Triboelektrostatik ayırıcı tasarım parametrelerinin mineral ayırmada etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında bir triboelektrik ayrım düzeneği tasarımı ve bu düzeneğe ilişkinparametrelerin triboelektrostatik ayrım performansı üzerindeki etkisinin incelenmesigerçekleştirilmiştir.Tanelerin elektrik yüklerine göre ayrılmaları cevher hazırlamada kullanılan oldukçaeski bir ayırma yöntemidir. Fakat dejavantajları sebebiyle yaygın bir yöntemdeğildir. Bu yöntemde taneler iletkenliklerine göre bir elektrik alanında belirli bir yükkazanırlar ve kazandıkları yüklenmeye göre iki farklı yüke sahip elektrot arasındangeçerken, elektriksel çekim kuvvetlerinin etkisi ile çekilerek veya itilerek ayrılırlar.Triboelektrik iki farklı malzemenin birbirine sürtünmesi ile oluşan elektrik yükününadıdır. İki tanenin birbirine ya da başka bir malzemeye sürtünmesi sonucu taneler,iletkenlikleri veya yüzey özelliklerine bağlı olarak negatif ya da pozitif yük kazanırlar.Bu yüklü taneler bir elektrik alanı içinde yüklerine (artı ya da eksi) göre farklıyönlerde hareket edebilirler. Böylece farklı iki yüke sahip iki tanenin birbirindenayrılması mümkün olur. Literatürde yaygın olarak tanelerin sürtünme ile iyonizeolmasına rastlanmaktadır. Ayrımın yapılacağı yüksek potansiyele sahip elektrikalanı için gerekli elektrik yükünün de triboelektriklenme ile elde edilebilirliğininaraştırılması ve değişik parametreler denenerek mineral ayrımına olan etkilerininincelenmesi bu tezin temel hedefi ve özgün değeridir. Bu amaçla, bir triboelektrikayrım düzeneği tasarımı yapılmış olup, ekipmana ait değişkenlerin bu düzeneğinayrım performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu düzenekte tanelerintriboelektriklenme ile yüzeylerinin yüklenmesi ve tanelerin ayrımı için gerekenpotansiyel statik yük de sürtünme ile sağlanmıştır.Konvansiyonel elektrostatik ayırıcıların ayrım yapabilmesi için gerekli yüksekgerilimli alternatif akımı doğru akıma çeviren büyük ve güçlü trafolar vardır. Buamaçla yüksek sarımlara sahip doğru akım trafoları kullanılmaktadır. Bu trafolarönemli ölçüdeki güç tüketimleri, çalışma esnasında ortaya çıkan ısının soğutulmasıgereksinimi ve tehlikeli çalışma ortamı oluşturması, yüksek gerilim trafolarının başlıca sorunlarındandır. Bu tezde ayrım için gerekli yüksek potansiyeli sürtünmeylesağlayacak bir düzenek kurulması amaçlanmıştır. Böylece yüklü tanelerin ayrılmasıiçin gerekli yüksek potansiyelin daha az enerji ve daha düşük işletim sorunları ileüretilebilirliği araştırılmıştır. Sistemin, bilinen yöntemlerden en büyük farkı kendigerilimini üretmesidir. Ayrıca üretilen statik yük sürekli yüksek akımoluşturmadığından görece daha güvenli bir çalışma ortamına izin vermektedir.Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü'nde kurulmuş olan budüzeneğin en önemli avantajı 35 kV'a kadar olan statik yükü sürtünme ile üretiyorolmasıdır. Bu ayrım yöntemi kuru bir ayırma yöntem olup, su ve kimyasalkullanımına ihtiyaç duymaması sayesinde madencilikte kullanılan yöntemlerarasında çevre dostu yöntemlerden birisidir.Düzeneğin ana yapısı bilgisayar ortamında tasarlanmıştır. Sürtünme ile statikelektrik üretimine ortam sağlayacak malzemeler triboelektrik seri listesindenseçilmiştir. Seçilen uygun malzemeler ile kurulum yapılmıştır. Sürtünme ile oluşanelektrik, iletkenler vasıtası ile farklı yapı ve şekildeki ayrım elektrotlarınailetilmektedir. Taneler ise ayrım öncesinde farklı bir düzenek içinde karıştırılarakyine triboelektriklenme ile elektrik yükü kazandırılmış ve statik olarak yüklenmiş olanelektrotlar arasına bir titreşimli besleyici ile beslenmiştirBu çalışma kapsamında amaç gerekli statik yükün sürtünme ile oluşturulmasıolduğundan cevher etkilerini ortadan kaldırmak için sentetik olarak hazırlanmışolabildiğince serbest kuvars ve manyetit mineralleri kullanılmıştır. Bu sentetiknumuneler ile ayrım parametreleri incelenmiş ve ayrım performansına olan etkileribelirlenmiştir. Yapay numunelerin dışında doğal cevherler, tesis atıkları ve geridönüşümde kullanılabilecek malzemeler ile ayrıca testler yapılmıştır.

