FARKLI KIRILMA TEST PROTOKOLLERİNİN KAMARALI BİLYALI DEĞİRMEN MODELLEMESİNDE KULLANIMI

Madencilik, 2019, 58(4), 257-266 Mining, 2019, 58(4), 257-266 Orijinal Araştırma / Original Research FARKLI KIRILMA TEST PROTOKOLLERİNİN KAMARALI BİLYALI DEĞİRMEN MODELLEMESİNDE KULLANIMI THE USE OF DIFFERENT BREAKAGE TEST PROTOCOLS IN MULTICOMPARTMENT BALL MILL MODELLING Deniz Altuna,*, Okay Altuna,** a Hacettepe Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Ankara, TÜRKİYE Geliş Tarihi / Received : 6 Mayıs / May 2019 Kabul Tarihi / Accepted : 9 Temmuz / July 2019 ÖZ Anahtar Sözcükler: Öğütme, Kırılma, Modelleme, Hardgrove, Ağırlık düşürme Öğütme devrelerinin modellenmesi, devre tasarımı ve optimizasyonu açısından önem taşımaktadır. Doğru ve güvenilir modeller için malzemenin kırılma dağılımı fonksiyonunun tayin edilmesi önem arz etmektedir. Çalışmada, her bir kamara için ayrı kırılma testlerinin kullanıldığı model yapısı üzerine odaklanılmıştır. Çalışma kapsamında, 2 kamaralı bilyalı değirmen içeren çimento öğütme devresi etrafında ve değirmen içinde örnekleme çalışmaları yürütülmüş ve alınan numunelerin tane boyu dağılımları belirlenmiştir. Sonrasında madde denkliği çalışmaları yürütülmüştür. Değirmenin ilk kamarası için tek tane ağırlık düşürme testleri, ikinci kamarası için ise Hardgrove kırma testleri yürütülmüş ve tane boyuna bağlı kırılma dağılım fonksiyonları hesaplanmıştır. Çalışma Hardgrove tekniğinin bilyalı değirmen modelindeki ilk uygulamasıdır. Kamaralar ayrı olarak mükemmel karışım modeli kullanılarak modellenmiştir. Simülasyon sonuçları ürün tahminlerinin 1. kamarada tutarlı olduğu ve 2. kamarada ise Hardgrove testinin tek tane testine göre daha olumlu sonuçlar verdiğini göstermiştir. ABSTRACT Keywords: Grinding, Breakage, Modelling, Hardgrove, Drop weight. Modelling of grinding circuits is crucial for circuit design and optimization. Determination of breakage distribution function of the materials is important for accurate and reliable modelling. In this study, the model structure was focused on using separate breakage tests for each chamber. Within the study, sampling studies were performed around the grinding circuit containing 2-chamber ball mill and inside the mill and, particle size distributions of collected samples were determined. Then mass balance studies were performed. Single particle drop weight test for the chamber-1 while Hardgrove test for the second chamber of the mill was carried out then size-dependent breakage distribution functions were calculated. The study is the first application of using Hardgrove technique in the ball mill model. Each chamber was modelled separately by using Perfect Mixing Model. Simulation results showed that the product estimations were accurate for the chamber-1 that the Hardgrove test was suitable for the chamber-2. * Sorumlu yazar / Corresponding author: * https://orcid.org/0000-0003-1464-8337 ** * https://orcid.org/0000-0002-9823-3130 257 D. Altun and O. Altun / Scientific Mining Journal, 2019, 58(4), 257-266 GİRİŞ Çimento üretimi enerji yoğun bir işlem olup, bu işlemde tüketilen enerjinin dünya endüstriyel enerji tüketiminin yaklaşık olarak %8,5-12’sini oluşturduğu belirtilmektedir (Madlool vd., 2011; Huang vd., 2016). Kırma, öğütme, pişirme gibi birçok alt operasyondan oluşan bu proseste enerji kullanımının en büyük kaynağı, %30’luk bir pay ile öğütme işlemidir. Yüksek enerji tüketimi, üretici ve araştırmacılar tarafından yoğun olarak ele alınmış ve enerji tasarruflu ekipmanlar ile mevcut öğütme devrelerinin iyileştirilmesi