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Abstrakt
ST Ausrüstung & Technologie, LLC (STET) hat ein tribo-elektrostatisches Bandtrennverfahren entwickelt, das der mineralverarbeitenden Industrie ein Mittel bietet, feine Materialien mit einer vollständig trockenen Technologie zu nutzen. Im Gegensatz zu anderen elektrostatischen Trennprozessen, die typischerweise auf Partikel mit einer Größe von mehr als 75 m beschränkt sind, der triboelektrische Gurtabscheider ist ideal für die Trennung von sehr feinen (<1µm) bis mäßig grob (300µm) Partikel mit sehr hohem Durchsatz. Die triboelektrische Bandabscheidertechnologie wurde verwendet, um eine breite Palette von Materialien zu trennen, einschließlich Kohleverbrennungs-Flugasche, Calcit/Quarz, Talkum/Magnesit, Baryt/Quarz, und Feldspat/Quarz. Separationsergebnisse werden vorgestellt, die das Tribo-Ladeverhalten für Bauxitmineralien beschreiben.
Einführung
Die fehlende Zugang zu frischem Wasser ist immer ein wichtiger Faktor, der Auswirkungen auf die Machbarkeit von Bergbau-Projekten auf der ganzen Welt. Nach Hubert Fleming, ehemalige global Director von Luke Wasser, "Von allen Bergbauprojekten in der Welt, die entweder gestoppt oder verlangsamt im vergangenen Jahr wurden, Es wurde, in fast 100% der Fälle, ein Ergebnis des Wassers, direkt oder indirekt".1 Trockene mineralische Verarbeitungsmethoden bieten eine Lösung für dieses drohende Problem.
Trockene Methoden wie elektrostatische Trennung beseitigt die Notwendigkeit für Süßwasser, und das Potenzial zur Kostensenkung. Elektrische Trennmethoden, die Kontakt verwenden, oder triboelektrisch, ladung sind aufgrund ihres Potenzials, eine Vielzahl von Mischungen zu trennen, die leitfähige, Isolierende, und halbleitende Partikel.
Tribo-elektrisches Laden erfolgt, wenn diskrete, unterschiedliche Teilchen kollidieren, oder mit einer dritten Oberfläche, eine Oberflächenladungsdifferenz zwischen den beiden Partikeltypen. Das Vorzeichen und die Größe der Ladungsdifferenz hängt teilweise vom Unterschied in der Elektronenaffinität ab (oder Arbeitsfunktion) zwischen den Partikeltypen. Die Trennung kann dann über ein extern aufgebrachtes elektrisches Feld erreicht werden.
Die Technik wurde industriell in vertikalen Freifall-Separatoren eingesetzt. In Freifallabscheidern, die Teilchen zuerst Ladung zu erwerben, dann durch die Schwerkraft durch eine Vorrichtung mit entgegengesetzten Elektroden fallen, die ein starkes elektrisches Feld anwenden, um die Flugbahn der Teilchen entsprechend dem Vorzeichen und der Größe ihrer Oberflächenladung abzulenken.2 Freifallabscheider können bei groben Partikeln wirksam sein, sind aber nicht effektiver im Umgang mit Partikeln feiner als etwa 0.075 An 0.1 mm.3,4 Eine der vielversprechendsten Neuentwicklungen bei der Trockenmineraltrennung ist der triboelektrostatische Bandabscheider. Diese Technologie hat die Partikel Größe, feinere Partikel als konventionelle elektrostatischen Separationstechnologien erweitert, in den Bereich, wo nur Flotation in der Vergangenheit bewährt hat.
