Sedimantasyon olayının şematik olarak gösterimi

4. MERMER FABRİKALARI ATIK SU ARITMA TESİSLERİNDE

2.1. Sedimantasyon olayının şematik olarak gösterimi

Sekil 2.1. Sedimantasyon olayının şematik olarak gösterimi.

A- Temiz sıvı

B- Sabit konsantrasyon

C- Sedimant (Çökelek)

Çökelme esnasında büyük parçalar çökerken küçük parçalara nazaran daha hızlı çöktüklerinden kendileriyle beraber küçük parçacıkların bir kısmını çöktürürler. Eğer süspansiyonlardaki parça boyut dağılım aralığı çok fazla değil ise bütün parçalar aynı hızla çökmeye eğilim göstereceği söylenebilir ( Poslu, 1987 ; Yeşilkaya, 1989 ).

Yüksek konsantrasyonlarda tanelerin çökelme hızlarında önemli değişiklikler yapılabilir.

B

A

Özellikle,

- Çöken parçalar tarafından yer değiştiren sıvının hızında değişiklik yapılabilir.

- Akışkan numune önemli miktarda değiştirilebilir.

Bu işlemler Endüstride tikner tanklarında engelli çökme olarak görülür.

Süspansiyonlardaki sedimantasyonun hızı bağımsız taneciğin hızından daha az olmaktadır.

Çöktürme işleminin başarılı olabilmesi için aşağıdaki koşulların sağlanması gerekmektedir (Emrullahoğlu, 1984).

* İnce katı kolloidal parçacıkların flokülasyonu,

* Sıvıda bulunan salkımların sedimantasyonu,

* Tabakalaşan salkımların sıkışması,

* Berrak sıvının ve koyu çamurun ayrı ayrı alınması.

2.1.1. Konsantrasyon süspansiyonlarında boyuta göre çökelme şekilleri

Koyulaştırma işlemli, konsantre süspansiyonlarındaki ince boyutlu parçacıkların çökelmesiyle ilgili olup, bu durumda da engelli çökme koşulları söz konusudur. Bu konuda COE ve CLEVENGER (1916 ) yapmış oldukları çalışmalarda çökelmenin iki farklı yol ile olabileceğini ileri sürmüşlerdir (Yeşilkaya, 1989 ).

A Başlangıç periyodu

Genel olarak ince parçacıkların sedimantasyonunda görülen bir modeldir. “C” zonu üzerindeki zonda sedimantasyon hızı kritik çökme noktasına kadar azalır. Daha sonra çökelme sabitleşir. Genelde çökmeler bu yolla olmaktadır. Şeki1 2.2’de çökelme modeli ve grafiği görülmektedir. ( Yeşilkaya, 1989)

parça boyutları arasında büyük fark olduğu durumda karşılaşılır. B zonu yoktur.

Kritik Çöküş Noktası

Zaman

Ayrışmış su seviyesi

Şekil 2.3. Çökelme modeli ve grafiği

2.1.2. Süspansiyonun katı madde konsantrasyonuna ve parçaların birleşme şekillerine göre çökelme şekilleri

- Seyreltik süspansiyonlarda, birbirleriyle birleşme eğilimleri zayıf olan parçacıkların çökelmesi :

“1. Sınıf Çökelme”

- Seyreltik süspansiyonlarda, birleşme (Salkımlaşma) özelliği gösteren katı parçacıkların çökelmesi :

“2. Sınıf Çökelme”

- Parçacıkların birbirlerine yeterince yakın oldukları derişik süspansiyonlarda, parçalar arası kuvvetler katı parçacıkları birbirlerine göre sabit bir pozisyonda tutarlar. Bu durumda parçacıklar birleşik büyük kütleler halinde çökerler. Bu tür çökelmeye

“Bölge çökelmesi” denir.

- Ortamdaki katı konsantrasyonu arttıkça birbirleriyle pekişen katı parçacıklar, üstteki sıvıdan gelen parçacıkların ağırlığının etkisi ile sıkışmış bir yapı oluştururlar. Bu tür çökelmeye “Sıkıştırılmış çökelme” (4. Sınıf Çökelme) denir (Oğuz, 1986 ).

