Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcı geliştirilmesi ve krom cevherleri ile denenmesi

Manyetik ayırıcılar 19.yüzyılın sonlarında itibaren cevher hazırlamada; zenginleştirme, geri kazanım ve koruyucu amaçlı olarak farklı alanlarda kullanılmaktadır. Cevher hazırlamada kullanılan manyetik ayırma işleminde, cevher içerisine bulunan farklı manyetik özelliklere sahip taneler, belirli bir bölge içerisinde oluşturulan yüksek gradyentli bir manyetik alan içerisine sokulduklarında, bu tanelerin özelliklerine göre oluşan manyetik kuvvetler yardımıyla ayırma işlemi gerçekleştirilebilmektedir. Manyetik ayırma işlemi sırasında güçlü manyetik duyarlılığa sahip olan taneler, içerisinde bulunduğu alan doğrultusunda oluşan güçlü manyetik kuvvet yardımıyla karışımdan kolayca çekilerek uzaklaştırılırken, zayıf manyetik duyarlılığa sahip olan taneler üzerinde oluşan manyetik kuvvetin şiddeti de zayıf olacağı için bu taneler ayırmanın yapıldığı ortam içerisinde kalabilmektedir. Bu nedenle, manyetik alan kullanılarak gerçekleştirilen cevher zenginleştirme işleminin veriminin yüksek olmasında, kullanılan manyetik alan şiddetinin ve gradyentinin etkisi çok büyüktür. Ferromanyetik özellik gösteren mineraller güçlü bir manyetik duyarlılığa sahip olduklarından, düşük bir manyetik alan şiddeti ile ortamdan kolayca ayrıştırılabilirler. Bununla birlikte, minerallerin büyük bir kısmını kapsayan paramanyetik özellik gösteren minerallerin manyetik duyarlılığı zayıf olduğu için, bu minerallerin ayrıştırılabilmesi için yüksek manyetik alan şiddetine ihtiyaç duyulmaktadır. Manyetik duyarlılığı olmayan mineraller ise diyamanyetik mineraller olarak tanımlanıp bu tip minerallere paramanyetik sıvılar ile işlem yapılarak manyetik özellik kazandırmak suretiyle ayırma işlemi uygulanabilmektedir. Bununla birlikte, bazı uygulamalarda zayıf manyetik özelliğe sahip minerallere bir dizi ısıl işlem yapılarak, manyetik duyarlılıkları yüksek olan minerallere dönüştürülüp ayırma işlemi gerçekleştirilmektedir. Hematit, krom ve manganez gibi paramanyetik cevherlerin iri boyutlarda 5000 Gauss ve üzerinde kalıcı manyetik alanlı sabit mıknatıslı ayırıcılarda kuru olarak zenginleştirilmeleri başarılı olurken bu cevherlerin ince boyutlarda kalıcı mıknatıslı kuru manyetik ayırıcılarla zenginleştirilmesi mümkün olmamaktadır. Dolayısıyla bu cevherler ya yaş elektromanyetik ayırıcılarla yada gravite yöntemleri ile zenginleştirilmektedir. İnce boyutta yaş olarak zenginleştirme yapan elektromanyetik ayırıcılar pahalı olup ithal edilmekte ve aynı zamanda yüksek enerji sarfiyatı nedeniyle işletme giderleri de yüksek olmaktadır. Bu tez kapsamında kalıcı mıknatıslar kullanılarak ince boyutta zenginleştirme yapacak 10.000-12.000 Gauss manyetik alanlı ve yüksek gradyentli manyetik ayırıcı geliştirilmesi hedeflenmiştir. Tez çerçevesinde; tamburun ana geometrik boyutları, tambur içerisinde kullanılacak mıknatıs tipleri ve uygun dizgeler belirlenmiş, manyetik yapının ön tasarımı gerçekleştirilerek, manyetik tasarımın bilgisayar destekli sonlu elemanlar yöntemi ile alan analizi ve manyetik yapının optimizasyonu yapılmıştır. Elde edilen bütün bu veriler neticesinde prorotip üretilmiş ve Türkiye' nin çeşitli bölgelerinden sağlanan krom cevherlerinin 1 mm altındaki boyutlarda zenginleştirme deneyleri yapılmıştır. Tez çerçevesinde geliştirilen mıknatıs tasarımları ile üretilen manyetik ayırıcılarla paramanyetik özellik gösteren kromit cevherlerinin ince boyutlarda zenginleştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Cevherlerle yapılan zenginleştirme deneylerinde; zenginleştirme proses akım şemasının geliştirilmesi ve optimize edilmesi hedeflenmemiştir. Burada amaç tez çerçevesinde bu cevherlerin, ince boyutlarda geliştirilen manyetik ayırıcı ile zenginleştirilebilirliğinin incelenmesidir. Bu tez kapsamında: gravite ayırmaları ile ince boyutlarda zenginleştirilen krom cevherleri için, bu zenginleştirme yöntemlerine alternatif sunularak (örneğin olivinli krom cevherlerinde sarsıntılı masalar ile çok verimli sonuç alınamaması gibi) cevher