בחר שפה:
מופשט
ST Equipment & טכנולוגיה, LLC (לתקן) has developed a tribo-electrostatic belt separation processing system that provides the mineral processing industry a means to beneficiate fine materials with an entirely dry technology. In contrast to other electrostatic separation processes that are typically limited to particles greater than 75µm in size, מפריד החגורה הטריבואלקטרי מתאים באופן אידיאלי להפרדה של עדינים מאוד (<1מיקרומטר) עד גס למדי (300מיקרומטר) חלקיקים עם תפוקה גבוהה מאוד. The triboelectric belt separator technology has been used to separate a wide range of materials including coal combustion fly ash, קלציט/קוורץ, טלק/מגנזיט, ברניט/קוורץ, and feldspar/quartz. Separation results are presented describing the tribo-charging behavior for bauxite minerals.
מבוא
חוסר הגישה למים מתוקים הופך לגורם מרכזי המשפיע על היתכנות פרויקטי כרייה ברחבי העולם. לפי הוברט פלמינג, מנהל גלובלי לשעבר של האץ' ווטר, "מכל פרויקטי הכרייה בעולם שנעצרו או האטו בשנה האחרונה, זה היה, כמעט ב 100% של המקרים, תוצאה של מים, either directly or indirectly”.1 Dry mineral processing methods offer a solution to this looming problem.
שיטות יבשות כגון הפרדה אלקטרוסטטית יבטלו את הצורך במים מתוקים, ולהציע את הפוטנציאל להפחית עלויות. Electric separation methods that utilize contact, או טריבו-אלקטריק, charging are particularity interesting because of their potential to separate a wide variety of mixtures containing conductive, בידוד, וחלקיקים מוליכים למחצה.
טעינה טריבו-חשמלית מתרחשת כאשר היא בדידה, חלקיקים שונים מתנגשים זה בזה, או עם משטח שלישי, וכתוצאה מכך נוצר הפרש מטען פני השטח בין שני סוגי החלקיקים. הסימן והגודל של הפרש המטען תלויים בחלקם בהבדל בזיקה לאלקטרונים (או פונקציית עבודה) בין סוגי החלקיקים. לאחר מכן ניתן להשיג הפרדה באמצעות שדה חשמלי חיצוני.
הטכניקה שימשה באופן תעשייתי במפרידי סוג נפילה חופשית אנכיים. במפרידי נפילה חופשית, החלקיקים רוכשים תחילה מטען, then fall by gravity through a device with opposing electrodes that apply a strong electric field to deflect the trajectory of the particles according to sign and magnitude of their surface charge.2 Free-fall separators can be effective for coarse particles, but are not effective at handling particles finer than about 0.075 כדי 0.1 mm.3,4 One of the most promising new developments in dry mineral separations is the tribo-electrostatic belt separator. טכנולוגיה זו הרחיבה את טווח גודל החלקיקים לחלקיקים עדינים יותר מאשר טכנולוגיות הפרדה אלקטרוסטטית קונבנציונליות, לתוך הטווח שבו רק ציפה הצליחה בעבר.
Tribo-Electrostatic Belt Separation
במפריד החגורה הטריבו-אלקטרוסטטי (איור 1 ואיור 2), החומר מוזן לתוך הפער הדק 0.9 – 1.5 ס"מ בין שתי אלקטרודות מישוריות מקבילות. החלקיקים טעונים באופן משולש על ידי מגע בין-מפלגתי. לדוגמה, במקרה של שריפת פחם זבוב אפר, תערובת של חלקיקי פחמן וחלקיקים מינרליים, הפחמן הטעון בחיוב והמינרל הטעון באופן שלילי נמשכים לאלקטרודות מנוגדות. לאחר מכן נסחפים החלקיקים על ידי חגורת רשת פתוחה רציפה ומועברת לכיוונים מנוגדים. החגורה מזיזה את החלקיקים הסמוכים לכל אלקטרודה לכיוון קצוות מנוגדים של המפריד. השדה החשמלי צריך רק להזיז את החלקיקים שבריר זעיר של סנטימטר כדי להזיז חלקיק מזרם שמאלה לזרם הנע ימינה. The counter current flow of the separating particles and continual triboelectric charging by carbon-mineral collisions provides for a multi-stage separation and results in excellent purity and recovery in a single-pass unit. מהירות החגורה הגבוהה מאפשרת גם תפוקות גבוהות מאוד, עד 40 טון לשעה על מפריד יחיד. על-ידי שליטה בפרמטרים שונים של תהליכים, כגון מהירות חגורה, נקודת הזנה, פער אלקטרודה וקצב הזנה, המכשיר מייצר אפר זבוב פחמן נמוך בתכולת פחמן של 2 % ± 0.5% מאפר זבוב מזון החל פחמן מ 4% כדי לעבור 30%.
