Santrifüj maden işleme

Santrifüj konsantrasyonu, dönen bir çamur akışındaki mineral parçacıklarının oluşturduğu ataletli santrifüj kuvvetindeki farkı kullanarak parçacıkları yoğunluklarına göre ayıran bir yerçekimi ayırma yöntemidir. Yerçekimi alanında, parçacık boyutu küçüldükçe çökelme kuvveti ve çökelme hızı hızla azalır; buna bağlı olarak ayırma verimliliği ve ekipmanın işleme kapasitesi de düşer. Dönen çamur akışının ürettiği ataletli santrifüj kuvveti, yerçekiminin on ila yüz katıdır; bu da mineral parçacıklarının tabakalaşma hızını büyük ölçüde artırır ve ekipmanın işleme kapasitesini iyileştirir.

Santrifüj konsantratörler, yüksek işleme kapasitesine ve düşük ayırma maliyetine sahip oldukları için ince taneli cevherlerin işlenmesine uygundur; ancak zenginleştirme oranı düşüktür ve genellikle kaba zenginleştirme amacıyla kullanılırlar.

Santrifüj konsantratörler temel olarak iki kategoriye ayrılır: makine gövdesini döndürerek santrifüj kuvveti oluşturanlar ve çamurun hızlı dönen akışıyla santrifüj kuvveti oluşturanlar. İlki, yatay ve dikey santrifüj konsantratörleri içerirken, ikincisi ise kısa konili hidrosiklonları vb. içerir.

2.7.2 Santrifüj Konsantratör Ekipmanı

2.7.2.1 Yatay Santrifüj Konsantratör

Yapısı Şekil 2-40’ta gösterilmiştir. Bu cihaz, 1964 yılında ülkemizdeki Yunnan Kalay Sanayi Şirketi tarafından başarıyla geliştirilmiştir. Cihaz, ana ünite ve kontrol mekanizması olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Ana ünite, yatay olarak yerleştirilmiş kesik konik bir tamburdur. Çalışma sırasında, çamur düz bir besleme nozulu aracılığıyla teğetsel olarak tambur duvarına beslenir. Tamburla birlikte dönerken, tambur duvarının eksenel eğimli yüzeyi boyunca akar ve tabakalaşmaya neden olur. Alt tabakadaki daha ağır mineral parçacıkları tambur duvarında birikirken, üst tabakadaki daha hafif mineral parçacıkları tamburun arka ucunda çamurla birlikte atık olarak boşaltılır. Ağır mineral parçacıkları belirli bir kalınlığa ulaştığında besleme durdurulur ve yüksek basınçlı su, yıkama nozulu aracılığıyla verilir; bu sayede ağır mineral parçacıkları aşağıya doğru yıkanarak konsantre oluşturulur. Besleme, çamurun durdurulması, atık maden elde etmek için yıkama ve konsantre alma işlemleri, kontrol mekanizması tarafından periyodik olarak gerçekleştirilir.

Şekil 2-40: φ800×600 Yunnan Tin Santrifüj Konsantratörünün Yapısı

1 – Besleme hunisi; 2 – Yıkama nozulu; 3 – Üst besleme nozulu; 4 – Döner tambur; 5 – Şasi; 6 – Toplama oluğu; 7 – Koruyucu kapak; 8 – Ayırıcı; 9 – Diyafram valfi; 10 – Üç yollu valf; 11 – Motor; 12 – Alt besleme nozulu; 13 – Yıkama suyu düz nozulu

Santrifüj konsantratörler, mineral ayrıştırması için düzlemsel kanallarda yerçekimi yerine santrifüj kuvvetini kullanarak film ayrıştırma sürecini geliştirir. Yatay santrifüj konsantratörler, 0,15–0,01 mm parçacık boyutuna sahip tungsten, kalay ve demir cevherlerini ayırmak için kullanılır ve 1,5–3 aralığında zenginleştirme oranları elde edilir. Demir cevheri işlenerek nihai konsantre elde edilebilirken, tungsten ve kalayda nihai konsantre elde etmek için ek ekipmanlarla daha ileri düzeyde ince ayar yapılması gerekir.

