Geri Dön

Kömür yıkama tesisi artıklarından kömür ve nadir toprak elementlerinin kazanımı

Recovery of coal from coal washery waste slimes and rare earth elements

PDF İndir

  1. Tez No: 845417
  2. Yazar: NAZLIM İLKYAZ DİNÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. FIRAT BURAT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Cevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Cevher Hazırlama Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

Nadir toprak elementleri (NTE) sahip oldukları benzersiz özellikler sayesinde çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Katalizör, seramik, elektronik, enerji, cam, manyetizma, ilaç, optik ve metalürji alanlarında önemli bir yere sahiptir. NTE rezervi ve üretimi konusunda en büyük paya sahip olan Çin'in uygulamış olduğu strateji ile NTE'ye olan talep giderek artmaktadır. Birincil kaynakların yanı sıra ikincil kaynaklardan NTE kazanımı son yıllarda öne çıkan çalışma konularından biri olmuştur. Bu ikincil kaynaklardan özellikle kömür ve kömür yan ürünleri birçok ülkenin dikkatini çekmiştir. Kömür yıkama tesisi artıkları hem NTE'nin hem de kömürün kazanılması için potansiyel bir ikincil kaynak niteliğindedir. Bu tez kapsamında, Manisa-Soma bölgesinde yer alan İmbat A.Ş.'ye ait kömür yıkama tesisi artıklarından NTE ve kömür kazanımı araştırılmıştır. Taneler arasındaki özgül ağırlık farkına dayalı olarak ayırma işlemleri yapmak amacıyla sarsıntılı masa ve santrifüjlü ayırıcılar (MGS, Knelson, Falcon) tercih edilerek fiziksel zenginleştirme işlemleri gerçekleştitilmiştir. Fizikokimyasal (flotasyon) zenginleştirme çalışmaları kapsamında, Denver flotasyon hücresi kullanılarak toplayıcı miktarı, köpürtücü cinsi (MIBC, İzooktanol) ve miktarının karbon uzaklaştırma üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kimyasal zenginleştirme çalışmalarında ise kömür artıklarına doğrudan asit liçi, oksitleyici kavurma + asit liçi, alkali kavurma + asit liçi, asit ile pişirme + su liçi, oksitleyici kavurma + asit ile pişirme + su liçi deneyleri yapılarak NTE konsantrasyonu yüksek bir yüklü çözelti üretimi amaçlanmıştır. Elek analizi sonuçlarına göre numunenin d80 boyutu yaklaşık 57 µm olarak bulunurken, 38 µm altındaki fraksiyonun d80 boyutu ise 22 µm olarak tespit edilmiştir. Kimyasal analiz sonuçlarına göre temsili numune %52,16 SiO2, %20,28 Al2O3, %13,01 CaO, %4,97 Fe2O3 ve %2,87 SO3 içermektedir. ΣNTE içeriği ise 150 g/t olarak tespit edilmiştir. XRD analiz sonuçları malzemenin Ca-smektit, illit-mika, klorit-kaolinit, kuvars, feldspat, kalsit, pirit ve amorf maddeden oluştuğunu göstermiştir. +106 µm boyutunda sınıflandırılmış numune kullanılarak yapılan sarsıntılı masa deneyi sonucuna göre, 5811 kcal/kg kalorifik değere