בחר שפה:
הציוד סנט & טכנולוגיה בע מ (לתקן) מפריד חגורה טריבו-אלקטרוסטטית מתאים באופן אידיאלי למיטיב בסדר גמור (<1מיקרומטר) עד גס למדי (500מיקרומטר) חלקיקים מינרליים, עם תפוקה גבוהה מאוד. ממצאים ניסיוניים הדגימו את יכולתו של מפריד STET לנהנות דגימות בוקסיט על ידי הגדלת אלומינה זמינה תוך הפחתת סיליקה תגובתית וסה"כ. טכנולוגיית STET מוצגת כשיטה לשדרוג ותרכיז מראש של פיקדונות בוקסיט לשימוש בייצור אלומינה. עיבוד יבש עם מפריד STET יביא לירידה בעלויות התפעול של בית הזיקוק בשל צריכה נמוכה יותר של סודה קאוסטית, חיסכון באנרגיה עקב נפח נמוך יותר של תחמוצות אינרטיות וירידה בהיקף שאריות בתי הזיקוק של אלומינה (ARR או בוץ אדום). בנוסף, טכנולוגיית STET עשויה להציע למזקקים אלומינה יתרונות אחרים כולל עתודות מחצבה מוגברות, הרחבת חיי אתר סילוק בוץ אדום, ומאריכים את חיי התפעול של מכרות בוקסיט קיימים על ידי שיפור ניצול המחצבה ומקסום ההתאוששות. תוצר לוואי ללא מים וללא כימיקלים המיוצר על ידי תהליך STET שמייש לייצור מלט בכמויות גדולות ללא טיפול מקדים, בניגוד לבוץ אדום שיש לו שימוש חוזר מועיל מוגבל.
1.0 מבוא
ייצור אלומיניום הוא בעל חשיבות מרכזית לתעשיית הכרייה והמטלורגיה ומהותי למגוון תעשיות [1-2]. בעוד אלומיניום הוא היסוד המתכתי הנפוץ ביותר שנמצא על פני כדור הארץ, בסך הכל אודות 8% של קרום כדור הארץ, כאלמנט הוא מגיב ולכן אינו מתרחש באופן טבעי [3]. מכאן, עפרות עשירות באלומיניום צריכות להיות מעודנות כדי לייצר אלומינה ואלומיניום, וכתוצאה מכך דור משמעותי של שאריות [4]. ככל שאיכות פיקדונות בוקסיט יורדת ברחבי העולם, ייצור השאריות עולה, מציב אתגרים לתעשיית אלומינה וייצר אלומיניום מבחינת עלויות העיבוד, עלויות הסילוק וההשפעה על הסביבה [3].
החומר ההתחלתי העיקרי של זיקוק אלומיניום הוא בוקסיט, המקור המסחרי העיקרי בעולם של אלומיניום [5]. בוקסיט הוא סלע מ משקעים מועשר מאלומיניום הידרוקסיד, מיוצר מן המאוחר יותר בלייה של סלעים עשירים תחמוצות ברזל, תחמוצות אלומיניום, או שניהם בדרך כלל מכילים קוורץ וחימר כמו קאולין [3,6]. סלעי בוקסיט מורכבים בעיקר ממינרלים מאלומיניום גיבסייט (אל(אוי)3), בוהמיט (γ-אלו(אוי)) ותפוצה (α-אלו(אוי)) (טבלה 1), והוא מעורבב בדרך כלל עם שתי תחמוצות ברזל גותיט (פאו(אוי)) והמאטיט (Fe2O3), מינרל חימר אלומיניום kaolinite, כמויות קטנות של אטלאז ו/או טיטניה (TiO2), ilmenite (פטיאו3) ו זיהומים אחרים בכמויות קטנות או עקבות [3,6,7].
המונחים trihydrate ומונוהידראט משמשים בדרך כלל על ידי התעשייה כדי להבדיל בין סוגים שונים של בוקסיט. בוקסיט שהוא לגמרי או כמעט כל נושא גיבסיט נקרא עפרה trihydrate; אם בוהמיט או תפוצה הם המינרלים הדומיננטיים זה נקרא מחצבות מונוהידראט [3]. תערובות של גיבסייט ובוהמיט נפוצות בכל סוגי הבוקסיטים, בוהמיט ותפוצות פחות נפוצות, וגיבסייט ותפוצות נדירות. כל סוג של עפרות בוקסיט מציג אתגרים משלו במונחים של עיבוד מינרלי ומוטב לדור אלומינה [7,8].
