Demir Cevheri Tozlarının Peletlenmesi Deneyi

DEMİR CEVHERİ TOZLARININ PELETLENMESİ DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Demir cevheri tozlarının peletlenme prosesinin görülmesi ve oluşan peletlerin özelliklerinin
incelenmesi
2. TEORİK BİLGİLER
Yüksek fırının çalışma mekanizması gereği fırına şarj edilecek cevherler toz halde bu fırına şarj
edilemezler. Bu cevherlerin toz halinde fırına şarj edilememelerinin iki ana sebebi vardır;
birincisi toz halindeki malzemelerin yüksek fırının çalışması için gerekli olan gaz geçişine engel
olmaları ve ikincisi toz haline getirilmiş olan bu malzemelerin yüksek gaz akış hızı sebebiyle
toz olarak uzağa taşınma ihtimallerinin yüksek olmasıdır. Bu sebeplerden dolayı yüksek fırına
şarj edilecek toz cevherlerin aglomerasyon (topaklanma) işlemine tabi tutulmaları gerekir.
Demir cevherlerinin aglomerasyonu için geliştirilmiş dört temel yöntem sinterleme, nodülleme,
briketleme ve peletleme olarak sıralanmaktadır[1].
Şekil 2.1: Aglomere edilmiş sinter(solda), pelet(ortada) ve briket(sağda) görüntüleri[2]
Peletler demir cevherinden elde edilen konsantrelerin veya farklı minerolojik ve kimyasal
kompozisyonlardaki demir cevherlerinin yuvarlak halde topaklandırılmasıyla elde edilen
topçuklardır. Peletlerin bazı genel özellikleri şöyle sıralanabilir[2]:

Uniform boyut dağılımı (Genellikle 9 – 15 mm çapları aralığında)

Düzenli dağılmış ve yüksek porozite oranı (25 - 30%)

Yüksek demir içeriği (63%’ten fazla)

Pratik olarak ateş altında kayıp vermemeleri

Kolayca indirgenebilen hematit ve hematit türevi bileşikleri içermeleri

Yüksek mekanik mukavemete sahip olmaları (kolay dağılmamaları)
Peletleme işlemi sonrasında elde edilmiş olan bu peletler genellikle küresel morfolojidedirler
ve bu peletlerin yüksek fırında şarj malzemesi olarak kullanılabilmesi için şu özellikleri
taşımaları gerekmektedir[3]:

İnce taneli kısımlarından (toz, kırıntı vs) ayrılmış olmalıdırlar.

Nakliye edilmeleri ve stoklanmaları esnasında meydana gelebilecek darbe ve
sarsılmalara karşı dayanıklılık gösterecek yapıda olmalıdırlar.

