Pasirinkite kalbą:
Lucas Rojas Mendoza, ST įranga & Technologijos, JUNGTINĖS AMERIKOS VALSTIJOS
lrojasmendoza@steqtech.com
Frank Hrach, ST įranga & Technologijos, JUNGTINĖS AMERIKOS VALSTIJOS
Kyle Flynn, ST įranga & Technologijos, JUNGTINĖS AMERIKOS VALSTIJOS
Abhishek Gupta, ST įranga & Technologijos, JUNGTINĖS AMERIKOS VALSTIJOS
ST įranga & Technologijos UAB (STET) sukūrė naują apdorojimo sistemą, pagrįstą tribo-elektrostatiniu diržų atskyrimu, kuri mineralinių medžiagų perdirbimo pramonei suteikia galimybę naudoti smulkias medžiagas naudojant energiją taupančią ir visiškai sausą technologiją. Priešingai nei kiti elektrostatinio atskyrimo procesai, kurie paprastai apsiriboja dalelėmis >75μm dydžio, STET triboelektrinis diržo separatorius yra tinkamas labai smulkiam atskyrimui (<1µm) vidutiniškai šiurkštus (500µm) Dalelių, su labai dideliu pralaidumu. STET tribo-elektrostatinė technologija buvo naudojama apdoroti ir komerciškai atskirti platų pramoninių mineralų ir kitų sausų granuliuotų miltelių asortimentą. Čia, pateikiami stendo masto rezultatai apie žemos kokybės Fe rūdos baudų naudą, naudojant STET diržo atskyrimo procesą. Stendo masto bandymai parodė STET technologijos gebėjimą vienu metu atkurti Fe ir atmesti SiO2 iš itabirito rūdos su D50 60μm ir itin smulkiomis Fe rūdos atliekomis su D50 20μm. STET technologija pateikiama kaip alternatyva beneficiate Fe rūdos smulkioms dalelėms, kurių nepavyko sėkmingai apdoroti tradicinėmis srauto grandinėmis dėl jų granuliometrijos ir mineralogijos.
Geležies rūda yra ketvirtas labiausiai paplitęs žemės plutos elementas [1]. Geležis yra labai svarbi plieno gamybai ir todėl yra labai svarbi medžiaga pasaulio ekonomikos plėtrai [1-2]. Geležis taip pat plačiai naudojama statybose ir transporto priemonių gamyboje [3]. Daugumą geležies rūdos išteklių sudaro metamorfizuotos juostinės geležies formacijos (BIF) kuriame geležis paprastai randama oksidų pavidalu, hidroksidai ir mažesniu mastu karbonatai [4-5]. Tam tikros rūšies geležies dariniai, turintys didesnį karbonato kiekį, yra dolomitiniai itabiritai, kurie yra BIF nuosėdų dolomitizacijos ir metamorfizmo produktas [6]. Didžiausius geležies rūdos indėlius pasaulyje galima rasti Australijoje, Kinija, Kanada, Ukraina, Indija ir Brazilija [5].
Geležies rūdų cheminė sudėtis turi akivaizdžiai platų cheminės sudėties diapazoną, ypač Fe kiekiui ir susijusiems gangų mineralams [1]. Pagrindiniai geležies mineralai, susiję su dauguma geležies rūdų, yra hematitas, goethite, Limonitas ir magnetitas [1,5]. Pagrindiniai geležies rūdos teršalai yra SiO2 ir Al2O3 [1,5,7]. Tipiški silicio dioksido ir aliuminio oksido turintys mineralai, esantys geležies rūdose, yra kvarcas, kaolinitas, gibbsite, diaspora ir korundas. Iš jų dažnai pastebima, kad kvarcas yra vidutinis silicio dioksido turintis mineralas, o kaolinitas ir gibbsitas yra dviejų pagrindinių aliuminio oksido turinčių mineralų [7].