טבלה 1. הרכב כימי של גיבסייט, בוהמית ותפוצות [3].
| הרכב כימי | גיבסייט אל(אוי)3 או אל2O3.3H2O | בוהמיט ALO(אוי) או אל2O3.H2O | תפוצה ALO(אוי) או אל2O3.H2O |
|---|---|---|---|
| אל2O3 wt% | 65.35 | 84.97 | 84.98 |
| (אוי) wt% | 34.65 | 15.03 | 15.02 |
פיקדונות בוקסיט מפוזרים ברחבי העולם, מתרחשים בעיקר באזורים טרופיים או סובטרופיים [8]. כריית בוקסיט של עפרות כיתה מתכות ולא מטלורגיות מקבילה לכרייה של מינרלים תעשייתיים אחרים. בדרך כלל, המוטב או הטיפול בבוקסיט מוגבל למחוץ, סינון, כביסה, וייבוש של עפרות גולמיות [3]. ציפה הועסקה לשדרוג עפרות בוקסיט מסוימות בדרגה נמוכה, עם זאת זה לא הוכיח סלקטיביות מאוד בדחיית kaolinite, מקור עיקרי של סיליקה תגובתי במיוחד בוקסיטים טריהידראטים [9].
עיקר הבוקסיט המיוצר בעולם משמש כמזון לייצור אלומינה באמצעות תהליך באייר, שיטת קאוסטית-ליץ' רטובה-כימית שבה Al_2 O_3 מומסת מסלע הבוקסיט באמצעות תמיסה עשירה בסודה קאוסטית בטמפרטורה ובלחץ גבוהים [3,10,11]. לאחר מכן, עיקר אלומינה משמשת כמזון לייצור מתכת אלומיניום באמצעות תהליך הול-הרו, אשר כרוך הפחתה אלקטרוליטית של אלומינה באמבטיה של קריוליטיס (Na3AlF6). זה לוקח בערך 4-6 טונות של בוקסיט מיובש לייצור 2 t של אלומינה, אשר בתורו תשואות 1 t של מתכת אלומיניום [3,11].
תהליך באייר הוא ביוזמת ערבוב בוקסיט שטוף וטחון דק עם תמיסת ליץ'. ההסתה המתקבלת מכילה 40-50% מוצקים הוא לאחר מכן בלחץ מחומם עם קיטור. בשלב זה חלק מהאלומיניום מומס ויוצר נתרן מסיס בוגר (NaAlO2), אבל בשל נוכחות של סיליקה תגובתי, סיליקט נתרן אלומיניום מורכב גם מזרז אשר מייצג אובדן של אלומינה וסודה. העגמת המתקבלת נשטפת, ושאריות שנוצרו (כלומר., בוץ אדום) הוא decanted. נתרןאלומיניום הוא אז זידרז החוצה כמו אלומיניום trihydrate (אל(אוי)3) בתהליך זריעה. פתרון הסודה הקאוסטית המתקבל חוזר לתמיסת ליץ'. סוף סוף, אלומינה טריהידראט מוצק מסונן ושטוף מפוטרת או קלצין כדי לייצר אלומינה [3,11].
טמפרטורות שטיפה עשויות לנוע בין 105°C ל-290°C והלחצים המתאימים נעים בין 390 kPa to 1500 kPa. טווחי טמפרטורות נמוכים יותר משמשים בוקסיט שבו כמעט כל אלומינה זמין נוכח כמו גיבסייט. הטמפרטורות הגבוהות יותר נדרשות כדי לחפור בוקסיט עם אחוז גדול של בוהמיט ותפוצות. בטמפרטורות של 140 מעלות צלזיוס או פחות רק קבוצות גיבסייט וקולין מסיסות בליקר הסודה הקאוסטית ולכן טמפרטורה כזו עדיפה לעיבוד אלומינה טריהידראט . בטמפרטורות גבוהות מ 180 מעלות צלזיוס אלומינה נוכח כמו trihydrate ומונוהידרט ניתנים לשחזור בתמיסה וגם חימר קוורץ חופשי להיות תגובתי [3]. תנאי הפעלה כגון טמפרטורה, לחץ ומינון ריאגנט מושפעים מסוג הבוקסיט ולכן כל בית זיקוק אלומינה מותאם לסוג מסוים של עפרות בוקסיט. אובדן סודה קאוסטית יקרה (נאוה) ויצירת הבוץ האדום קשורה שתיהן לאיכות הבוקסיט המשמש בתהליך הזיקוק. באופן כללי, נמוך יותר התוכן Al_2 O_3 של בוקסיט, ככל שהנפח של הבוץ האדום גדול יותר שייווצר, מכיוון שהשלבים שאינם Al_2 O_3 נדחים כבוץ אדום. בנוסף, גבוה יותר את התוכן kaolinite או תגובתי סיליקה של בוקסיט, ככל שייווצר יותר בוץ אדום [3,8].
