Chọn ngôn ngữ:
Lucas Rojas Mendoza, ST thiết bị & Công nghệ, HOA KỲ
lrojasmendoza@steqtech.com
Frank Hrach, ST thiết bị & Công nghệ, HOA KỲ
Kyle Flynn, ST thiết bị & Công nghệ, HOA KỲ
Abhishek Gupta, ST thiết bị & Công nghệ, HOA KỲ
ST thiết bị & Công nghệ LLC (STET) đã phát triển một cuốn tiểu thuyết hệ thống dựa trên điện tribo vành đai tách cung cấp cho ngành công nghiệp chế biến khoáng sản một phương tiện để beneficiate vật liệu tốt đẹp với một công nghệ năng lượng hiệu quả và hoàn toàn khô xử lý. In contrast to other electrostatic separation processes that are typically limited to particles >75μm trong kích thước, STET triboelectric vành đai tách là phù hợp để tách rất tốt đẹp (<1μm) để vừa thô (500μm) hạt, với thông lượng rất cao. The STET tribo-electrostatic technology has been used to process and commercially separate a wide range of industrial minerals and other dry granular powders. Ở đây, 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.
Quặng sắt là nguyên tố phổ biến nhất thứ tư trong lớp vỏ của trái đất [1]. Sắt là cần thiết để sản xuất thép và do đó là một vật liệu cần thiết cho phát triển kinh tế toàn cầu [1-2]. Sắt cũng rộng rãi được sử dụng trong xây dựng và sản xuất của xe [3]. Hầu hết các nguồn tài nguyên quặng sắt bao gồm các biến hệ sắt dải (BIF) trong đó sắt thường được tìm thấy ở dạng ôxít, và hydroxit và đến một mức độ thấp hơn cacbonat [4-5]. Một loại các thành hệ sắt với cao cacbonat nội dung là dolomitic itabirites mà là một sản phẩm của dolomitization và biến chất tiền gửi BIF [6]. Mỏ quặng sắt lớn nhất trên thế giới có thể được tìm thấy ở Úc, Trung Quốc, Canada, Ukraina, Ấn Độ và Brazil [5].
Thành phần hóa học của quặng sắt có một phạm vi rộng rõ ràng trong các thành phần hóa học đặc biệt là cho Fe nội dung và liên kết các khoáng chất [1]. Khoáng vật sắt lớn kết hợp với phần lớn của quặng sắt là hematit, goethite, limonit và magnetit [1,5]. Các chất gây ô nhiễm chính trong quặng sắt là SiO2 và Al2O3 [1,5,7]. Điển hình silica và nhôm mang khoáng chất có trong quặng sắt là thạch anh, kaolinit, gibbsit, germanit và corundum. Số này nó thường được quan sát thấy rằng thạch anh là silica có nghĩa là mang khoáng và kaolinit và gibbsit là nhôm hai-main mang khoáng sản [7].
Khai thác quặng sắt chủ yếu được thực hiện thông qua hoạt động khai thác mở pit, kết quả là trong thế hệ đáng kể tailings [2]. Hệ thống sản xuất quặng sắt thường bao gồm ba giai đoạn: khai thác mỏ, chế biến và pelletizing hoạt động. Các, xử lý đảm bảo rằng một lớp sắt đầy đủ và hóa học là đạt được trước khi giai đoạn pelletizing. Xử lý bao gồm nghiền, phân loại, phay và tập trung nhằm mục đích tăng nội dung sắt trong khi giảm số lượng các khoáng chất [1-2]. Mỗi lần ký thác khoáng có đặc tính độc đáo riêng của mình đối với sắt và các khoáng chất mang, và do đó nó đòi hỏi một kỹ thuật khác nhau tập trung [7].
Từ tách là thường được sử dụng trong beneficiation cao cấp sắt quặng khoáng vật sắt chiếm ưu thế ở đâu ferro và thuận từ [1,5]. Ẩm ướt và khô cường độ thấp từ tách (LIMS) kỹ thuật được sử dụng để xử lý quặng với mạnh mẽ từ tài sản cho tiện như magnetit, trong khi ẩm ướt cường độ cao từ tách được sử dụng để tách các khoáng sản Fe với yếu từ tài sản cho tiện như hematit từ các khoáng chất. Sắt quặng goethite như vậy và limonit thường được tìm thấy ở tailings và không riêng rất tốt bằng một trong hai kỹ thuật [1,5]. Từ các phương pháp trình bày những thách thức về năng lực thấp của họ và trong điều khoản của các yêu cầu cho quặng sắt được dễ bị từ trường [5].