üzerine çalışmalar yürütülmüştür. Verimli ekipmanların geliştirilmesinin yanı sıra modelleme ve simülasyon araçları da devre iyileştirme sürecinde yer alabilmektedirler. Simülasyon araçlarının güvenilirliği ise ekipman model yapılarının sağlıklı bir şekilde geliştirilmesine bağlı olmaktadır. Literatürde öğütme devrelerinin modellenmesi ve simülasyonu üzerine birçok çalışma yer almaktadır (Austin vd., 1975; Austin vd., 1984; Benzer vd., 2001; Jankovic vd., 2004; Dundar vd., 2011; Genc, 2015; Altun, 2016). Öğütme devrelerinin matematiksel modellenmesinde malzemelerin kırılma karakteristikleri büyük önem taşımakta ve modelde kırılma dağılım fonksiyonu adı altında yer almaktadır. Kırılma dağılım fonksiyonu malzemenin tane boyuna bağlı olarak normalize edilmekle birlikte, tane boyundan bağımsız olarak da ifade edilebilmektedir. Tane boyundan bağımsız olarak hesaplanan kırılma dağılımı fonksiyonunda, kırılma karakteristiği her tane boyu için aynı kabul edilmektedir (Epstein, 1948; Broadbent ve Callcott, 1956; Gardner ve Austin, 1962; Kelsall ve Reid, 1965; Herbst ve Fuerstenau, 1968; Stewart ve Restarick, 1971; Schönert, 1972; Whiten, 1976; Lynch, 1977; Krogh, 1978; Austin vd., 1982). Ancak, tane boyuna bağlı olarak malzemelerin kırılma dağılımının değiştiği bilinmektedir. Bu nedenle de tane boyunun malzeme kırılma karakteristiği üzerine etkilerinin incelendiği çalışmalar da literatürde yer almaktadır (Yashima vd., 1987; Pauw ve Mare, 1988; Gao ve Forssberg, 1990; Krajcinovic, 1996; Fandrich vd., 1998; Tavares ve King, 1998). Banini (2000), Vogel ve Peukert (2003, 2004), Shi ve Kojovic (2007), Eksi vd. (2011) gibi araştırmacılar tane boyunun kırılma dağılım fonksiyonu üzerinde olan etkisini modellemişlerdir. 258 Kırılma dağılımının ölçülmesinde kullanılmak üzere birçok yöntem geliştirilmiştir. Ağırlık düşürme test aleti ile yürütülen tek tane kırma testleri yaygın olarak kullanılan yöntemlerden birisidir. Tek tane testinin etkili olarak kullanılabileceği tane boyu yaklaşık 4 mm olup, ince tane boyları için uygulanabilirliği düşük olmaktadır. İnce tane boylarında tek tane testlerinin yerini yatak kırma ya da Hardgrove kırma testleri alabilmektedir. Eksi vd. (2011), klinker ve kireçtaşı için darbe ile yatak kırma testleri yürütmüş ve 38 µm’ye kadar malzemeleri karakterize etmiştir. Barrios vd. (2011) ise yük hücresi kullanarak ince tanelerin darbe altında kırılma davranımlarını incelemiştir. Xie vd. (2015) 500 µm inceliğine kadar olan kömür numunelerinin kırılma karakterizasyonunu Hardgrove test aleti ile belirlemiştir. Dolayısıyla, tane boyuna bağlı olarak kırılma dağılım fonksiyonunun belirlenmesi de farklı teknikler ile mümkün olabilmektedir. Çimento değirmenleri incelendiğinde, birden fazla öğütme kamarasının olduğu ve bu kamaralara giriş yapan malzeme tane boylarının da farklı olduğu görülmektedir. Bu nedenle de çok kamaralı bilyalı değirmenlere ait model yapısı geliştirilirken bu farklılığın göz önünde bulundurulması ve her iki kamara için de malzeme kırılma davranımının farklı teknikler ile belirlenmesinin daha güvenilir sonuçlar vereceği öngörülmektedir. Yürütülen bu çalışmada, kapalı devre olarak işletilen 2 kamaralı bilyalı değirmen devresi için devre etrafı ve değirmen içi örnekleme, malzeme karakterizasyonu, madde denkliği ve modelleme-simülasyon çalışmaları yürütülmüştür. Daha iri besleme tane boyuna sahip 1. kamara için tek tane ağırlık düşürme testi, ince öğütmenin gerçekleştiği 2. kamara için ise tek tane ağırlık düşürme testi ve Hardgrove kırma testleri uyg (...truncated)