Demir toplumların ekonomik ve sosyal gelişmelerinde en büyük katkısı olan elementlerden ve endüstrinin temel girdilerinden biridir.  1500 yılında 50 bin ton olan dünya çelik tüketimi 1800'lere kadar yavaş yavaş artarak 800 bin tona ulaşmıştır

Demir toplumların ekonomik ve sosyal gelişmelerinde en büyük katkısı olan elementlerden ve endüstrinin temel girdilerinden biridir.  1500 yılında 50 bin ton olan dünya çelik tüketimi 1800'lere kadar yavaş yavaş artarak 800 bin tona ulaşmıştır. Bu yıllardan itibaren tüketim artışı hızlanarak 1850 yılında 25 milyon, 1900 yılında 42 milyon, 1950 yılında 208 milyon ton/yıl olmuştur. 1960-1974 yılları arasında dünya çelik üretimi yıllık % 7 ortalama artiş hızı ile çok büyük bir gelişme kaydetmiştir. Batı avrupa ve Japonya’daki büyük entegre demir çelik tesislerinin kuruluşları bu dönemin karakteristik endüstriyel Yatırımları olmuşlardır. !975 yılından sonra demir çelik endüstrisindeki büyüme azalmış ve yıllık % 0.6 civarında gerçekleşmiştir. Fert başına yıllık demir-çelik tüketimi günümüzde ekonomik ve sosyal gelişmişliğin bir ölçüsü olarak düşünülmektedir. Ülkemizin 1993 yılı  demir-çelik  tüketimi 10 ton/yıl; dolayısıyla 155 kg/kişi x yıla ulaşabilmiştir. Gelişmiş ileri teknoloji ülkelerinde günümüzde, fert başına demir-çelik tüketimi 400-500 kg/kişi x yıl civarındadır.    Çizelge 1 de  dünya  demir cevheri Üretiminin,  çizelge 2 de demir cevheri tüketimi ve çelik üretiminin ülkelere göre dağılımı verilmiştir.

 

 

1. DEMİR MİNERALLERİ

 

Doğada oksijen, silisyum ve alüminyumdan sonra dördüncü en yaygın element oları demir yer

kabuğunun  %  5  ini oluşturur.  Demirin  300'den  fazla  çeşitli  minerali  vardır.  Bu  kadar  çok

mineral içerisinden ekonomik demir minerali olarak değerlendirilebilenlerin sayısı 5'i geçmez.

Bu ekonomik demir mineralleri ve bunların bazı özellikleri aşağıda Çizelge 3 te verilmektedir.

 

Çizelge 3 : Önemli Demir Mineralleri ve Bazı Özellikleri

 

Demir Mineralleri                Formül           Yoğunluk (gr/cm3)      % Fe

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Manyetit                              (Fe304)     4,9-5,2                    72,4

Hematit                               (Fe2O3)    5,2-5,3                    70,0

Spekülarit (demir mikası)         "                         "                       "

Limonit                               (Fe203.nH20)      3,3-3,9                    48-63

Götit                                   (FeO.OH)            3,3-4,3                    62,85

Siderit                                 (FeCO3)               3,7-3,9                    48,3

 

Aslında demir ham maddesi olmayan. fakat yüksek demir..içeren mineraller:

 

İlmenit                FeTiO3                 4,7                       37,8 (Ti hammaddesi)

Pirit                                  FeS2                  5,0-5,2                    46,0 (S hammaddesi)

Pirotin                           FenSn+1               4,5                        61,0

 

Hematit ve Manyetit  mineralleri bugün için en önemli demir mineralleridir. Bu iki minerali.

Limonit ve siderit  izlemektedir.

 

 

 

 

 

 

3. DEMİR CEVHERİ OLUŞUM ŞEKİLLERİ VE CEVHER YATAKLARI TİPLERİ

 

Demir  cevherleri;  magmatik  ortamın  erken  kristalizasyorı,  artık  kristalizasyon,

hidrometazomatik,  hidrotermal  safhalarında  ayrıca  tortul  ortamda  (denizsel  tortul,  karasal tortul),  metamorfik  ortamda  çok  çeşitli  oluşum  şekilleriyle  ortaya  çıkmaktadır.  Çeşitli koşullarda oluşan demir cevherlerinde; ana element olan demir mineralleri, faydalı elementler, zararlı  elementler,  yan kayaç  ve  serbestlik  tane  iriliği  yönünden  büyük farklılıklar  görülür. Zenginleştirme yöntemi seçiminde etkileyici faktörler; demir minerali türü, serbestleşme tane iriliği, yan kayaç ve özellikleri, zararlı elementer olarak sıralanabilir. Demir cevherleri cevher zenginleştirme yönünden faydalı demir minerallerine göre;

 

• Manyetit cevherleri ( kolay zenginleşebilir),
• Hematit cevherleri (zenginleşebilir),
• Manyetit-hematit Cevherleri (zenginleşebilir),
• Siderit cevherleri (zenginleşebilir),
• Limonit cevherleri (zenginleşebilir),
• Titanomanyetit cevherleri (titan- demir)
• Silikatik-demir cevherleri (değerlendirilmeyen),

Manyetit cevherleri ( kolay zenginleşebilir),

• Hematit cevherleri (zenginleşebilir),
• Manyetit-hematit Cevherleri (zenginleşebilir),
• Siderit cevherleri (zenginleşebilir),
• Limonit cevherleri (zenginleşebilir),
• Titanomanyetit cevherleri (titan- demir)
• Silikatik-demir cevherleri (değerlendirilmeyen)

 

olarak  gruplandırılabilir.Jeolojik  oluşum  şekillerine ve  ekonomik önem  sırasına göre  demir

cevherleşmeleri aşağıda verilmektedir.

 

3.1. Metamorfik Demir Yatakları

 

Fakir,  primer  demir  yataklarının  yoğun  metamorfizması  sonucu  oluşan  bu  yatakların

kalınlıkları  birkaç  metreden  50  metreye  kadar  ulaşılabilir.  Bir  yatakta  birçok  cevherleşme

tabakasına  rastlanır.  Çok  geniş  ve  uzun  tabakalar  şeklindedirler.  Tektonik  katlanma  ve

bindirmeler sonucu büyük kalınlıklara ulaşırlar. Bu nedenle bu yataklarda bazen milyar tonun

üzerinde  rezervlere rastlanır.  Bu  yataklarda demir  tenörleri % 20-40  arasında  değişir. Daha

yüksek tenörlüleri (% 50-65 Fe) ekonomik olarak tercih edilip işletilenleridir.

 

Bu  metamorfik  yataklarda  ince  hematit  ve  martit  tabakaları  içeren  metrelerce  kalınlığında

demirli  kuvarsit  katmanları  bulunur.  Bu katmanlarda  nadiren,  siderit,  şamozit  ve  pirite

rastlanır.  Kuars-kuarsitli  bu  demir  yataklarındaki  demir  minerallerinin  serbestleşme  tane

irilikleri oldukça küçüktür.

 

Çok ince tanede serbestleşmeleri, ana mineral olarak hematit içermeleri ve demir tenörlerinin

az  olması  dolayısiyle  zenginleştirme  güçlükleri  bu  cevherlerin  değerlendirilebilirliğini

kısıtlamaktadır.  Fakat  dünyamızın  görünür +  mümkün  demir  rezervlerinin % 60  ını bu  tip

yataklar  içermektedir.  Yüksek  alan  şiddetli  manyetik  seperatörler  imalindeki  ve  demir

cevherleri  flotasyonundaki  gelişmeler  bu  tip  yatakların  dünyamızın  demir  cevheri

üretimindeki  katkısını  giderek  arttıracaktır.  Bu  tip  yataklara  örnek  olarak  ABD  de  Lake

Superior,  Hindistan'da  Bihar  ve  Orisa,  Mançurya  ile  Brezilya'daki  İtabiritler  örnek  olarak

Gösterilebilir (JANKOVİC  S.,  1967).  Metazomatik  yataklar  geleceğin  dünya  demir  cevheri  tüketimini karşılayacak en önemli potansiyel rezervlerdir.

 

3.2. Sedimanter Demir Yatakları

 

Sedimanter  yataklar  büyük  rezervli  ve  önemli  demir  yataklarıdır.  Oluşum  şartlarına  bağlı

olarak  minerolojik  yapıları  farklılıklar  gösterir.  Limonit,  götit,  hematit  içeren  oksit  cevher,

şamozit,  türingit  içeren  silikatik  cevherler  ve  siderit  içeren  karbonat  cevherleri  olarak

bulunurlar.  Oksit  cevherleri  sahile  yakın  oksijeni  bol  sularda  karbonat  cevherleri  sahilden

uzak  derin  sularda  oluşurlar.  Tabaka  bağımlı  geniş  mercekler  şeklindedir.  Demir  tenörleri

inhomojendir (% 20-50 Fe). Mangan ve fosfor tenörleri yüksektir. Kalsit, kalker, silis, jips ve

killer yan kayaç olarak bulunur. Birkaç yüz milyon tonluk rezervler oluşturan bu önemli demir

yatak tipine Fransa'da Lothringen, Kanada'da Wabana, ABD'de Clinton gibi dünyanın birçok

yöresinde  rastlanır  (JANKOVİC  S.,  1967).  Birkaç  metreden  on  oniki  metreye  kadar

kalınlaşabilen çok geniş uzantılı, tabaka bağımlı mercekler şeklindedir.