Nổi, Mặt khác, được sử dụng để làm giảm nội dung của các tạp chất trong quặng sắt cấp thấp [1-2,5]. Quặng sắt có thể được tập trung hoặc trực tiếp nổi anion của sắt oxit hoặc ngược lại nổi cation của silica, Tuy nhiên ngược cation nổi vẫn là con đường nổi phổ biến nhất được sử dụng trong các ngành công nghiệp sắt [5,7]. Việc sử dụng của nổi của nó bị giới hạn bởi chi phí của các thuốc thử, sự hiện diện của silica và nhôm-rich slimes và sự hiện diện của các khoáng vật cacbonat [7-8]. Hơn thế nữa, nổi yêu cầu xử lý nước thải và việc sử dụng các hạ lưu dewatering cho các ứng dụng cuối cùng khô [1].
Việc sử dụng nổi cho nồng độ sắt cũng liên quan đến desliming như nổi sự hiện diện của kết quả phạt giảm hiệu quả và chi phí cao tinh khiết [5,7]. Desliming là đặc biệt quan trọng cho việc loại bỏ các alumina như tách gibbsite từ hematit hoặc goethite bởi bất kỳ tác nhân bề mặt hoạt động là khá khó khăn [7]. Hầu hết các khoáng vật mang nhôm đều xảy ra trong phạm vi kích thước mịn hơn (<20Um) cho phép loại bỏ thông qua desliming. Chung, một nồng độ cao của tiền phạt (<20Um) và alumina làm tăng liều thu cationic yêu cầu và giảm chọn lọc đáng kể [5,7].
Hơn thế nữa, 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, Tương ứng, 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.
Tribo-tách tĩnh điện sử dụng điện tích khác nhau giữa các vật liệu được sản xuất bởi liên lạc bề mặt hoặc sạc triboelectric. Theo những cách đơn giản, Khi hai vật liệu được liên lạc, the material with a higher affinity for electron gains electrons thus charges negative, trong khi các nguyên liệu với thấp hơn chi phí điện tử ái lực tích cực. 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. Ngoài ra, Quá trình STET đòi hỏi phải điều trị trước ít khoáng sản và hoạt động ở công suất cao-lên đến 40 âm mỗi giờ. Tiêu thụ năng lượng ít hơn 2 kilowatt-giờ mỗi tấn vật liệu xử lý.
Vật liệu
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 μm. 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(LOI), XRF and XRD. The loss on ignition (LOI) 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 (Sung 4). For the itabirite sample the main Fe recoverable phases are hematite, and the main gangue minerals are quartz and dolomite (Sung 4).
Bàn 1. Result of chemical analysis for major elements in tailings and Itabirite samples.
| Mẫu | Grade (wt) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fe | SiO2 | Al2O3 | MnO | Magiê ôxít | Ban | LOI** | Others | |
| Tailings | 30.3 | 47.4 | 4.3 | 1.0 | * | * | 3.4 | 13.4 |
| Itabirite | 47.6 | 23.0 | 0.7 | 0.2 | 1.5 | 2.2 | 4.0 | 21.0 |
Particle Size Distributions
Phương pháp
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. Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách sử dụng bộ tách dây đai tĩnh điện ở quy mô băng ghế dự bị, sau đây gọi là ' dấu tách để bàn '. Thử nghiệm cân bàn là giai đoạn đầu của quá trình thực hiện công nghệ ba pha (Xem bảng 2) bao gồm đánh giá quy mô băng, thử nghiệm quy mô phi công và thực hiện quy mô thương mại. Các máy phân tách để bàn được sử dụng để sàng lọc cho các bằng chứng của tribo-sạc điện và để xác định nếu một vật liệu là một ứng cử viên tốt cho tĩnh điện beneficiation. Sự khác biệt chính giữa mỗi phần của thiết bị được trình bày trong bảng 2. Trong khi các thiết bị được sử dụng trong từng giai đoạn khác nhau về kích thước, nguyên tắc hoạt động về cơ bản giống nhau.
