Kolemanit ve üleksit cevherindeki kimyasal bağlı suyun dehidrasyon yöntemi ile giderilmesi ve optimizasyonunun incelenmesi
Removal of chemically bound water in colemanite and ulexite ore by dehydration method and examination of the optimization of dehydration process
Yazar: HARUN ARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ENGİN KOCADAĞİSTAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Klassifikasyon-kalsinasyon yöntemi = Classification-Calcination method ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Amaç: Kolemanit ve üleksit cevherlerinin endüstriyel amaçlı kullanımlarında farklı oranlarda su içeriği talebi doğrultusunda su giderimi için dehidrasyon uygulanması ve bu iki cevherin dehidrasyon verilerinin optimize edilerek farklı sıcaklıklarda, sürelerde ne kadar su içereceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada Balıkesir Bigadiç yöresinden temin edilen tüvenan kolemanit ve üleksit cevherleri cevher hazırlama işlemlerine tabi tutulmuştur. Kırma, öğütme ve eleme işlemlerinden sonra -325 mesh (44 mikron) tane boyutuna indirilen cevherlere dehidrasyon işlemi uygulanmıştır. Kolemanit ve üleksit cevherlerinin dehidrasyonunun optimizasyonu için Taguchi yöntemi kullanılmış ve deneysel planı saptamak için, ortogonal düzen deneysel dizayn yöntemi L18(6132) 3 faktör, 18 deney seçilmiştir. Kolemanit ve üleksit cevherleri için belirli sıcaklık, süre ve cevher miktarları ile dehidrasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Dehidrasyon işlemleri sonucunda yapılan analizlerle H2O, CaO ve B2O3 konsantrasyonlarındaki değişimler belirlenmiştir. Dehidrasyon işlemlerinin kontrolü için ayrıca TG/DTA analizleri yapılmıştır.
Bulgular: Optimizasyon işlemlerinde en iyi sonucu veren parametre değerleri kolemanit için; 650°C sıcaklık, 6 h süre ve 1 g cevher miktarı, üleksit için; 300°C sıcaklık, 6 h süre ve 1 g cevher miktarı olarak bulunmuştur.  Dehidrasyon işlemi sonucunda kolemanit cevherinin 650 °C'den sonra suyunun neredeyse tamamının serbest kaldığı belirlenmiştir. Üleksit cevherinde ise farklı iki sıcaklık değerlerinde (büyük kısmını 200 °C 'de ve kalan diğer kısmını 350°C) suyunun tamamının uzaklaştırıldığı gözlenmiştir. Dehidrasyon deneyleri ve optimizasyon deneylerinde maksimum H2O giderimi için seçilen parametrelerle optimum parametreler birbirleriyle aynı çıkmıştır. Yapılan TG/DTA analizleri ile de bu sonuçlar doğrulanmıştır.
Sonuç: Optimizasyon işlemlerinde en iyi sonuç veren deney (kolemanit için); 650°C, 6 h ve 1 g cevher miktarı için %98.42 H2O giderimi ve (üleksit için); 300°C, 6 h ve 1 g cevher miktarı için %99.1 H2O giderimi olarak bulunmuştur. Gerek optimizasyon işlemleri gerekse de dehidrasyon deneyleri sonunda optimum sonuçlar aynı değerlerde bulunmuştur. TG/DTA analizlerinde de kolemanit numunesinde endotermik reaksiyonun olduğu, termal ayrışmanın gerçekleştiği yaklaşık 350°C-450°C sıcaklık aralıklarında hızlı su kaybına uğradığı görülmüştür. Üleksit mineralinde bozunmanın 76°C'de başladığı ve 240°C'ye kadar devam ettiği belirlenmiştir. 600 °C'ye kadar sıcaklıklarda suyun tamamen salındığı belirlenmiştir. Sonuç olarak üleksit ve kolemanit cevherlerinin dehidrasyonunun optimize edilebileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
Purpose: It is aimed to apply dehydration for water removal in line with the demand for water content at different rates in the industrial use of colemanite and ulexite ores and to determine how much water these two ores will contain at different temperatures and times by optimizing the dehydration data.
Method: In this study, run-of-mine colemanite and ulexite ores obtained from Balıkesir Bigadiç region were subjected to some ore preparation processes. After crushing, grinding, and screening, the ores were reduced to -325 mesh (44 microns) grain size, and dehydration was applied. Taguchi method was used to optimize the dehydration of colemanite and ulexite ores, and orthogonal layout experimental design method L18(6132) 3 factors, 18 experiments were selected to determine the experimental plan. Dehydration processes were carried out for colemanite and ulexite ores with certain temperatures, times, and ore quantities. Changes in H2O, CaO, and B2O3 concentrations were determined through analysis as a result of dehydration processes. TG/DTA analyses were also performed to control dehydration processes.
Findings: The parameter values that give the best results in optimization processes are for colemanite; 650°C temperature, 6 h time, and 1 g ore amount and for ulexite; It was found to be 300°C temperature, 6 h time and 1 g ore amount. As a result of the dehydration process, it was determined that almost all of the water in the colemanite ore was released after 650 °C. It was observed that all of the water in the ulexite ore was removed at two different temperature values (most of it at 200 °C and the remaining part at 350 °C). In dehydration experiments and optimization experiments, the parameters selected for maximum H2O removal and the optimum parameters were the same. These results were also confirmed by TG/DTA analyses.
Results: The experiment that gives the best results in optimization processes (for colemanite); ıt was found to be 98.42% H2O removal for 650 C, 6 hours, and 1 g ore amount, and (for ulexite); It was found to be 99.1% H2O removal for 300°C, 6 hours and 1 g ore amount. At the end of both optimization processes and dehydration experiments, optimum results were found at the same values. In TG/DTA analyses, it was observed that there was an endothermic reaction in the colemanite sample and that thermal decomposition occurred and rapid water loss occurred in the temperature range of approximately 350°C-450°C. It has been determined that water is completely released at temperatures up to 600 °C. As a result, it has been revealed that the dehydration of ulexite and colemanite ores can be optimized.