Benefication יבש של עפרות ברזל מאיכות ירודה קנסות באמצעות מפריד את החגורה Tribo-חשמלי

הורדת PDF

לוקאס רוחאס מנדוזה, סט ציוד & טכנולוגיה, בארה ב
lrojasmendoza@steqtech.com
Hrach פרנק, סט ציוד & טכנולוגיה, בארה ב
קייל פלין, סט ציוד & טכנולוגיה, בארה ב
אייל גופטה, סט ציוד & טכנולוגיה, בארה ב

סט ציוד & טכנולוגיה בע מ (לתקן) פיתח רומן עיבוד מערכת המבוססת על ההפרדה חגורה tribo-אלקטרוסטטית המספק תעשיית מחצב אמצעי להשגת חומרים משובחים beneficiate עם טכנולוגיה של צריכת אנרגיה יעילה ו יבש לחלוטין. In contrast to other electrostatic separation processes that are typically limited to particles >75µm in size, מפריד החגורה של STET triboelectric מתאים הפרדה של קנס מאוד (<1מיקרומטר) עד גס למדי (500מיקרומטר) חלקיקים, עם תפוקה גבוהה מאוד. The STET tribo-electrostatic technology has been used to process and commercially separate a wide range of industrial minerals and other dry granular powders. Here, bench-scale results are presented on the beneficiation of low-grade Fe ore fines using STET belt separation process. Bench-scale testing demonstrated the capability of the STET technology to simultaneously recover Fe and reject SiO2 from itabirite ore with a D50 of 60µm and ultrafine Fe ore tailings with a D50 of 20µm. The STET technology is presented as an alternative to beneficiate Fe ore fines that could not be successfully treated via traditional flowsheet circuits due to their granulometry and mineralogy.

מבוא

עפרת ברזל הוא המרכיב הרביעי ביותר בקרום כדור הארץ [1]. הברזל חיוני לייצור פלדה ולכן חומר חיוני לפיתוח כלכלי גלובלי [1-2]. ברזל הוא גם בשימוש נרחב בבנייה וייצור של כלי רכב [3]. רוב משאבי עפרת ברזל מורכבים מצורות של תצורות ברזל מפוספס (B אם) בו ברזל נמצא בדרך כלל בצורת תחמוצות, הידרוקסידס ובמידה פחותה של קרבונטים [4-5]. סוג מסוים של תצורות ברזל עם תוכן פחמתי גבוה יותר הם dolomitic itabirites שהם תוצר של הdolomitization והתמרה של פיקדונות ביף [6]. עפרת ברזל הגדול ביותר בעולם ניתן למצוא באוסטרליה, סין, קנדה, אוקראינה, הודו וברזיל [5].

ההרכב הכימי של עפרות ברזל יש מגוון רחב לעין בהרכב כימי במיוחד לתוכן Fe ומינרלים gangue הקשורים [1]. מינרלים ברזל עיקריים הקשורים רוב עפרות ברזל מהמטייט, גתיט, לימוניט ומגנטיט [1,5]. המזהמים העיקריים בעפרות הברזל הם SiO2 וAl2O3 [1,5,7]. מינרלים הנושא סיליקה ו אלומינה הנושאת נוכח עפרות ברזל הם קוורץ, קאוליניט, רבע אתר, דיפור. Of these it is often observed that quartz is the mean silica bearing mineral and kaolinite and gibbsite are the two-main alumina bearing minerals [7].

חילוץ עפרת ברזל מבוצע בעיקר באמצעות פעולות כרייה פתוחות, וכתוצאה מכך דור הזנב המשמעותי [2]. מערכת הייצור עפרת ברזל כרוכה בדרך כלל שלושה שלבים: כרייה, מעבד ומרכך פעילויות. מאלה, עיבוד מבטיח כי מושגת כיתה ברזל נאותה לפני השלב השוטף. העיבוד כולל ריסוק, סיווג, כרסום וריכוז מכוונים להגדלת תכולת הברזל תוך צמצום כמות מינרלי הגניג [1-2]. לכל הפקדה מינרל יש מאפיינים ייחודיים משלה ביחס לברזל ולמינרלים הנושאים ברזל, ולכן היא דורשת טכניקת ריכוז שונה [7].