zenginleştirme endüstrisine yeni ve verimli bir cihaz kazandırılması olup, Dünyada ve Türkiye' de kalıcı (sabit) mıknatıslarla paramanyetik minerallerin ince boyutlarda yaş olarak zenginleştirilmesine yönelik sarsıntılı masalara alternatif ve enerji açısından verimli işletme maliyeti düşük bir manyetik ayırıcının geliştirilmesi ilk defa gerçekleştirilmiş olup hem teknolojik açıdan hem de ekonomik açıdan büyük fayda sağlanmıştır. Manyetik ayırma ile zenginleştirme yönteminin en büyük aşaması, 1960 yılında yüksek alan şiddetli Jones manyetik ayırıcısının geliştirilmesi ile olmuş ve 1970' li yıllardan itibaren endüstriyel ölçekteki uygulamaları başlamıştır. Yine 1970'li yıllarda yüksek alan şiddetli neodyum (Nd) gibi nadir toprak elementleri, alüminyum (Al) ve kobalttan (Co) oluşan sabit mıknatıslı sürekli manyetik ayırıcılar (RE manyetik ayırıcılar) geliştirilmiştir. Bu manyetik ayırıcıların o döneme kadar bilinen en güçlü sürekli manyetik ayırıcılar olduğu ve alan şiddetlerinin 22.000 Gauss'a kadar çıkabildiği bilinmektedir. Günümüzde bu tip manyetik ayırıcılar farklı firmalar tarafından kuru ayırma işlemleri için tambur veya rulo tipi olarak imal edilmektedir. 1980'li yıllarda deneysel ölçekte geliştirilen ve 90'lı yıllardan itibaren endüstriyel ölçekte kullanıma başlayan "süper iletkenli" manyetik ayırıcılar günümüzün en yüksek alan şiddeti oluşturabilen yeni nesil manyetik ayırıcılarıdır. Bu ayırıcılar ile elde edilen manyetik alan şiddeti 50 000 Gauss (5 Tesla)' dır. Eriez ve Outotec firmaları tarafından üretilen bu cihazların manyetik alan şiddetinin 150000 Gauss'a kadar çıkabilmektedir. Yine son yıllarda geliştirilen Eddy-akımlı ayırıcılar ve manyetik sıvılar ise daha çok demir içermeyen katıların ayrılması için kullanılmaktadır. Son yıllardaki gelişmeler daha çok yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcılar üzerinde olmuştur. Giderek artan incelikte ve düşük manyetik duyarlılıktaki cevherlerin zenginleştirilmesi ve farklı kaynaklardan hammadde temini zorunluluğu bu alanda yapılan çalışmaları hızlandırmıştır. Özellikle son 20 yıl içerisinde çok sayıda yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcı geliştirilmiştir. Bu manyetik ayırıcıların ortak özelliği ferromanyetik bir malzemeden oluşan ve "matrix" denilen bir dolgu malzemesini ihtiva etmeleridir. Bu malzeme, hareketli bir sistem içerisinde bulunmakta ve elektro mıknatısın kutupları arasında yer almaktadır. Dolgu malzemesinin görevi, manyetik alan şiddetini ve manyetik alan şiddetinin değişim oranını – yani gradyantını- arttırmaktır. Başka bir deyişle, mineral taneleri üzerindeki manyetik çekim kuvvetinin arttırılması, noktasal manyetik alan şiddetinden daha çok manyetik alan gradyantını arttırmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Minerallerin ayrılmasında manyetik alan şiddeti kadar manyetik alan gradyantı da etkili olmaktadır. Cevher Hazırlamada Manyetik ayırıcılar uygulanan manyetik alan şiddetine göre "yüksek alan şiddetli" ve "düşük alan şiddetli" olmak üzere iki gruba ayrılmakta ve ortam cinsine göre "kuru" veya "yaş" yöntem olarak adlandırılmaktadır. Çapları 1 mm ve daha büyük olan tanelerin zenginleştirme işlemlerinde kuru yöntemler kolayca kullanılırken, aynı yöntem 1 mm'den daha küçük boyutlu tanelerin ayrılmasında ortam tozunu arttırarak bazı çevre sorunlarına yol açmaktadır. Ayrıca, kuru ortamdaki taneler arasında oluşan elektrostatik çekim kuvvetlerinin ve manyetik alanın etkisi altında tanelerin topaklaşması(salkımlaşması), manyetik olmayan tanelerin de bu topaklar(salkımlar) içerisinde tutsak kalması ayırrma işleminin verimi önemli ölçüde düşürmektedir. Manyetik ayırıcı içerisinde oluşturulan manyetik alanın gradyentinin olabildiğince yüksek yapılması, topaklaşma sorununu azaltmaya yönelik önemli bir etkiye sahiptir. Her ne kadar topaklaşma sorunu yaş yöntemlerin kullanıldığı manyetik ayırıcılarda oluşsa da, oluşturulan manyetik alanının gradyetinin yükseltilmesine yönelik tasarım iyileştirme çalışmaları bu sorunun üstesinden gelmeye önemli katkılar sağlayacaktır.