Vælg sprog:
ST udstyr & Technology LLC (STET) tribo-elektrostatisk bælteseparator er velegnet til beneficiating meget fint (<1µm) til moderat grov (500µm) mineralpartikler, med meget høj overførselshastighed. Forsøgsresultater viste STET-separatorens evne til at beneficiate bauxitprøver ved at øge den tilgængelige aluminiumoxid, samtidig med at reaktiv og total silica reduceres. STET-teknologi præsenteres som en metode til opgradering og prækoncentrat bauxitaflejringer til brug i aluminiumoxidproduktion. Tørbehandling med STET-separatoren vil resultere i en reduktion i raffinaderiets driftsomkostninger som følge af lavere forbrug af kaustisk soda, energibesparelser som følge af lavere inertoxider og en reduktion i mængden af aluminiumoxidraffinaderirester (ARR eller rødt mudder). Derudover, STET-teknologien kan give aluminiumoxidraffinafinaderier andre fordele, herunder øgede stenbrudsreserver, udvidelse af rødt mudder bortskaffelse site liv, og forlænget levetiden for eksisterende bauxitminer ved at forbedre udnyttelsen af stenbrud og maksimere. Det vandfrie og kemiske biprodukt, der produceres ved STET-processen, kan genanvendes til fremstilling af cement i store mængder uden forbehandling, i modsætning til rødt mudder, som har begrænset gavnlig genbrug.
1.0 Introduktion
Aluminiumsproduktion er af central betydning for mine- og metalindustrien og grundlæggende for en række industrier [1-2]. Mens aluminium er det mest almindelige metalliske element, der findes på jorden, i alt ca. 8% af jordskorpen, som element er det reaktivt og forekommer derfor ikke naturligt [3]. Derfor, aluminium-rige malm skal raffineres til at producere aluminiumoxid og aluminium, resulterer i en betydelig generation af restkoncentrationer [4]. I takt med at kvaliteten af bauxitforekomster globalt falder, generering af restkoncentrationer øges, udfordringer for aluminiumoxid- og aluminiumsindustrien med hensyn til forarbejdningsomkostninger, bortskaffelsesomkostninger og indvirkningen på miljøet [3].
Det primære udgangsmateriale til raffinering af aluminium er bauxit, verdens vigtigste kommercielle kilde til aluminium [5]. Bauxit er en beriget aluminiumhydroxid sedimentær klippe, fremstillet af laterisering og forvitring af sten rig på jernoxider, aluminiumoxider, eller begge dele, der almindeligvis indeholder kvarts og ler som kaolin [3,6]. Bauxit klipper består for det meste af aluminium mineraler gibbsite (Al(Åh)3), boehmite (γ-AlO(Åh)) og diaspore (α-AlO(Åh)) (Tabel 1), og blandes normalt med de to jernoxider goethite (Feo(Åh)) og hæmatit (Fe2O3 delte et link.), aluminium ler mineral kaolinite, små mængder anatase og/eller titania (TiO2 (TiO2)), Ilmenite (FeTiO3) og andre urenheder i mindre mængder eller spormængder [3,6,7].
Udtrykkene trihydrat og monohydrat bruges almindeligvis af industrien til at differentiere forskellige typer bauxit. Bauxit, der er helt eller næsten alle gibbsit leje kaldes en trihydratmalm; hvis boehmit eller diaspore er de dominerende mineraler, kaldes det monohydratmalm [3]. Blandinger af gibbsit og boehmite er almindelige i alle typer bauxit, boehmite og diaspore mindre almindelige, og gibbsite og diaspore sjældne. Hver type bauxitmalm udgør sine egne udfordringer med hensyn til mineralforarbejdning og beneficiation til generering af aluminiumoxid [7,8].
Tabel 1. Gibbsites kemiske sammensætning, Boehmite og Diaspore [3].
| Kemisk sammensætning | Gibbsite AL(Åh)3 eller Al2O3.3H2O | Boehmite ALO(Åh) eller Al2O3.H2O | Diaspore ALO(Åh) eller Al2O3.H2O |
|---|---|---|---|
| Al2O3 wt% | 65.35 | 84.97 | 84.98 |
| (Åh) wt% | 34.65 | 15.03 | 15.02 |
Bauxitforekomster spredes over hele verden, for det meste forekommer i tropiske eller subtropiske regioner [8]. Bauxitudvinding af både metallurgiske og ikke-metallurgiske malme svarer til udvinding af andre industrimineraler. Normalt, beneficiation eller behandling af bauxit er begrænset til knusning, Sigtning, vask, og tørring af den rå malm [3]. Flotation har været anvendt til opgradering af visse lavkvalitets bauxitmalm, men det har ikke vist sig meget selektiv til at afvise kaolinite, en vigtig kilde til reaktiv silica, især i trihydrat bauxit [9].