Geležies rūdos gavyba daugiausia vykdoma vykdant atvirų duobių kasybos operacijas, dėl to susidaro daug atliekų [2]. Geležies rūdos gamybos sistema paprastai apima tris etapus: Kasybos, Perdirbimo ir granuliavimo veikla. Iš šių, Apdorojimas užtikrina, kad prieš granuliavimo etapą būtų pasiekta tinkama geležies rūšis ir chemija. Apdorojimas apima smulkinimą, klasifikacija, frezavimas ir koncentravimas, siekiant padidinti geležies kiekį, tuo pačiu sumažinant gango mineralų kiekį [1-2]. Kiekvienas mineralinis telkinys turi savo unikalias savybes, susijusias su geležies ir gango turinčiais mineralais, todėl tam reikia kitokios koncentracijos technikos [7].
Magnetinis atskyrimas paprastai naudojamas aukštos kokybės geležies rūdoms, kuriose dominuojantys geležies mineralai yra fero ir paramagnetiniai [1,5]. Šlapias ir sausas mažo intensyvumo magnetinis atskyrimas (LIMS) metodai naudojami rūdoms, turinčioms stiprių magnetinių savybių, tokių kaip magnetitas, apdoroti, o drėgnas didelio intensyvumo magnetinis atskyrimas naudojamas atskirti Fe turinčius mineralus su silpnomis magnetinėmis savybėmis, tokiomis kaip hematitas, nuo gango mineralų. Geležies rūdos, tokios kaip goetitas ir limonitas, paprastai randamos atliekose ir nėra labai gerai atskirtos nė viena technika [1,5]. Magnetiniai metodai kelia iššūkių dėl jų mažos talpos ir dėl reikalavimo, kad geležies rūda būtų jautri magnetiniams laukams [5].
Flotacija, kita vertus, naudojamas siekiant sumažinti priemaišų kiekį žemos kokybės geležies rūdose [1-2,5]. Geležies rūdos gali būti koncentruojamos tiesioginio anijoninio geležies oksidų flotacijos būdu arba silicio dioksido atvirkštinės katijoninės flotacijos būdu, Tačiau atvirkštinis katijoninis flotavimas išlieka populiariausiu flotacijos būdu, naudojamu geležies pramonėje [5,7]. Flotacijos naudojimą riboja reagentų kaina, silicio dioksido ir aliuminio oksido turinčių gleivių buvimas ir karbonato mineralų buvimas [7-8]. Be to, flotacijai reikia valyti nuotekas ir naudoti tolesnį vandens nutekėjimą galutiniams sausiems paskirčiams [1].
Flotacijos naudojimas geležies koncentracijai taip pat apima kalkinimą, nes plūduriavimas esant smulkioms dalelėms sumažina efektyvumą ir padidina reagento sąnaudas [5,7]. Kalkinimas yra ypač svarbus aliuminio oksido pašalinimui, nes gibbsito atskyrimas nuo hematito ar goetito bet kokiomis paviršinio aktyvumo medžiagomis yra gana sudėtingas [7]. Dauguma aliuminio oksido turinčių mineralų yra smulkesnio dydžio (<20Um) leidžiant jį pašalinti nukalkinant. Bendrą, didelė baudų koncentracija (<20Um) ir aliuminio oksidas padidina reikiamą katijoninę kolektoriaus dozę ir dramatiškai sumažina selektyvumą [5,7].
Be to, karbonatinių mineralų, pvz., dolomitinių itabiritų, buvimas- taip pat gali pabloginti flotacijos selektyvumą tarp geležies mineralų ir kvarco, nes geležies rūdos, kuriose yra karbonatų, tokių kaip dolomitas, neplūduriuoja labai selektyviai. Ištirpusių karbonatų rūšys adsorbuojasi ant kvarco paviršių, kenkdamos flotacijos selektyvumui [8]. Flotacija gali būti pakankamai veiksminga atnaujinant žemos kokybės geležies rūdas, Tačiau tai labai priklauso nuo rūdos mineralogijos [1-3,5]. Geležies rūdų, kuriose yra didelis aliuminio oksido kiekis, flotacija bus galima nukalkinant kalkinimo būdu bendro geležies regeneravimo sąskaita [7], o geležies rūdų, kurių sudėtyje yra karbonatinių mineralų, flotacija bus sudėtinga ir galbūt neįmanoma [8].
