Ekonomik Metalurji - Dr. Rıdvan Yamanoğlu

Ekonomik Metalurji
Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU
2012
Ekonomik Metalurji
Cevher hazırlama
Öğğütme ile cevher boyutunun ayarlanmasıı
Öğütme: sert bilyeler, çubuklar veya çekiçler ile yapılan mekanik darbe işlemidir.
Kavanoz tipi değirmen
Ekonomik Metalurji
Cevher hazırlama
Öğütme:
2Er
σ=
D
Darbe gerilmesi malzemedeki kusurlara bağlıdır.
Değirmen içerisine öğütücü bilyeler ve öğütülecek malzeme
konur. Öğütme ile gevrek malzemelerin kırılması için gerekli
darbe gerilmesi malzemenin kusur yapısına ve çatlak ilerleme
davranışına bağlıdır.
Sigma darbe gerilmesi, küçük partikülleri kırmak için gerekli
darbe gerilmesi daha büyüktür. Dolayısı ile öğütme sırasında
partikül boyutu küçüldükçe gerekli gerilme değeri artar.
Belli bir boyuttan sonra daha uzun süre çalışılması boyutu
değiştirmez. Dolayısı ile çok küçük tozların öğütülmesi zordur.
Ekonomik Metalurji
Cevher hazırlama
Öğütme:
Kavanozun dönme hızı önemli.
Enerjinin büyük bir kısmı ses ve ısıya dönüşür, verim düşük
En uygun öğütme için:
Bilya çağı toz çapının yaklaşık 30 katı
Bilyalar kavanozun yarısını doldurmalı
Öğütülecek malzeme kavanozun yaklaşık %25’ini doldurmalı
Ekonomik Metalurji
Cevher hazırlama
Öğütme:
Mekanik ayırma sonucunda bir tozun partikül boyut dağılımında değişim. a orjinal partikül boyut dağılımı; b, c
ve d öğütme süresinin artmasıyla partikül boyut dağılımında meydana gelen değişim (b>c>d).
Ekonomik Metalurji
Öğğütme için hıız ve bilye miktarıı
Kritik hız
V = 42,3 / (D-d)1/2
D: kavanoz çapı (m)
d: bilye çapı (m)
Vc = V x %75
Vc = 0,75V rpm
Bilye miktarıı
H: πxr2xL
r: kavanozun yarı çapı (m)
L: boy (m)
Şarj miktarı % 50 olmalı
Bilyeler arasındaki boşluk % 40
Cevher hazırlama
Ekonomik Metalurji
Ekonomi Demir Çelik
Ham çelik üretimi
Ekonomik Metalurji
http://www.rba.gov.au
Ekonomi Demir Çelik
Ekonomik Metalurji
Türkiye’de Çelik
Ekonomi Demir Çelik
Ekonomik Metalurji
Ekonomi Demir Çelik
Türkiye’de Çelik
Ülkemizde ham çelikten nihai mamul üreten üreticiler Marmara, Ege, Akdeniz, Karadeniz ve İç Anadolu bölgesinde
faaliyet göstermekte olup, üreticilerin çoğunluğu Marmara, Ege, Akdeniz sahil şeridinde yer almaktadır. Demir çelik
sektöründe yaklaşık 150’ye yakın firma faaliyet göstermektedir. Bunların içerisinde kapasiteleri 50.000 ton ile 3.500.000
ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri 8.500.000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır.
Diğer tesisler ise sadece haddehane hüviyetinde olup, dışardan satın almış oldukları kütük ile profil, filmaşin, nervürlü ve
yuvarlak inşaat demiri üreten tesislerdir.
Ekonomik Metalurji
Türkiye’de Çelik
Ekonomi Demir Çelik
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Maden potansiyelini oluşturan çeşitli malzeme grupları
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Maden potansiyelini oluşturan çeşitli malzeme grupları
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Enerji Hammaddeleri
Çimento Hammaddeleri
Demir Çelik Hammaddeleri
Refrakter Hammaddeleri
Demir Dışı Metal Madenleri
Soy Metaller
Kıymetli Madenler
Endüstriyel Hammaddeler
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri
Ülkemizin hızla sanayileşmesine paralel olarak artan enerji ihtiyacı enerji
hammaddelerine olan talebide arttırmaktadır. Yine bu grup içinde yer alan
taş kömürüne ülkemizdeki demir çelik sektörünün talebi giderek artmaktadır.
Yeterli rezerv olmasına rağmen bu talep halen yerli üretimle
karşılanamamaktadır.