הפרדה מגנטית משמש בדרך כלל בbeneficiation של עפרות ברזל ברמה גבוהה שבו מינרלים הברזל הדומיננטי הם פרו ו פאראמגנטים [1,5]. הפרדה מגנטית רטובה ויבשה בעצימות נמוכה (LIMS) טכניקות משמשות לעיבוד עפרות עם מאפיינים מגנטיים חזקים כגון מגנטיט בעוד הפרדה מגנטית בעוצמה גבוהה משמש כדי להפריד את מינרלים בעלי הנושא עם תכונות מגנטיות חלשות כגון המטייט ממינרלים גניג. מוטות ברזל כגון גותיוט ולימוניט נמצאים בדרך כלל באופן שכיח ואינם נפרדים היטב על-ידי כל אחת מהטכניקות [1,5]. Magnetic methods present challenges in terms of their low capacities and in terms of the requirement for the iron ore to be susceptible to magnetic fields [5].

ציפה, on the other hand, is used to reduce the content of impurities in low-grade iron ores [1-2,5]. עפרות ברזל יכול להיות מרוכז גם על ידי ציפה אניונית ישירה של תחמוצות ברזל או ציפה הפוכה של סיליקה, עם זאת ציפה הפוכה מציפה את הציר הפופולרי ביותר המשמש בתעשיית הברזל. [5,7]. השימוש ציפה מוגבלת שלה על ידי העלות של ריאגנטים, הנוכחות של שיסוף סיליקה ו-אלומינה עשיר ונוכחות של מינרלים פחמתי [7-8]. יתר על כן, ציפה דורשת טיפול בפסולת מים והשימוש במורד הזרם ליישומים הסופיים היבשים [1].

השימוש בציפה לריכוז הברזל כרוך גם בדסלימינג כמו צף בנוכחות קנסות וביעילות מצומצמת ובעלויות מגיב גבוה [5,7]. Desliming הוא קריטי במיוחד להסרת אלומינה כמו הפרדת האתר של רבע מהמטייט או גתיט על ידי כל סוכנים פעילים משטח הוא די קשה [7]. רוב מינרלים הנושאת אלומינה מתרחשת בטווח גודל עדין יותר (<20um) המאפשר את הסרתו באמצעות הסרת מינג. כולל, ריכוז גבוה של קנסות (<20um) ו-אלומינה מגביר את המינון הנדרש האספן ומקטין סלקטיביות באופן דרמטי [5,7].

יתר על כן, the presence of carbonate minerals – such as in dolomitic itabirites- can also deteriorate flotation selectivity between iron minerals and quartz as iron ores containing carbonates such as dolomite do not float very selectively. Dissolved carbonates species adsorb on the quartz surfaces harming the selectivity of flotation [8]. Flotation can be reasonably effective in upgrading low-grade iron ores, but it is strongly dependent on the ore mineralogy [1-3,5]. Flotation of iron ores containing high alumina content will be possible via desliming at the expense of the overall iron recovery [7], while flotation of iron ores containing carbonate minerals will be challenging and possibly not feasible [8].

Modern processing circuits of Fe-bearing minerals may include both flotation and magnetic concentration steps [1,5]. For instance, magnetic concentration can be used on the fines stream from the desliming stage prior to flotation and on the flotation rejects. The incorporation of low and high intensity magnetic concentrators allows for an increase in the overall iron recovery in the processing circuit by recovering a fraction of the ferro and paramagnetic iron minerals such as magnetite and hematite [1]. Goethite is typically the main component of many iron plant reject streams due to its weak magnetic properties [9]. In the absence of further downstream processing for the reject streams from magnetic concentration and flotation, the fine rejects will end up disposed in a tailings dam [2]. Tailings disposal and processing have become crucial for environmental preservation and recovery of iron valuables, בהתאמה, and therefore the processing of iron ore tailings in the mining industry has grown in importance [10].

Clearly, the processing of tailings from traditional iron beneficiation circuits and the processing of dolomitic itabirite is challenging via traditional desliming-flotation-magnetic concentration flowsheets due to their mineralogy and granulometry, and therefore alternative beneficiation technologies such as tribo-electrostatic separation which is less restrictive in terms of the ore mineralogy and that allows for the processing of fines may be of interest.

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, the material with a higher affinity for electron gains electrons thus charges negative, בעוד חומר עם זיקה אלקטרונית נמוכה חיובים חיוביים. In principle, low-grade iron ore fines and dolomitic itabirites that are not processable by means of conventional flotation and/or magnetic separation could be upgraded by exploiting the differential charging property of their minerals [11].