Hovedparten af bauxit produceret i verden bruges som foder til fremstilling af aluminiumoxid via Bayer-processen, en vådkemisk kaustisk udvaskmetode, hvor Al_2 O_3 opløses ud af bauxitstenen ved hjælp af en kaustisk sodarig opløsning ved forhøjet temperatur og tryk [3,10,11]. Derefter, hovedparten af aluminiumoxid anvendes som foder til produktion af aluminiumsmetal via Hall-Héroult-processen, som indebærer elektrolytisk reduktion af aluminiumoxid i et bad af kryolit (Na3AlF6). Det tager omkring 4-6 tons tørret bauxit til at producere 2 t aluminiumoxid, hvilket på skift giver 1 t aluminiumsmetal [3,11].
Bayer-processen indledes ved at blande vasket og fint malet bauxit med udvaskningsopløsningen. Den resulterende gylle, der indeholder 40-50% faste stoffer presses og opvarmes derefter med damp. På dette trin opløses noget af aluminiumoxid og danner opløseligt natriumalukminat (NaAlO2), men på grund af tilstedeværelsen af reaktiv silica, et komplekst natriumaluminium silikat også bundfald, som repræsenterer et tab af både aluminiumoxid og sodavand. Den resulterende gylle vaskes, og de restkoncentrationer, der genereres (Dvs., rødt mudder) er dekanteret. Natriumalinat udfældes derefter som aluminiumtrihydrat (Al(Åh)3) gennem en såningsproces. Den resulterende kaustiske sodaopløsning recirkuleres i udvaskningsopløsningen. Endelig, den filtrerede og vaskede trihydrat i en fast aluminiumoxid fyres eller kalcineres for at producere aluminiumoxid [3,11].
Udvaskningstemperaturerne kan variere fra 105 °C til 290 °C, og de tilsvarende tryk varierer fra 390 kPa til 1500 kPa. Lavere temperaturområder bruges til bauxit, hvor næsten alle tilgængelige aluminiumoxid er til stede som gibbsite. De højere temperaturer er nødvendige for at gravepositsst bauxit med en stor procentdel af boehmite og diaspore. Ved temperaturer på 140 °C eller derunder er kun gibbsit- og kaolingrupper opløselige i kaustisk sodalud, og derfor foretrækkes en sådan temperatur til behandling af trihydratalkoeina . Ved temperaturer over 180 °C kan aluminiumoxid, der er til stede som trihydrat og monohydrat, genvindes i opløsning, og både ler og fri kvarts bliver reaktive [3]. Driftsforhold såsom temperatur, tryk og reagens dosering påvirkes af typen af bauxit, og derfor er hvert aluminiumoxidraffinaderi skræddersyet til en bestemt type bauxitmalm. Tabet af dyre kaustisk sodavand (Naoh) og produktionen af rødt mudder er begge relateret til kvaliteten af bauxit, der anvendes i raffineringsprocessen. Generelt er der, jo lavere Al_2 O_3 indhold af bauxit, jo større mængden af rødt mudder, der vil blive genereret, som de ikke-Al_2 O_3 faser afvises som rødt mudder. Derudover, jo højere kaolinit- eller reaktivt silicaindhold i bauxit, jo mere rødt mudder vil blive genereret [3,8].
Bauxit af høj kvalitet indeholder op til 61% Al_2 O_3, og mange drifts bauxitaflejringer - typisk kaldet ikke-metallurgiske- ligger et godt stykke under dette, lejlighedsvis så lavt som 30-50% Al_2 O_3. Fordi det ønskede produkt er en høj renhed
Al_2 O_3, de resterende oxider i bauxiten (Fe2O3 delte et link., SiO2, TiO2 (TiO2), organisk materiale) adskilles fra Al_2 O_3 og afvises som restprodukter fra aluminiumoxidraffinaderier (Arr) eller rødt mudder via Bayer-processen. Generelt er der, den lavere kvalitet bauxit (Dvs., lavere Al_2 O_3 indhold) jo mere rødt mudder, der genereres pr. ton aluminiumoxidprodukt. Derudover, selv nogle Al_2 O_3 bærende mineraler, især kaolinit, uønskede bivirkninger under raffineringsprocessen og føre til en stigning i den røde mudderproduktion, samt et tab af dyre kaustisk soda kemiske, en stor variabel omkostning i bauxit raffineringsprocessen [3,6,8].