Yııllar
%
% = Enerji tüketimin yerli üretimle
karşılanması
1980
54
1985
55
1990
48
1995
42
2000
34
2005
33
2010
30
2015
27
2020
26
Ekonomik Metalurji
Enerji Hammaddeleri
1.
2.
3.
4.
5.
Kömür
Uranyum
Toryum
Doğalgaz
Petrol
Hammaddeler
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Bitkilerin zamanla sıcaklık-basınç altında değişim geçirmesi ile oluşur. Kömür
karbon, hidrojen, oksijen ve azottan oluşan, kükürt ve mineral maddeleri
içeren bir maddedir. Bitkiler öldükten sonra, bakteriler etkisi ile değişime
uğrar. Eğer su altında kalarak değişime uğrarsa, karbon miktarı artarak
kömürleşme başlar.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Turba: Kurumuş bitkilerin su veya çamur ile kaplanması ve böylece hava ile
temasın kesilmesiyle gerçekleşen reaksiyonlarla oluşur. Karbon miktarı %
60.
Linyit: Karbon miktarı % 70.
Taş Kömürü: Karbon miktarı % 80-90.
Antrasit: Karbon miktarı % 95. En sert kömür türü olup yandığında
diğerlerinden daha fazla ısı verir.
Bu dönüşüm süreçleri sonucunda karbon oranı artarken hidrojen, azot ve
oksijen gibi uçucu elementlerin miktarı azalır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Kalori değerleri açısından kömürler sınıflandırılısa:
Belli miktardaki kömürden elde edilen ısının, toplam kömür ağırlığına oranı
şeklinde verilir.
Islak olmayan bir kömür için ısıl değer 30.150 kJ/kg
Antrasit için 33.900 kJ/kg
Ekonomik Metalurji
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Kömür için yapılan analizler
% olarak nem (H2O)
Kül
Ve
Uçucu elementler belirlenir.
Hammaddeler
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Satılabilir bir kömürde
Kül oranı % 4-12 arasındadır
Kül bileşiminde SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, ve TiO2
bulunmaktadır.
Kömürün elementel analizinde C, Hidrojen, azot ve kükürt oranları ölçülür.
Kömürlerde kükürt oranı yaklaşık % 1 dir.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Odun kömürü
Öte yandan ağacın havasız ortamda yavaş yavaş kısmen yakılmasıyla elde
edilen kömür türü odur kömürü olarak adlandırılır. Hammaddesi daha çok
meşe odunundan sağlanır.
Kok kömürü
Taş kömürünün havasız ortamda, bütün uçucu bileşenlerinin giderildiği
yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasıyla elde edilene ise kok kömürü denir.
Kok; gerçek anlamda bir kömür değildir. Tabiatta serbest halde bulunmaz,
fabrikalarda taş kömürünün içindeki gazların çıkartılmasından sonra elde
edilen kömürdür.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Koklaşma Prosesi:
20-100 oC: Nemli kömür zonu, bu bölgenin sıcaklığı suyun buharlaşma
sıcaklığına kadar uzanır.
100-350 oC: Kuru ancak değişime uğramamış kömür tabakası. Yapıda
bulunan CO2, CH4 ve N2 gibi gazlar ile kristal suyu kömürden uzaklaşır.
350-480 oC: Kömürün yumuşaması, farklı hızlarda termik ayrışma
reaksiyonları oluşur ve bunun sonucunda yapıda porozite meydana gelir.
Yumuşamadan sonra kömür sertleşmeye başlar.
480-600 oC: yarı koklaşma olur. Sertleşme ile hacimsel değişim sonucu
yapıda çatlaklar oluşur. Bu çatlaklar ile yüksek fırında kullanılan nihai kok
tane boyutu elde edilir.
600-1100 oC : Grafit kristal yapısına doğru dönüşüm gerçekleşir ve koklaşma
prosesi sona erer.
Ekonomik Metalurji
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Kömür elektrik üretiminde, demir-çelik ve
çimento imalatında, endüstriyel proseslerde
buhar üretmek ve ısınma amacı ile kullanılır.
Dünya'da elektrik üretiminin yaklaşik olarak %
40'ı kömürden sağlanmaktadır. Birçok ülkede
elektrik üretiminin önemli bir bölümü kömürden
elde edilmektedir.
Bu oran ABD'de ve Almanya'da (%53),
Yunanistanda (%69), Çin de (%75), Danimarka
da(%77), Avustrulya da (%83), Güney Afrika da
(%93), Polonya da (%95) dir. Türkiyede elektrik
enerjisinin (%32)'si kömür den elde edilmektedir.