Here we present STET tribo-electrostatic belt separation as a possible beneficiation route to concentrate ultrafine iron ore tailings and to beneficiate dolomitic itabirite mineral. The STET process provides the mineral processing industry with a unique water-free capability to process dry feed. The environmentally friendly process can eliminate the need for wet processing, downstream waste water treatment and required drying of final material. בנוסף, תהליך STET דורש מעט טיפול מקדים במינרל ופועל בקיבולת גבוהה – עד 40 צלילים לשעה. צריכת האנרגיה נמוכה מ 2 קילוואט-שעה לטון חומר מעובד.

ניסיוני

חומרים

Two fine low-grade iron ores were used in this series of tests. The first ore consisted of an ultrafine Fe ore tailings sample with a D50 of 20 µm and the second sample of an itabirite iron ore sample with a D50 of 60 מיקרומטר. Both samples present challenges during their beneficiation and cannot be efficiently processed through traditional desliming-flotation-magnetic concentration circuits due to their granulometry and mineralogy. Both samples were obtained from mining operations in Brazil.

The first sample was obtained from an existing desliming-flotation-magnetic concentration circuit. The sample was collected from a tailings dam, then dried, homogenized and packed. The second sample is from an itabirite iron formation in Brazil. The sample was crushed and sorted by size and the fine fraction obtained from the classification stage later underwent several stages of desliming until a D98 of 150 µm was achieved. The sample was then dried, homogenized and packed.

Particle size distributions (PSD) were determined using a laser diffraction particle size analyzer, a Malvern’s Mastersizer 3000 E. Both samples were also characterized by Loss-on-ignition(לואה), XRF and XRD. The loss on ignition (לואה) was determined by placing 4 grams of sample in a 1000 ºC furnace for 60 minutes and reporting the LOI on an as received basis. The chemical composition analysis was completed using a wavelength dispersive X-ray Fluorescence (WD-XRF) instrument and the main crystalline phases were investigated by XRD technique.

The chemical composition and LOI for the tailings sample (Tailings), and for the itabirite iron formation sample (Itabirite), is shown in Table 1 and particle size distributions for both samples are shown in Fig 1. For the tailings sample the main Fe recoverable phases are goethite and hematite, and the main gangue mineral is quartz (תאנה 4). For the itabirite sample the main Fe recoverable phases are hematite, and the main gangue minerals are quartz and dolomite (תאנה 4).

טבלה 1. Result of chemical analysis for major elements in tailings and Itabirite samples.

Sample Grade (wt%)
פSiO2Al2O3MnOמ.ג.וקאוLOI**Others
Tailings30.347.44.31.0**3.413.4
Itabirite47.623.00.70.21.52.24.021.0
*<0.1 אני לא יודע מה לעשות..
** לואה 1000 : Loss on Ignition at 1000 C

particle-size-distributions

Particle Size Distributions
שיטות

A series of experiments were designed to investigate the effect of different parameters on iron movement in both iron samples using STET proprietary tribo-electrostatic belt separator technology. 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 2) 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 2. בעוד שהציוד המשמש בכל שלב שונה בגודלו, עקרון הפעולה זהה במהותו.

טבלה 2. תהליך יישום תלת פאזי באמצעות טכנולוגיית מפריד חגורה משולשת-אלקטרוסטטית STET

שלבמשמש עבור:אלקטרודה
Dimensions
(W x L) ס מ
Type of
Process/
Bench Scale
Evaluation
Qualitative
Evaluation
5*250 אצווה
סולם פיילוט
בדיקות
Quantitative
Evaluation
15*610 אצווה
Commercial
Scale
Implementation
Commercial
Production
107 *610רציף

STET Operation Principle

The operation principle of the separator relies on tribo-electrostatic charging. במפריד החגורה הטריבו-אלקטרוסטטי (דמויות 2 ו 3), material is fed into the narrow gap 0.9 – 1.5 ס"מ בין שתי אלקטרודות מישוריות מקבילות. החלקיקים טעונים באופן משולש על ידי מגע בין-מפלגתי. The positively charged mineral(s) and the negatively charged mineral(s) נמשכים לאלקטרודות הפוכות. Inside the separator particles are swept up by a continuous moving open-mesh belt and conveyed in opposite directions. The belt is made of plastic material and moves the particles adjacent to each electrode toward opposite ends of the separator. The counter current flow of the separating particles and continual triboelectric charging by particle-particle collisions provides for a multistage separation and results in excellent purity and recovery in a single-pass unit. טכנולוגיית מפריד החגורה התלת-אלקטרית שימשה להפרדת מגוון רחב של חומרים, כולל תערובות של אלומינו-מיליקטים מזוגים/פחמן (אפר פחם), קלציט/קוורץ, טלק/מגנזיט, ובריטה/קוורץ.