Tribo-Elektrostatische Bandtrennung
Im Abscheider Tribo-elektrostatische Gürtel (Abbildung 1 und Abbildung 2), Material wird in den dünnen Spalt zugeführt. 0.9 – 1.5 cm Abstand zwischen zwei parallelen Ebenen Elektroden. Die Partikel werden durch Oberflächenkräfte Kontakt triboelectrically berechnet.. Zum Beispiel, im Falle von Steinkohlenflugasche Verbrennung, eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln und mineralischen Partikeln, die positiv geladenen Kohlenstoff und die negativ geladenen Mineral sind auf gegenüberliegenden Elektroden angezogen.. Die Partikel werden dann von einem sich ständig bewegenden offenen Netzgürtel hochgefegt und in entgegengesetzte Richtungen befördert.. Riemens bewegt sich die Teilchen neben jeder Elektrode in Richtung entgegengesetzten Enden des Trennzeichens. Das elektrische Feld muss die Teilchen nur einen winzigen Bruchteil eines Zentimeters bewegen, um ein Teilchen von einem links bewegten in einen sich rechts bewegenden Strom zu bewegen.. Der Gegenstromfluss der Trennpartikel und die kontinuierliche triboelektrische Aufladung durch Kohlenstoff-Mineral-Kollisionen sorgen für eine mehrstufige Trennung und führen zu ausgezeichneter Reinheit und Erholung in einer Ein-Pass-Einheit. Die hohe Bandgeschwindigkeit ermöglicht auch sehr hohe Durchsätze, bis zu 40 Tonnen pro Stunde auf ein einzelnes Trennzeichen. Durch die Kontrolle der verschiedenen Prozessparameter, z. B. Bandgeschwindigkeit, Feed-Punkt, Elektrodenabstand und Vorschubgeschwindigkeit, das Gerät erzeugt kohlenstoffarmen Flugasche an Kohlenstoffgehalte von 2 % ± 0.5% von feed Flugaschen bis hin in Kohlenstoff aus 4% zu mehr als 30%.
Das Trennzeichen Design ist relativ einfach. Die Gürtel und zugeordneten Rollen sind die einzigen beweglichen Teile. Die Elektroden sind stationäre und bestehend aus einem entsprechend haltbaren material. Der Gürtel ist aus Kunststoff gefertigt.. Die Separator-Elektrode-Länge ist ca. 6 Meter (20 ft.) und die breite 1.25 Meter (4 ft.) für full-Size Gewerbeeinheiten. Der Stromverbrauch ist geringer als 2 Kilowattstunde pro Tonne Material verarbeitet mit den meisten der Energieverbrauch durch zwei Motoren fahren den Gürtel.
Der Prozess ist ganz trocken, erfordert keine zusätzlichen Materialien und emissionsfrei Abfall Wasser oder Luft. Im Falle von Kohlenstoff aus Flugasche Trennungen, die zurückgewonnenen Materialien bestehen aus Flugasche im Kohlenstoffgehalt auf Ebenen als eine puzzolanischen Beimischung in Beton geeignet reduziert, und eine Hartstahl-Fraktion, die in der Anlage zur Stromerzeugung verbrannt werden kann. Nutzung der beiden Produktströmen bietet eine 100% Lösung für Probleme der Flugasche-Entsorgung. Für Mineraltrennungen, Verarbeitung von Bauxit zum Beispiel, Der Separator bietet eine Technologie zur Reduzierung des Wasserverbrauchs, Reservelebensdauer verlängern und/oder Abschwänze wiederherstellen und wiederverarbeiten.
Der triboelektrostatische Riemenabscheider ist relativ kompakt. Eine Maschine zum Verarbeiten 40 Tonnen pro Stunde ist ca. 9.1 Meter (30 ft.) lange, 1.7 Meter (5.5 ft.) Breite und 3.2 Meter (10.5 ft.) hoch. Das erforderliche Gleichgewicht der Pflanze besteht aus Systemen, trockenes Material, und aus dem Abscheider zu vermitteln. Die Kompaktheit des Systems ermöglicht Flexibilität bei Installation Entwürfe.
Die triboelektrostatische Bandtrenntechnologie ist robust und industriell erprobt, und wurde erstmals industriell auf die Verarbeitung von Kohleverbrennungs-Flugasche in 1995. Die Technologie ist effektiv bei der Trennung von Kohlenstoffpartikeln von der unvollständigen Verbrennung von Kohle, von den gläsernen Silikat mineralische Teilchen in der Flugasche. Die Technologie hat maßgeblich dazu beigetragen, die Recycling der mineralreichen Flugasche als Zementersatz in der Betonproduktion zu ermöglichen.. Seit 1995, über 20,000,000 Tonnen Flugasche wurden von der 19 tribo-elektrostatische Bandabscheider in den USA installiert, Kanada, UK, Polen, und Südkorea. Die Industriegeschichte der Fliegenaschetrennung ist in Tabelle 1.
