FLOTASYONDA YÜZEY KİMYASI LABORATUVAR FÖYÜ
FLOTASYON
Flotasyon, minerallerin yüzey/arayüzey özelliklerinden yararlanarak değerli mineral ile değersiz minerali birbirinden ayrıldığı cevher zenginleştirme yöntemlerinden biridir. Serbestleşmenin sağlanması için öğütülen cevher içerisindeki hedef mineral/mineraller çeşitli kimyasallarla muamele edilerek hidrofobik (susevmez) hale getirilir. Diğer mineraller ise çoğunlukla hidrofilik (susevmez) haldedir. Böylece cevheri oluşturan değerli ve değersiz mineraller arasında yüzey farkı oluşturulmuş olur. Ayrımı gerçekleştirmek için ise havanın pülp içinde kabarcıklar halinde dağıldığı bir ortam kullanılır. Hidrofobik mineraller hava kabarcıklarına yapışarak köpük bölgesine yükselirler ve taşarak konsantreyi oluştururlar. Hidrofilik mineraller ise pülp içerisinde kalırlar. Şekil 1’de Laboratuvar tipi Denver flotasyon makinesi ve flotasyon işleminin şematik gösterimi verilmiştir (Atak, 1982; Çilek, 2006; Yiğit ve Özkan, 2007).
Hava
Köpük Bölgesi
Pülp Bölgesi
Şekil 1. (a) Laboratuvar tipi Denver flotasyon makinesi (b) flotasyon işleminin şematik gösterimi
FLOTASYONDA YÜZEY KİMYASI
Fizikokimyasal bir cevher zenginleştirme yöntemi olan flotasyon işleminde yüzey kimyası doğal olarak büyük bir rol oynar. Flotasyonun doğru anlaşılması için söz konusu bu üç fazın özellikleri yanında her bir fazın bir diğeri ile oluşturduğu arayüzeyin özelliklerinin de iyi bilinmesi gereklidir (Çilek, 2006).
İki faz arasındaki düzleme arayüzey denir. Arayüzeylerdeki fiziksel ve kimyasal olaylar bu arayüzleri oluşturan yığın fazlar içindekilerden oldukça farklıdır. Doymamış kuvvetler nedeniyle arayüzeylerdeki atom iyon ya da moleküller yığın fazlada bulunanlara göre daha etkindirler (Sarıkaya, 1993).
Yüzeylerin Elektriksel Özellikleri
Su içerisine konulmuş bir katının yüzeyinden, elektrik yüklü kısımlar (iyonlar), denge durumuna erişinceye kadar arayüzey boyunca sıvı faza geçerler. İyonların çözeltiye geçmesi çözelti doygun hale gelene kadar devam eder. İyonların katıdan sıvıya veya sıvıdan katıya geçişi, katı yüzeyinin belirli bir işaret ve değerde elektrik yükü kazanmasına sebep olur (Atak, 1982).
Zeta Potansiyeli
Yüklü mineral tanecikleri ile etrafındaki sulu çözeltinin birbirlerine göre hareketlerinde, çözelti-tane arasındaki kayma yüzeyindeki ölçülebilen potansiyele “Elektrokinetik Potansiyel” veya “Zeta Potansiyeli” denir. (Uçar, 1995).
Elektrokinetik Olay ve Zeta Potansiyelin Ölçülmesi
Elektrik yüklü bir yüzey ile bunu çevreleyen çözeltinin birbirine göre hareketi elektrokinetik olaylara neden olur. Elektrokinetik, elektriksel çift tabakanın hareketli kısmını yüzeyden ayırmaya girişildiği zaman meydana gelen dört olayla ilgilidir: Elektroforez, Elektroozmos, Akma Potansiyole, Çökme Potansiyeli.
Bunlardan laboratuvarımızdaki cihazın (Şekil 2) da çalıştığı prensip olan elektroforez en sık kullanılan yöntemlerdendir.