כולל, the separator design is relatively simple with the belt and associated rollers as the only moving parts. האלקטרודות הם נייח, מורכב חומר עמיד כראוי. אורך האלקטרודה של המפריד הוא כ 6 מטר (20 רגל.) והרוחב 1.25 מטר (4 רגל.) עבור יחידות מסחריות בגודל מלא. The high belt speed enables very high throughputs, עד 40 tons per hour for full size commercial units. צריכת החשמל נמוכה מ 2 kilowatt-hours per ton of material processed with most of the power consumed by two motors driving the belt.

triboelectric-img
סכמטי של מפריד חגורה תלת-אלקטרית

separation-zone
פירוט אזור ההפרדה

כפי שניתן לראות בטבלה 2, 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).

בדיקות בקנה מידה של ספסלים
Standard process trials were performed around the specific goal to increase Fe concentration and to reduce the concentration of gangue minerals. Different variables were explored to maximize iron movement and to determine the direction of movement of different minerals. The direction of movement observed during benchtop testing is indicative of the direction of movement at the pilot plant and commercial scale.

The variables investigated included relative humidity (RH), טמפרטורה, electrode polarity, belt speed and applied voltage. מאלה, RH and temperature alone can have a large effect on differential tribo-charging and therefore on separation results. מכאן, optimum RH and temperature conditions were determined before investigating the effect of the remaining variables. Two polarity levels were explored: . אני) top electrode polarity positive and ii) top electrode polarity negative. For the STET separator, under a given polarity arrangement and under optimum RH and temperature conditions, belt speed is the primary control handle for optimizing product grade and mass recovery. Testing on the bench separator helps shed light on the effect of certain operational variables on tribo-electrostatic charging for a given mineral sample, and therefore obtained results and trends may be used, to certain degree, to narrow down the number of variables and experiments to be performed at the pilot plant scale. טבלה 3 lists the range of separation conditions used as part of phase 1 evaluation process for the tailings and itabirite samples.

טבלה 3 lists the range of separation conditions

ParameterUnitsRange of Values
TailingsItabirite
Top Electrode
Polarity
-Positive-
Negative
Positive-
Negative
Electrode Voltage-kV/+kV4-54-5
Feed Relative
Humidity (RH)
%1-30.72-39.6
Feed Temperature ° F
(° C)
71-90
(21.7-32.2)
70-87
(21.1-30.6)
Belt SpeedFps
(m/s)
10-45
(3.0-13.7)
10-45
(3.0-13.7)
Electrode GapInches
(מ מ)
0.400
(10.2 מ מ)
0.400
(10.2 מ מ)

הבדיקות נערכו על מפריד הספסל בתנאי אצווה, with feed samples of 1.5 lbs. per test. A flush run using 1 lb. of material was introduced in between tests to ensure that any possible carryover effect from the previous condition was not considered. Before testing was started material was homogenized and sample bags containing both run and flush material were prepared. At the beginning of each experiment the temperature and relative humidity (RH) was measured using a Vaisala HM41 hand-held Humidity and Temperature probe. The range of temperature and RH across all experiments was 70-90 ° F (21.1-32.2 (° C) ו 1-39.6%, בהתאמה. To test a lower RH and/or higher temperature, feed and flush samples were kept in a drying oven at 100 °C for times between 30-60 minutes. In contrast, higher RH values were attained by adding small amounts of waters to the material, followed by homogenization. After RH and temperature was measured on each feed sample, the next step was to set electrode polarity, belt speed and voltage to the desired level. Gap values were kept constant at 0.4 ס מ (10.2 מ מ) during the testing campaigns for the tailings and itabirite samples.

לפני כל בדיקה, a small feed sub-sample containing approximately 20g was collected (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. Following each test, small sub-samples containing approximately 20 g of E1 and E2 were also collected. Mass yields to E1 and E2 are described by:

testing-code2

איפהYE1 ו YE2 are the mass yields to E1 and E2, בהתאמה; and are the sample weights collected to the separator products E1 and E2, בהתאמה. For both samples, Fe concentration was increased to product E2.

