Triboelektrostatik ayırıcı tasarım parametrelerinin mineral ayırmada etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effects of design parameters of triboelectrostatic separator on mineral separation
Yazar: TAHSİN ONUR DİZDAR
Danışman: PROF. DR. ÖZCAN YILDIRIM GÜLSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez kapsamında bir triboelektrik ayrım düzeneği tasarımı ve bu düzeneğe ilişkin
parametrelerin triboelektrostatik ayrım performansı üzerindeki etkisinin incelenmesi
gerçekleştirilmiştir.
Tanelerin elektrik yüklerine göre ayrılmaları cevher hazırlamada kullanılan oldukça
eski bir ayırma yöntemidir. Fakat dejavantajları sebebiyle yaygın bir yöntem
değildir. Bu yöntemde taneler iletkenliklerine göre bir elektrik alanında belirli bir yük
kazanırlar ve kazandıkları yüklenmeye göre iki farklı yüke sahip elektrot arasından
geçerken, elektriksel çekim kuvvetlerinin etkisi ile çekilerek veya itilerek ayrılırlar.
Triboelektrik iki farklı malzemenin birbirine sürtünmesi ile oluşan elektrik yükünün
adıdır. İki tanenin birbirine ya da başka bir malzemeye sürtünmesi sonucu taneler,
iletkenlikleri veya yüzey özelliklerine bağlı olarak negatif ya da pozitif yük kazanırlar.
Bu yüklü taneler bir elektrik alanı içinde yüklerine (artı ya da eksi) göre farklı
yönlerde hareket edebilirler. Böylece farklı iki yüke sahip iki tanenin birbirinden
ayrılması mümkün olur. Literatürde yaygın olarak tanelerin sürtünme ile iyonize
olmasına rastlanmaktadır. Ayrımın yapılacağı yüksek potansiyele sahip elektrik
alanı için gerekli elektrik yükünün de triboelektriklenme ile elde edilebilirliğinin
araştırılması ve değişik parametreler denenerek mineral ayrımına olan etkilerinin
incelenmesi bu tezin temel hedefi ve özgün değeridir. Bu amaçla, bir triboelektrik
ayrım düzeneği tasarımı yapılmış olup, ekipmana ait değişkenlerin bu düzeneğin
ayrım performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu düzenekte tanelerin
triboelektriklenme ile yüzeylerinin yüklenmesi ve tanelerin ayrımı için gereken
potansiyel statik yük de sürtünme ile sağlanmıştır.
Konvansiyonel elektrostatik ayırıcıların ayrım yapabilmesi için gerekli yüksek
gerilimli alternatif akımı doğru akıma çeviren büyük ve güçlü trafolar vardır. Bu
amaçla yüksek sarımlara sahip doğru akım trafoları kullanılmaktadır. Bu trafolar
önemli ölçüdeki güç tüketimleri, çalışma esnasında ortaya çıkan ısının soğutulması
gereksinimi ve tehlikeli çalışma ortamı oluşturması, yüksek gerilim trafolarının 
başlıca sorunlarındandır. Bu tezde ayrım için gerekli yüksek potansiyeli sürtünmeyle
sağlayacak bir düzenek kurulması amaçlanmıştır. Böylece yüklü tanelerin ayrılması
için gerekli yüksek potansiyelin daha az enerji ve daha düşük işletim sorunları ile
üretilebilirliği araştırılmıştır. Sistemin, bilinen yöntemlerden en büyük farkı kendi
gerilimini üretmesidir. Ayrıca üretilen statik yük sürekli yüksek akım
oluşturmadığından görece daha güvenli bir çalışma ortamına izin vermektedir.
Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü'nde kurulmuş olan bu
düzeneğin en önemli avantajı 35 kV'a kadar olan statik yükü sürtünme ile üretiyor
olmasıdır. Bu ayrım yöntemi kuru bir ayırma yöntem olup, su ve kimyasal
kullanımına ihtiyaç duymaması sayesinde madencilikte kullanılan yöntemler
arasında çevre dostu yöntemlerden birisidir.