In this thesis, it is aimed to design triboelectiric separation unit and investigate theeffect of parameters in triboelectric separation performance.The separation of the particles according to their electrical charges is a very oldseparation method used in mineral processing. However, it is not a very commonmethod because of its high operational cost. In this method, mineral particles havebeen charged in an electrical field according to their conductivity and separated byattracting or repelling between positively or negatively charged electrodes.Triboelectric is the name of static electric that is occurred by friction of two differentmaterials. Friction of one particle to each other or to other material, loads theparticles with negative or positive charges depending on its conductivity and surfaceproperties. The particles, which have different electrical charge (negative orpositive), move different directions in an electrical field. Hence, it is possible toseparate a particle from each other according to their charges. In literature it iscommon to charge particles with friction. Investigation of the electric charge requiredfor the high potential electric field and investigate of the effects of differentparameters on the mineral separation are the main objective and original value ofthis thesis. For this purpose triboelectric seperaton unit is desiged and test areapplied with changed varriables to understand separation performance of this unit.In this unit, the triboelectrical charging of the surfaces of the particles and thepotential static charge required to separate the particles are provided by friction.Conventional electrostatic separators require external high potential transformersthat convert alternative current to direct current. For this purpose, direct currenttransformers with high number of turn are required. Main problems with thistranformers are high consumption of power, cooling problems during operation anddangerous work enviroment. In this thesis, it is aimed to build a system thatproducing the required electrical potential by friction. Hence, required electrical viienergy consumption will be lower and there will be less operational problems.Considering to concentional system, innovative part of this system is requiredenergy is supplied from produced from friction. In addition to these static charge isnot provide high electric current and come in with more safe work environment.The operational cost of the conventional electrostatic separators is relatively highbecause of its high voltage requirements. Rather than electrostatic separators andother conventional processing equipment, triboelectric separator does not havehigh-energy consumption. Major advantage of setup, which is built in MiningEngineering Department of Hacettepe University, is to produce high voltage up to35 kV with friction. This is the innovative part of the project. Furthermore this is dryequipment which reduces the water consumption and it does not need anychemicals. It is environmentally friendly method.In this study, artificial test samples are used to investigate the separationperformance of the system. This study provides the required information aboutdesign parameter for this new equipment.The most important advantage of this system, which was established in theDepartment of Mining Engineering at Hacettepe University, is that it produce staticloads up to 35 kV by friction. This method of separation is a dry separation methodand one of the eco-friendly methods used in mining due to the fact that it does notrequre water or any chemical.The main structure of the unit had been designed by computer program and then itis built with appropriate materials which are choosen from triboelectric series. Theelectricity produced is transferred to electrodes which have different size, shape andmaterial. The mineral particles had been also charged by mixing in a mixer and thenfed into the electrical field occurred between the electrodes via vibrating feeder.Tests are performed on synthetic mixtures of liberated magnetite-quartz samples toprevent any effect of ore in separation performance. After the promising result withthe synthetic samples, tests are performed with industrial mineral, metal ore, coaland mixture of recyclable material samples. Results of these tests indicated thatmost of these samples could be separated successfully with this new method.