Seleccioneu idioma:
L'equip del ST & Tecnologia LLC (STET) separador de cinturó tribo-electrostàtic és ideal per beneficiar-se molt bé (<1µm) a un gruix moderat (500µm) partícules minerals, amb un rendiment molt alt. Els resultats experimentals van demostrar la capacitat del separador STET per beneficiar mostres de bauxita augmentant l'alúmina disponible alhora que reduïa la sílice reactiva i total.. La tecnologia STET es presenta com un mètode per actualitzar i pre-concentrar dipòsits de bauxita per al seu ús en la producció d'alúmina. El processament en sec amb el separador STET comportarà una reducció dels costos operatius de la refineria a causa del menor consum de sosa càustica, estalvi energètic a causa del menor volum d'òxids inerts i una reducció del volum de residus de refineria d'alúmina (ARR o fang vermell). A més a més, la tecnologia STET pot oferir als refinadors d'alúmina altres beneficis, incloent l'augment de les reserves de pedreres, extensió de la vida del lloc d'eliminació de fang vermell, i allargada vida operativa de les mines de bauxita existents millorant la utilització de les pedreres i maximitzant la recuperació. El byproducte lliure d'aigua i sense químics produït pel procés STET és utilitzable per a la fabricació de ciment en volums elevats sense pretractament, en contrast amb el fang vermell, que ha limitat la reutilització beneficiosa.
1.0 Introducció
La producció d'alumini és d'importància central per a la indústria minera i metal·lúrgica i fonamental per a una varietat d'indústries [1-2]. Mentre que l'alumini és l'element metàl·lic més comú que es troba a la terra, en total sobre 8% de l'escorça terrestre, com a element és reactiu i per tant no es produeix naturalment [3]. Aquí, el mineral ric d'alumini necessita ser refinat per produir alúmina i alumini, que resulta en una generació significativa de residus [4]. A mesura que la qualitat dels dipòsits bauxita declinar globalment, la generació de residus augmenta, plantejar desafiaments a l'alúmina i la indústria d'alumini en termes de costos de processament, costos de disposició i l'impacte en el medi ambient [3].
El principal material de partida per a la refinació d'alumini és bauxita, la principal font comercial del món d'alumini [5]. Bauxita és una roca d'hidròxid sedimentari enriquit, produït a partir de la laterització i la meteorització de roques riques en òxids de ferro, òxids d'alumini, o ambdós comunament contenen quars i argiles com la caolí [3,6]. Les roques de bauxita consisteixen en la majoria dels minerals d'alumini gibbsite (Al(Oh)3), boehmite (γ-AlO(Oh)) i diàspora (α-AlO(Oh)) (Taula 1), i es barreja generalment amb els dos òxids de ferro goethite (FeO(Oh)) i Hematites (Fe2O3), l'argila d'alumini kaolinita mineral, petites quantitats d'anatasa i/o Titania (TiO2), ilmenita (FeTiO3) i altres impureses en quantitats lleus o traça [3,6,7].
Els termes de Trihidrat i monohidrat són comunament utilitzats per la indústria per diferenciar diversos tipus de bauxita. Bauxite que és totalment o gairebé tot el coixinet gibbsite s'anomena un mineral de Trihidrat; Si el boehmite o la diàspora són els minerals dominants, es coneix com a mineral monohidrat [3]. Les barreges de gibbsite i boehmite són comunes en tot tipus de bauxites., boehmite i la diàspora menys comú, i gibbsite i diàspora rares. Cada tipus de mineral bauxita presenta els seus propis desafiaments en termes de processament mineral i la beneficiació per a la generació d'alúmina [7,8].
Taula 1. Composició química de Gibbsite, Boehmite i diàspora [3].
| Composició química | Gibbsite AL(Oh)3 o al2O 3.3 H2O | Boehmite ALO(Oh) o al2O3.H2O | Diaspore ALO(Oh) o al2O3.H2O |
|---|---|---|---|
| Al2O3 WT | 65.35 | 84.97 | 84.98 |
| (Oh) WT | 34.65 | 15.03 | 15.02 |
Els dipòsits bauxita s'estenen arreu del món, la majoria es produeixen en regions tropicals o subtropicals [8]. La mineria de bauxita de minerals de grau tant metal·lúrgic com no metal·lúrgic és anàloga a la mineria d'altres. Normalment, la beneficiació o tractament de bauxita es limita a triturar, tamisat, Rentat, i assecat de la mena de cru [3]. Ha estat emprat per a la millora de determinats minerals de baix grau de bauxita, No obstant això, no ha demostrat ser molt selectiu en rebutjar la kaolinita, una font important de sílice reactiva especialment en els bauxites de Trihidrat [9].