עיצוב המפריד פשוט יחסית. החגורה וההברילים הקשורים הם החלקים הנעים היחידים. האלקטרודות הם נייח, מורכב חומר עמיד כראוי. החגורה עשויה חומר פלסטיק. אורך האלקטרודה של המפריד הוא כ 6 מטר (20 רגל.) והרוחב 1.25 מטר (4 רגל.) עבור יחידות מסחריות בגודל מלא. צריכת החשמל נמוכה מ 2 קילוואט-שעה לטון חומר מעובד כאשר רוב הכוח נצרך על ידי שני מנועים המניעים את החגורה.
התהליך יבש לחלוטין., לא דורש חומרים נוספים ולא מייצר מי שפכים או פליטת אוויר. במקרה של פחמן מהפרדות אפר זבובים, החומרים השוחזרים מורכבים מאפר זבובים מופחת בתוכן פחמן לרמות המתאימות לשימוש כתעריר פוזולניק בבטון, ושבר פחמן גבוה שניתן לשרוף במפעל לייצור חשמל. ניצול של שני זרמי המוצרים מספק 100% פתרון לבעיות סילוק אפר זבובים. For mineral separations, processing bauxite for example, the separator provides a technology to reduce water usage, להאריך את חיי המילואים ו/או להתאושש ולתכנת מחדש זנבות.
The tribo-electrostatic belt separator is relatively compact. מכונה המיועדת לעיבוד 40 טון לשעה הוא בערך 9.1 מטר (30 רגל.) ארוך, 1.7 מטר (5.5 רגל.) רחב ו 3.2 מטר (10.5 רגל.) גבוהה. האיזון הנדרש של הצמח מורכב ממערכות להעברת חומר יבש אל המפריד ומ ממנו. הקומפקטיות של המערכת מאפשרת גמישות בעיצובי התקנה.
The tribo-electrostatic belt separation technology is robust and industrially proven, and was first applied industrially to the processing of coal combustion fly ash in 1995. הטכנולוגיה יעילה בהפרדת חלקיקי פחמן מהבעירה הלא שלמה של הפחם, מחלקיקים מינרליים מזוגוגיים באפר הזבוב. הטכנולוגיה סייעה בהפעלת מיחזור של אפר הזבובים העשיר במינרלים כתחליף בטון בייצור בטון. מאז 1995, מעל 20,000,000 tonnes of fly ash has been processed by the 19 tribo-electrostatic belt separators installed in the USA, קנדה, בריטניה, פולין, and South Korea. The industrial history of fly ash separation is listed in טבלה 1.
טבלה 1. יישום תעשייתי של הפרדת חגורה תלת-אלקטרוסטטית לאפר זבוב
| השירות / תחנת כוח | מיקום | תחילת הפעילות המסחרית | פרטי מתקן |
|---|---|---|---|
| דיוק אנרג'י – תחנת רוקסבורו | צפון קרוליינה ארה"ב | 1997 | 2 מפרידים |
| טאלן אנרגיה- ברנדון שורס | מרילנד ארה"ב | 1999 | 2 מפרידים |
| כוח סקוטי- תחנת הרכבת לונגאנט | סקוטלנד ישראל | 2002 | 1 מפריד |
| ג'קסונוויל אלקטריק-סנט. פארק הכוח ג'ונס ריבר | פלורידה ארה"ב | 2003 | 2 מפרידים |
| דרום מיסיסיפי אלקטריק פאוור -R.D. מורו | מיסיסיפי ארה"ב | 2005 | 1 מפריד |
| ניו ברונסוויק פאוור-בלדון | ניו ברונסוויק קנדה | 2005 | 1 מפריד |
| תחנת RWE npower-דיקוט | אנגליה בריטניה | 2005 | 1 מפריד |
| תחנת טאלן אנרג'י-ברונר איילנד | פנסילבניה ארה"ב | 2006 | 2 מפרידים |
| תחנת טמפה אלקטריק ביג בנד | פלורידה ארה"ב | 2008 | 3 מפרידים two-pass scavenging |
| תחנת RWE npower-אברתאו | ויילס ישראל | 2008 | 1 מפריד |
| תחנת EDF אנרגיה-ווסט ברטון | אנגליה בריטניה | 2008 | 1 מפריד |
| ZGP (ת"א) (מלט Lafarge / Ciech Janikosoda JV) | פולין | 2010 | 1 מפריד |
| קוריאה דרום מזרח כוח- יונגהונג | קוריאה הדרומית | 2014 | 1 מפריד |
| PGNiG טרמיקה-סירקירקי | פולין | 2018 | 1 מפריד |
| Taiheiyo מלט החברה-Chichibu | יפן | 2018 | 1 מפריד |
| ארמסטרונג פליי אפר- מלט נשר | פיליפינים | Scheduled 2019 | 1 מפריד |
| קוריאה דרום מזרח כוח- סמצ'אונפו | קוריאה הדרומית | Scheduled 2019 | 1 מפריד |
Tribo-Electrostatic Separation of Bauxite Minerals
סט ציוד & טכנולוגיה (לתקן) performed bench scale dry tribo-electrostatic separation testing on multiple samples of bauxite minerals. The samples are listed below in טבלה 2.