בוקסיט ברמה גבוהה מכיל עד 61% Al_2 O_3, ורבים ממרבצי בוקסיט פועלים - המכונים בדרך כלל ציון לא מטלורגי- הם הרבה מתחת לזה, מדי פעם נמוך כמו 30-50% Al_2 O_3. כי המוצר הרצוי הוא טוהר גבוה
Al_2 O_3, את שאר תחמוצות בוקסיט (Fe2O3, SiO2, TiO2, חומר אורגני) מופרדים Al_2 O_3 ונדחו כשאריות בית זיקוק אלומינה (בעיבוד) או בוץ אדום דרך תהליך באייר. באופן כללי, האיכות הנמוכה יותר של הבאוקסיט (כלומר., תוכן Al_2 O_3 נמוך יותר) הבוץ האדום יותר שנוצר לכל לטון של מוצר אלומינה. בנוסף, אפילו כמה מינרלים הנושאים Al_2 O_3, במיוחד קאוליניט, לייצר תגובות צד לא רצויות במהלך תהליך הזיקוק ולהוביל לעלייה ביצירת בוץ אדום, כמו גם אובדן של סודה קאוסטית יקר כימי, עלות משתנה גדולה בתהליך זיקוק בוקסיט [3,6,8].
בוץ אדום או ARR מייצג אתגר גדול ומתמשך לתעשיית האלומיניום [12-14]. בוץ אדום מכיל שאריות כימיות קאוסטית משמעותיות מתהליך הזיקוק, והוא מאוד אלקליין, לעתים קרובות עם pH של 10 – 13 [15]. הוא נוצר בכמויות גדולות ברחבי העולם – על פי USGS, ייצור אלומינה גלובלי מוערך היה 121 מיליון טון ב 2016 [16]. התוצאה הייתה מוערכת 150 מיליון טונות של בוץ אדום שנוצר באותה תקופה [4]. למרות מחקר מתמשך, בוץ אדום יש כיום כמה נתיבים קיימא מבחינה מסחרית לשימוש חוזר מועיל. ההערכה היא כי מעט מאוד בוץ אדום משמש מחדש מועיל ברחבי העולם [13-14]. במקום, הבוץ האדום נשאב מבית הזיקוק אלומינה להחרמות אחסון או למזבלות, שם הוא מאוחסן ומנוטר בעלות גדולה [3]. לכן, ניתן לטעון הן טיעון כלכלי והן סביבתי לשיפור איכות הבוקסיט לפני הזיקוק, בפרט אם שיפור כזה יכול להיעשות באמצעות טכניקות הפרדה פיזית באנרגיה נמוכה.
בעוד עתודות מוכחות של בוקסיט צפויים להימשך שנים רבות, איכות היתרות שניתן לגשת אליהן כלכלית יורדת [1,3]. עבור מזקקים, אשר בעסק של עיבוד בוקסיט לעשות אלומינה, ובסופו של דבר מתכת אלומיניום, זהו אתגר עם השלכות כלכליות וסביבתיות
שיטות יבשות כגון הפרדה אלקטרוסטטית עשויות לעניין את תעשיית הבאוקסיט לריכוז מראש של בוקסיט לפני תהליך באייר. שיטות הפרדה אלקטרוסטטיות המשתמשות במגע, או טריבו-אלקטריק, טעינה מעניינת במיוחד בגלל הפוטנציאל שלהם להפריד מגוון רחב של תערובות המכילות מוליך, 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, לאחר מכן נופלים על ידי כוח הכבידה דרך מכשיר עם אלקטרודות מנוגדות המפעילות שדה חשמלי חזק כדי להסיט את מסלול החלקיקים על פי הסימן והגודל של מטען פני השטח שלהם [18]. מפרידי נפילה חופשית יכולים להיות יעילים עבור חלקיקים גסים אך אינם יעילים בטיפול בחלקיקים עדינים יותר מאשר על 0.075 כדי 0.1 מ מ [19-20]. אחת ההתפתחויות החדשות והמבטיחות ביותר בהפרדות מינרלים יבשים היא מפריד החגורה התליבו-אלקטרוסטטית. טכנולוגיה זו הרחיבה את טווח גודל החלקיקים לחלקיקים עדינים יותר מאשר טכנולוגיות הפרדה אלקטרוסטטית קונבנציונליות, לתוך הטווח שבו רק ציפה הצליחה בעבר.
הפרדה משולשת-אלקטרוסטטית משתמשת בהבדלי מטען חשמליים בין חומרים המיוצרים על ידי מגע משטח או טעינה תלת-חשמלית. בדרכים פשטניות, כאשר שני חומרים נמצאים בקשר, החומר עם זיקה גבוהה יותר לאלקטרו- רוכש אלקטרונים ובכך משנה שלילי, בעוד חומר עם זיקה אלקטרונית נמוכה חיובים חיוביים.