Hammaddeler
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür
Türkiye’nin genel olarak dünya enerji kaynakları rezervi içindeki payı oldukça düşüktür.
Türkiye’de en fazla rezerv yaklaşık 8,2 milyar ton ile düşük kaliteli linyit kömüründe
bulunmaktadır.
Linyit dışında Zonguldak yöresinde 1 milyar ton civarında kaliteli taşkömürü rezervi
bulunmaktadır.
Toplam kömür rezervimiz dünya rezervinin binde beşinden azdır. Petrol rezervimiz ise
daha da kısıtlıdır (∼50 milyon ton). Yeni ekonomik rezervler bulunmazsa kısa bir süre
sonunda tükenecektir ve bununla ülke ihtiyacının %10’u karşılanmaktadır.
Güngör TUNCER, Mehmet Faruk ESKİBALCI, İstanbul Üniv. Müh. Fak. Yerbilimleri Dergisi, C.16, S.1, SS.81 - 92, Y 2003
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür rezervleri, milyar ton
Ülkeler
Taşş kömürü
Linyit
Asya
184.4
107.9
Kuzey Amerika
116.7
139.8
Eski SSCB
ülkeleri
97.5
132.7
Avrupa
41.7
80.4
Afrika
61.2
0.2
Orta ve güney
Amerika
7.8
13.7
Orta Doğu
0.2
-
Türkiye
1.3
8.4
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Kömür rezervleri, milyar ton
TÜRKİİYE TAŞ
ŞKÖMÜRÜ KURUMUNCA ÜRETİİLİİP SATIŞ
ŞA SUNULAN KÖMÜRLERİİN KDV HARİİÇ,DAHİİL FOB/FOT/FOW SATIŞ
Ş
FİİYATLARI İLE ORTALAMA ANALİİZ DEĞ
ĞERLERİİ
ORTALAMA ANALİİZ DEĞ
ĞERLERİİ
ORJİNAL
2012
03/ KASIM
MÜESSESELER
SANTRAL YAKITI
(KOKLAŞ
ŞABİİLİİR )
KÖMÜRDE
UÇUCU
SABİİT
ŞİŞME
ŞİŞ
TOPLAM
ALT
ENDEKSİİ
KÜKÜRT
ISI
TL/TON
TL/TO
N
NEM
KÜL
MADDE
KARBON
FİİYATI
KDV HARİİÇ
% 18
KDV
DAHİİL
%
%
%
%
%
Kcal/Kg
119,30
140,7
8
14±
±
2
47
17±
±1
17±
±1
0,8
3300
8
11
29±
±1
57±
±2
0,8
6500±
±150
170 $
http://www.taskomuru.gov.tr
7-9
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Günümüzde nükleer enerji hammaddeleri grubuna uranyum ve toryum
girmektedir. Ancak, toryuma dayalı nükleer santralların henüz ekonomik
boyutta devreye girmemeleri nedeniyle, toryum, halen sırasını bekleyen bir
nükleer yakıt hammaddesi durumundadır.
Simge: U
Erime Noktasıı (°
°C): 1132
Yogunluk (gr/cm3): 19,07
0,5 kg U ile elde edilen enerji 350 tonluk kömür enerjisine denk gelmektedir.
Nükleer enerji hammaddeleri esas olarak nükleer reaktörde elektrik enerjisi
elde etmek için yakıt olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla tüketimi, kurulu
nükleer enerji kapasiteleri belirlemektedir.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Tabiatta
hiçbir zaman serbest olarak bulunmayan uranyum, çesitli
elementlerle birleserek uranyum minerallerini meydana getirir. En kolay
oksijenle birlesir. Hemen her tip kayaç içerisinde ve sularda eser miktarda da
olsa bulunabilir.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Yerkabuğunda yüzlerce uranyum minerali vardır;
ancak bunların büyük çoğunluğu ekonomik boyutta
uranyum içermezler.
Ekonomik yatak oluşturan mineraller,
Uraninit
Autinit
Tobernit
Koffinit tir.
YIL
1990
$/kgU
25
1991 22,75
1992 26
1993 25,75
1994 24,96
1995 33,15
1996 38,22
1997 33,15
1998 22,75
1999 24,96
2000 18,46
2001 24,96
2002 26,5
2003 37,7
2004 53,82
2005 Mayıs 75,4
2005 Ekim 81,25
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Doğada
bulunan uranyumun büyük çoğunluğu (%99,284) Uranyum 238
izotopundan oluşur. Zincirleme fisyon gerçekleştirme kabiliyeti bulunan tek
uranyum izotopu Uranyum 235 dir. Tüm uranyum rezervleri içindeki payı
sadece % 0,72 dir. Bu nedenle nükleer yakıt olarak kullanılabilmesi için
Uranyum 235 izotopunun uranyum karışımı içindeki oranının arttırılması
gerekir.
