Velg språk:
Abstrakt
ST Utstyr & Teknologi, Llc (STET) har utviklet et tribo-elektrostatisk belteseparasjonsbehandlingssystem som gir mineralbehandlingsindustrien et middel til å veljustere fine materialer med en helt tørr teknologi. I motsetning til andre elektrostatiske separasjonsprosesser som vanligvis er begrenset til partikler større enn 75 μm i størrelse, triboelektrisk belteseparator en ideell for separasjon av svært fin (<1µm) moderat grov (300µm) partikler med svært høy gjennomstrømning. Triboelektrisk belteseparatorteknologi har blitt brukt til å skille et bredt spekter av materialer, inkludert kullforbrenningsflyaske, calcite/kvarts, talkum/magnesite, baritt/kvarts, og feldspar/kvarts. Separasjonsresultater presenteres som beskriver tribo-ladeatferden for bauksittmineraler.
Introduksjon
Mangelen på tilgang til ferskvann blir en viktig faktor som påvirker gjennomførbarheten av gruveprosjekter rundt om i verden. Ifølge Hubert Fleming, tidligere global direktør for Hatch Water, "Av alle gruveprosjekter i verden som enten har blitt stoppet eller bremset ned i løpet av det siste året, det har vært, i nesten 100% av tilfellene, et resultat av vann, enten direkte eller indirekte".1 Tørre mineralbehandlingsmetoder gir en løsning på dette truende problemet.
Tørre metoder som elektrostatisk separasjon vil eliminere behovet for ferskvann, og tilby potensial til å redusere kostnadene. Elektriske separasjonsmetoder som benytter kontakt, eller tribo-elektrisk, lading er spesielt interessant på grunn av deres potensial til å skille et bredt utvalg av blandinger som inneholder ledende, Isolerende, og halvledende partikler.
Tribo-elektrisk lading oppstår når diskret, ulike partikler kolliderer med hverandre, eller med en tredje overflate, som resulterer i en overflateladningsforskjell mellom de to partikkeltypene. Skiltet og omfanget av ladeforskjellen avhenger delvis av forskjellen i elektronaffinitet (eller arbeidsfunksjon) mellom partikkeltypene. Separasjon kan deretter oppnås ved hjelp av et eksternt anvendt elektrisk felt.
Teknikken har blitt brukt industrielt i vertikale fritt fall type separatorer. I fritt fall separatorer, partiklene først erverve kostnad, deretter falle av tyngdekraften gjennom en enhet med motstående elektroder som påfører et sterkt elektrisk felt for å avlede partiklenes bane i henhold til tegn og størrelse på overflateladningen.2 Fritt fall separatorer kan være effektive for grove partikler, men er ikke effektive til å håndtere partikler som er finere enn ca. 0.075 til 0.1 mm.3,4 En av de mest lovende nye utviklingene innen tørre mineralseparasjoner er tribo-elektrostatisk belteseparator. Denne teknologien har utvidet partikkelstørrelsesområdet til finere partikler enn konvensjonelle elektrostatiske separasjonsteknologier, inn i området der bare flotasjon har vært vellykket i det siste.
Tribo-elektrostatisk belte separasjon
I tribo-elektrostatisk belte separator (Figur 1 og Figur 2), materialet mates inn i det tynne gapet 0.9 – 1.5 cm mellom to parallelle planarelektroder. Partiklene lades triboelektroelektrisk ved interpartikkelkontakt. For eksempel, i tilfelle av kull forbrenning fly aske, en blanding av karbonpartikler og mineralpartikler, det positivt ladede karbonet og det negativt ladede mineralet tiltrekkes av motsatte elektroder. Partiklene blir deretter feid opp av et kontinuerlig bevegelig åpent nettbelte og formidles i motsatt retning. Beltet beveger partiklene ved siden av hver elektrode mot motsatte ender av separatoren. Det elektriske feltet trenger bare å flytte partiklene en liten brøkdel av en centimeter for å flytte en partikkel fra en venstregående til en høyregående strøm. Motstrømsstrømmen av separerende partikler og kontinuerlig triboelektrisk lading ved karbon-mineralkollisjoner gir en flertrinns separasjon og resulterer i utmerket renhet og utvinning i en enkeltpassenhet. Høy beltehastighet muliggjør også svært høye gjennomstrømninger, opptil 40 tonn per time på en enkelt separator. Ved å kontrollere ulike prosessparametere, for eksempel beltehastighet, matingspunkt, elektrodegap og matehastighet, enheten produserer lavkarbonflueaske ved karboninnhold i 2 % ± 0.5% fra fôrflueaske som spenner i karbon fra 4% til over 30%.