Rødt mudder eller ARR repræsenterer en stor og løbende udfordring for aluminiumsindustrien [12-14]. Rødt mudder indeholder betydelige resterende kaustiske kemiske rester fra raffineringsprocessen, og er meget basisk, ofte med en pH-kel på 10 – 13 [15]. Det er genereret i store mængder på verdensplan - ifølge USGS, den anslåede globale aluminiumoxidproduktion blev 121 millioner tons i 2016 [16]. Dette resulterede i en anslået 150 millioner tons rødt mudder genereret i samme periode [4]. På trods af igangværende forskning, rødt mudder har i øjeblikket få kommercielt levedygtige veje til gavnlig genbrug. Det anslås, at meget lidt rødt mudder med fordel genbruges på verdensplan [13-14]. I stedet, det røde mudder pumpes fra aluminiumoxidraffinaderiet til opbevaring af opmagasineringer eller lossepladser, hvor det opbevares og overvåges med store omkostninger [3]. Derfor, både et økonomisk og miljømæssigt argument for at forbedre kvaliteten af bauxit inden raffinering, især hvis en sådan forbedring kan ske ved hjælp af fysiske adskillelsesteknikker med lav energi.
Mens dokumenterede reserver af bauxit forventes at vare i mange år, kvaliteten af de reserver, der kan tilgås økonomisk, er faldende [1,3]. For raffinaderier, der er i færd med at behandle bauxit til at gøre aluminiumoxid, og i sidste ende aluminium metal, dette er en udfordring med både finansielle og miljømæssige konsekvenser
Tørre metoder såsom elektrostatisk adskillelse kan være af interesse for bauxitindustrien for prækoncentrationen af bauxit før Bayer-processen. Elektrostatiske separationsmetoder, der bruger kontakt, eller tribo-elektrisk, opladning er særlig interessant på grund af deres potentiale til at adskille en bred vifte af blandinger, der indeholder ledende, Isolerende, og halvledende partikler. Tribo-elektrisk opladning opstår, når den er diskret, forskellige partikler kolliderer med hinanden, eller med en tredje overflade, resulterer i en overfladeladningsforskel mellem de to partikeltyper. Tegnet og omfanget af ladningsforskellen afhænger til dels af forskellen i elektronaffinitet (eller arbejdsfunktion) mellem partikeltyperne. Adskillelse kan derefter opnås ved hjælp af et eksternt anvendt elektrisk felt.
Teknikken er blevet anvendt industrielt i lodrette fritfald type separatorer. I frit fald separatorer, partiklerne først erhverve afgift, derefter falde i tyngdekraften gennem en enhed med modsatrettede elektroder, der anvender et stærkt elektrisk felt til at aflede partiklernes bane i henhold til tegn og størrelse af deres overfladeladning [18]. Fritfaldsseparatorer kan være effektive til grove partikler, men er ikke effektive til håndtering af partikler, der er finere end ca. 0.075 til 0.1 mm [19-20]. En af de mest lovende nye udviklinger inden for tørre mineraladskillelser er tribo-elektrostatisk bælteseparator. Denne teknologi har udvidet partikelstørrelsesområdet til finere partikler end konventionelle elektrostatiske separationsteknologier, i det område, hvor kun flotation har haft succes i fortiden.
Tribo-elektrostatisk adskillelse udnytter elektriske ladningsforskelle mellem materialer, der produceres ved overfladekontakt eller triboelektrisk opladning. På forenklede måder, når to materialer er i kontakt, materialet med en højere affinitet for elektroer får elektroner og ændrer sig således negativt, mens materiale med lavere elektron affinitet afgifter positivt.
ST udstyr & Teknologi (STET) tribo-elektrostatisk bælte separator tilbyder en ny beneficiation rute til præ-koncentrat bauxit malme. STET tørseparationsprocessen giver bauxitproducenter eller bauxitraffinaderier mulighed for at foretage opgradering af bauxitmalm før Bayer-processen for at forbedre kvaliteten. Denne tilgang har mange fordele, Herunder: Reduktion af raffinaderiets driftsomkostninger som følge af lavere forbrug af kaustisk soda ved at reducere reaktivt silica i rå- og hjælpestoffer; energibesparelser under raffinering på grund af lavere volumen af inerte oxider (Fe2O3, TiO2, Ikke-reaktiv SiO2) ind med bauxit; mindre massestrøm af bauxit til raffinaderiet og dermed mindre energibehov til opvarmning og tryk; reduktion i mængden af rød mudderproduktion (Dvs., rødt mudder til aluminiumoxidforhold) ved at fjerne reaktiv silica og inaktiv oxid; og, strammere kontrol over input bauxit kvalitet, som reducerer processen forstyrrer og gør det muligt for raffinaderier at målrette ideelle reaktive silica niveau for at maksimere urenhed afvisning. Forbedret kvalitetskontrol over bauxitfoder til raffinaderiet maksimerer også oppetid og produktivitet. Desuden, reduktion i mængden af rødt mudder giver sig udslag i færre behandlings- og bortskaffelsesomkostninger og bedre udnyttelse af eksisterende deponeringsanlæg.