Šiuolaikinės Fe turinčių mineralų apdorojimo grandinės gali apimti ir flotaciją, ir magnetinės koncentracijos žingsnius [1,5]. Pavyzdžiui, magnetinė koncentracija gali būti naudojama smulkių dalelių srautui iš skalavimo etapo prieš flotaciją ir flotacijos atmetimui. Mažo ir didelio intensyvumo magnetinių koncentratorių įtraukimas leidžia padidinti bendrą geležies regeneravimą apdorojimo grandinėje, atgaunant fero ir paramagnetinių geležies mineralų, tokių kaip magnetitas ir hematitas, dalį [1]. Goetitas paprastai yra pagrindinis daugelio geležies augalų atmetimo srautų komponentas dėl silpnų magnetinių savybių [9]. Nesant tolesnio apdorojimo atmetimo srautams iš magnetinio koncentravimo ir flotacijos, Baudos metimai galiausiai bus išmesti į atliekų užtvanką [2]. Atliekų šalinimas ir perdirbimas tapo labai svarbus aplinkos išsaugojimui ir geležies vertybių atgavimui, Atitinkamai, todėl geležies rūdos atliekų perdirbimas kasybos pramonėje išaugo [10].
Aiškiai, Dėl jų mineralogijos ir granuliometrijos atliekų apdorojimas iš tradicinių geležies beneficijos grandinių ir dolomitinio itabirito apdorojimas yra sudėtingas naudojant tradicines desliming-flotation-magnetic koncentracijos srauto lenteles, todėl gali būti įdomios alternatyvios naudos gavimo technologijos, pvz., tribo-elektrostatinis atskyrimas, kuris yra mažiau ribojantis rūdos mineralogijos atžvilgiu ir kuris leidžia apdoroti baudas.
Tribo-elektrostatinis atskyrimas naudoja elektros krūvio skirtumus tarp medžiagų, pagamintų dėl paviršiaus sąlyčio arba triboelektrinio įkrovimo. Supaprastintais būdais, kai dvi medžiagos liečiasi, medžiaga, turinti didesnį afinitetą elektronų prieaugio elektronams, tokiu būdu įkrauna neigiamą, o medžiaga su mažesniu elektronų afinitetu įkrauna teigiamą. Iš esmės, Žemos kokybės geležies rūdos dalelės ir dolomitiniai itabiritai, kurių negalima apdoroti įprastinio flotacijos ir (arba) magnetinio atskyrimo būdu, galėtų būti patobulinti išnaudojant jų mineralų diferencinę įkrovimo savybę [11].
Čia pateikiame STET tribo-elektrostatinį diržo atskyrimą kaip galimą naudos šaltinį itin smulkioms geležies rūdos atliekoms koncentruoti ir dolomitinio itabirito mineralui beneficionuoti. STET procesas suteikia mineralinių medžiagų perdirbimo pramonei unikalią galimybę be vandens apdoroti sausą pašarą. Aplinkai nekenksmingas procesas gali pašalinti šlapio apdorojimo poreikį, tolesnis nuotekų valymas ir privalomas galutinių medžiagų džiovinimas. be to, STET procesas reikalauja mažai išankstinio mineralo apdorojimo ir veikia dideliu pajėgumu – iki 40 tonų per valandą. Energijos suvartojimas yra mažesnis nei 2 kilovatvalandės už toną apdorotos medžiagos.
Medžiagų
Šioje bandymų serijoje buvo naudojami du smulkūs žemos kokybės geležies rūdos. Pirmąją rūdą sudarė itin smulkus Fe rūdos atliekų mėginys, kurio D50 buvo 20 μm ir antrasis itabirito geležies rūdos mėginys, kurio D50 yra 60 µm. Abu mėginiai savo naudos gavimo metu kelia iššūkių ir negali būti efektyviai apdorojami naudojant tradicines kalkinimo-flotacijos-magnetinės koncentracijos grandines dėl jų granuliometrijos ir mineralogijos. Abu mėginiai buvo gauti iš kasybos operacijų Brazilijoje.