Jet santrifüj konsantratörleri, 1990’ların başında Pekin Madencilik ve Metalurji Genel Araştırma Enstitüsü tarafından başarıyla geliştirilen, yeni bir yatay santrifüj konsantratör türüdür. Şekil 2-41’de gösterildiği gibi, yapıları dönen bir tambur, dağıtım plakası, besleme borusu, su borusu ve jet enjektöründen oluşur. Çamur doğrudan tamburun içine beslenirken, düşük basınçlı temiz su dağıtım plakasına beslenir. Temiz su, dağıtım plakasından taşarak üstteki mineral parçacıklarını tamburun uzunlamasına eğimi boyunca boşaltma ucuna doğru iter. Püskürtülen suyun değişken çarpma noktası, tamburun çevresi boyunca bir hidrolik savak oluşturur; bu da yatağın gevşeme ve sıkışma arasında değişmesine neden olarak Baynoh kuvvetinin kesme ve tabakalaşma etkisini artırır. φ1200 mm'lik tambur, 600–700 rpm gibi yüksek bir hızda döner ve yerçekiminden 240–326 kat daha güçlü bir merkezkaç kuvveti oluşturur; bu da son derece ince, değerli mineral parçacıklarının tambur üzerinde birikmesini sağlar. Püskürtülen su yatağı gevşetir, tabandaki daha ağır mineralleri tamburun iç kısmına doğru iter ve sonunda bunları konsantre olarak boşaltma deliğinden dışarı atar. İnce kalay cevheri çamurunun işlenmesinde parçacık boyutu geri kazanım sınırı 0,003 mm'ye ulaşabilir. Kalay cevheri çamurunun işlenmesinin yanı sıra, altın, tungsten, tantal, niyobyum ve nadir toprak elementleri gibi işlenmesi zor ince taneli çamurların işlenmesinde de kullanılabilir.

Şekil 2-41: Jet santrifüj konsantratörünün çalışma prensibi şeması

1—Tambur; 2—Temiz su dağıtım plakası; 3—Besleme borusu; 4—Su püskürtme ucu; 5—Konsantre çıkışı; 6—Tailles çıkışı

Dikey santrifüj konsantratörler, kendi ekseni etrafında dönen, dikey olarak monte edilmiş bir ayırma tankından oluşur. Yaygın türleri arasında santrifüj altın koni ayırıcıları ve santrifüj disk ayırıcıları bulunur.

Bir santrifüj altın koni ayırıcısının yapısı Şekil 2-42’de gösterilmiştir. Ayırma tankı, altta bulunan dikey bir şaft üzerine monte edilmiş ters kesik bir konidir. Koninin yüzeyinde dairesel oluklar bulunmaktadır. Çamur, bir besleme hunisi aracılığıyla ayırma koni diskinin alt kısmına beslenir. Koni diski dönerken, çamur iç duvar boyunca yukarı doğru akar ve mineral parçacıkları yoğunluklarına göre tabakalanır. Daha ağır parçacıklar disk duvarına doğru hareket ederek oluklara girerken, daha hafif parçacıklar çamurla birlikte yukarı doğru akar ve üstten atık oluğuna boşaltılır. Ağır parçacıklar olukları doldurduğunda besleme durdurulur ve makine kapatılır. Alt valf manuel olarak açılır ve yüksek basınçlı su kullanılarak ağır parçacıklar konsantre oluğuna yıkanarak aktarılır. Bu ekipman, esas olarak alüvyonel altın yataklarının zenginleştirilmesi ve küçük damar altın yataklarının kaba işlenmesi için kullanılır. Besleme parçacık boyutu 0–10 mm'dir. Ekipman basit bir yapıya sahiptir, kullanımı kolaydır, yüksek ayırma zenginleştirme oranına sahiptir ve nispeten az su tüketirken 'ın üzerinde altın geri kazanım oranına ulaşabilir.