Forbehandling af bauxitmalm forud for Bayer-processen kan give betydelige fordele med hensyn til forarbejdning og salg af tailings. I modsætning til rødt mudder, tailings fra en tør elektrostatisk proces indeholder ingen kemikalier og udgør ikke et langsigtet miljøopbevaringsansvar. I modsætning til rødt mudder, tørre biprodukter/tailings fra en bauxitforbehandling kan anvendes til cementfremstilling, da der ikke er noget krav om at fjerne natrium, som er til skade for cementfremstillingen. Faktisk - bauxit er allerede et fælles råmateriale til Portland cement fremstilling. Forlængelse af driftslevetiden for eksisterende bauxitminer kan også opnås ved at forbedre stenbrudsudnyttelsen og maksimere nyttiggørelsen.
2.0 Eksperimentel
2.1 Materialer
STET gennemførte forundersøgelser i over 15 forskellige bauxitprøver fra forskellige steder rundt om i verden ved hjælp af en bænk-skala separator. Af disse, 7 forskellige prøver blev
Tabel 2. Resultat af kemiske analyse bauxit prøver.
2.2 Metoder
Eksperimenter blev udført ved hjælp af en bænk Skalaseparator tribo-elektrostatiske bælte, herefter benævnt 'benchtop seperator'. Bænk-skala test er den første fase af en tre-faset teknologi implementeringsprocessen (Se tabel 3) herunder bænkstørrelse evaluering, pilot-skala test og kommerciel målestok gennemførelse.
Benchtopseparatoren anvendes til screening for tegn på tribo-elektrostatisk opladning og til at afgøre, om et materiale er en god kandidat til elektrostatisk beneficiation. De væsentligste forskelle mellem de enkelte udstyrselementer fremgår af tabel 3. Mens det udstyr, der anvendes i hver fase, varierer i størrelse, driftsprincippet er grundlæggende det samme.
Tabel 3. Trefaset implementeringsproces ved hjælp af STET tribo-elektrostatisk seleseparatorteknologi
| Fase | Bruges til: | Elektrode Længde cm | Procestype |
|---|---|---|---|
| 1- Evaluering af bænkskala | Kvalitativ evaluering | 250 | Batch |
| 2- Pilotskala Test | Kvantitativ evaluering | 610 | Batch |
| 3- Implementering af kommerciel skala | Kommerciel produktion | 610 | Kontinuerlig |
Som det kan ses i tabel 3, den væsentligste forskel mellem benchtop separator og pilot-skala og kommerciel-skala separatorer er, at længden af benchtop separator er ca 0.4 gange længden af pilot-skala og kommerciel-skala enheder. Som separatoren er effektivitet en funktion af elektrode længde, bænk-skala test kan ikke bruges som en erstatning for pilot-skala test. Pilot-skalatest er nødvendig for at bestemme omfanget af den adskillelse, som STET-processen kan opnå, og for at afgøre, om STET-processen kan opfylde produktmålene under givne. I stedet, benchtopseparatoren anvendes til at udelukke kandidatmaterialer, der sandsynligvis ikke vil påvise nogen væsentlig adskillelse på pilotskala-niveau. Resultater opnået på bænken-skalaen vil være ikke-optimeret, og den observerede adskillelse er mindre, end hvilken der ville blive observeret på en stetseparator af handelsstørrelse.
Test på pilotanlægget er nødvendig forud for udrulning i kommerciel skala, men, afprøvning på bænkskalaen fremmes som den første fase af implementeringsprocessen for et givet materiale. Desuden, i tilfælde, hvor materialetilgængeligheden er begrænset, benchtop separatoren er et nyttigt redskab til screening af potentielle vellykkede projekter (Dvs., projekter, hvor kunde- og industrikvalitetsmål kan opfyldes ved hjælp af STET-teknologi).
2.2.1 STET Triboelectrostatic Bælte Separator
I tribo-elektrostatiske bælte separator (Figur 1 og Figur 2), materiale føres ind i det tynde hul 0.9 – 1.5 cm mellem to parallelle plane elektroder. Partiklerne debiteres triboelectrically ved interparticle kontakt. For eksempel, hvis der er tale om en bauxitprøve, som hovedbestanddelene er gibssite, kaolinit og kvarts mineralske partikler, de positivt ladede (gibssite) og de negativt ladede (kaolinit og kvarts) er tiltrukket af overfor elektroder. Partiklerne fejes derefter op af et kontinuerligt bevægeligt åbent netbånd og transporteres i modsatte retninger. Bæltet flytter de støder op til hver elektrode mod modsatte ender af separatoren partikler. Det elektriske felt behøver kun at flytte partiklerne en lille brøkdel af en centimeter for at flytte en partikel fra en venstre-bevægelse til en højre-bevægelse strøm. Modstrømsstrømmen af de adskillende partikler og kontinuerlig triboelektrisk opladning ved partikelkollisioner giver mulighed for en flertrinsadskillelse og resulterer i fremragende renhed og genopretning i en enkeltpasenhed. Høj bælte hastighed giver også mulighed for meget høje gennemløb, op til 40 tons i timen på en enkelt separator. Ved at kontrollere forskellige parametre, enheden giver mulighed for optimering af mineralkvalitet og nyttiggørelse.