2.1.2.1. (1.) Sınıf Çökelme

Seyreltik süspansiyonlarda salkımlaşma özelliği göstermeyen ayrı parçacıkların çökelmesi klasik mekanik kanunlarıyla açıklanmaktadır. Böyle bir parçacığın çökelmesi diğer parçacıklar tarafından engellenmediğinden, çökelme; parçacığın ve akışkanın özelliklerine bağımlıdır. Şeki1 2.4’ de akışkan içinde çöken bir parçacığa etki eden kuvvetler görülmektedir (Oğuz, 1986 ).

Şeki1 2.4. Akışkan içinde çöken bir parçacığa etki eden kuvvetler

Şekilde :

FW , yerçekimi kuvvetini,

FB , akışkanın yüzdürme kuvvetini

F

FD , sürtünme kuvvetini ifade etmektedir.

Parçacığın Çökelmesini Sağlayan Net Kuvvet : FR ise

FR = FW-FD-FB……….(1)

.

( dVs/dt) = FW-FD-FB……….(2) Burada :

m: Parçacığın kütlesi Vs: Parçacığın çökme hızı t : Zaman

Yerçekimi kuvveti (FW) = Qs . Vp . g ……….(3) Qs , Vp : Parçacığın yoğunluğu ve hacmi

g : Yerçekimi ivmesi

Yüzme kuvveti ( FB ) = Q1 . Vp . g ………..(4) Q1 : Akışkanın yoğunluğu

FD = Sürtünme Kuvveti : Parçacığın şekline büyüklüğüne, hızına ve akışkanın yoğunluğuna bağlı olup , aşağıdaki şekilde ifade edilir:

FD = 1/2 . CD . Ap . Q1 . (Vs)²……….(5)

CD : Boyutsuz Sürtünme Katsayısı

Ap : Parçacığın akışkan yönündeki kesit alanı

Eşitlik (3) , (4) ve (5) , eşitlik (2) de yerine konulursa ;

m . ( dVs/dt) = Qs . Vp . g - Q1 . Vp . g - 1/2 . CD . Ap . Q1 . (Vs)² ……….(6)

eşitliği elde edilir.

Parçacığın hızı bir süre sonra sabitleneceğinden dVs / dt : 0 olur.

Bu durumda parçacığın sabit çökelme hızı ( Vt ) :

Vt =[(2g.(Qs-Q1) / CD.Q1) . (Vp / Ap ) ]½ ………(7)

Çapı (dp) olan olan küresel parçalar için ,

Vp /Ap = (d³/6) / (d³/4 ) : 2/3 dp ………(8) yazılabilir.

Eşitlik (7) ve (8) den

Vt=[(2g.(Qs-Q1)/CD.Q1).(2dp/3)]½………

Vt=[(4g/3CD).((Qs.Q1)/Q1)]½………(9)

Buradaki Newton Sürtünme Katsayısı CD’nin parçacık şekline göre değiştiğini ve Reynold Sayını RE’nin bir fonksiyonu olduğu bilinmektedir.

N

‹

1 olduğu laminer akış bölgesi , stokes bölgesi olarak bilinmekte ve sürtünme katsayısı aşağıdaki gibi verilmektedir:

CD = 24 /

N

RE ,

N

RE : 1 alınırsa

Vt = (Q /18M) . (Qs-Q1) . dp² ……….(10)

olarak bulunur.

1000

‹

^N

^RE

‹

25000 olduğu bölgede ise

Vt= 1,82 [ (Qs-Q1)/Q1 .dp . g ]½ ………(11)

olmaktadır.

Reynold sayısının 1 il 1000 arasında olduğu geçiş bölgesinde ise

CD= 18,5 / (

N

RE)0,6 ……….(12)

ile verilir.