Şekil 2-42 Santrifüj Konik Ayırıcı

1—Besleme borusu; 2—Üst kapak; 3—Lastik ızgara; 4—Konik disk; 5—Çamur dağıtım diski; 6—Su püskürtme diski; 7—Üst yatak yuvası; 8—Kasnak; 9—Çerçeve; 10—Alt yatak yuvası; 11—İçi boş mil; 12—Motor; 13—Dış gövde

Santrifüj disk ayırıcının yapısı Şekil 2-43’te gösterilmiştir ve temel olarak santrifüj altın konsantratörün yapısı ile aynıdır. Ayırma diski, iç duvarında dairesel oluklar bulunan yarım küre şeklindeki bir disktir. Ayırma işlemi ve çalışma yöntemi, santrifüj altın konsantratörünkiyle aynıdır. Bu cihaz, 0-10 mm boyutlarındaki alüvyon altın ve damar altın cevherlerini ayırmak için kullanılır. Yüksek zenginleştirme oranı ve yüksek geri kazanım oranına sahiptir. Ancak, ayırma diskinin yarım küre şekli, imalatını daha zor hale getirmektedir.

Şekil 2-43 Santrifüj Diskli Konsantratör

1—Kum Geçirmez Kapak; 2—Atık Tankı; 3—Yarım Küre Şeklinde Konsantratör Diski; 4—Motor; 5—Yatay Mil; 6—Motor Şasisi; 7—Şasi

Şekil 2-44 φ300 Kısa Konili Hidrosiklon

1—Besleme borusu; 2—Taşma borusu; 3—Alt akış deliği

2.7.2.3 Kısa Konili Hidrosiklon

Yapısı Şekil 2-44’te gösterilmiştir. Geleneksel bir hidrosiklon ile arasındaki fark, daha geniş koni açısıdır. Kısa konili hidrosiklonun koni açısı 90°~120°’dir ve koni özellikle kısadır. Çalışma sırasında, çamur bir kum pompasından veya yüksek seviyeli basınç tankından silindire teğetsel olarak girer. Çamur spiral bir hareketle aşağı doğru ilerler ve mineral parçacıkları çökelme hızlarına göre radyal olarak düzenlenir. Çökme hızları daha düşük olan daha hafif veya daha ince parçacıklar merkezi taşma borusundan boşaltılırken, daha iri veya daha ağır parçacıklar hazne duvarına doğru hareket eder ve aşağıya doğru aktarılır. Artan koni açısı nedeniyle, hazne duvarı boyunca aşağıya doğru akan çamur engellenir ve böylece koninin tabanında dönen bir tabaka oluşur. Hidrosiklon yatağı içinde, mineral parçacıkları dönme kesme hareketi sayesinde gevşetilir ve tabakalandırılır. Daha hafif mineraller üstte bulunur ve yukarı doğru akan sıvı tarafından taşırıma borusuna taşınarak boşaltılır. Daha ağır mineraller ise altta bulunur ve alt akış çıkışından boşaltılır.

Hafifçe değiştirilmiş su ortamlı kompozit hidrosiklon da kısa konili hidrosiklon türlerinden biridir. Bu hidrosiklonun en belirgin özelliği, farklı koniklik derecelerine sahip üç konik bölümden oluşması ve konikliğin yukarıdan aşağıya doğru kademeli olarak artmasıdır.

Kısa konili hidrosiklonun tabanı da yay şeklinde olabilir ve iç yüzeyinde dairesel oluklar bulunabilir; bu, altın zenginleştirme işlemi sırasında zenginleştirme oranını artırabilir ve kısa konili hidrosiklonun ayırma etkinliğini güçlendirebilir.

Kısa konili hidrosiklonlar, esas olarak alüvyon altınının kaba arıtılmasında ve ayrıca kömür hazırlama işlemlerinde kullanılır. -1 mm’lik alüvyon altınını ayırmak için, on kat zenginleştirme oranında altın geri kazanım oranı 95%’ye ulaşabilir.