Zenginleştirilmiş
uranyum sivil amaçla elektrik üretimi için ve
Askeri amaçla nükleer silah amacıyla kullanılır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Zenginleştirilmiş
uranyum: İçindeki Uranyum 235 oranı belirli yöntemlerle
doğal seviyelerin üzerine çıkarılmış uranyum karışımıdır.
Zenginleştirme
işleminden arta kalan Uranyum 238’e zayıflatılmış uranyum
denir.
Az zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 0.9 ile % 2 arasındadır. Reaktörlerde
kullanılır.
Orta zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 2 ile % 20 arasındadır. Reaktörlerde
kullanılır.
Yüksek zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 20’den fazladır.
Nükleer silahlarda bulunan zincirleme fisyon oluşturmaya uygun yakıt genellikle % 85 veya
daha fazla U235 içerir. Bunlar uçak gemileri ve bazı deniz altılar itmede kullanılan
reaktörlerde yakıt olarak kullanılır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Nükleer
enerji ile çalışan gemiler 20-30 yıl boyunca hiç yakıt yenilemeden
ilerleyebilmektedirler.
ABD
nin 2005 yılı elektrik maliyetleri:
Nükleer
: 1.9 cent/kW
Kömür: 2.2
Doğal gaz: 7.5
Petrol: 8
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Türkiye'de
uranyum aramalarına 1990 yılı sonuna kadar devam edilmiş ve 5
yatakta toplam 9.129 ton görünür uranyum rezervi ortaya konulmuştur. 1990
yılından sonra zaman zaman yapılan aramalar kısıtlı bütçe ile sınırlı alanlarda
yapılmıştır. Bu 5 yatağın ortalama tenör ve rezervleri, aranıp bulundukları
yıllarda, dünyaca kabul edilen ekonomik sınırlarda olmalarına rağmen, bugün
için, bu değerler söz konusu sınırların oldukça altında kalmıştır. Bunun nedeni,
son yıllarda nükleer santral planlamalarındaki önemli değişmeler ve özellikle
Kanada ve Avustralya'da yüksek tenörlü, üretim maliyetleri çok düşük uranyum
yataklarının bulunmasıdır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Uranyum
Uranyumun
diğer madenler gibi kolayca alınıp satılamaması, nakliyesinin çok
sıkı kurallara, ülkeler arasındaki bazı anlaşmalara ve de uluslararası denetime
bağlı olması nedeniyle, nükleer santral kuran veya kurmayı planlayan ülkeler,
kendi uranyum kaynaklarını bularak değerlendirmeyi amaçlamaktadırlar.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Toryum
Toryum:
Th, Yerkabuğunun %0,0007 lik kısmını oluşturur.
Yoğunluk:
11.7 g/cm3
Ergime derecesi: 1700 oC
Radyoaktif bir elementtir.
Toryum
nükleer santrallerin en temiz yakıtı olarak kabul edilir.
Çevreye daha az zarar vermesi açısından ileriki yıllarda uranyumun yerine
kullanılması planlanmaktadır.
Toryumun
nükleer yakıt olarak kullanılması ile ilgili çalışmalar halen devam
etmektedir. Ancak günümüzde toryumla çalışan ticari ölçekli bir nükleer reaktör
bulunmamaktadır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Toryum
Toryum
tabiatta uranyumdan yaklaşık 3 kat daha fazla bulunmaktadır.
Mineralleri:
Türkiye
Torit ve monazit
toryum madenlerinin yaklaşık dörtte birine sahiptir.
Dünya
toryum rezervi 1 milyon 780 bin ton
Türkiye’nin toryum rezervi 798 bin ton
Türkiye’nin sahip olduğu toryum rezervi enerji üretimi açısından 120 trilyon
dolarlık petrole eşdeğer!!!
Toryum
geleceğin nükleer enerji hammaddesidir. Bugün için uranyum ve
plütonyum ile elde edilen nükleer enerji için gelecekte toryum kullanılması
planlanmaktadır. Toryum ile çalışan prototip santrallerde deneme üretimleri
yapılmaktadır.
Ekonomik Metalurji
Hammaddeler
Enerji Hammaddeleri, Toryum
1 gr toryum 7500 galon benzine denk enerji verir. 1 galon: 3.79 litre
Sistemde bulunacak 8 gr toryum aracın tüm ömrü içinde yakıt ihtiyacını
karşılayacaktır.