Na-K feldspat minerallerin flotasyon yöntemi ile ayırımında hidrofobisiteyi etkileyen parametreler
Effective parameters of hydrofobisity on separation of Na-K feldspar minerals by flotation method
Yazar: CENGİZ KARAGÜZEL
Danışman: DOÇ.DR. ENDER SÖNMEZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Ill ÖZET Benzer kimyasal yapıya ve fizikokimyasal özelliklere sahip, Na-feldspat (albit) ve K-feldspat (ortoklaz) endüstriyel kullanım alanı bulabilen başlıca feldspat mineralleridir. Genellikle aynı cevher oluşumu içerisinde bulunan bu minerallerin birbirinden ayrılması günümüzde teknolojik bir zorunluluk haline gelmiştir. K- feldspatın yaygın olarak kullanıldığı seramik sektöründe dayanımı yüksek ürünlerin elde edilebilmesi için K20/Na2Û oranının 3 'ün üzerinde olması istenmektedir. Bu ayranı sağlayacak tek zenginleştirme yönteminin ise flotasyon tekniği olduğu belirlenmiştir. Na-feldspat ile K-feldspatın seçimli olarak ayrılmasını amaçlayan bu çalışmada, saf albit ve ortoklaz mineralleri kullanılarak yapılan temel çalışmalar ile ayrım mekanizması araştırılırken, K20/Na20 (3.78/3.37) oranı 1.12 olan Gördes-Manisa feldspat cevheri kullanılarak yapılan Denver flotasyon deneyleri ile ayranın endüstriyel boyutu araştırılmıştır. Temel çalışmalarda, albit ve ortoklazın değişen koşullandırma şartlarında yüzey özellikleri, minerallerin temas açılan, zeta-potansiyelleri, yüzdürülebilirlikleri, serbest yüzey enerjileri ve yüzey kuvvetleri çeşitli teknikler kullanılarak belirlenmiştir. Temas açısı ölçümleri ile albit ve ortoklaz yüzeylerinin ıslanabilirlikleri incelenmiş ve seçimli ayrımda Na+ iyonunun etkili olduğu belirlenmiştir. Albit ve ortoklazın ince tabaka ıslatma yöntemi (TLW) ile 0.3mg/l amin ve 10"2M NaCl konsantrasyonunda yapılan temas açısı ölçümlerinde 17±2° fark belirlenmiştir. Temas açısı ölçümlerinden yararlanılarak OCG (Van Oss, Chaudry, Good) eşitliği yardımıyla minerallerin değişen koşullarda serbest yüzey enerjileri ve enerji bileşenleri hesaplanmış, 0.3mg/l amin ve 10"2M NaCl konsantrasyonunda yaklaşık 8mJ/m2 enerji farkı olduğu belirlenmiştir. Bu sonuçlar mikroflotasyon ve zeta-potansiyel çalışmaları ile uyum içindedir. Ancak, temel çalışmalardan elde edilen sonuçların Denver flotasyon deneyleri ile tam olarak uyuşmadığı gözlemlenmiştir. Denver flotasyon deneyleri asidik ve doğal pH'da gerçekleştirilmiş olup, doğal pH'da yapılan çalışmada cevher oluşumundaki pertitleşmeden dolayı yeterli ayrımın sağlanamadığı görülmüştür. Ancak, HF ve H2SO4 ile düşük pH'larda (pH: 2.5-2.8)IV yapılan çalışmalarda seçimlilik belirlenmiştir. Yapılan çalışmalarda, seçimlilikte asıl etkenin ortama ilave edilen Na+iyonlannın özellikle albit yüzeyini baskılayarak amin adsorbsiyonunu engellemesi olduğu belirlenmiştir. Yüksek elektrolit varlığında denver flotasyon deneylerinde elde edilen ayrımın temel çalışmalarda uygulanması pratik olarak mümkün değildir. Bununla birlikte kademeli flotasyon (tree technique) ile selektif ayırımın gerçekleştirildiği bulunmuştur. Buna göre, beslenen cevherde (3.78/3.37)=1.12 olan K20/Na20 oranı kademeli flotasyonda temizleme aşamasına tuz ilavesi ile, HF kullanılan ortamda 3.48'e çıkarılırken, H2SO4 kullanılan ortamda 2.55'e kadar çıkarılmıştır. Kademeli flotasyonda elde edilen diğer ürünlerin de ticari değeri olan ürünler oldukları belirlenmiş olup, özellikle HF varlığında artıkta elde edilen kuvarsın cam sanayiinde kullanılabilecek kalitede olduğu tespit edilmiştir. Yapılan tüm bu çalışmalar sonucunda benzer kimyasal yapıya ve fizikokimyasal özelliklere sahip, Na-feldspat ve K-feldspatın birbirinden flotasyon yöntemi ile seçimli olarak ayrıldıkları tespit edilmiştir. Özellikle ülkemiz feldspat yataklarının değerlendirilmesi için ümit verici olan bu sonuçlar, endüstriyel uygulama alanı bulduğunda ülke ekonomisine katkı sağlayacak niteliktedir.