Separatordesignen er relativt enkel. Beltet og tilhørende valser er de eneste bevegelige delene. Elektrodene står stille og består av et passende holdbart materiale. Beltet er laget av plastmateriale. Separatorelektrodelengden er ca. 6 meter (20 Ft.) og bredden 1.25 meter (4 Ft.) for kommersielle enheter i full størrelse. Strømforbruket er mindre enn 2 kilowattime per tonn materiale behandlet med det meste av kraften som forbrukes av to motorer som kjører beltet.
Prosessen er helt tørr, krever ingen ekstra materialer og produserer ingen avløpsvann eller luftutslipp. Ved karbon fra flyaskeseparasjoner, de gjenvunne materialene består av flyaske redusert i karboninnhold til nivåer som er egnet for bruk som en pozzolanic blanding i betong, og en høy karbonfraksjon som kan brennes ved elektrisitetsgenererende anlegg. Bruk av begge produktstrømmene gir en 100% løsning for å fly askeavhendingsproblemer. For mineralseparasjoner, behandle bauksitt for eksempel, separatoren gir en teknologi for å redusere vannforbruket, forlenge reservelevetiden og/eller gjenopprette og reprosessere halinger.
Tribo-elektrostatisk belte separator er relativt kompakt. En maskin designet for å behandle 40 tonn per time er ca. 9.1 meter (30 Ft.) lang, 1.7 meter (5.5 Ft.) bred og 3.2 meter (10.5 Ft.) Høy. Den nødvendige plantebalansen består av systemer for å transportere tørt materiale til og fra separatoren. Systemets kompakthet gir fleksibilitet i installasjonsdesign.
Tribo-elektrostatisk belteseparasjonsteknologi er robust og industrielt bevist, og ble først brukt industrielt på bearbeiding av kullforbrenningsflyveaske i 1995. Teknologien er effektiv i å skille karbonpartikler fra ufullstendig forbrenning av kull, fra de glassaktige aluminosilikatmineralpartiklene i flyasken. Teknologien har vært medvirkende til å muliggjøre resirkulering av mineralrik flyaske som sementerstatning i betongproduksjon. Siden 1995, over 20,000,000 tonn flyaske har blitt behandlet av 19 tribo-elektrostatiske belte separatorer installert i USA, Canada, STORBRITANNIA, Polen, og Sør-Korea. Den industrielle historien om flyaskeseparasjon er oppført i Tabell 1.