Geçiş bölgesinde son hız :

Vt = 2,32 (Qs-Q1) . (dp)^1,6 olarak bulunabilir. (Poslu, 1987)

2.1.2.2. (2.) Sınıf Çökelme

Seyreltik süspansiyonlarda birleşme özelliği gösteren parçacıkların uzaklaştırılması, hidrolik koşullara hız değişimine, sıcaklığa, parçacığın büyüklüğüne ve konsantrasyonu gibi bir çok değişkene bağlıdır. Süspansiyonda hızlı çökelen parçacıklar çökelme sırasında küçük parçacıkları da beraberinde sürükleyerek büyük salkımları oluştururlar.

Çöktürme kabının derinliği arttıkça salkım oluşma olasılığı o derece artacağından, 2.

sınıf çökelme kullanılan kabın derinliğine bağımlıdır. (Oğuz, 1986 )

Katı-Sıvı Arayüzeyi

Engelli Çökme

Zaman

Derinlik

Sıkıştırılmış çökelme Çökme

2.1.2.3. Bölgesel çökelme

Bölgesel çökelme olayında, süspansiyon içerisindeki parçacıklar birbirleriyle birleşerek kütleler halinde çökelirler. Kütleler halinde çökelme, derişik süspansiyonlarda meydana gelir. Parçacıklar kütleler halinde çökeldikçe bu kütlelerin üzerinde nispeten temizlenmiş bir sıvı zonu meydana gelir ve katı - sıvı ara yüzeyi belirgin bir şekilde ortaya çıkar. Şekil 2.5.’de kütle çökelmesi modeli ve grafiği görülmektedir (Oğuz, 1986).

Şekil 2.5. Bölgesel çökelme

2.1.2.4. Sıkılaştırılmış çökelme

Süspansiyon içerisinde çökelen parçacıklar kabın alt kısmında biriktikçe burada sıkıştırılmış bir çökelme olayı meydana gelir. Bu bölgede parçacıkların birleşmesi için uzun bir süreye gereksinim olmaktadır (Poslu, 1987).

2.1.3. İnce parça süspansiyonlarında parçaların çökelme hızını etkileyen faktörler:

(Özdağ, 1987 ; Poslu,1987)

2.1.3.1. Flokülasyon derecesini etkileyen faktörler

a - Süspansiyon içerisinde elektrolitlerin olup, olmadığı b - Çözeltinin pH’ ı

c - Katı yüzeyinin kimyasal ve fiziksel özellikleri, d - Ortamda her hangi bir flokülasyon reaktifinin varlığı

Çöktürülecek olan pülp içerisindeki polimerlerin dağılımı çok önemli olmaktadır.

Homojen bir karışım yapmak için kullanılacak olan flokülanların pülp’e beslenme şekli önemli olmaktadır.

İyi bir besleme;

- Süspansiyona, flokülan besleme kabına bir boru ile beslenebilir.

- Flokülan ile süspansiyon beraberce zigzaklı bir borudan geçirilmek suretiyle, oluşan türbülanslı akım sonucunda iyi bir karışım elde edilerek, beslenilebilir (Özdağ, 1987 ; Poslu,1987).

2.1.3.2. Karıştırma derecesi

Süspansiyon içerisindeki ince parçaları bir araya getirip flokları (salkımları) oluşturmak için bazen bir miktar karıştırma gerekebilir. Fakat karıştırma derecesi fazla olmayıp yavaş bir şekilde yapılmalıdır. Örneğin santrafüj tipi pompalamadan kaçınılmalıdır. Çünkü oluşan salkımlar pompalama sırasında bozulmakta daha sonra tekrar salkımları oluşturmak zorlaşmaktadır.

Newton akışkanı gibi hareket etmeyen bir süspansiyonun çökelme hızı hafif bir karıştırma ile artırılabilir. Çok yavaş olarak yapılacak olan bir karıştırma ile oluşan çökeleğin daha da pekişmesi sağlanır ve parçaların köprü kurması engellenir.

2.1.3.3. Süspansiyonun konsantrasyonu

Konsantrasyon ne kadar yüksek olursa, çamur hattının çökelme hızı o kadar daha yavaş olur, fakat toplu haldeki parçaların çökelme hızı yüksek olabilir.

