Tek ve çift değerlikli iyonların minerallerin flotasyon davranışına kabarcık birleşimi açısından etkisinin araştırılması

Abstract

Cevher zenginleştirmenin en önemli yöntemlerinden biri olan flotasyon, yüzeyleri doğal olarak hidrofobik olan ya da kullanılan reaktiflerle hidrofobik hale getirilen minerallerin, sistemde oluşturulan hava kabarcıklarına yapışarak yüzeye çıkması ve konsantre olarak alınmasıdır. Oluşturulan hava kabarcıkları hidrofobik oldukları için aralarındaki itme kuvveti zayıftır ve birleşerek daha büyük bir kabarcık oluşturma eğilimindedir. Bu durum flotasyon açısından, çeşitli sorunlar oluşturabilir. Bunun önüne köpürtücü adı verilen ve hava/su arayüzey gerilimini düşüren reaktiflerin kullanılması ile geçilir. Ortamdaki iyonlar da benzer şekilde hava/su arayüzey gerilimini düşürür. Kabarcık boyutunun ve köpüğün stabil kalması flotasyon veriminde önemli rol oynar. Dünyada taze su kaynaklarının azalması ile birlikte, flotasyon tesisleri su ihtiyaçlarını kuyu suyu, deniz suyu ya da tesis suyu gibi kaynaklardan karşılamak zorunda kalmaktadırlar. Bu kaynaklar genellikle flotasyon işlemini verimini etkileyebilecek yüksek konsantrasyonlu inorganik elektrolitler içermektedirler.Bu doğrultuda bu tezin amacı, flotasyonda kullanılan suyun içerisindeki çözünmüş iyonların solüsyon ve ara yüzeylere etkisi ve özellikle yüksek konsantrasyondaki iyonların kabarcıklar ile taneler arasındaki kolloidal etkileşimleri nasıl değiştirdiğini ortaya koymaktır. Bu çalışma kapsamında, çözünmüş iyonlar varlığında kabarcık-tane ilişkisinin daha iyi anlaşılabilmesi için, elektrolit olarak sodyum klorür (NaCl) ve kalsiyum klorür (CaCl2) tuzları ve köpürtücü olarak da Metil İzobutil Karbinol (MIBC) kullanılarak tesis suyu taklit edilmeye çalışılmış, yüzey gerilimi, kabarcık birleşmesi ve dinamik köpük stabilitesi deneyleri ile araştırılmıştır.Kabarcıkların tuzlar ve yüzey aktif madde varlığında stabilize olma mekanizması özel bir deneysel dizayn kullanılarak araştırılmıştır. Sonuçlar yüzey gerilim ölçümleri, kabarcık stabilitesi, dinamik köpük stabilitesi (DKS) ve deney sonuçları ile yorumlanarak flotasyon verimi üzerine muhtemel etkileri tartışılmıştır.Bu çalışmadan elde edilecek sonuçlar ile bu iyonlarının flotasyon sonuçları üzerinde iyon spesifik etkisini ortaya konacak, ayrıca birçok sistemin tuzlu sular içerisinde flotasyon davranışlarını anlamamıza da yardımcı olacaktır. Ayrıca, Türkiye'de ki cevher ve kömür hazırlama endüstrisinde flotasyon teknolojisinin gelişmesinde temel bir altyapı oluşturacaktır.

Flotation, one of the most important mineral processing methods, is based on recovering of naturally hydrophobic minerals or hydrophobized minerals with chemicals via attaching these minerals to bubbles produced in a system, and collecting them as a product. Since produced bubbles are hydrophobic, repulsion forces between bubbles are weak, and they tend to become bigger size bubble due coalescence. This can cause several problems for flotation process. This can be eliminated with use of frothers which reduce the gas/liquid interface tension. Likewise, ions in water also reduce the surface tension. Stability of bubble size and froth plays an important role in flotation recovery. Flotation plants sometimes use bore water, seawater or plant recycled water due to scarcity of fresh water sources in the World. These sources may generally contain high concentration ions, which can impact the flotation recovery of minerals.In this context, the aim of this thesis is to investigate the effect of dissolved ions in plant water used for flotation process on solutions and interfaces, and to reveal, particularly, how high concentrated ions change the colloidal interactions between bubbles and particles.In the scope of this study, in order to understand bubble-particle interaction in the presence of dissolved ions, sodium chloride and calcium chloride salts as electrolytes and Methyl Isobutil Carbinol (MIBC) as a frother were used to imitate the plant water, and surface tension experiments, bubble coalescence measurements and dynamic froth stability tests were carried out.Mechanism for stabilization of bubbles in the presence of electrolytes and surface active agent was investigated using a special experimental design. The results were discussed with surface tension experiments, bubble stability, and dynamic froth stability (DFS) and their possible effects on flotation recovery.The results obtained from this study will reveal the ion specific effect of the dissolved ions on flotation, and help to understand the flotation behaviors of many minerals in salt solutions. Moreover, these will constitute an important basis to improve the flotation technology for mineral and coal processing industries in Turkey.