La major part de la bauxita produïda al món s'utilitza com a pinsos per a la fabricació d'alúmina a través del procés Bayer., Un mètode de lixiviació càustica química humida en el qual el Al_2 O_3 es dissol fora de la roca bauxita mitjançant l'ús d'una solució rica en sosa càustica a temperatura i pressió elevades. [3,10,11]. Posteriorment, la major part de l'alúmina és utilitzat com a aliment per a la producció de metall d'alumini a través del procés Hall-Héroult, que implica reducció electrolítica d'alúmina en un bany de Criolita (Na3AlF6). Es triga aproximadament 4-6 tones de bauxita assecada per produir 2 t d'alúmina, que en torns produeix 1 t de metall d'alumini [3,11].
El procés de Bayer s'inicia barrejant bauxita de terra rentada i finament amb la solució de Leach. La suspensió resultant que conté 40-50% Els sòlids es pressuritzen i escalfats amb vapor. En aquest pas, part de l'alúmina es dissol i forma soluble aluminat sòdic (NaAlO2), però a causa de la presència de sílice reactiva, un silicat d'alumini sòdic complex també precipita el que representa una pèrdua d'alúmina i sosa. Els purins resultants es renta, i el residu generat (i.e., fang vermell) es es trasbalsa. Aluminat de sodi es precipita a terme com d'alumini trihidratat (Al(Oh)3) a través d'un procés de sembra. La solució de sosa càustica resultant es recirculava a la solució de Leach. Finalment, el filtrat i rentat d'alúmina sòlid es cou o calcinat per produir alúmina [3,11].
Les temperatures de lixiviació poden oscil·lar entre els 105 °C i els 290 °C i les pressions corresponents van des de 390 kPa a 1500 kPa. Els rangs de temperatures més baixes s'utilitzen per a la bauxita en la qual gairebé tota l'alúmina disponible està present com gibbsite. Les temperatures més altes són necessàries per cavar la bauxita que té un gran percentatge de boehmita i diàspora. A temperatures de 140 °C o menys només els grups de gibbsita i kaolina són solubles en el licor de sosa càustica i per tant aquesta temperatura és preferida per al processament d'alúmina trihidrat. . A temperatures superiors a 180 °C d'alúmina present com trihidrat i monohidrat són recuperables en solució i tant les argiles com el quars lliure esdevenen reactius. [3]. Condicions de funcionament com la temperatura, La pressió i la dosi de reactiu estan influenciades pel tipus de bauxita i, per tant, cada refineria d'alúmina s'adapta a un tipus específic de mineral de bauxita.. La pèrdua de sosa càustica costosa (NaOH) i la generació de fang vermell estan relacionats amb la qualitat de la bauxita utilitzada en el procés de refinació. En general, el contingut Al_2 O_3 de bauxita, com més gran sigui el volum de fang vermell que es generarà, com les fases no Al_2 O_3 són rebutjades com a fang vermell. A més a més, com més alt sigui el contingut de kaolinita o sílice reactiva de bauxita, Com més fang vermell es generi [3,8].
La bauxita d'alt grau conté fins a 61% Al_2 O_3, i molts dipòsits de bauxita operant -típicament anomenats grau no metal·lúrgic- Estan molt per sota d'aquest, De vegades tan baix com 30-50% Al_2 O_3. Perquè el producte desitjat és una puresa alta
Al_2 O_3, Els òxids restants de la bauxita (Fe2O3, SiO2, TiO2, matèria orgànica) estan separats de la Al_2 O_3 i rebutjats com a residus de refineria d'alúmina. (ARR) o fang vermell a través del procés de Bayer. En general, la menor qualitat de la bauxita (i.e., Contingut Al_2 O_3 inferior) el fang més vermell que es genera per tova de producte d'alúmina. A més a més, Fins i tot alguns Al_2 O_3 amb minerals, En particular kaolinita, Produir reaccions laterals indesitjables durant el procés de refinació i conduir a un augment de la generació de fang vermell., així com una pèrdua de costosa química de sosa càustica, un gran cost variable en el procés de refinació de bauxita [3,6,8].