2.1.3.4. Sıcaklık

Süspansiyonun sıcaklığını arttırmak suretiyle çökelme hızını önemli ölçüde arttırmak mümkündür. Fakat süspansiyonun sıcaklının arttırılması olayı ayrı bir masraf teşkil etmekte bu nedenle de ekonomik olarak uygulanabilmesi uygun değildir.

2.1.3.5. Yoğunluk farkı

Ortam ile katı parçacık arasındaki yoğunluk farkı ne kadar fazla olur ise çökelme hızı o derece yüksek olur.

2.1.3.6. Viskozite

Floküle ve disperse olmuş taneler arasında farklı çökelme hızları vardır. Akışkanın vizkozitesi arttıkça çökelme hızı azalmaktadır. Pülp vizkozitesi arttığı zaman reaktif flokülanları homojen bir şekilde dağıtmak daha zor gerçekleşmektedir.

2.1.3.7. Çöktürme yapılan kabın şekli

Kullanılan kabın çapının parça çapına olan oranı ‘100’ den büyük ise kabın çeperleri çökme hızına etki etmez. Fakat kabın çeperleri düşey bir konumda değilse bu durum çökelme hızını önemli ölçüde etkileyebilir.

REANSE, bu durum üzerinde bir çalışma yapmıştır. Yapmış olduğu çalışmada biri dik diğeri eğimli durumda bulunan kaplarda parçalar aynı zamanda çökelmeye başlarlar (Özdağ, 1987).

Şekil 2.6. Düşey ve dik kapta çökelme

Şekilde görüldüğü gibi her iki kapta da aynı sürede “h” yüksekliğine kadar çökelme olacaktır. Fakat “B’ kabı eğik olduğu için kabın her tarafında “h” yüksekli kadar çökelme vardır. “B” kabının alt kısmında oluşan temiz su zonu , kap düzeltildiğinde kabın üst kısmında birikme göstereceğinden temiz su miktarının artmasına neden

A B

h h

olacaktır. bundan dolayı çökelme olayında “B” kabı avantajlıdır. Çünkü parçacıkların çökelme mesafesi daha azdır.

Dolayısıyla çökelme olayı daha kısa sürede gerçekleşerek temiz su ve koyu pülp miktarı artar. Bunlara dayanarak lamel tiknerler (lamella thickener) dizayn edilmiştir.

Böylece çok büyük bir tiknerin yaptığı iş küçük bir lamel tikner kullanılarak gerçekleştirilebilir.

2.1.3.8. Kimyasal maddelerin etkisi

Kimyasal maddelerin ortamda varlığı süspansiyonlarda çökelmeye etki eder. Bu amaçla yapılan çalışmalarda mineraller, hızlı, orta ve yavaş çökelen olarak sınıflandırılırlar. Minerallerin özelliklerine göre ortama kimyasal madde ilavesi yapılır.

2.2. Flokülasyon ve Koagülasyon

Flokülasyon ve Koagülasyon terimleri kolloid kimyasında tanelerin birbirine bağlanmasını açıklamakta ve bazı durumlarda biri diğerinin yerine kullanılmaktadır. LA MER “Koagülasyon” terimini, kolloid dispersiyonların sisteme katılan iyonlar etkisi ile katı-sıvı arayüzeyinde oluşan elektriksel çift tabaka kuvvetlerindeki azalma sonucu sistemin bozulması olayı olarak, “Flokülasyonu” ise, kolloid süspansiyonlarda yüksek moleküllü ağır polimerler ya da indirgenme olayının söz konusu olmadığı diğer fiziksel etkilerle sürekli bir fazda meydana gelen salkımlaşma olayı olarak tanımlanmaktadır ( Yeşilkaya, 1989).

Salkımlaşmış bir sistem duraysız bir sistemdir ve sistem içindeki katı parçacıklar bir araya gelerek eğer sıvıdan farklı bir yoğunluğa sahipse ya zamanla yüzecek ya da çökecektir. Parçacıkların sistem içerisinde daima dispersiyon şeklinde kaldığı sistemler duraylı çözeltiler olarak adlandırılır. Bu tür süspansiyonların duraylılığını etkileyen üç etken vardır :

1—Parçaların seçimli olarak iyon kaplaması 2—Brown hareketi,

3 – Yüzey enerjisi

Birinci etken hem dağılma hem salkımlaşma ve üçüncü etken salkımlaşma yönünde etki yapar (Cikcik, 1986).

