştır. Kızılötesi ışınların diğer farkı ise ısıyı diğerlerinden daha fazla taşıyabilmesidir. Kızılötesi kurutucularda kullanılan lambalar verilen elektrik enerjisinin %98'ini ısı enerjisi olarak geri dönüştürebilmektedir. 

Silis kumu yaş yöntemlerle zenginleştirilmekte ve üretilen konsantreler genellikle %14-18 aralığında nem içermektedir. Stokta uygun drenaj sistemi ile 1 gün bekletilen konsantrelerin nem içeriği %10 seviyelerine kadar düşmektedir. Ancak, birkaç gün daha fazla bekletilme durumunda ise nem içeriği çok fazla değişmemektedir. Satılabilir silis kumu konsantrelerinde istenilen nem değeri maksimum %6, minimum %4'dür. %6'nın üzerinde nem içeren silis kumları genellikle cezalı satılmakta ve kullanım alanlarında çeşitli problemlere neden olmaktadır. Yine, %4'ün altındaki nem içeriği silis kumunun taşınmasında ve kullanımında çeşitli tozuma problemlerine neden olmaktadır.  Bu bağlamda, silis kumlarının ortalama %5 civarında bir neme sahip olması istenmektedir. 

Bu tez çalışmasında, silis kumunun kurutulması için yeni bir kurutucu tasarlanmıştır. Klasik döner kurutuculara alternatif oluşturabilecek olan bu kurutucu, akışkan yataklı ve kızılötesi (IR) ısıtıcılı bir kurutucudur. Akışkan Yataklı Kızılötesi Kurutucu (AY-IR) tasarlanmadan önce, silis kumu numunesi ile laboratuvar ölçeğinde çeşitli kurutma deneyleri yapılmıştır. Kurutma deneylerinde, kızılötesi lamba kullanılmış ve farklı çalışma koşullarında (kurutma süresi, lamba mesafesi ve tabaka kalınlığı gibi) bir dizi deney yürütülmüştür. Bu deney sonuçlarından yola çıkılarak AY-IR kurutucu tasarlanmış ve endüstriyel ölçekte silis kumunun kurutulması için testleri yapılmıştır. Gerek laboratuvar gerekse endüstriyel test sonuçlarına göre kızılötesi radyasyonun silis kumunun kurutulmasında kullanılabileceği görülmüştür. Ayrıca, kurutma verimi üzerinde çalışma parametrelerinin (tabaka kalınlığı, lamba mesafesi ve kurutma süresi) önemli etkilere sahip olduğu belirlenmiştir. 

AY-IR kurutucu ile yapılan testler sonucunda, silis kumunun nem içeriği 6 dk'lık bir kurutma süresi sonunda %10,20'den %5,50'ye düşmüştür. Bu işlem için toplam kurutma maliyeti ise ton başına 15,80 TL bulunmuştur.

Abstract:
Nowadays, there are many areas of use of dryers. In general, rotary dryers are used for drying silica sand. In addition to the initial investment and maintenance-repair costs of rotary dryers, the use of natural gas to not contaminate the silica sand during the drying process also increases the cost. Also, when natural gas is burned, it can form various gas pollutants. In this context, drying systems with increasing usage areas, environmentally friendly and low initial investment cost come to the fore. One of the best examples of these systems is infrared drying. These dryers have become more convenient with the advancement of technology and have entered the mining sector after the food sector. Another difference in infrared rays is that they can carry more heat than others. The lamps used in infrared dryers can recycle 98% of the supplied electrical energy as heat energy.

Wet methods enrich silica sand, and the concentrates produced generally contain moisture in the range of 14-18%. The moisture content of the concentrates that are kept for one day with a suitable drainage system in stock decreases to 10%. However, the moisture content does not change much if it is kept for a few more days. The desired moisture value in salable silica sand concentrates is a maximum 6%, a minimum 4%. Silica sands containing more than 6% moisture are generally sold with penalties and cause various problems in their usage areas. Again, moisture content below 4% causes various dusting problems in the transportation and use of silica sand. In this context, it is desired that silica sands have an average moisture of around 5%.

In this thesis, a new dryer has been designed for drying silica sand. This dryer, an alternative to conventional rotary dryers, is a fluidized bed and infrared (IR) heater. Before the Fluid Bed Infrared Dryer (AY-IR) was designed, various drying experiments were carried out with the laboratory scale's silica sand sample. In the drying experiments, infrared lamps were used, and a series of experiments were carried out under different operating conditions (such as drying time, lamp distance, and layer thickness). Based on these experimental results, AY-IR dryer has been designed and tested for drying silica sand on an industrial scale. According to both laboratory and industrial test results, it has been seen that infrared radiation can be used for drying silica sand. It was also determined that operating parameters (layer thickness, lamp distance, and drying time) have important effects on drying efficiency.

As a result of the tests carried out with AY-IR dryer, the moisture content of silica sand decreased from 10,20% to 5,50% after a drying period of 6 minutes. The total drying cost for this process was found to be 15,80 TL per ton.