Pirmasis mėginys buvo gautas iš esamos kalkinimo-flotacijos-magnetinės koncentracijos grandinės. Mėginys buvo paimtas iš atliekų užtvankos, tada išdžiovinama, homogenizuotas ir supakuotas. Antrasis mėginys yra iš itabirito geležies darinio Brazilijoje. Mėginys buvo susmulkintas ir surūšiuotas pagal dydį, o smulki frakcija, gauta klasifikavimo etape, vėliau buvo kelis kartus nukalkinta, kol D98 150 μm buvo pasiektas. Tada mėginys buvo išdžiovintas, homogenizuotas ir supakuotas.
Dalelių dydžio skirstiniai (.PSD) buvo nustatyti naudojant lazerinį difrakcijos dalelių dydžio analizatorių, Malverno meistras 3000 E. Abu mėginiai taip pat pasižymėjo nuostoliu užsidegus(LOI), XRF ir XRD. Nuostolis dėl uždegimo (LOI) buvo nustatytas pateikiant 4 Mėginio gramai 1000 ºC krosnis, skirta 60 protokolai ir pranešimas apie gautą LOI. Cheminės sudėties analizė buvo baigta naudojant bangos ilgio dispersinę rentgeno fluorescenciją (WD-XRF) prietaisas ir pagrindinės kristalinės fazės buvo tiriamos XRD metodu.
Atliekų mėginio cheminė sudėtis ir LOI (Atliekos), ir itabirito geležies formavimosi mėginiui (Itabiritas), parodyta lentelėje 1 ir abiejų mėginių dalelių dydžio pasiskirstymai parodyti paveiksle 1. Atliekų mėginio pagrindinės Fe regeneravimo fazės yra goetitas ir hematitas, Ir pagrindinis gangue mineralas yra kvarcas (Fig 4). Itabirito mėginyje pagrindinės Fe regeneruojamosios fazės yra hematitas, Ir pagrindiniai gangue mineralai yra kvarcas ir dolomitas (Fig 4).
Lentelė 1. Pagrindinių atliekų ir itabirito mėginių elementų cheminės analizės rezultatas.
| Mėginio | Klasės (wt%) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fe | SiO2 (Netoli s, kad | Al2O3 (Netoli sėjo) | MnO | Mgo | Cao | LOI** | Kiti | |
| Atliekos | 30.3 | 47.4 | 4.3 | 1.0 | * | * | 3.4 | 13.4 |
| Itabiritas | 47.6 | 23.0 | 0.7 | 0.2 | 1.5 | 2.2 | 4.0 | 21.0 |
Dalelių dydžio pasiskirstymai
Metodai
Buvo sukurta eksperimentų serija, skirta ištirti skirtingų parametrų poveikį geležies judėjimui abiejuose geležies mėginiuose, naudojant STET patentuotą tribo-elektrostatinio diržo separatoriaus technologiją. Eksperimentai buvo atlikti naudojant stendo skalės tribo-elektrostatinio diržo separatorių, toliau vadinamas "stendo separatoriumi". Stendo masto bandymai yra pirmasis trifazio technologijų diegimo proceso etapas (Žiūrėkite lentelę 2) įskaitant stendo masto vertinimą, bandomieji bandymai ir komercinio masto įgyvendinimas. Stendo separatorius naudojamas tribo-elektrostatinio įkrovimo įrodymams patikrinti ir nustatyti, ar medžiaga yra geras elektrostatinės naudos kandidatas. Pagrindiniai kiekvienos įrangos skirtumai pateikti lentelėje 2. Nors kiekviename etape naudojama įranga skiriasi dydžiu,, veikimo principas iš esmės yra tas pats.