 

3.3. Magmatik Demir Yatakları

 

Magmatik  demir  yataklarında  10  milyon-  2  milyar  ton  arasında  rezervlere  rastlanır.  Bu

yataklarda faydalı mineraller olarak; manyetit, titonamanyetit, ilmenit, hematit bulunur. Bazen

pirit, pirotin, bornit, kalkopirite rastlanır.  Yan kayaç olarak ultrabazik magmatik kayaçlardan

gabro, nowit, piroksenit bulunur. Cevherlerdeki metal tenörleri; % 40-50 Fe, % 7-15 Ti02,

% 1 e kadar vanadium arasında değişir.

 

Magmatik  enjeksiyon  yatakları  olarak  isimlendirilen,  yan  kayaçların  çatlak  veya tabakaları

arasında  oluşan  demir  cevherleşmelerinde yüksek  oranda  flor,  klor ve fosfora  rastlanır. Bu

nedenle  manyetitapatit  yatakları  olarak  adlandırılırlar.  Yukarıdaki  yan  kayaçlardan  başka,

skapolit, albit, turmalin ve florapatit gang minerali olarak bulunur. Cevherdeki fosfor tenörleri

genelde %  2-4 arasındadır.  Büyük rezervli  ve yüksek  Fe- tenörlü (% 50 - 70 Fe) cevherler

olmalarına  rağmen,  yüksek  fosfor  tenörleri  nedeniyle  fazla  kullanılmazlardı.  Fakat  özgün

zenginleştirme araştırmaları sonucu, zenginleştirilerek değerlendirilebilmektedir.

 

3.4. Skarn Tipi Demir Yatakları

 

Granitoidlerin  yan  kayaçlarla  (karbonatlar,  volkanik  kayaçlar)  kontağından  oluşan  skarn

yataklar,  değerlendirilebilen  demir  yataklarından  biridir.  Yatakta  genelde  manyetit,  bazen

hematit  bulunur.  Ayrıca  pirit,  kalkopirit,  bazen  arsenopirit  ve  sfalerit  de  ortaya  çıkabilir.

Kalker kontaktlarından yüksek demir  tenörlü bazik  karekterli  cevherleşmeler oluşur.  Çatlak

emprengnasyonları şeklinde  oluşan  kısımlarda,  Si02  -tenörleri  %  20  lere kadar  ulaşılabilir.

Mercekler,  keseler  ve  çatlak  dolguları  olarak  ortaya  çıkan  bu  yataklarda  cevherleşme

inhomojendir. Bu tip yataklara Rusya'daki Magnitnaja Gora, ABD de İron Springs-Utah örnek

olarak gösterilebilir (JANKOVİC S., 1967).

 

 

 

 

3.5. Hidrotermal Demir Yatakları

 

Bu  tip  demir  yatakları  30-40  milyon  ton  rezervli  küçük  yataklardır.  Hidrotermal  yataklar

siderit  yatakları,  hematit  yatakları,  manyetit  yatakları  olarak  guruplandırılırlar.  Siderit

yatakları bazen  önemli yataklar olabirler.  Bu yatakların mineralojik  yapısı ve yatak içindeki

dağılımı  iyi  araştırılmalıdır.    Zira  yataklarda  yalnızca  siderite  nadiren  rastlanır.  Sideritle

beraber metalsülfürler (galen, sfalerit, kalkopirit, nikel ve cobalt sülfürler) ortaya çıkar. Ayrıca

cevherde yüksek mangan tenörlerine rastlanır.  Bu yataklara; Türkiye'deki Deveci/Hekimhan,

Almanya'daki Siegerland örnek gösterilebilir. Metazomatik siderit yataklarına örnek olarakta

Avusturya'daki Erzberg ve İspanya'daki Bilbao yatağı verilebilir.

 

Hidrotermal hematit yatakları küçük  rezervli yataklar olmasına rağmen, kaliteli cevherlerdir.

Esas  demir  minerali  hematit  olup  cevherin  Fe  tenörü  %  50-60,  fosfor  tenörü  %  0,05

civarındadır. Çok nadir olarak ortaya çıkan hidrotermal manyetit cevherine Sibirya' da Angora

- İlim de rastlanır. Birkaç yüz milyon ton rezervli cevher % 40-60 Fe, % 0,02-0,5 S, % 1 P,

% 17-23 Ca0 + Mg0 içermektedir.

 

3.6. Volkanik Sedimanter Demir Yatakları

 

Deniz  içerisindeki  volkanik  oluşmalar  şeklinde  olan  bu  yataklar  düşük  tenörlü  ve  büyük

rezervlidirler.  Bulundukları  demir  minerallerine  göre,  hematit,  siderit,  şamozit  ve  türingit

cevherleri olarak adlandırılırlar. Hematit  cevheri yüksek demir tenörlü (% 50 Fe), siderit ve

şamozit cevherleri fakir (% 30 - 35 Fe) cevherlerdir. Almanya'da Lahn-Dil ve Yugoslavya'nın

Batı Makedonya bölgesinde rastlanan bu yatakların silisyum tenörleri (% 15-30 Si02) oldukça

yüksektir.

 

3.7. Oksidasyon Zonundaki Başkalaşım Yatakları

 

Pirimer,  demir  sülfürlerin  (pirit,  pirotin),  demir  silikatların,  sideritin  oksidasyon  zonunda

bozuşarak  çözünüp,  çökelmesi  sonucu  oluşan  yataklardır.  İçerilerinde  bozuşmayan  sülfür

minerallerine, istenmiyen metal minerallerine  rastlanır. Bu  oluşumlar demir  yatakları olarak

küçük rezervli yataklardır.

 

3.8. Laterit Yataklar

 

Ultrabazik  kayaçların ve  serpantinlerin  lateritik  bozuşması  sonucu  oluşurlar. Yüksek oranlı

silis  ve  krom  içerirler.  Demir  tenörleri  yönünden  fakirdirler.  İnhomojen  yapıda  olan

yataklardır. Demir yatakları olarak önemsizdirler. İçerdikleri yüksek oranlı Ni- ve Co tenörleri

yönünden ekonomik olabilirler.

 

4. DEMİR CEVHERLERİ ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

 

Demir cevherlerinin zenginleştirilmesindeki amaçlar;

 

• Fe- tenörünü yükseltnıek,
• Konsantredeki zararlı elementleri tamamen  arındırmak veya  katlanılabilir  sınırlara  kadar
• Fe- tenörünü yükseltmek,
• Konsantredeki zararlı elementleri tamamen arındırmak veya katlanılabilir sınırlara       kadar azaltmak,
• Değerlendirilebilecek Fe-dışı kıymetli elementleri içeren mineralleri ayrı konsantreler haline getirmek olarak sıralanabilir.

 

Fe- tenörünü  yükseltmek  için  zenginleştirme  işlemi  zengin  cevherlere  de  uygulanmaktadır.

Zira konsantrelerin % 60'ın üzerindeki her % 1'lik Fe-tenörü yüksek fırın kapasitesini % 2-3

arttırırken  kok  tüketimini  de  %  1-2  arasında  azaltmaktadır.  Direk  redüksiyon  yöntemi  ile

sünger demir  üretiminde ise parça cevher ve peletlerdeki Fe- tenörünün  % 67 nin üzerinde

olması şart koşulmaktadır.

 

Geleceğin  demir  cevheri  ihtiyacını  sağlamada  cevher  zenginleştirme  yöntemlerinin  önemi

zamanla  daha  da  artacaktır.  Zira  yaklaşık  75  milyar  tonluk  dünya  görünür  Fe  cevheri

rezervinin  yaklaşık 40  milyar  tonu  (%  55'i) ve  yaklaşık  100  milyar tonluk  dünya mümkün

demir  cevheri  rezervinin  yaklaşık  65  milyar  tonu  fakir  cevherlerden oluşmaktadır.  Bundan

başka gün geçtikçe pahalılaşan enerji (dolayısıyla ulaşım maliyetleri) gelecekti zengin ve fakir

cevherleri  yerinde  zenginleştirmeyi  ve  hatta  izabeyi  gerektirecektir.  Demir  cevherlerini

zenginleştirmeyi genelde 3 aşamada düşünmek yerinde olur. Bunlar;

 

• Konsantrasyon işlemine uygun hale getirme işlemi,
• Konsantrasyon işlemi,
• İzabehanede kullanılır hale getirme işlemi (ufalama ve-veya aglomerasyorı ),

     olarak sıralanabilir

 

• Konsantrasyon işlemine uygun hale getirme işlemi,
• Konsantrasyon işlemi,
• İzabehanede kullanılır hale getirme işlemi (ufalama ve-veya aglomerasyorı ),

 

 

 

 

 

 

 

 

Demir cevherleri  zenginleştirilmesinde  uygulanan  fiziksel  ve  fizikokimyasal  yöntemleri

Aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

• Tavuklama (triyaj),
• Yapısal mekanik özelliklere göre zenginleştirme,
• Yoğunluğa göre zenginleştirme,
• Manyetik alanda zenginleştirme,
• Flotasyon ile zenginleştirme,
• Manyetitleştirici kavurma-manyetik seperatör ile zenginleştirme.