Flokülasyon kendi kendine oluşan bir olaydır. Şayet kendi kendine oluşmuyorsa süspansiyona durgunluk verilmelidir. Süspansiyondaki bütün parçalar karşılıklı olarak birbirlerini çekerler. Bu çekim kuvvetleri Vander Waals kuvvetleridir. Bu kuvvetler doğal koagülasyona neden olmaları ile birlikte süspansiyonun dengesi itici kuvvetlerle sağlanır ( Atak, 1982).

Şekil 2.7. Parçalar arası itme ve çekme kuvveti Çekme kuvveti

Parçalar arası mesafe

Alçalma fazı Yükselme fazı

İtme kuvvetleri

Potansiyel enerji

Toplam itme ve çekme kuvvetleri

2.2.1. Birleşme kinetiği:

(Oğuz, 1986 )

Parçacıklar arası birleşme genellikle üç ayrı mekanizma ile açıklanmaktadır ;

1- Perikinetik birleşme, 2- Ortokinetik birleşme,

3- Çökme hızları farklı parçacıkların birleşmesi.

Perikinetik ve Ortokinetik birleşme mekanizmaları üzerinde durulmuştur.

2.2.1.1. Perikinetik birleşme mekanizması

Perikinetik birleşme mekanizması salkım oluşumunu, katı parçacıkların sıvı içindeki gelişi güzel hareketi ile açıklamaktadır.

Katı kolloidlerin Brown veya ısısal hareket olarak adlandırılan bu hareketi, akışkan molekülleriyle yaptıkları çarpışma sonucu meydana gelmektedir.Bu mekanizmaya göre salkımlaşma hızı, süspansiyondaki katı parçacık konsantrasyonuna göre ikinci dereceden bir fonksiyondur. Parçacık konsantrasyonundan başka salkımlaşma hızı, sıvı viskozitesine ve sıcaklığa bağlı olup, parçacık büyüklüğünden bağımsızdır. Başka bir deyişle, düşük parçacık konsantrasyonlarında düşük sıcaklıklarda ve çok yoğun süspansiyonlarda salkımlaşma için uzun bir süre gerekmektedir (Oğuz, 1986 ).

2.2.1.2. Ortokinetik birleşme mekanizması

Parçacıklar arası birleşme akışkan hareketi ile meydana geliyorsa birleşme mekanizması SMOLUCHOWSKI tarafından geliştirilen Ortokinetik model ile açıklanmaktadır. Bu mekanizmanın esası, akışkanın karıştırılarak parçacıkların birleşme olasılığının artmasına dayanmaktadır. Karıştırma uygulanınca akışkan hızı, tankın değişik noktalarında ve değişik zamanlarda farklı değerlere sahip olur. Yani, karıştırma

ile tank içinde bir hız değişimi meydana gelir. Akışkan ile birlikte karışan parçacıklarda ayrı hız değerine sahip olacaklarından, bunların birleşme ve salkım oluşturma olasılıkları da artar. Bu mekanizmaya göre; salkımlaşma hızının parçacık konsantrasyon ve büyüklüğüne, hız değişimine bağlı olduğu ve birinci dereceden hız fonksiyonuna uyduğu belirtilmektedir.

Karıştırma ile birleşme olasılığı ve hız arttırıldığından, ortokinetik salkımlaşma için gereken süre perikinetik salkımlaşma için gereken süreden daha azdır. Su ve atık su sistemlerinde ortokinetik mekanizmanın parçacık birleşmesi üzerindeki etkisinin daha önemli olduğu vurgulanmaktadır (Oğuz, 1986 ).