Bàn 2. Quy trình thực hiện ba giai đoạn sử dụng công nghệ phân tách dây đai tĩnh điện
| Giai đoạn | Được sử dụng cho: | Điện cực Dimensions (W x L) cm | Type of Process/ |
|---|---|---|---|
| Cân bàn Đánh giá | Chất lượng Đánh giá | 5*250 | Lô |
| Quy mô thí điểm Thử nghiệm | Định lượng Đánh giá | 15*610 | Lô |
| Thương mại Quy mô Implementation | Thương mại Sản xuất | 107 *610 | Liên tục |
STET Operation Principle
The operation principle of the separator relies on tribo-electrostatic charging. Trong tribo-Máy tách dây tĩnh điện (Số liệu 2 và 3), material is fed into the narrow gap 0.9 – 1.5 cm giữa hai điện cực phẳng. Các hạt triboelectrically được trả bởi interparticle liên hệ. The positively charged mineral(s) and the negatively charged mineral(s) đang thu hút để đối diện với điện cực. 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. Công nghệ phân cách vành đai triboelectric đã được sử dụng để tách một loạt các vật liệu bao gồm hỗn hợp của thủy tinh này/carbon (Fly ash), canxit/thạch anh, Tan/Magnesit, và barit/thạch anh.
Chung, the separator design is relatively simple with the belt and associated rollers as the only moving parts. Các điện cực là văn phòng phẩm và một bằng vật liệu bền bỉ một cách thích hợp. Kẹp điện cực dài là khoảng 6 mét (20 ft.) và chiều rộng 1.25 mét (4 ft.) Đối với đơn vị thương mại kích thước đầy đủ. The high belt speed enables very high throughputs, tối đa 40 tons per hour for full size commercial units. Mức tiêu thụ điện năng ít hơn 2 kilowatt-hours per ton of material processed with most of the power consumed by two motors driving the belt.
Sơ đồ triboelectric vành đai tách
Các chi tiết của tách khu
Như có thể được nhìn thấy trong bảng 2, sự khác biệt chính giữa máy tách để bàn và quy mô phi công và dấu tách quy mô thương mại là độ dài của dấu tách để bàn xấp xỉ 0.4 lần chiều dài của quy mô phi công và các đơn vị quy mô thương mại. Khi hiệu quả phân tách là một chức năng của chiều dài điện cực, không thể sử dụng thử nghiệm cân bàn để thay thế cho thử nghiệm quy mô phi công. Thử nghiệm quy mô thí điểm là cần thiết để xác định mức độ tách mà quá trình STET có thể đạt được, và để xác định xem quá trình STET có thể đáp các mục tiêu sản phẩm theo tỷ giá thức ăn cho. Thay vì, bộ tách bàn được sử dụng để loại trừ các tài liệu ứng cử viên không thể chứng minh sự tách rời đáng kể ở mức quy mô thí điểm. Kết quả thu được trên quy mô băng ghế dự bị sẽ không tối ưu, và sự phân chia được quan sát thấy ít hơn sẽ được quan sát thấy trên một dấu tách STET có kích thước thương mại.
Kiểm tra tại nhà máy thí điểm là cần thiết trước khi triển khai quy mô thương mại, Tuy nhiên, kiểm tra ở quy mô dự bị được khuyến khích như là giai đoạn đầu của quá trình thực hiện cho bất kỳ tài liệu nhất định. Hơn nữa, trong trường hợp có tính khả dụng của vật liệu bị hạn chế, bộ tách bàn cung cấp một công cụ hữu ích cho việc chiếu các dự án thành công tiềm năng (Ví dụ., Các dự án mà khách hàng và mục tiêu chất lượng trong ngành có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng công nghệ STET).
Thử nghiệm cân bàn
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), nhiệt độ, electrode polarity, belt speed and applied voltage. Các, RH and temperature alone can have a large effect on differential tribo-charging and therefore on separation results. Do đó, optimum RH and temperature conditions were determined before investigating the effect of the remaining variables. Two polarity levels were explored: tôi) 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. Bàn 3 lists the range of separation conditions used as part of phase 1 evaluation process for the tailings and itabirite samples.
Bàn 3 lists the range of separation conditions
| Parameter | Units | Range of Values | |
|---|---|---|---|
| Tailings | Itabirite | ||
| 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) |
Các thử nghiệm được tiến hành trên bộ tách để bàn trong điều kiện hàng loạt, 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) và 1-39.6%, Tương ứng. 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 Phút. Ngược lại, 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 inch (10.2 mm) trong chiến dịch thử nghiệm cho tailings và itabirite mẫu.
Trước mỗi bài kiểm tra, một mẫu nhỏ tiểu nguồn cấp dữ liệu có chứa khoảng 20 g đã được thu thập (là 'Ăn'). Sau khi thiết lập tất cả các biến chiến dịch, Các vật liệu được đưa vào phân cách để sử dụng một feeder rung điện thông qua Trung tâm để tách. Mẫu đã được thu thập vào cuối mỗi thí nghiệm và các trọng lượng của sản phẩm kết thúc 1 (chỉ định là 'E1') và sản phẩm cuối cùng 2 (chỉ định là 'E2') đã được xác định bằng cách sử dụng một quy mô thương mại có quy phạm pháp luật đếm. Sau mỗi bài kiểm tra, nhỏ phụ mẫu có chứa khoảng 20 g E1 và E2 cũng được thu thập. Khối lượng sản lượng E1 và E2 được mô tả bởi:
nơiYE1 và YE2 là khối lượng sản lượng E1 và E2, Tương ứng; and are the sample weights collected to the separator products E1 and E2, Tương ứng. For both samples, Fe concentration was increased to product E2.