טבלה 2. Properties of bauxite samples tested by STET
| Description | Desired Product & Goals | |
|---|---|---|
| Sample 1 | ROM Bauxite | Al2O3 recovery Reduce SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Sample 2 | PLK (Partially Lateritized Khondalite) | Al2O3 recovery Reduce SiO2, Fe2O3, TiO2 |
| Sample 3 | Red Mud | Fe2O3 recovery Reduce SiO2, Al2O3, TiO2 |
| Sample 4 | ROM Bauxite Slimes | Al2O3 recovery Reduce SiO2, Fe2O3, TiO2 |
Chemical composition for all feed and separated product samples was measured by X-Ray Fluorescence (XRF) using a WD-XRF system. The results of the chemical analysis for the feed samples are shown below in טבלה 3.
טבלה 3. Chemical properties of bauxite samples tested by STET
| Al2O3 wt.% | Fe2O3 wt.% | SiO2 wt.% | SiO2 wt.% | LOI wt.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Sample 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Sample 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Sample 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Sample 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
Particle size was measured by laser particle size measurement using dry pneumatic dispersion. The results for the feed samples are shown below in טבלה 4.
טבלה 4. Particle size of bauxite samples tested by STET
| D10 מיקרון | D50 מיקרון | D90 מיקרון | D90 מיקרון |
|
|---|---|---|---|---|
| Sample 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Sample 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Sample 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Sample 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Samples were separated using the STET benchtop separator. מפריד הספסל משמש לסינון ראיות לטעינה תלת-אלקטרוסטטית ולקביעה אם חומר הוא מועמד טוב למוטב אלקטרוסטטי. The primary difference between the benchtop separator and pilot-scale and commercial-scale separators is that the length of the benchtop separator is approximately 0.4 פי כמה זמן של יחידות בקנה מידה ניסיוני ומסחרי. מכיוון שיעילות המפריד היא פונקציה של אורך האלקטרודה, בדיקות בקנה מידה של ביצועים אינן יכולות לשמש כתחליף לבדיקות בקנה מידה של פיילוט. בדיקות בקנה מידה של פיילוט נחוצות כדי לקבוע את מידת ההפרדה שתהליך STET יכול להשיג, ולקבוע אם תהליך STET יכול לעמוד ביעדי המוצר תחת קצבי הזנה נתונים. במקום, מפריד הספסלים משמש לפסילת חומרים מועמדים שלא סביר שידגימו הפרדה משמעותית ברמת הפיילוט. התוצאות שיתקבלו בסולם הספסלים לא יהיו אופטימליות, וההפרדה שנצפתה קטנה מזו שנצפתה על מפריד STET בגודל מסחרי.
Testing with the STET benchtop separator demonstrated significant movement of Al2O3 with the majority of the samples tested. In three of the four samples tested by STET, substantial movement of Al2O3 was observed. בנוסף, המרכיבים העיקריים האחרים של Fe2O3, SiO2 ו- TiO2 הראו תנועה משמעותית ברוב המקרים. In Sample 1, Sample 3 and Sample 4, תנועת האובדן על ההצתה (לואה) עוקב אחר תנועה של Al2O3. The movement of the major elements is shown below in איור 5.
