Икономическите предимства на сухо Triboelectric отделяне на минерали

Икономическите предимства на сухо Triboelectric отделяне на минерали

Люис Бейкър, Кайл P. Флин, Франк Джей. Hrach, и Стивън Гасиоровски

ST оборудване & Технологии LLC, Needham Масачузетс 02494 САЩ

АБСТРАКТЕН

ST оборудване & Технологии LLC (STET) трибоелектростростатичен сепаратор на колани осигурява на минералната преработвателна промишленост средство за полезно използване на фини материали с изцяло суха технология. Високоефективното многоетапно разделяне чрез вътрешно зареждане/презареждане и рециклиране води до далеч превъзходни сепарации, отколкото може да се постигне с други конвенционални едноетапни електростатичните системи. Технологията за сепаратор на трибоелектричния пояс е била използвана за отделяне на широк спектър от материали, включително смеси от стъклени алуминиеви, калцит/кварц, талк/магнезит, и барит/кварц. Възможностите на засилено отделяне на STET система може да бъде много ефективна алтернатива на флотация процеси. Икономическо сравнение, проведено от независима консултантска фирма за минерална преработка на сепаратора на трибоелектростростатичен колан спрямо конвенционалната флотация за барит / Кварцов разделяне илюстрира предимствата на сухо обработка на минерали. Използвайки резултатите този сух производствен процес в един прост процес поток лист с по-малко оборудване от флотация с капитал и оперативни разходи, намалени с ≥30 %.

Ключови думи: минерали, сухи отделяне, барит, triboelectrostatic зареждане, разделител за колан, летлива пепел

ВЪВЕЖДАНЕТО

Липсата на достъп до прясна вода се превръща в основен фактор, който влияе върху осъществимостта на миннодобивните проекти по целия свят. Според Хуберт Флеминг, бивш глобален директор за "Hatch Water", "От всички проекти за добив на суровини в света, които са били спрени или забавяни през изминалата година, то е било, в почти 100% на случаите, резултат от вода, пряко или косвено‿ (Blin 2013)1. Сухите методи за обработка на минерали предлагат решение на този разгъваем проблем.

Методите за мокрено разделяне като флотация на разпенване изискват добавянето на химически реагенти, които трябва да се обработват безопасно и да се изхвърлят по отговорен за околната среда начин. Неизбежно не е възможно да се работи с 100% рециклиране на вода, изискващи изхвърляне на поне част от процесната вода, вероятно съдържащи следи количества химически реагенти.

Сухите методи като електростатичното разделяне ще елиминират нуждата от прясна вода, и да предложат потенциал за намаляване на разходите. Едно от най-обещаващите нови разработки в сухите минерални сепарации е трибоелектростатичният сепаратор на колана. Тази технология разшири обхвата на размера на частиците до по-фини частици от конвенционалните електростатични технологии за разделяне, в диапазона, където само флотация е била успешна в миналото.

ТРИБОЛЕКТРОСТАТИЧЕН КОЛАН РАЗДЕЛЯНЕ

Трибоелектростатичният сепаратор на колана усвоява разликите в електрическия заряд между материалите, произведени чрез повърхностен контакт или трибоелектрическо зареждане. Когато два материала са в контакт, материал с по-висок афинитет към електроните печели електрони и по този начин зарежда отрицателни, докато материал с по-нисък заряд на електрони. Този контакт обмен на заряд е универсално наблюдава за всички материали, понякога причинява електростатични щетите, които са проблем в някои индустрии. Афинитетът на електрона е зависим от химичния състав на повърхността на частиците и ще доведе до съществено диференциално зареждане на материалите в смес от дискретни частици с различен състав.

В трибоелектростатичния сепаратор на колана (Цифри 1 and 2), материал се подава в тънката пропаст 0.9 – 1.5 см (0.35 -0.6 в.) между два паралелни планарни електроди. Частиците се зареждат триоелектрическо чрез контакт между частиците.

Например,, в случай на изгаряне на въглищата, смес от въглеродни частици и минерални частици, положително заредения въглерод и отрицателно заредения минерал са привлечени към противоположните електроди. След това частиците се поместват от непрекъсната движеща се отворена мрежа и се пренасят в противоположни посоки. Коланът премества частиците в съседство с всеки електрод към противоположните краища на. Електрическото поле трябва да премести частиците само малка частица от сантиметър, за да премести частица от ляво движеща се в дясно движеща се струя. Течащият брояч ток на разделителните частици и непрекъснатото трибоелектрическо зареждане чрез въглеродно-минерални сблъсъци предвижда многоетапно разделяне и води до отлична чистота и възстановяване в еднопропускаща единица. Високата скорост на ремъка също позволява много високи пропускания, до 40 тона на час на един сепаратор. Чрез контролиране на различни параметри на процеса, като скорост на ремъка, точка на подаване, електроди и скорост на подаване, устройството произвежда нисковъглеродна пепел от 2 % ± 0.5% от пепели от фураж, вариращи в 4% към над 30%.