 

• Tavuklama (triyaj),
• Yapısal mekanik özelliklere göre zenginleştirme,
• Yoğunluğa göre zenginleştirme,
• Manyetik alanda zenginleştirme,
• Flotasyon ile zenginleştirme,
• Manyetitleştirici kavurma-manyetik seperatör ile zenginleştirme.

 

Ayrıca demir cevherlerine uygulanan zenginleştirme işlemlerini;

 

• Zengin demir cevherlerine (Fe-mineralinin teorik demirinin %  80’nin den fazla içeren)

Uygulanan işlemler,

• Fakir demir cevherlerine uygulanan işlemler, olarak gruplandırabiliriz.

 

• Zengin demir cevherlerine (Fe-mineralinin  teorik demirinin  %  80'nin  den fazla  içeren)
• Fakir demir cevherlerine uygulanan işlemler, olarak gruplandırabiliriz.

4.1. Zengin Demir Cevherlerine Uygulanan Cevher Hazırlama İşlemleri

 

Bu  işlemlerdeki  amaç  açık  ve  kapalı  işletmelerden  gelen,  1  metreden  iri  olabilen,  zengin

demir  cevherlerini  yüksek  fırın  için  gerekli  tane  iriliklerine  koruyucu  olarak  ufalamaktır.

Bunun için cevher kademeli olarak, belirli bir akım şemasına göre kırıcılardan ve  eleklerden

geçirilir.  Genelde  cevherdeki  faydalı  Fe-minerali  cinsine göre  -100  +  5  mm  tane  sınıfına

ufalanır.  Ufalama sonucu  -10 mm  tane  sınıfının  mümkün olduğu kadar  az  olmasına dikkat

edilir. Ufalanmış üründeki ince tane sınıfının oranı fazla ise; ki bu cevherin oluşumundan da

kaynaklanabilir, kırılmış ürün sınıflandırılarak "-10 + 0.150 mm" tane sınıfında sinterlik ürün

ve  "-0.150  mm"  tane  sınıfında  peletlik  ürün  üretilir.  Üretilen  sınıflandırılnıış  parça  demir

cevherlerini kullanan  yüksek fırın  maden ocağı yakınında değilse, parça cevherler nakliyatta

da kısmen  ufalanacağından; fırına  beslenmeden önce,  tekrar sınıflandırılarak ince tanelerden

arındırılırlar. Sinterlik ve peletlik ürünler maden ocağı yakınındaki peletleme veya izabehane

yanındaki peletleme-sinterleme tesislerinde değerlendirilirler.

 

Cevherde  az  miktarda  ve  iri  tanede  serbestleşen  gang  mineralleri  varsa  ve  tesis  kapasitesi küçükse, tesisin  bulunduğu yörenin  işçilik durumu  uygun ise,  cevherin hazırlama işleminde tavuklama yöntemi uygulanarak parça cevherin Fe-tenörü daha da yükseltilebilir.

 

4.2. Fakir Demir Cevherlerine Uygulanan Zenginleştirme Yöntemleri

 

4.2.1. Tavuklama ile Demir Cevheri Zenginleştirmesi

Demir minerallerinin gang minerallerinden farklı  renk ve  yoğunlukta oluşundan  yararlanılır.

İri  taneli  cevherleşme  gösteren  ve  iri  tanede  serbestleşen  yatakların  küçük  kapasiteli

üretiminde  uygulanabilir.  Günümüzdeki  5-15  bin  ton/gün  üretim  kapasiteli  tesislerde

Uygulama olanağı yoktur.

 

4.2.2.  Yapısal Mekanik  Özellik  Farklarına  Dayalı  Demir  Cevheri  Zenginleştirilmesi

(Ufalama-Sınıflandırma)

 

Demir minerallerinin ufalama işlemlerinde gang minerallerinden farklı davranış gösterip daha

iri veya ince kalmaları ve belirli farklı tane sınıflarını tercih etmeleri bu tip zenginleştirmeye

olanak  sağlamaktadır.  Örneğin,  Brezilya'da  Rio  Doce  ocağında  yapılan  25  milyon  ton/yıl

üzerindeki fakir hematit cevheri üretimi 40 mm' lik eleklerle elendiğinde 2  milyon ton % 66

Fe-tenörlü  +  40  mm  iriliğinde  parça  cevher  elde  edilir.  -  40  mm  tane  sınıfı  -25  mm' ye

kademeli olarak ufalanıp sınıflandırıldığında -25 + 0.6 mm tane sınıfında % 60-65 Fe tenörlü

bir konsantre  üretilebilirken yalnızca  -0.6 mm tane  sınıfı Jones  tipi yüksek alan  şiddetli yaş

Manyetik seperatörlerden geçirilerek zenginleştirilmektedir.

 

Bazı  demir  cevherleri  fazlaca  kil  içerebilirler.  Bu killi cevherler yaş skrayberde karıştırılıp

sınıflandırılarak  killerinden  arındırıldıklarında  iri  ürünün  Fe-tenörünün  tüvenan

üretimindekinin  çok  üstünde  olduğu  görülür.  Demir minerallerini  iri  tanede,  gang

minerallerini  ince  tanede bulunduran bir  demir  cevherinin tavuklama-yıkama-sınıflandırma

işlemleriyle zenginleştirilmesinin genel akım şeması Şekil 1 de verilmektedir.

 

Coleraine  Ocağının takonit  cevherlerinde ise  sert gang iri tanede kalmakta ve  hematit ince

taneye  geçmektedir.  Cevher  basit  kırma-eleme-yıkama-tavuklama  işlemleriyle

Zenginleştirilebilmektedir (şekil 2).

 

 

 

Şekil 1.  Demir minerallerini iri taneli olarak içeren bir Fe- cevherinin basit bir tavuklama - yıkama-sınıflandırma zenginleştirilmesi akım şeması

 Mc Kinley ocağında  % 50 - 55 Fe içeren götit - hematit - limonitten oluşan bir  cevher 125 mm'de  elendiğinde  elek  üstündeki  iri  malın  Fe  oranı  çok  düşük  olmakta  ve  artık  olarak atılabilmektedir.  Elenmiş  cevher  yıkanarak  konsantredeki  Fe  tenörü  %  60'ın  üzerine çıkarılabilmektedir.

 

.2.3. Yoğunluğa Göre Demir Cevheri Zenginleştirmesi 

Bu  yöntem  genelde  ağır  demir  minerallerini  ve  bilhassa  hematit  içeren  cevherlerin zenginleştirilmesinde  yaygın  bir  şekilde  kullanılmaktadır.  İşlemde  demir  mineralleri  ile cevherdeki  gang  mineralleri  arasındaki  yoğunluk  farkının  oldukça  fazla  olmasından yararlanılmaktadır.  Yoğunluk  farkına  dayalı  zenginleştirmenin  uygulanabilirliğindeki  tek sınır,  serbestlik  tane  iriliğinden  gelmekte  ve  0,1  mm  den  iri  tane  sınıflarında  serbestleşen cevherler  zenginleştirilebilmektedir.  Bu  zenginleştirmenin  diğer  bir  olumsuzluğu zenginleştirme verimlerinin  % 75 - 85 arasında kalmasıdır.  Cevherin -0,1 mm  tane sınıfı ve yoğunluğa  göre  zenginleştirme  artığı,  manyetik  alanda  zenginleştirildiğinde  kayıplar azaltılabilmektedir

 

Şekil 2. Oliver Iron Mining Co., Coleraine ocağı/ABD Fe- Zenginleştirme akım şeması

 

Mc Kinley ocağında  % 50 - 55 Fe içeren götit - hematit - limonitten oluşan bir  cevher 125 mm'de  elendiğinde  elek  üstündeki  iri  malın  Fe  oranı  çok  düşük  olmakta  ve  artık  olarak atılabilmektedir.  Elenmiş  cevher  yıkanarak  konsantredeki  Fe  tenörü  %  60'ın  üzerine çıkarılabilmektedir.

 

 

4.2.3. Yoğunluğa Göre Demir Cevheri Zenginleştirmesi

 Bu  yöntem  genelde  ağır  demir  minerallerini  ve  bilhassa  hematit  içeren  cevherlerin zenginleştirilmesinde  yaygın  bir  şekilde  kullanılmaktadır.  İşlemde  demir  mineralleri  ile cevherdeki  gang  mineralleri  arasındaki  yoğunluk  farkının  oldukça  fazla  olmasından yararlanılmaktadır.  Yoğunluk  farkına  dayalı  zenginleştirmenin  uygulanabilirliğindeki  tek sınır,  serbestlik  tane  iriliğinden  gelmekte  ve  0,1  mm  den  iri  tane  sınıflarında  serbestleşen cevherler  zenginleştirilebilmektedir.  Bu  zenginleştirmenin  diğer  bir  olumsuzluğu zenginleştirme verimlerinin  % 75 - 85 arasında kalmasıdır.  Cevherin -0,1 mm  tane sınıfı ve yoğunluğa  göre  zenginleştirme  artığı,  manyetik  alanda  zenginleştirildiğinde  kayıplar azaltılabilmektedir.

 

Şekil 2. Oliver Iron Mining Co., Coleraine ocağı/ABD Fe- Zenginleştirme akım şeması

Yoğunluğa dayalı  zenginleştirmede en yaygın kullanılan  konsantratör "Humphrey spiralleri" dir.  Bunu  önem  sırasına  göre  "ağır  ortam  yüzdürme  batırma  konsantratörleri",  "Reichert konları", "jigler" ve"sallantılı masalar" izler.