עבור כל קבוצה של תת-דגימות (כלומר., להאכיל, E1 ו-E2) LOI and main oxides composition by XRF was determined. פ2 O3 contents were determined from the values. For the tailings sample LOI will directly relate to the content of goethite in the sample as the functional hydroxyl groups in goethite will oxidize into H2 Og [10]. להיפך, for the itabirite sample LOI will directly relate to the contain of carbonates in the sample, as calcium and magnesium carbonates will decompose into their main oxides resulting in the release of כו2g and sub sequential sample loss weight. XRF beads were prepared by mixing 0.6 grams of mineral sample with 5.4 grams of lithium tetraborate, which was selected due to the chemical composition of both tailings and itabirite samples. XRF analysis were normalized for LOI.

סוף סוף, Fe recovery Eפ to product (E2) ו סיו (סיו)2 rejection QSi were calculated. Eפ is the percentage of Fe recovered in the concentrate to that of the original feed sample and Qsio2 is the percentage of removed from the original feed sample. Eפ ו Qsi are described by:

איפה C. אני,(feed,E1,E2) is the normalized concentration percentage for the sub-sample’s i component (eg., פ, sio2)

testing-code1

תוצאות ודיון

דוגמאות מינרלוגיה

The XRD pattern showing major mineral phases for the tailings and itabirite samples are shown in Fig 4. For the tailings sample the main Fe recoverable phases are goethite, hematite and magnetite, and the main gangue mineral is quartz (תאנה 4). For the itabirite sample the main Fe recoverable phases are hematite and magnetite and the main gangue minerals are quartz and dolomite. Magnetite appears in trace concentrations in both samples. Pure hematite, גתיט, and magnetite contain 69.94%, 62.85%, 72.36% פ, בהתאמה.

Graf1

D patterns. A – Tailings sample, B – Itabirite sample
ניסויים בקנה מידה של ספסל
A series of test runs were performed on each mineral sample aimed at maximizing Fe and decreasing סיו (סיו)2 תוכן. Species concentrating to E1 will be indicative of a negative charging behavior while species concentration to E2 to a positive charging behavior. Higher belt speeds were favorable to the processing of the tailings sample; עם זאת, the effect of this variable alone was found to be less significant for the itabirite sample.

Average results for the tailings and itabirite samples are presented in Fig 5, which were calculated from 6 ו 4 experiments, בהתאמה. תאנה 5 presents average mass yield and chemistry for feed and products E1 and E2. בנוסף, each plot presents the improvement or decrease in concentration (E2- להאכיל) for each sample component e.g., פ, סיו (סיו)2 Positive values are associated to an increase in concentration to E2, while negative values are associated to a decrease in concentration to E2.

Fig.5. Average mass yields and chemistry for Feed, E1 and E2 products. Error bars represent 95% confidence intervals.

For the tailings sample Fe content was increased from 29.89% כדי 53.75%, on average, at a mass yield YE2 – or global mass recovery – של 23.30%. This corresponds to Fe recovery ( and silica rejection (QE2 ) values of 44.17% ו 95.44%, בהתאמה. The LOI content was increased from 3.66% כדי 5.62% which indicates that the increase in Fe content is related to an increase in goethite content (תאנה 5).

For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68% כדי 57.62%, on average, at a mass yield YE2 -של 65.0%. This corresponds to Fe recovery Eפ( and silica rejection (Qsio2) values of 82.95% ו 86.53%, בהתאמה. The LOI, MgO and CaO contents were increased from 4.06% כדי 5.72%, 1.46 כדי 1.87% and from 2.21 כדי 3.16%, בהתאמה, which indicates that dolomite is moving in the same direction as Fe-bearing minerals (תאנה 5).

For both samples,AL2 O3 , MnO and P seem to be charging in the same direction as Fe-bearing minerals (תאנה 5). While it is desired to decrease the concentration of these three species, the combined concentration of סיו (סיו)2, AL2 , O3 , YE2 MnO and P is decreasing for both samples, and therefore the total effect achieved using the benchtop separator is an enhancement in the product Fe grade and a decrease in the contaminants concentration.

כולל, benchtop testing demonstrated evidence of effective charging and separation of iron and silica particles. The promising laboratory scale results suggest that pilot scale tests including first and second passes should be performed.

דיון
The experimental data suggests that the STET separator resulted in an important increase in Fe content while simultaneously reducing סיו (סיו)2 תוכן.

Having demonstrated that triboelectrostatic separation can result in a significant increase in Fe content, a discussion on the significance of the results, on the maximum achievable Fe contents and on the feed requirements of the technology is needed.

