Vælg sprog:
Abstrakt
ST Udstyr & Teknologi, LLC (STET) har udviklet et triboelektrostatisk bælteseparationsbehandlingssystem, der giver mineralforarbejdningsindustrien et middel til at beneficiate fine materialer med en helt tør teknologi. I modsætning til andre elektrostatiske separationsprocesser, der typisk er begrænset til partikler, der er større end 75 μm i størrelse, den triboelektriske bælte separator er velegnet til adskillelse af meget fine (<1µm) til moderat grov (300µm) partikler med meget høj gennemløb. Den triboelektriske bælteseparator teknologi er blevet brugt til at adskille en bred vifte af materialer, herunder kul forbrænding flyve aske, calcite/kvarts, talc/magnesit, barite/kvarts, og feldspat/kvarts. Separationsresultater præsenteres, der beskriver tribo-opladningsadfærden for bauxitmineraler.
Introduktion
Den manglende adgang til ferskvand er ved at blive en væsentlig faktor, der påvirker gennemførligheden af mine projekter rundt om i verden. Ifølge Hubert Fleming, tidligere global Director for Hatch Water, "Af alle mine projekter i verden, der enten er blevet stoppet eller bremset i det forløbne år, Det har været, i næsten 100% af sagerne, et resultat af vand, enten direkte eller indirekte".1 Tørre mineralbehandlingsmetoder giver en løsning på dette truende problem.
Tørre metoder såsom elektrostatisk adskillelse vil eliminere behovet for ferskvand, og give mulighed for at reducere omkostningerne. Elektriske separationsmetoder, der udnytter kontakt, eller tribo-elektrisk, opladning er særegenhed interessant på grund af deres potentiale til at adskille en bred vifte af blandinger, der indeholder ledende, Isolerende, og halvledende partikler.
Tribo-elektrisk opladning opstår, når den er diskret, forskellige partikler kolliderer med hinanden, eller med en tredje overflade, resulterer i en overfladeladningsforskel mellem de to partikeltyper. Tegnet og omfanget af ladningsforskellen afhænger til dels af forskellen i elektronaffinitet (eller arbejdsfunktion) mellem partikeltyperne. Adskillelse kan derefter opnås ved hjælp af et eksternt anvendt elektrisk felt.
Teknikken er blevet anvendt industrielt i lodrette fritfald type separatorer. I frit fald separatorer, partiklerne først erhverve afgift, derefter falde af tyngdekraften gennem en anordning med modsatrettede elektroder, der anvender et stærkt elektrisk felt til at aflede bane af partiklerne i henhold til tegn og omfanget af deres overflade charge.2 Frit fald separatorer kan være effektiv til grove partikler, men er ikke effektive til håndtering af partikler finere end ca. 0.075 til 0.1 mm.3,4 En af de mest lovende nye udviklinger inden for tørmineralseparationer er den triboelektrostatiske bælteseparator. Denne teknologi har udvidet partikelstørrelsesområdet til finere partikler end konventionelle elektrostatiske separationsteknologier, i det område, hvor kun flotation har haft succes i fortiden.
Tribo-elektrostatisk bælteadskillelse
I tribo-elektrostatiske bælte separator (Figur 1 og Figur 2), materiale føres ind i det tynde hul 0.9 – 1.5 cm mellem to parallelle plane elektroder. Partiklerne debiteres triboelectrically ved interparticle kontakt. For eksempel, i tilfælde af kulforbrænding flyve aske, en blanding af kulstofpartikler og mineralske partikler, det positivt ladede kulstof, og det negativt ladede mineral tiltrækkes af modsatte elektroder. Partiklerne fejes derefter op af et kontinuerligt bevægeligt åbent netbånd og transporteres i modsatte retninger. Bæltet flytter de støder op til hver elektrode mod modsatte ender af separatoren partikler. Det elektriske felt behøver kun at flytte partiklerne en lille brøkdel af en centimeter for at flytte en partikel fra en venstre-bevægelse til en højre-bevægelse strøm. Den modstrøm strøm af de adskillende partikler og kontinuerlig triboelektrisk opladning ved kulstof-mineral kollisioner giver en flertrins adskillelse og resulterer i fremragende renhed og nyttiggørelse i en enkelt-pass enhed. Høj bælte hastighed giver også mulighed for meget høje gennemløb, op til 40 tons i timen på en enkelt separator. Ved at kontrollere forskellige parametre, såsom bælte hastighed, feed punkt, elektrodegab og tilspændingshastighed, enheden producerer flyveaske med lavt kulstofindhold ved kulstofindhold i 2 % ± 0.5% fra foder flueaske lige i kulstof fra 4% til over 30%.
