Ağır Ortam İlkesi Maden İşleme

Ağır ortamlı maden işleme, yoğunluğu sudan daha yüksek olan bir ortam (ağır ortam) içinde mineralleri ayıran bir yerçekimi ayırma yöntemidir. Maden ayırma işlemi sırasında, ortamın yoğunluğu ayrılacak daha hafif minerallerin yoğunluğundan daha yüksek, ancak daha ağır minerallerin yoğunluğundan daha düşüktür. Ağır ortamlı mineral işleme, esas olarak parçacık yoğunluğuna dayanır; parçacık boyutu ve şeklinin etkisi ise nispeten azdır. Yerçekimi ayırma performans endeksinden, ortam yoğunluğu arttıkça E değerinin de arttığı görülebilir; bu da ağır ortamlı mineral işleme yönteminin ayırma doğruluğunun su ortamındakinden daha yüksek olduğunu ve yoğunluk farkı 50–100 kg/m³ olan iki tür mineral parçacığını etkili bir şekilde ayırdığını gösterir. Ağır ortamlar iki kategoriye ayrılır: ağır sıvılar ve ağır süspansiyonlar. İlki, bazı yüksek yoğunluklu organik sıvılardan veya inorganik tuzlu su çözeltilerinden oluşur. İkincisi ise, suyla karıştırılmış bir ağırlıklandırıcı maddenin (ince öğütülmüş ağır mineraller veya alaşımlar) süspansiyonudur. Ağır sıvılar toksiktir ve pahalıdır; yalnızca laboratuvarlarda kullanılır. Ağır süspansiyonlar ucuz, kolayca temin edilebilir ve toksik değildir; endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ağır ortam zenginleştirmede besleme parçacık boyutu için üst sınır 300 mm, alt sınır ise 0,5 mm olup, ayırma yoğunluğu 1300–3800 kg/m³ arasındadır. Yerçekimi analizi ve ayırma performans eğrilerinin çizilmesi, ağır ortamda zenginleştirmede cevherin besleme parçacık boyutu, ayırma yoğunluğu ve elde edilebilir ayırma parametrelerini belirlemek için yaygın olarak kullanılan yöntemlerdir.

Ağır ortam ayırıcılarının birçok türü bulunmaktadır; bunlar başlıca beş kategoriye ayrılır: koni şeklindeki ağır ortam ayırıcıları, tambur şeklindeki ağır ortam ayırıcıları, ağır ortam titreşimli kanalları, ağır ortam hidrosiklonları ve ağır ortam girdaplı hidrosiklonları. İlk ikisi statik ayırma ekipmanlarıdır; son üçü ise dinamik ayırma ekipmanlarıdır. Statik ayırma, ortam olarak nispeten kararlı bir ince parçacıklı süspansiyonun kullanılması ve ortam yoğunluğunun gerçek ayırma yoğunluğuna yakın olması ile karakterize edilir. Dinamik ayırma ise, ortamın dış kuvvetlere maruz kalması ve bunun sonucunda yüksek hızlı dönme hareketi veya dikey titreşim oluşması, nispeten iri parçacıklı ve kararsız bir süspansiyonun ortam olarak kullanılması ve gerçek ayırma yoğunluğunun besleme ortamı yoğunluğundan daha yüksek olmasıyla karakterize edilir; bu da daha düşük yoğunluklu ağırlıklandırma ortamlarının kullanılmasını mümkün kılar.

2.2.2 Ağır Ortam Ayırıcı

2.2.2.1 Konik Ağır Ortam Ayırıcı

Konik ağır ortam ayırıcısının yapısı Şekil 2-1’de gösterilmiştir. Bu ayırıcının iki türü vardır: iç kaldırmalı ve dış kaldırmalı. Şekli konik bir oluk olup, içinde ağır süspansiyonun kararlılığını korumak için yavaşça dönen (4-5 dev/dak) karıştırıcı kanatları bulunur. Çalışma sırasında, besleme cevheri sıvı yüzeyinin üstünden beslenir ve ağır ortam süspansiyonu ise besleme noktasından ve koninin içindeki farklı derinliklerden beslenir. Hafif ürünler koninin etrafındaki taşma setinden taşarken, ağır ürünler ise bir hava asansörü veya pompa vasıtasıyla alttan boşaltılır. Konik ağır ortam ayırıcı, derin oluklu bir statik ayırıcıdır. Ayırıcı oluğunun geniş ve sabit hacmi sayesinde, mineral parçacıkları olukta uzun süre kalır; bu da ince parçacıkların ayrılmasında yüksek hassasiyet sağlar. Hafif ürün verimi yüksek malzemelerin işlenmesi için uygundur. Dezavantajı ise ortam hacminin ve dolaşımdaki ortam hacminin büyük olmasıdır. Genel olarak, besleme parçacık boyutu 50-3 mm, koni çapı 2-6 metre ve işleme kapasitesi 25~150 ton/saattir.

