Farklı değirmenlerde öğütülmüş barit cevherlerinin zenginleştirilmesi ve morfolojik özelliklerinin flotasyona etkisinin araştırılması
Enhancement of barite ores ground in different mills and investigation of the effect of its morphological properties on flotation
Yazar: GÜLER BAYAR
Danışman: PROF. DR. MEFTUNİ YEKELER
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Barit = Barite ; Flotasyon = Flotation ; Morfolojik özellikler = Morphological properties ; Zenginleştirme = Enrichment ; Öğütme = Grinding

Özet:
Petro-kimya, cam, boya ve dolgu endüstrilerinde yaygın kullanılan endüstriyel hammaddelerden barit, çeşitli metotlarla zenginleştirilmektedir. Öğütme sonucunda üretilen tanelerin şekil ve morfolojik özellikleri flotasyonda önemli rol oynamaktadır. Bu tezin amacı; farklı tenördeki barit cevherlerinin konvensiyonel değirmenlerde öğütülmesi sonrasında, sarsıntılı masa, manyetik ayırma ve flotasyon ile zenginleştirilmesi ve değirmen ürünü tanelerin şekil ve morfolojik özelliklerinin flotasyonla zenginleştirmeye olan etkilerinin dinamik görüntü analizi yöntemi ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmesidir. 
Bu kapsamda ilk olarak, farklı tenörlere sahip barit cevherlerinin, bilyalı ve çubuklu değirmenlerde öğütmeleri yapılmıştır. Öğütme çalışmalarında barit cevherleri için uygun olan değirmen tipi ve öğütme süreleri belirlenmiştir. Gravite zenginleştirme yöntemi olan sarsıntılı masada barit cevherlerinin zenginleştirilmesi çalışmaları yapılmış ve tenör değerleri, % 70,57 BaSO4'tan % 90,26 BaSO4'a yükseltilmiştir. Barit cevherinde bulunan demir oksit vb. gang mineralinin uzaklaştırılması ve barit cevherlerinin tenör değerlerinin yükseltilmesi amacıyla manyetik ayırıcıda zenginleştirmeyle tenör değerleri % 89,79 BaSO4'tan % 93,70 BaSO4'a yükseltilmiştir. Ayrıca, flotasyon ile zenginleştirme işlemleri kapsamında, reaktif dozajları, flotasyon kinetiği ve tane boyutunun etkisi araştırılmıştır. Barit flotasyonunda en uygun tane boyutunun -212+38 µm, ortam pH'nın 10, reaktif dozajlarının ise; bastırıcı için 500 g/t, toplayıcı için 200 g/t ve köpürtücü için 150 g/t olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte farklı değirmen ürünlerinin flotasyondaki davranışları ve bunların şekil ve morfolojisine bağlı olarak hidrofobik/hidrofilik özellikleri araştırılmıştır. Bilyalı değirmen ürünleri ile yapılan flotasyon testlerinde tenör değerleri; düşük tenörlü barit (YBD adlı) numunesinde % 59,58 BaSO4'tan % 83,31 BaSO4'a, yüksek tenörlü barit (YBİ adlı) numunesinde % 87,71 BaSO4'tan % 92 BaSO4'a yükseltilmiştir. En yüksek tenör değerleri bilyalı değirmen ürünleriyle elde edilmiştir.
Barit minerallerinin, kritik ıslanma yüzey gerilimi değerleri (ɣc), Zisman temas açısı ölçümü yöntemiyle belirlenmiştir. Bu değerler, bilyalı değirmende öğütülmüş YBD ve YBİ numunelerinin ɣc değerleri sırasıyla 32 mN/m ve 31 mN/m iken, çubuklu değirmende öğütülmüş aynı numunelerin ɣc değerleri sırasıyla 32,5 mN/m ve 31,9 mN/m bulunmuştur.  Flotasyon ile zenginleştirilen numunelerin tane şekil ve morfoloji incelemeleri dinamik görüntü analizi yöntemi ve taramalı elektron mikroskobuyla yapılmıştır. Bu kapsamda tenör ve verim sonuçları ve tanelerin Dairesellik (C) ve Sınırlayıcı Dikdörtgen En-Boy Oranı (BRAR) değerleriyle anlamlı ilişkileri bulunmuştur. Çubuklu değirmen ürünü her iki barit numuneleri (düşük ve yüksek tenörlü) için BRAR değeri, bilyalı değirmen ürünlerine göre yüksek iken, C değerleri daha düşüktür. Islanma parametresi olan   ɣc değerleri çubuklu değirmen ürünlerinde bilyalı değirmen ürünlerine göre daha yüksek bulunmuştur. Bu nedenle, çubuklu değirmen ürünleri bilyalı değirmenlere göre daha hidrofilik davranış göstermiş olup, beklendiği üzere flotasyon konsantrelerinin tenör değerlerinin düşük olmasına yol açmıştır. 