הציוד סנט & טכנולוגיה (לתקן) מפריד חגורה תלת-אלקטרוסטטי מציע מסלול מוטב חדשני עפרות בוקסיט טרום תרכיז. תהליך ההפרדה היבשה STET מציע ליצרני בוקסיט או זיקוק בוקסיט הזדמנות לבצע שדרוג טרום תהליך של עפרות בוקסיט כדי לשפר את האיכות. לגישה זו יתרונות רבים, כולל: הפחתת עלות התפעול של בית הזיקוק עקב צריכה נמוכה יותר של סודה קאוסטית על ידי הפחתת סיליקה תגובתית קלט; חיסכון באנרגיה במהלך הזיקוק עקב נפח נמוך יותר של תחמוצות אינרטיות (פ2O3, טיו2, SiO לא תגובתי2) כניסה עם בוקסיט; זרימת מסה קטנה יותר של בוקסיט לבית הזיקוק ולכן פחות דרישת אנרגיה לחימום ולחץ; הפחתה בנפח ייצור הבוץ האדום (כלומר., יחס בוץ אדום לאלומינה) על ידי הסרת סיליקה תגובתית ותחמוצת אינרטית; ו, בקרה הדוקה יותר על איכות הקלט בוקסיט המפחיתה את הפרעות התהליך ומאפשרת לבתי זיקוק להתמקד ברמת סיליקה תגובתית אידיאלית כדי למקסם את דחיית הטומאה. בקרת איכות משופרת על הזנת בוקסיט לבתי זיקוק גם ממקסמת את זמן הפעולה ואת הפרודוקטיביות. יתר על כן, צמצום נפח הבוץ האדום מתורגם לפחות עלויות טיפול וסילוק וניצול טוב יותר של מטמנות קיימות.
עיבוד מקדים של עפרות בוקסיט לפני תהליך באייר עשוי להציע יתרונות משמעותיים במונחים של עיבוד ומכירה של זנבות. בניגוד לבוץ אדום, זנבות מתהליך אלקטרוסטטי יבש אינם מכילים כימיקלים ואינם מייצגים אחריות אחסון סביבתית לטווח ארוך. בניגוד לבוץ אדום, תוצרי לוואי יבשים / זנבות מפעולת עיבוד מקדים של בוקסיט יכולים לשמש בייצור מלט מכיוון שאין דרישה להסיר את הנתרן, מה שמזיק לייצור מלט. למעשה – בוקסיט הוא כבר חומר גלם נפוץ לייצור מלט פורטלנד. ניתן להגיע להארכת חיי הפעילות של מכרות בוקסיט קיימים גם על ידי שיפור ניצול המחצבות ומקסום ההשבה.
2.0 ניסיוני
2.1 חומרים
STET ביצעה בדיקות היתכנות מקדימות ביותר 15 דגימות בוקסיט שונות ממקומות שונים ברחבי העולם באמצעות מפריד בקנה מידה ספסל. מאלה, 7 דוגמאות שונות היו:
טבלה 2. תוצאה של אנליזה כימית דגימות בוקסיט.
2.2 שיטות
ניסויים נערכו באמצעות מפריד חגורה משולשת-אלקטרוסטטית בקנה מידה ספסל, להלן המכונה "מפריד ספסל". בדיקה בקנה מידה ספסל הוא השלב הראשון של תהליך יישום טכנולוגיה תלת פאזי (עיין בטבלה 3) כולל הערכת סולם ספסל, בדיקות בקנה מידה פיילוט והטמעה בקנה מידה מסחרי.
מפריד הספסל משמש לסינון ראיות לטעינה תלת-אלקטרוסטטית ולקביעה אם חומר הוא מועמד טוב למוטב אלקטרוסטטי. ההבדלים העיקריים בין כל פיסת ציוד מוצגים בטבלה 3. בעוד שהציוד המשמש בכל שלב שונה בגודלו, עקרון הפעולה זהה במהותו.
טבלה 3. תהליך יישום תלת פאזי באמצעות טכנולוגיית מפריד חגורה משולשת-אלקטרוסטטית STET
| שלב | משמש עבור: | אלקטרודה ס"מ אורך | סוג התהליך |
|---|---|---|---|
| 1- הערכת סולם ספסל | הערכה איכותנית | 250 | אצווה |
| 2- סולם פיילוט בדיקות | הערכה כמותית | 610 | אצווה |
| 3- יישום בקנה מידה מסחרי | הפקה מסחרית | 610 | רציף |
כפי שניתן לראות בטבלה 3, ההבדל העיקרי בין מפריד הספסל לבין מפרידים בקנה מידה פיילוט ובקנה מידה מסחרי הוא שאורך מפריד הספסל הוא בערך 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.
בדיקות במפעל הפיילוט נחוצות לפני פריסה בקנה מידה מסחרי, עם זאת, מומלץ לבצע בדיקות בסולם הספסלים כשלב הראשון בתהליך היישום של כל חומר נתון. יתר על כן, במקרים בהם זמינות החומרים מוגבלת, מפריד Benchtop מספק כלי שימושי לסינון פרויקטים מוצלחים פוטנציאליים (כלומר., פרויקטים בהם ניתן לעמוד ביעדי איכות הלקוח והתעשייה באמצעות טכנולוגיית STET).