a— Dıştan kaldırma tipi b— İçten kaldırma tipi

Şekil 2-1: Koni şeklindeki ağır ortam ayırıcısının şematik diyagramı

1— Besleme; 2— Ortam; 3— Hafif ürün; 4— Ağır ürün; 5— Pompa; 6— Hava kaldırıcı

2.2.2.2 Tambur Tipi Ağır Ortam Ayırıcı

Yapısı Şekil 2-2’de gösterilmiştir. Tek odacıklı ve çift odacıklı versiyonları bulunmaktadır. Tek odacıklı versiyonda yalnızca tek bir malzeme kullanılırken, çift odacıklı versiyonda farklı yoğunluklara sahip iki malzeme kullanılır. Çalışma sırasında, süspansiyon ve cevher tamburun bir ucundan beslenirken, daha hafif ürün diğer uçtan boşaltılır. Daha ağır ürün dibe çöker ve tambur duvarına monte edilmiş kaldırma plakaları tarafından boşaltma oluğuna kaldırılır. Tambur tipi ağır ortam ayırıcı, sığ oluklu bir statik ayırıcıdır. Süspansiyon derinliği fazla değildir; tamburun karıştırma hareketi, süspansiyon yoğunluğunu dengeler. Boşaltma oluğu nispeten geniştir ve bu sayede daha iri cevher parçacıklarının boşaltılmasına olanak tanır. Ancak, güçlü karıştırma işlemi ince parçacıkların çökmesini etkiler ve bu da cihazı ince cevher parçacıklarının işlenmesi için uygun hale getirmez. Yüksek ağır ürün verimi gerektiren uygulamalar için uygundur; ortam hacmi ve sirkülasyon hacmi, koni tipi ağır ortam ayırıcısına göre daha düşüktür. Genel olarak, besleme parçacık boyutu 150~6 mm, tambur çapı 1,5~3 metredir ve işleme kapasitesi 20~100 ton/saattir.

a— Tek odacıklı iki ürünlü tip b— Çift odacıklı üç ürünlü tip

Şekil 2-2: Tambur tipi ağır ortam ayırıcısının şematik diyagramı

1— Yem; 2— Ortam; 3— Hafif ürün; 4— Ağır ürün; 5— Yüksek yoğunluklu ortam;

6— Düşük yoğunluklu ortam; 7— Ara ürün; 8— Düşük yoğunluklu bölme; 9— Yüksek yoğunluklu bölme.

2.2.2.3 Ağır Orta Boy Titreşimli Sluice Kutusu

Yapısı Şekil 2-3’te gösterilmiştir. Bu, tabanında delikli bir elek ve elek altında bir su haznesi bulunan uzun, titreşimli bir kanallı ayırıcıdır. Çalışma sırasında, cevher ve ağır ortam süspansiyonu besleme ucundan beslenir. Sluice tabanının salınımı ve elek altındaki yükselen su akışı sayesinde, ağırlık maddesi sluice kutusu içinde iyi akışkanlığa sahip yüksek yoğunluklu bir tabaka oluşturur. Cevher, yoğunluğuna göre tabakalanır ve sluice kutusu boyunca ilerler; sonunda, boşaltma ucundaki ayırma bölmesi aracılığıyla hafif ve ağır ürünler olarak ayrı ayrı boşaltılır. Avantajları arasında iri taneli (-2 mm) ağırlıklandırma ortamlarının kullanılabilmesi, 'a varan katı hacim konsantrasyonuna ulaşılması ve daha düşük yoğunluklu ağırlıklandırma ortamlarında (manyetit gibi) bile yüksek ayırma yoğunluğunun elde edilmesi sayılabilir. Ortamın geri kazanımı ve arıtılması basittir. Besleme parçacık boyutu 75–6 mm, su kanalı genişliği 0,4–1,0 m ve işleme kapasitesi 25–80 ton/saattir. Ekipmanın şiddetli titreşimi nedeniyle günümüzde nadiren kullanılmaktadır.

Şekil 2-3 Ağır ortamlar için titreşimli oluk

1—Şut gövdesi; 2—Destek yay plakası; 3—Eleme plakası; 4—Su haznesi; 5—Ayırma bölme plakası