Separatordesignet er relativt enkelt. Bælte og tilknyttede rullerne er de eneste bevægelige dele. Elektroderne er stationære og består af en passende holdbart materiale. Bæltet er lavet af plastmateriale. Separatorelektrodens længde er ca. 6 Meter (20 ft.) og bredden 1.25 Meter (4 ft.) for kommercielle enheder i fuld størrelse. Strømforbruget er mindre end 2 kilowatt-time pr. ton af materiale behandles med de fleste af strømforbrug af to motorer kører bælte.
Processen er helt tør, kræver ingen yderligere materialer og producerer ingen spildevand eller luftemissioner. I tilfælde af kulstof fra flyveaskeseparationer, de genvundne materialer består af flueaske reduceret i kulstofindhold til niveauer egnet til brug som en pozzolanic blanding i beton, og en høj kulstoffraktion, som kan brændes på elproduktionsanlægget. Udnyttelse af både produkt streams giver en 100% løsning på problemer, flyveaske bortskaffelse. Til mineralseparationer, behandling af bauxit for eksempel, separatoren giver en teknologi til at reducere vandforbruget, forlænge reservelevetiden og/eller genopsøge og oparbejde tailings.
Den triboelektrostatiske bælteseparator er relativt kompakt. En maskine designet til at behandle 40 tons pr. time er ca 9.1 Meter (30 ft.) lang, 1.7 Meter (5.5 ft.) bred og 3.2 Meter (10.5 ft.) høj. Den nødvendige balance af anlægget består af systemer til at formidle tørt materiale til og fra separatoren. Systemets kompakthed giver mulighed for fleksibilitet i installationsdesign.
Tribo-elektrostatisk bælteseparationsteknologi er robust og industrielt gennemprøvet, og blev først anvendt industrielt på forarbejdning af kulforbrænding flyveaske i 1995. Teknologien er effektiv til at adskille kulstofpartikler fra ufuldstændig forbrænding af kul, fra de glasagtige aluminosilikatmineralpartikler i flyveaske. Teknologien har været medvirkende til at gøre det muligt at genbruge den mineralrige flyveaske som en cementerstatning i betonproduktion. Siden 1995, over 20,000,000 ton flyveaske er blevet behandlet af 19 tribo-elektrostatiske bælteseparatorer installeret i USA, Canada, UK, Polen, og Sydkorea. Den industrielle historie flyveaske adskillelse er opført i Tabel 1.
Tabel 1. Industriel anvendelse af tribo-elektrostatisk seleadskillelse for flyveaske
| Nytte / kraftværk | Beliggenhed | Påbegyndelse af kommercielle aktiviteter | Oplysninger om facilitet |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – Roxboro Station | North Carolina DANMARK | 1997 | 2 Separatorer |
| Talen energi- Brandon Shores | Maryland DANMARK | 1999 | 2 Separatorer |
| Skotsk magt- Longannet Station | Skotland Storbritannien | 2002 | 1 Separator |
| Jacksonville Electric. Johns River Power Park | Florida Danmark | 2003 | 2 Separatorer |
| South Mississippi Electric Power -R.D. Morrow | Mississippi Danmark | 2005 | 1 Separator |
| Ny Brunswick Power-Belledune | New Brunswick Canada | 2005 | 1 Separator |
| RWE npower-Didcot Station | England Danmark | 2005 | 1 Separator |
| Talen Energy-Brunner Island Station | Pennsylvania DANMARK | 2006 | 2 Separatorer |
| Tampa Electric-Big Bend Station | Florida Danmark | 2008 | 3 Separatorer to-pass scavenging |
| RWE npower-Aberthaw Station | Wales Danmark | 2008 | 1 Separator |
| EDF Energy-West Burton Station | England Danmark | 2008 | 1 Separator |
| ZGP (Lafarge Cement /Ciech Janikosoda JV) | Polen | 2010 | 1 Separator |
| Korea sydøst Magt- Yeongheung (Yeongheung) | Sydkorea | 2014 | 1 Separator |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polen | 2018 | 1 Separator |
| Taiheiyo Cement Company-Chichibu | Japan | 2018 | 1 Separator |
| Armstrong flyve aske- Ørncement | Filippinerne | Planlagt 2019 | 1 Separator |
| Korea sydøst Magt- Samcheonpo (Samcheonpo) | Sydkorea | Planlagt 2019 | 1 Separator |
Tribo-elektrostatisk adskillelse af bauxitmineraler
ST udstyr & Teknologi (STET) udført bænk skala tør tribo-elektrostatisk separation test på flere prøver af bauxit mineraler. Prøverne er anført nedenfor i Tabel 2.