Tabelle 1. Industrielle Anwendung der tribo-elektrostatischen Bandtrennung für Flugasche
| Dienstprogramm / Kraftwerk | Lage | Aufnahme des kommerziellen Betriebs | Detailderinformationen der Fazilität |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – Roxboro Station | North Carolina-USA | 1997 | 2 Separatoren |
| Talen Energie- Brandon Ufer | Maryland USA | 1999 | 2 Separatoren |
| Scottish Power- Longannet-Station | Schottland, Vereinigtes Königreich | 2002 | 1 Trennzeichen |
| Jacksonville Electric-St. Johns River Power Park | Florida-USA | 2003 | 2 Separatoren |
| South Mississippi Elektrizität -R.D. Morrow | Mississippi USA | 2005 | 1 Trennzeichen |
| New Brunswick Power-Belledune | New Brunswick, Kanada | 2005 | 1 Trennzeichen |
| RWE npower-Didcot Station | England-UK | 2005 | 1 Trennzeichen |
| Talen Energy-Brunner Island Station | Pennsylvania USA | 2006 | 2 Separatoren |
| Tampa Electric-Big Bend Station | Florida-USA | 2008 | 3 Separatoren Zwei-Pass-Aufräumarbeiten |
| RWE npower-Aberthaw Station | Wales UK | 2008 | 1 Trennzeichen |
| EDF Energy-West Burton Station | England-UK | 2008 | 1 Trennzeichen |
| OOO (Lafarge Zement /Ciech Janikosoda JV) | Polen | 2010 | 1 Trennzeichen |
| Korea-Süd-Ost-Power- Yeongheung | Südkorea | 2014 | 1 Trennzeichen |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polen | 2018 | 1 Trennzeichen |
| Taiheiyo Cement Company-Chichibu | Japan | 2018 | 1 Trennzeichen |
| Armstrong Fly Ash- Eagle Cement | Philippinen | Geplant 2019 | 1 Trennzeichen |
| Korea-Süd-Ost-Power- Samcheonpo | Südkorea | Geplant 2019 | 1 Trennzeichen |
Tribo-elektrostatische Trennung von Bauxitmineralien
ST-Geräte & Technologie (STET) durchgeführte trockene Tribo-elektrostatische Separationstests an mehreren Proben von Bauxitmineralien. Die Beispiele sind unten in Tabelle 2.
Tabelle 2. Eigenschaften von Bauxitproben, die von STET getestet wurden
| Beschreibung | Gewünschtes Produkt & Ziele | |
|---|---|---|
| Beispiel 1 | ROM Bauxit | Al2O3-Wiederherstellung Reduzieren Sie SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Beispiel 2 | Plk (Teilweise lateritisiertekte Khondalite) | Al2O3-Wiederherstellung Reduzieren Sie SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Beispiel 3 | Roter Schlamm | Fe2O3-Wiederherstellung Reduzieren Sie SiO2, Al2O3, TiO2 |
| Beispiel 4 | ROM Bauxit Slimes | Al2O3-Wiederherstellung Reduzieren Sie SiO2, Fe2O3, TiO2 |
Die chemische Zusammensetzung aller Vor- und getrennten Produktproben wurde mit Röntgenfluoreszenz gemessen (XRF) Verwendung eines WD-XRF-Systems. Die Ergebnisse der chemischen Analyse für die Futterproben sind unten in Tabelle 3.
Tabelle 3. Chemische Eigenschaften von Bauxitproben, die von STET getestet wurden
| Al2O3 Gew.% | Fe2O3 Gew.% | SiO2 Gew.% | SiO2 Gew.% | LOI gew.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Beispiel 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Beispiel 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Beispiel 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Beispiel 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
Die Partikelgröße wurde durch Laserpartikelgrößenmessung mittels trockener pneumatischer Dispersion gemessen. Die Ergebnisse für die Futterproben sind unten in Tabelle 4.