To start, it is important to discuss the apparent charging behavior of mineral species in both samples. For the tailings sample the main components were Fe oxides and quartz and experimental results demonstrated that Fe oxides concentrated to E2 while quartz concentrated to E1. בדרכים פשטניות, it could be said that Fe oxide particles acquired a positive charge and that quartz particles acquired a negative charge. This behavior is consistent with the triboelectrostatic nature of both minerals as shown by Ferguson (2010) [12]. טבלה 4 shows the apparent triboelectric series for selected minerals based on inductive separation, and it shows that quartz is located at the bottom of the charging series while goethite, magnetite and hematite are located higher up in the series. Minerals at the top of the series will tend to charge positive, while minerals at the bottom will tend to acquire a negative charge.

On the other hand, for the itabirite sample the main components were hematite, quartz and dolomite and experimental results indicated that Fe oxides and dolomite concentrated to E2 while quartz concentrated to E1. This indicates that hematite particles and dolomite acquired a positive charge while quartz particles acquired a negative charge. כפי שניתן לראות בטבלה 4, carbonates are located at the top of the tribo-electrostatic series, which indicates that carbonate particles tend to acquire a positive charge, and in consequence to be concentrated to E2. Both dolomite and hematite were concentrated in the same direction, indicating that the overall effect for hematite particles in the presence of quartz and dolomite was to acquire a positive charge.

The direction of movement of the mineralogical species in each sample is of paramount interest, as it will determine the maximum achievable Fe grade that can be obtained by means of a single pass using the tribo-electrostatic belt separator technology.

For the tailings and itabirite samples the maximum achievable Fe content will be determined by three factors: . אני) The amount of Fe in Fe-bearing minerals; ii) the minimum quartz (סיו (סיו)2 ) content that can be achieved and; iii) The number of contaminants moving in the same direction as Fe-bearing minerals. For the tailings sample the main contaminants moving in the same direction of Fe-bearing minerals are אל2 O3 MnO bearing minerals, while for the itabirite sample the main contaminants are קאו מ.ג.ו אל2 O3 bearing minerals.

Mineral NameCharge acquired (apparent)
Apatite+++++++
Carbonates++++
Monazite++++
Titanomagnetite.
Ilmenite.
Rutile.
Leucoxene.
Magnetite/hematite.
Spinels.
Garnet.
Staurolite-
Altered ilmenite-
Goethite-
Zircon--
Epidote--
Tremolite--
Hydrous silicates--
Aluminosilicates--
Tourmaline--
Actinolite--
Pyroxene---
Titanite----
פצלת השדה----
קוורץ-------

טבלה 4. Apparent triboelectric series for selected minerals based on inductive separation. Modified from D.N Ferguson (2010) [12].

For the tailings sample, the Fe content was measured at 29.89%. XRD data indicates that the predominant phase is goethite, followed by hematite, and therefore the maximum achievable Fe content if a clean separation was possible would be between 62.85% ו 69.94% (which are the Fe contents of pure goethite and hematite, בהתאמה). Now, a clean separation is not possible as אל2, O3 MnO and P-bearing minerals are moving in the same direction as the Fe-bearing minerals, and therefore any increase in Fe content will also result in an increase of these contaminants. Then, to increase the Fe content, the amount of quartz to E2 will need to be significantly decreased to the point it offsets the movement of , MnO and P to product (E2). As shown in Table 4, quartz has a strong tendency to acquire a negative charge, and therefore in the absence of other minerals having an apparent negative charging behavior it will be possible to considerably decrease its content to product (E2) by means of a first pass using the triboelectrostatic belt separator technology.

For instance, if we assume that all the Fe content in the tailings sample is associated to goethite (פאו(אוי)), and that the only gangue oxides are סיו (סיו)2, אל2O3 ו MnO, then Fe content to product would be given by:

פ(%)=(100-סיו (סיו)2 – (אל2 O3 + MnO*0.6285

איפה, 0.6285 is the percentage of Fe in pure goethite. Eq.4 depicts the competing mechanism that takes place to concentrate Fe as AL2O3 + MnO increases while סיו (סיו)2 decreases.