Tabel 2. Bauxitprøvers egenskaber testet af STET
| Beskrivelse | Ønsket produkt & Mål | |
|---|---|---|
| Prøve 1 | ROM Bauxit | Al2O3 opsving Reducer SiO2, Fe2O3 delte et link., TiO2 (TiO2) |
| Prøve 2 | Plk (Delvist lateritiseret Khondalite) | Al2O3 opsving Reducer SiO2, Fe2O3 delte et link., TiO2 (TiO2) |
| Prøve 3 | Rødt mudder | Fe2O3 opsving Reducer SiO2, Al2O3, TiO2 (TiO2) |
| Prøve 4 | ROM Bauxit Slims | Al2O3 opsving Reducer SiO2, Fe2O3 delte et link., TiO2 (TiO2) |
Kemisk sammensætning for alle foderprøver og separerede produktprøver blev målt ved røntgenfluorescens (XRF) ved hjælp af et WD-XRF-system. Resultaterne af den kemiske analyse af foderprøverne er vist nedenfor i Tabel 3.
Tabel 3. Kemiske egenskaber af bauxitprøver testet af STET
| Al2O3 wt.% | Fe2O3 wt.% | SiO2 wt.% | SiO2 wt.% | LOI wt.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Prøve 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Prøve 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Prøve 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Prøve 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
Partikelstørrelse blev målt ved laserpartikelstørrelsesmåling ved hjælp af tør pneumatisk dispersion. Resultaterne for foderprøverne er vist nedenfor i Tabel 4.
Tabel 4. Partikelstørrelse af bauxitprøver testet af STET
| Kr. micron | D50 micron | Kr. micron | Kr. micron |
|
|---|---|---|---|---|
| Prøve 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Prøve 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Prøve 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Prøve 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Prøverne blev adskilt ved hjælp af STET-benchtopseparatoren. Benchtopseparatoren anvendes til screening for tegn på tribo-elektrostatisk opladning og til at afgøre, om et materiale er en god kandidat til elektrostatisk beneficiation. Den primære forskel mellem benchtopseparatoren og lodsskala- og kommercielseparatorerne er, at længden af benchtopseparatoren er ca. 0.4 gange længden af pilot-skala og kommerciel-skala enheder. Som separatoren er effektivitet en funktion af elektrode længde, bænk-skala test kan ikke bruges som en erstatning for pilot-skala test. Pilot-skalatest er nødvendig for at bestemme omfanget af den adskillelse, som STET-processen kan opnå, og for at afgøre, om STET-processen kan opfylde produktmålene under givne. I stedet, benchtopseparatoren anvendes til at udelukke kandidatmaterialer, der sandsynligvis ikke vil påvise nogen væsentlig adskillelse på pilotskala-niveau. Resultater opnået på bænken-skalaen vil være ikke-optimeret, og den observerede adskillelse er mindre, end hvilken der ville blive observeret på en stetseparator af handelsstørrelse.
Test med STET-benchtopseparatoren viste signifikant bevægelse af Al2O3, hvor størstedelen af de testede prøver. I tre af de fire prøver, der er testet af STET, betydelig bevægelse af Al2O3 blev observeret. Derudover, de øvrige vigtige elementer i Fe2O3, SiO2 og TiO2 viste signifikant bevægelse i de fleste tilfælde. I prøve 1, Prøve 3 og prøve 4, flytning af tab ved antændelse (LOI) fulgte bevægelse af Al2O3. Bevægelsen af de vigtigste elementer er vist nedenfor i Figur 5.
STET-separatoren er en fysisk separationsproces og adskiller selektivt mineralske faser baseret på tribocharging, et overfladefænomen. I hvor høj grad mineraler er modtagelige for tribocharging er i nogle tilfælde i stand til at blive forudsagt via høring af en triboelektrisk serie, men i tilfælde af komplekse mineralmalme, ofte i praksis skal bestemmes empirisk. Nedenfor vises et resumé af tribocharging-egenskaberne for de testede prøver i Tabel 5.
Tabel 5. Resumé af tribocharging adfærd for større elementer. POS = opkrævet positiv, NEG = opkrævet negativ.
| Al2O3 | Fe2O3 delte et link. | SiO2 | TiO2 (TiO2) | LOI | |
|---|---|---|---|---|---|
| Prøve 1 | Pos | Neg | Neg | Neg | Pos |
| Prøve 2 | Neg | Pos | Neg | Nielsen | Nielsen |
| Prøve 3 | Pos | Neg | Nielsen | Neg | Pos |
| Prøve 4 | Pos | Nielsen | Neg | Neg | Pos |
Tørforarbejdning med STET-separatoren giver mulighed for at skabe værdi for bauxit- og aluminiumsproducenter. Udnyttelsen af bauxitaflejringer af lavere kvalitet kan give mulighed for lavere mineomkostninger ved at reducere strippingforholdet og ved at reducere generationen af tailings. Derudover, the pre-processing of bauxite ores by dry triboelectrostatic separation may result in improved economics of aluminium refining by supplying higher grades of bauxite to the refining process, eller ved at reducere mængden af rødt mudder genereret. Derudover, højere aluminiumsindhold i rødt mudder kan give mulighed for oparbejdning. Et resumé af ideelle egenskaber for metallurgisk kvalitet bauxit præsenteres, samt et resumé af fordelen ved STET-separatoren, nedenfor i Tabel 6.