Lentelė 2. Trifazis įgyvendinimo procesas naudojant STET tribo-elektrostatinio diržo separatoriaus technologiją
| Fazė | Naudojamas: | Elektrodas Matmenys (W x L) cm | Tipas Procesas/ |
|---|---|---|---|
| Stendo skalė Vertinimo | Kokybinė Vertinimo | 5*250 | Paketinę |
| Bandomoji skalė Testavimas | Kiekybinis Vertinimo | 15*610 | Paketinę |
| Komercinės Skalė Įgyvendinimas | Komercinės Gamyba | 107 *610 | Nuolat |
STET veikimo principas
Separatoriaus veikimo principas priklauso nuo tribo-elektrostatinio įkrovimo. Tribo-elektrostatinio diržo separatoriuje (Skaičiai 2 ir 3), medžiaga tiekiama į siaurą tarpą 0.9 – 1.5 cm tarp dviejų lygiagrečių obliavimo elektrodų. Dalelės triboelectrically įkraunamos tarpdalelių sąlyčio. Teigiamai įkrautas mineralas(s) ir neigiamo krūvio mineralas(s) traukia į elektrodai priešais. Separatoriaus viduje dalelės nuvalomos ištisai judančiu atviro tinklo diržu ir perduodamos priešingomis kryptimis. Diržas yra pagamintas iš plastikinės medžiagos ir perkelia daleles, esančias šalia kiekvieno elektrodo, link priešingų separatoriaus galų. Atskiriančių dalelių priešpriešinės srovės srautas ir nuolatinis triboelektrinis įkrovimas susidūrus su dalelėmis užtikrina daugiapakopį atskyrimą ir užtikrina puikų grynumą bei regeneravimą vieno praėjimo įrenginyje. Triboelektrinio diržo separatoriaus technologija buvo naudojama atskirti įvairias medžiagas, įskaitant stiklinių aliuminio silikatų ir anglies mišinius (lakieji pelenai), kalcitas/kvarcas, talkas /magnezitas, ir baritas /kvarcas.
Bendrą, Separatoriaus konstrukcija yra gana paprasta, o diržas ir susiję ritinėliai yra vienintelės judančios dalys. Į elektrodai yra stacionarus ir kurį sudaro atitinkamai tvirtos medžiagos. Separatoriaus elektrodo ilgis yra maždaug 6 matuokliai (20 metrų.) ir plotis 1.25 matuokliai (4 metrų.) viso dydžio komerciniams vienetams. Didelis diržo greitis užtikrina labai didelį pralaidumą, iki 40 tonų per valandą viso dydžio komerciniams vienetams. Energijos suvartojimas yra mažesnis nei 2 kilovatvalandžių už toną medžiagos, apdorotos naudojant didžiąją dalį energijos, kurią sunaudoja du diržą varantys varikliai.
Triboelektrinio diržo separatoriaus schema
Išsami informacija apie atskyrimo zoną
Kaip matyti iš lentelės 2, pagrindinis skirtumas tarp stendo separatoriaus ir bandomojo masto bei komercinio masto separatorių yra tas, kad stendo separatoriaus ilgis yra maždaug 0.4 didesnis už bandomojo masto ir komercinio masto vienetų ilgį. Kadangi separatoriaus efektyvumas yra elektrodo ilgio funkcija, stendo masto bandymai negali būti naudojami kaip bandomojo masto bandymų pakaitalas. Bandomieji bandymai yra būtini siekiant nustatyti atskyrimo mastą, kurį STET procesas gali pasiekti, ir nustatyti, ar STET procesas gali atitikti produkto tikslus pagal nurodytas pašarų. Vietoj to, stendo separatorius naudojamas atmesti kandidatines medžiagas, kurios greičiausiai neįrodys jokio reikšmingo atskyrimo bandomojo masto lygmeniu. Rezultatai, gauti stendo skalėje, nebus optimizuoti, ir stebimas atskyrimas yra mažesnis, nei būtų laikomasi komercinio dydžio STET separatoriuje.
Bandymai bandomajame įrenginiuose yra būtini prieš diegiant komerciniu mastu, Tačiau, bandymas stendo skalėje skatinamas kaip pirmasis bet kurios konkrečios medžiagos įgyvendinimo proceso etapas. Be to, tais atvejais, kai medžiagų prieinamumas yra ribotas, stendo separatorius yra naudinga priemonė galimiems sėkmingiems projektams tikrinti (t. y., projektai, kuriuose klientų ir pramonės kokybės tikslai gali būti pasiekti naudojant STET technologiją).