 

 

 

 

4.2.3.1. Humphrey Spiralleri ile Demir Cevheri Zenginleştirmesi

 6 - 0.075 mm arasında serbestleşebilen hematit cevherleri %75 - 85 Fe- verimi ile Humphrey spirallerinde zenginleştirilebilmektedir.  Bu  cevherler  serbestlik  tane  iriliklerine  kademeli olarak , -0.100 mm  tane sınıfı en az  olacak şekilde ufalanır. Serbestlik derecesine ufalanmış cevher dar  tane sınıflarında sınıflandırılır.  Her tane sınıfı, o  sınıf için  ayarlanmış Humphrey spirallerinde gang, orta ürün ve konsantre olarak üçe ayrılır. Orta ürün tekrar ufalanarak ince tane konsantratörüne beslenir. Spirallerde bilhassa hematit cevherleri zenginleştirilir. 

Humphrey  Spirallerinin  kapasiteleri  düşük  olduğu  için  (5000  ton/yıl)  yüksek  kapasiteli tesislerde çok sayıda  spiral paralel  olarak  devreye sokulur.  Örneğin, günümüzün 10 milyon ton/yıl  kapasiteli  bir  tesisi  için  2000  adet  spirale  gerek  duyulur.  Bunun  yanında  spiral konsantratörlerin bakımları çok kolay, bakım ve işletme masrafları azdır.

4.2.3.2.  Ağır  0rtam-Yüzdürme-Batırma-Konsantratörlerinde  Demir  Gevheri Zenginleştirilmesi

 -50 + 5 nım boyutlarında serbestleşen demir cevherleri (manyetit, hematit) çeşitli yüzdürme-batırma  konsantratörleri  ile  başarılı  olarak  zenginleştirilebilmektedir.  Bu  yöntem  bir  ön zenginleştirme  işlemi  olarakta  kullanılmaktadır.  Ön  zenginleştirme  işlemi  olarak kullanıldığında  ortam  yoğunluğu  2.6  -  2.7  g/cm3 olmalıdır.  Konsantre  üretiminde kullanıldığında kazanılacak minerallerin yoğunluğuna bağlı olarak ortam yoğunluğu 2.8 - 3.2 g/cm3 arasında değişir.  Ağır  ortam  malzemesi olarak genelde  "Ferrosilis"  kullanılır.  Artık ve konsantre  yüzdürme-batırma işleminden sonra süzme eleklerinde süzülür. Süzüntü alçak alan şiddetli yaş manyetik konsantratörlerden  geçirilerek,  ferrosilis  manyetik  üründe  tekrar  kazanılıp  yeniden kullanılmak üzere ağır ortam hazırlama tikinerlerine beslenir. İşlenen cevherin en ince tanesi 0.5  mm'den  iri  olduğu  için  şlam  etkisi  olmayan  cevherlerde  konsantre  ve  artık  yaş  olarak elenerek ferrosilis ince malda tekrar kazanılır (ferrosilis % 90, - 0.230 mm, % 30 - 0.044 mm). Ağır ortam pulpunun katı madde oranı % 15-20 arasındadır. Serbestleşmenin  -2.5 + 0.3 mm boyutlarında  oluştuğu  cevherlerde  ağır  ortam  siklonlarından  da  yararlanılmaktadır. Siklonlardaki  ağır  ortam  yoğunluğu,  yüzdürme  -  batırma  konsantratörlerindekinden  daha küçük olabilmektedir. Bu  nedenle ağır ortam  malzemesi olarak  ince manyetit  kullanılabilir. Alçak alan  şiddetli yaş  manyetik seperatörlerle  artıktaki manyetit geri kazanılır. Siklonlarda zenginleştirilen  cevher  çok  dar  sınıflandırılarak  her  tane  sınıfı  farklı  ayarlanmış  siklonlara beslenebilir.  Bu  işlem  için  gerekirse  mikro  elekler  kullanılabilir.  Siklonların  kapasiteleri yüksek ve bakımları kolaydır, fakat bazı parçaları çabuk aşınır. 

4.2.3.3. Reichert Konileri ile Demir Cevheri Zenginleştirilmesi 

Reichert konilerı, Humprey spirallerine benzerler. Besleme malı bir konidan diğerine akarken, tekrar  tekrar  temizlenerek  ağır  konsantre,  orta  ürün  ve  artık  olarak  ayrılır.  -2.0 + 0.5  mm boyutlarında  serbestleşen  cevherler başarı  ile  bu  konilerde  zenginleştirilebilmektedir. Fakat zenginleşmede  besleme  malındaki  şlam  sorun  yaratmaktadır.  Bu  nedenle  -0.020  mm tane sınıfı  siklonlarla  sınıflandırılarak  cevher  şlamdan  arındırılır.  Şlamdan  arındırılmış  cevher konilerde  %  75  -  85  Fe-verimi  ile  zenginleştirilebilir.  Reichert  konilerinin  kapasiteleri, sallantılı masalara ve Humphrey spirallerine göre daha yüksektir.

 4.2.3.4. Jiglerle Demir Cevheri Zenginleştirilmesi 

Jig  zenginleştirilmesi  -50  +  1.0  mm  tane  boyutlarında  serbestleşen  demir  cevherlerine uygulanılır. Cevherin jiglere dar sınıflandırılmış olarak beslenmesi gerekir. ön zenginleştirici olarak  kullanılabileceği  gibi,  konsantre üretimine  uygun  ise,  konsantrenin  büyük  bir  kısmı parça  cevher  kalitesinde  olabileceğinden  jigle  zenginleştirme  tercih  edilir.  Artıklardaki  Fe-kayıpları diğer konsantratörler yardımıyla kazanılmaya çalışılır. 

 

4.2.4. Manyetik Alanda Demir Cevheri Zenginleştirilmesi

 Demir  cevherleri  manyetik alanda  yaygın bir  şekilde,  yüksek kapasiteli  tesislerde kolay  ve ucuz olarak zenginleştirilmektedir. Demir cevherlerinin manyetik zenginleştirilmesinde % 60 - 95  arasında değişen  metal verimlerine ulaşılabilmektedir. Cevherlerin killerle  kirlenmemiş olması  ve  tam  serbestlik  tane  iriliğine  kadar  ulaşılması  halinde  %  95  lik  verimlerle,  çok yüksek tenörlü  konsantreler (% 65-69 Fe) üretilebilmektedir.  Manyetit ve  ilmenit manyetik alandan kuvvetle  etkilenirken hematit, siderit  ve limorıit  çok daha az  etkilenmektedir.

Gang mineralleri de tıemen hemen hiç etkilenmemektedir. Mineral tanelerinin manyetik alan içinde ayrılabirliğini tanelerin  boyutu ve  minerallerin özgül  ağırlıkları da  etkiler. Genellikle  5  mm den iri taneler kuru  ortamda ve 200 mikrondan ince taneler yaş ortamda ayıklanır. Manyetik alandan  çok  etkilenen  manyetit  gibi  mineraller  zayıf  manyetik  alanda  (500  - 1500 Gauss) zenginleştirilirken, hematit gibi az etkilenen mineraller yüksek alan şiddetli (10 000 - 25 000 Gauss)  manyetik  ayırıcılarda  zenginleştirilirler.  Fakat  bunların  3  mm  den  iri  olmamaları gerekir.  6  mm'den  ince  ve  200 mikrondan  iri  serbestleşen  manyetit cevheri yaş  veya  kuru olarak  manyetik  alanda  zenginleştirilebilir.  Manyetik  alan  konsantratörleri  tamburlu  veya bandlı  olarak  çeşitli  konstrüksiyonlarda  imal  edilmişlerdir.  1970  li  yıllara  kadar  zayıf manyetik  minerallerin  zenginleştirilmesi  güçtü.  Zira  yüksek  alan şiddetli  konsantratörlerde çok  yüksek  manyetik  alanlar  (10  000  Gausstan  fazla)  zor  üretilebildiği  gibi  bu konsantratörlerin  kapasiteleri  de  5-6  ton/saati  geçmezdi.  Ayrıca  çok  ince  taneler  de  zor işlenebilirdi.  Son  yıllarda  geliştirilen  yüksek  alan  şiddetli  manyetik  ayırıcılarla  20  000 Gaussluk alanlar üretilebilir, 150 ton/saatlik konsantratör kapasitelerine de ulaşılabilmektedir. Jones  ayırıcıları  çok  ince  tanelerde  serbestleşen  düşük  tenörlü,  büyük  rezervli  hematit yataklarının işletilmesine olanak vermiştir.

 4.2.5. Kalsinasyon ile Demir Cevheri Zenginleştirilmesi 

Kalsinasyorı  eskiden  beri  kullanılan  bir  yöntemdir.  Bu  işlemde  cevherdeki  demir karbonatların CO2 i ve demir hidroksitlerin suyu uçurularak Fe-tenörü yükseltilir. Bugün bu tür cevherler sinterlenerek hem kalsine edilmekte hem de boyut ayarlaması yapılmaktadır.