El fang vermell o ARR representa un gran i en marxa repte per a la indústria de l'alumini [12-14]. El fang vermell conté restes químiques residuals significatives del procés de refinació, i és molt alcalí, Sovint amb un pH de 10 - 13 [15]. Es genera en grans volums a tot el món, segons l'USGS., La producció mundial d'alúmina va ser 121 milions de tones en 2016 [16]. Això va donar lloc a una estimació 150 milions de tones de fang vermell generat durant el mateix període [4]. Malgrat la investigació en curs, El fang vermell té actualment pocs camins comercialment viables per a la reutilització beneficiosa. S'estima que molt poc de fang vermell es reutilitza beneficiosament a tot el món. [13-14]. En canvi, el fang vermell es bomba des de la refineria d'alúmina a embargarments d'emmagatzematge o abocadors, On s'emmagatzema i es controla a gran cost [3]. Per tant, tant es pot fer un argument econòmic com ambiental per millorar la qualitat de la bauxita abans del refinament., en particular, si aquesta millora es pot fer a través de tècniques de separació física de baixa energia.
Tot i que s'espera que les reserves provades de bauxita durin molts anys, la qualitat de les reserves a les qual es pot accedir econòmicament està disminuint [1,3]. Per a refinadors, que estan en el negoci de la transformació de bauxita per a la elaboració d'alúmina, i, finalment, el metall d'alumini, Es tracta d'un repte amb implicacions tant econòmiques com ambientals.
Els mètodes secs com la separació electrostàtica poden ser d'interès de la indústria de la bauxita per a la pre-concentració de bauxita abans del procés de Bayer.. Mètodes de separació electrostàtics que utilitzen el contacte, o tribo-elèctric, La càrrega és particularment interessant pel seu potencial per separar una àmplia varietat de mescles que contenen conductor, Aïllants, Partícules semi-conductores. La càrrega triboelèctrica es produeix quan és discreta, Les partícules diferents xoquen entre si, Amb una tercera superfície, El resultat és una diferència de càrrega superficial entre els dos tipus de partícules.. El signe i la magnitud de la diferència de càrrega depèn en part de la diferència en l'afinitat electrònica. (o funció laboral) Entre els tipus de partícules. La separació es pot aconseguir utilitzant un camp elèctric aplicat externament..
La tècnica s'ha utilitzat industrialment en separadors verticals de tipus caiguda lliure.. En separadors de caiguda lliure, Les partícules adquireixen càrrega per primera vegada, després cauen per gravetat a través d'un dispositiu amb elèctrodes oposats que apliquen un camp elèctric fort per desviar la trajectòria de les partícules segons el signe i la magnitud de la seva càrrega superficial. [18]. Els separadors de caiguda lliure poden ser eficaços per a partícules gruixudes, però no són eficaços en el maneig de partícules més fines que al voltant de 0.075 a 0.1 mm [19-20]. Un dels nous desenvolupaments més prometedors en separacions minerals seques és el separador de cinturó tribo-electrostàtic. Aquesta tecnologia ha ampliat el rang de mida de partícules a partícules més fines que les tecnologies convencionals de separació electrostàtica., en el rang on només la flotació ha tingut èxit en el passat.
La separació tribo-electrostàtica utilitza diferències de càrrega elèctrica entre materials produïts pel contacte superficial o la càrrega triboelèctrica.. De manera simplista, Quan dos materials estan en contacte, el material amb una major afinitat per electros guanya electrons, per la qual cosa canvia negativament, mentre que el material amb menor afinitat electrònica carrega positiu.
L'equip del ST & Tecnologia (STET) el separador de cinturó tribo-electrostàtic ofereix una nova ruta de benefici per pre-concentrar els minerals de bauxita. El procés de separació seca STET ofereix als productors de bauxita o refinadors de bauxita l'oportunitat de realitzar una actualització pre-Bayer-procés de mineral de bauxita per millorar la qualitat. Aquest enfocament té molts beneficis, Incloent: Reducció del cost operatiu de la refineria a causa del menor consum de sosa càustica mitjançant la reducció de la sílice reactiva d'entrada; estalvi d'energia durant la refinació a causa del menor volum d'òxids inerts (Fe2O3, TiO2, SiO no reactiu2) Entrar amb bauxita; Menor flux de massa de bauxita a refineria i, per tant, menys requeriment d'energia per escalfar i pressuritzar; Reducció del volum de generació de fang vermell (i.e., relació fang vermell a alúmina) Mitjançant l'eliminació de sílice reactiu i òxid inert; i, Control més estricte sobre la qualitat de bauxita d'entrada que redueix els trastorns del procés i permet als refinadors dirigir-se al nivell de sílice reactiu ideal per maximitzar el rebuig d'impureses.. La millora del control de qualitat sobre l'alimentació de bauxita a la refineria també maximitza el temps d'activitat i la productivitat. D'altra banda, La reducció del volum de fang vermell es tradueix en menys costos de tractament i eliminació i una millor utilització dels abocadors existents.
