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Résumé
ST Équipement & Technology, LLC (STET) a mis au point un système de traitement de séparation de courroie tribo-électrostatique qui fournit à l’industrie de la transformation des minéraux un moyen de faire en preuve les matériaux fins avec une technologie entièrement sèche. Contrairement à d’autres processus de séparation électrostatiques qui sont généralement limités à des particules de plus de 75 m de taille, le séparateur triboélectrique ceinture est idéale pour la séparation de très fines (<1µm) à moyennement grossier (300µm) particules à très haut débit. La technologie de séparateur de ceinture triboélectrique a été utilisée pour séparer un large éventail de matériaux, y compris la combustion du charbon cendres volantes, calcite/quartz, Talc/Magnésite, barytine/quartz, feldspath/quartz. Les résultats de séparation sont présentés décrivant le comportement de tribo-charge pour les minéraux de bauxite.
Introduction
Le manque d’accès à l’eau potable devient un facteur important affectant la faisabilité des projets miniers dans le monde entier. Selon Hubert Fleming, ancien directeur mondial pour l’eau Hatch, « De tous les projets miniers dans le monde qui ont été arrêté ou ralenti l’an dernier, Il a été, dans presque 100% des cas, le résultat de l’eau, directement ou indirectement".1 Les méthodes de traitement des minéraux secs offrent une solution à ce problème imminent.
Voie sèche comme séparation électrostatique éliminera le besoin d’eau douce, et offrent la possibilité de réduire les coûts. Méthodes de séparation électrique qui utilisent le contact, ou tribo-électrique, charge sont une particularité intéressante en raison de leur potentiel de séparer une grande variété de mélanges contenant des, Isolant, et les particules semi-conductrices.
La charge tribo-électrique se produit lorsque, particules différentes entrent en collision les unes avec les autres, ou avec une troisième surface, résultant en une différence de charge de surface entre les deux types de particules. Le signe et l’ampleur de la différence de charge dépendent en partie de la différence d’affinité des électrons (ou fonction de travail) entre les types de particules. La séparation peut alors être réalisée à l’aide d’un champ électrique appliqué à l’extérieur.
La technique a été utilisée industriellement dans les séparateurs de type chute libre verticale. Dans les séparateurs en chute libre, les particules d’abord acquérir la charge, puis tomber par gravité à travers un dispositif avec des électrodes opposées qui appliquent un champ électrique fort pour dévier la trajectoire des particules en fonction du signe et de l’ampleur de leur charge de surface.2 Les séparateurs de chute libre peuvent être efficaces pour les particules grossières, mais ne sont pas efficaces pour manipuler les particules plus fines que d’environ 0.075 À 0.1 mm.3,4 L’un des nouveaux développements les plus prometteurs en matière de séparations minérales sèches est le séparateur de la ceinture tribo-électrostatique. Cette technologie a étendu la gamme de taille de particules de particules plus fines que les technologies conventionnelles de séparation électrostatique, dans la gamme où seulement de flottaison a réussi dans le passé.
Séparation de la ceinture tribo-électrostatique
Dans le séparateur de ceinture tribo-électrostatique (Figure 1 et Figure 2), matériel est nourri dans la mince écart 0.9 – 1.5 cm entre deux électrodes planes parallèles. Les particules sont facturés triboelectrically par contact entre. Par exemple, dans le cas de la combustion du charbon des cendres volantes, un mélange de particules de carbone et de particules minérales, le carbone chargé positivement et négativement chargé minéral sont attirés par les électrodes opposées. Les particules sont ensuite emportés par une ceinture continue de mailles ouvertes mobile et véhiculées dans des directions opposées. La ceinture déplace l'adjacent à chaque électrode vers les extrémités opposées du séparateur de particules. Le champ électrique ont besoin seulement déplacer les particules une infime fraction d’un centimètre à délaisser une particule se déplaçant une gauche dans un flux de droite-déplacer. Le flux de contre-courant des particules séparantes et la charge triboélectrique continue par collisions carbone-minéral assure une séparation en plusieurs étapes et se traduit par une excellente pureté et récupération dans une unité à un seul passage. La vitesse de bande élevée permet également à des débits très élevés, up to 40 tonnes / heure sur un seul séparateur. En contrôlant les divers paramètres du procédé, comme la vitesse du tapis, point d'alimentation, écartement des électrodes et des taux d’alimentation, l’appareil produit des cendres à teneur en carbone de faible teneur en carbone 2 % ± 0.5% d’alimentation des cendres volantes en carbone de 4% à plus 30%.