Tabel 6. Resumé af ideelle egenskaber for metallurgisk kvalitet bauxit.5
| Ideel karakteristik | Effekt, hvis utilstrækkelig | Observeret med STET Separation |
|---|---|---|
| Lav "reaktiv silica" (kr. - <3.0%) (kaolinite) | Øger kaustisk brug, en kritisk faktor for driftsomkostninger. | Reduktion i total silica |
| Høj ekstraherbar aluminiumoxid | Øger kapital- og driftsomkostninger til minedrift, behandling og bortskaffelse af mudder. | Stigning i aluminiumoxid |
| Kulstoffattig kulstoffattig | Øger driftsomkostningerne ved at reducere anlæggets effektivitet. | |
| Lav boehmite (<3%) | Udelukker lav temperatur behandling, der kan øge kapital- og driftsomkostninger. | |
| Lav goethite (tåleligt i et højtemperaturanlæg eller med høj hæmatit) | Forsinker afklaring, sænker produktkvaliteten og øger tab af aluminiumoxid via mudderkredsløb. | Reduktion i det samlede jern |
| Lav fugt (kan skabe generende støv, hvis for lavt) | Øger kapitalomkostningerne (større fordampningsanlæg), Brændstofforbrug, Forsendelsesomkostninger. | |
| Jernindhold (ideelt set 0,5 %-<15%) | Lavt strygejern kan sænke produktkvaliteten. Højt jern fortynder aluminiumoxidindholdet i bauxit. | Reduktion i det samlede jern |
| Lav kvarts | Øger vedligeholdelsesomkostningerne (rørslid). Øger kaustisk brug i højtemperaturanlæg. | Reduktion i total silica |
| Lave urenheder og sporstoffer | Kan sænke proceseffektiviteten (Svovl, Klor, Calcium) og metalkvalitet (Gallium, Zink, Vanadium, Fosfor). | |
| Blød og smuldrende | Øger mine- og slibeomkostningerne. | |
| Opløses let | Øger kapitalen (større fordøjelsesudstyr) og driftsomkostninger. | |
| Lav titania | Kan øge kaustisk brug i højtemperaturanlæg. | Reduktion i titania |
| Lavcarbonater | Kan kræve særlig behandling. |
Konklusion
Tribo-elektrostatisk separation blev påvist som en effektiv metode til at generere en bauxitmalm af høj kvalitet til brug i aluminiumoxidproduktion. Test med STET-benchtopseparatoren viste signifikant bevægelse af Al2O3, hvor størstedelen af de testede prøver. I tre af de fire prøver, der er testet af STET, betydelig bevægelse af Al2O3 blev observeret. Derudover, de øvrige vigtige elementer i Fe2O3, SiO2 og TiO2 viste signifikant adskillelse i de fleste tilfælde. Tørforarbejdning med STET-separatoren giver mulighed for at skabe værdi for bauxit- og aluminiumsproducenter.
Referencer
1. Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Høj og tør, CIM Magazine, Vol. 8, Nej. 4, PP. 48-51.
2. Manouchehri, H, Lone Roa, K, & Forssberg, K (2000), Gennemgang af elektrisk adskillelse metoder, En del 1: Grundlæggende aspekter, Mineraler & Metallurgiske behandling, Vol. 17, Nej. 1 s. 23-36.
3. Manouchehri, H, Lone Roa, K, & Forssberg, K (2000), Gennemgang af elektrisk adskillelse metoder, En del 2: Praktiske overvejelser, Mineraler & Metallurgiske behandling, Vol. 17, Nej. 1 s. 139-166..
4. Ralston O. (1961) Elektrostatisk adskillelse af blandede granulære faste stoffer, Elsevier Forlag, ikke ud skrevet.
5. Kogel (Kogel), Jessica Elzea; Trivedi (Trivedi), Nikhil C; Barker, James M.; Krukowski (Krukowski), Stanley T.; Industrielle mineraler og klipper: Råvarer, Markeder, og bruger 7., (2006), Side 237.