Figur 1. Skematisk af triboelektriske bælte separator
Separatordesignet er relativt enkelt. Bælte og tilknyttede rullerne er de eneste bevægelige dele. Elektroderne er stationære og består af en passende holdbart materiale. Bæltet er lavet af plastmateriale. Separatorelektrodens længde er ca. 6 Meter (20 ft.) og bredden 1.25 Meter (4 ft.) for kommercielle enheder i fuld størrelse. Strømforbruget er mindre end 2 kilowatt-time pr. ton af materiale behandles med de fleste af strømforbrug af to motorer kører bælte.
Figur 2. Detalje af adskillelse zone
Processen er helt tør, kræver ingen yderligere materialer og producerer ingen spildevand eller luftemissioner. Til mineraladskillelse giver separatoren en teknologi til at reducere vandforbruget, forlænge reservelevetiden og/eller genopsøge og oparbejde tailings.
Systemets kompakthed giver mulighed for fleksibilitet i installationsdesign. Den tribo-elektrostatiske bælte separation teknologi er robust og industrielt bevist og blev først anvendt industrielt til forarbejdning af kul forbrænding flyve aske i 1997. Teknologien er effektiv til at adskille kulstofpartikler fra ufuldstændig forbrænding af kul, fra de glasagtige aluminosilikatmineralpartikler i flyveaske. Teknologien har været medvirkende til at gøre det muligt at genbruge den mineralrige flyveaske som en cementerstatning i betonproduktion.
Siden 1995, over 20 ton flyveaske er blevet forarbejdet af STET-separatorerne, der er installeret i USA. Den industrielle historie flyveaske separation er opført i tabel 4.
I mineralforarbejdning, triboelektrisk bælteseparatorteknologi er blevet anvendt til at adskille en lang række materialer, herunder calcite/kvarts, talc/magnesit, og barite/kvarts.
Figur 3. Kommerciel tribo-elektrostatisk bælteseparator
Tabel 4. Industriel anvendelse af tribo-elektrostatisk seleadskillelse for flyveaske.
| Nytte / kraftværk | Beliggenhed | Påbegyndelse af kommercielle aktiviteter | Oplysninger om facilitet |
|---|---|---|---|
| Duke Energy – Roxboro Station | North Carolina DANMARK | 1997 | 2 Separatorer |
| Talen energi- Brandon Shores | Maryland DANMARK | 1999 | 2 Separatorer |
| Skotsk magt- Longannet Station | Skotland Storbritannien | 2002 | 1 Separator |
| Jacksonville Electric. Johns River Power Park | Florida Danmark | 2003 | 2 Separatorer |
| South Mississippi Electric Power -R.D. Morrow | Mississippi Danmark | 2005 | 1 Separator |
| Ny Brunswick Power-Belledune | New Brunswick Canada | 2005 | 1 Separator |
| RWE npower-Didcot Station | England Danmark | 2005 | 1 Separator |
| Talen Energy-Brunner Island Station | Pennsylvania DANMARK | 2006 | 2 Separatorer |
| Tampa Electric-Big Bend Station | Florida Danmark | 2008 | 3 Separatorer |
| RWE npower-Aberthaw Station | Wales Danmark | 2008 | 1 Separator |
| EDF Energy-West Burton Station | England Danmark | 2008 | 1 Separator |
| ZGP (Lafarge Cement /Ciech Janikosoda JV) | Polen | 2010 | 1 Separator |
| Korea sydøst Magt- Yeongheung (Yeongheung) | Sydkorea | 2014 | 1 Separator |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Polen | 2018 | 1 Separator |
| Taiheiyo Cement Company-Chichibu | Japan | 2018 | 1 Separator |
| Armstrong flyve aske- Ørncement | Filippinerne | 2019 | 1 Separator |
| Korea sydøst Magt- Samcheonpo (Samcheonpo) | Sydkorea | 2019 | 1 Separator |
2.2.2 Test af bænkskala
Standard procesforsøg blev udført omkring det specifikke mål om at øge Al_2 O_3 koncentration og reducere koncentrationen af gangue mineraler. Tests blev udført på benchtop separatoren batch betingelser, med test udført i dubletter for at simulere stabil tilstand, og sikre, at eventuelle fremførsler fra den tidligere betingelse ikke blev taget i betragtning. Forud for hver test, der blev indsamlet en lille foderunderprøve (udpeget som "Foder"). Efter indstilling af alle operation variabler, materialet blev ført ind i benchtop separatoren ved hjælp af en elektrisk vibrerende feeder gennem midten af benchtop separator. Der blev indsamlet prøver ved afslutningen af hvert forsøg, og vægtene af produktets 1 (betegnet som 'E1') og produktets afslutning 2 (betegnet som 'E2') blev bestemt ved hjælp af en juridisk-for-handel tælle skala. For bauxitprøver, »E2« svarer til det bauxitrige produkt. For hvert sæt underprøver (Dvs., Feed, E1 og E2) LOI, hovedoxidsammensætning af XRF, reaktiv silica og tilgængelig aluminiumoxid blev bestemt. XRD-tegnisering blev udført på udvalgte undereksempler.
