Ufalama Aleti-Tane Şekli İlişkileri

Ufalama işleminde tanelerin aldığı şekil, kristal çatlakları gibi malzeme karakteristiklerine ve uygulanan kırma işleminin özelliğine bağlı olarak oluşabilir.

Ufalanmanın tane şekli üzerine etkileri olduğu bilinmesine rağmen, bu etkileri ölçmek için çok az araştırma yapılmıştır. Bunun nedeni ise, bilimsel olarak kabul edilmiş şekil ölçüm metotlarının ve aletlerin eksikliğidir. Bundan dolayı da yapılan çalışmaların sonuçları arasında uzlaşmazlıklar vardır. Örneğin; Bond (1954), kırılan malzeme karakterinin, kullanılan boyut küçültme makinesinin cinsine göre, ürünün aldığı şekil üzerinde daha fazla bir etkiye sahip olduğunu göz önünde bulundurmaktadır. Benzer şekilde Heywood (1962), ilk kırılmada üretilen tanelerin şeklinin malzemenin karakteristiklerine bağlı olduğunu belirtmiştir. Öte yandan Rose (1961), malzeme özellikleri bir faktör olmasına rağmen, değirmen cinsinin tane şekli üzerine esas etkiye sahip olduğuna işaret etmektedir. Charles (1926) ise, tek yönlü kırılmayla oluşturulan cam tanelerinin şeklinin uygulanan baskının oranına bağlı olduğunu saptamıştır (Kaya et. al., 2002).

Ufalamada kullanılan alet ve aletin uyguladığı kuvvetin cinsine ve şiddetine bağlı olarak çıkan ürünün şekli farklı olabilir. Örneğin, malzemeye uygulanan kuvvetin şiddeti yüksek olduğunda, yani kuvvetli kırma işleminde (massive fracture), çoğalan kırıkların kesişimiyle meydana getirilen keskin kenarlı (köşeli) oldukça düzensiz tanelerin oluşması beklenebilir (Kaya et. al., 1996). Tanelerin; yüzey aşınması (erosion) ya da köşelerde/kenarlarda koparma (chipping) vasıtasıyla sürtünerek aşınması (attrition) halinde, uzaklaştırılan küçük parçalar hayli düzensiz şekillerde olabilmelerine rağmen, tanelerin yuvarlaklaşma olasılığı daha fazladır. Herhangi bir sistemde, baskın olan koşullar genellikle makinenin cinsine ve kırılan tanelerin boyut ve özelliklerine bağlıdır. Genelde tane boyutlarının ve uygulanan basınçların dağılımları olduğundan, ürün şekillerinin bir dağılımının olmasını beklemek uygundur. Gaudin (1926), esas olarak sürtünmeye (attrition) maruz kalan daha büyük tanelerin daha yuvarlak şekilli olma eğiliminde olduğunu, kuvvetli kırılmaya (massive fracture) uğrayan daha ince malzemenin ise tipik olarak daha köşeli/sivri taneler oluşturduğunu gözlemlemiştir

(Austin et. al., 1990). Kırılmış cam tanelerine dayanan incelemede, Tsubaki ve Jumbo (1979a, 1979b), tane şeklinin tane boyutuyla değiştiği sonucuna varmışlardır.

Holt (1981), ufalama cihazlarının tane şekli üzerine etkisini inceleyen derleme makalesinde, merdaneli kırıcı gibi tek geçişli (single pass) cihazların genellikle köşeli taneler ürettiği, buna karşılık bilyalı değirmenler gibi tutucu sistemlerin (retention systems) daha yuvarlak taneler oluşturduğu sonucuna varmıştır. Dumm ve Hogg bilyalı değirmenlerdeki yuvarlaklaştırma etkisinin artan öğütme süresiyle birlikte daha da etkili hale geldiğini göstermişlerdir (Kaya, et. al., 2002). Durney ve Meloy (1986), şekil karakteristiklerinin kantitatif bir tanımını yapmak için Fourier analizi kullanarak, tek tane (single-particle ) ve tıka basa beslenme (choke-feeding) şartları altında çeneli kırıcıda kırılmış cam tanelerinin şekillerini araştırmışlardır. Diğerlerinden farklı olarak kırma sonuçlarını karşılaştırmışlardır. Karşılaştırdıkları tane boyutları 14x20 meş ve 150x200 meş’tir. Tanelerin kırıcıdan tek seferde geçişi sağlanarak beslenmesi durumunda ürünler epeyce köşeli olduğunu, tıka basa beslenmenin daha yuvarlak taneler meydana getirdiğini belirtmişlerdir.