For the itabirite sample the Fe content was measured at 47.68%. XRD data indicates that the predominant phase is hematite and therefore the maximum achievable Fe content if a clean separation was possible would be close to 69.94% (which is the Fe content of pure hematite). As it was discussed for the tailings sample a clean separation won’t be possible as CaO, מ.ג.ו, אל2 O3 bearing minerals are moving in the same direction as hematite, and therefore to increase Fe content סיו (סיו)2 content must be reduced. Assuming that the entirety of the Fe content in this sample is associated to hematite (פ2O3) and that the only oxides contained in gangue minerals are סיו (סיו)2, קאו, מ.ג.ו, אל2O3 ו MnO; then Fe content in the product would be given by:

פ(%)=(100-סיו (סיו)2-CaO+MgO+אל2O3+MnO+לואה*0.6994

איפה, 0.6994 is the percentage of Fe in pure hematite. It must be noticed that Eq.5 includes LOI, while Eq.4 does not. For the itabirite sample, the LOI is associated to the presence of carbonates while for the tailings sample it is associated to Fe-bearing minerals.

Evidently, for both tailings and itabirite samples it is possible to significantly increase the Fe content by reducing the content of סיו (סיו)2; עם זאת, as shown in Eq.4 and Eq.5, the maximum achievable Fe content will be limited by the direction of movement and the concentration of oxides associated to gangue minerals.

In principle, the concentration of Fe in both samples could be further increased by means of a second pass on the STET separator in which קאו,מ.ג.ו אל2 O3 ו MnObearing minerals could be separated from Fe-bearing minerals. Such separation would be possible if most of quartz in the sample was removed during a first pass. In the absence of quartz, some of the remaining gangue minerals should in theory charge in the opposite direction of goethite, hematite and magnetite, which would result in increased Fe content. For instance, for the itabirite sample and based in the location of dolomite and hematite in the triboelectrostatic series (עיין בטבלה 4), dolomite/hematite separation should be possible as dolomite has a strong tendency to charge positive in relation to hematite.

Having discussed on the maximum achievable Fe contents a discussion on the feed requirements for the technology is needed. The STET tribo-electrostatic belt separator requires the feed material to be dry and finely ground. Very small amounts of moisture can have a large effect on differential tribo-charging and therefore the feed moisture should be decreased to <0.5 אני לא יודע מה לעשות.. בנוסף, the feed material should be ground sufficiently fine to liberate gangue materials and should be at least 100% passing mesh 30 (600 um). At least for the tailings sample, the material would have to be dewatered followed by a thermal drying stage, while for the itabirite sample grinding coupled with, or follow by, thermal drying would be necessary prior to beneficiation with the STET separator.

The tailings sample was obtained from an existing desliming-flotation-magnetic concentration circuit and collected directly from a tailings dam. Typical paste moistures from tailings should be around 20-30% and therefore the tailings would need to be dried by means of liquid-solid separation (dewatering) followed by thermal drying and deagglomeration. The use of mechanical dewatering prior to drying is encouraged as mechanical methods have relative low energy consumption per unit of liquid removed in comparison to thermal methods. About 9.05 Btu are required per pound of water eliminated by means of filtration while thermal drying, on the other hand, requires around 1800 Btu per pound of water evaporated [13]. The costs associated with the processing of iron tailings will ultimately depend on the minimum achievable moisture during dewatering and on the energetic costs associated with drying.

The itabirite sample was obtained directly from an itabirite iron formation and therefore to process this sample the material would need to undergo crushing and milling followed by thermal drying and deagglomeration. One possible option is the use of hot air swept roller mills, in which dual grinding and drying could be achieved in a single step. The costs associated with the processing of itabirite ore will depend on the feed moisture, feed granulometry and on the energetic costs associated to milling and drying.

For both samples deagglomeration is necessary after the material have been dried to ensure particles are liberated from one another. Deagglomeration can be performed in conjunction to the thermal drying stage, allowing for efficient heat transfer and energy savings.

מסקנות

The bench-scale results presented here demonstrates strong evidence of charging and separation of Fe-bearing minerals from quartz using triboelectrostatic belt separation.

For the tailings sample Fe content was increased from 29.89% כדי 53.75%, on average, at a mass yield of 23.30%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 44.17% ו 95.44%, בהתאמה. For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68 % כדי 57.62%, on average, at a mass yield of 65.0%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 82.95% ו 86.53%, בהתאמה. These results were completed on a separator that is smaller and less efficient than the STET commercial separator.

Experimental findings indicate that for both tailings and itabirite samples the maximum achievable Fe content will depend on the minimum achievable quartz content. בנוסף, achieving higher Fe grades may be possible by means of a second pass on the STET belt separator.