Фигура 1. Схема на трибоелектричен сепаратор на ремъците

Дизайнът на сепаратора е сравнително прост. Коланът и свързаните ролки са единствените движещи се части. Електродите са стационарни и съставена от подходящо устойчив материал. Коланът е изработен от пластмасов материал. Дължината на сепаратора е приблизително 6 м. (20 Фута.) и ширината 1.25 м. (4 Фута.) за търговски единици в пълен размер. Консумацията на енергия е за 1 киловат-час на тон обработен материал с по-голямата част от мощността, консумирана от два мотора, задвижващи колана.

Фигура 2. Детайл на зоната за разделяне

Процесът е изцяло сух, не изисква допълнителни материали и не произвежда отпадъчни води или емисии във въздуха. В случая на отделяне на въглерод от летливи пепели, възстановените материали се състоят от летва пепел, намалена в съдържанието на въглерод, до нива, подходящи за използване като поцоланова смес в бетон, и висока въглеродна фракция, която може да бъде изгорен в електрогенерато. Използването на двата потока продукти 100% решение за отстраняване на проблеми с изхвърлянето на.

Трибоелектростатичният сепаратор на колана е сравнително компактен. Машина, проектирана за обработка 40 тона на час е приблизително 9.1 м. (30 Ft) дълъг, 1.7 м. (5.5 Фута.) широк и 3.2 м. (10.5 Фута.) високо. Необходимият баланс на инсталацията се състои от системи за пренасяне на сух материал до и от. Компактността на системата позволява гъвкавост при проектирането на инсталациите.

Фигура 3. Търговски трибоелектростатичен сепаратор на колани

Сравнение с други процеси на електростатично разделяне

Технологията за разделяне на трибоелектростатичния колан значително разширява гамата от материали, които могат да бъдат ползотворни от електростатичните процеси. Най-често използваните електростатични процеси разчитат на разлики в електрическата проводимост на материалите, които трябва да бъдат отделени. В тези процеси, материалът трябва да се свърже със заземен барабан или плоча обикновено след като частиците на материала се зареждат отрицателно чрез йонизиращ разряд на корона. Проводимите материали ще загубят заряда си бързо и ще бъдат хвърлени от барабана. Непроводимият материал продължава да бъде привлечен от барабана, тъй като зарядът ще се разсее по-бавно и ще падне или ще бъде изчеткан от барабана след отделяне от провеждащия материал. Тези процеси са ограничени по вместимост поради необходимия контакт на всяка частична част към барабана или плочата. Ефективността на тези процеси на контактно зареждане също са ограничени до частици от около 100 μm или по-голям размер поради както необходимостта да се свържете със заземената плоча, така и с необходимата динамика на потока на частиците. Частиците с различни размери също ще имат различна динамика на потока поради инерционни ефекти и ще доведат до влошено разделяне. Следната диаграма (Фигура 4) илюстрира основните особености на този тип разделители.

Фигура 4. Барабан електростатично сепаратор (Бъз 2003)2

Трибоелектростастичните сепарации не се ограничават до отделяне на проводими / непроводими материали, но зависят от добре познатия феномен на прехвърляне на заряд чрез триещ контакт на материали с дисимиларна повърхностна химия. Това явление се използва в "процесите на свободно падане‿ разделяне от десетилетия. Такъв процес е

илюстрирани на Фигура 5. Компонентите на смес от частици първо развиват различни заряди чрез контакт или с метална повърхност., или чрез контакт с частици към частици в устройство за подаване на течно легло. Тъй като частиците падат през електрическото поле в зоната на електрода, Траекторията на всяка частица се отклонява към електрода с противоположен заряд. След определено разстояние, кошчета за събиране се използват за разделяне на потоците. Типичните инсталации изискват множество етапи на разделяне с рециклиране на междинна фракция. Някои устройства използват постоянен поток от газ, за да подпомогнат пренасянето на частиците през зоната на електрода.