3.0 Resultater og diskussion
3.1. Prøver Mineralogi
Resultaterne af de kvantitative XRD-analyser for foderprøver er medtaget i tabel 5. Størstedelen af prøverne bestod primært af gibbsit og varierende mængder goetit, hæmatit, kaolinit, og kvarts. Ilmenite og anatase var også tydelige i mindre mængder i de fleste af prøverne.
Der var en ændring i mineralsammensætningen for S6 og S7, da disse foderprøver primært bestod af diaspore med mindre mængder calcite, hæmatit, goethit, boehmite, kaolinit, gibbsite, kvarts, Anatase, og rutile blive opdaget. Der blev også påvist en amorf fase i S1 og S4, som varierede fra ca. 1 til 2 procent. Dette skyldtes sandsynligvis enten tilstedeværelsen af et smectitmineral, eller ikke-krystallinsk materiale. Da dette materiale ikke kunne måles direkte, resultaterne for disse prøver bør betragtes som omtrentlige.
3.2 Bænk-skala eksperimenter
Der blev udført en række testkørsler på hver mineralprøve med det formål at maksimere Al2O3 og reducere SiO_2 indhold. Arter, der koncentrerer sig om det bauxitrige produkt, vil være tegn på positiv opladningsadfærd. Resultaterne vises i tabel 6
Tabel 5. XRD-analyse af foderprøver.
Tabel 6. Oversigt over resultater.
Test med STET bænketop separator viste betydelig bevægelse af Al2O3 for alle prøver. Adskillelse af Al2O3 blev observeret for S1-5, som hovedsageligt var gibbsit, og også for S6-7, som hovedsageligt var diaspore. Derudover, de øvrige vigtige elementer i Fe2O3, SiO2 og TiO2 viste signifikant bevægelse i de fleste tilfælde. For alle prøver, flytning af tab ved antændelse (LOI) fulgte bevægelse af Al2O3. Med hensyn til reaktiv silica og tilgængelig aluminiumoxid, for S1-5, som er næsten alle gibbsite (aluminium trihydrat) værdier bør tages i betragtning ved 145 °C, mens det dominerende mineral for S6-7, for hvilket det dominerende mineral er diaspore (aluminium monohydrat) værdier skal vurderes ved 235 °C. For alle prøver viste test med STET benchtop separator en betydelig stigning i tilgængelig aluminiumoxid og en betydelig reduktion i reaktiv silica til produkt til både trihydrat og monohydrat bauxitprøver. Flytning af større mineralarter blev også observeret og er grafisk vist nedenfor i figur 4.
Med hensyn til mineralogi, STET benchtop separator påviste koncentrationen af aluminiumoxidbærende arter gibbsit og diaspore til det bauxitrige produkt, samtidig med at andre ganguearter blev afvist.. Tal 5 og 6 vise selektivitet af mineralfaser til det bauxitrige produkt til trihydrat- og monohydratprøver, Henholdsvis. Selektivitet blev beregnet som forskellen mellem massedeportationen til produktet for hver mineralart og den samlede massegenvinding til produktet. En positiv selektivitet er tegn på mineralkoncentrationen i det bauxitrige produkt, og af en samlet positiv opladningsadfærd. Tværtimod, en negativ selektivitetsværdi er tegn på koncentration af det bauxit-magre koprodukt, og en samlet negativ opladningsadfærd.
For alle trihydrat lavtemperaturprøver (Dvs., S1, S2 og S4) kaolinit udviste en negativ opladningsadfærd og koncentrerede sig om det bauxit-magre co-produkt, mens gibbsit koncentrerede sig om det bauxitrige produkt (Figur 5). For alle monohydrat højtemperaturprøver (Dvs., S6 og S7) både reaktive silicabærende mineraler, kaolinit og kvarts, udviste en negativ opladningsadfærd. For sidstnævntes skyld, diaspore og boehmite rapporterede til det bauxitrige produkt og udviste en positiv opladningsadfærd (Figur 6).
Figur 5. Selektivitet af mineralfaser til produkt.
Figur 6. Selektivitet af mineralfaser til produkt.
Målinger af tilgængelig aluminiumoxid og reaktiv silica viser betydelig bevægelse. Til bauxit ved lav temperatur (S1-S5), mængden af reaktiv silica pr. enhed af tilgængelig aluminiumoxid blev reduceret fra 10-50% på et relativt grundlag (Figur 7). En lignende reduktion blev observeret i højtemperatur bauxiterne (S6-S7) som det fremgår af figur 7.