Stendo masto bandymai
Standartiniai proceso bandymai buvo atlikti siekiant konkretaus tikslo padidinti Fe koncentraciją ir sumažinti gangų mineralų koncentraciją. Buvo tiriami skirtingi kintamieji, siekiant maksimaliai padidinti geležies judėjimą ir nustatyti skirtingų mineralų judėjimo kryptį. Atliekant bandymus ant stendo pastebėta judėjimo kryptis rodo judėjimo kryptį bandomojoje gamykloje ir komerciniu mastu.
Tirti kintamieji apėmė santykinį drėgnumą (RH), temperatūra, elektrodo poliškumas, diržo greitis ir naudojama įtampa. Iš šių, Vien RH ir temperatūra gali turėti didelį poveikį diferenciniam tribo įkrovimui, taigi ir atskyrimo rezultatams. Taigi, optimalios RH ir temperatūros sąlygos buvo nustatytos prieš tiriant likusių kintamųjų poveikį. Buvo ištirti du poliškumo lygiai: Aš) viršutinis elektrodo poliškumas teigiamas ir 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. Lentelė 3 lists the range of separation conditions used as part of phase 1 evaluation process for the tailings and itabirite samples.
Lentelė 3 lists the range of separation conditions
| Parameter | Units | Range of Values | |
|---|---|---|---|
| Atliekos | Itabiritas | ||
| Top Electrode Polarity | - | Positive- Negative | Positive- Negative |
| Electrode Voltage | -kV/+kV | 4-5 | 4-5 |
| Feed Relative Humidity (RH) | % | 1-30.7 | 2-39.6 |
| Feed Temperature | °F (° C) | 71-90 (21.7-32.2) | 70-87 (21.1-30.6) |
| Belt Speed | Fps (m/s) | 10-45 (3.0-13.7) | 10-45 (3.0-13.7) |
| Electrode Gap | Inches (mm) | 0.400 (10.2 mm) | 0.400 (10.2 mm) |
Bandymai buvo atlikti stendo separatoriuje partijos sąlygomis, 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) ir 1-39.6%, Atitinkamai. 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 Minučių. Priešingai, 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 coliai (10.2 mm) during the testing campaigns for the tailings and itabirite samples.
Prieš kiekvieną bandymą, a small feed sub-sample containing approximately 20g was collected (pavadintas "Pašarai"). Nustatę visus operacijos kintamuosius, medžiaga buvo tiekiama į stendo separatorių naudojant elektrinį vibracinį tiektuvą per stendo separatoriaus centrą. Mėginiai buvo paimti kiekvieno eksperimento pabaigoje, o produkto 1 (pavadinta "E1") ir produkto pabaiga 2 (pavadinta "E2") buvo nustatyti taikant teisinio prekybos skaičiavimo skalę. 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:
KurYE1 ir YE2 are the mass yields to E1 and E2, Atitinkamai; and are the sample weights collected to the separator products E1 and E2, Atitinkamai. For both samples, Fe concentration was increased to product E2.
Kiekvienam pavyzdžių rinkiniui (t. y., Pašarų, E1 ir E2) LOI and main oxides composition by XRF was determined. Fe2 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]. Priešingai, 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 BENDRAI2g 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.
Galiausiai, Fe recovery EFe to product (E2) ir SiO2 rejection QSi were calculated. EFe 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. EFe ir Qsi are described by:
Kur CAš,(feed,E1,E2) is the normalized concentration percentage for the sub-sample’s i component (eg., Fe, sio2)
Mėginiai Mineralogija
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, Ir pagrindinis gangue mineralas yra kvarcas (Fig 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, goethite, and magnetite contain 69.94%, 62.85%, 72.36% Fe, Atitinkamai.