El preprocessament de mineral de bauxita abans del procés de Bayer pot oferir avantatges significatius pel que fa al processament i venda de cues.. A diferència del fang vermell, Les cues d'un procés electrostàtic sec no contenen productes químics i no representen una responsabilitat d'emmagatzematge ambiental a llarg termini.. A diferència del fang vermell, Subproductes secs / cues d'una operació de preprocessament de bauxita es poden utilitzar en la fabricació de ciment, ja que no hi ha cap requisit per eliminar el sodi, Perjudicial per a la fabricació de ciment. De fet, la bauxita ja és una matèria primera comuna per a la fabricació de ciment Portland.. També es pot aconseguir l'allargament de la vida útil de les mines de bauxita existents millorant la utilització de les pedreres i maximitzant la recuperació..
2.0 Experimental
2.1 Material
STET va realitzar estudis de pre-viabilitat en més de 100.000 15 diferents mostres de bauxita de diferents llocs de tot el món utilitzant un separador a escala de banc. D'aquests, 7 Diferents mostres van ser
Taula 2. Resultat de mostres d'anàlisi química de bauxita.
2.2 Mètodes
Experiments es van fer mitjançant un separador de Banc-escala cinturó funda Tribó-electrostàtica, més enllà es referia com "benchtop separador". Escala-Banc de proves és la primera fase d'un procés d'implantació de tecnologia de tres fases (Veure taula 3) avaluació de Banc-escala incloent, escala pilot de proves i implementació comercial-escala.
El separador de la banqueta s'utilitza per al cribratge d'evidència de càrrega tribo-electrostàtica i per determinar si un material és un bon candidat per al benefici electrostàtic.. Les principals diferències entre cada equip es presenten a la taula 3. Mentre que l'equip utilitzat dins de cada fase difereix en la mida, El principi de funcionament és fonamentalment el mateix..
Taula 3. Procés d'implementació trifàsic mitjançant tecnologia de separador de cinturó tribo-electrostàtic STET
| Fase | S'utilitza per: | Elèctrode Llargada cm | Tipus de procés |
|---|---|---|---|
| 1- Avaluació de l'escala de bancs | Avaluació qualitativa | 250 | Fornada |
| 2- Escala pilot Proves | Avaluació quantitativa | 610 | Fornada |
| 3- Implementació a escala comercial | Producció comercial | 610 | Continu |
Com es pot veure a la taula 3, la principal diferència entre el separador de la part superior del banc i els separadors a escala pilot i a escala comercial és que la longitud del separador de la part superior del banc és aproximadament 0.4 temps la longitud de les unitats a escala pilot i a escala comercial. Com que l'eficiència del separador és una funció de la longitud de l'elèctrode, Les proves a escala de banc no es poden utilitzar com a substitut de les proves a escala pilot. Les proves a escala pilot són necessàries per determinar l'abast de la separació que el procés STET pot aconseguir, i per determinar si el procés STET pot complir els objectius de producte sota les taxes d'alimentació donades. En canvi, el separador de la taula de banc s'utilitza per descartar materials candidats que és poc probable que demostrin una separació significativa a nivell pilot.. Els resultats obtinguts a escala de banc no estaran optimitzats, i la separació observada és menor del que s'observaria en un separador STET de mida comercial.
Les proves a la planta pilot són necessàries abans del desplegament a escala comercial, No obstant això, es fomenta la prova a escala de banc com a primera fase del procés d'implementació de qualsevol material donat. D'altra banda, en els casos en què la disponibilitat material sigui limitada, el separador de sobres banc proporciona una eina útil per al cribratge de possibles projectes d'èxit (i.e., projectes en què es poden complir els objectius de qualitat del client i de la indústria mitjançant la tecnologia STET).
2.2.1 Separador de cinturó triboelectrostàtic STET
En el separador de cinturó funda Tribó-electrostàtica (Figura 1 i Figura 2), el material s'alimenta a la fina bretxa 0.9 - 1.5 cm entre dos elèctrodes planars paral·lel. Les partícules triboelectrically paguen per contacte interparticle. Per exemple, en el cas d'una mostra de bauxita que els constituents principals són gibssita, partícules minerals de kaolinita i quars, La càrrega positiva (gibssita) i els càrrecs negatius (kaolinita i quars) són atrets a davant elèctrodes. Les partícules són arrossegades per una cinta de malla oberta en moviment continu i transportades en direccions oposades.. El cinturó mou les partícules adjacents a cada elèctrode cap a extrems oposats del separador. El camp elèctric només necessita moure les partícules una petita fracció d'un centímetre per moure una partícula d'un corrent que es mou cap a l'esquerra a un corrent en moviment cap a la dreta.. El flux de contraretensió de les partícules separades i la càrrega triboelèctrica contínua per col·lisions de partícules proporciona una separació en diverses etapes i resulta en una excel·lent puresa i recuperació en una unitat d'un sol pas.. L'alta velocitat del cinturó també permet rendiments molt alts, fins a 40 tones per hora en un únic separador. Controlant diversos paràmetres del procés, el dispositiu permet optimitzar el grau mineral i la recuperació.
