FLOTASYON
Flotasyon,çok ince tane büyüklüğünde ayrılması mümkün olan minerallere tatbik edilen zenginleştirme yöntemidir.Bakır,çinko,kurşun,gümüş gibi metallerin dünya ihtiyacının büyük bir kısmı flotasyon ile elde edilmektedir. Flotasyonun ilk tatbik edildiği yıllarda Cu,Pb,Zn minerallerinin kazanılmasında kullanılmıştır.Molibdene gittikçe artan istek karşısında bu metallerin büyük çoğunluğu molibden yataklarında değil bakır yataklarından yan ürün olarak elde edilmektedır.Ni,Co Rh gibi birçok metaller Cu,Zn,Pb cevher yataklarından yan ürün olarak elde edilmektedir.
Madencilik endüstrisi dışında kimya endüstrisi,kağıt ve yiyecek maddeleri hazırlama endüstrisinde de flotasyon yönteminden istifade edilir.
Başlangıçta flotasyon deyimi,sudan ağır olan minerallerin su yüzeyinde yüzmesini ifade etmek için kullanıldı. -Yağ Flotasyonu:Su ile yağ karışımından -Köpük Flotasyonu:Köpürtücüler ile su yüzeyinde köpük oluşturmadan meydana gelır. Kısaca sadece flotasyon adı ile tanınan yöntem köpük flotasyonudur.
Flotasyonda Muhtelif Fazlar Flotasyon,mineralleri uygun reaktiflerle muamele ettikten sonra bazı mineral yüzeylerinin havaya karşı,bazılarının ise suya karşı selektif yakınlaşmalarından istifade edilerek mineralleri birbirinden ayıran bir zenginleştirme usulüdür. Gaz fazı Sıvı fazı Katı fazı
Gaz fazı; Gaz fazı,mineral parçacıklarının köpüğe yapışarak yüzmelerini sağladığından flotasyonda önemli yere sahiptir. Gaz fazı olarak; -hava -su buharı,azot gazı(oksidasyonu önlemek için) -Kükürtdioksit,hidrojen sülfür
Sıvı Fazı; Genellikle seyreltik bir su çözeltisidir.Hem ucuz oluşu hemde flotasyona çok elverişli oluşu suyun kullanılmasına yol açar.Sulu çözeltide hidrojen ve hidroksil iyonları yanında pek çok hidratide iyonlar bulunur.İyonların suya bağlı olarak bulunuşu ,suya büyük bir çözücü güç verir.
Katı Fazı; Katı fazın flotasyona etkisi,katının bünye yapısından çok,yüzey özelliklerinden ileri gelir.Yüzey özellikleri de az veya çok,bünye yapılarına bağlıdır.Katılar molekül yapılarındaki bağlantı tiplerıne göre değişik kristal sınıflarına ayrılırlar:
Moleküler Kristal;Atomları arasında kovalent bağlantı içeren moleküller kristalleri meydana getirirler.Organik kimyada hidrokarbonlar,karbon-halojen bileşikleri,anorganik kimyada ise azot,karbondioksit,kükürt moleküller kristalleri meydana getirirler. İyonik kristaller;Atomlar arasında iyonik bağ bulunduran kristalleri meydana getirirler.Mesela kaya tuzundan sodyum ve klor atomları düzgün bir sıralama ile yerleşmişlerdir.
Flotasyonda Yüzey Kimyası Bir katı maddenin diğer katılardan ayrılmasını sağlayan flotasyon usulünde, üç faz bulunur. -Yüzdürülen katı fazı -Muhtelif elektroliterin bulundugu sıvı fazı -Hava kabarcıgını olusturan gaz fazı
Birkaç istisna dışında,anorganik katıların yüzeyleri su içinde tam olarak ıslanırlar. Islanmayı sağlayan sebep,katı yüzeyindeki iyonların,su içindeki hidrate iyonlarla bağlantı kurmalarıdır.Bu hidrate iyonlar, suyu teşkil eden hidrojen ve hidroksil iyonları olduğu gibi,su içinde bulunan diğer elektrolitlerde olabilir.
Flotasyonda ilk kademe yüzdürülmek istenen mineralin yüzeyinde su-katı arayüzeyi yerine,katı-hava ara yüzeyi meydana getirmektir.Bu ,su fazına uygun kimyasal maddelerin ilavesiyle meydana getirilir.Bu reaktiflerle mineral yüzeyi arasındaki reaksiyon neticesinde mineral yüzeyinde suyu iten(hidrofob)bir tabaka meydana gelir.