2.2.1 מפריד חגורה טריבואלקטרוסטטי STET
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 מדגם בוקסיט אשר המרכיבים העיקריים הם גיבסייט, חלקיקי מינרלים קאוליניט וקוורץ, הטעון החיובי (גיבסייט) והמטען השלילי (קאוליניט וקוורץ) נמשכים לאלקטרודות הפוכות. 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. זרימת הזרם הנגדי של החלקיקים המפרידים והטעינה הטריבואלקטרית המתמשכת על ידי התנגשויות חלקיקים מספקת הפרדה רב-שלבית ומביאה לטוהר מעולה והתאוששות ביחידה בעלת מעבר יחיד. מהירות החגורה הגבוהה מאפשרת גם תפוקות גבוהות מאוד, עד 40 טון לשעה על מפריד יחיד. על-ידי שליטה בפרמטרים שונים של תהליכים, המכשיר מאפשר אופטימיזציה של כיתה מינרלית והתאוששות.
איור 1. סכמטי של מפריד חגורה תלת-אלקטרית
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.
איור 2. פירוט אזור ההפרדה
התהליך יבש לחלוטין., לא דורש חומרים נוספים ולא מייצר מי שפכים או פליטת אוויר. להפרדות מינרלים המפריד מספק טכנולוגיה להפחתת השימוש במים, להאריך את חיי המילואים ו/או להתאושש ולתכנת מחדש זנבות.
הקומפקטיות של המערכת מאפשרת גמישות בעיצובי התקנה. טכנולוגיית הפרדת החגורה התליבו-אלקטרוסטטית חזקה ומוכחת תעשייתית ויושמה לראשונה מבחינה תעשייתית על עיבוד אפר זבוב בעירת פחם 1997. 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 מיליון טונות של אפר זבוב מוצר עובדו על ידי מפרידי STET המותקנים בארה"ב. ההיסטוריה התעשייתית של הפרדת אפר זבובים מופיעה בטבלה 4.
בעיבוד מינרלים, טכנולוגיית מפריד החגורה המשולשת שימשה להפרדת מגוון רחב של חומרים כולל קלציט/ קוורץ, טלק/מגנזיט, ובריטה/קוורץ.
איור 3. מפריד חגורות טריבו-אלקטרוסטטי מסחרי
טבלה 4. 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 |
| 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 | 2019 | 1 מפריד |
| קוריאה דרום מזרח כוח- סמצ'אונפו | קוריאה הדרומית | 2019 | 1 מפריד |
2.2.2 בדיקות בקנה מידה של ספסלים
ניסויי תהליך סטנדרטיים בוצעו סביב המטרה הספציפית להגדיל את ריכוז Al_2 O_3 ולהפחית את ריכוז מינרלי הגנגה. הבדיקות נערכו על מפריד הספסל בתנאי אצווה, כאשר הבדיקה מבוצעת בכפילות כדי לדמות מצב יציב, ולוודא שכל אפקט נשיאה אפשרי מהמצב הקודם לא נלקח בחשבון. לפני כל בדיקה, נאספה תת-דגימת הזנה קטנה (מוגדר כ'פיד'). לאחר הגדרת כל משתני הפעולה, החומר הוזן למפריד הספסל באמצעות מזין רטט חשמלי דרך מרכז מפריד הספסל. בסוף כל ניסוי נאספו דגימות ומשקלי סוף המוצר 1 (מסומן כ-E1) וסוף המוצר 2 (מסומן כ-'E2') נקבעו באמצעות סולם ספירה חוקי למסחר. לדגימות בוקסיט, 'E2' מתאים למוצר עשיר בבוקסיט. עבור כל קבוצה של תת-דגימות (כלומר., להאכיל, E1 ו-E2) לואה, הרכב תחמוצות עיקריות על ידי XRF, סיליקה תגובתית ואלומינה זמינה נקבעה. אפיון XRD בוצע על תתי דגימות נבחרות.
3.0 תוצאות ודיון
3.1. דוגמאות מינרלוגיה
תוצאות ניתוחי XRD כמותיים עבור דגימות הזנה כלולות בטבלה 5. רוב הדגימות הורכבו בעיקר מגיבסיט ומכמויות משתנות של גתיט, המטיט, קאוליניט, וקוורץ. גם אילמניט ואנטאז ניכרו בכמויות מינוריות ברוב הדגימות.
חל שינוי בהרכב המינרלים עבור S6 ו-S7 מכיוון שדגימות הזנה אלה הורכבו בעיקר מדיאספור עם כמויות קטנות של קלציט, המטיט, גתיט, בוהמיט, קאוליניט, רבע אתר, קוורץ, אנטאז, ורוטיל מתגלה. פאזה אמורפית זוהתה גם ב-S1 וב-S4 ונעה בין כ 1 כדי 2 אחוז. זה היה כנראה בגלל נוכחות של מינרל smectite, או חומר לא גבישי. מכיוון שלא ניתן היה למדוד חומר זה ישירות, תוצאות עבור דגימות אלה צריכות להיחשב משוערות.