Đối với mỗi bộ phụ mẫu (Ví dụ., Nguồn cấp dữ liệu, E1 và 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]. Trái, 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 Co2g 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.
Cuối cùng, Fe recovery EFe to product (E2) và 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 và Qsi are described by:
nơi Ctôi,(feed,E1,E2) is the normalized concentration percentage for the sub-sample’s i component (eg., Fe, sio2)
Mẫu khoáng vật
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 (Sung 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, Tương ứng.
D patterns. A – Tailings sample, B – Itabirite sample
Thí nghiệm cân bàn
A series of test runs were performed on each mineral sample aimed at maximizing Fe and decreasing SiO2 nội dung. 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; Tuy nhiên, 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 và 4 experiments, Tương ứng. Sung 5 presents average mass yield and chemistry for feed and products E1 and E2. Ngoài ra, each plot presents the improvement or decrease in concentration (E2- Nguồn cấp dữ liệu) 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% để 53.75%, on average, at a mass yield YE2 – or global mass recovery – của 23.30%. This corresponds to Fe recovery ( and silica rejection (QE2 ) values of 44.17% và 95.44%, Tương ứng. The LOI content was increased from 3.66% để 5.62% which indicates that the increase in Fe content is related to an increase in goethite content (Sung 5).
For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68% để 57.62%, on average, at a mass yield YE2 -của 65.0%. This corresponds to Fe recovery EFe( and silica rejection (Qsio2) values of 82.95% và 86.53%, Tương ứng. The LOI, MgO and CaO contents were increased from 4.06% để 5.72%, 1.46 để 1.87% and from 2.21 để 3.16%, Tương ứng, which indicates that dolomite is moving in the same direction as Fe-bearing minerals (Sung 5).
For both samples,AL2 O3 , MnO and P seem to be charging in the same direction as Fe-bearing minerals (Sung 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.
Chung, 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.
Thảo luận
The experimental data suggests that the STET separator resulted in an important increase in Fe content while simultaneously reducing SiO2 nội dung.
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. Theo những cách đơn giản, 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]. Bàn 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. Như có thể được nhìn thấy trong bảng 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: tôi) 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 Ban Magiê ôxít 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 | ---- |
| Fenspat | ---- |
| Thạch anh | ------- |
Bàn 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% và 69.94% (which are the Fe contents of pure goethite and hematite, Tương ứng). 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.
For instance, 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 và MnO, then Fe content to product would be given by:
Fe(%)=(100-SiO2 – (Al2 O3 + MnO*0.6285
nơi, 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, Magiê ôxít, 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, Ban, Magiê ôxít, Al2O3 và MnO; then Fe content in the product would be given by:
Fe(%)=(100-SiO2-CaO+MgO+Al2O3+MnO+LOI*0.6994
nơi, 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; Tuy nhiên, 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 Ban,Magiê ôxít Al2 O3 và 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 (Xem bảng 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 trọng lượng .%. Ngoài ra, 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, Mặt khác, 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% để 53.75%, on average, at a mass yield of 23.30%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 44.17% và 95.44%, Tương ứng. For the itabirite sample Fe content was increased from 47.68 % để 57.62%, on average, at a mass yield of 65.0%, which corresponds to Fe recovery and silica rejection values of 82.95% và 86.53%, Tương ứng. 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. Ngoài ra, achieving higher Fe grades may be possible by means of a second pass on the STET belt separator.
Các kết quả của nghiên cứu này đã chứng minh rằng thấp cấp tiền phạt quặng sắt có thể được nâng cấp bằng phương tiện của tribo STET-tách dây tĩnh điện. Further work at the pilot plant scale is recommended to determine the iron concentrate grade and recovery that can be achieved. Based on experience, phục hồi sản phẩm và/hoặc lớp sẽ cải thiện đáng kể ở chế biến quy mô thí điểm, so với thiết bị kiểm tra cân bàn sử dụng trong các thử nghiệm quặng sắt này. The STET tribo-electrostatic separation process may offer significant advantages over conventional processing methods for iron ore fines.
