Ekonomske prednosti suhe Triboelectric Separacija minerala

Ekonomske prednosti suhe Triboelectric Separacija minerala

Lewis Baker, Kyle P. Flynn, Frank J.. Hrach, i Stephen Gasiorowski

ST oprema & Tehnologija D.O.O., Needham Massachusetts 02494 SJEDINJENE AMERIČKE DRŽAVE

SAŽETAK

ST oprema & Tehnologija D.O.O. (STET) triboelektrostatički separator pojasa osigurava industriji prerade minerala sredstvo za korist od finih materijala sa potpuno suhom tehnologijom. Visoka efikasnost višestadijnog razdvajanja kroz unutrašnje punjenje/punjenje i recikliranje rezultira daleko superiornijim razdvajanjima nego što se može postići sa drugim konvencionalnim jednofaznim elektrostatičkim sistemima. Tehnologija separatora triboelektričnog pojasa je korištena za odvajanje širokog spektra materijala uključujući smjese staklenih aluminosilikata/ugljika, kalcit / kvarc, talk/magnezita, i barite/kvartz. Poboljšane odvajanje sposobnosti STET sustav može biti vrlo učinkovita alternativa plutanje procesi. Ekonomska usporedba koju je provela nezavisna konsultantska firma za preradu minerala triboelectrostatičkog separatora pojasa naspram konvencionalne flotacije za barit / razdvajanje kvarca ilustrira prednosti suhe obrade za minerale. Iskorištavanje ovog suhog procesa rezultira jednostavnim procesnim protokom sa manje opreme od flotacije i sa kapitalnim i operativnim troškovima smanjenim za ≥30%.

Ključne riječi: minerali, suha odvajanje, barit, triboelectrostatičko punjenje, pojas razdjelnika, letećeg pepela

UVOĐENJE

Nedostatak pristupa slatkom vodom postaje glavni faktor utjecaja na izvodljivosti rudarskih projekata diljem svijeta. Prema Hubert Fleming, bivši direktor globalnog za izlaz vode, "Od svih rudarskih projekata u svijetu koje su ili prestala ili usporila u proteklih godinu dana, Bilo je, u gotovo 100% slučajeva, rezultat vode, bilo izravno ili indirectly‿ (Blin 2013)1. Metode suhe mineralne obrade ponuditi rješenje tog problema nazire.

Metode mokra razdvajanja kao što je flotacija pneuma zahtevaju dodavanje hemijskih reagenta koji se moraju bezbedno rukovati i odloziti na ekološki odgovoran način. Nebježno nije moguće operirati s 100% recikliranje vode, koja traži odlaganje najmanje porcije procesne vode, koji bi možda sadržavali količine hemijskih reagenta.

Suhe metode kao što je elektrostatičko odvajanje će eliminirati potrebu za svježom vodom, i ponuditi potencijal za smanjenje troškova. Jedan od najperspektivnijih novih događaja u suhim separacijama minerala je triboelectrostatički separator pojasa. Ova tehnologija je produžila opseg veličine čestica u finije čestice od uobičajene elektrostatičke tehnologije razdvajanja, u domet gdje je samo flotacija bila uspješna u prošlosti.

TRIBOELECTROSTATIČKA SEPARACIJA POJASA

Triboelektrostatički separator pojasa koristi razlike električnog naboja između materijala proizvedenih površinskim kontaktom ili triboelektričnim punjenjem. Kad su dva materijala u kontaktu, materijal sa višim afinitetom za elektrone dobija elektrone i tako naboje negativne, dok materijalni materijal sa donjim nafinom naplaćuje pozitivno. Ovaj kontakt razmjena nadoknade univerzalno pridržavati za sve materijale, Ponekad uzrokuje elektrostatski neugodnosti koje su problem u nekim Industrijama. Afinitet elektrona je zavisan od hemijskog sastava površine čestica i rezultirat će značajnim različitim punjenjem materijala u mješavini diskretnih čestica različitog sastava.

U triboelektrostatičkom separatoru pojasa (Brojke 1 i 2), materijal se hrani u tankom procjepu. 0.9 – 1.5 Cm (0.35 -0.6 u.) između dvije paralelne planarne elektrode. Čestice su utrobno optužene od strane međučestica..