3.2 ניסויים בקנה מידה של ספסל
סדרה של בדיקות בוצעו על כל דגימת מינרלים במטרה למקסם את Al2O3 ולהפחית את תכולת SiO_2. מינים המתרכזים במוצר העשיר בבוקסיט יעידו על התנהגות טעינה חיובית. התוצאות מוצגות בטבלה 6
טבלה 5. ניתוח XRD של דגימות הזנה.
טבלה 6. תוצאות סיכום.
בדיקה עם מפריד ספסל STET הדגימה תנועה משמעותית של Al2O3 עבור כל הדגימות. נצפתה הפרדה של Al2O3 עבור S1-5 שהיו בעיקר גיבסיטים, וגם עבור S6-7 שהיו בעיקר דיאספור. בנוסף, המרכיבים העיקריים האחרים של Fe2O3, SiO2 ו- TiO2 הראו תנועה משמעותית ברוב המקרים. לכל הדגימות, תנועת האובדן על ההצתה (לואה) עוקב אחר תנועה של Al2O3. מבחינת סיליקה תגובתית ואלומינה זמינה, עבור S1-5 שהם כמעט כולם גיבסייט (אלומיניום טריהידראט) הערכים צריכים להילקח בחשבון ב-145°C ואילו עבור S6-7 שהמינרל הדומיננטי עבורו הוא דיאספור (אלומיניום מונוהידראט) יש להעריך ערכים ב-235°C. עבור כל הדגימות, בדיקות עם מפריד ספסל STET הדגימו עלייה משמעותית באלומינה זמינה וירידה משמעותית בסיליקה תגובתית למוצר עבור דגימות בוקסיט טריהידראט ומונוהידראט. תנועה של מיני מינרלים עיקריים נצפתה גם היא, והיא מוצגת באופן גרפי למטה באיור 4.
מבחינת מינרלוגיה, מפריד ספסל STET הדגים ריכוז של המינים נושאי אלומינה גיבסיט ודיאספור למוצר העשיר בבוקסיט ובו זמנית דחה מיני גנגי אחרים. דמויות 5 ו 6 הצג סלקטיביות של פאזות מינרליות למוצר עשיר בבוקסיט עבור דגימות טריהידראט ומונוהידראט, בהתאמה. הסלקטיביות חושבה כהפרש בין ההעברה ההמונית למוצר עבור כל מין מינרלי לבין התאוששות המסה הכוללת למוצר. סלקטיביות חיובית מעידה על ריכוז מינרלים למוצר העשיר בבוקסיט, ושל התנהגות טעינה חיובית כללית. להיפך, ערך סלקטיביות שלילי מעיד על ריכוז לקו-מכפלה רזה של בוקסיט, ושל התנהגות טעינה שלילית כללית.
עבור כל דגימות trihydrate בטמפרטורה נמוכה (כלומר., S1, S2 ו-S4) קאוליניט הפגין התנהגות טעינה שלילית והתרכז בתוצר המשותף הרזה של בוקסיט בעוד שגיבסייט התרכז במוצר העשיר בבוקסיט (איור 5). עבור כל דגימות מונוהידראט בטמפרטורה גבוהה (כלומר., S6 ו-S7) שניהם סיליקה תגובתית נושאת מינרלים, קאוליניט וקוורץ, הפגין התנהגות טעינה שלילית. עבור האחרון, Diaspore ו-Boehmite דיווחו למוצר העשיר בבוקסיט והציגו התנהגות טעינה חיובית (איור 6).
איור 5. סלקטיביות של פאזות מינרליות למוצר.
איור 6. סלקטיביות של פאזות מינרליות למוצר.
מדידות של אלומינה זמינה וסיליקה תגובתית מראות תנועה משמעותית. עבור בוקסיט בטמפרטורה נמוכה (S1-S5), כמות הסיליקה הריאקטיבית הקיימת ליחידת אלומינה זמינה הופחתה מ 10-50% על בסיס יחסי (איור 7). ירידה דומה נצפתה בבוקסיט בטמפרטורה גבוהה (S6-S7) כפי שניתן לראות באיור 7.
יחס בוקסיט לאלומינה חושב כהופכי של האלומינה הזמינה. יחס בוקסיט לאלומינה הופחת בין 8 – 26% במונחים יחסיים עבור כל הדגימות שנבדקו (איור 8). זה משמעותי מכיוון שהוא מייצג הפחתה שוות ערך בזרימת המסה של בוקסיט שצריך להיות מוזן לתהליך באייר.
איור 7. SiO2 תגובתי ליחידה של Al2O3 זמין
איור 8. יחס בוקסיט לאלומינה.