 4.2.6. Seçimli Salkımlaşma -Sedimantasyon ile Demir Cevheri Zenginleştirilmesi

 Seçimli salkımlaşmaya alınan  üründeki minerallerin bir veya birkaçı çeşitli reaktiflerle kendi aralarında  topaklandırılarak  (salkımlaştırılarak)  salkımlaşmayan  diğer  ince  tanelere  göre sedimantasyon tikinerinde  daha  hızlı  çökelmeleri sağlanır.  Salkımlaştırılmayan  minerallerin büyük  çoğunluğu  pulpta  dağılmış  olarak  pulp  akıntısına  uyarak  üstten  tikineri  terk  eder. Böylece  salkımlaştırılan  mineral  veya  mineraller  tikinerin  alt  çıkışından  alınırlar.  Demir zenginleştirilmesinde ince taneli Fe-mineralleri. bilhassa ince hematit pişmiş mısır nişastası ve kireç etkisiyle topaklandırılıp  sedimente edilerek besleme malının zararlı gang şlamı azaltılır ve Fe-tenörü yükseltilir. Bu yöntemle Tilden/ ABD zenginleştirme tesisinde % 65 Fe tenörlü ?.106 ton/yıl peletlik konsantre üretilmektedir. Bu işlemde cevherin 30 - 35 mikronurı altında öğütülmesi gerekmektedir.

 

 

 

 4.2.7. Flotasyonla Deınir Cevheri Zenginleştirilmesi 

Demir cevherlerinin tüvenan üretiminde gang minerali olarak ekseriya kuvars, kalsit, çört, kil, klorit ve granatlar bulunur. Bunlardan bilhassa kil ve kuvars demir konsantrelerinin kalitesini bozar.  40-50  mikronun  altında  serbestleşebilen  veya  öğütme  anında  bu  tane  iriliklerine ufalanan  cevherin  diğer  zenginleştirme  yöntemleri  ile  değerlendirilmesi  güçleştiğinden flotasyon işlemi uygulanır. Demir cevherlerinde flotasyon aşağıdaki iki nedenle uygulanmaktadır.

• Diğer yöntemlerle üretilen demir konsantrelerinde kalan zararlı elementleri uzaklaştırmak

veya,

• Diğer yöntemlerle zenginleşmeyen çok ince taneli cevherleri zenginleştirmek.

 

Demir cevherlerinde flotasyon işlemi;

 

• Faydalı demir nıinerallerini yüzdürüp, zararlı mineralleri bastırmak (normal flotasyon),
• Kuvars, kalsit, kil  gibi  zararlı  mineralleri  yüzdürüp,  faydalı  Fe-minerallerini  bastırarak

(indirekt flotasyon) birbirinden ayırmak üzere iki şekilde uygulanmaktadır.

 

Son  zamanlarda  Fe-minerallerini  bastıran  doğal  ve  yapay  reaktiflerin  saptanması  sonucu indirekt  flotasyon  tercih  edilir  olmuştur.  Her  iki  flotasyon  uygulamasında  da  gang  mineral tanelerinin Fe-iyonları ile kirlenmiş olması flotasyon başarısını olumsuz yönde etkiler. Gangın büyük kısmını kalsit oluşturursa, bazik ortamda çalışmak gerekir.  Manyetik  alanda  zayıf  etkilenen  Fe-minerallerinin  zenginleştirilmesi  için  geliştirilen  Jones ayırıcısının  geliştirilip  başarıyla  uygulamaya  konulmasından  sonra,  burada  üretilen konsantreleri  iyice  arıtarak  süper  konsantreler  üretmek  için  ters  flotasyon  uygulaması yaygınlaşmaktadır. 

4.2.7.1. Demir Mineralleri Flotasyonu 

Demir minerallerinin yüzdürülüp, gang minerallerinin bastırıldığı bu  işlemde nötr  veya hafif asit  ortamda;  silikatlar;  sodyumsilikat  (Na2Si03)  ile,  apatit  varsa,  sodyumflorür  veya florosilikatlarla  bastırılır.  Oleikasit  veya  diğer  doymamış  yağ  asitleri  ile  Fe-mineralleri hidrofoblaştırılarak yüzdürülür (ATAK S., 1974).  Sülfonat türü toplayıcı reahtiflerle pH - 2-4 de  demir  mineralleri  yüzdürülebilir.  Fakat  kalsit  içeren  cevherlerde  asit  sarfiyatı  çok artacağından uygulanmaz. 

4.2.7.2. Demir Minerallerinin İndirekt Flotasyonu 

Bu yöntemde Tapioka unu,  mısır nişastası, dekstrin gibi reaktiflerin Fe-minerallerini seçimli olarak  salkımlaştırıp  bastırması,  değirmende  cevhere  ilave  edilen  NaOH,  .  polifosfatlar, Na2SiO3 yardımıyla  güçlendirilir.  Bu  son  belirtilen reaktifler  demir ve  gang  minerallerinin zeta potansiyelinin oldukça yükselmesine neden olurlar, kuvars tanelerinin ve demir minerali tanelerinin birbirlerinin yüzeylerini kaplamasını önlerler. Az bir miktarda ilave edilen Na2Si03 bu durumun kararlılığını sağlar. Pulptaki kuvars minerallerini canlandırmak için pH =  11-12 de CaCl2 ilave edilir.  Canlandırılmış  kuvars yağ  asitleri ile  yüzdürülür. Pulpta  30 ppm den fazla Ca+2 iyonu bulunması halinde  toplayıcılar (yağ asitleri) olumsuz etkilendiğinden Ca+2 konsantrasyonunun iyi kontrol  edilmesi gerekir. Amerika'da  % 30  - 40 Fe,  % 40-50 Si02 içeren takonit cevheri bu yolla flote edilerek % 80 verimle % 65 Fe tenörlü ve çok az Si02 içeren  konsantreler  üretilmiştir  (BAYRAKTAR İ,  DALKILIÇLAR  E.  ,  1978).  Ca+2 iyonu konsantrasyonurıun gerektirdiği özen ve  cevherde götit minerallerinin  fazla Ca+2 soğurması nedeniyle  takonitlerin  zenginleştirilmesinde  toplayıcı  olarak  katyonik  toplayıcılar  (aminler) kullanılırlar. 

5. DEMİR CEVHERLERİ ZENGİNLEŞTİRİLMESİ UYGULAMALARI

Uzun zamandır devam eden yüksek tüketim artışı kolay zenginleştirilebilir demir rezervlerini azaltmıştır.  Ayrıca  teknolojinin  hızlı  gelişimi  de  demir  tenörleri  oldukça  yüksek,  zararlı elementleri  mümkün  olduğu  kadar  az  konsantreler  üretmeyi  zorlamaktadır.  Güç zenginleşebilen cevherlerden böyle yüksek kaliteli konsantreler üreten tesislerin ekonomikliği ise  ancak  büyük  kapasiteli  tesisler  ve  büyük  kapasiteli  zenginleştirme  cihazları  ile sağlanabilmektedir. 

15  000 Gauss'un  üzerinde  alan  şiddetleriyle  çalışan  manyetik  ayırıcıların  ekonomik  olarak hematit zenginleştirilmesinde  kullanıldığı günümüzde "Burghardt 0." tarafından  teklif edilen akım şemalarına göre alçak - yüksek alanda manyetik separasyon - tersflotasyon yöntemlerinin konbinasyonlarıyla,  zor  zenginleştirilebilen  demir  cevherleri  de  başarılı  olarak zenginleştirilebilecektir  (  BURGHARDT  O.,  1979).  Bu  zenginleştirme  işlemi,  demir zenginleştirme uygulamalarının verildiği akım şemalarından da görüleceği üzere, ayrıca otojen öğütme, mikro eleme, salkımlaşma - tercihli sedimantasyon işlemleriyle takviye edilmektedir. İnce taneli  cevherlerin  manyetik seperasyonunun ve flotasyonun  başarı ile  uygulanmasında, ince  taneli  gang  şlamı  olumsuz  etki  yapmaktadır.  Salkımlaşma  - sedimantasyon işlemi  bu sorunun çözümüne yardımcı olmaktadır. Çok  ince  tanelerde  serbestleşen  demir  minerallerirıin  öğütülmesinde  otojen  değirmenler büyük  ekonomik  yararlar  sağlamıştır.  Ayrıca  mekanik  klasifikatörler  ve  hidrosiklonlarla yapılan  sınıflandırma,  gang  ve  demir  minerallerinin  farklı  yoğunlukta  olmalarından dolayı, istenilen  serbestleşmeyi  sağlamakta  güçlük  yaratmıştır.  Günümüzde  hassas  çalışan  mikro eleklerin ekonomik uygulanabilirliği bu  sorunun çözümüne  yardımcı olmuştur. Böylece aşırı öğütmeden  doğan  teknolojik,  ekonomik  sorunlar  optimize  edilmiştir.  Bu  şekilde  çok  ince kenetlenmiş  cevherden çok  temiz  konsantreler üretilebilmekte  ve bu  konsantreler peletleme işlemiyle aglomera edilerek demir-çelik üretiminde kullanılabilmektedir.  Günümüzde,  demir  cevheri  zenginleştirilmesini  olumlu  yönde  etkilemek  için  geliştirilmiş uygulamaları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:

Þ Öğütmede otojen değirmenlerin kullanılması,

Þ Manyetik seperatörlere,  flotasyon  devrelerine  beslenen  malın  üst  tane  iriliğini  iyi

Ayarlayabilmek için mikro eleklerin kullanılması,

Þ Konsantrasyon işlemlerinde ve  konsantrelerdeki gang şlamının olumsuz etkisirıi azaltmak

içirı salkımlaşma - sedimantasyon işleminin geliştirilmesi,

Þ Yüksek alanda yaş manyetik seperasyonun islah edilmesi,

Þ Yüksek  ve  alçak  alan  manyetik  seperatörlerin  optimal  kapasitelerin  artırılması,  örneğin tambur çaplarının 1200  mm'ye yükseltilerek 2  metreden uzun alçak alan şiddetli  tanburlu manyetik seperatörlerle 600 t/saat lik cevher işleme kapasitesine erişilmesi,

Þ Manyetik  zenginleştirme  ürünlerinin  indirekt  flotasyonla  zenginleştirilerek  kalitelerinin

Yükseltilmesi,

Þ Üretilen  ince  taneli  konsantrelerden  kaliteli  aglomera  üretecek  tesis  ve  yöntemlerin

Geliştirilmesi,

Þ İşlenen cevher yapısına bağlı olarak yukarıdaki işlemlerin uygulamasında doğacak maliyet

Artışlarını azaltmak için yüksek kapasiteli tesislerin kurulması.