Tabelle 4. Partikelgröße von Bauxitproben, die von STET getestet wurden
| D10 Mikron | D50 Mikron | D90 Mikron | D90 Mikron |
|
|---|---|---|---|---|
| Beispiel 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Beispiel 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Beispiel 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Beispiel 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Die Proben wurden mit dem STET-Benchtop-Separator getrennt. Der Tischabscheider dient zum Screening auf Nachweis der tribo-elektrostatischen Aufladung und um festzustellen, ob ein Material ein guter Kandidat für die elektrostatische Begünstigung ist.. Der Hauptunterschied zwischen dem Tischabscheider und Pilot- und Commercial-Scale-Separatoren besteht darin, dass die Länge des 0.4 die Länge der Pilot- und gewerbsmäßige Einheiten. Als Trennzeichen ist Effizienz eine Funktion der Elektrodenlänge, Prüfung im Prüfmaßstab kann nicht als Ersatz für Pilottests verwendet werden. Pilot-Scale-Tests sind notwendig, um das Ausmaß der Trennung zu bestimmen, die der STET-Prozess, und zu ermitteln, ob der STET-Prozess die Produktziele unter den vorgegebenen Vorschubraten erreichen kann. statt dessen, Der Tischabscheider wird verwendet, um Kandidatenmaterialien auszuschließen, die wahrscheinlich keine signifikante Trennung auf Pilotebene nachweisen. Die auf der Bankskala erzielten Ergebnisse werden nicht optimiert, und die beobachtete Trennung ist geringer als die, die bei einem steT-Separator in kommerzieller Größe.
Die Prüfung mit dem STET Tischabscheider zeigte eine signifikante Bewegung von Al2O3 mit der Mehrheit der getesteten Proben. In drei der vier von STET getesteten Proben, erhebliche Bewegung von Al2O3 beobachtet wurde. Außerdem, die anderen hauptwichtigsten Elemente von Fe2O3, SiO2 und TiO2 zeigten in den meisten Fällen signifikante. In Sample 1, Beispiel 3 und Probe 4, die Bewegung des Verlustes bei der Zündung (LOI) gefolgte Bewegung von Al2O3. Die Bewegung der Hauptelemente ist unten in Abbildung 5.
Der STET-Separator ist ein physikalischer Trennprozess und trennt selektiv Mineralphasen auf Basis von Tribocharging, ein Oberflächenphänomen. Der Grad, in dem Mineralien anfällig für Triboladung sind, kann in einigen Fällen durch Konsultation einer triboelektrischen Serie vorhergesagt werden., aber bei komplexen Mineraleren, oft in der Praxis empirisch bestimmt werden. Eine Zusammenfassung der Triboladeeigenschaften für die getesteten Proben ist unten in Tabelle 5.
Tabelle 5. Zusammenfassung des Tribocharging-Verhaltens für wichtige Elemente. POS = positiv aufgeladen, NEG = negativ berechnet.
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | TiO2 | LOI | |
|---|---|---|---|---|---|
| Beispiel 1 | Pos | Neg | Neg | Neg | Pos |
| Beispiel 2 | Neg | Pos | Neg | N/A | N/A |
| Beispiel 3 | Pos | Neg | N/A | Neg | Pos |
| Beispiel 4 | Pos | N/A | Neg | Neg | Pos |
Trockenverarbeitung mit dem STET-Separator bietet Möglichkeiten, Mehrwert für Bauxit- und Aluminiumhersteller zu generieren. Die Nutzung von Bauxitvorkommen niedrigerer Qualität kann niedrigere Bergbaukosten ermöglichen, indem die Abisolierverhältnisse reduziert und die Erzeugung von Ablagerungen verringert wird.. Außerdem, die Vorverarbeitung von Bauxiterze durch trockene triboelektrostatische Trennung kann zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Aluminiumraffination führen, indem dem Raffinationsprozess höhere Bauxitqualitäten zugeführt werden, oder durch die Reduzierung der Menge an rotem Schlamm, der. Außerdem, höherer Aluminiumgehalt im Roten Schlamm kann eine Wiederaufarbeitung ermöglichen. Eine Zusammenfassung der idealen Eigenschaften für metallurgisches Bauxit wird vorgestellt, sowie eine Zusammenfassung des Nutzens des STET-Separators, unten in Tabelle 6.