Figura 1. Esquema del separador de cinturons triboelèctrics
El disseny del separador és relativament senzill. El cinturó i rodets associats són les úniques parts en moviment. Els elèctrodes són estacionaris i formada per un material durable adequadament. El cinturó està fet de material plàstic. La longitud de l'elèctrode del separador és aproximadament 6 metres (20 peus.) i l'amplada 1.25 metres (4 peus.) per a unitats comercials de mida completa. El consum d'energia és menor que 2 quilowatts-hora per tona de material processat amb la major part de la potència consumida per dos motors que condueixen el cinturó.
Figura 2. Detall de la zona de separació
El procés és totalment sec, No requereix materials addicionals i no produeix aigües residuals ni emissions d'aire.. Per a les separacions minerals, el separador proporciona una tecnologia per reduir el consum d'aigua, allargar la vida útil de la reserva i/o recuperar i reprocessar cues.
La compacitat del sistema permet flexibilitat en els dissenys d'instal·lació. La tecnologia de separació de cinturons tribo-electrostàtics és robusta i provada industrialment i es va aplicar industrialment per primera vegada al processament de cendres de mosca de combustió de carbó en 1997. La tecnologia és eficaç per separar les partícules de carboni de la combustió incompleta del carbó., de les partícules minerals d'aluminosilicat vívides a la cendra de la mosca. La tecnologia ha estat fonamental per permetre el reciclatge de la cendra de mosca rica en minerals com a reemplaçament de ciment en la producció de formigó..
Des que 1995, sobre 20 milions de tones de cendra de mosca de producte han estat processades pels separadors STET instal·lats als EUA. La història industrial de la separació de cendres de mosca apareix a la taula 4.
En el processament de minerals, la tecnologia de separador de cinturons triboelèctrics s'ha utilitzat per separar una àmplia gamma de materials, incloent calcita / quars, talc/magnesita, i barita/quars.
Figura 3. Separador de cinturó tribo-electrostàtic comercial
Taula 4. Aplicació industrial de separació de cinturó tribo-electrostàtic per a cendres volants.
| Utilitat / central elèctrica | Ubicació | Inici de les operacions comercials | Detalls de la instal·lació |
|---|---|---|---|
| Duke Energy - Estació Roxboro | Carolina del Nord Estats Units | 1997 | 2 Separadors |
| Energia de Talen- Brandon Shores | Maryland Estats Units | 1999 | 2 Separadors |
| Poder escocès- Estació de Longannet | Escòcia Regne Unit | 2002 | 1 Separador |
| Jacksonville Electric-St. Parc elèctric del riu Johns | Florida Estats Units | 2003 | 2 Separadors |
| Energia elèctrica del sud de Mississipí -R.D. Demà | Mississipí Estats Units | 2005 | 1 Separador |
| Nou Brunswick Power-Belledune | Nova Brunsvic Canadà | 2005 | 1 Separador |
| Estació RWE npower-Didcot | Anglaterra Regne Unit | 2005 | 1 Separador |
| Estació de Talen Energy-Brunner Island | Pennsilvània Estats Units | 2006 | 2 Separadors |
| Estació de Tampa Electric-Big Bend | Florida Estats Units | 2008 | 3 Separadors |
| Estació RWE npower-Aberthaw | Gal·les Regne Unit | 2008 | 1 Separador |
| Estació d'Energia-West Burton d'EDF | Anglaterra Regne Unit | 2008 | 1 Separador |
| ZGP (Ciment Lafarge /Ciech Janikosoda JV) | Polònia | 2010 | 1 Separador |
| Corea del Sud-est- Yeongheung | Corea del Sud | 2014 | 1 Separador |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polònia | 2018 | 1 Separador |
| Empresa de Ciment Taiheiyo-Chichibu | Japó | 2018 | 1 Separador |
| Armstrong Fly Ash- Ciment àguila | Filipines | 2019 | 1 Separador |
| Corea del Sud-est- Samcheonpo | Corea del Sud | 2019 | 1 Separador |
2.2.2 Proves a escala de bancs
Es van realitzar assajos de procés estàndard al voltant de l'objectiu específic d'augmentar la concentració Al_2 O_3 i reduir la concentració de minerals gangue.. Les proves es van dur a terme al separador de la banqueta en condicions de lot, amb proves realitzades per duplicat per simular l'estat estacionari, i assegurar-se que no es va considerar qualsevol possible efecte de transport de la condició anterior. Abans de cada prova, s'ha recollit una petita sub-mostra d'alimentació (designat com a "Feed"). En establir totes les variables d'operació, el material es va introduir al separador de la banqueta utilitzant un alimentador vibratori elèctric a través del centre del separador de la banqueta.. Es van recollir mostres al final de cada experiment i els pesos de l'extrem del producte 1 (Es tracta de "E1") Final del producte 2 (Es tracta de "E2") es van determinar utilitzant una escala de recompte legal per al comerç. Per a mostres de bauxita, "E2" correspon al producte ric en bauxita. Per a cada conjunt de sub-mostres (i.e., Alimentació, E1 i E2) LOI, Composició d'òxids principals per XRF, es va determinar la sílice reactiva i l'alúmina disponible. La caracterització XRD es va realitzar en sub-mostres seleccionades.