Фигура 5. “Free fall‿ triboelectrostatic separator

Този тип сепаратор за свободно падане също има ограничения в размера на частиците на материала, който може да бъде обработен. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing‿ of the separation. Траекторията на фините частици се осъществява по-силно от турбуленцията, тъй като аеродинамичните сили на влачене върху фини частици са много по-големи от гравитационните и електростатичните сили.. Много фините частици също ще са склонни да се събират върху повърхностите на електрода и трябва да бъдат отстранени по някакъв метод.. Частици, по-малки от 75 µm cannot be effectively separated.

Друго ограничение е, че натоварването на частиците в зоната на електрода трябва да е ниско, за да се предотвратят ефектите на пространствения заряд, които ограничават скоростта на преработка. Passing material through the electrode zone inherently results in a single-stage separation, since there is no possibility for re-charging of particles. Следователно, multi-stage systems are required for improving the degree of separation including re-charging of the material by subsequent contact with a charging device. Полученият обем и сложност на оборудването съответно се увеличават.

За разлика от другите налични електростатични сепарационни процеси, Трибоелектростатичният лентов сепаратор е идеално подходящ за отделяне на много фини (<1 µm) за умерено груб (300µm) материали с много висок получаване. Зареждането с трибоелектрични частици е ефективно за широк спектър от материали и изисква само контакт частица – частица. Малката разлика, високото електрично поле, противотоков поток, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features of the separator. The high efficiency multi-stage separation through charging / Презареждането и вътрешното рециклиране водят до далеч по-добри сепарации и са ефективни при фини материали, които изобщо не могат да бъдат разделени чрез конвенционалните техники.

ПРИЛОЖЕНИЯ НА ТРИБОЕЛЕКТРОСТАТИЧНОТО РАЗДЕЛЯНЕ НА КОЛАНА

Летлива пепел

Технологията за разделяне на трибоелектростатичния пояс за първи път се прилага промишлено при обработката на летлива пепел от изгаряне на въглища в 1995. За приложението на летлива пепел, Технологията е ефективна при отделянето на въглеродните частици от непълното изгаряне на въглища, от стъклените алуминосиликатни минерални частици в летката. Технологията е инструментална за рециклиране на богатата на минерали летва като заместител на цимента при производството на бетон. Тъй като 1995, 19 трибоелектростатични сепаратори на колани работят в САЩ, Канада, Великобритания, Полша, обработка над 1,000,000 tons of fly ash annually. Технологията вече е и в Азия с първия сепаратор, инсталиран в Южна Корея тази година. Индустриалната история на отделянето на летлив 1.

Таблица 1. Индустриално приложение на разделяне на трибоелектростатичен колан за пепел от муха

Минерални приложения

Electrostatic separations have been extensively used for beneficiation for a large range of minerals “Manouchehri-Part 1 (2000)‿. While most application utilize differences in electrical conductivity of materials with the corona-drum type separators, triboelectric charging behavior with free-fall separators is also used at industrial scales “Manouchehri-Part 2 (2000)‿. Извадка от приложения на трибоелектростатична обработка, докладвани в литературата, е посочена в таблица 2. Въпреки че това не е изчерпателен списък на приложенията, Тази таблица илюстрира потенциалния спектър от приложения за електростатична обработка на минерали.

Таблица 2. Докладвано трибоелектростатично разделяне на минерали

Обширни пилотни заводи и полеви тестове на много предизвикателни разделяния на материали в минералната индустрия са проведени с помощта на трибоелектростатичния лентов сепаратор. Примери за резултати от разделянето са показани в таблица 3.

Таблица 3. Примери, минерални сепарации с използване на трибоелектростатично разделяне на колана

Доказано е, че използването на трибоелектростатичния лентов сепаратор ефективно благоприятства много минерални смеси. Тъй като сепараторът може да обработва материали с размери на частиците от около 300 μm до по-малко от 1 µm, и трибоелектростатичното разделяне е ефективно както за изолационни, така и за проводими материали, Технологията значително разширява обхвата на приложимия материал в сравнение с конвенционалните електростатични сепаратори. Since the tribo- electrostatic process is entirely dry, използването му елиминира необходимостта от сушене на материали и обработка на течни отпадъци от флотационни процеси.

