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Resumen
SEquipo T & Tecnología, LLC (STET) ha desarrollado un sistema de procesamiento de separación de cintas tribo-electrostático que proporciona a la industria de procesamiento de minerales un medio para beneficiar los materiales finos con una tecnología totalmente seca. A diferencia de otros procesos de separación electrostática que normalmente se limitan a partículas de más de 75 m de tamaño, el separador triboeléctrico correa es ideal para la separación de muy fina (<1μm) a moderadamente gruesa (300μm) partículas con alto rendimiento. La tecnología de separador de correa triboeléctrica se ha utilizado para separar una amplia gama de materiales, incluidas las cenizas volantes de combustión de carbón, Calcita/cuarzo, talco/magnesita, Barita/cuarzo, y feldespato/cuarzo. Los resultados de la separación se presentan describiendo el comportamiento de carga de tribo para los minerales de bauxita.
Introducción
La falta de acceso a agua dulce se está convirtiendo en un factor importante que afecta a la viabilidad de proyectos mineros alrededor del mundo. Según Hubert Fleming, ex director mundial para el agua de la portilla, "De todos los proyectos mineros en el mundo que ha sido detenido o ralentizado en el último año, ha sido, en casi 100% de los casos, un resultado de agua, directa o indirectamente".1 Los métodos de procesamiento de minerales secos ofrecen una solución a este problema que se avecina.
Métodos secos como separación electrostática eliminará la necesidad de agua dulce, y ofrecen la posibilidad de reducir los costos de. Métodos de separación eléctrica que utilizan el contacto, o tribo-eléctrica, la particularidad es interesante debido a su potencial para separar una amplia variedad de mezclas que contienen, Aislante, y partículas semiconductoras.
La carga triboeléctrica se produce cuando es discreta, partículas diferentes chocan entre sí, o con una tercera superficie, resultando en una diferencia de carga superficial entre los dos tipos de partículas. El signo y la magnitud de la diferencia de carga depende en parte de la diferencia en la afinidad de electrones (o función de trabajo) entre los tipos de partículas. La separación se puede lograr utilizando un campo eléctrico aplicado externamente.
La técnica se ha utilizado industrialmente en separadores verticales de tipo de caída libre. En separadores de caída libre, las partículas primero adquieren carga, luego caen por gravedad a través de un dispositivo con electrodos opuestos que aplican un campo eléctrico fuerte para desviar la trayectoria de las partículas de acuerdo con el signo y la magnitud de su carga superficial.2 Los separadores de caída libre pueden ser eficaces para partículas gruesas, pero no son eficaces en el manejo de partículas más finas que 0.075 Para 0.1 mm.3,4 Uno de los nuevos desarrollos más prometedores en separaciones minerales secas es el separador de cinta tribo-electrostática. Esta tecnología ha ampliado la gama de tamaño de partícula a las partículas más finas que las tecnologías convencionales de separación electrostática, en la gama donde sólo flotación ha tenido éxito en el pasado.
Separación Tribo-Electrostática de Correa
En el separador de cinta tribo-electrostática (Figura 1 y Figura 2), material se alimenta en la brecha fina 0.9 – 1.5 cm entre dos electrodos planos paralelos. Las partículas triboelectrically se cargan por contacto entre partículas. Por ejemplo, en el caso de cenizas volantes del carbón combustión, una mezcla de partículas de carbono y las partículas minerales, el carbono cargado positivamente y el mineral cargado negativamente son atraídos a los electrodos opuestos. Las partículas entonces se barrió por un continuo movimiento cinturón de malla abierta y transmitidas en direcciones opuestas. La correa mueve las partículas adyacentes a cada electrodo hacia extremos opuestos del separador de. El campo eléctrico sólo necesita mover las partículas de una pequeña fracción de un centímetro para mover una partícula de una izquierda que avanza en una secuencia de movimiento por el derecho. El flujo de contracorriente de las partículas de separación y la carga triboeléctrica continua por colisiones carbono-mineral proporciona una separación multietapa y da como resultado una excelente pureza y recuperación en una unidad de paso único. La velocidad alta de la banda también permite rendimientos muy altos, hasta 40 toneladas por hora en un solo separador. Mediante el control de varios parámetros de proceso, como la velocidad de la cinta, punto de alimentación, el huelgo del electrodo y la velocidad de alimentación, el dispositivo produce cenizas volantes de baja emisión de carbono en el contenido de carbono de 2 % ± 0.5% de alimentación cenizas volantes de carbón de 4% a más 30%.