Naprimjer, u slucaju sagorijevanja ugalja letjeti pepeo, smjesa ugljičnih čestica i mineralnih čestica, pozitivno naelektrisanog ugljika i negativno naelektrisanog minerala privlače suprotne elektrode. Čestice su zatim zahvatile kontinuirano kretanje otvorenih pojasa i prenijeli se u suprotnim pravcima. Pojas potezi uz svake elektrode prema suprotnim stranama separator čestica. Električno polje treba samo da pomeri čestice sićušnog pola centimetra da pomeri česticu iz leve selidbe na desni tok.. Kontra strujni tok razdvajajućih čestica i kontinuirano troboelektrično punjenje ugljiko-mineralnim sudarima pruža višestaznu separaciju i rezultira odličnom čistoću i oporavkom u jednoprolaznoj jedinici. Visoki pojas brzinom omogućuje vrlo visoku propusnost, do 40 tone na sat na jednom razdvojenju. Kontroliranjem raznih parametara procesa, kao što je brzina pojasa, feed za izabrati, razmak elektroda i posmak, uređaj proizvodi niskougljičnim letećeg pepela u sadržaj ugljika 2 % ± 0.5% iz sadržaja leti pepeo u rasponu ugljika iz 4% na više 30%.

Slika 1. Shematski triboelectric pojas razdjelnika

Razdjelnik dizajn je relativno jednostavna. Jedini pokretni dijelovi su pojas i povezan Valjci. Elektrode su stacionarni i sastoji se od odgovarajuće izdržljiv materijal. Pojas se sastoji od plastičnog materijala. Razdjelnik elektroda dužina iznosi približno 6 metara (20 FT.) i širine 1.25 metara (4 FT.) za punu veličinu komercijalne jedinice. Potrošnja energije je oko 1 kilovat-sat po toni materijala obrađenog s većinom snage koju konzumiraju dva motora koji voze pojas.

Slika 2. Detalji zone razdvajanja

Proces je potpuno suh., Ne zahtijeva dodatne materijale i ne proizvodi nikakve traćenje ili zračne emisije. U slučaju ugljika od odvajanja od mušice pepela, oporavljani materijali se sastoji od mušice pepela svedenog u sadržaju ugljika na nivoe pogodan za upotrebu kao pozzolanski admiksture u betonu, i visoku frakciju ugljika koja se može spaliti u elektrani koja stvara struju. Utočište oba toka proizvoda pruža 100% rješenje za letenje problema s odlaganjem pepela.

Triboelektrostatički separator pojasa je relativno kompaktivan. Mašina dizajnirana za obradu 40 tona na sat je približno 9.1 metara (30 FT) Dugo, 1.7 metara (5.5 FT.) široka i 3.2 metara (10.5 FT.) Visoko. Potrebna ravnoteža biljke sastoji se od sistema za prenošenje suhog materijala do i od separatora. Kompaktnost sistema omogućava fleksibilnost u instalacionim dizajnima.

Slika 3. Komercijalni triboelectrostatički separator pojasa

Usporedba s drugim elektrostatičkim procesima razdvajanja

Tehnologija razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa umnogome proširuje raspon materijala koji se mogu dobiti elektrostatičkim procesima. Najčešće korišteni elektrostatički procesi se poudaju na razlike u električnoj provodljivosti materijala koje treba odvojiti. U tim procesima, materijal mora kontaktirati prizemni bubanj ili ploču obično nakon što se čestice materijala negativno naboje ionizirajućim pražnjenim koronama. Provodljivi materijali će brzo izgubiti naboj i biti bačen iz bubnja. Neprovodljivi materijal i dalje privlači bubanj pošto će se punjenje sporije raspasti i past će ili će biti četkano iz bubnja nakon odvajanja od materijala za provođenje. Ovi procesi su ograničeni u kapacitetu zbog potrebnog kontakta svake čestice do bubnja ili ploče. Učinkovitost ovih procesa punjenja kontakata je također ograničena na čestice o 100 μm ili veće veličine zbog i potrebe da se obratite uzemljenim pločama i potrebnoj dinamici protoka čestica. Čestice različitih veličina također će imati različitu dinamiku protoka zbog inercijalanih efekata i rezultirat će degradiranom separacijom. Sljedeći dijagram (Slika 4) ilustrira temeljne osobine ove vrste separatora.