Kaya ve arkadaşaları (2002), kömür ve kuvars kullanarak, ufalama işlemleri esnasında tane şeklinin değişimini araştırmışlardır. Görüntü analiziyle elde edilen tane profilleriyle belirlenen kantitatif şekil tanımlayıcılarını kullanarak tane şekillerini karakterize etmişlerdir. Tane şekillerini, açısal ve radyal değişkenlik ve uzunluk oranı tanımlamalarıyla belirlemişlerdir. Değişik ufalama metotlarıyla elde edilen tane boyut aralıkları için ölçülen değerlerin dağılımlarının genellikle düzenli seyir izlediğini çoğunlukla da log-normal dağılıma uyduğunu bulmuşlardır. Öğütme işlemlerinde, genel olarak öğütme zamanının artışıyla ortalama ve standart sapmaların artış gösterdiğini saptamışlardır. Ayrıca, öğütme süresinin artışının tanelerin yuvarlaklık değerini artırdığını belirtmişlerdir. Bu çalışmada, ayrıca kuvars ve kömürün bir çeneli kırıcıda aynı koşullarda kırılması ile elde edilen tane fraksiyonlarına (30x40, 50x70, 70x100, 140x200, ve 200x270 meş) ait tane şekillerinin dağılımları da verilmiştir.

Açısal değişkenlik ( angular variability ) dağılımlarına göre; kömür tanelerinin

şekil dağılımlarının tane boyutuna bağlı olduğunu, kuvars için böyle bir özelliğin olmadığını belirtmektedir. Ayrıca yine Kaya ve arkadaşları (1996), kömür ile yaptıkları bir çalışmada, kuvvetli kırmanın baskın olduğu çeneli kırıcı ile üretilen tanelerin daha düzensiz şekilli olduğunu, değirmende artan öğütme süresiyle birlikte tanelerin daha yuvarlak hale geldiğini belirtmektedirler. Ayrıca siklon ayırımı üzerine tane şeklinin etkisi incelemişler ve daha yüksek uzunluk oranına sahip tanelerin alt akıma gitme eğiliminde olduğunu görmüşlerdir.

Bazı araştırmacılar; bilyalı, çubuklu ve otojen değirmenlerde öğütülmüş kalsit, kuvars, talk ve barit tanelerinin şekil özelliklerini taramalı elektron mikroskobu kullanarak araştırmış ve iki boyutlu olarak tane izdüşümlerinin ana eksenlerini ölçerek uzama ve yuvarlaklık gibi şekil tanımlayıcılarıyla ifade etmişlerdir (Ulusoy, et. al., 2003, 2004a, 2004c; Hiçyılmaz, et. al., 2004; Yekeler, et. al., 2004). Bu çalışmalarda üç farklı öğütme ortamında (bilyalı, çubuklu ve otojen değirmen) öğüttükleri cevherlerin şekil karakterizasyonu için, SEM ile elde edilen görüntüler bilgisayar ortamına aktarılmış ve COREL Draw programı kullanılmıştır. Her bir değirmen ürününe ait tanelerin izdüşümlerinin ana eksenleri, uzunluk (L) ve genişlik (B), manuel olarak ölçülmüştür. Karakterize ettikleri tane boyut aralığı -250+45 µm’dir. Elde edilen verilerle tanelere ait uzunluk oranı ve yuvarlaklık gibi şekil parametreleri bulmuşlardır. Otojen değirmende öğütülen kalsit taneleri en yüksek uzama değerine sahip olurken, çubuklu değirmen en düşük uzama değerine sahip taneler üretilmiştir.