3.0 Resultats i discussió
3.1. Mostres Mineralogia
Els resultats de les anàlisis quantitatives de XRD per a mostres de pinso s'inclouen a la taula 5. La majoria de les mostres es componien principalment de gibbsita i quantitats variables de goethita., Hematites, caolinita, i quars. La ilmenita i l'anatasa també es van fer evidents en quantitats menors en la majoria de les mostres..
Hi va haver un canvi en la composició mineral de S6 i S7, ja que aquestes mostres d'alimentació es componien principalment de diàspora amb petites quantitats de calcita., Hematites, goethite, boehmite, caolinita, gibbsite, Quars, anatasa, i es detecta el rútil. També es va detectar una fase amorfa en S1 i S4 i va oscil·lar entre aproximadament 1 a 2 percentatge. Això va ser probablement a causa de la presència d'un mineral de smectita., material no cristal·lí. Atès que aquest material no s'ha pogut mesurar directament, els resultats d'aquestes mostres s'han de considerar aproximats.
3.2 Experiments a escala de banc
Es van realitzar una sèrie de proves en cada mostra mineral amb l'objectiu de maximitzar l'Al2O3 i disminuir el contingut SiO_2. Les espècies que es concentren al producte ric en bauxita seran indicatives d'un comportament positiu de càrrega. Els resultats es mostren a la taula 6
Taula 5. Anàlisi XRD de mostres d'alimentació.
Taula 6. Resultats del resum.
Les proves amb el separador de sobretasal STET van demostrar un moviment significatiu d'Al2O3 per a totes les mostres. La separació d'Al2O3 es va observar per S1-5 que eren principalment gibbsite, i també per a S6-7 que eren principalment diàspora. A més a més, Els altres elements principals de Fe2O3, SiO2 i TiO2 van demostrar un moviment significatiu en la majoria dels casos. Per a totes les mostres, El moviment de la pèrdua en l'encesa (LOI) Moviment d'Al2O3. En termes de sílice reactiva i alúmina disponible, per s1-5 que són gairebé tots gibbsite (trihidrat d'alumini) els valors s'han de considerar a 145 °C, mentre que per a S6-7 per als quals el mineral dominant és la diàspora. (monohidrat d'alumini) els valors s'han d'avaluar a 235 °C. Per a totes les proves de mostres amb el separador de sobretasal STET va demostrar un augment substancial de l'alúmina disponible i una reducció significativa de la sílice reactiva al producte tant per a mostres de bauxita trihidratada com monohidratada.. També es va observar el moviment de les principals espècies minerals i es mostra gràficament a continuació a la figura 4.
En termes de mineralogia, El separador de sobretasal STET va demostrar la concentració de l'espècie de gibbsita i diàspora que porta alúmina al producte ric en bauxita, alhora que rebutjava altres espècies de gangues.. Figures 5 i 6 mostrar la selectivitat de les fases minerals al producte ric en bauxita per a mostres trihidratades i monohidratades, respectivament. La selectivitat es va calcular com la diferència entre la deportació massiva al producte per a cada espècie mineral i la recuperació general de massa al producte.. Una selectivitat positiva és indicativa de la concentració mineral al producte ric en bauxita, i d'un comportament de càrrega positiva global. Contrari, un valor de selectivitat negatiu és indicatiu de concentració al coproducte lean bauxita, i d'un comportament global de càrrega negativa.
