Küçük boyutlu kömürlerin susuzlandırılmasında titreşim mekanizması ve reaktif ilavesinin etkisinin incelenmesi
Investigation of vibration mechanism and reactive addition effect on the dewatering of small particle sized coals
Yazar: FIRAT BURAT
Danışman: DOÇ. DR. HAYRÜNNİSA DİNÇER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Cevher-Kömür Hazırlama ve Değerlendirme Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Ocaktan üretilen kömürün niteliklerinin yükseltilmesi ve daha kaliteli kömür eldesi, kömür hazırlama işlemleri ile gerçekleştirilmektedir. Bu işlemler sonucunda, küçük boyutlu malzeme üretimi giderek artmakta ve bu malzemelerin oluşturduğu süspansiyonlardaki suyun uzaklaştırılması ekonomik ve teknolojik bakımdan zorunluluk haline gelmektedir. Bu sebepten dolayı; elek, santrifüj, filtre vb. gibi susuzlandırma teknolojileri günümüzdeki çoğu kömür hazırlama tesislerinde kullamlmaktadır. Fakat, süspansiyon içerisindeki tanelerin boyutunun küçülmesi bilinen bu konvensiyonel susuzlandırma ünitelerinin verimini düşürmekte ve daha nemli bir ürün elde edilmektedir. Günümüzde, mekanik susuzlandırma işlemlerinin verimi arttırmak amacıyla, değişik fiziksel ve kimyasal yöntemlerin kullanıldığı yardımcı prosesler geliştirilmiştir. Konvensiyonel sistemlerle birlikte kullanılan kimyasal reaktiflerin, katı tanecik yüzeyleri ile su arasındaki bağ kuvvetlerinin azalmasına neden olarak, mekanik susuzlandırma işlemlerinde suyun daha kolay ayrılmasını sağladığı, böylece susuzlandırma metodlannm kapasitelerini ve verimini arttırdığı yapılan çalışmalarda ortaya çıkmıştır. Bu araştırma kapsamında, küçük boyutlu kömür içeren pülplerdeki kömürün susuzlandırmasının incelenmesi amacıyla, dik mekanik titreşim ve yüzey aktif reaktiflerin ilavesi ile titreşimli elek mekanizması kullanılarak deneyler yapılmış olup, titreşimli eleğin parametrelerinin (eğim, frekans, besleme hızı ve elek açıklığı), reaktif ilavesinin ve dik mekanik titreşim uygulamalarının etkisi incelenmiş, optimum susuzlandırma koşullan tespit edilmiştir. Titreşimli eleğin optimum eğim, frekans, besleme hızı ve elek açıklığı parametrelerinin tesbiti amacıyla yapılan deneyler sonucunda, yaklaşık %61.0 nem oranından %42.3 nem oranına; elek eğiminin 3.5°, frekans değerinin 800 titreşim/dak., besleme hızının 7 lt/dak. ve elek açıklığının 0.5 mm olduğu durumlarda ulaşılmıştır. Bu parametreler sabit tutularak, ilave edilen dik titreşim mekanizmasının kullamldığı durumlarda ise bu değer %41.5'e kadar indirilmiştir. -2 mm boyutundaki temiz kömür numunesinin reaktif ilavesi ile susuzlandırılmasının incelenmesi amacıyla normal titreşim altında, sırasıyla; SDS, CTAB, Umectante B-70 ve Kerosen kullamlarak deneyler yapılmıştır. En iyi sonuç, malzemenin doğal pH'ı olan 7.25 değerinde 5 g/ton oranında CTAB kullanarak yapılan deneyde elde edilen %41.2 nem oranıdır. Dik titreşimin kullamldığı ve reaktif ilavesi ile yapılan susuzlandırma deneylerinde aynı reaktif ve aynı deney koşullarında ise %40.7 nem oranına ulaşılmıştır. vıııKarıştırma süresinin susuzlandırma üzerindeki etkisinin incelenmesi amacıyla dik titreşimin uygulandığı ve reaktif olarak en uygun olan CTAB'ın kullamldığı bu susuzlandırma deneylerinde, en iyi sonuç olan %40.7'ye karıştırma süresinin 5 dakika seçildiği durumda ulaşılmıştır. Eleme yüzey alanının arttırılmasının susuzlandırma üzerindeki etkisinin araştırılması amacıyla bulunan en iyi koşullar sabit tutularak, reaktifsiz ve reaktif ilavesi (CTAB) ile deneyler yapılmıştır. 4 kademe olarak gerçekleştirilen bu deneylerde, reaktif ilave edilmediği durumda %41.5'ten %40.6'ya indirilen nem değeri, reaktif ilave edilmesi durumunda %40.7'den %39.5'e düşmüştür. Titreşimli elek üzerine yerleştirilen eşik sisteminin nem değişimine olan etkisinin araştırılması amacıyla, en iyi koşullar sabit tutularak, normal titreşim ve normal titreşim + dik titreşim kullanarak, reaktifsiz ve reaktif (CTAB) ilavesi ile deneyler yapılmıştır. Reaktifsiz yapılan eşik deneylerinde, normal ve normal + dik titreşim kullanıldığı durumlarda, sırasıyla; %41.4 ve %40.6 nem değerlerine inilirken, reaktif ilave edilmesi durumunda ise sırasıyla; %40.5 ve %39.9 nem değerlerine ulaşılmıştır. Eşik sistemi ile yapılan eleme yüzey alanının arttırıldığı susuzlandırma deneylerinin nem değişimi üzerindeki etkisinin araştırılması amacıyla; titreşimli elek, dik mekanik titreşim ve reaktif ile susuzlandırmada bulunan en uygun parametreler sabit tutularak, reaktifsiz ve reaktif ilavesi (CTAB) ile deneyler yapılmıştır. 4 kademe olarak gerçekleştirilen bu deneylerde, reaktif ilave edilmediği durumda %40.6'ten %39.7'ye indirilen nem değeri, reaktif ilave edilmesi durumunda %39.9'dan %38.7'ye düşmüştür.