Tabell 1. Industriell anvendelse av tribo-elektrostatisk belteseparasjon for flyaske
| Verktøyet / kraftverk | Plasseringen | Oppstart av kommersiell drift | Detaljer om fasilitetene |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – Roxboro stasjon | Nord-Carolina Norge | 1997 | 2 Skilletegn |
| Talen energi- Brandon Kysten | Tore Norge | 1999 | 2 Skilletegn |
| Skotsk makt- Longannet stasjon | Skottland Storbritannia | 2002 | 1 Skilletegn |
| Jacksonville Elektrisk-St. Johns Kraftpark | Florida USA | 2003 | 2 Skilletegn |
| Sør Mississippi elektrisk kraft -R.D. Morrow | Mississippi Norge | 2005 | 1 Skilletegn |
| New Brunswick Power-Belledune | New Brunswick Norge | 2005 | 1 Skilletegn |
| RWE npower-Didcot stasjon | England Storbritannia | 2005 | 1 Skilletegn |
| Talen Energy-Brunner-stasjon | Usa (andre vil si) | 2006 | 2 Skilletegn |
| Tampa elektrisk-stor bend stasjon | Florida USA | 2008 | 3 Skilletegn to-pass scavenging |
| RWE npower-Aberthaw stasjon | Wales Storbritannia | 2008 | 1 Skilletegn |
| EDF Energy-West Burton stasjon | England Storbritannia | 2008 | 1 Skilletegn |
| ZGP (andre er i seg selv (Lafarge Sement /Ciech Janikosoda JV) | Polen | 2010 | 1 Skilletegn |
| Korea Sørøst-makt- Yeongheung (andre er i 2018 | Sør-Korea | 2014 | 1 Skilletegn |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polen | 2018 | 1 Skilletegn |
| Taiheiyo Sement Selskap-Chichibu | Japan | 2018 | 1 Skilletegn |
| Armstrong Fly Ash- Eagle Sement | Filippinene | Planlagt 2019 | 1 Skilletegn |
| Korea Sørøst-makt- Samcheonpo (andre betydninger) | Sør-Korea | Planlagt 2019 | 1 Skilletegn |
Tribo-elektrostatisk separasjon av bauksittmineraler
ST utstyr & Teknologi (STET) utført benkskala tørr tribo-elektrostatisk separasjonstesting på flere prøver av bauksittmineraler. Eksemplene er listet opp nedenfor i Tabell 2.
Tabell 2. Egenskaper av bauksittprøver testet av STET
| Beskrivelse | Ønsket produkt & Mål | |
|---|---|---|
| Eksempel 1 | ROM-bauksitt | Al2O3 utvinning Reduser SiO2, Fe2O3 (andre er i seg selv), TiO2 (andre er i seg selv) |
| Eksempel 2 | PLK (Delvis lateritisert Khondalite) | Al2O3 utvinning Reduser SiO2, Fe2O3 (andre er i seg selv), TiO2 (andre er i seg selv) |
| Eksempel 3 | Rød gjørme | Fe2O3 utvinning Reduser SiO2, Al2O3 (andre er i slekt), TiO2 (andre er i seg selv) |
| Eksempel 4 | ROM Bauksitt Slimes | Al2O3 utvinning Reduser SiO2, Fe2O3 (andre er i seg selv), TiO2 (andre er i seg selv) |
Kjemisk sammensetning for alle fôr- og separerte produktprøver ble målt ved røntgenfluorescens (XRF) bruke et WD-XRF-system. Resultatene av den kjemiske analysen for fôrprøvene er vist nedenfor i Tabell 3.
Tabell 3. Kjemiske egenskaper ved bauksittprøver testet av STET
| Al2O3 wt.% | Fe2O3 wt.% | SiO2 wt.% | SiO2 wt.% | LOI wt.% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Eksempel 1 | 43.7 | 25.9 | 3.9 | 2.3 | 23.6 |
| Eksempel 2 | 34.9 | 19.4 | 28.5 | 2.1 | 14.7 |
| Eksempel 3 | 19.0 | 52.1 | 6.7 | 4.9 | 11.1 |
| Eksempel 4 | 34.6 | 23.2 | 18.0 | 4.4 | 18.8 |
Partikkelstørrelse ble målt ved måling av laserpartikkelstørrelse ved hjelp av tørr pneumatisk dispersjon. Resultatene for feedprøvene vises nedenfor i Tabell 4.