2.2.2.4 Ağır Orta Tip Hidrosiklon

Yapısı, ekseni yatay düzleme 18°~30° açı yapacak şekilde genellikle eğik olarak monte edilen geleneksel bir hidrosiklonunkiyle aynıdır. Çalışma sırasında, cevher ve ağır süspansiyon belirli bir oranda (1:(4～6)) ve basınçta (0,08～0,2 MPa) hidrosiklonun içine beslenir. Ağır ürünler alt akış deliğinden, hafif ürünler ise taşma borusundan boşaltılır. Ağır süspansiyon hidrosiklon içinde yüksek hızda döndüğünde bir konsantrasyon etkisi yaratır. Taşma borusu ve merkez eksenine yakın süspansiyonun yoğunluğu düşükken, alt akış deliği ve duvara yakın süspansiyonun yoğunluğu yüksektir. Bu nedenle, gerçek ayırma yoğunluğu beslenen süspansiyonun gerçek yoğunluğundan daha yüksektir. Ayırma yoğunluğu, hidrosiklonun yapısal parametrelerinden etkilenir; koni açısının artırılması ve taşma borusunun alt akış deliğine olan çap oranının artırılması, her ikisi de ayırma yoğunluğunu artırabilir. Özellikleri arasında basit yapı, az yer kaplama ve daha düşük yoğunluklu ağırlıklandırma ortamlarının kullanılabilmesi sayılabilir. Besleme parçacık boyutunun alt sınırı 0,5 mm'ye ulaşabilir ve yaygın olarak kullanılan genel besleme parçacık boyutu 20–2 mm'dir. φ430 mm'lik bir ağır ortam hidrosiklonunun işleme kapasitesi saatte 45 tondur.

2.2.2.5 Ağır Ortamlı Vorteks Hidrosiklonu

Yapısı Şekil 2-4’te gösterilmiştir. Ağır ortamlı girdap hidrosiklonlarının üç türü bulunmaktadır: Tagawa tipi, Diner tipi ve üç akışlı tip. Çalışma prensibi, ağır ortam hidrosiklonunkiyle aynıdır; ancak kurulum sırasında alt akış girişi yukarıya, taşma borusu ise aşağıya bakacak şekilde yerleştirilir; bu sayede alt akış giriş çapı artırılarak besleme cevherinin tane boyutu iyileştirilebilir. Besleme cevherinin tane boyutu genellikle 40–2 mm arasındadır.

Şekil 2-4: Ağır ortamlı girdap siklon ayırıcının şematik diyagramı

1—Besleme; 2—Besleme ortamı; 3—Hafif ürün; 4—Ağır ürün; 5—Hava kanalı; 6—Ara ürün

Tagawa tipi girdap hidrosiklonu, dikey olarak ters çevrilmiş bir hidrosiklondur. Hidrosiklonun içindeki hava sütununu sabitlemek amacıyla, ağır ürün boşaltma ağzına bir hava kanalı yerleştirilmiştir. Hafif ve ağır ürünlerin verimi, hava kanalının dikey konumu değiştirilerek veya alt akış ağzının taşma borusuna olan çap oranı değiştirilerek ayarlanabilir. Hidrosiklon çapı 300–500 mm, besleme parçacık boyutu 30–75 mm ve işleme kapasitesi 20–80 ton/saattir.

DINA tipi vorteks hidrosiklon, yatay düzleme 25° açıyla monte edilmiş silindirik bir hidrosiklondur. Silindirin üst ve alt uçlarındaki merkezi çıkışlar, besleme girişi ve hafif ürün çıkışı olarak işlev görür. Çalışma sırasında süspansiyon, silindirin tabanına yakın girişten teğetsel olarak beslenir ve ağır ürün, silindirin tepesine yakın çıkıştan teğetsel olarak boşaltılır. Avantajları arasında cevher ve süspansiyonun ayrı beslenmesi yer alır; bu da süspansiyonun yoğunluğunun kontrol edilmesini kolaylaştırır. Aynı zamanda, süspansiyon, kap duvarı için koruyucu bir tabaka görevi görür ve bu da silindirde minimum aşınmaya neden olur. Ağır ürünün hafif ürüne oranındaki verim oranı geniş bir aralıkta (9:1'den 1:9'a kadar) ayarlanabilir. Besleme parçacık boyutu 40–2 mm'dir. Silindir çapı 225–400 mm, işleme kapasitesi ise 10–80 ton/saattir.

Üç akışlı girdaplı hidrosiklon, her kademesinde ayrı bir orta yoğunluklu malzeme girişi ve ağır ürün çıkışı bulunan iki kademeli bir DINA hidrosiklondur. Besleme malzemesi birinci kademeye girer, birinci kademeden çıkan hafif ürün ikinci kademeye girer ve nihai hafif ürün ikinci kademeden tahliye edilir. İki aşamaya aynı veya farklı yoğunluktaki süspansiyonlar beslenebilir. İlki, işlenecek ağır ürün, hafif ürün ve ara ürünü ayırmak için kullanılır. İkincisi ise, farklı özelliklere sahip iki ağır ürünü ve bir hafif ürünü ayırmak için kullanılır. En önemli özelliği, yüksek ayırma verimliliğidir. Silindir çapı 250–500 mm olup, işleme kapasitesi 15–90 ton/saattir.