Bor zenginleştirme tesisi ara ürünlerinin flotasyon ile kazanımının araştırılması
An investigation of the beneficiation of boron enrichment plant middlings by flotation
Yazar: ÖZGÜN CEM ÖZGÜR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERGİN GÜLCAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aşındırma = Abrasion ; Bor = Boron ; Flotasyon = Flotation ; Karıştırma = Mixing ; Kolemanit = Colemanite ; Yıkama = Washing

Özet:
Kolemanit, fiber optik, yarı iletkenler, güneş pilleri vb. sektörler için kritik bir hammadde olan borun ticari olarak öne çıkan kaynaklarından biridir. Ülkemizin önemli bor üretim noktalarından birisi olan Bigadiç Bor İşletmesi tesisinde düşük tenörlü ürün olarak nitelendirilen -25 ve -3 mm tane boylarına sahip ürünler stoklanmaktadır. Bu tez kapsamında, bu ürünlerin stoklanmasının çevresel etkileri ve stok maliyetleri göz önünde bulundurulduğunda, tesisin mevcut bor zenginleştirme yöntemlerine ek yöntemler uygulanarak stoklanan ürünlerin kullanılabilir tenörlere yükseltilebilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Tesiste mevcut proses ile genel itibariyle yıkama ve sınıflandırma işlemleri sonucunda üç kalitede ürün elde edilmektedir. Bu prosesin sonucunda ortaya çıkan ve stoklanan düşük tenörlü malzemeden kullanılabilir ürünler elde edilebilmesi amacıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kil içeriği ve safsızlık bakımından problemli olan -3+0.2 mm stoğu, -25+3 mm stoğunun yaklaşık 3 katıdır. -25+3 mm stoğu içeriği sebebiyle yüksek tenörlü ürünler ile karıştırılıp kullanılabilir niteliklerdedir. Buna karşın, -3+0.2 mm stoğu için mevcut yöntemlere ek bazı yöntemler gerekmektedir. Bu nedenle, çalışmalar -3+0.2 mm stoğu temel alınarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında karakterizasyon testleri, yıkama ve aşındırmalı karıştırma testleri, yerçekimi ile zenginleştirmeye uygunluğun incelenmesi amacıyla ağır sıvı testleri, sınıflandırma ve ayrım amaçlı kabaran yataklı ayrım ve hidrosiklon testlerinin yanında zenginleştirme amacıyla da flotasyon testleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda stokların B2O3 içeriklerinin yaklaşık %25-30'larda olduğu ve düşük tenörlü ürünlerden kalsit, talk, silikat ve dolomit gibi safsızlıkların uzaklaştılması sonucunda kullanılabilir tenöre ulaşabileceği görülmüştür. Kimyasal analizler, aşındırma karıştırma işleminden sonra boyut sınıflandırmasına göre Al2O3, CaO, MgO vb. içeriklerinin ince fraksiyonlara doğru artma eğiliminde olduğunu göstermiştir. Serbestlik derecesinin ölçüldüğü MLA (Mineral Liberation Analyzer) sonuçlarına göre ise kolemanitin -300 µm fraksiyonunda %93 seviyelerinde serbest olduğu görülmüştür. Detaylı kil XRD (X-ray Diffraction) analizinde ise malzemenin -25 µm fraksiyonunun içeriğinde montmorillonit kilinin baskın bulunduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda düşük tenörlü ürünlerdeki kil mineralleri kolemanit yüzeyinden aşındırılarak uzaklaştırılmış ve bu aşamadan sonra flotasyon ile %40 tenör ve %90'lara ulaşan verim değerlerine ulaşılabilmiştir. Elde edilen veriler kapsamında, yer çekimi ile zenginleştirme ve flotasyon yöntemlerinin birlikte uygulanabileceği akım şemaları tez kapsamında ayrıca değerlendirilmiştir.

Abstract:
Colemanite is a commercially prominent resource of boron, which is a critical raw material for sectors such as fiber optics, semiconductors, solar cells, etc. In the Bigadic Boron Plant, which is one of the important boron production points of our country, products with particle sizes of -25 and -3 mm, which are characterized as low-grade products, are stocked. Within the scope of this study, considering the environmental effects and stock costs of stocking these products, it is aimed to investigate the improvability of this stock to usable grades by applying additional methods to the existing boron enrichment methods of the plant. In the current process at the facility, three quality products are obtained as a result of washing and classification processes in general. Experimental studies have been carried out in order to obtain usable products from the low grade material that is produced and stocked as a result of this process. The -3+0.2 mm stock is problematic in terms of clay content and impurities and it is approximately 3 times the amount of -25+3 mm stock. Due to content of -25+3 mm stock, it can be mixed and sold with high grade products. However, some additional methods are required for the -3+0.2 mm stock. Therefore, studies were performed based on the -3+0.2 mm stock. Within the scope of the experimental studies, characterization tests, washing and attrition scrubbing  tests, heavy liquid tests to examine the suitability for gravity enrichment, teetered bed separation and hydrocyclone tests for classification purposes and also flotation tests for enrichment were carried out. As a result of the experimental studies, it has been seen that the B2O3 content of the stocks is approximately 25-30% and it can reach the usable grade with the removal of impurities such as calcite, talc, silicate and dolomite from low grade products. Chemical analysis showed that Al2O3, CaO, MgO, etc. contents tend to increase towards fine fractions by size classification after attrition scrubbing process. MLA (Mineral Liberation Analyzer) results revealed that the degree of colemanite liberation is at the level of  93% in -300 µm size fraction. Detailed qualitative clay XRD (X-ray Diffraction) analysis showed that -25 µm fraction of the material dominated by montmorillonite mineral. According to the results obtained, the clay mineral in the low grade products were removed from the colemanite surface by attrition, and after this stage grade values 40% and recovery values up to 90% were reached by flotation. With the data obtained, the flowsheets including the combination of gravity enrichment methods and flotation methods are also evaluated in this thesis.