Elektroforez: Eğer sistemde yüklü parçacıklar sıvı içerisinde asılı halde duruyorlarsa ve sisteme bir elektrik alanı uygulanırsa parçacıklar hareketsiz sıvı içerisinde hareket ederler buna “elektroforez” denir. Şiddeti bilinen bir elektrik alan içerisindeki yüklü parçacığın hızının ölçülmesi, parçacığın net elektrik yükü veya yüzey potansiyeli hakkında bilgi edinilmesini sağlar.
Şekil 2. Brookhaven Zeta Plus Zeta Potansiyel Ölçüm Cihazı
(http://www.brookhaveninstruments.com/literature/lit_90Plus_zeta_potential_analyzer_from_Brookhaven.html)
Yüzey Gerilimi
Sıvılar, yüzey alanlarını en aza indirecek şekli alma eğilimindedir. Çünkü bu durumda moleküllerin yığın içinde kalanlarının sayısı maksimumdur ve bu moleküller kendileri gibi komşu moleküllerce sarılmışlardır ve onlarla etkileşirler. Bu nedenle sıvı damlacıkları, en küçük yüzey/hacim oranına sahip olan yapı olduğu için, küre şeklini almaya çalışırlar.
Temas açısı bir gonyometre kullanılarak yüzey ve arayüzey gerilimleri vasıtasıyla ölçülür. Bir şırınga ucunda asılı sıvı damlacığının şekli o sıvının yüzey geriliminin de içerisinde bulunduğu kuvvetlerin dengesi ile belirlenir (Şekil 3)
Temas Açısı
Biri sıvı damlası düz bir katı yüzey ile temas ettiğinde, sıvı içindeki moleküler kuvvetler (kohezyon) ile sıvı ve katı arasındaki moleküler kuvvetlerin (adhezyon) göreli büyüklüklerine bağlı olarak sıvı damlası son şeklini alır ve sonlu büyüklükte belirli bir temas açısı ortaya çıkar (Şekil 4). Temas açısı adı verilen büyüklük, sıvı damlasının kendi yüzey alanını en küçük yaparak küreselleşme eğilimi ile katı yüzeyine yayılarak yapışma eğilimi arasındaki dengenin bir ölçüsüdür (Yılmaz, 2006).
Şekil 3: KSV Attension Theta Lite Yüzey Gerilimi-Temas Açısı Ölçüm Cihazı
(http://kulim-kht.blogspot.com.tr/2011/03/contact-angle-theory.html)
θ
γL
γS
γSL
L
S
Şekil 4: Temas açısının ölçülmesinde durgun damlaların kullanılması (Yılmaz, 2006).
Şekil 3’te görülen Yüzey Gerilimi-Temas Açısı Ölçüm Cihazı damla görüntülerini kaydederek zamana bağlı damla şeklini otomatik olarak analiz eder. Damla şekli, sıvının yüzey geriliminin, sıvı ile sıvıyı çevreleyen ortam arasındaki yoğunluk farkının bir fonksiyonudur. Katı yüzeylerde, damla şekli ve temas açısı katının serbest yüzey enerjisine bağlıdır. Temas açısı, yüzey gerilimi, ara yüzey gerilimi ve serbest yüzey enerjisi ölçümleri; ıslanabilirlik, sıvı emilimi, sıvıyı yüzeyde tutma, sıvı yayılması, yüzey temizliği, yüzey heterojenliği, emülsiyon kararlığı vb. gibi malzeme özellikleri hakkında bilgi sağlar.
Adsorpsiyon
Atom iyon ya da moleküllerin bir katı yüzeyde tutunmasına adsorpsiyon denir. Ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) absorpsiyon spektroskopi bir ışın demetinin bir örnekten geçtikten veya bir örnek yüzeyinden yansıtıldıktan sonraki azalmasının ölçülmesidir. Işığın şiddetinin azalması absorplamanın arttığını gösterir. Örneğin derişimi belirli bir dalga boyundaki absorpsiyonunu ölçerek bulunur. UV-Vis spektroskopi genellikle çözeltideki moleküller veya inorganik iyon ve komplekslerin ölçümünde kullanılır. Birçok molekül UV veya Vis dalga boylarını absorplar ve farklı moleküller farklı dalga boylarını absorplarlar. Bir absorpsiyon spektrumu molekülün yapısını gösteren birçok absorplama bantlarından oluşmaktadır.