Çok  farklı koşullarda oluşan  bazı  demir cevheri  işletmelerinin  zenginleştirme tesislerindeki uygulamalar örnek olarak aşağıda verilmektedir

5.1. Pueto Viejo / Arjantin Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisleri  

Pueto  Viejo'da  türingit  ve  siderit'ten  oluşan  oolitik  -  sedimanter Pirimer  demir  cevheri metamorfizma  geçirerek  hematite  dönüşmüştür.  Heterojen  dağılımlı  hematit cevherleşmesinde, cevherde serbestleşme tane iriliği 0.100 mm ye kadar azalabilmektedir. % 25 - 35 arasında değişen demir tenörlü yatağın yan kayacını kuars, muskovit ve diğer glimmer mineralleri  oluşturmaktadır.  Cevherdeki  yan  kayacın  kırılganlığı  dikkate  alınarak  mekanik özellik farkına dayalı, tavuklama destekli bir tesiste  % 42 - 49 Fe tenörlü parça cevher % 55 - 75  Fe-verinıi  ile  üretilebilmiştir.  konsantre  tenörü,  demir  kazanma  verimi;  yetersiz  ve değişken  olduğu  için; tesis  islah  edilerek,  Şekil 3  teki  akım  şemasına  göre  zenginleştirme yapılmaya başlanmıştır.Yeni yöntemde  180 mm  ye kırılan  cevherin 1,5 mm  den ince  kısmı artık olarak atılmaktadır.  Cevherin (40 mm  den) iri  kısmı ufalanarak 40 - 10 mm tane sınıfı ağır  ortam  tambur  seperatörde  ve  -10  mm  tane  sınıfı  ağır  ortam  siklonlarında zenginleştirilmektedir.  Ağır  ortam  tamburu  3.2  g/cm3 ve  ağır  ortam  siklonu  3.05  g/cm3 yoğunlukta  çalıştırılmaktadır.  Ağır  ortam  malzemesi  olarak  %  100  ü  100  mikrondan  ince ferrosilis kullanılmaktadır

 5.2. Quebec Cartier - Gagnon/Kanada Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi

 Quebec Cartier - Gagnon zenginleştirme tesisinde yılda 20.106 ton, % 33 Fe-tenörlü hematit cevheri  işlenmektedir  (Şekil 4). 2  mm' nin  altına    ufalanan cevher  Humphrey  spirallerinde (1536 kaba + 768 temizleme spirali) işlenerek yılda yaklaşık 8.106ton % 66 Fe-tenörlü demir konsantresi üretilmektedir. 

5.3. Lind Greenway/A.B.D. Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi 

Lind Greenway tesisinde hematit, götit, limonit içeren iri tanede serbestleşen % 30 Fe-tenörlü cevher zenginleştirilmektedir. Bu tesis jig ve ağır ortam ünitelerinden oluşmakta ve günde  20 000 ton cevher işleyerek % 55 Fe-verimiyle % 58.75 Fe-tenörlü (5800 ton/gün) konsantre üretmektedir

(Şekil  5).  Cevherin  +2.0  cm  tane  sınıfı  jig  ünitesinde  zenginleştirilmektedir

 5.4. Sishen /güney Afrika Demir cevheri İşletmesi zenginleştirme tesisi 

Sishen    hematit  cevheri  zenginleştirme  tesislerinde  yılda  22.  106  t  tüvenan  cevher işlenmektedir. % 80 e varan ağırlık verimiyle çalışan tesiste -25+8 mm parça cevherle -13+5 mm ve - 5 mm lik sinterlik konsantre üretilmektedir. Kırma, eleme, tambur ve spirallerle ağır ortam separasyonu uygulanan tesisin besleme malı tenörü % 57-65  civarındadır. Elde  edilen parça  cevherin  tenörü  %  66  nın üzerinde  olup,  ince  konsantrenin  tenörü  ise %  65  Fe  dir.

5.5. Carol Lake/Kanada Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi  12 500 ton/gün kapasiteli Carol Lake zenginleştirme tesisinde manyetit, spekularit, hematitten oluşan  ve  kuvars,  kalsit, bantlı  antofilit  şistlerle  ince  taneli  kenetlenmiş  durumdaki  cevher işlenmektedir. Cevher 1.2 mm ye kuru olarak öğütüldükten ve sınıflandırıldıktan sonra; -1.2 + 0.5  mm  tane  sınıfı  spirallerde  -0.5  +  0.005  mm  tane  sınıfı  Reichert  konlarında. Zenginleştirilmektedir. Her iki ünitenin artıkları, manyetik seperatörden geçirilip tesisin verimi arttırılmaktadır. %  39 Fe-tenörlü cevherden % 65.5 Fe-tenörlü peletlik konsantre % 80 - 82 Fe-verimiyle üretilmektedir

5.6. Erie Mining Co./A.B.D. Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi

 Erie Mining Demir İşletmesinde % 23.8 Fe-tenörlü ince tanede serbestleşen manyetit cevheri zenginleştirilmektedir. 72,000 ton/gün lük tuvenan  üretim -2.40  mm  ye öğütüldükten  sonra alçak alan  şiddetli  yaş manyetik seperatörlerde kaba  zenginleştirilerek iri  artık atılır.  Bilyalı değirmende -0.150  mm ye öğütülen konsantre ikinci  gurup alçak alan şiddetli yaş  manyetik seperatörlerden  geçirilerek,  bir  kısım  artık  daha  uzaklaştırılır.  Tenörü  yükseltilmiş  kaba konsantrenin 44  mikrondan iri  kısmı  74 mikrondan  ince olacak şekilde öğütülüp alçak  alan şiddetli  yaş  manyetik  seperatörlerde temizlenir  (Şekil  7). İnce  öğütme  işlemleri  mikro  yay eleklerle  desteklenir.  Tesiste  % 90  demir  kazanma  verimi  ile  % 63.7  Fe-tenörlü  peletlik konsantre üretilir.

 

 

 

 

 

Şekil 4. Quebec Cartier/Kanada demir işletmesi zenginleştirme tesisi akım şeması

Şekil 5. Lind-Greenway/ABD demir işletmesi zenginleştirme tesisi akım şeması

 

 

5.7. Butler-Cooley/Minnesota-A.B.D. Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi 

Butler-Cooley/Minnesota-kuru-yaş  alçak  alan  şiddetli  manyetik  zenginleştirme  tesisinde (Şekil 8) % 21.8  Fe-tenörlü  manyetit  cevheri  zenginleştirilir.  Butler-Cooley takonitleri  -4.76 mm ye semi  otojen  değirmende  kuru  öğütüldükten  sonra  alçak  alan  şiddetli  kuru  manyetik seperatörlerde kaba konsantre haline getirilir. Süpürme seperatörünün orta ürünü tekrar kuru öğütülerek serbestleştirilir. - 4.76 mm lik kaba konsantre bilyalı değirmende yaş öğütüldükten sonra  alçak  alan  şiddetli  yaş  manyetik  seperatörlerde  temizlenir.  Alçak  aları  şiddetli  yaş seperatör konsantresinin 110 mikrondan iri ürünü istenilen saflıkta olmadığından tekrar bilyalı değirmen devresine  beslenir (Şekil  8). 22  800 ton/gün  kapasiteli tesiste  % 68 Fe ve  % 0.5 Si02 - tenörlü peletlik konsantre üretilir.

5.8. Minntac/A.B.D. Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi 

A.B.D.  deki    Minntac  zenginleştirme  tesisi  yaklaşık  40.106 ton/yıl  tüvenan  cevher kapasitesindedir. % 22 Fe-tenörlü manyetit cevheri işlenerek 12.106 ton/yıl peletlik konsantre üretilir.  Manyetit cevheri  53 mikrondan  ince olacak  şekilde  öğütüldükten sonra, alçak  alan şiddetli manyetik separatörlerde üç aşamalı olarak zenginleştirilir.