Araştırmacılar aynı koşullarda barit cevherini de her üç değirmende öğütmüşler, bilyalı değirmenin en yüksek uzunluk oranını ve en düşük yuvarlaklık değerini, buna karşılık otojen değirmenin en küçük uzunluk oranını ve en yüksek yuvarlaklık verdiğini bulmuşlardır (Ulusoy, et. al., 2003). Yine aynı araştımacılar tarafından yapılan çalışmalarda, bu kez kuvars ve talk mineralleri üzerinde çalışmalar yapılmıştır.

Çubuklu değirmen ürünlerinin her iki mineral için de en yüksek uzunluk oranı ve en düşük yuvarlaklık derecelerine sahip olduğu bulunmuştur.

Hoşten ve Özbay (1998), tarafından Kef grubuna ait ve oluşum tipi belirtilmeyen kromit cevheriyle yapılan bir çalışmada, cevher çubuklu ve pistonlu pres ufalama

sistemiyle öğütülmüş ve bu ufalama sistemlerinin mineral serbestleşmesi ve tane şekli üzerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmalarda cevheri -600 +425, -425 +300, -300 +212, -212 +150 ve -150 +106 µm. tane boyutlarına sınıflandırılmış ve her fraksiyonda serbestleşme ve tanelerin yuvarlaklık değerlerini görüntü analizi ile tespit etmişlerdir.

Çubuklu değirmen ile elde edilen tane şekillerinin tane boyutuyla değişmediğini, pistonlu pres ile elde edilen tanelerin ise tane boyutu küçüldükçe yuvarlıklarının azaldığını bulmuşlardır. Ayrıca piston pres ufalamayla elde edilen tane şekillerinin ince boyutlarda çubuklu değirmene göre daha az yuvarlak olduğunu belirtmişlerdir.

Yine uygulanan basınç artışıyla ince taneler için yuvarlaklığın arttığı sonucuna varmışlardır. Bu artışın daha az yuvarlak tanelerin yeniden kırılmalarıyla daha düzgün görünüşler sergilediğini ve daha ince tanelerde şekil değişikliklerinde değişimler yaptığını belirtmişlerdir. Ayrıca önerilen bu etkiyi desteklemek için daha ince boyutlardaki (-106 µm) şekil ölçümlerinin yapılması gerektiğini önermişlerdir.

Bilyalı değirmenlerde öğütme, bilyaların ve cevher tanelerinin nokta temasıyla yapılmaktayken, çubuklu değirmende gerçekleşen öğütme hareketi cevher taneleri üzerine çubukların bir hat boyunca temas etmesiyle oluşmaktadır. Otojen değirmenlerde ise cevher içindeki kırılmalar esasen çelik öğütme ortamına kıyasla, daha hafif hareket yüzünden tane veya kristal sınırlarında yapılmaktadır. Bu durum genellikle aşırı öğütmeyi en aza indirdiğinden minerallerin serbestleşmesi için istenen bir işlemdir (Wills,1981; Digre 1988; Forssberg and Zhai, 1985).

Tane şeklinin flotasyon verimi üzerine etkisini bir çok araştırmacı incelemiş ve farklı görüşler ileri sürmüşlerdir. Örneğin; Forssberg ve Zhai (1985), otojen öğütmenin flotasyonda daha yüksek verimlerle sonuçlanan, daha düşük pürüzlülüğe sahip yuvarlak taneler oluşturduğunu belirtmektedir. Hiçyılmaz ve arkadaşları (1997), yüksek yuvarlaklığa ve düşük uzunluk oranına sahip tanelerin Hallimond tüpündeki flotasyonunda verimin yüksek olduğunu ve yüzey pürüzlülüğünün flatasyon üzerine ters etkisi olduğunu belirtirken, bazı araştırmalarda ise daha yuvarlak ve pürüzlü olan tanelerin flotasyon verimini düşürdüğü iddia edilmektedir (Ulusoy, et.al.,2004a, 2004c;

Hiçyılmaz et. al., 2005). Bu konuda detaylı araştırmaların yapılması gerekmektedir.

BÖLÜM 4