РАЗХОДИ ЗА РАЗДЕЛЯНЕ НА ТРИБОЕЛЕКТРОСТАТИЧНИЯ КОЛАН

Сравнение с конвенционалната флотация за барит

Сравнително проучване на разходите е поръчано от STET и проведено от Soutex Inc. Soutex е инженерна компания, базирана в Квебек, Канада, с богат опит както в оценката и проектирането на мокра флотация, така и в процеса на електростатично разделяне. The study compared the capital and operating costs of triboelectrostatic belt separation process to conventional froth flotation for the beneficiation of a low-grade barite ore. И двете технологии надграждат барита чрез отстраняване на твърди вещества с ниска плътност, главно кварц, за създаване на Американски петролен институт (API) пробиване клас барит с SG по-голяма от 4.2 г/мл. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Metallurgical Laboratory (НМЛ 2004)18. Резултатите от разделянето на трибоелектростатичните ленти се основават на пилотни проучвания на растенията, използващи подобни фуражни руди. Сравнителното икономическо изследване включва разработване на блок-листове, материални и енергийни баланси, major equipment sizing and quotation for both flotation and tribo- electrostatic belt separation processes. Основата за двете таблици е една и съща, Обработка 200,000 т/г на барит фуражи със SG 3.78 да произвежда 148,000 т / г на пробиване клас барит продукт с SG 4.21 г/мл. Оценката на флотационния процес не включва никакви разходи за технологична вода, или пречистване на вода.

Flowsheets са генерирани от Soutex за процеса на флотация на барит (Фигура 6), и трибоелектростатичен процес на разделяне на колана (Фигура 7).

Фигура 6 Блок-схема на процеса на флотация на барит

Фигура 7 Процес на разделяне на баритни трибоелектростатични ленти

Тези таблици не включват система за раздробяване на сурова руда, което е общо за двете технологии. Смилането на фуражи за флотационния случай се извършва с помощта на мелница за мокра целулоза с циклонен класификатор. Смилането на фуража за случая на разделяне на трибоелектростатичния ремък се извършва с помощта на суха, вертикална ролкова мелница с интегрален динамичен класификатор.

Потокът за разделяне на трибоелектростатичния ремък е по-прост от флотацията. Tribo-electostatic belt separation is achieved in a single stage without the addition of any chemical reagents, compared to three-stage flotation with oleic acid used as a collector for barite and sodium silicate as a depressant for the silica gangue. Флокулант се добавя и като реагент за удебеляване в случая на флотация на барит. Не се изисква оборудване за обезводняване и сушене за разделяне на трибоелектростатичния ремък, в сравнение със сгъстителите, Филтър преси, и ротационни сушилни, необходими за процеса на флотация на барит.

Капиталови и оперативни разходи

Soutex извърши подробна оценка на капиталовите и оперативните разходи както за технологиите, като се използват котировките на оборудването, така и методът на факторните разходи. Изчислено е, че оперативните разходи включват оперативен труд, поддръжка, енергия (Електричество и гориво), и консумативи (примерно, разходи за химически реагенти за флотация). Разходите за влагане се основават на типични стойности за хипотетична инсталация, разположена близо до Battle Mountain, Невада САЩ.

Общите разходи за собственост за период от десет години са изчислени от капиталовите и оперативните разходи, като се приема, че 8% дисконтов процент. Резултатите от сравнението на разходите са представени като относителни проценти в таблица 4

Таблица 4. Сравнение на разходите за обработка на барит

Общите разходи за закупуване на капиталово оборудване за процеса на разделяне на трибоелектростатичен колан са малко по-малко, отколкото за флотация. Въпреки това, когато общите капиталови разходи се изчисляват така, че да включват инсталация на оборудване, Тръбопроводи и електрически разходи, и разходи за изграждане на процеси, Разликата е голяма. The total capital cost for the tribo- electrostatic belt separation process is 63.2% от цената на процеса на флотация. The significantly lower cost for the dry process results from the simpler flowsheet. Оперативните разходи за процеса на разделяне на трибоелектростатичен колан са 75.5% на процеса на флотация поради главно по-ниски изисквания на оперативния персонал и по-ниско потребление на енергия.

Общите разходи за собственост върху процеса на разделяне на трибоелектростатичен колан са значително по-малки, отколкото за флотация. Авторът на изследването, Сутекс Инк., заключи, че процесът на разделяне на трибоелектростатичния ремък предлага очевидни предимства в CAPEX, OPEX, и оперативна простота.

