Farklı flotasyon davranımına sahip sfalerit minerallerinin incelenmesi

Bakır-çinko kompleks sülfürlü cevherlerin flotasyonunda, farklı cevher yataklarında ve bazen aynı cevher yatağının farklı bölgelerinde Cu-Zn seçimli flotasyonu performansının farklılıklar gösterdiği bilinmektedir. Bu farklılıkların nedenleri arasında cevher oluşumu sırasında sfaleritin kristal yapısında ve yüzey kimyasında meydana gelen değişimler, cevherin kimyasal ve mineralojik yapısı ve buna bağlı olarak sfaleritin zenginleştirme işlemi sırasında canlandırılması, cevherin oksidasyonu (oluşum sırasında ve/veya stok sahasında) ve uygulanan flotasyon işlem koşulları sayılabilmektedir. Bu tez kapsamında, bakır-çinko cevherlerinde farklı oluşum ve yüzey özelliklerine sahip sfalerit minerallerinin farklı flotasyon davranımlarının nedenleri araştırılmıştır. Bu amaçla, farklı flotasyon davranımına sahip olduğu bilinen Gediktepe Cu-Zn sülfürlü cevheri ve Balya Pb-Zn sülfürlü cevherinden elde edilen sfalerit numuneleri deneysel çalışmalarda kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında flotasyon deneyleri, SEM-EDS (Taramalı elektron mikroskobu - Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi) ve XPS (X-ışını fotoelektron spektroskopisi) ile yüzey karakterizasyonu, temas açısı ölçümleri, dönüşümlü voltametri deneyleri ve detaylı elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) çalışmaları yapılmıştır. Farklı bastırıcı türleri ve karışımları kullanılarak gerçekleştirilen flotasyon çalışmalarında, optimum koşullarda (0.5 kg/t Na2S, 3 kg/t MBS, 1 kg/t ZnSO4) %13,86 Cu ve %5,34 Zn tenörlü bir kaba flotasyon konsantresi %60 bakır verimi ve %8 çinko verimi ile elde edilmiştir. SEM-EDS çalışmaları Balya sfalerit ve Gediktepe sfalerit örneklerinin kimyasal yapı ve yüzey özellikleri açısından farklı olduklarını göstermiştir. Gediktepe cevherindeki sfalerit yüzeyinde Cu-S benzeri oluşumlar gözlenmiştir. İki sfalerit örneği arasındaki farklılıklar temas açısı ve EIS deneyleri ile de belirlenmiştir. Toplayıcı olarak SIPX kullanılarak yapılan temas açısı ölçümleri, Gediktepe sfaleriti ile 65° ve Balya sfaleriti ile temas açısı ölçülemediğini (0°) göstermiştir. EIS deney sonuçlarına göre SIPX eklendiğinde Gediktepe sfaleritinin kaplama direnci (Rc) artmakta iken Balya sfaleritinin direnci önemli derecede değişmemektedir. Her iki ölçüm yöntemi de herhangi bir aktivatör kullanmadan Gediktepe sfalerit örneğine toplayıcının soğrulduğunu, ancak Balya sfaleritine soğrulmadığını göstermektedir. Bunun nedeninin Gediktepe sfaleritinde gözlenen Cu-S oluşumları olduğu düşünülmektedir. Bastırıcıların (Na2S, MBS ve ZnSO4) eklenmesi ile Gediktepe sfaleritinin yüzey özellikleri değiştirilmiş ve Cu-S oluşumlarından kaynaklanan aktivasyon engellenmiştir. Bunun sonucunda, kuvvetli bir toplayıcı olan SIPX kullanılması durumunda temas açısı değeri 40°'ye, seçimli bir toplayıcı olan Na-AF kullanılması durumunda ise 0°ye kadar düşürülmüştür. Bu sonuçlar bastırıcı türü ve dozajı kadar toplayıcı türü ve dozajının da seçimli Cu-Zn flotasyonunda etkili olduğunu göstermiştir. Sfaleritin işlem görmemiş haline çekilen XPS analizlerinde sülfat piki gözlenmemiş, ancak tek başına MBS, ZnSO4, ve karışım halinde Na2S+ZnSO4+MBS bastırıcıları eklenmesi durumunda yüzeyde 168 eV'ta sülfat (SO4-2) piki görülmüştür. Bu durum, bastırıcı kullanımının sfalerit yüzeyinde hidrofilik ve duraylı metal-sülfat bileşiklerini oluşturarak sfaleritin flotasyonunu bastırdığını göstermektedir. Bastırıcı molekülleri sfalerit yüzeyindeki Zn atomları ile etkileşime girdiği kadar Cu-S tabakasındaki Cu atomları ile de etkileşime girmektedir. Bu etkileşimin sonunda mineral yüzeyinde bakır ve çinko sülfat bileşikleri oluşmakta ve bakır flotasyonu aşamasında sfalerit tanelerini bastırmaktadır. Benzer bir etki bakır mineralleri yüzeyinde de gözlenebilmektedir. Yüksek bastırıcı dozajlarında bakır minerallerinin flotasyon performansının etkilenmemesi için bu çalışmada kullanılan bastırıcıların dozajı ve toplayıcı türü ile dozajının çok önemli olduğu belirlenmiştir.