Yüksek fırında ısıtılmaları esnasında çeşitli reaksiyonlardan dolayı oluşabilecek
beklenmeyen ufalanmalara karşı dirençli olmalıdırlar.
Peletleme Hammaddeleri:
Peletleme işleminde kullanılan hammaddeler kullanım amaçları ve kimyasal bileşimine göre
iki ana gruba ayrılırlar. İlk grup aynı zamanda peletlerin matriksini oluşturan (daha çok
miktarda bulunan) ve demir içeren minerallerden oluşan cevherlerdir. İkinci grup ise daha az
miktarda bulunan, matriksi bir arada tutmaya, fiziksel ve mekaniksel özellikleri geliştirmeye
yarayan bağlayıcılar veya metalürjik özellikleri modifiye etmek amacıyla harmana katılabilen
katkı maddeleri gibi az miktarda ilave edilen diğer katkıları içeren diğer gruptur[2].
Peletleme işlemine tabi tutulacak cevher yapısında yaklaşık %60-65’tan daha fazla demir
içermektedir. Düşük veya yüksek olan nem oranı peletlerin oluşumunu olumsuz etkiler[3].
Ham peletlerin disk veya tamburda döndürülerek hazırlanması esnasında topaklanmanın tam
olarak oluşabilmesi için bağlayıcı kullanmak gerekir. Bu aşamada kullanılan bağlayıcı suyun
vizkositesini yükseltici nitelikte olmalı ve peletleme işlemine tabi tutulacak cevherin yapısını
bozmamalıdır. Ayrıca kolayca bulunabilmeleri, yeteri miktarda ve ucuz olarak elde
edilebilmeleri de bağlayıcı seçiminde dikkat edilen diğer önemli noktalardır. Peletleme
işleminde kullanılan bağlayıcılar; inorganik bağlayıcılar, organik bağlayıcılar ve geleneksel
olarak kullanılan bentonit olmak 3 ana grupta toplanabilir[3].
İnorganik bağlayıcılardan farklı olarak organik bağlayıcıların bünyesinde bulunan bazı
maddeler peletlerin ısıtılması esnasında yok olmakta ve son olarak elde edilen peletlerin
yapısında bulunmamaktadır. Dünya genelinde, kolay bulunabilir olması ve ucuz olması
sebebiyle bentonitin bağlayıcı olarak kullanımı çok yaygındır. Bentonit ana mineral olarak
montmorillonit içerir. Montmorillonitin kristal yapısı şekil 2.2’de görülmektedir. Doğal haldeki
bentonit yaklaşık 20 Å kalınlığındaki tabakalar içeren bir yapıdır. Bu tabakalar aralarına su
alabilirler ve tabakalar arasına alınan su bentonitin şişmesini sağlar. Sodyum bentonitleri,
kalsiyum bentonitlerine göre daha yüksek şişme oranlarına sahiptir. Şişme oranının yüksekliği
sebebiyle sodyum bentonitleri peletleme işleminde kullanılmaya daha elverişlidirler[3].
Şekil 2.2: Montmorillonitin tabakalı yapısı[3]
Yüksek fırında daha iyi ve daha ekonomik kullanım sağlayabilmek için bazı durumlarda
peletleme işlemi esnasında harmana katkı maddeleri eklenebilir. Olivin, dolomit, kireç ve
kireçtaşı gibi maddeler eklenerek yüksek fırında istenen özelliklerin eldesi kolaylaştırılabilirken
bazen de demir içeren geri dönüşmüş olan tozlar harmana eklenerek ekonomik olarak katkı
sağlanır. Geri dönüştürülerek harmana eklenen katkılardan birisi de tufaldir. Tufal, bazı sürekli
döküm tesislerinde, haddehanelerde ve tav fırınlarından çıkarılan çeliklerin yüzeylerinde oluşan
demir oksit tabakasıdır. Tufalin demir cevheri konsantresi ile karıştırılarak pelet üretiminde
kullanımı da, tufalin ekonomik olarak değerlendirilmesi açısından bir yöntemdir[3].
Peletleme Prosesi:
Peletleme prosesi 3 ana bölüme ayrılabilir[2].
1- Hammadde hazırlanması
2- Islak haldeki peletlerin oluşturulması
3- Islak haldeki peletlerin ısı yardımıyla sertleştirilmesi
Burada üretilmiş olan ıslak haldeki peletler “Ham Pelet” veya “Yaş Pelet” olarak, ısıtma ve
soğutma işlemlerinden sonraki elde edilen hali “Ürün Pelet” olarak adlandırılır[3,4].
Yaş peletler, toz cevher veya konsantreye su ve bağlayıcı ilave edilmesi ve yatay bir disk,
tambur veya koni içinde yuvarlatılmasıyla oluşturulur. Bu esnada yaş peletler pişirmenin
yapılacağı bölüme nakledilmesi esnasında parçalanmayacak kadar mukavemete sahip
olmalıdırlar. Bu mukavemet değeri için; peletlerin, pelet başına 1,5 kg’lık basma yüküne
dayanabilecek kapasitede olması gerektiği kabul edilmiştir. Yaş pelet üretimi aşamasında
üretimi etkileyen önemli faktörler şöyle sıralanabilir[4]:

Kullanılan nem miktarı

Bağlayıcı cins ve miktarı

Beslenen malzemenin toz boyutları

Beslenen malzemenin şekil faktörü ve yüzey alanı
Yaş peletlerin mukavemeti, nem miktarına bağlı olduğu için, peletlerin üretiminde en uygun
nem miktarının uygulanması önem taşımaktadır. En uygun nem miktarı diğer faktörlere de bağlı
olarak %8 ile %12 arasında değişmektedir. Beslenen toz cevher veya konsantrenin boyut
dağılımı, oluşturulacak olan peletlerin kalitesini etkileyen en önemli parametredir. Kaliteli
peletler elde edebilmek için toplam şarjın yaklaşık %50-80’i 325 mesh (0.045 mm) boyutunun
altında olmalıdır[4]. Şarj edilen konsantre boyutları inceldikçe, harmanın özgül yüzey alanı
büyür. Peletlemenin başarılı olabilmesi için, en uygun yüzey alanı değerlerinin 1500-2500
cm2/gr aralığında olması uygundur. Konsantrelerin özgül yüzey alanları ile peletlerin kaliteleri
arasındaki ilişki şekil 2.3’te mevcuttur[4].
Şekil 2.3: Konsantre özgül yüzey alanı ile pelet kalitesinin değişimi[4]
Üretilen yaş peletlerin boyutunun 9 mm ile 16 mm arasında olması idealdir ve bu peletlerin
mukavemetinin yeterli olması beklenilen bir özelliktir[2].
Üretilen yaş peletleri yüksek fırında kullanılabilecek kadar mukavemete sahip hale getirmek
için pişirme işleminin yapılması gerekmektedir. Pişirme işlemi hareketli ızgara, döner fırın
veya düşey fırın gibi farklı tip fırınlarda yapılabilir. Pişirme işleminde çıkılması gerekilen
sıcaklık; cevherin tipi, miktarı ve gang içeriğine göre 10000 C ile 13500 C arasında
değişmektedir[4]. Düşük gang içerikli cevherin kullanıldığı peletlerde pişirme sıcaklığı daha
yüksektir. Flaks ilaveli veya daha yüksek gang içerikli malzemeden topaklandırılmış peletlerde
ise pişirme sıcaklığı gang içeriği arttıkça düşmektedir[4].
Ürün peletin mukavemetini, peletlerin pişirilmeleri esnasında oluşan cüruf bağları sağlar.
Ayrıca peletleme harmanında mevcut toz cevher manyetit ise pişirme esnasında hematite
oksitlenir. Manyetitin hematite oksidasyonu ile oluşan oksit köprüleri de peletin mukavemetini
sağlayan bir diğer etkendir. Ürün peletler için genel olarak 150-350 kg basma yükü aralığında
kırılanların yüksek fırına şarj için yeterli mukavemete sahip olduğu kabul edilir[4].
Peletlerin oluşum mekanizması:
Peletleme işlemi esnasında şarj edilen partiküllerin su ile temas etmeleri sonucunda bu
partiküllerin yüzeyleri ıslanır ve etrafları su ile kaplanır. Islanmış bu partiküller bir diğerine
değdiğinde ise oluşan yüzey gerilimi sonrasında sıvı köprüleri oluşur. Şekil 2.4’te bu
partiküllerin su filmi ile kaplanmasının bir temsili görülmektedir[5].
Şekil 2.4: Partiküllerin su filmi ile kaplanması [5]
Partiküllerin dönen hazne içerisinde hareketiyle su damlaları ve tozun birleşmesiyle ilk
topaklanmalar oluşur. Bu topaklar zayıf karakterdedirler ve içerisinde bulundurdukları çok
miktardaki boşluklar arasında ilk sıvı köprüleri görülmeye başlar. Şekil 2.5’te ilk sıvı
köprülerinin ve zayıf kürelerin oluşumu görülmektedir[5].
Şekil 2.5 : İlk sıvı köprülerinin görülmesi ve zayıf kürelerin oluşumu[5]
Artan su oranı ile oluşan bu zayıf kürelerin iç kısımlarında su miktarı artar ve oluşan bu küreler
daha yoğunlaşmış olur. Şekil 2.6’da bu kürelerin daha yoğun hale gelmesi şematik olarak
görülmektedir[5].
Şekil 2.6: Oluşan kürelerin daha yoğun hale gelmesi[5]
Yaş kürelerin oluşum sürecinin bu kısmında oluşan sıvı köprülerinin kılcal kuvveti etkilidir. En
uygun özellikteki kürelerin oluşumu, küre içerisindeki boşlukların su ile dolması ama kürenin