Forholdet mellem bauxit og aluminiumoxid blev beregnet som det modsatte af den tilgængelige aluminiumoxid. Forholdet mellem bauxit og aluminiumoxid blev reduceret med mellem 8 – 26% relativt set for alle testede prøver (Figur 8). Dette er meningsfuldt, da det repræsenterer en tilsvarende reduktion i massestrømmen af bauxit, der skal fodres til Bayer-processen.
Figur 7. Reaktiv SiO2 pr. enhed af tilgængelig Al2O3
Figur 8. Bauxit til aluminiumoxidforhold.
3.3 Diskussion
De eksperimentelle data viser, at STET-separatoren øgede den tilgængelige Al2O3 og samtidig reducerede SiO_2 indhold. Figur 9 et konceptuelt diagram over de forventede fordele i forbindelse med reduktionen af reaktiv silica og stigningen i den tilgængelige aluminiumoxid forud for Bayer-processen. Forfatterne beregner, at den økonomiske fordel for et aluminiumoxidraffinaderi vil ligge inden for $15-30 USD pr. ton aluminiumoxidprodukt. Dette afspejler undgåede omkostninger fra kaustisk soda tabt til de-silicaton produkt (DSP), energibesparelser ved at reducere bauxittilførslen til raffinaderiet, reduktion i produktion af rødt mudder og en lille indtægtskilde som følge af salg af bauxit biprodukter af lav kvalitet til cementproducenter. Figur 9 skitserer de forventede fordele ved at implementere STET triboelectrostatic teknologi som et middel til at prækoncentratere bauxitmalm forud for Bayer-processen.
Installation af STET-adskillelsesprocessen til forbehandling af bauxit kan udføres enten på aluminiumoxidraffinaderiet eller i selve bauxitminen. Men, STET-processen kræver tør slibning af bauxitmalmerne inden adskillelse, at befri gangue, derfor kan logistikken med slibning og forarbejdning af bauxit på raffinaderiet være mere ligetil.
Som en mulighed – tør bauxit ville blive malet ved hjælp af veletableret tørslibningsteknologi, f.eks. en lodret rullemølle eller slagmølle. Den fint jordede bauxit ville blive adskilt af STET-processen, med høj aluminiumoxid bauxit produkt sendt til aluminiumoxid raffinaderi. Installation af tørslibning ville gøre det muligt at eliminere vådslibning, der traditionelt anvendes under Bayer-processen. Det antages, at driftsomkostningerne ved tørslibning stort set vil kunne sammenlignes med driftsomkostningerne ved vådslibning, især i betragtning af den våde slibning udført i dag udføres på en meget alkalisk blanding, hvilket fører til betydelige vedligeholdelsesomkostninger.
Det tørre bauxit-co-produkt af lav kvalitet (Tailings) fra adskillelsesprocessen vil blive solgt til cementfremstilling som aluminiumoxidkilde. Bauxit tilsættes almindeligvis til cementfremstilling, og det tørre co-produkt, i modsætning til rødt mudder, indeholder ikke natrium, som ville forhindre dets anvendelse i cementfremstilling. Dette giver raffinaderiet en metode til valorizing materiale, der ellers ville forlade raffineringsprocessen som rødt mudder, og vil kræve langtidsopbevaring, repræsenterer en omkostning.
En beregning af driftsomkostninger, der udføres af forfatterne, anslår en projektfordel ved $27 USD pr. ton aluminiumoxid, med de store virkninger, der er opnået gennem reduktion af kaustisk soda, reduktion i rødt mudder, valorisering af co-product og brændstofbesparelser på grund af lavere volumen bauxit til raffinaderiet. Derfor er en 800,000 raffinaderiet om året kunne forvente en økonomisk fordel ved at $21 M USD pr. år (Se figur 10). I denne analyse tages der ikke hensyn til potentielle besparelser ved at reducere import- eller logistikomkostningerne ved bauxit, hvilket yderligere kan forbedre projektets afkast.
Figur 10. Fordelene ved reaktiv silicareduktion og tilgængelig aluminiumoxidstigning.
4.0 Konklusioner
Sammenfattende, tør forarbejdning med STET-separatoren giver mulighed for at skabe værdi for bauxitproducenter og -raffinaderier. Forbehandling af bauxit inden raffinering vil reducere de kemiske omkostninger, sænke mængden af rødt mudder genereret og minimere proces forstyrrelser. STET-teknologi kan gøre det muligt for bauxitforarbejdningsvirksomheder at omdanne ikke-metallurgisk kvalitet til bauxit af metallurgisk kvalitet – hvilket kan reducere behovet for importeret bauxit og/eller forlænge spændende stenbrudsressourcens levetid. STET-processen kunne også gennemføres for at skabe ikke-metallurgisk kvalitet af højere kvalitet og bauxit af metallurgisk kvalitet, og bauxit biprodukter af cementkvalitet forud for Bayer-processen.
