Cevher hazırlamada kullanılan sensör temelli ayırıcılarda optik filtrelemenin etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of optical filtering on the sensor based sorters used in mineral processing
Yazar: ERGİN GÜLCAN
Danışman: PROF. DR. ÖZCAN YILDIRIM GÜLSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Minerallerin görünür veya yakın kızılötesi spektrumlarındaki farklılık, cevher tanelerinin Sensör Temelli Ayırıcılar (STA) ile birbirinden seçimli olarak ayrılmasına imkan vermektedir.
Çoklu mineral sistemlerinde spektrumlar birbirini gölgelemekte ve rastgele spektrumlar oluşabilmektedir. STA'ın seçimli ve verimli ayrım yapmasını zorlaştıran ve kullanım alanlarını kısıtlayan bu durumu önlemek, ancak belli dalga boylarının filtrelenmesiyle mümkündür. Bu tez kapsamında amaç; optik filtrelemenin minerallerin görünümlerindeki farkı artırıcı yöndeki etkisinin ortaya konulabilirliğinin belirli mineraller özelinde araştırılması ve görüntülerdeki farkın en yüksek olduğu koşulda STA'nın ayrım performansının filtreli ve filtresiz koşullarda karşılaştırmalı değerlendirilmesidir.
Bu amaçla yapılan deneysel çalışmalarda florit, demir, altın-kurşun-bakır, krom, kömür ve kuvars cevherlerinden en az 30'ar taneli gruplar halinde temsili numuneler hazırlanmıştır. Her numune grubunun, tasarlanan deney düzeneği ile uygun ışık şiddetinde ve sırasıyla bütün filtrelerle görüntüleri alınmıştır. Filtreler görünür aralık için ± 20 nm hassasiyetle sadece 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800 ve 850 nm dalga boylarını; NIR aralığı için ± 10 nm hassasiyetle sadece 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1550 ve 1600 nm dalga boylarını geçirecek özelliktedir. Bunlara ek olarak daha geniş bantta geçirgenliğe sahip filtreler de kullanılmıştır. Görüntü alma çalışmalarından elde edilen veriye ek olarak numune taneleri öğütülmüş ve kimyasal analizleri yapılmıştır. Bu sayede her bir tanenin her bir filtre ile alınmış görüntüsünün yansıtma değeri ve kimyasal analiz verileri elde edilmiştir. Bu verilerin anlamlı ilişkiler kurmak amacıyla değerlendirilmesinde istatistiksel yaklaşımlar ve yazılımsal çözümlere dayalı veri analizi yöntemleri kullanılmıştır. Bu şekilde farklı mineraller için hangi dalga boyundaki filtrelerin sensörün algıladığı değerlerdeki farklılıkları artırıcı yönde rol oynadığı belirlenmiştir. Uygun filtrelerin ve dalga boylarının belirlenmesini takiben, sensör temelli ayıcı kullanılarak hangi kalitede ürünlerin alınabileceği analitik olarak incelenmiştir.
Elde edilen sonuçlar doğrultusunda florit, bakır, kömür ve demir numunelerinin filtre kullanımı ile filtresiz kullanıma kıyasla çok daha verimli ayrılabildiği görülmüştür. Diğer taraftan kuvars numunesinde filtre kullanımı bir fark yaratmamaktadır. Krom numunesi ise filtreli veya filtresiz hiçbir koşulda, kromit içeriğine bağlı bir farklılık göstermemiştir.


Anahtar Kelimeler: sensör temelli ayırma, optik ayırma, VIS, NIR, optik filtreler, mineraller, kömür, PCA, SMLR, PLSR.

Abstract:
The differences in visible or near infrared spectra of minerals allows selective separation of ore grains with Sensor Based Separators (STAs).
In mixed content mineral systems, the spectras of individual minerals shade or block each other's reflectance/absorbance features and random spectras can form. Hence, it is only possible to filter out certain wave lengths to prevent this situation which makes it difficult for a STA to perform a selective and efficient separation and limits its usage areas. The scope of this thesis is to investigate the feasibility of the optical filtering to enhance the differences in the reflectance features of minerals, and to compare the separation performance of the STA under the best filtered and unfiltered conditions.
Within the experimental studies, representative samples consisting of the minimum number of 30 grains of fluorite, hematite, gold-lead-copper, chromium, coal and quartz ores have been prepared. Filtered and unfiltered images of the each sample group was acquired carefully with the designed experimental setup using appropriate light intensities. Filters are specifically permeable to wave lengths at 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800 and 850 nms with an accuracy of ± 20 nm for the visible light range; and at 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1550 and 1600 nms with an sensitivity of ± 10 nm for the near-infrared range. Moreover, additional filters permeable to broader bandwidth are also used. Following the data extraction by imaging studies, each particle was weighed, grinded, and analyzed to determine chemical compositions. Thus, the reflectance values and chemical analysis data of each particle with each filter were obtained. Statistical approaches and data analysis were used to evaluate the resulting data in order to establish meaningful relationships between dominant chemical compositions and reflectance values of each individual particle. Hence, effect of using filters in different wavelenghts in altering the differences in reflectance values of mineral grains has been determined. Following the determination of appropriate filters and wave lengths, it has been analytically investigated that which products can be obtained by using sensor-based separators integrated with optical filters.
Evaluation of the overall results showed that fluoride, copper, coal and iron samples can be separated more efficiently with using specific filters in comparison to the unfiltered efforts. On the other hand, the use of filters on the quartz sample does not result in a significiant difference in overall performance. Finally, the chromium sample did not show any difference depending on the chromite content under any condition with or without filter.


Keywords: sensor based sorting, ore sorting, VIS, NIR, optical filters, minerals, coal, PCA, SMLR, PLSR.