Cevher hazırlamada ıslanabilirliğe dayanan işlemlerde hidrofobisite ve yüzey geriliminin etkisi
Effect of hydrophobicity and surface tension on wettability-based processes in mineral processing
Yazar: SELMA DÜZYOL
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ÖZKAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Hidrofobisite = Hydrophobicity ; Islanabilirlik = Wettability ; Sıvı-sıvı özütlemesi = Liquid-liquid extraction ; Yağ aglomerasyonu yöntemi = Oil agglomeration method ; Yüzey gerilimi = Surface tension

Özet:
Bu tez çalışmasında, cevher hazırlamada ıslanabilirliğe dayanan işlemlerden makaslama flokülasyonu, yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonu üzerine hidrofobisite ve yüzey geriliminin etkisi selestit, manyezit ve dolomit mineralleri kullanılarak araştırılmıştır. Minerallerin makaslama flokülasyonu, yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonu davranışlarının temas açısı ve yüzey gerilimi ile değişimleri farklı sodyum oleat konsantrasyonlarının varlığında çeşitli metil alkol-su çözeltilerinde çalışılmıştır.Minerallerin kritik ıslanma yüzey gerilimi ( ? c) değerleri, yüzey aktif madde konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak temas açısı ölçüm yöntemi ve makaslama flokülasyonu yöntemleri ile belirlenmiştir. Ayrıca minerallerin yağ aglomerasyonu için kritik çözelti yüzey gerilimi (?c-a) değerleri, yağ aglomerasyonu testlerinden elde edilmiştir. Diğer taraftan, sıvı-sıvı ekstraksiyonu işleminde kritik bir çözelti yüzey geriliminin varlığı bulunmuş ve bu değer ?sıvı-sıvı ekstraksiyonu için kritik çözelti yüzey gerilimi (?c-e)? olarak tanımlanmıştır. Buna ilaveten, minerallerin yağ aglomerasyonu kazanımları yağ-su ara yüzey geriliminin (?YS) azalmasıyla azalmış ve yağ aglomerasyonu işlemi kritik bir ?YS değerinin altında gerçekleşmemiş olup, bu değer ?c-a2 olarak tanımlanmıştır.Deneysel sonuçlar, minerallerin makaslama flokülasyonu, yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonunun tane hidrofobisitesi ile yakından ilişkili olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, makaslama flokülasyonu ve yağ aglomerasyonu sodyum oleat adsorpsiyonuna bağlı olarak yüzey şarjının artmasıyla, DLVO teorisinin aksine, azalmamıştır. Diğer taraftan, makaslama flokülasyonu, yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonu, azalan yüzey gerilimiyle birlikte temas açısındaki azalmaya bağlı olarak azalmış ve yüzey geriliminin belirli bir değerinin altında gerçekleşmemiş olup, bu kritik değerler sırasıyla ?c, ?c-a ve ?c-e değerlerine karşılık gelmektedir. ?c, ?c-a ve ?c-e değerleri arasındaki ilişkiler araştırılmış ve ?c-a ve ?c-e değerlerinin aslında aynı, ancak ?c değerlerinden biraz daha yüksek olduğu bulunmuştur. Yani, minerallerin yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonu işlemleri yeterince düşük bir ıslanabilirliğe ulaşıldıktan sonra mümkün olmaktadır.Çözelti yüzey geriliminin kontrolü ile selestit-manyezit ve dolomit-selestit karışımlarının, makaslama flokülasyonu, yağ aglomerasyonu ve sıvı-sıvı ekstraksiyonu yöntemleri ile seçimli ayırımı araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, çözelti yüzey geriliminin kontrolü ile minerallerin ayrılmasının mümkün olduğunu göstermiştir ve bu teknikler sırasıyla ?gama makaslama flokülasyonu?, ?gama yağ aglomerasyonu? ve gama sıvı-sıvı ekstraksiyonu? olarak isimlendirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the effects of hydrophobicity and surface tension on shear flocculation, oil agglomeration and liquid-liquid extraction as wettability-based processes in mineral processing were investigated using celestite, magnesite and dolomite minerals. The variations of the shear flocculation, oil agglomeration and liquid-liquid extraction behaviors of minerals with contact angle and surface tension were studied in various concentrations of methanol-water solutions used as medium in the presence of different concentrations of sodium oleate.The critical solution surface tension of wetting (?c) values of minerals were determined as a function of surfactant concentration by the contact angle measurement and shear flocculation methods. Also, the critical solution surface tension (?c-a) values for oil agglomeration of the minerals were obtained from the oil agglomeration tests. On the other hand, it was found that a critical solution surface tension in the liquid-liquid extraction process existed and this value was defined as ?the critical solution surface tension (?c-e) for liquid-liquid extraction?. In addition, the oil agglomeration recoveries of the minerals decreased with decreasing ? LO (liquid-oil interfacial tension) and the oil agglomeration process did not occur below a critical value of ? LO, which was defined as ?c-a2.The experimental results have demonstrated that the shear flocculation, oil agglomeration and liquid-liquid extraction of minerals were closely correlated with the particle hydrophobicity. However, the shear flocculation and oil agglomeration were not lowered by increasing the surface charge due to sodium oleate adsorption, which is contrary to the DLVO theory. On the other hand, the shear flocculation, oil agglomeration and liquid-liquid extraction decreased depending on the decrease in the contact angle with decreasing surface tension and did not take place below a particular value of surface tension, corresponding the ?c, ?c-a and ?c-e values, respectively. The relationships between ?c, ?c-a and ?c-e values were also investigated and it was found that ?c-a and ?c-e values were essentially the same, however these values were slightly higher than the ?c values. That is, the oil agglomeration and liquid-liquid extraction processes of the minerals took place after reaching a sufficiently low wettability.The selective separation of celestite-magnesite and dolomite-celestite mixtures by shear flocculation, oil agglomeration and liquid-liquid extraction methods was investigated by the control of solution surface tension. The obtained results showed that the separations of the minerals by the control of solution surface tension were possible. Consequently, these techniques were named as ?gamma shear flocculation?, ?gamma oil agglomeration?, ?gamma liquid-liquid extraction?, respectively.