 

 

 

 

 

 

 

Şekil 7. Erie Mining Co./ABD demir işletmesi demir cevheri zenginleştirme tesisi akım şeması

Şekil 8. Butler-Cooley/Minnesota/ABD takonit zenginleştirme tesisi akım şeması

5.9. Divriği-Sivas/Türkiye Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi 

%  56  Fe-tenörlü  manyetit  cevherleşmesi  olan  Divriği  cevherinde  limonit  ve  götit'de bulunmaktadır.  Yan  kayaç  feldspat,  biyotit,  augit,  hornblende  ve  serpantinden  oluşmakta, kontakt  zonunda  skarn  mineralleri  artmaktadır.  Parça  cevher  üretimine  de  uygun cevherleşmeler içeren yataktan yapılan üretimin demir içeriğinin % 35 - 40 ı, iki milimetreden ince  cevher  içinde  bulunmaktadır.  Demir  minerallerinin  serbestleşmesi  bir  kısım  cevherde 0.100 mm de sağlanabilmektedir. Akım Şeması Şekil 10 da verilen, alçak alan şiddetli kuru ve yaş  manyetik  separatörlerle  yapılan  zenginleştirmede % 62  Fe-tenörlü 25-2  mm  iriliğinde parça  cevher,   %  69.9  Fe-tenörlü -0.045  mm  iriliğinde  peletlik  konsantre  üretilmektedir. Tesisin genel demir kazanma verimi % 87 dir . 

5.10. Tilden Mine-Michigan/A.B.D. Demır İşletmesi Zenginleştirme Tesisi Akım Şeması 

% 35 - 40 Fe-tenörlü  takonit  cevheri  demir  minerali  olarak  çörtle  sıkı  kenetlenmiş  martit, hematit, manyetit, götit  ile gang alarak çört, kuars ve az miktarda karbonatlar içermektedir. 0.100 - 0.025 mm tane  iriliklerinde serbestleşebilen cevher Şekil 11  de akım şeması  verilen tesiste  zenginleştirilmektedir.  11.106 ton  yıl  kapasiteli  tesiste  selektif  flokülasyon  ve  ters flotasyon işlemleriyle yaklaşık %  5 Si02  ,- % 65 - 67 Fe-tenörlü 4.5  milyon ton/yıl peletlik konsantre üretilmektedir.

Şekil 10. Divriği-Sivas demir cevheri zenginleştirme tesisi akım şeması

Tüvenan cevher otojen  ve çakıl  değirmenlerde %  85 i -0.025 mm olacak  şekilde  koruyucu olarak  öğütülür.  Öğütme  siklonlarla,  hassas  mikro  eleklerle  desteklenir.  İnce  öğütülmüş cevher Na2Si03 ile disperse edildikten sonra pH 10.5 - 11 de (NaOH 375 g/t), mısır nişastası (180 g/t)  ile demir mineralleri selektif  flokulasyona uğratılıp,  şlam atma tikinerinin altından ön  konsantre  olarak  kazanılır.  %  2  -  3  katı  /  Sıvı  oranındaki  yüzen  şlam,  katyonik polymerflokulant ile çöktürülerek gang şılamının suyu geri kazanılır. Mısır  nişastası  (400  g/t)  ile  tekrar  kondisyonerde  etkilenen  demir  mineralleri  bastırılarak, nötralize  edilmiş  eter-amin asetat  toplayıcısı (150  g/t) ile  pH  10  - 10.5 ta  gang mineralleri yüzdürülür.  Birinci  yüzdürme  devresinin  batanı  demir  konsantresi  olarak  kazanılırken,  bu devrenin  yüzenindeki  demir  kaçakları  4  aşamalı  temizleme  devresinde  geri  kazanılır

 5.11. Groveland Mine - Michigan /A.B.D. Demir İşletmesi Zenginleştirme Tesisi 

Groveland  Mine  demir  cevheri  zenginleştirme  tesisinde;  yan  kayaç  olarak  çört,  kuars bulunduran,  çörtle sıkı  kenetlenmiş  manyetit, hematit  ve  demir silikatlar  içeren %  34.5 Fe-tenörlü cevher zenginleştirilmektedir.

Şekil 11. Tilden Mine- Michigan/ABD demir cevheri zenginleştirme tesisi akım şeması

5.106 ton/yıl  kapasiteli  tesiste  yılda,  %  64.4  Fe-,%  6.4  Si02-tenörlü,  %  70  i  -0.044  mm iriliğinde  2,1.106 ton  peletlik  konsantre  üretilir.  Zenginleştirme  akım  şeması  Şekil  12  de verilen tesiste alçak alan şiddetli yaş manyetik zenginleştirme, flotasyon, elutriasyon işlemleri kombine olarak uygulanmaktadır. Manyetik zenginleştirme  ve flotasyon  işlemleri sonucu  % 82.7 Fe-verimi ile % 61.2 Fe-, % 9.73 Si02-tenörlü konsantre elde edilmektedir. % 100 ü -0.150 mm (%70 i -0.044 mm)  ye öğütülen  bu konsantre elutriasyon tikinerinden geçirilerek Si02  -tenörü  % 6.4  e  düşürülür.  Tesisin  genel  Fe-verimi  %  79  ağırlık  verimi   %  42.2 olmaktadır.  Flotasyon ünitesinde anyonik toplayıcılardan petrolium sulfanat (300 g/t), yağ asitleri (110 g/t) ile beraber fuel oil  (150 g/t), sülfürik asit (375 g/t), sodyum silikat (110  g/t) kullanılarak pH 5.8 - 6.0 da demir mineralleri yüzdürülür. Bir kaba, üç temizleme işlemi ile manyetik olmayan demir  minerallerinin  yüzdürülmesinde  petrolium  sülfonatların  ve  yağ  asitlerinin  köpürtücü etkisi  yeterli  olduğundan;  köpürtücü  kullanılmamaktadır.

Şekil 12. Groveland Mine-Michigan/ABD demir işletmesi zenginleştirme tesisi akım şeması

 

6. DEMİR CEVHERİ KONSANTRELERİNDE ARANAN ÖZELLİKLER

 Demir-çelik  üretimi  için  kullanılan  parça  cevhere,  sinterlik  konsantre    ve  peletlere malzemenin   türüne, üretim  bölgesindeki enerji sunumuna  ve diğer  etkenlere  bağlı  olarak çeşitli yöntemler uygulanır. Burada en önemli yeri yüksek fırında ergitme yöntemi alır. Direk redüksiyon (sünger demir) ve  elektrik ark  ocaklarında ergitme yöntemi de  kullanımı gittikçe artan önemli bir alternatif demir-çelik üretim yöntemidir.

Demir cevherlerinin redüklenmesi işleminde 1 ton ham  demir üretimi için kullanılan cevher, kok, kireç taşı, silis ve enerji sarfiyatı cevher kalitesine göre değişir. Kok sarfiyatında tasarruf sağlayan; Fe-%'si yüksek, Si02-yüzdesi düşük  konsantreler en fazla tercih edilenlerdir. Parça cevherin ve konsantrenin % 60 Fe-oranının üzerindeki her  % 1 Fe, fırının üretim kapasitesini % 3  arttırırken kok sarfiyatını %  2 azaltmaktadır. Si02- tenörünün azlığı redükleme  işlemini daha  da  ekonomikleştirir.  Zira,  yalnızca  (Ca0+Mg0)/(Si02+A1203) rasyosu  yaklaşık  1'e  eşit olan  konsantrelerin  redüklenmesinde  cüruf  yapıcı  katkı  maddelerine  gerek  duyulnıaz.  Bu rasyonun  1'e  eşit  olduğu  konsantrelere  nötr,  1'den  büyük olduğu  konsantrelere bazik  1'den küçük konsantrelere asidik karakterlidir denir. Nötr karakterli konsantrenin  düşük Fe-tenörlü olmasına belirli  sınırlar içinde  toleranslı davranılır. Asidik  karakterli konsantreler  pek tercih edilmezler.  Ayrıca  cüruf  oluşumunu  olumsuz  etkiledikleri  için  bazik  eleman olmalarına rağmen K20-,Na20-,BaO -oranlarının çok çok düşük veya hiç olmaması istenir. Bunun yanısıra demir  konsantrelerinde  (parça  cevherlerde,  sinterlik  konsantrede  ve  peletlerde)  arzulanan yüksek  demir  tenörü  ile  birlikte  bazı  faydalı  elementler  bulunması  halinde  prim  ödenirken bazı zararlı elementlerin de belirli oranlardan az olması istenir. Bu arzulanan ve arzulanmayan durumlar aşağıda belirtilmektedir. 

6.1. Faydalı Elementler 

Fe-tenörü : Konsantrelerdeki faydalı elementlerin bulunuş oranlarına, asitlik-bazlık rasyosuna ve cevher tiplerine göre demir tenörlerinde toleranslar uygulanır. Öyleki hiçbir zenginleştirme işlemine  gerek  duyulmadan  kullanılan  ve  yalnızca  tane  iriliği  yönünden  bir  hazırlama işleminden geçirilen demir cevherleri bulunmaktadır. Bu tarz üretilen parça cevherler zengin cevherler sayılırlar. Fakat  genelde zengin cevherler; hakim demir mineralindeki teorik demir yüzdesinin  % 80-90' ını içeren cevherlerdir. Buna göre demir konsantrelerinde cevher türüne göre tercih edilen demir tenörleri değişiklikler göstermektedir. Genelde, Manyetit konsantrelerinin % 55 - 60' ın,  Hematit 55 - 60' ın , Limonit " % 45'in, Siderit  % 35' in üzerinde Fe içermesi istenir. Kullanılan konsantrelerde daha yüksek demir tenörleri, daha önce belirtilen nedenlerden tercih sebebi olduğu için zenginleştirme olanağı mevcutsa ve uygulanan işlem ekonomik ise zengin cevherler daha da zenginleştirilmektedir.