2.2.2. Salkımlaştırma işleminin amacı:

Bir çok endüstriyel alanda, su ve atık su arıtım tesislerinde kullanılan salkımlaştırmanın amacı; su veya atık suya ilave edilen kimyasal maddelerin yardımıyla kendiliklerinden çökelmeyen askıdaki maddelerin birbirleriyle birleşerek daha büyük parça oluşturmalarını ve dolayısıyla daha kolay çökmelerini sağlamaktır. Ancak salkım oluşumu için her zaman kimyasal madde ilavesine gerek olmayıp, sudaki katı parçacıkların birbirleriyle birleştirilmesi de mümkündür.

Küçük katı maddelerin birleşmesi ile meydana gelen büyük katı parçacıkların çökme hızları daha büyük olacağından salkımlaşma sonunda askıdaki katı maddeler daha kısa zamanda daha kolay çökeceklerdir. Bu nedenle salkımlaşma, kısaca çöktürmeyi kolaylaştıran ve hızlandıran bir işlem olarak tanımlanabilir (Oğuz,1986).

2.2.3. Flokülasyon mekanizmasını açıklayan parametreler:

2.2.3.1. Katı—Sıvı arayüzeyindeki iyonlar

Katı ve bunun etrafını saran sıvı, fiziksel ve kimyasal kuvvetlerin denge durumunda olduğu bir sistemi meydana getirir. İnce parçaların su ile meydana getirdiği pülp’te çeşitli iyonlar bulunur. Bu iyonlar az veya çok hidrate olmuş durumda olup, bir veya daha fazla su molekülü taşırlar. Hidrate iyonlar mineral yüzeyine bağlanırlar ve mineral yüzeyinden ayrılan iyonlar su fazına geçerler. İyonların mineral yüzeyine bağlanması veya yüzeyden ayrılması her bir mineral için farklı farklıdır (Atak, 1982).

Katı parçacıkların yüzeylerindeki elektriksel yük nedeniyle parça yüzeyine yakın sahalarda bir elektrostatik potansiyel doğar. Şekil 2.8.’de görüldüğü gibi parçacık yüzeyinde sabit ve hareketsiz bir yük tabakası vardır. Bu yüke karşıt yüklerden oluşan ikinci tabaka hareketsizdir. Yüzeyden uzaklaştıkça bu hareketli tabakadaki yük derişimi azalır. Böylece katı yüzeyindeki hareketsiz yükler ile su içerisine doğru dağılan hareketli yükler arasında bir elektrostatik potansiyel doğar. Parçacıkların bir araya gelerek çökebilir büyüklüklere ulaşabilmeleri için, Zeta Potansiyelinin, parçacıkların birbirlerini itmemelerini sağlayacak şekilde düşürülmesi gerekmektedir. Bu düşme “Koagülant Madde” olarak bilinen bazı iyonların ilavesi ile gerçekleştirilir(Oğuz, 1986).

Şekil 2.8. Sudaki bir parçacık ve Zeta potansiyeli

2.2.3.2. Brown hareketi

Bir süspansiyon içinde bulunan çok küçük boyutlu tanelerin gelişi güzel hareketleri,

‘Brown Hareketi’ olarak tanımlanır. Brown hareketi ile, süspansiyon içinde bulunan pek çok mineral tanesi bir karıştırma olmaksızın birbirine yaklaşır veya uzaklaşırlar. Bir hipoteze göre Brown hareketinin elektriksel çift tabakada mineral yüzeyine bağlı iyonlarla serbest iyonlar arasındaki, iyonlar arası kuvvetler nedeniyle meydana geldiği ileri sürülmüştür. Brown hareketi parçacıkların yaklaşarak birbirine bağlanmasına neden olur (Atak, 1982).

2.2.3.3. Yüzey enerjisi

Her arayüzeyde bir enerji vardır. Bu enerji yüzeydeki kuvvetlerle ilgilidir.

Flokülasyon olayı sırasında bir enerji diğer enerji cinslerine dönme eğilimi gösterir.

Küçük parçaların birleşerek moleküller meydana getirmeleri ara yüzey alanını küçültür.

Buna bağlı olarak yüzey enerjisinde azalma olur. Yüzey enerjisinin azalması, yüzey alandaki azalma nedeniyle olduğundan parçacıklar birbirine bağlanarak flokülasyon durumunu meydana getirir(Atak, 1982).