Uv-Visible spektrofotometre 600-190 nanometre arasındaki renkli anorganik kompleksler ve organik bileşiklerin kalitatif ve kantitatif belirlenmesinde kullanılır. Özellikle diğer cihazlarda belirlenemeyen anyonların tayini için uygundur.
Mikroflotasyon
Tesis çapında yapılan flotasyon işlemi (Şekil 5) sonuçlarını tahmin etmek için Şekil 1’de görülen laboratuvar tipi flotasyon makineleri kullanılır. Tesislerde kullanılan büyük hacimli flotasyon makinelerinin daha küçük boyuttaki bir benzeri olan bu makineler ile daha küçük hacimlerde çalışma imkanı sağlanmış olur.
Ancak, bir mekanizmanın ortaya konulması için yapılan esasa dayalı çalışmalarda diğer bütün etkilerin minimize edilmesi gereklidir. Bu yüzden hem kullanılan mineral, reaktif, su vb. malzemelerin hacimleri daha da azaltılmalı hem de saf mineralle çalışılmalıdır.
Bu zorunluluklar küçük miktarlar ile çalışılabilecek çeşitli hücreler geliştirilmesine vesile olmuştur. Bu hücrelerden biri mikroflotsyon selülüdür. Camdan yapılan ve minyatür bir kolon flotasyonuna benzeyen mikro flotasyon selülü; altında gaz girişinin yapıldığı bir ağız, gazın içinden geçerek kabarcıklar halinde dağıldığı mikro-gözenekli bir malzeme (frit) pülpün bulunduğu bir gövde, yüzen malzemenin taştığı bir taşma bölmesi ve yüzen malzemenin alındığı bir çıkış açıklığından oluşur (Şekil 6).
mikroflotasyon selülü adı verilen bir hücre geliştirilmesine neden olmuştur. Minyatür bir kolon flotasyonuna benzeyen hücrenin alt kısmında mikro gözeneklere sahip poroz bir malzeme bulunur (frit)
Şekil 5: Tesis Çapına Flotasyon İşlemine Bir Örnek (http://www.pekas.com.tr/haberler/0/11824)
Şekil 6: Mikroflotasyon Hücresisin Şematik Gösterimi
KAYNAKLAR
ATAK, S., 1982, Flotasyon İlkeleri ve Uygulaması, İTÜ Maden Fak., İstanbul.
ÇİLEK, E.C., 2006, Mineral Flotasyonu, Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Yayın No: 59, ISBN: 975-79-29-89-1
YİĞİT, E. VE ÖZKAN, Ş.G., 2007 Flotasyon yöntemi ve uygulamaları, İ.Ü Mühendislik Fakültesi Yayınları, İstanbul Üniversitesi Basımevi, İstanbul
SARIKAYA, Y., 1993, Fizikokimya, Gazi Büro Kitapevi, Ankara 672s.
UÇAR, A., 1995, Fluorit Flotasyonuna Yüzey Özelliklerinin Etkisi, Doktora Tezi, OGÜ maden Müh. ABD. Danışman: Hüseyin ÖZDAĞ
YILMAZ, O., 2006, Balıkesir-Bigadiç Bor Artıklarının Flotasyon Yöntemiyle Zenginleştirilmesi Çalışmaları, Yüksek Lisans Tezi, Danışman Yrd. Doç. Dr. İmdat KADAN, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı
http://www.brookhaveninstruments.com/literature/lit_90Plus_zeta_potential_analyzer_from_Brookhaven.html [Ziyaret Tarihi: 03.03.2014]
http://kulim-kht.blogspot.com.tr/2011/03/contact-angle-theory.html [Ziyaret Tarihi: 03.03.2014]
|