Slika 4. Bubanj elektrostatički separator (Stariji 2003)2

Triboelektrostatička razdvajanja nisu ograničena na odvajanje provodljivog / neprovodljivi materijali ali ovise o dobro poznatom fenomenu prijenosa naboja trenjajućim kontaktom materijala s disimilnom površinom hemije. Ovaj fenomen se decenijama koristi u "slobodnim ‿ separacijama. Takav proces je

ilustriran na figuri 5. Komponente smjese čestica prvo razviti različite naplate po kontaktu ni s metalnih površina, ili česticama do dodira čestica u uređaju za hranjenje fluidiziranog kreveta. Kako čestice padaju kroz električno polje u zoni elektroda, putanja svake čestice se skreće prema elektrodi suprotnog naboja. Nakon određene udaljenosti, za odvajanje toka se zapošljavaju smeće za sakupljanje. Tipične instalacije zahtijevaju više faza razdvajanja s reciklažom srednje razlomka. Neki uređaji koriste stalan tok plina kako bi pomogli prenošenje čestica kroz zonu elektroda.

Slika 5. "Slobodan pad‿ triboelektrostatički separator

Ova vrsta separatora slobodnog pada također ima ograničenja u veličini čestica materijala koji se može obraditi. Protok unutar elektrode zone mora se kontrolirati kako bi se smanjila turbulencija kako bi se izbjeglo "‿ razmazavanja" odvajanja. Putanja finih čestica je više uticana turbulencijom pošto su aerodinamičke sile vučenja na fine čestice mnogo veće od gravitacijske i elektrostatičke sile. Vrlo fine čestice također će se skloniti prikupljati na površinama elektroda i moraju biti uklonjene nekim metodom. Čestice manje od 75 μm se ne može efektivno odvojiti.

Drugo ograničenje je da učitavanje čestica unutar zone elektroda mora biti nisko kako bi se spriječili efekti naboja svemira, koji ograničavaju brzinu obrade. Prolazak materijala kroz elektrodnu zonu inherentno rezultira jednosezonom razdvajanja, pošto ne postoji mogućnost za prenaplaćivanje čestica. Stoga, višestapeni sistemi su potrebni za poboljšanje stepena razdvajanja uključujući i re-punjenje materijala naknadnom kontaktu sa uređajem za punjenje. Rezultujući volumen opreme i složenost se u skladu s tim povećavaju.

Za suprotno od ostalih dostupnih elektrostatičkog procesa razdvajanja, triboelektrostatički separator pojasa idealno odgovara za odvajanje vrlo finih (<1 µm) do umjereno suza (300µm) materijali sa vrlo visokim protiscima. Punjenje triboelektričnih čestica je efektivno za širok spektar materijala i zahtijeva samo čestice – kontakt čestica. Mali razmak, visoko elektricno polje, brojač protoka, energična agitacija čestica i samočišćenje pojasa na elektrodama su kritične osobine separatora. Visokoučinkovito višefazno razdvajanje kroz punjenje / punjenje i interna reciklaža rezultira daleko superiornijim razdvajanjima i efektivna je na finim materijalima koji se uopšte ne mogu razdvojiti konvencionalnim tehnikama.

PRIMJENE TRIBOELECTROSTATIČKOG ODVAJANJA POJASA

Letećeg pepela

Tehnologija razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa je prvi put primijenjena industrijski na obradu izgara ugalja u pepelu 1995. Za muhu pepeo aplikaciju, tehnologija je bila učinkovita u odvajanju čestica ugljika od nepotpunog sagorijevanja ugljena, od staklaste aluminosilicate mineralne čestice u pepelu muhe. Tehnologija je bila instrumenta u cilju omogućavanje recikliranje pepela bogate mineralima kao zamjene cementa u betonskoj proizvodnji. Od 1995, 19 Triboelectrostatički separatori pojasa djeluju u SAD-u, Kanada, VELIKA BRITANIJA, i Poljska, obrada preko 1,000,000 tone mušica pepeo godišnje. Tehnologija je sada i u Aziji sa prvim separatorom instaliranim u Južnoj Koreji ove godine. Industrijska istorija razdvajanja pepela je navedena za stolom. 1.

Tablica 1. Industrijska primjena triboelectrostatičkog odvajanja pojasa za mušica pepeo

Mineralne aplikacije

Elektrostatička razdvajanja su u velikoj količini korištena za iskorištavanje za veliki raspon minerala "Manouchehri-Part" 1 (2000)‿. Dok većina primjene koristi razlike u električnoj provodljivosti materijala sa separatorima tipa corona-bubanj, triboelektrično ponašanje punjenja separatorima slobodnog pada također se koristi na industrijskim vagama "Manouchehri-Part 2 (2000)‿. Uzorak primjena triboelectrostatička obrada prijavljena u literaturi je naveden u Tablici 2. Iako ovo nije iscrpan popis prijava, ova tabela ilustruje potencijalni raspon aplikacija za elektrostatiku obradu minerala.