sahip bir lave ürünü %10,5 kül içeriği ile elde edilmiştir. Bu fraksiyona ait ΣNTE içeriği 41 g/t iken, yapılan zenginleştirme işlemi sonucunda şistte ΣNTE içeriği 109 g/t'a yükselmiştir. Santrifüj kuvvetinin etkisinin incelendiği deneyler ise 106 µm boyutunun altında gerçekleştirilmiştir. Multi gravite ayırıcısı (MGS) ile yapılan deney sonucunda ΣNTE içeriği 195 g/t olan bir ağır ürün %15,7 verim ile elde edilmiştir. Knelson konsantratörü ile yapılan deney sonucuna göre ağır ve hafif ürünün kül içerikleri birbirine oldukça yakındır ve ΣNTE içeriğinde belirgin bir değişiklik gözlenmemiştir. Özgül ağırlık farkına dayalı bir ayırmadan ziyade boyuta göre bir ayırım xxii gerçekleşirken, ağır üründeki kül içeriğinin daha çok kalsit ve kuvarstan, hafif üründe ise kil minerallerinden (Ca-smektit, illit-mika, klorit-kaolinit) kaynaklanmıştır. Falcon konsantratörü ile yapılan deney sonucunda en yüksek ΣNTE içeriği 423 g/t olarak elde edilmiştir. Tanecik üzerine uygulanan santrifüj kuvveti arttıkça elde edilen ürünün kül içeriği ve ΣNTE içeriği artış göstermektedir. Malzeme içerisinde bulunan ince boyutlu karbonu hidrometalurjik işlemler öncesinde uzaklaştırmak amacıyla flotasyon deneyleri yapılmış olup, toplayıcı miktarı, köpürtücü cinsi ve miktarının etkisi incelenmiştir. Yüksek kül ve NTE içeriğine sahip bir batan ürün (şist) üretilememiştir. -106 µm fraksiyonunda, hidrosiklon kullanılarak elde edilen üst akım ürünü (d90:29 µm) kimyasal zenginleştirme deneyleri için kullanılmıştır. Doğrudan asit liçi deneylerinde katı:sıvı oranı 1:10, sıcaklık 80°C, liç süresi 2 saat, karıştırma hızı 500 dev/dak ve 1 mol/L, 2 mol/L, 4mol/L H2SO4 konsantrasyonları seçilmiştir. 4 mol/L H2SO4 konsantrasyonunda çözeltideki ΣNTE içeriği 560 g/t'a yükselirken, ΣNTE içeriği kekte 140 g/t'a düşmüştür. Oksitleyici kavurma ön işleminin yapıldığı asit liçi deneylerinde, 600 °C'de kavurma yapılan ürün daha sonra asit liçine beslenmiştir. Liç koşulları doğrudan asit liçi ile benzerdir. 2 mol/L H2SO4 kullanıldığı durumda çözeltideki ΣNTE içeriği 1716 g/t'a yükselirken, kekteki ΣNTE içeriği 148 g/t'a düşmüştür. Alkali kavurma ön işleminin etkisinin incelendiği deneylerde alkali (Na2CO3):katı oranı 1:1 olarak seçilerek 850 °C'de kavurma işlemi gerçekleştirilmiştir. 2 mol/L H2SO4 kullanıldığında çözeltideki ΣNTE içeriği 127 g/t iken kekte kalan ΣNTE içeriği 193 g/t olmuştur. Asit ile pişirme deneylerinde sıcaklık 250 °C, asit:katı oranları 1:2,1:1,2:1 ve pişirme süresi 1 saat seçilmiştir. En iyi sonuç 2:1 asit:katı oranında elde edilirken, çözeltideki ΣNTE içeriği 434 g/t'a yükselmiştir. Kimyasal işlemler sonucunda kekteki en düşük ΣNTE içeriğine (32 g/t) ve en yüksek ΣNTE çözünme verimine (%90,8) bu deney sonucunda ulaşılmıştır.