Elektrokimyasal Potansiyel Ve Ara yüzeylerdeki Potansiyel Farkı Bir madde sisteminde elektrik yüklü kısımlar büyük bir yer işgal ediyorsa,bu sistem elektrokimyasal sistem olarak kabul edilir.Pek çok flotasyon reaktifi organik veya anorganik elektrolitler olduğundan ,bir flotasyon pülpü elektrokimyasal bir sistem meydana getirir.Bir katının flotasyona karşı davranışını ortaya koymak için bir kollektör ilave etmeksizin sıvı-katı ara yüzeyinin kimyasal özelliklerinin anlaşılması faydalıdır.
Potansiyel tayin eden iyonlar;Su içine koyulmuş bir katının yüzeyinden,elektrik yüklü kısımlar yüzey boyunca denge durumuna erişinceye kadar sıvı faza geçerler.İyonların katıdan sıvıya yada sıvıdan katıya geçişi katı yüzeyinin belirli işaret ve değerde elektrik yükü kazanmasına sebep olur.Yüzey elektrik yükünü tayin eden ve değiştiren bu iyonlara potansiyel tayin eden iyonlar denir.
Elektriksel çift tabaka;Katı madde kırılıp suya atılınca sudaki H+ ve OH- iyonları ile sarılır ve yüzeyleri negatif yada pozitif olur.Böylece çözelti içindeki iyonlarının konsantrasyonu katı yüzeyi tarafında artar,bazılarının ki azalır.Zıt işaretli iyonların yüzeye toplanması ile mineral yüzeyi potansıyeli yüzeyden uzaklaştıkça azalır. Sıvı içine koyulan yüklü katı madde etrafına zıt yüklü iyonlar toplanır ve bunlara dengeleyici iyonlar adı verilir.Bu sisteme elektriksel çift tabaka denir.
Mineral Süspansiyonlarında Denge İnce öğütülmüş mineral parçaları ile suyun meydana getirdiği süspansiyonlarda,mineral parçacıkları bazen birbirlerinden ayrılarak tek başlarına hareket ederler.Bazen de birbirlerine bağlanarak daha büyük parçacıklar meydana getırebılırler.Mineralllerin birbirinden ayrılarak tekbaşına süspansiyonda bulunmalarına dispersiyon(dağılma),birbirine yapışarak daha büyük büyük parçalar meydana getirmelerine flokülasyon(salkımlaşma) denir.
Katı ve suyun birlikte bulunduğu birlikte bulunduğu muhtelif cevher hazırlama sistemlerinde bu iki durum daima mevcuttur.Bazı sistemlerde bazı mineral tanelerinin disperse edilmesine bazılarının ise çöktürme tanklarında floküle edilmesine çalışılır.
Flotasyon Reaktifleri Birkaç istisnası dışında mineraller,köpüğe yapışarak yüzebilecek yüzey özelliklerine sahip değillerdir.Minerallerin köpüğe yapışmasını temin etmek için çeşitli kimyasallardan faydanılır.Bunlara toplayıcı(kollektör) reaktifler denir.Toplayıcı reaktiflerin yüzmesi istenilen minerallerle reaksiyon yapmasını kolaylaştıran,diğerleriyle reaksiyonunu güçleştiren çeşitli reaktifler,canlandırıcı(aktivatör) ve bastırıcı(dispersant) adı ile flotasyon sisteminde kullanılırlar.
Şlam;Mineralin çevresini uygun reaktiflerle sarılmasını ve mineral yükü ile farklı olan reaktiflerdir. Dağıtıcı(dispersant);Pülp içinde mineral tanelerinin şlamla kaplanmasını önlemek maksadıyla kulanılan reaktıflerdır. Köpürtücü(frother);Köpüğün oluşumunu kolaylaştıran ve dayanıklılığını arttıran reaktiflere denir.