Tabelle 6. Zusammenfassung der idealen Eigenschaften für metallurgisches Bauxit.5
| Ideales Grade-Charakteristikum | Auswirkungen, wenn unzureichend | Beobachtet mit STET-Trennung |
|---|---|---|
| Niedrige "reaktive Kieselsäure" (>1,5% - <3.0%) (kaolinite) | Erhöht den ätzenden Verbrauch, ein kritischer Betriebskostenfaktor. | Reduzierung der gesamten Kieselsäure |
| Hochausziehbare Aluminiumoxid | Erhöht die Kapital- und Betriebskosten für den Bergbau, Verarbeitung und Schlammentsorgung. | Erhöhung der Aluminiumoxid-Erzeugung |
| Geringer organischer Kohlenstoff | Erhöht die Betriebskosten durch Reduzierung der Anlageneffizienz. | |
| Low Boehmit (<3%) | Ausgeschlossen eisern niedrigtemperaturverarbeiten, die Kapital- und Betriebskosten erhöhen kann. | |
| Low Goethite (tolerierbar in einer Hochtemperaturanlage oder mit hoher Hämatit) | Verlangsamt die Klärung, senkt die Produktqualität und erhöht den Aluminiumoxidverlust über Schlammkreislauf. | Reduzierung des Gesamteisens |
| Geringe Feuchtigkeit (kann lästigen Staub verursachen, wenn zu niedrig) | Erhöht die Kapitalkosten (größere Verdampfungsanlage), Kraftstoffverbrauch, Versandkosten. | |
| Eisengehalt (idealerweise >5%-<15%) | Niedriges Eisen kann die Produktqualität senken. Hoher Eisen verdünnt Aluminiumoxidgehalt von Bauxit. | Reduzierung des Gesamteisens |
| Niedriger Quarz | Erhöht die Wartungskosten (Rohrverschleiß). Erhöht den ätzenden Einsatz in Hochtemperaturanlagen. | Reduzierung der gesamten Kieselsäure |
| Geringe Verunreinigungen und Spurenelemente | Kann die Prozesseffizienz senken (Schwefel, Chlor, Kalzium) und Metallqualität (Gallium, Zink, Vanadium, Phosphor). | |
| Weich und friable | Erhöht die Bergbau- und Schleifkosten. | |
| Löst sich leicht auf | Erhöht das Kapital (größere Verdauungsgeräte) und Betriebskosten. | |
| Niedrige Titanie | Kann den ätzenden Einsatz in Hochtemperaturanlagen erhöhen. | Reduktion der Titania |
| Karbonate niedrig | Kann eine spezielle Verarbeitung erfordern. |
Fazit
Die tribo-elektrostatische Trennung wurde als effektives Verfahren zur Erzeugung eines hochwertigen Bauxiterzes für die Aluminiumoxidproduktion nachgewiesen.. Die Prüfung mit dem STET Tischabscheider zeigte eine signifikante Bewegung von Al2O3 mit der Mehrheit der getesteten Proben. In drei der vier von STET getesteten Proben, erhebliche Bewegung von Al2O3 beobachtet wurde. Außerdem, die anderen hauptwichtigsten Elemente von Fe2O3, SiO2 und TiO2 zeigten in den meisten Fällen eine signifikante Trennung. Trockenverarbeitung mit dem STET-Separator bietet Möglichkeiten, Mehrwert für Bauxit- und Aluminiumhersteller zu generieren.
Referenzen
1. Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Hoch und trocken, CIM-Magazin, Vol. 8, Nein. 4, PP. 48-51.
2. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Überprüfung der elektrischen Trennverfahren, Teil 1: Grundlegende Aspekte, Mineralien & Metallurgischen Verarbeitung, Vol. 17, Nein. 1 S. 23-36.
3. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Überprüfung der elektrischen Trennverfahren, Teil 2: Praktische Überlegungen, Mineralien & Metallurgischen Verarbeitung, Vol. 17, Nein. 1 S. 139–166.
4. Ralston O. (1961) Elektrostatische Trennung von gemischten Granulatkörpern, Elsevier Verlag, vergriffen.
5. Kogel, Jessica Elzea; Trivedi, Nikhil C; Barker, James M; Krukowski, Stanley T.; Industrielle Mineralien und Felsen: Rohstoffe, Märkte, und verwendet die 7. Ausgabe, (2006), Seite 237.