ИЗВОД

Трибоелектростатичният лентов сепаратор осигурява на минералопреработвателната промишленост средство за извличане на фини материали с изцяло суха технология. Екологичният процес може да премахне мократа обработка и необходимото изсушаване на крайния материал. Процесът изисква малко, ако има такива, pre-treatment of the material other than grinding and operates at high capacity – up to 40 tons per hour by a compact machine. Потреблението на енергия е ниско, по-малко от 2 kWh/ton of material processed. Тъй като единствената потенциална емисия на процеса е прах, Разрешаването е сравнително лесно.

Проучване на разходите, сравняващо процеса на разделяне на трибоелектростатичния колан с конвенционалната флотация на пяна за барит, е завършено от Soutex Inc. Проучването показва, че общите капиталови разходи за процеса на разделяне на сухия трибоелектростатичен ремък са 63.2% на процеса на флотация. The total operating cost for triboelectrostatic belt separation is 75.8% на оперативните разходи за флотация. Авторът на изследването заключава, че сухата, процесът на разделяне на трибоелектростатичния ремък предлага очевидни предимства в CAPEX, OPEX, и оперативна простота.

ПРЕПРАТКИ

1.Blin, P & Дион Ортега, А (2013) Високо и сухо, Списание CIM, об. 8, Не. 4, п.п.. 48-51.

2.Бъз, J. & Ян, E (2003) eForce.- -Новото поколение на електростатични разделител за минерали пясъци промишленост, Конференция за тежки минерали, Йоханесбург, Южноафрикански институт по минно дело и металургия.

3.Manouchehri, H, Хануманта Роа, K, & Форесберг, K (2000), Преглед на методите за разделяне на електрическите системи, Част 1: Основните аспекти, Минерали & Металургична обработка, об 17, Не. 1 п.п. 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Хануманта Роа, K, & Форесберг, K (2000), Преглед на методите за разделяне на електрическите системи, Част 2: Практически съображения, Минерали & Металургична обработка, об 17, Не. 1 п.п. 139- 166.

5.Сърлс, J (1985) Поташ, Глава в минералните факти и проблеми: 1985 Издание, Бюро на мините на САЩ, Вашингтон.

6.Кей, R & Бичара, М, (1975) Електростатично разделяне на поташовите руди, Патент на САЩ # 3,885,673.

7.Марки, L, Beier, P, & Щал, Аз (2005) Електростатична сепарация, Wiley-VCH verlag, ГмбХ & Co.

8.Фраас, F (1962) Електростатично разделяне на гранулирани материали, Министерство на мините на САЩ, Бюлетин 603.

9.Фраас, F (1964), Предварителна обработка на минерали за електростатично отделяне, Патент на САЩ 3,137,648.

10.Линдли, K & Роусън, N (1997) Фактори за подготовка на фуражите, влияещи върху ефективността на електростатично отделяне, Магнитно и електрическо разделяне, об 8 п.п. 161-173.

11.Инкулет, Аз (1984) Електростатично минерално отделяне, Серия електростатици и електростатични приложения, Изследователски изследвания Преса, ООД, Джон Уайли & Синове, Inc.

12.Феасби, D (1966) Свободно падане електростатично разделяне на частиците фосфат и калцит, Изследователска лаборатория за минерали, Лаборатории Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, and 3038, книга 212, Доклад за напредъка.

13.Stencel, J & Цзян, X (2003) Пневматичен Транспорт, Трибоелектрическа полза за фосфатната индустрия във Флорида, Флорида институт за фосфатни изследвания, Публикация No. 02-149-201, Декември.

14.Manouchehri, H, Хануманта Р, & Форесберг, K (2002), Трибоелектрически заряд, Електрофизни свойства и Потенциал за електрическо полезно използване на Химически третирани Фелдшпар, Кварц, и Уоластънит, Магнитно и електрическо разделяне, об 11, Не 1-2 п.п. 9-32.

15.Вентър, J, Вермаак, М, & Брювер, J (2007) Влияние на повърхностните ефекти върху електростатичното отделяне на циркон и рутил, Шеста международна конференция за тежки минерали, Южноафриканският институт по минно дело и металургия.

16.Челик, М и Ясар, E (1995) Влияние на температурата и примесите върху електростатичното разделяне на борните материали, Минерално инженерство, об. 8, Не. 7, п.п.. 829-833.

17.Фраас, F (1947) Бележки относно сушенето за електростатично разделяне на частиците, АИМЕ Тек. Кръчма 2257, Ноември.

18.НМЛ (2004) Бенефициация на нискокачествен барит (Резултати от пилотния завод), Окончателен доклад, Национална металургична лаборатория, Джамшедпур Индия, 831 007