Abstract:
The quality increasement of run of mine coals and obtaining more qualified coals are realized by coal preparation processes. At the end of these processes, small particle sized coal production smoothly increases and dewatering of the pulp of these materials become a must for economic and technologic reasons. For this reason, screens, centrifuges, filters etc. were established in coal processing systems as dewatering technology equipments. But, the decrease of particle size of coal in pulp, reduces the conventional dewatering units' efficiency, therefore the moisture of the product increases. Nowadays, to increase the efficiency of mechanical dewatering processes, extra processes developed by considering physical and chemical techniques are applied to the conventional systems by the means of adding chemical reactives. It was realized that efficiency and capacity increasement of dewatering methods can be obtained by the chemical reactives used in conventional systems cause a decrease of intermolecular forces between small solid particle and water interfaces, and than mechanic dewatering methods separate water more easily. Within the frame of this study, application of vertical vibration mechanism and chemical reactive addition experiments had been accomplished by using vibration screen mechanism and the important parameters of the screen unit (incline, frequency, feed rate and screen size), reactive addition and vertical mechanic vibration effects on dewatering of small particle sized coal pulps had been investigated to obtain optimum dewatering conditions. At the end of the optimization experiments of the used vibration screen unit for incline, frequency, feed rate and screen size parameters, 61.0% moisture ratio of the feed had been reduced to 42.3% moisture ratio with screen incline of 3.5°, frequency of 800 vibration/min, feed rate of 7 lt/min and screen size of 0.5 mm. With having these values constant, adding vertical vibrating mechanism reduced the moisture ratio till to 41.5%. For the investigation of surface active agents effects on the clean coal sample having particle size of -2 mm, standard vibration had been used with the reactives namely, SDS, CTAB, Umectante B-70 and kerosene. The best result had been accomplished as moisture ratio 41.2% with 5 g/t of CTAB at the normal pH condition of the pulp, which is 7.25. By using vertical vibrating mechanism, CTAB gave the best result of 40.7% moisture ratio.In order to investigate the effect of conditioning time on dewatering, a set of experiments had been run by using vertical vibration and the most suitable reactive CTAB, at the end the best result had been found as 40.7% moisture ratio, when the conditioning time was chosen as 5 minutes. The increasement of screen surface area of vibrating screens on the moisture differentiation had been investigated by having the best conditions constant, with and without reactive. The experiments run by 4 steps without reactive the moisture value at the first step 41.5% reduced to 40.6% and with reactive the moisture value at the first step 40.7% had been reduced to 39.5%. The experiments were run with the threshold system placed on the screen surface, to investigate the effect of threshold on the differentiation of moisture, with using standard vibration and standard + vertical vibration, also with and without reactive agents at the constant best setting parameters. In the threshold experiments run without reactive by using standard and standard + vertical vibration, respectively, gave the results of 41.4% and 40.6% moisture ratio, with reactive the results had been reduced to 40.5% and 39.9%. The effect of threshold + increasement of screen surface area on the moisture differentiation had been investigated by having the best conditions of vibrating screen, vertical vibration mechanism and reactive constants, with and without reactive. The experiments run by 4 steps without reactive the moisture value at the first step 40.6% reduced to 39.7% and with reactive the moisture value at the first step 39.9% had been reduced to 38.7%.