3.3 דיון
נתוני הניסוי מראים כי מפריד STET הגדיל את Al2O3 הזמין ובו זמנית הפחית את תוכן SiO_2. איור 9 מציג תרשים מושגי של היתרונות הצפויים הקשורים להפחתת סיליקה תגובתית והגדלת אלומינה זמינה לפני תהליך באייר. המחברים חישבו כי התועלת הכספית לזיקוק אלומינה תהיה בטווח של $15-30 דולר ארה"ב לטון מוצר אלומינה. זה משקף עלות נמנעת מסודה קאוסטית שאבדה למוצר דה-סיליקטון (DSP), חיסכון באנרגיה מהפחתת התשומות של בוקסיט לבית הזיקוק, צמצום ייצור הבוץ האדום וזרם הכנסות קטן שנוצר ממכירת תוצר לוואי של בוקסיט באיכות נמוכה ליצרני מלט. איור 9 מתאר את היתרונות הצפויים של יישום טכנולוגיית STET triboelectrostatic כאמצעי לריכוז מראש של עפרות בוקסיט לפני תהליך Bayer.
התקנה של תהליך הפרדת STET לעיבוד מקדים של בוקסיט יכולה להתבצע בבית הזיקוק אלומינה או במכרה הבוקסיט עצמו. עם זאת, תהליך STET דורש טחינה יבשה של עפרות בוקסיט לפני ההפרדה, לשחרר את הגנגה, לכן הלוגיסטיקה של השחזה ועיבוד הבוקסיט בבית הזיקוק עשויה להיות פשוטה יותר.
כאפשרות אחת – הבוקסיט היבש ייטחן באמצעות טכנולוגיית טחינה יבשה מבוססת היטב, לדוגמה, טחנת רולר אנכית או טחנת אימפקט. הבוקסיט הטחון דק יופרד בתהליך STET, עם מוצר בוקסיט אלומינה גבוהה שנשלח לבית הזיקוק אלומינה. התקנת טחינה יבשה תאפשר ביטול טחינה רטובה המשמשת באופן מסורתי בתהליך באייר. ההנחה היא כי עלות התפעול של טחינה יבשה תהיה דומה בערך לעלות התפעול של טחינה רטובה, במיוחד בהתחשב בטחינה הרטובה המבוצעת כיום על תערובת בסיסית מאוד, מה שמוביל לעלויות תחזוקה ניכרות.
המוצר המשותף היבש של בוקסיט ברמה נמוכה (זנבות) מתהליך ההפרדה יימכר לייצור מלט כמקור אלומינה. בוקסיט מתווסף בדרך כלל לייצור מלט, והתוצר המשותף היבש, בניגוד לבוץ אדום, אינו מכיל נתרן שימנע את השימוש בו בייצור מלט. זה מספק לבית הזיקוק שיטה של הערכת חומר שאחרת היה יוצא מתהליך הזיקוק כבוץ אדום, וידרוש אחסון לטווח ארוך, ייצוג עלות.
חישוב עלות תפעול המבוצע על ידי המחברים מעריך תועלת פרויקט של $27 דולר ארה"ב לטון אלומינה, עם ההשפעות העיקריות שהושגו באמצעות הפחתת סודה קאוסטית, הפחתה בבוץ אדום, הערכת שווי המוצר המשותף וחיסכון בדלק עקב נפח נמוך יותר של בוקסיט לבית הזיקוק. לכן 800,000 טון לשנה בית זיקוק יכול לצפות תועלת כספית של $21 M USD בשנה (ראה איור 10). ניתוח זה אינו לוקח בחשבון חיסכון פוטנציאלי מהפחתת עלויות היבוא או הלוגיסטיקה של בוקסיט, מה שעשוי לשפר עוד יותר את תשואת הפרויקט.
איור 10. היתרונות של הפחתת סיליקה תגובתית והגדלת אלומינה זמינה.
4.0 מסקנות
לסיכום, עיבוד יבש עם מפריד STET מציע הזדמנויות ליצירת ערך ליצרני בוקסיט ומזקקים. עיבוד מקדים של בוקסיט לפני הזיקוק יפחית את העלויות הכימיות, הפחיתו את נפח הבוץ האדום שנוצר ומזערו את התהליך. טכנולוגיית STET יכולה לאפשר למעבדי בוקסיט להפוך בוקסיט שאינו מטלורגי לבוקסיט בדרגת מטלורגיה – מה שיכול להפחית את הצורך בבוקסיט מיובא ו / או להאריך את חיי משאבי המחצבה היוצאים. תהליך STET יכול להיות מיושם גם כדי ליצור באיכות גבוהה יותר כיתה לא מטלורגית כיתה בוקסיט כיתה מטלורגית, ותוצרי לוואי של בוקסיט באיכות צמנט לפני תהליך באייר.