Per a totes les mostres trihidrat de baixa temperatura (i.e., S1, S2 i S4) la kaolinita presentava un comportament de càrrega negatiu i es concentrava al coproducte magre de bauxita, mentre que la gibbsita es concentrava al producte ric en bauxita. (Figura 5). Per a totes les mostres monohidrat d'alta temperatura (i.e., S6 i S7) ambdós minerals reactius portadors de sílice, kaolinita i quars, Mostra un comportament de càrrega negatiu. Per a aquest últim, diàspora i boehmita reportats al producte ric en bauxita i van mostrar un comportament de càrrega positiu (Figura 6).
Figura 5. Selectivitat de les fases minerals al producte.
Figura 6. Selectivitat de les fases minerals al producte.
Les mesures d'alúmina disponible i sílice reactiva demostren un moviment substancial. Per bauxites de baixa temperatura (S1-S5), la quantitat de sílice reactiva present per unitat d'alúmina disponible es va reduir de 10-50% Sobre una base relativa (Figura 7). Una reducció similar es va observar en les bauxites d'alta temperatura (S6-S7) Com es pot veure a la figura 7.
La relació bauxita a alúmina es va calcular com l'invers de l'alúmina disponible. La relació bauxita a alúmina es va reduir entre 8 - 26% en termes relatius per a totes les mostres provades (Figura 8). Això és significatiu, ja que representa una reducció equivalent del flux de massa de bauxita que s'ha d'alimentar al procés de Bayer..
Figura 7. SiO2 reactiu per unitat d'Al2O3 disponible
Figura 8. Relació bauxita a alúmina.
3.3 Discussió
Les dades experimentals demostren que el separador STET va augmentar l'Al2O3 disponible alhora que reduïa el contingut SiO_2. Figura 9 presenta un esquema conceptual dels beneficis esperats associats a la reducció de sílice reactiva i l'augment de l'alúmina disponible abans del Procés bayer. Els autors calculen que el benefici econòmic per a un refinador d'alúmina estaria en el rang de $15-30 USD per tona de producte d'alúmina. Això reflecteix el cost evitat de la sosa càustica perduda al producte de des-silicat (DSP), estalvi energètic per la reducció de l'entrada de bauxita a la refineria, reducció de la generació de fang vermell i un petit flux d'ingressos generat per la venda del byproducte de bauxita de baix grau als productors de ciment. Figura 9 descriu els beneficis esperats d'implementar la tecnologia triboelectrostàtica STET com a mitjà per pre-concentrar el mineral de bauxita abans del procés de Bayer.
La instal·lació del procés de separació STET per al preprocessament de bauxita es podria realitzar ja sigui a la refineria d'alúmina o a la pròpia mina de bauxita.. No obstant això, el procés STET requereix la mòlta seca dels minerals de bauxita abans de la separació, Per alliberar el gangue, per tant, la logística de la mòlta i el processament de la bauxita a la refineria pot ser més senzilla.
Com una opció – la bauxita seca seria mòlta utilitzant tecnologia de mòlta seca ben establerta, per exemple, un molí vertical de rodets o un molí d'impacte. La bauxita finament mòlta estaria separada pel procés STET, amb el producte de bauxita d'alta alúmina enviat a la refineria d'alúmina. The installation of dry grinding would allow for the elimination of wet grinding traditionally used during the Bayer process. It is assumed that the operating cost of dry grinding would be roughly comparable to the operating cost of wet grinding, especially considering the wet grinding performed today is performed on a highly alkaline mixture, leading to considerable maintenance costs.
The dry low-grade bauxite co-product (tailings) from the separation process would be sold to cement manufacture as an alumina source. Bauxite is commonly added to cement manufacture, and the dry co-product, unlike red mud, does not contain sodium which would prevent its use in cement manufacture. This provides the refinery with a method of valorizing material that would otherwise exit the refining process as red mud, i requeriria emmagatzematge a llarg termini, Representar un cost.
Un càlcul de costos operatius realitzat pels autors estima un benefici del projecte de $27 USD per tona d'alúmina, amb els principals impactes aconseguits mitjançant la reducció de la sosa càustica, Reducció del fang vermell, valorització del coproducte i estalvi de combustible a causa del menor volum de bauxita a la refineria. Per tant, una 800,000 tona per any la refineria podria esperar un benefici financer de $21 M USD per any (Veure figura 10). Aquesta anàlisi no té en compte els possibles estalvis de reducció dels costos d'importació o logística de la bauxita, que pot millorar encara més el retorn del projecte.
Figura 10. Beneficis de la reducció de sílice reactiva i l'augment de l'alúmina disponible.