Özet (Çeviri)

Rare earth elements (REEs) are used in a wide variety of areas thanks to their unique properties. They have an important place in catalyst, ceramics, electronics, energy, glass, magnetism, medicine, optics and metallurgy. With the strategy implemented by China, which has the largest share in REE reserves and production, the demand for REE is gradually increasing. In addition to primary sources, the recovery of REE from secondary sources has been one of the prominent study topics in recent years. Among these secondary sources, especially coal and coal by-products have attracted the attention of many countries. Coal washing plant residues are a potential secondary source for the recovery of both REE and coal. Within the scope of this thesis, the recovery of REE and coal from the coal washing plant residues of Imbat A.Ş. located in Manisa-Soma region was investigated. Physical beneficiation processes were carried out using shaking table and centrifugal separators (MGS, Knelson, Falcon) in order to perform separation processes based on the specific gravity difference between grains. Within the scope of physicochemical (flotation) beneficiation studies, Denver flotation cell was used to investigate the effect of the amount of collector, type and amount of frother (MIBC, Isooctanol) on carbon removal. In chemical beneficiation studies, direct acid leaching, oxidizing roasting + acid leaching, alkaline roasting + acid leaching, acid baking + water leaching, oxidizing roasting + acid baking + water leaching experiments were carried out to produce a pregnant solution with high REE concentre. According to the sieve analysis results, the d80 size of the sample was found to be approximately 57 µm while the d80 size of the fraction below 38 µm was determined as 22 µm. According to the chemical analysis results, the representative sample contains 52.16% SiO2, 20.28% Al2O3, 13.01% CaO, 4.97% Fe2O3 and 2.87% SO3. ΣREE content was determined as 150 g/t. XRD analysis results showed that the material consists of Ca-smectite, illite-mica, chlorite-kaolinite, quartz, feldspar, calcite, pyrite and amorphous material. According to the results of the shaking table test using a sample classified in +106 µm size, a clean coal product with a calorific value of 5811 kcal/kg was obtained with an ash content of 10.5%. The ΣREE content of this fraction was 41 g/t, while the ΣREE content of the gang increased to 109 g/t as a result of the beneficiation process. The experiments in which the effect of centrifugal force was investigated were carried out below 106 µm size. A heavy product with a ΣREE content of 195 g/t was obtained with a recovery of 15.7% as a result of the experiment with the Multi gravity separator (MGS). According to the results of the experiment with the Knelson concentrator, the ash contents of the heavy and light product were very close to each other and no significant change in the ΣREE content was observed. The ash content of the heavy product was mainly due to calcite and quartz, whereas that of the light product was due to clay minerals (Ca-smectite, illite-mica, chlorite-kaolinite). The highest ΣREE content of 423 g/t was obtained in the Falcon concentration test. As the centrifugal force applied on the particle increases, the ash content and ΣREE content of the product increases. Flotation experiments were carried out in order to remove the fine-sized carbon in the material before hydrometallurgical processes, and the effect of the amount of collector, type and amount of frother was examined. A sinking product (shale) with high ash and REE content could not be produced. According to the results of the experiment, in which the effect of the collector amount was examined within the scope of flotation experiments, the highest ΣREE content in the sinking product was 197 g/t, with a recovery efficiency of 65.1%, using a total of 12000 g/t kerosene. According to the results of the experiment in which the effect of the frother type was examined, the highest ΣREE content in the sinking product was 186 g/t, with a recovery efficiency of 62.7%. To produce a feed for chemical enrichment experiments, the -106 µm fraction was subjected to the hydrocyclone and the overflow product (d90: 29 µm) was obtained. In direct acid leaching experiments, solid:liquid ratio of 1:10, temperature of 80°C, leaching time of 2 hours, stirring speed of 500 rpm and H2SO4 concentrations of 1 mol/L, 2 mol/L, 4 mol/L were selected. At 4 mol/L H2SO4 concentration, ΣREE content in the solution increased to 560 g/t, while ΣREE content in the filter cake decreased to 140 g/t. In acid leaching experiments where oxidising roasting pretreatment was performed, the product roasted at 600 °C was then fed to acid leaching test. Leaching conditions were kept similar to direct acid leaching. When 2 mol/L H2SO4 was used, the ΣREE content in the solution increased to 1716 g/t, while the ΣREE content in the filter cake decreased to 148 g/t. In the experiments where the effect of alkali roasting pretreatment was investigated, alkali (Na2CO3): the solid ratio was selected as 1:1 and roasting test was carried out at 850 °C. When 2 mol/L H2SO4 was used, the ΣREE content in the solution was 127 g/t, while ΣNTE content in the filter cake was 193 g/t. The other parameters were kept as temperature of 250 °C, acid: solid ratios of 1:2, 1:1, 1:1, 2:1, and baking time of 1 hour. The best result was obtained at a 2:1 acid: solid ratio and the ΣREE content in the solution increased to 434 g/t. The lowest ΣREE content in the cake (32 g/t) and the highest ΣREE dissolution efficiency (90.8%) were obtained as a result of this experiment.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    721525

    Kil yıkama tesisi atıklarından kuvars kazanımının araştırılması

    An investigation of quartz recovery from clay washing plant wastes

    HAKAN ŞANIVAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEVKET LEVENT ERGÜN

  2. Tez No

    792424

    Zonguldak taşkömürü yıkama tesis atıklarından karbonun geri kazanımı ve atıkların tarım toprağı olarak değerlendirilmesi

    Recovery of combustible material from coal wastes of enrichment plant and evaluation of wastes as agricultural soil

    GÖKHAN SARIHAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Maden Mühendisliği ve MadencilikZonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SAİT KIZGUT

  3. Tez No

    562234

    Linyit tesis atığından temiz kömür kazanımının araştırılması

    Investigation of clean coal recovery from tailings of lignite preparation plant

    NİLÜFER TIĞLI SAYIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Maden Mühendisliği ve MadencilikSivas Cumhuriyet Üniversitesi

    Cevher Hazırlama Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YAKUP CEBECİ

  4. Tez No

    457046

    Malkara Akçelik Madencilik Kömür Yıkama Tesisi performans etüdü

    Malkara Akcelik Mining Coal Washing Plant performance study

    MURAT ÖZTORUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Maden Mühendisliği ve MadencilikÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ÇINAR

  5. Tez No

    292501

    Seyitömer Linyit İşletmesi birinci ve ikinci yasa çözümlemeleri

    The first and second law analysis of Seyitomer Lignites Company

    MEHMET SARAYDAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    EnerjiDumlupınar Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. OĞUZ ARSLAN

Geri Dön