התוצאות של מחקר זה הראו כי ברמה נמוכה קנסות עפרת ברזל ניתן לשדרג באמצעות STET tribo-מפריד חגורה אלקטרוסטטית. Further work at the pilot plant scale is recommended to determine the iron concentrate grade and recovery that can be achieved. Based on experience, שחזור המוצר ו/או כיתה לשפר באופן משמעותי בעיבוד בקנה מידה פיילוט, בהשוואה למכשיר הבדיקה בקנה מידה ספסל מנוצל במהלך ניסויים אלה עפרות ברזל. The STET tribo-electrostatic separation process may offer significant advantages over conventional processing methods for iron ore fines.

הפניות

  • לו, L. (אד.). (2015), "עפרת ברזל: מינרולוגיה (מינרולוגיה), עיבוד וקיימות סביבתית", תוסס, 100.
  • פריירה (119), H., & לייט (100), M. G. P. (2015), "מחקר הערכת מחזור חיים של כריית עפרות ברזל", כתב העת לייצור נקי יותר, 108, 1081-1091.
  • Li, ש., דאי, טי., וואנג, G., צ'נג, ג'יי., Zhong, W., וון, ב., & ליאנג, L. (2018), "ניתוח זרימת חומר ברזל לייצור, צריכת, וסחר בסין מ 2010 עד 2015", כתב העת לייצור נקי יותר, 172, 1807-1813.
  • נוגיירה (נוגוארה), P. נגד., רוצ'ה, M. P., בורחס, W. ר., סילבה, A. מ., & דה אסיס, L. M. (2016), "מחקר של הפקדת ברזל באמצעות שבירה סיסמית והתנגדות במחוז המינרלים Carajás, ברזיל", כתב העת של גיאופיזיקה יישומית, 133, 116-122.
  • פיליפוב (Filippov), L. O., סברוב (11, V. נגד., & פיליפובה (Filippova), . אני. V. (2014), "סקירה כללית של התופת של עפרות ברזל באמצעות ציפה אחורה", כתב העת הבינלאומי לעיבוד מינרלים, 127, 62-69.
  • תפריט: נוה, C. ת., & ברונאצ'י-פריירה-סנטוס, N. "אטיבירייט דולומי ודורות של קרבונטים במבנה קוה, קוואדריטרו פריפרו".
  • סאהו (100, H., ראת' (11, S. ס., ראו (1999), D. ס., מישרה (12), B. ק'., & Das, B. (2016), "תפקיד של סיליקה ותוכן אלומינה בהצטת עפרות ברזל", כתב העת הבינלאומי לעיבוד מינרלים, 148, 83-91.
  • לאו, X., וואנג, Y., וון, ס., אמא, מ., השמש, ג., ין, W., & אמא, Y. (2016), "ההשפעה של מינרלים קרבונט על התנהגות ציפה קוורץ בתנאים של ציפה אניונית הפוכה של עפרות ברזל", כתב העת הבינלאומי לעיבוד מינרלים, 152, 1-6.
  • ג'אנג, K. O., נונה (נונה), V. ר., הפוגודה (פוגודה), ס., Nguyen, A. נגד., & ברוקרד (ברוקרד), W. J. (2014), "טרנספורמציה כימית ומינרלית של עפרות גותיט בדרגה נמוכה על ידי דהידרוקסילציה, צמצום הצלייה וההפרדה המגנטית", הנדסת מינרלים, 60, 14-22.
  • דה סילבה, F. ל., ארחו (119), F. G. ס., טישיירה (11, M. P., גומז, R. ג., & פון קרוגר, F. L. (2014), "מחקר על התאוששות ומיחזור של זנבות מריכוז עפרות ברזל לייצור קרמיקה", קרמיקה בינלאומית, 40(10), 16085-16089.
  • מירקובסקה (119), מ., Kratzer, מ., טייכרט (תכלית), ג., & פלצ'ברגר (11, H. (2016), "הגורמים העיקריים של יצירת קשר עם טעינת מינרלים לתהליך הפרדה תלת-חשמלי מוצלח – סקירה", האופטפקטורן דר טריבואופלאדונג פון מינרפאסן פור איין ארקטרוסטטיס טרנונג-עין אברבליק. BHM ברג-והוטנמאנישה מונאטשפטה, 161(8), 359-382.
  • פרגוסון, D. N. (2010), "סדרה תלת-אלקטרית בסיסית למינרלים כבדים מהתנהגות הפרדה אלקטרוסטטית אינדוקטיבית", כתב העת של המכון הדרום אפריקאי לכרייה ומטלורגיה, 110(2), 75-78.
  • Fuerstenau, M. ג., & האן, K. N. (Eds.). (2003), "ההפרדה נוזל נוזל מוצק", עקרונות מחצב, סיוע ליצואנים קטנים.