La conception du séparateur est relativement simple. La courroie et les galets associés sont les seules parties mobiles. Les électrodes sont stationnaires et composé d'un matériau approprié résistant. La courroie est faite de matière plastique. La longueur d’électrode séparateur est environ 6 mètres (20 ft.) et la largeur 1.25 mètres (4 ft.) pour les unités commerciales de pleine grandeur. La consommation d’énergie est inférieure à 2 kilowatt-heure par tonne de matière traitée avec la plus grande partie de l'énergie consommée par deux moteurs de la courroie.
Le processus est entièrement sec, ne nécessite aucun matériel supplémentaire et ne produit aucune émission des déchets de l’eau ou l’air. Dans le cas du carbone des séparations de cendres volantes, les matériaux récupérés sont constitués de ramener en teneur en carbone à un niveau approprié pour l’usage comme un adjuvant pouzzolanique dans le béton de cendres volantes, et une fraction riche en carbone qui peut être gravée à l’usine de production d’électricité. Utilisation de deux flux de produits fournit un 100% solution aux problèmes d'élimination des cendres volantes. Pour les séparations minérales, traitement de la bauxite par exemple, le séparateur fournit une technologie pour réduire l’utilisation de l’eau, prolonger la durée de vie des réserves et/ou récupérer et retraiter les résidus.
Le séparateur tribo-électrostatique de la ceinture est relativement compact. Une machine conçue pour traiter 40 tonnes / heure sont d'environ 9.1 mètres (30 ft.) long, 1.7 mètres (5.5 ft.) large et 3.2 mètres (10.5 ft.) haute. L’équilibre nécessaire d’usine se compose de systèmes pour transmettre la matière sèche d’et vers le séparateur. La compacité du système permet une flexibilité dans la conception de l’installation.
La technologie de séparation de la ceinture tribo-électrostatique est robuste et éprouvée industriellement, et a d’abord été appliqué industriellement au traitement des cendres volantes de combustion du charbon dans 1995. La technologie est efficace pour séparer les particules de carbone de la combustion incomplète du charbon, des particules minérales aluminosilicate vitreux dans les cendres volantes. La technologie a été instrumentale en permettant le recyclage des cendres volantes riches en minéraux comme substitut de ciment dans la production de béton. Depuis 1995, plus de 20,000,000 tonnes de cendres volantes ont été traitées par le 19 séparateurs de ceinture tribo-électrostatique installés aux Etats-Unis, Canada, UK, Pologne, et la Corée du Sud. L’histoire industrielle de la séparation des cendres volantes est Tableau 1.
Tableau 1. Application industrielle de séparation tribo-électrostatique de ceinture pour la cendre de mouche
| Utilitaire / centrale électrique | Emplacement | Début des opérations commerciales | Détails de l’installation |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – gare Roxboro | USA Caroline du Nord | 1997 | 2 Séparateurs |
| Énergie de Talen- Rives de Brandon | Maryland USA | 1999 | 2 Séparateurs |
| Scottish Power- Longannet Station | Scotland UK | 2002 | 1 Séparateur de |
| Jacksonville électrique-St. Parc électrique de la rivière Johns | Floride USA | 2003 | 2 Séparateurs |
| South Mississippi Electric Power -R.D. Morrow | USA Mississippi | 2005 | 1 Séparateur de |
| New Brunswick Power-Belledune | Nouveau-Brunswick Canada | 2005 | 1 Séparateur de |
| RWE npower-Didcot Station | Angleterre UK | 2005 | 1 Séparateur de |
| Gare de Talen Energy-Brunner Island | Pennsylvania USA | 2006 | 2 Séparateurs |
| Station de Tampa Electric-Big Bend | Floride USA | 2008 | 3 Séparateurs charognard à deux pas |
| RWE npower-Aberthaw Station | Wales UK | 2008 | 1 Séparateur de |
| EDF Energy-West Burton Station | Angleterre UK | 2008 | 1 Séparateur de |
| ZGP (Ciment Lafarge /Ciech Janikosoda JV) | Pologne | 2010 | 1 Séparateur de |
| Korea Power du sud-est- Yeongheung Yeongheung | Corée du Sud | 2014 | 1 Séparateur de |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Pologne | 2018 | 1 Séparateur de |
| Taiheiyo Ciment Company-Chichibu | Japon | 2018 | 1 Séparateur de |
| Armstrong Fly Ash- Ciment Eagle | Philippines | Prévue 2019 | 1 Séparateur de |
| Korea Power du sud-est- Samcheonpo Samcheonpo | Corée du Sud | Prévue 2019 | 1 Séparateur de |
Séparation tribo-électrostatique des minéraux de Bauxite
ST Equipment & Technology (STET) effectué l’échelle de banc sec tribo-électrostatique test de séparation sur de multiples échantillons de minéraux de bauxite. Les échantillons sont répertoriés ci-dessous dans Tableau 2.