dışının daha tamamıyla sıvı ile kaplanmamış olması ile mümkündür. Bu yaş kürelerin oluşumu ve
sahip oldukları mukavemet şu üç etkenle ilgilidir[5]:
1- Partikül yüzeyi ve su arasındaki bağlanma kuvveti
2- Partikül özellikleri (boyut dağılımı, yüzey alanı, ıslanabilirlik ve partikülün yüzey durumu)
3- Dönen tamburda parçacıkların yuvarlanması ile oluşan çarpışma kuvvetleri ve basınç
Bu kürelerin porlarında oluşan içbükey sıvı yüzeyleri ve kılcal çekmeler parçacıkları bir arada tutar.
Şekil 2.7 ve 2.8 bu parçacıkların bir arada kalmasını sağlayan kuvvetleri temsil edilmektedir[5].
Şekil 2.7: Peletlerde oluşan kapilar gerilim ve basınç kuvvetleri[5]
Şekil 2.8: İki partikül arasında oluşan kapilar gerilim ve basınç kuvvetleri[5]
Sıvı yardımıyla sağlanan bu yaş topaklanma olayında en iyi mukavemetin, partiküller
arasındaki boşlukların tamamına yakın kısmının su ile dolmasıyla ve şekilde 2.4 ve 2.5’te de
görüldüğü gibi topaklanma yüzeylerindeki suyun yüzeylerinin içbükey halde olduğunda elde
edildiği varsayılmaktadır. Eğer kürelere daha fazla su verilir ve bu şekilde topakları oluşturan
partiküllerin yüzeyi su filmi ile tamamen kaplanırsa suyun yüzey gerilimi ani olarak düşer, bu
kapilar kuvvetler etkisini yitirir ve partiküller birbirinden bağımsız ve serbest hale gelirler[5].
3. KULLANILAN CİHAZ VE MALZEMELER
 Peletleme Makinası
 Etüv ve Elektrik Fırını
 Demir Cevheri Tozu veya Konsantresi veya Pirit Külü
 Bentonit
 Su
 Kumpas
4. DENEYİN YAPILIŞI
Peletleme için kullanılacak harman karıştırılarak bentonit ve cevher tozunun iyice karışması
sağlanır. Diskin üzerindeki sarsıcı kısma harman dökülür ve peletleme makinasının diskinin
dönmesi sağlanır ve sarsıcı çalıştırılır. Disk dönmeye devam ederken harman dökülmesiyle
birlikte fıskiye ile çeşitli aralarla diske su püskürtülür ve topaklanmanın oluşumu sağlanır. Bu
topaklanma işlemi tamamlandıktan sonra yaş peletlerin boyutları kumpasla ölçülerek uygun
olanlar ayrılır ve bu peletlerin bir kısmı yaş düşme testi için kullanılır, kalan kısmı ise etüvde
kurutulduktan sonra fırında pişirilir ve soğumaya bırakılarak ürün pelet eldesi sağlanır.
RAPOR İÇİN İSTENENLER
1- Peletleme ön işlemini diğer metalurjik aglemerasyon ön işlemleriyle (sinterleme,
nodülleme ve briketleme) karşılaştırınız ve bu işlemlerin birbirlerine göre avantaj ve
dezavantajlarını araştırınız.
2- “Yeşil pelet” (green pellet) nedir ve hangi özelliklere sahiptir açıklayınız.
3- Demir cevherlerinin peletlenmesi esnasında bentonit ve ana cevher dışında harmana
katılan hammaddelerden (diğer bağlayıcılar, katkı maddeleri vb gibi) iki tanesini bu
hammaddelerin pelete kattığı özellikleriyle birlikte açıklayınız.
YARARLANILAN KAYNAKLAR
[1] Eisele, T. C. Kawatra, S.K. 2003. “A Review of Binders in Iron Ore Pelletization” Mineral
Processing and Extractive Metallurgy Review.
[2] Meyer, K. 1980. “Pelletizing of Iron Ores”. Springer-Verlag, Berlin, Heidlerberg, New
York, Verlag Stahleisen m.b.H. Düsseldorf.
[3] Yıldız, N. 1990. “Demir Cevherinin Peletlenmesi” Madencilik Dergisi, 29 (1), 17-32.
[4] Şeşen, K. 1988. “Peletleme”. Üretim Metalurjisi Laboratuvarı El Kitabı. Editörler: Bor,
F.Y. Addemir, O. Duman, İ. İstanbul: İTÜ Maden Fakültesi Ofset Atölyesi.
[5] Işıkgül, O. 2012. “Tufalin Demir Cevheri Konsantresi ile Karıştırılarak Pelet Üretiminde
Kullanılabilirliğinin ve İndirgenebilirliğinin İncelenmesi” Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen
Bilimleri Enstitüsü, 14-25.