2.2.3.4. Parçaların çarpışması

Katı yüzeyleri birbirlerine yakın hale getirildikleri zaman (0.01 mikron) London Vander Wals kuvvetleri etkisiz bir hale getirilebilir. Parçaların çarpışmalarını sağlamak için süspansiyonun karıştırılması gerekir. Ancak karıştırmanın hızı ortamın durumuna göre ayarlanmalıdır. Süspansiyonun aşırı şekilde karıştırılması flokülantla bağlanarak salkım oluşturmuş tanelerin dağılmasına neden olabilir. Bunun için karıştırma hızının oluşan salkımları bozmayacak hatta salkımlaşmayı arttıracak şekilde ayarlanması gerekir (Atak, 1982).

2.2.3.5. Su çözeltilerinde parçaların iyonla kaplanması

Bir elektrolitte pozitif yük, negatif yüke eşit olduğundan, mineral yüzeyinde negatif yükün bulunması elektrolitte daha fazla pozitif yükün bulunmasına neden olur. Helmotz tarafından ortaya atılan ve bir çok araştırmacı bilim adamı tarafından geliştirilen elektriksel çift tabaka fikri ile mineral yüzeyi civarında pozitif iyon konsantrasyonun arttığı ve mineral yüzeyinden uzaklaştıkça çözeltinin elektriksel bakımdan nötr olan normal iyon bileşimine eriştiği görüşü mevcuttur. Mineral parçası ile bunu çevreleyen iyon atmosferi şekil 2.9.’da görülmektedir.

Elektrolitte bulunan iyon cinslerine göre, iyonların bazıları mineral yüzeyinde toplanarak mineral yüzeyinin belirli bir elektrik yükle yüklenmesine neden olur (Atak, 1982).

Yüklü mineral tanecikleri ile etrafındaki sulu çözeltinin birbirine göre relatif hareketlerinde çözelti-tane arasında kayma yüzeyinde ölçülebilen ortalama elektrokinetik potansiyele “Zeta Potansiyeli” denir ( Atademir, 1987 ).

Elektrolit çözeltilerindeki iyon cinslerinin değişimi, zeta potansiyelinin değişimine neden olur. İyon cinsine ve konsantrasyonuna göre bunun değeri bazen azalır, bazen çoğalır ve bazen de işareti değişir. Zeta potansiyelinin mutlak değeri küçük olduğu zaman flokülasyon durumunun oluştuğu deneylerle gösterilmiştir ( Atak, 1982).

Şekil 2.9. Elektriksel çift tabaka ve özellikleri:

Şekil 2.9.1. Katı yüzeyindeki elektrik yükü ve onu dengeleyen iyonlar, +

Şekil 2.9.2. Anyon ve katyonların arayüzeyden uzaklaştıkça simetrik değişimi

Şekil 2.9.3. Dağılmış iyonlar tabakasında yüzeyden uzaklaştıkça potansiyel değişimi.

2.2.3.6. Elektriksel yükü azaltmak

Uygun cinste ve gereken miktarda elektrolit ilave edilerek; elektriksel çekimi arttırıp, elektriksel yükü küçültmekle koagülasyon derecesi arttırılabilir. Parçalar tarafından taşınan yük, eklenen zıt yüklü iyonlar tarafından nötralize edilir. İyonların floküle olma özelliği değerlilikleri ile doğru orantılı olarak artar.

Mesafe

Potansiyel

Eş yüklü iyon dağılımı Karşıt yüklü iyon dağılımı

Mesafe

Konsantrasyon

Örneğin; üç değerlilikli katyonlar iki değerliliklere, iki değerlilikler bir değerliliklere göre pülpü daha kolay ve iyi bir şekilde, floküle eder (Atak, 1982).

2.2.4.Flokülasyon (salkımlaştırma) yöntemleri

Katı - Sıvı karışımlarında katı parçacıkların bir araya gelmesi olayı aşağıdaki dört mekanizmanın biri yada bir kaçının ortak etkisi ile olabilir. Bu mekanizmalar;

l—Elektrolitik eklenmesiyle salkımlaşma (koagülasyon) , 2—Hidrofobik bağlama ile salkımlaşma,

3—Polimer köprüleri ile salkımlaşma, 4—Manyetik bağlama ile salkımlaşma.