Tableau 2. Propriétés d’échantillons de bauxite testés par STET
| Description | Produit désiré & Objectifs | |
|---|---|---|
| Échantillon 1 | ROM Bauxite | Récupération Al2O3 Réduire Sio2, Fe2O3, TiO2 |
| Échantillon 2 | Plk (Khondalite partiellement latéral) | Récupération Al2O3 Réduire Sio2, Fe2O3, TiO2 |
| Échantillon 3 | Boue rouge | Récupération Fe2O3 Réduire Sio2, Al2O3, TiO2 |
| Échantillon 4 | ROM Bauxite Slimes | Récupération Al2O3 Réduire Sio2, Fe2O3, TiO2 |
La composition chimique de tous les échantillons d’aliments pour animaux et de produits séparés a été mesurée par la fluorescence aux rayons X (XRF) à l’aide d’un système WD-XRF. Les résultats de l’analyse chimique des échantillons d’aliments pour animaux sont présentés ci-dessous Tableau 3.
Tableau 3. Propriétés chimiques d’échantillons de bauxite testés par STET
| Al2O3 Wt.% | Fe2O3 Wt.% | SiO2 Wt.% | SiO2 Wt.% | LOI Wt.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Échantillon 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Échantillon 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Échantillon 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Échantillon 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
La taille des particules a été mesurée par mesure de la taille des particules laser à l’aide de la dispersion pneumatique sèche. Les résultats des échantillons d’aliments pour animaux sont indiqués ci-dessous Tableau 4.
Tableau 4. Taille des particules d’échantillons de bauxite testés par STET
| D10 D10 Micron | D50 Micron | D90 D90 Micron | D90 D90 Micron |
|
|---|---|---|---|---|
| Échantillon 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Échantillon 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Échantillon 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Échantillon 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Les échantillons ont été séparés à l’aide du séparateur de banc STET. Le séparateur de benchtop est utilisé pour le dépistage des preuves de tribo-ELECTROSTATIQUES et pour déterminer si un matériau est un bon candidat pour la valorisation électrostatique. La principale différence entre le séparateur de banc et les séparateurs à l’échelle du pilote et à l’échelle commerciale est que la longueur du séparateur de banc est approximativement 0.4 fois la longueur des unités pilotes et à l’échelle commerciale. Comme séparateur d’efficacité est fonction de la longueur d’électrode, tests de laboratoire ne peut servir comme un substitut pour le pilote test. Essai de pilote est nécessaire pour déterminer l’étendue de la séparation que le processus STET peut atteindre, et pour déterminer si le produit peut répondre à STET processus cible sous compte tenu des taux d’avance. Au lieu de cela, le séparateur de benchtop est utilisé pour exclure les matériaux de candidats qui ont peu de chances de démontrer toute séparation significative au niveau de l’échelle pilote. Résultats obtenus sur l’échelle du laboratoire seront non-optimisé, et la séparation observée est inférieure à qui serait observée sur un séparateur STET taille commercial.
Les essais avec le séparateur de banc STET ont démontré un mouvement significatif d’Al2O3 avec la majorité des échantillons testés. Dans trois des quatre échantillons testés par STET, mouvement substantiel d’Al2O3 a été observé. De plus,, les autres éléments majeurs de Fe2O3, SiO2 et TiO2 ont démontré un mouvement significatif dans la plupart des cas. En échantillon 1, Échantillon 3 et Échantillon 4, le mouvement de perte sur l’allumage (LOI) mouvement suivi d’Al2O3. Le mouvement des principaux éléments est montré ci-dessous dans Figure 5.
Le séparateur STET est un processus de séparation physique et sépare sélectivement les phases minérales en fonction du tribochargement, un phénomène de surface. Dans certains cas, la mesure dans laquelle les minéraux sont sensibles à la tribofacturage peut être prédite par la consultation d’une série triboélectrique., mais dans le cas des minerais minéraux complexes, souvent dans la pratique doit être déterminé empiriquement. Un résumé des propriétés de tribochargement pour les échantillons testés est illustré ci-dessous dans Tableau 5.
Tableau 5. Résumé du comportement de tribochargée pour les éléments majeurs. POS - chargé positif, NEG - négatif chargé.