El diseño del separador es relativamente simple. La correa y rodillos de asociados son las únicas partes móviles. Los electrodos son inmóviles y compuesto de un material apropiado resistente. El cinturón está hecho de material plástico. La longitud del electrodo de separador es aproximadamente 6 metros (20 ft.) y el ancho 1.25 metros (4 ft.) unidades comerciales de tamaño completo. El consumo de energía es menos de 2 kilovatios por tonelada de material procesado con la mayoría de la energía consumida por dos motores de la banda de conducción.
El proceso es totalmente seco, no requiere ningún material adicional y no produce emisiones residuos de agua o aire. En el caso de carbono de las cenizas volantes separaciones, los materiales recuperados consisten en ceniza reducido en contenido de carbono a niveles adecuados para uso como un aditivo puzolánico en concreto, y una fracción de carbono que puede ser quemada en la planta de generación de electricidad. Utilización de dos corrientes de producto proporciona un 100% solución a los problemas de disposición de cenizas volantes. Para separaciones de minerales, procesamiento de bauxita, por ejemplo, el separador proporciona una tecnología para reducir el uso de agua, prolongar la vida de reserva y/o recuperar y reprocesar relaves.
El separador de correa tribo-electrostático es relativamente compacto. Una máquina diseñada para procesar 40 toneladas por hora son de aproximadamente 9.1 metros (30 ft.) largo, 1.7 metros (5.5 ft.) amplia y 3.2 metros (10.5 ft.) alta. El equilibrio necesario de la planta consiste en sistemas para transportar material seco desde el separador y. La compacidad del sistema permite la flexibilidad en los diseños de instalación.
La tecnología de separación de correas tribo-electrostáticas es robusta y está probada industrialmente, y se aplicó por primera vez industrialmente a la transformación de cenizas de la mosca de la combustión de carbón en 1995. La tecnología es eficaz para separar las partículas de carbono de la combustión incompleta del carbón, de las partículas minerales de aluminosilicatos vidriosa en las cenizas volantes. La tecnología ha sido fundamental para permitir el reciclaje de las cenizas ricas en minerales como sustituto del cemento en la producción de concreto. Desde 1995, sobre 20,000,000 toneladas de cenizas volantes han sido procesadas por el 19 separadores de correa tribo-electrostáticos instalados en los EE.UU., Canadá, REINO UNIDO, Polonia, y Corea del Sur. La historia industrial de la separación de cenizas volantes se enumera en Tabla 1.
Tabla 1. Aplicación industrial de la separación tribo-electrostática de la correa para cenizas volantes
| Utilidad / central eléctrica | Ubicación | Inicio de operaciones comerciales | Detalles de la instalación |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – estación de Roxboro | Carolina del Norte USA | 1997 | 2 Separadores |
| Energía de Talen- Orillas de Brandon | Maryland USA | 1999 | 2 Separadores |
| Scottish Power- Estación de Longannet | Escocia Reino Unido | 2002 | 1 Separador de |
| Eléctrica de Jacksonville-St. Johns River Power Park | Florida Estados Unidos | 2003 | 2 Separadores |
| Energía eléctrica del sur de Mississippi -R.D.. Mañana | Estados Unidos Mississippi | 2005 | 1 Separador de |
| New Brunswick Power-Belledune | Nuevo Brunswick Canadá | 2005 | 1 Separador de |
| RWE npower-Didcot estación | Inglaterra Reino Unido | 2005 | 1 Separador de |
| Estación Talen Energy-Brunner Island | Pensilvania Estados Unidos | 2006 | 2 Separadores |
| Estación de plegado eléctrico grande de Tampa | Florida Estados Unidos | 2008 | 3 Separadores barrido de dos pasos |
| RWE npower Aberthaw estación | País de Gales Reino Unido | 2008 | 1 Separador de |
| Estación de energía-West Burton FED | Inglaterra Reino Unido | 2008 | 1 Separador de |
| ZGP (Cemento Lafarge /Ciech Janikosoda JV) | Polonia | 2010 | 1 Separador de |
| Poder suroriental de Corea- Yeongheung | Corea del sur | 2014 | 1 Separador de |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polonia | 2018 | 1 Separador de |
| Taiheiyo Cement Company-Chichibu | Japón | 2018 | 1 Separador de |
| Armstrong Fly Ash- Cemento de águila | Filipinas | Programado 2019 | 1 Separador de |
| Poder suroriental de Corea- Samcheonpo | Corea del sur | Programado 2019 | 1 Separador de |
Separación tribo-electrostática de minerales de bauxita
Equipo ST & Tecnología (STET) realizó pruebas de separación tribo-electrostática seca a escala de banco en múltiples muestras de minerales de bauxita. Las muestras se enumeran a continuación en Tabla 2.