 (Ni),  (Mn),  (Cr): Bu  elementler  redükleme  işleminde  ham  demire  geçerek  belirli  yüzde sınırlarında  asil  çelik oluştururlar.  Asil  çelik  üretiminde  kullanılan  konsantrelerde  bu elementler  üretim  için  gerekli  oranlarda  mevcut  ise  alıcı  tarafından  primlendirilirler.  Özel krom-nikel çeliği üretiminde kullanılan konsantredeki Cr/Ni oranı 1,5/1'i aşmamalıdır. Demir-çelik  üretiminde  Cr  ve  Ni'in  %  90'ı  ham  demire  geçtiğinden  asil  çelik  üretiminde kullanılmayacak konsantrelerde Cr-tenörünün % 0,26 dan az , Ni + Co- tenörünün % 0,026 dan az olması istenir.

 Mangan : Konsantredeki  manganın % 60-70' i  çeliğe geçer. Özel mangan  çeliği üretiminde kullanılan konsantreler % 0,5-1,2 Mn  bulunması faydalıdır. Prim ödenir.  Gri pik üretiminde mangan arzulanmaz ve konsantrede % 0,2 den az mangan bulunması istenir.

 Vanadium : Az bile olsa demir konsantrelerinde vanadium arzulanan bir malzemedir, % 70-80'i  ham demire  geçer,  ham  demirin özelliklerini  olumlu yönde etkiler.  Vanadium,  demir konsantrelerinde % 0,006 dan az olmalıdır. 

6.2. Zararlı Elementler 

Demir-çelik üretiminde etkili olan zararlı elementleri aşağıdaki gibi 3 guruba ayırmakta fayda vardır

 Bunlar; 

1. a) Demir-çelik üretiminde metal  fazına  karışıp  üretilen  metalin  kalitesini  bozan  elementler (çinko, kalay, bakır sertliği etkiler, Si02 ,kükürt, arsenik, fosfor kırılgan yapar).
2. b) Üretim işlemini olumsuz  etkileyen  elementler  (Si02,  kurşun,  çinko,  kalay,  sodyum, potasyum, titan),
3. c) Üretim nedeni ile çevre kirlenmesine neden olan elementlerdir. (kükürt, arsenik, kurşun)

Si02 : Önceden  de belirtildiği gibi  konsantrenin Si02-%'si ne kadar az ise konsantre o kadar değerlidir. Si02- oranının yüksek olması fazla cüruf yapıcı katkı maddelerini gerektirmekte ve fırın kapasitesini düşürmekte, fazla enerji sarfiyatına neden olmaktadır.  

Kalsiyum : Cüruf yapıcı olarak her zaman faydalı ve aranan elementtir. 

 Kükürt : Demir konsantrelerindeki katlanılabilir kükürt oranı, yalnızca konsantredeki kükürt tenörüne bağlı olarak değişmez; aynı zamanda demir-çelik üretimi tesisinin kullandığı koktaki kükürt  oranına  da  bağlıdır.  Kullanılan  kokta  yüksek  oranda  (% 2  den  fazla) kükürt  varsa kullanılan konsantrelerin % 0,15-0,35'ten fazla kükürt içermemesi istenir. Düşük oranlı kükürt içeren  (%  0,5  ten  az)  kok  kullanıldığında;  Örneğin,  %  50  -  55'ten  fazla  Fe  içeren konsantrelerin  %  0,75  -  1,0  kükürt  içermesine  katlanılabilmektedir.  Zira  konsantredeki kükürtün  büyük bir  kısmı üretimde  metal  fazına geçerek  üretiminin kalitesini bozmakta  ve kalanıda baca gazında S02 olarak çıkarak çevre kirlenmesine neden olmaktadır.. 

Fosfor : Konsantrelerdeki  katlanılabilir fosfor tenörü, uygulanan çelik üretim yöntemine ve kullanılan  kokun fosfor oranına  göre  değişir. Yüksek  fırın  şarjındaki fosforun  % 90  - 95'i yüksek  firında  metal  fazına  geçer.  Pik  yüksek  oranda  fosfor  içeriyorsa  çelik  üretiminde Thomas  yöntemi  ile  metal  fazından  fosfor  uzaklaştırılmaya  çalışılır.  Bu  nedenle zenginleştirilerek ayıklanması  mümkün  ise, demir  konsantrelerinin  % 0,03'ün  altında fosfor içermesi istenir. Demir konsantrelerinde; Bessemer yöntemi ile çelik üretildiğinde fosforun % 0,03'ü ve Siemens-Martin  yöntemi  ile  çelik üretildiğinde  % 0,15'i  ve Thomas  çelik üretim yönteminde de  % 1,2'i geçmemesi istenir. 

Arsenik :  Konsantrelerdeki  arseniğin  yaklaşık  %  60'ı  metal  fazına  geçerek  çeliğin kırılganlığını arttırmaktadır. Bu nedenle asil çelik üretiminde kullanılan konsantrelerin hemen hemen hiç arsenik içermemesi istenir. Genelde konsantredeki arsenik tenörü % 0,006'dan az olmalıdır.

 Kalay : Konsantredeki kalay metal fazına geçerek metale istenmeyen kırılganlık verir. Kalaya genelde manyetit konsantrelerinde rastlanır. Konsantrelerdeki kalayın % 0,01'in altında olması istenir.

 Kurşun-Çinko : Konsantrelerdeki kurşun-çinko demir-çelik üretimini güçleştiren ve dolayısı ile istenmeyen elementlerdir. Bunların tenörlerinin % 0,03  Zn, % 0,05 Pb nin altında  olması istenir. 

Titan  :  Konsantrelerdeki  binde  mertebesindeki  Ti02  tenörleri  demir-çelik  üretimini  fazla etkilemez.  Fakat  % 0,6 dan  fazla Ti0  tenörleri  demir üretiminde cüruf  oluşumunu  oldukça güçleştirir.  Bakır  : Demir  konsantrelerinin ancak  %  0,06'ya kadar  bakır  içermesine katlanılabilir. Zira bakır metal fazına geçerek çeliğin kalitesini bozmaktadır.

 6.3. Tane Yapısı

Demir konsantrelerinde veya parça cevherlerde aranan önemli bir özellikte malzemenin tane yapısı ile  ilgilidir. Parça  cevherlerin ve konsantrelerin  (peletlerin) en az  100-150 kg/cm2 lik baskı dayanımına sahip olması gerekir. Parça cevherlerde tercih edilen en iri tane iriliği hakim demir  minerali  türüne  göre  değişir.  Zira  sıkı paketlenmiş  bir  manyetit  tanesindeki  ısı  ve karbonmonoksit diffüzyonu aynı irilikteki hematit, limonit ve siderit tanelerine göre daha güç olmaktadır. Bu nedenle en iri manyetit parçalarının 70-80 mm'yi, hematit parçalarının 100-150 mm'yi,  limonit,  siderit  parçalarının  70-100  mm'yi  geçmemesi  istenir.  Ayrıca  parça cevherlerdeki (-5 mm'den) ince tane oranı % 10-15'i geçmemelidir. Genelde tüm cevher tipleri için arzulanan tane irilikleri 5-60 mm dir. Sert ve sıkı taneli cevherlerde küçük tane boyutları tercih edilir.

6.4. Çeşitli yüksek fırın besleme mallarının mukayesesi  Yüksek fırına  beslenen cevher ve  aglomeraların tipik özellikleri  göz önüne  alınarak, yüksek fırının  verimi  ve  ekonomisi  açısından  karşılaştırıldıklarında,  aşağıdaki  tercih  sırasını oluştururlar. 

1. a) Bazik sinter (CaO/SiO2 = 1.6-1.8) yüksek indirgenme, iyi yumuşama ve ergime özellikleri açısından en çok tercih  edilen yüksek  fırın besleme malıdır.  İndirgeme parçalanma  endeksi (RDI) kabul edilebilir düzeydedir 
2. b) MgO- bazik peletler iyi yumuşama ve  ergime  özellikleri, iyi  gaz geçirgenliği  ve yüksek indirgenme  özellikleri  gösterirler.  Ancak  yuvarlak  oluşları  ve  kaba  yoğunluklarının  yüksek olması nedeni ile büyük fırınlarda homojen dağılımda sorun çıkarabilirler.
3. c) CaO- bazik peletler ise  MgO- bazik  peletlere  nazaran daha yüksek  şişme ve  daha kötü yumuşama ve ergime özellikleri gösterirler. 
4. d) Asidik peletler çok iyi gaz  geçirgenliği göstermelerine  rağmen iyi kalite  parça cevherden yumuşama, ergime ve fırında homojen dağılım özellikleri yönünden daha iyi değillerdir. 
5. e) Parça cevherler asidik sinterlerden daha iyi indirgenme ve gaz geçirgenliği gösterirler. Bazı parça cevherler asidik peletler kadar iyi indirgenme özelliği gösterebilirler.
6. f) Asidik sinter  en  düşük  gaz  geçirgenliği,  indirgenme  hızı  ve  düşük  yumuşama  noktası gösteren  yüksek  fırın  besleme  malıdır.  Asidik  sinter  yüksek  oranda  kok  sarfiyatına sebebiyet verir.