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılan çalışmalarda, bilyalı değirmenlerin çubuklu değirmenlere göre daha dairesel şekiller ürettiği görülmüştür. SEM'da bulunan tenör değerleri, hem akredite laboratuvarda hem de bu çalışmada kullanılan piknometre ile yapılan deneysel ve hesapla yaklaşımda bulunan tenör değerlerine yakın sonuçlar vermiştir.

Abstract:
Barite, which is widely used in petro-chemistry, glass, paint and filler industries as industrial raw material, is concentrated by various methods. The shapes and morphological properties of the particles after grinding process play an important role in the flotation. The aim of this thesis is to concentrate the barite samples by shaking table, magnetic separation and flotation methods after they are ground by conventional mills (rod and ball mills) and it is also aimed to determine the effects of the particle shape and morphological properties of mill products on flotation concentration by using Dynamic Image Analysis (DIA) and Scanning Electron Microscope (SEM).
For this purpose, firstly barite ores with different grade were ground in rod and ball mills. The suitable mill type and the duration of samples in the mills were determined during the grinding process. Shaking table method was used for gravity enrichment and barite ores were upgraded and the grade was increased from 70.57% BaSO4 to 90.26% BaSO4.  In order to remove the gang minerals such as iron oxide in the barite ores and to increase the barite grades in the ores, the grade was increased from 89.79% BaSO4 to 93.70% BaSO4 by enrichment in the magnetic separator. In addition, the reagent dosages, flotation kinetics and the effect of particle size were investigated during the flotation process. For the flotation, the most suitable particle size is -212+38 µm; pH of 10; the reagent dosages of 500 g/t for the depressant, 200 g/t for the collector and 150 g/t for the frother. In addition, the behaviour of different mill products during flotation and their hydrophobicity/hydrophilicity with regard to their shape and morphology properties were investigated. In the flotation tests for the product of the ball mill, the grade value was increased from 59.58% BaSO4 to 83.31% BaSO4 for YBD (low-grade barite) samples and from 87.71% BaSO4 to 92% BaSO4 for YBI (high-grade barite) samples. The highest grade was obtained with the ball milled products.
The critical surface tensions of wetting (ɣc) of barite minerals were determined by Zisman's contact angles approach. The ɣc values of the ball milled YBD and YBI samples were determined to be 32 mN/m and 31 mN/m, respectively. On the other hand the ɣc values of the same samples milled in the rod mill were found to be 32.5 mN/m and 31.9 mN/m, respectively. The particle shape and morphology examination of the samples, which were enriched by flotation, were carried out by Dynamic Image Analysis (DIA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) instruments. In this context, significant relationships were found between the grade and yield results and the Circularity (C) and Bounding Rectangle Aspect Ratio (BRAR) values of the particles. While the BRAR value of the rod mill product gave higher values in both samples (low- and high-grade barite) than the ball milled products, the circularity (C) values were determined lower. The wettability parameter, i.e., ɣc, were found higher for rod the mill products than that of the ball milled one. Therefore, hydrophilic behaviour was observed more with rod milled products than ball milled ones and, as expected, there were low grade values for flotation concentrations.
As a result of the shape and morphological examination performed with scanning electron microscopy (SEM), it is seen that ball mill produces more circular particle shapes than the rod mill. The grades found in the SEM showed similar results with the grade values reported by an accredited chemical analysis laboratory and the experimental method by a pycnometer plus the calculated approach in this study.