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | TiO2 | LOI | |
|---|---|---|---|---|---|
| Échantillon 1 | Pos | Neg | Neg | Neg | Pos |
| Échantillon 2 | Neg | Pos | Neg | N/A | N/A |
| Échantillon 3 | Pos | Neg | N/A | Neg | Pos |
| Échantillon 4 | Pos | N/A | Neg | Neg | Pos |
La transformation à sec avec le séparateur STET offre la possibilité de générer de la valeur pour les producteurs de bauxite et d’aluminium. L’utilisation de gisements de bauxite de qualité inférieure peut entraîner une baisse des coûts miniers en réduisant les ratios de décapage et en réduisant la production de résidus. De plus,, le prétraitement de minerais de bauxite par séparation triboélectrostatique sèche peut améliorer l’économie du raffinage de l’aluminium en fournissant des qualités plus élevées de bauxite au processus de raffinage, ou en réduisant les volumes de boue rouge générés. De plus,, une teneur plus élevée en aluminium dans la boue rouge peut permettre le retraitement. Un résumé des caractéristiques idéales pour la bauxite de qualité métallurgique est présenté, ainsi qu’un résumé de l’avantage du séparateur STET, ci-dessous dans Tableau 6.
Tableau 6. Résumé des caractéristiques idéales pour la bauxite de qualité métallurgique.5
| Caractéristique de grade idéal | Impact s’il est inadéquat | Observé avec STET Separation |
|---|---|---|
| Faible "silice réactive" (1,5 % - <3.0%) (kaolinite) | Augmente l’utilisation caustique, un facteur critique de coût d’exploitation. | Réduction de la silice totale |
| Haute alumine extractible | Augmente les coûts de capital et d’exploitation de l’exploitation minière, traitement et élimination de la boue. | Augmentation de l’alumine |
| Faible carbone organique | Augmente les coûts d’exploitation en réduisant l’efficacité de l’usine. | |
| Boehmite basse (<3%) | Empêche le traitement à basse température qui peut augmenter le capital et les coûts d’exploitation. | |
| Goethite faible (tolérable dans une plante à haute température ou avec une hématite élevée) | Ralentit la clarification, abaisse la qualité du produit et augmente la perte d’alumine par le circuit de boue. | Réduction du total du fer |
| Faible humidité (peut créer de la poussière de nuisance si trop faible) | Augmente les coûts en capital (installation d’évaporation plus grande), consommation de carburant, frais d’expédition. | |
| Contenu en fer (idéalement 5%-<15%) | Le fer faible peut abaisser la qualité du produit. Le fer élevé dilue la teneur en alumine de la bauxite. | Réduction du total du fer |
| Quartz bas | Augmente les coûts d’entretien (vêtements de pipe). Augmente l’utilisation caustique dans les plantes à haute température. | Réduction de la silice totale |
| Faibles impuretés et oligo-éléments | Peut réduire l’efficacité du processus (Soufre, Chlore, Calcium) et la qualité du métal (Gallium, Zinc, Vanadium, Phosphore). | |
| Doux et friable | Augmente les coûts d’exploitation minière et de broyage. | |
| Dissout facilement | Augmente le capital (plus grand équipement de digestion) et les coûts d’exploitation. | |
| Faible titanie | Peut augmenter l’utilisation caustique dans les plantes à haute température. | Réduction de la titane |
| Faibles carbonates | Peut nécessiter un traitement spécial. |
Conclusion
La séparation tribo-électrostatique a été démontrée comme méthode efficace pour générer un minerai de bauxite de haute qualité pour une utilisation dans la production d’alumine. Les essais avec le séparateur de banc STET ont démontré un mouvement significatif d’Al2O3 avec la majorité des échantillons testés. Dans trois des quatre échantillons testés par STET, mouvement substantiel d’Al2O3 a été observé. De plus,, les autres éléments majeurs de Fe2O3, SiO2 et TiO2 ont fait preuve d’une séparation significative dans la plupart des cas. La transformation à sec avec le séparateur STET offre la possibilité de générer de la valeur pour les producteurs de bauxite et d’aluminium.
Références
1. Blin, P. & Dion-Ortega, A (2013) Haut et sec, CIM Magazine, vol. 8, aucune. 4, pp. 48-51.
2. Mauro, H, Hayoun Roa, K, & Forssberg, K (2000), Examen des méthodes de séparation électrique, Partie 1: Aspects fondamentaux, Minéraux & Traitement métallurgique, vol. 17, aucune. 1 pp 23 à 36.
3. Mauro, H, Hayoun Roa, K, & Forssberg, K (2000), Examen des méthodes de séparation électrique, Partie 2: Considérations pratiques, Minéraux & Traitement métallurgique, vol. 17, aucune. 1 pp 139-166.
4. Ralston O. (1961) Séparation électrostatique des solides granulaires mixtes, Société d’édition Elsevier, épuisé.
5. Kogel Kogel, Jessica Elzea; Trivedi Trivedi, Nikhil C; Barker, James M; Krukowski Krukowski, Stanley T.; Minéraux et roches industriels: Produits, Marchés, et utilise la 7ème édition, (2006), Page 237.