Tabla 2. Propiedades de las muestras de bauxita analizadas por STET
| Descripción | Producto deseado & Metas | |
|---|---|---|
| Muestra 1 | ROM Bauxite | Recuperación de Al2O3 Reducir SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Muestra 2 | Plk (Khondalite parcialmente lateritado) | Recuperación de Al2O3 Reducir SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Muestra 3 | Red Mud | Recuperación de Fe2O3 Reducir SiO2, Al2O3, TiO2 |
| Muestra 4 | ROM Bauxite Slimes | Recuperación de Al2O3 Reducir SiO2, Fe2O3, TiO2 |
La composición química para todas las muestras de piensos y productos separados se midió por fluorescencia de rayos X (XRF) utilizando un sistema WD-XRF. Los resultados del análisis químico de las muestras de piensose se muestran a continuación en Tabla 3.
Tabla 3. Propiedades químicas de las muestras de bauxita analizadas por STET
| Al2O3 wt.% | Fe2O3 wt.% | SiO2 wt.% | SiO2 wt.% | LOI wt.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Muestra 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Muestra 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Muestra 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Muestra 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
El tamaño de las partículas se midió mediante la medición del tamaño de partícula sin láser mediante dispersión neumática seca. Los resultados de las muestras de pienso se muestran a continuación en Tabla 4.
Tabla 4. Tamaño de partícula de muestras de bauxita analizadas por STET
| D10 Micron | D50 Micron | D90 Micron | D90 Micron |
|
|---|---|---|---|---|
| Muestra 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Muestra 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Muestra 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Muestra 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Las muestras se separaron utilizando el separador de sobremesa STET. El separador de sobremesa se utiliza para el cribado de evidencia de carga tribo-electrostática y para determinar si un material es un buen candidato para el beneficio electrostático. La principal diferencia entre el separador de sobremesa y los separadores a escala piloto y a escala comercial es que la longitud del separador de sobremesa es aproximadamente 0.4 veces la longitud de las unidades a escala piloto y comercial. Como la eficiencia del separador es una función de la longitud del electrodo, las pruebas a escala de banco no se pueden utilizar como sustituto de las pruebas a escala piloto. Las pruebas a escala piloto son necesarias para determinar el alcance de la separación que el proceso STET puede lograr, y determinar si el proceso STET puede cumplir los objetivos del producto en determinadas velocidades de alimentación. en lugar de, el separador de sobremesa se utiliza para descartar materiales candidatos que es poco probable que demuestren una separación significativa a nivel piloto. Los resultados obtenidos en la báscula de sobremesa no serán optimizados, y la separación observada es menor que la que se observaría en un separador STET de tamaño comercial.
Las pruebas con el separador de sobremesa STET demostraron un movimiento significativo de Al2O3 con la mayoría de las muestras probadas. En tres de las cuatro muestras analizadas por el STET, movimiento sustancial de Al2O3 se observó. Además, los otros elementos principales de Fe2O3, SiO2 y TiO2 demostraron un movimiento significativo en la mayoría de los casos. En la muestra 1, Muestra 3 y Muestra 4, el movimiento de la pérdida en la ignición (LOI) seguido del movimiento de Al2O3. El movimiento de los principales elementos se muestra a continuación en Figura 5.
El separador STET es un proceso de separación física y separa selectivamente las fases minerales basadas en la tribocarga, un fenómeno de superficie. El grado en que los minerales son susceptibles a la tribocarga es en algunos casos susceptible de ser predicho a través de la consulta de una serie triboeléctrica, pero en el caso de minerales minerales complejos, a menudo en la práctica debe determinarse empíricamente. A continuación se muestra un resumen de las propiedades de tribocarga de las muestras analizadas en Tabla 5.
Tabla 5. Resumen del comportamiento de tribocarga para los principales elementos. POS - cobrado positivo, NEG - cobrado negativo.