(Yeşilkaya, 1989)

2.2.4.l. Elektrolit eklenmesiyle salkımlaşma (koagülasyon)

Mineral süspansiyonuna uygun ölçülerde elektrolit eklenmesi ile, mineral parçacıkları arasındaki elektrostatik itme azaltılır. Kolloidal dengeliliği teorisine uygun olarak kümeleşme sağlanır (Tefek, 1979).

Elektrolitik salkımlaşma; elektrolit adı verilen ve parçacıklar arasındaki itici güçleri nötralleştiren sülfirik asit vb. gibi maddeler etkisi ile meydana gelir. Bu durum Vander Waals çekici güçlerinin baskın olmalarını sağlar ve parçalar bir birine bağlanarak salkımlar oluştururlar (Cikcik, 1986).

Hepper’e göre elektrolitik salkımlaşmanın amacı; sistemin elektrokinetik potansiyelini mümkün olduğu kadar sıfıra yaklaştırmaktır. Sistemdeki iyonların değerliliği ile elektrokinetik potansiyel ters orantılıdır (Cikcik, 1986).

2.2.4.2. Hidrofobik bağlama ile salkımlaşma

Read’e göre yüzey aktif maddeler mineral-su arayüzeyinde soğurulur ve bu durum katıyı hidrofobik kılar. Sonuçta da bu hidrofobik parçacıklar arasında çekici kuvvetler etkin duruma geçerek parçacıkların birbirine bağlanmasına neden olurlar (Cikcik, 1986).

2.2.4.3. Polimer köprüleri ile salkımlaşma

Polimer köprüleri kurarak meydana getirilen salkımlaşma olayı polielektrolit adı verilen doğal yada yapay yüksek molekül ağırlıklı uzun zincirli organik polimerler aracılığı ile yapılır. Parçacıklar bu polimer parçalara yapışarak köprü kurar ( Cikcik, 1986).

Bazı polimerler mineral karışımları için selektivite gösterirler ve selektif flokülasyona neden olurlar. Kitchener’ e göre selektif flokülasyonla , flotasyon aynı şeydir. Her iki işlemde moleküllerin etkin grupları ayrılacak minerallerin yüzeyine bağlanır (Tefek,1979).

Yukarıdaki verilen bilgilere dayanarak, polimer köprüleri ile flokülasyon için gerekli şartları şu biçimde sıralayabiliriz :

1- Flokülant floküle olacak mineralin yüzeyine adsorbe olmalı,

2- Flokülant köprüleri, mineral parçacıkları arasındaki çift tabaka itişmesini önleyecek kuvvette olmalıdır.

3- Karşılıklı kümeleşmeyi önlemek için dengeli bir süspansiyon gereklidir. (Bu denge pH ayarlaması yaparak ve dispersant kullanarak sağlanır.)

4- İyi bir ayırım için, süspansiyon katı oranının fazla olmaması gereklidir. Flokülant çok düşük konsantrasyonlu solüsyonlar halinde yavaşça, çok hızlı karıştırılan pülp’ e eklenmelidir.

5—Çok büyük salkımlar oluşturan flokülant kullanmamalıdır.

6—Selektif flokülasyon uygulanacak bir cevherin içerdiği minerallerin tam bir serbestleşme göstermeleri gereklidir (Yeşilkaya, 1989).

2.2.4.4. Manyetik bağlama ile salkımlaşma

Koiloidal parçacıklardan oluşan bir süspansiyon, dışarıdan uygulanan bir manyetik alana maruz bırakıldığında, elektriksel çift tabaka ve Vander Waals çekici kuvvetleri

Belgede MERMER İNCE ARTIKLARININ KOAGÜLASYUNU VE FLOKÜLASYONU KENAN OĞUL YÜKSEK LİSANS TEZİ Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Haziran 2005 (sayfa 44-0)