4.0 Conclusions
En resum, el processament en sec amb el separador STET ofereix oportunitats per generar valor per als productors i refinadors de bauxita. El preprocessament de bauxita abans del refinament reduirà els costos químics, reduir el volum de fang vermell generat i minimitzar els trastorns del procés. STET technology could allow bauxite processors to turn non-metallurgical grade into metallurgical grade bauxite – which could reduce need for imported bauxite and/or extend exiting quarry resource life. STET process could also be implemented to generate higher quality non-metallurgical grade and metallurgical grade bauxite, and cement grade bauxite by-products prior to the Bayer process.
The STET process requires little pre-treatment of the mineral and operates at high capacity – up to 40 tones per hour. Energy consumption is less than 2 kilowatt-hours per ton of material processed. D'altra banda, the STET process is a fully commercialized technology in minerals processing, and therefore does not require the development of new technology.
Referències
1. Bergsdal, Håvard, Anders H. Strømman, and Edgar G. Hertwich (2004), “La indústria-entorn de l'alumini, Tecnologia i producció”.
2. Das, Subodh K., i Weimin Yin (2007), “L'economia mundial de l'alumini: L'estat actual de la indústria” JOM 59.11, PP. 57-63.
3. Vicenç G. Turó & Errol D. Sehnke (2006), "Bauxita", Minerals Industrials & Roques: Mercaderies, Mercats, i Usos, Societat de mineria, Metal·lúrgia i Exploració Inc., Englewood, CO, PP. 227-261.
4. Evans, Ken (2016), “La història, Reptes, novetats en la gestió i utilització de residus de bauxita”, Revista de Metal·lúrgia Sostenible 2.4, PP. 316-331
5. Gendron, Robin S., Estores Ingulstad, i Espen Storli (2013), "Mineral d'alumini: l'economia política de la indústria bauxita global", Premsa UBC.
6. Mànega, H. R. (2016), “Mineralogia de bauxita”, Lectures essencials en metalls lleugers, Springer, Cham, PP. 21-29.
7. Authier-Martin, Monique, et al. (2001),”La mineralogia de bauxita per a la producció d'alúmina de grau fos", JOM 53.12, PP. 36-40.
8. Turó, V. G., i R. J. Robson (2016), “La classificació de les bauxites des del punt de vista de la planta de Bayer”, Lectures essencials en metalls lleugers, Springer, Cham, PP. 30-36.
9. Songqing, Gu (2016). “La bauxita xinesa i les seves influències en la producció d'alúmina a la Xina”, Lectures essencials en metalls lleugers, Springer, Cham, PP. 43-47.
10. Habashi, fathi (2016) “Cent anys del procés de Bayer per a la producció d'alúmina” Lectures essencials en metalls lleugers, Springer, Cham, PP. 85-93.
11. Adamson, A. N., E. J. Bloore, i a. R. Carr (2016) “Principis bàsics del disseny de processos de Bayer”, Lectures essencials en metalls lleugers, Springer, Cham, PP. 100-117.
12. Anich, Ivan, et al. (2016), “El full de ruta de la tecnologia alúmina”, Lectures essencials en metalls lleugers. Springer, Cham, PP. 94-99.
13. Liu, Wanchao, et al. (2014), “Avaluació ambiental, Gestió i utilització del fang vermell a la Xina”, Revista de Producció Més Neta 84, PP. 606-610.
14. Evans, Ken (2016), “La història, Reptes, novetats en la gestió i utilització de residus de bauxita”, Revista de Metal·lúrgia Sostenible 2.4, PP. 316-331.
15. Liu, Yong, Chuxia Lin, Yonggui Wu (2007), “Caracterització del fang vermell derivat d'un mètode combinat de bayer procés i calcinació de bauxita”, Revista de Materials Perillosos 146.1-2, PP. 255-261.
16. Estats Units d'1. Servei Geològic (USGS) (2018), "Bauxita i Alúmina", en Bauxita i Alúmina Estadístiques i informació.
17. Paramguru, R. K., P. C. Preu per nit, i V. N (N). Misra (2004), “Tendències en la utilització del fang vermell: una revisió”, Processament de minerals & Metall extractiu. Rev. 2, PP. 1-29.
18. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Revisió dels mètodes de separació elèctrica, Part 1: Aspectes fonamentals, Minerals & Processament metal·lúrgic", vol. 17, no hi ha. 1, pp 23–36.
19. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), Revisió dels mètodes de separació elèctrica, Part 2: Consideracions pràctiques, Minerals & Processament metal·lúrgic", vol. 17, no hi ha. 1, pp 139–166.
20. Ralston O. (1961), Separació electrostàtica de sòlids granulars mixtos, Editorial Elsevier, fora d'impressió.