D patterns. A – Tailings sample, B – Itabirite sample
Stendo masto eksperimentai
A series of test runs were performed on each mineral sample aimed at maximizing Fe and decreasing SiO2 turinys. 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; Tačiau, 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 ir 4 experiments, Atitinkamai. Fig 5 presents average mass yield and chemistry for feed and products E1 and E2. be to, each plot presents the improvement or decrease in concentration (E2- Pašarų) for each sample component e.g., Fe, SiO2 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% į 53.75%, on average, at a mass yield YE2 – or global mass recovery – apie 23.30%. This corresponds to Fe recovery ( and silica rejection (QE2 ) values of 44.17% ir 95.44%, Atitinkamai. The LOI content was increased from 3.66% į 5.62% which indicates that the increase in Fe content is related to an increase in goethite content (Fig 5).
For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68% į 57.62%, on average, at a mass yield YE2 -apie 65.0%. This corresponds to Fe recovery EFe( and silica rejection (Qsio2) values of 82.95% ir 86.53%, Atitinkamai. The LOI, MgO and CaO contents were increased from 4.06% į 5.72%, 1.46 į 1.87% and from 2.21 į 3.16%, Atitinkamai, which indicates that dolomite is moving in the same direction as Fe-bearing minerals (Fig 5).
For both samples,AL2 O3 , MnO and P seem to be charging in the same direction as Fe-bearing minerals (Fig 5). While it is desired to decrease the concentration of these three species, the combined concentration of SiO2, 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.
Bendrą, 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.
Diskusija
The experimental data suggests that the STET separator resulted in an important increase in Fe content while simultaneously reducing SiO2 turinys.
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. Supaprastintais būdais, 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]. Lentelė 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. Kaip matyti iš lentelės 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: Aš) The amount of Fe in Fe-bearing minerals; ii) the minimum quartz (SiO2 ) 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 Al2 O3 MnO bearing minerals, while for the itabirite sample the main contaminants are Cao Mgo Al2 O3 bearing minerals.
| Mineral Name | Charge 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 | ---- |
| Lauko špatas | ---- |
| Quartz | ------- |
Lentelė 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% ir 69.94% (which are the Fe contents of pure goethite and hematite, Atitinkamai). Now, a clean separation is not possible as Al2, 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.
Pavyzdžiui, if we assume that all the Fe content in the tailings sample is associated to goethite (Feo(OH)), and that the only gangue oxides are SiO2, Al2O3 ir MnO, then Fe content to product would be given by:
Fe(%)=(100-SiO2 – (Al2 O3 + MnO*0.6285
Kur, 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 SiO2 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, Mgo, Al2 O3 bearing minerals are moving in the same direction as hematite, and therefore to increase Fe content SiO2 content must be reduced. Assuming that the entirety of the Fe content in this sample is associated to hematite (Fe2O3) and that the only oxides contained in gangue minerals are SiO2, Cao, Mgo, Al2O3 ir MnO; then Fe content in the product would be given by:
Fe(%)=(100-SiO2-CaO+MgO+Al2O3+MnO+LOI*0.6994
Kur, 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 SiO2; Tačiau, 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.
Iš esmės, the concentration of Fe in both samples could be further increased by means of a second pass on the STET separator in which Cao,Mgo Al2 O3 ir 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. Pavyzdžiui, for the itabirite sample and based in the location of dolomite and hematite in the triboelectrostatic series (Žiūrėkite lentelę 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 sio s.%. be to, 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, kita vertus, 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.
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% į 53.75%, on average, at a mass yield of 23.30%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 44.17% ir 95.44%, Atitinkamai. For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68 % į 57.62%, on average, at a mass yield of 65.0%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 82.95% ir 86.53%, Atitinkamai. 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. be to, achieving higher Fe grades may be possible by means of a second pass on the STET belt separator.
Šio tyrimo rezultatai parodė, kad žemos kokybės geležies rūdos smulkias daleles galima padidinti naudojant STET tribo-elektrostatinį diržo separatorių. Further work at the pilot plant scale is recommended to determine the iron concentrate grade and recovery that can be achieved. Based on experience, produkto regeneravimas ir (arba) klasė žymiai pagerės bandomojo masto apdorojimo metu, palyginti su stendo skalės bandymo įtaisu, naudojamu atliekant šiuos geležies rūdos bandymus. The STET tribo-electrostatic separation process may offer significant advantages over conventional processing methods for iron ore fines.