Düzeneğin ana yapısı bilgisayar ortamında tasarlanmıştır. Sürtünme ile statik
elektrik üretimine ortam sağlayacak malzemeler triboelektrik seri listesinden
seçilmiştir. Seçilen uygun malzemeler ile kurulum yapılmıştır. Sürtünme ile oluşan
elektrik, iletkenler vasıtası ile farklı yapı ve şekildeki ayrım elektrotlarına
iletilmektedir. Taneler ise ayrım öncesinde farklı bir düzenek içinde karıştırılarak
yine triboelektriklenme ile elektrik yükü kazandırılmış ve statik olarak yüklenmiş olan
elektrotlar arasına bir titreşimli besleyici ile beslenmiştir
Bu çalışma kapsamında amaç gerekli statik yükün sürtünme ile oluşturulması
olduğundan cevher etkilerini ortadan kaldırmak için sentetik olarak hazırlanmış
olabildiğince serbest kuvars ve manyetit mineralleri kullanılmıştır. Bu sentetik
numuneler ile ayrım parametreleri incelenmiş ve ayrım performansına olan etkileri
belirlenmiştir. Yapay numunelerin dışında doğal cevherler, tesis atıkları ve geri
dönüşümde kullanılabilecek malzemeler ile ayrıca testler yapılmıştır.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to design triboelectiric separation unit and investigate the
effect of parameters in triboelectric separation performance.
The separation of the particles according to their electrical charges is a very old
separation method used in mineral processing. However, it is not a very common
method because of its high operational cost. In this method, mineral particles have
been charged in an electrical field according to their conductivity and separated by
attracting or repelling between positively or negatively charged electrodes.
Triboelectric is the name of static electric that is occurred by friction of two different
materials. Friction of one particle to each other or to other material, loads the
particles with negative or positive charges depending on its conductivity and surface
properties. The particles, which have different electrical charge (negative or
positive), move different directions in an electrical field. Hence, it is possible to
separate a particle from each other according to their charges. In literature it is
common to charge particles with friction. Investigation of the electric charge required
for the high potential electric field and investigate of the effects of different
parameters on the mineral separation are the main objective and original value of
this thesis. For this purpose triboelectric seperaton unit is desiged and test are
applied with changed varriables to understand separation performance of this unit.
In this unit, the triboelectrical charging of the surfaces of the particles and the
potential static charge required to separate the particles are provided by friction.
Conventional electrostatic separators require external high potential transformers
that convert alternative current to direct current. For this purpose, direct current
transformers with high number of turn are required. Main problems with this
tranformers are high consumption of power, cooling problems during operation and
dangerous work enviroment. In this thesis, it is aimed to build a system that
producing the required electrical potential by friction. Hence, required electrical 
vii
energy consumption will be lower and there will be less operational problems.
Considering to concentional system, innovative part of this system is required
energy is supplied from produced from friction. In addition to these static charge is
not provide high electric current and come in with more safe work environment.
The operational cost of the conventional electrostatic separators is relatively high
because of its high voltage requirements. Rather than electrostatic separators and
other conventional processing equipment, triboelectric separator does not have
high-energy consumption. Major advantage of setup, which is built in Mining
Engineering Department of Hacettepe University, is to produce high voltage up to
35 kV with friction. This is the innovative part of the project. Furthermore this is dry
equipment which reduces the water consumption and it does not need any
chemicals. It is environmentally friendly method.
In this study, artificial test samples are used to investigate the separation
performance of the system. This study provides the required information about
design parameter for this new equipment.
The most important advantage of this system, which was established in the
Department of Mining Engineering at Hacettepe University, is that it produce static
loads up to 35 kV by friction. This method of separation is a dry separation method
and one of the eco-friendly methods used in mining due to the fact that it does not
requre water or any chemical.
The main structure of the unit had been designed by computer program and then it
is built with appropriate materials which are choosen from triboelectric series. The
electricity produced is transferred to electrodes which have different size, shape and
material. The mineral particles had been also charged by mixing in a mixer and then
fed into the electrical field occurred between the electrodes via vibrating feeder.
Tests are performed on synthetic mixtures of liberated magnetite-quartz samples to
prevent any effect of ore in separation performance. After the promising result with
the synthetic samples, tests are performed with industrial mineral, metal ore, coal
and mixture of recyclable material samples. Results of these tests indicated that
most of these samples could be separated successfully with this new method.