תהליך STET דורש מעט טיפול מקדים במינרל ופועל בקיבולת גבוהה – עד 40 צלילים לשעה. צריכת האנרגיה נמוכה מ 2 קילוואט-שעה לטון חומר מעובד. יתר על כן, תהליך STET הוא טכנולוגיה מסחרית מלאה בעיבוד מינרלים, ולכן אינו דורש פיתוח של טכנולוגיה חדשה.
הפניות
1. ברגסדל, Håvard, אנדרס ה. סטרומן, ואדגר ג'י. הרטיץ' (2004), “תעשיית האלומיניום-סביבה, טכנולוגיה וייצור”.
2. Das, סובוד ק., ו-Weimin Yin (2007), “כלכלת האלומיניום העולמית: המצב הנוכחי של הענף” אנונימי 59.11, pp. 57-63.
3. וינסנט ג. גבעה & ארול ד. Sehnke (2006), "בוקסיט", ב מינרלים תעשייתיים & סלעים: סחורות, שווקים, ושימושים, החברה לכרייה, מטלורגיה וחקר בע"מ, אנגלווד, כו, pp. 227-261.
4. אוונס, קן (2016), “ההיסטוריה, אתגרים, והתפתחויות חדשות בניהול ושימוש בשאריות בוקסיט”, כתב העת של מטלורגיה בת קיימא 2.4, pp. 316-331
5. גנדרון, רובין ס., מאטס אינגולסטאד, ואספן סטורלי (2013), "עפרות אלומיניום: הכלכלה הפוליטית של תעשיית הבוקסיט העולמית", UBC Press.
6. צינור, H. R. (2016), “מינרלוגיית בוקסיט”, קריאות חיוניות במתכות קלות, ספרינגר, צ'אם, pp. 21-29.
7. אוטייה-מרטין, מוניק, ואח'. (2001),”המינרלוגיה של בוקסיט לייצור אלומינה בדרגת התכה", אנונימי 53.12, pp. 36-40.
8. גבעה, V. G., ו-R. J. רובסון (2016), “סיווג הבוקסיט מבחינת מפעל באייר”, קריאות חיוניות במתכות קלות, ספרינגר, צ'אם, pp. 30-36.
9. סונגצ'ינג, גו (2016). “בוקסיט סיני והשפעותיו על ייצור אלומינה בסין”, קריאות חיוניות במתכות קלות, ספרינגר, צ'אם, pp. 43-47.
10. חבשי, פתחי (2016) “מאה שנים לתהליך באייר לייצור אלומינה” קריאות חיוניות במתכות קלות, ספרינגר, צ'אם, pp. 85-93.
11. אדמסון, A. N., E. J. בלור, ו-א. R. קאר (2016) “עקרונות בסיסיים של עיצוב תהליך Bayer”, קריאות חיוניות במתכות קלות, ספרינגר, צ'אם, pp. 100-117.
12. Anich, איוון, ואח'. (2016), “מפת הדרכים של טכנולוגיית אלומינה”, קריאות חיוניות במתכות קלות. ספרינגר, צ'אם, pp. 94-99.
13. ליו, וואנצ'או, ואח'. (2014), “תסקיר סביבתי, ניהול וניצול הבוץ האדום בסין”, כתב העת לייצור נקי יותר 84, pp. 606-610.
14. אוונס, קן (2016), “ההיסטוריה, אתגרים, והתפתחויות חדשות בניהול ושימוש בשאריות בוקסיט”, כתב העת של מטלורגיה בת קיימא 2.4, pp. 316-331.
15. ליו, יונג, צ'וקסיה לין, ויונגווי וו (2007), “אפיון בוץ אדום שמקורו בתהליך באייר משולב ובשיטת הסתיידות בוקסיט”, כתב עת לחומרים מסוכנים 146.1-2, pp. 255-261.
16. ארה"ב. המכון הגיאולוגי (USGS) (2018), "בוקסיט ואלומינה", ב Bauxite ו אלומינה סטטיסטיקה ומידע.
17. פרמגורו, R. ק'., P. C. ראת' (11, ו-V. N. מצרה (2004), “מגמות בשימוש בבוץ אדום – סקירה”, עיבוד מינרלי & מטאל חילוץ. rev. 2, pp. 1-29.
18. Manouchehri, H, הנופנטה רואה, K, & Forssberg, K (2000), "סקירת שיטות הפרדה חשמלית, חלק 1: ההיבטים הבסיסיים, מינרלים & עיבוד מטלורגי", vol. 17, לא. 1, עמ' 23–36.
19. Manouchehri, H, הנופנטה רואה, K, & Forssberg, K (2000), "סקירת שיטות הפרדה חשמלית, חלק 2: שיקולים מעשיים, מינרלים & עיבוד מטלורגי", vol. 17, לא. 1, עמ' 139–166.
20. רלסטון או. (1961), הפרדה אלקטרוסטטית של מוצקים גרגיריים מעורבים, חברת ההוצאה לאור Elsevier, אזל מהדפוס.