Tabell 4. Partikkelstørrelse på bauksittprøver testet av STET
| D10 Mikron | D50 Mikron | D90 Mikron | D90 Mikron |
|
|---|---|---|---|---|
| Eksempel 1 | 2 | 19 | 73 | 118 |
| Eksempel 2 | 2 | 45 | 575 | 898 |
| Eksempel 3 | 1 | 27 | 212 | 325 |
| Eksempel 4 | 1 | 7 | 59 | 93 |
Prøver ble separert ved hjelp av STET-benkeplateseparatoren. Benkeskilletegnet brukes til screening for tegn på tribo-elektrostatisk lading og for å avgjøre om et materiale er en god kandidat for elektrostatisk beneficiation. Hovedforskjellen mellom benkeplateseparatoren og pilotskala- og kommersielle skalaseparatorer er at lengden på benkeplateseparatoren er ca. 0.4 ganger lengden på pilot-skala og kommersielle skala enheter. Siden separatoreffektiviteten er en funksjon av elektrodelengden, benk-skala testing kan ikke brukes som en erstatning for pilot-skala testing. Pilot-skala testing er nødvendig for å bestemme omfanget av separasjonen som STET-prosessen kan oppnå, og for å finne ut om STET-prosessen kan oppfylle produktmålene under gitte feedhastigheter. Stedet, benkeskilletegnet brukes til å utelukke kandidatmaterialer som er usannsynlig å demonstrere noen betydelig separasjon på pilotskalanivå. Resultater oppnådd på benkskalaen vil ikke være optimalisert, og separasjonen som er observert, er mindre enn det som vil bli observert på en kommersiell størrelse STET separator.
Testing med STET benkeplateseparator viste betydelig bevegelse av Al2O3 med de fleste prøvene testet. I tre av de fire prøvene som ble testet av STET, signifikant bevegelse av Al2O3 ble observert. i tillegg, de andre hovedelementene i Fe2O3, SiO2 og TiO2 viste i de fleste tilfeller signifikant bevegelse. I eksempel 1, Eksempel 3 og Eksempel 4, bevegelsen av tap på tenning (LOI) etterfulgt bevegelse av Al2O3. Bevegelsen av de viktigste elementene er vist nedenfor i Figur 5.
STET separator er en fysisk separasjonsprosess og skiller selektivt mineralfaser basert på tribolading, et overflatefenomen. I hvilken grad mineraler er utsatt for tribolading, kan i noen tilfeller forutsies via konsultasjon av en triboelektrisk serie., men i tilfelle av komplekse mineral malm, ofte i praksis må bestemmes empirisk. Et sammendrag av triboladeegenskapene for prøvene som er testet, vises nedenfor i Tabell 5.
Tabell 5. Sammendrag av triboladeatferd for hovedelementer. POS = ladet positivt, NEG = ladet negativ.
| Al2O3 (andre er i slekt) | Fe2O3 (andre er i seg selv) | SiO2 (andre) | TiO2 (andre er i seg selv) | LOI | |
|---|---|---|---|---|---|
| Eksempel 1 | Pos | Neg (andre) | Neg (andre) | Neg (andre) | Pos |
| Eksempel 2 | Neg (andre) | Pos | Neg (andre) | N/a | N/a |
| Eksempel 3 | Pos | Neg (andre) | N/a | Neg (andre) | Pos |
| Eksempel 4 | Pos | N/a | Neg (andre) | Neg (andre) | Pos |
Tørrbehandling med STET separator gir muligheter til å generere verdi for bauksitt og aluminiumprodusenter. Utnyttelsen av bauksittavleiringer av lavere klasse kan gi lavere gruvekostnader ved å redusere strippingsforhold og ved redusert generering av tailings. i tillegg, forhåndsbehandling av bauksitt malm ved tørr triboelektrostatisk separasjon kan resultere i forbedret økonomi i aluminiumraffinering ved å levere høyere grad av bauksitt til raffineringsprosessen, eller ved å redusere volumer av rød gjørme generert. i tillegg, høyere aluminiuminnhold i rød gjørme kan tillate reprosessering. Et sammendrag av ideelle egenskaper for metallurgisk bauksitt presenteres, samt en oppsummering av fordelen med STET-separatoren, nedenfor i Tabell 6.