STET-processen kræver kun ringe forbehandling af mineralet og fungerer ved høj kapacitet – op til 40 toner i timen. Energiforbruget er mindre end 2 kilowatt-timer pr. ton forarbejdet materiale. Desuden, STET-processen er en fuldt kommercialiseret teknologi inden for mineralforarbejdning, og kræver derfor ikke udvikling af ny teknologi.
Referencer
1. Bergsdal, Håvard, Anders H. Strømman, og Edgar G. Hertwich (2004), “Aluminiumsindustriens miljø, teknologi og produktion”.
2. Das, Subodh K., og Weimin Yin (2007), “Den verdensomspændende aluminiumsøkonomi: Branchens nuværende situation” JOM 59.11, PP. 57-63.
3. Vincent G. Bakke & Errol D. Sehnke (2006), "Bauxit", i industrimineraler & Klipper: Råvarer, Markeder, og bruger, Samfundet for Minedrift, Metallurgi og Exploration Inc., Englewood, Co, PP. 227-261.
4. Evans, Ken (2016), “Historien, Udfordringer, og nye udviklinger inden for forvaltning og anvendelse af bauxitrester”, Tidsskrift for Bæredygtig Metallurgi 2.4, PP. 316-331
5. Gendron, Robin S., Mats Ingulstad, og Espen Storli (2013), "Aluminium malm: den globale bauxitindustris politiske økonomi", UBC Presse.
6. Slange, H. RASMUSSEN. (2016), “Bauxit mineralogi”, Vigtige aflæsninger i lette metaller, Springer, Cham, PP. 21-29.
7. Authier-Martin, Monique, et al.. (2001),”Bauxits mineralogi til fremstilling af aluminiumoxid af smelteværkskvalitet", JOM 53.12, PP. 36-40.
8. Bakke, V. G., og R. JØRGENSEN. Robson (2016), “Klassificering af bauxit fra Bayer-anlæggets synspunkt”, Vigtige aflæsninger i lette metaller, Springer, Cham, PP. 30-36.
9. Sang qing, Gu (2016). “Kinesisk bauxit og dens indflydelse på aluminiumoxid produktion i Kina”, Vigtige aflæsninger i lette metaller, Springer, Cham, PP. 43-47.
10. Habashi, Fathi (2016) “Hundrede år af Bayer-processen til aluminiumoxidproduktion” Vigtige aflæsninger i lette metaller, Springer, Cham, PP. 85-93.
11. Adamson, A. N., E. JØRGENSEN. Bloore, og A. RASMUSSEN. Carr (2016) “Grundlæggende principper for Bayer-procesdesign”, Vigtige aflæsninger i lette metaller, Springer, Cham, PP. 100-117.
12. Anich, Ivan, et al.. (2016), “Køreplanen for aluminiumoxidteknologi”, Vigtige aflæsninger i lette metaller. Springer, Cham, PP. 94-99.
13. Liu, Wanchao, et al.. (2014), “Miljøvurdering, forvaltning og udnyttelse af rødt mudder i Kina”, Tidsskrift for renere produktion 84, PP. 606-610.
14. Evans, Ken (2016), “Historien, Udfordringer, og nye udviklinger inden for forvaltning og anvendelse af bauxitrester”, Tidsskrift for Bæredygtig Metallurgi 2.4, PP. 316-331.
15. Liu, Yong, Chuxia Lin, og Yonggui Wu (2007), “Karakterisering af rødt mudder afledt af en kombineret Bayer-proces og bauxitkalcinationsmetode”, Tidsskrift for farlige materialer 146.1-2, PP. 255-261.
16. Amerikanske. Geologisk undersøgelse (USGS) (2018), "Bauxit og Aluminiumoxid", i Bauxit og Aluminiumoxid Statistik og information.
17. Paramguru, RASMUSSEN. K., P. C. Rath, og V. N. Misra (2004), “Tendenser i rød mudder udnyttelse-en gennemgang”, Mineralforarbejdning & Udvindingsmetall. Rev. 2, PP. 1-29.
18. Manouchehri, H, Lone Roa, K, & Forssberg, K (2000), "Gennemgang af elektriske separationsmetoder, En del 1: Grundlæggende aspekter, Mineraler & Metallurgisk forarbejdning", Vol. 17, Nej. 1, s. 23-36.
19. Manouchehri, H, Lone Roa, K, & Forssberg, K (2000), "Gennemgang af elektriske separationsmetoder, En del 2: Praktiske overvejelser, Mineraler & Metallurgisk forarbejdning", Vol. 17, Nej. 1, s. 139-166..
20. Ralston O. (1961), Elektrostatisk adskillelse af blandede granulære faste stoffer, Elsevier Forlag, ikke ud skrevet.
