Hava taşımalı flotasyon makinalarında kömür flotasyonu üzerine işlem değişkenlerinin etkisinin araştırılması
The investigation of effects of operational parameters on coal flotation in pneumatic flotation machines
Yazar: DERYA KALYON
Danışman: PROF. DR. ÖZCAN Y. GÜLSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Son yıllarda madencilikte üretim tekniklerinin değişmesi ile çıkartılan kömürdeki ince tane boyundaki artış, toz problemi ile birlikte kömürün temizlenmesinde de verimin düşmesine neden olmaktadır. Ayrıca temiz enerjiye olan talep doğrultusunda kömürün ince boylarda zenginleştirilmesi söz konusudur. Bu çalışma kapsamında yukarıda bahsedilen nedenlerden dolayı endüstriyel ve laboratuvar ölçekli bir çok uygulanabilirliği olan hava taşımalı flotasyon sistemlerinin farklı kömürlere uygulanabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla laboratuvar ölçekli hava taşımalı iki farklı flotasyon hücresi tasarlanıp yapılmıştır. Çalışma kapsamında üç farklı linyit ve bir taş kömürü numunesi kullanılmıştır. Yapılan ön deneylerle kullanılacak kimyasalların tür ve miktarlarının optimizasyonu ile işlem parametrelerinin optimizasyonu yapılmıştır.İki farklı hava taşımalı hücre ile yapılan testler neticesi alınan ürünlerin nem ve kül analizleri yapılarak başlıca besleme tane boyu, flotasyon % katı miktarı ile kimyasal dozajının yüzen ürün ağırlık verimi, yanabilir verim, yüzen ürün kül içeriği, yüzen ürün ısıl değerine etkileri incelenmiştir. Bunlardan elde edilen sonuçlar doğrultusunda iyi olduğu düşünülen koşullarda hava açılış anının, yıkama suyunun ve besleme kül içeriğinin etkisi de incelenmiştir. Bu parametreler mekanik hücre testleri ile birlikte değerlendirilmiştir.Flotasyon testleri sonucunda hava taşımalı sistemlerin ince tane boylarında ve düşük katı yoğunluklarında daha etkili olduğu görülmektedir. Mekanik hücreye göre alınan ürünlerin kalitesinin daha yüksek olduğu ama ağırlık veriminin düşük olduğu söylenebilir. Hava taşımalı hücrelerle yapılan testler neticesi Soma-Eynez kömürlerinin kül içeriği %16,88'den %9,33'e, Bolu-Mengen kömürlerinin kül içeriği %17,34'ten %5,94'e, Zonguldak kömürlerinin kül içeriği ise %59,54'ten %27,46'ya düşmüştür. Bu ürünlerin alt ısıl değerleri ise sırasıyla 6380 kcal/kg, 7059 kcal /kg ve 5718 kcal/kg'dır.Besleme kül içeriğinin artması ile hava taşımalı hücrenin mekanik hücreye göre daha seçimli bir zenginleştirme yaptığı görülmektedir. Ayrıca üç farklı sistemin flotasyon kinetiği incelenmiştir. Yapılan değerlendirme sonrası mekanik hücrenin hava taşımalı hücreye göre çok daha yüksek flotasyon hızına sahip olduğu sonucuna varılmıştır.Flotasyon çalışmaları çok ince tane boylarında yapıldığından alınan ürünlerin piyasada değerlendirilebilmesi açısından karboksi metil selülöz (CMC) ve melas ile farklı bağlayıcı miktarlarında ve karışım oranlarında biriketlenmesi testleri yapılmıştır. Elde edilen biriketlerin mekanik sağlamlıkları test edilmiştir. Karboksi metil selülöz ile elde edilen biriketler melas ve melas+CMC karışımı ile yapılan biriketlere göre daha yüksek aşınma ve kırılma sağlamlığı değerleri vermektedir. Suya dayanımları ise oldukça düşüktür.

Abstract:
In recent years there is an increase in the amount of the fine sizes at the coal production because of the changing production techniques in the mining industry. These fine size particles cause dust problem and decrease the recovery of the process during coal cleaning. Furthermore, increasing the requirement for the cleaning of the fine size coal was discussed considering the demand on the clean energy. Therefore in this study, the applicability of pneumatic flotation systems, which have several industrial and laboratory applications were studied for different coal samples. In order to do this two different laboratory scale pneumatic flotation cells were designed and constructed.Three different lignites and a hard coal sample were used at this study. Operational parameters and chemical reagent type and dossages were optimized based on the preliminary tests.The effect of particle size, pulp solid content and reagent dosage on the yield, combustible recovery, ash content and the heat value of the float product were investigated by the analysis of the moisture and ash content of the float products which were taken from two different pneumatic flotation cell. According to these results the effect of the air opening time, wash water and ash content of the feed were tested at the optimum conditions. These parameters were compared with the mechanical cell test results.Flotation test results show that pneumatic flotation systems are effective at fine particle sizes and low pulp solid contents. The quality of the float products of pneumatic flotation cells is better than the product of the mechanical cell. However, the yield of the pneumatic flotation cell is lower than the mechanical cell. The ash content of the coal samples coal was decreased to 9.33% from 16.88% for Soma-Eynez coal, to 5.94% from 17.34% for Bolu-Mengen coal and to 27.46% from 59.54% for Zonguldak coal. Their lower heating values of these coals are 6380 kcal/kg, 7059 kcal /kg and 5718 kcal/kg respectively.If the ash content of the feed increases the coal is cleaned more selectively by the pneumatic flotation cell than by the mechanical cell. Furthermore, flotation kinetics of the three systems were analysed. The kinetic test results showed that mechanical cell have higher flotation rate than the pneumatic flotation cell.The coal is cleaned by flotation at finer particle sizes. Therefore, the supply of this size coal at the market is possible with the briquetting. For this purpose the flotation test products were briquetted with carboxy methyl cellulose (CMC) and molasses at the different amount and mixture of these binders. Mechanical tests were applied to briquettes. The mechanical strength of the briquettes which were pressed with CMC is higher than the briquettes which were pressed with molasses and mixture of molasses and CMC. However, the water resistance of the briquettes is low.