Abstract:
SUMMARY Na- feldspar (albite) and K-feldspar (orthoclase or microcline), which have similar chemical structure and physicochemical properties, are the main feldspar minerals widely used in industry. Separation of these minerals from each other is a technological challenge because they exist in the same matrix. K-feldspar have been used widely in the ceramics sector which requires high strength material with K20/Na20 ratio of over 3. The flotation technique is a unique method that can enable the separation of Na and K feldspars. The flotation mechanism has been investigated with fundamental techniques using pure albite and orthoclase. Batch flotation tests using Denver flotation set-up was attempted with Gördes- Manisa feldspar, with a feed assaying K20/Na20 (3.78 % /3.37 %) ratio of 1.12. In the fundamental studies; surface properties, contact angles, electrokinetic properties, flotation behavior, surface free energies and surface forces of albite and orthoclase under different flotation conditions have been performed. In contact angle studies hydrophobicity of albite and orthoclase have been investigated and Na+ ions are found to induce selectivity in the separation. Contact angle measurement on powder samples were made with 0.3 mg/1 amine and 10"2 M NaCl using thin layer wicking (TLW) method; a difference of 17±2° between these two minerals is found. Surface energy components of solids have been calculated by the use of OCG (Van Oss, Chaudry, Good) equation under various conditions. At 0.3 mg/1 amine and 10'2 M NaCl concentration about 8 mJ/m2 of energy difference is determined. On the other hand, it is inferred from both microflotation and batch flotation studies that the results are not comparable in certain concentration regions, particularly at high amine and salt concentrations where hydrodynamic conditions do not mimic the actual systems. Denver flotation experiments carried out acidic and natural pH conditions. Because of the perthitic structure in the ore separation at natural pH is not accomplished. Therefore, batch flotation studies were concentrated at low pH region using HF and H2SO4 (pH : 2.5-2.8) where a satisfactory selectivity was achieved. In this study, it is well established that the main factor in the selectivity stems from theVI presence of Na+ ions which is ascribed to the compression of the electrical double layer on albite surface and prevention of subsequent amine adsorption. Selective separation using stage-wise (tree technique) was applied in Denver flotation studies. Accordingly, a feed consisting of K20/Na20 = 1.12 in the presence of salt is upgraded to 3.48 in the HF medium and to 2.55 in the H2S04 medium. It has been found that other products, produced in the stage-wise flotation process are commercial products, especially quartz, obtained in the tailings is suitable for the glass industry. In summary, Na-feldspar and K-feldspar, which have similar chemical and physicochemical properties, are selectively separated from each other by flotation method. These results are particularly encouraging as individual recovery of each feldspar mineral is expected to contribute to the national economy.