The STET separator is a physical separation process and selectively separates mineral phases based on tribocharging, a surface phenomenon. The degree to which minerals are susceptible to tribocharging is in some cases able to be predicted via consultation of a triboelectric series, but in the case of complex mineral ores, often in practice must be determined empirically. A summary of the tribocharging properties for the samples tested is shown below in טבלה 5.
טבלה 5. Summary of tribocharging behaviour for major elements. POS = charged positive, NEG = charged negative.
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | TiO2 | לואה | |
|---|---|---|---|---|---|
| Sample 1 | POS | NEG | NEG | NEG | POS |
| Sample 2 | NEG | POS | NEG | N/A | N/A |
| Sample 3 | POS | NEG | N/A | NEG | POS |
| Sample 4 | POS | N/A | NEG | NEG | POS |
Dry processing with the STET separator offers opportunities to generate value for bauxite and aluminium producers. The utilization of lower grade bauxite deposits may allow for lower mining costs by reducing stripping ratios and by reduced generation of tailings. בנוסף, 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, or by reducing volumes of red mud generated. בנוסף, higher aluminium content in red mud may allow for reprocessing. A summary of ideal characteristics for metallurgical grade bauxite is presented, as well as a summary of the benefit of the STET separator, below in טבלה 6.
טבלה 6. Summary of ideal characteristics for metallurgical grade bauxite.5
| Ideal Grade Characteristic | Impact if Inadequate | Observed with STET Separation |
|---|---|---|
| Low “reactive silica” (>1.5% - <3.0%) (kaolinite) | Increases caustic usage, a critical operating cost factor. | Reduction in total silica |
| High extractable alumina | Increases capital and operating costs for mining, processing and mud disposal. | Increase in alumina |
| Low organic carbon | Increases operating costs by reducing plant efficiency. | |
| Low boehmite (<3%) | Precludes low-temperature processing that can increase capital and operating costs. | |
| Low goethite (tolerable in a high-temperature plant or with high hematite) | Slows clarification, lowers product quality and increases alumina loss via mud circuit. | Reduction in total iron |
| Low moisture (can create nuisance dust if too low) | Increases capital costs (larger evaporation facility), fuel consumption, shipping costs. | |
| Iron content (ideally >5%-<15%) | Low iron can lower product quality. High iron dilutes alumina content of bauxite. | Reduction in total iron |
| Low quartz | Increases maintenance costs (pipe wear). Increases caustic usage in high-temperature plants. | Reduction in total silica |
| Low impurities and trace elements | Can lower process efficiency (sulfur, chlorine, calcium) and metal quality (gallium, zinc, vanadium, phosphorus). | |
| Soft and friable | Increases mining and grinding costs. | |
| Dissolves readily | Increases capital (larger digestion equipment) and operating costs. | |
| Low titania | Can increase caustic usage in high-temperature plants. | Reduction in titania |
| Low carbonates | Can require special processing. |
מסקנה
Tribo-electrostatic separation was demonstrated as an effective method for generating a high-grade bauxite ore for use in alumina production. Testing with the STET benchtop separator demonstrated significant movement of Al2O3 with the majority of the samples tested. In three of the four samples tested by STET, substantial movement of Al2O3 was observed. בנוסף, המרכיבים העיקריים האחרים של Fe2O3, SiO2 and TiO2 demonstrated significant separation in most cases. Dry processing with the STET separator offers opportunities to generate value for bauxite and aluminium producers.
הפניות
1. בלין (בלין), P & דיון אורטגה, A (2013) גבוה ויבש, מגזין CIM, vol. 8, לא. 4, pp. 48-51.
2. Manouchehri, H, הנופנטה רואה, K, & Forssberg, K (2000), סקירת שיטות ההפרדה החשמלית, חלק 1: ההיבטים הבסיסיים, מינרלים & עיבוד מתכות, vol. 17, לא. 1 עמ' 23–36.
3. Manouchehri, H, הנופנטה רואה, K, & Forssberg, K (2000), סקירת שיטות ההפרדה החשמלית, חלק 2: שיקולים מעשיים, מינרלים & עיבוד מתכות, vol. 17, לא. 1 עמ' 139–166.
4. רלסטון או. (1961) הפרדה אלקטרוסטטית של מוצקים גרגיריים מעורבים, חברת ההוצאה לאור Elsevier, אזל מהדפוס.
5. Kogel, Jessica Elzea; Trivedi, Nikhil C; Barker, James M; Krukowski, Stanley T.; Industrial Minerals and Rocks: סחורות, שווקים, and Uses 7th Edition, (2006), דף 237.