Toplayıcı(kollektör) Reaktifler Kollektör,mineral yüzeyine bağlanarak yüzeyi hidrokarbon tabakası ile kaplayan ve mineralin hava kabarcığına yapışmasını sağlayan kimyasal maddedir -Anyonik kollektörler -Katyonik kollektörler
Anyonik kollektörler;Organik asitlerle,bunların tuzlarından meydana gelir.Bu bileşiklerde hidrojen veya alkali metal,bir polar grup aracılıyla hidrokarbon zincirine bağlanmıştır.Bu polar grup oksijen atomu,kükürt atomu,karbon atomu veya bunların meydana getirdiği çeşitli bağlantılar olabilir. Katyonik kollektörler;Azota bağlanmış hidrokarbon zincirinin meydana getirdiği kollektörlerdir.Azota,birden dörde kadar çeşitli hidrokarbon zincirleri bağlanarak,değişik amin tipleri meydana gelir.Beşinci bağlantı daima hidroksil iyonudur.
Yağlı kollektörler;Polar olmayan nötr hidrokarbon yağlarından meydana gelirler.Bu reaktifler suda erimezler.Katı yüzeyinde ince bir tabaka halinde yayılarak katının köpüğe yapışmasını sağlarlar.Bu reaktifler petrol,odun,kömürden elde edilen nötr hidrokarbon yağlarıdır.
Kontrol Reaktifleri Başlıca Kontrol Reaktifleri; -Bastırıcı reaktifler:Mineral yüzeyine kollektör adsorpsiyonunu azaltan reaktiflerdir. -Canlandırıcı reaktifler:Mineral yüzeyinde kollektör adsorpsiyonunu arttıran reaktiflerdir. -Diğer kontrol reaktifleri:Suyun sertliğini gideren,flotasyona zararlı diğer iyonları bağlayan reaktiflerdir.
Köpürtücü Reaktifler Flotasyon metodu ile mineralleri birbirinden ayırmada 3 ana kademe vardır; 1-)Mineral parçacıklarının yüzeylerini özel kimyasal maddelerle değiştirerek bir kısmının yüzebilir,bir kısmının yüzemez duruma getirilmesi 2-)Yüzebilir minerallerin hava kabarcığına ulaşması,yüzemeyenlerin ise uzaklaşması 3-)Yüzebilen minerallerin yüzemeyen minerallerden ayrılması
Köpürtücü olarak kullanılan alkoller tek -OH grubu olduğundan Propilen glikol gibi iki polar grup içeren maddelere göre suda daha az çözünürler. Köpürtücü olarak kullanılan alifatik alkoller,hidrokarbon zincirlerinde 5-8 karbon bulundururlar.
Flotasyonda Köpüğün fonksiyonu; Flotasyonda köpük ayırıcı ortam vazifesi görerek mineral parçalarının pülp içindeki diğer minerallerden ayrılmasını sağlar. Köpüğün yapısıda flotasyonda çok önemlidir.Birbirine sık olarak bağlanmış küçük kabarcıklı köpük ile büyük flotasyon randımanı elde edilir.Böyle bir köpük köpüğü saran minerali rahat taşır ve çökerek pülpe karışmasını önler.
Flotasyon Makinaları Genellikle,flotasyon makinalarında seri halinde birbirini takip eden hücreler bulunur.Hücrelerden her biri,önceki hücreden çıkan artığı alarak flotasyon işlemine tabi tutar. -Kendi kendine havalandırmalı,mekanik hücre(agitation) -Hava üflemeli mekanik karıştırmalı hücre(sub-aerosyon) -Hava üflemeli,hava ile karıştırma yapan hücre(pnömatik) Bu makinaların çalışma prensipleri aynıdır.Dönen bir pervane yardımı ile pülp karıştırılırken,karışma sonucu oluşan vakumun etkisi ile hava girişi sağlanır.
Flotasyonun Uygulanması Sülfürlerin Flotasyonu Bakır Cevherleri Bakırın kükürtlü bileşikleri,genellikle bakır ve kükürtten başka,demir,antimuan,arsenik gibi diğer elementleride içerir.Bakır ve kükürdün birleşmesi ile meydana gelen bakır mineralleri kalkozin(Cu2S) ve kovelin(CuS)dir.Genellikle bakır sülfürleri pirit(FeS2) ve pirotin(Fe11S12) gibi demir mineralleri ile birlikte bulunur.
Hazırlama yöntemleri; Bakır sülfürlerinin flotasyonu genellikle kolay,ucuz ve randımanlı bir hazırlama işlemidir.Belli başlı problem piritin bastırılmasıdır.Kireç kullanarak ortamı alkali yapmakla(pH 10-12)pirit bastırılabilir.Piriti bastırmak için şiddetli karıştırma ile pülpe hava vermek,böylece bakır minerallerine nazaran daha kolay oksitlenen pirit yüzeyini oksitleyerek flotasyonunu önleyebiliriz.