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | TiO2 | LOI | |
|---|---|---|---|---|---|
| Muestra 1 | Pos | Neg | Neg | Neg | Pos |
| Muestra 2 | Neg | Pos | Neg | N/A | N/A |
| Muestra 3 | Pos | Neg | N/A | Neg | Pos |
| Muestra 4 | Pos | N/A | Neg | Neg | Pos |
El procesamiento en seco con el separador STET ofrece oportunidades para generar valor para los productores de bauxita y aluminio. La utilización de depósitos de bauxita de menor grado puede permitir menores costos de minería al reducir las relaciones de desmonte y al reducir la generación de relaves. Además, el preprocesamiento de minerales de bauxita por separación triboelectrostática en seco puede resultar en una mejor economía de refinación de aluminio al suministrar grados más altos de bauxita al proceso de refinación, o reduciendo los volúmenes de barro rojo generados. Además, mayor contenido de aluminio en barro rojo puede permitir el reprocesamiento. Se presenta un resumen de las características ideales para la bauxita de grado metalúrgico, así como un resumen del beneficio del separador STET, a continuación en Tabla 6.
Tabla 6. Resumen de las características ideales para la bauxita de grado metalúrgico.5
| Característica de grado ideal | Impacto si es inadecuado | Observado con separación STET |
|---|---|---|
| Baja "sílice reactiva" (>1.5% - <3.0%) (kaolinite) | Aumenta el uso de cáustica, un factor crítico de costo operativo. | Reducción de la sílice total |
| Alta alúmina extraíble | Aumenta el capital y los costos operativos de la minería, procesamiento y eliminación de lodo. | Aumento de la alúmina |
| Bajo carbono orgánico | Aumenta los costes operativos al reducir la eficiencia de la planta. | |
| Boehmite baja (<3%) | Impide el procesamiento a baja temperatura que puede aumentar el capital y los costos operativos. | |
| Goethita baja (tolerable en una planta de alta temperatura o con alta hematita) | Disminuye la clarificación, reduce la calidad del producto y aumenta la pérdida de alúmina a través del circuito de barro. | Reducción del hierro total |
| Baja humedad (puede crear polvo molesto si es demasiado bajo) | Aumenta los costes de capital (mayor facilidad de evaporación), consumo de combustible, gastos de envío. | |
| Contenido de hierro (idealmente >5%-<15%) | El hierro bajo puede reducir la calidad del producto. El hierro alto diluye el contenido de alúmina de bauxita. | Reducción del hierro total |
| Cuarzo bajo | Aumenta los costes de mantenimiento (desgaste de la pipa). Aumenta el uso cáustico en plantas de alta temperatura. | Reducción de la sílice total |
| Impurezas bajas y oligoelementos | Puede reducir la eficiencia del proceso (Azufre, Cloro, Calcio) y la calidad del metal (Galio, Cinc, Vanadio, Fósforo). | |
| Suave y friable | Aumenta los costos de minería y molienda. | |
| Se disuelve fácilmente | Aumenta el capital (equipos de digestión más grandes) y los costos de operación. | |
| Baja titania | Puede aumentar el uso cáustico en plantas de alta temperatura. | Reducción de la titania |
| Carbonatos bajos | Puede requerir un procesamiento especial. |
Conclusión
La separación tribo-electrostática se demostró como un método eficaz para generar un mineral de bauxita de alto grado para su uso en la producción de alúmina. Las pruebas con el separador de sobremesa STET demostraron un movimiento significativo de Al2O3 con la mayoría de las muestras probadas. En tres de las cuatro muestras analizadas por el STET, movimiento sustancial de Al2O3 se observó. Además, los otros elementos principales de Fe2O3, SiO2 y TiO2 demostraron una separación significativa en la mayoría de los casos. El procesamiento en seco con el separador STET ofrece oportunidades para generar valor para los productores de bauxita y aluminio.
Referencias
1. Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Alto y seco, Revista CIM, Para.. 8, No. 4, PP. 48-51.
2. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Informe sobre métodos de separación eléctrica, Parte 1: Aspectos fundamentales, Minerales & Procesamiento metalúrgico, Para.. 17, No. 1 pp 23–36.
3. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Informe sobre métodos de separación eléctrica, Parte 2: Consideraciones prácticas, Minerales & Procesamiento metalúrgico, Para.. 17, No. 1 pp 139–166.
4. Ralston O. (1961) Separación electrostática de sólidos granulares mixtos, Elsevier Publishing Company, fuera de impresión.
5. Kogel, Jessica Elzea; Trivedi, Nikhil C; Barker, James M; Krukowski, Stanley T.; Minerales industriales y rocas: Productos básicos, Mercados, y utiliza la 7a edición, (2006), Página 237.