Tabell 6. Oppsummering av ideelle egenskaper for metallurgisk bauksitt.5
| Ideell karakterkarakteristikk | Innvirkning hvis utilstrekkelig | Observert med STET-separasjon |
|---|---|---|
| Lav "reaktiv silika" (>1,5 % - <3.0%) (kaolinite) | Øker kaustisk bruk, en kritisk driftskostnadsfaktor. | Reduksjon i total silika |
| Høy uttrekkbar alumina | Øker kapital- og driftskostnadene for gruvedrift, prosessering og gjørmeavhending. | Økning i alumina |
| Lavt organisk karbon | Øker driftskostnadene ved å redusere anleggseffektiviteten. | |
| Lav boehmite (<3%) | Utelukker lavtemperaturbehandling som kan øke kapital- og driftskostnadene. | |
| Lav goethite (tolererbar i en høytemperaturplante eller med høy hematitt) | Bremser avklaring, senker produktkvaliteten og øker aluminatapet via gjørmekretsen. | Reduksjon i totalt jern |
| Lav fuktighet (kan skape plagsomt støv hvis det er for lavt) | Øker kapitalkostnadene (større fordampningsanlegg), drivstofforbruk, Fraktkostnadene. | |
| Jern innhold (ideelt sett >5%-<15%) | Lavt jern kan senke produktkvaliteten. Høyt jern fortynner aluminainnhold av bauksitt. | Reduksjon i totalt jern |
| Lav kvarts | Øker vedlikeholdskostnadene (rør slitasje). Øker kaustisk bruk i høytemperaturanlegg. | Reduksjon i total silika |
| Lave urenheter og sporstoffer | Kan redusere prosesseffektiviteten (svovel, klor, kalsium) og metallkvalitet (gallium, sink, vanadium, fosfor). | |
| Myk og sprø | Øker gruve- og slipekostnadene. | |
| Oppløses lett | Øker kapitalen (større fordøyelsesutstyr) og driftskostnader. | |
| Lav titania | Kan øke kaustisk bruk i høytemperaturanlegg. | Reduksjon i titania |
| Lavkarbonater | Kan kreve spesiell behandling. |
Konklusjon
Tribo-elektrostatisk separasjon ble demonstrert som en effektiv metode for å generere en høyverdig bauksitt malm for bruk i aluminaproduksjon. Testing med STET benkeplateseparator viste betydelig bevegelse av Al2O3 med de fleste prøvene testet. I tre av de fire prøvene som ble testet av STET, signifikant bevegelse av Al2O3 ble observert. i tillegg, de andre hovedelementene i Fe2O3, SiO2 og TiO2 viste signifikant separasjon i de fleste tilfeller. Tørrbehandling med STET separator gir muligheter til å generere verdi for bauksitt og aluminiumprodusenter.
Referanser
1. Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Høy og tørr, CIM-magasinet, Vol. 8, nei. 4, PP. 48-51.
2. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Gjennomgang av elektriske separasjonsmetoder, Del 1: Grunnleggende sider, Mineraler & Metallurgisk behandling, Vol. 17, nei. 1 I 1999 ble det etablert en egen avdeling i Sia1..
3. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Gjennomgang av elektriske separasjonsmetoder, Del 2: Praktiske hensyn, Mineraler & Metallurgisk behandling, Vol. 17, nei. 1 I 1999 ble det etablert en egen avdeling for.
4. Ralston O. (1961) Elektrostatisk separasjon av blandede granulære faste stoffer, Elsevier forlag, ikke skriveut.
5. Kogel, Jessica Elzea; Trivedi, Nikhil C; Barker, Bjørn M; Krukowski, Stanley T.; Industrielle mineraler og bergarter: Varer, Markeder, og bruker 7., (2006), Siden 237.