Pirit bastırıldıktan sonra ksantat ve ditiofosfat tipi kollektörler ve bir köpürtücü kullanarak bakır mineralleri yüzdürülür.Bakır flotasyonunu güçleştiren bazı faktörlere de rastlanabilir bunlar; -Cevherde piritin çok fazla miktarda,bakırın az miktarda bulunması -Cevher yatağının oksidasyonu -Pirit ve bakır mineralleri arasında uygun serbestleşme olmaması -Kıymetli metallerin kazanılması
Türkiye’de pirit yataklarından bakırın flotasyonla elde edildiği yerler Ergani ve Murgul tesisleri gösterilebilir.
Polar Olmayan Minerallerin Flotasyonu Yüzeylerinde su ile reaksiyon verecek iyonları bulundurmayan genellikle bir elementten meydana gelen kükürt,grafit,kömür gibi mineraller kollektöre ihtiyaç duymadan yüzebilirler.
Grafit Flotasyonu;Grafit,flotasyon usulünün ilk tatbik edildiği mineraldir.Tabakalı yapısı sebebiyle fotasyonu kolaylıkla yapılır ve köpürtücüden başka reaktife ihtiyaç duymaz.Reaksiyonun hızlı olması için nötr bir hidrokarbon yağının ilavesi faydalıdır.Kömürün çok yüksek adsorbe etme yeteneği olduğundan yağı kolaylıkla emerler.Çok kolay yüzmesine rağmen grafit flotasyonunda güçlüklerle karşılasılır.Grafit yumusak olmasından dolayı diğer moleküleri kolaylıkla boyar ve flotasyonu güçleştirir.
Alabama (A.B.D)grafitli şiştlerin flotasyonunda,suda eriyen bir köpürtücü ve bir hidrokarbon yağı ile birlikte,sodyum karbonat ve sodyum silikat kullanılarak hafif alkali ortamda flotasyon yapılır.
Kömür Flotasyonu;Dünyada kullanılan en önemli katı yakıt olan kömür,homojen bir madde değildir.En önemlileri şişt,kil,jips,markasit ve pirittir.Bu sebeple kömür yatakları çeşitli işletmelerde,hatta aynı yataklardan alınan kömürler arasında büyük farklar gösterir.
Kömürde karbondan başka oksijen,hidrojen,azot,kükürt bulunur Kömürde karbondan başka oksijen,hidrojen,azot,kükürt bulunur.Çeşitli kömür tiplerinde bu elementlerin dağılım yüzdeleri farklıdır.
Linyit kömürü suyu çeken karakterdedir. Bu sebeple fazla nem içerir Linyit kömürü suyu çeken karakterdedir.Bu sebeple fazla nem içerir.Linyitten antrasite gidildikçe nem çekme özelliği azalır.Bu özellik azaldıkça kömürün flotasyon yeteneği artar. Kömür doğal olarak yüzebilen bir maddedir.Flotasyon zamanını kısaltmak ve randımanı arttırmak için bazı nötr yağlar flotasyonda kullanılır.Bunlar gaz yağı,kreozot,fuel oildir.
Yeni istihsal olunmuş kömür genellikle ocaktan çıkarılarak birkaç gün bekletilen kömüre nazaran daha kolaylıkla yüzer.Normal Atmosfer sıcaklığında bile havanın oksijeni kömür yüzeyini oksitleyerek,flotasyon yeteneğini azaltır.Yüzdürülmesi istenmediği zaman kömür potasyum permanganat ile oksitlenir.Oksit tabakasını bozmak içinde %1 lik NaOH gereklidir.
Düşük kaliteli kömürlerde oksitlenme yüksek kalitelilere göre daha fazla olur.Buna bağlı olarak flotasyon yetenekleri azalır. Temiz kömür konsantresi elde etmek için yabancı mineralleri bastıracak kontrol reaktifleri kullanılmalıdır.Kireç ve sodyum siyanürle pirit bastırılır.Sodyum karbonat ve sodyum silikat kil ve şisti bastırmak için kullanılır.
BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN ÇOK TEŞEKKÜR EDERİM… HAZIRLAYAN VE SUNAN Serkan Akköse 200420105017
KAYNAKLAR: Fotasyon İlkeleri Ve Uygulaması Yük.Müh.Suna Atak http://tr.wikipedia.org/wiki/Flotasyon