Tablica 2. Prijavljeno triboelektrostatičko odvajanje minerala

Ekstenzivna pilot postrojenja i terenska testiranja mnogih izazovnih odvajanja materijala u industriji minerala su obavljena pomoću separatora triboelectrostatičkog pojasa. Primjeri rezultata razdvajanja prikazani su u Tabeli 3.

Tablica 3. Primjeri, separacije minerala koristeci triboelektrostaticnu separaciju pojasa

Dokazano je da upotreba separatora triboelektrostatičkog pojasa učinkovito koristi mnogim mineralnim smjesama. Pošto separator može obraditi materijale sa veličinama čestica od oko 300 μm do manje od 1 µm, i triboelektrostatičko odvajanje je efektivno i za izolaciju i za provodne materijale, tehnologija uveliko proširuje raspon primjenjivog materijala preko konvencionalnih elektrostatičkog separatora. Od triba- elektrostatički proces je u potpunosti suh, korištenjem njega eliminira se potrebu za sušenjem materijala i rukovanju tekućim otpadom iz procesa flotacije.

TROŠKOVI TRIBOELECTROSTATIČKOG ODVAJANJA POJASA

Usporedba s konvencionalnom flotacijom za Barite

Komparativnu studiju troškova naručio je STET, a sproveo Soutex Inc. Soutex je Quebec Kanadska inženjerska kompanija sa obimnim iskustvom i u mokroj flotaciji i elektrostatičkom procesu razdvajanja evaluacija i dizajn. U studiji su upoređeni kapital i operativni troškovi triboelektrostatičkog procesa odvajanja pojasa sa konvencionalnom flotacijom frotha za korist od niskogradnje baritne ore. Obje tehnologije nadograđuju barit uklanjanjem čvrstoće niske denziteta, uglavnom kvarc, za proizvodnju Američkog naftnog instituta (Api) bušenje razreda barit sa SG većim od 4.2 g/ml. Rezultati flotacije su bazirani na pilot studijama postrojenja koje je provela Indijska nacionalna metalurška laboratorija (NML 2004)18. Rezultati odvajanja triboelektrostatičkog pojasa su bazirani na pilot studijama postrojenja koristeći slične feed pore. Komparativna ekonomska studija uključivala je razvoj toka, materijalna i energetska ravnoteža, velika oprema za dicibuciju i citat i za flotaciju i za tribo- elektrostatički procesi razdvajanja pojasa. Osnova za oba toka je ista, Obrada 200,000 t/y barit feeda sa SG 3.78 za proizvodnju 148,000 t/y bušenja razreda baritnog proizvoda sa SG 4.21 g/ml. Procjena procesa flotacije nije uključila nikakve troškove za procesnu vodu, ili obrada vode.

Tokove je soutex generirao za proces flotacije barita. (Slika 6), i triboelektrostatički proces razdvajanja pojasa (Slika 7).

Slika 6 Lisna toka procesa flotacije barita

Slika 7 Barit triboelectrostatički pojas separacija proces protoka liha

Ovi tokovi ne uključuju sirovi sistem drobioca., što je zajedničko objema tehnologijama. Mlevenje hrane za slučaj flotacije se postiže pomoću mlina za mokru pulpu s klasifikatorom ciklona. Brusenje hrane za triboelektrostatički remen separacija slučaja se postiže pomoću suhog, vertikalni valjak mlin s integral dinamičkim klasifikatorom.

Triboelektrostatički pojas odvajanje protoka je jednostavniji od flotacije. Tribo-elektrostatička separacija pojasa postiže se u jednoj fazi bez dodatka bilo koje hemijske reagente, u odnosu na trostupanjsku flotaciju sa oleinom kiselinom koja se koristi kao kolekcionar za barit i natrijev silikat kao depresiv za silicijsku gangu. Flokkulant se dodaje i kao reagent za zadebavanje u slučaju baritske flotacije. Za odvajanje triboelektrostatičkog pojasa nije potrebna oprema za devodiranje i sušenje, u odnosu na zdešci, filter preša, i rotacijski sušionici potrebni za proces flotacije barita.

Kapitalni i operativni troškovi

Detaljnu procjenu kapitala i operativnih troškova izvršio je Soutex za obje tehnologije koristeći citate opreme i metodu faktore troškova. Procijenjeno je da operativni troškovi uključuju radni rad, održavanje, Energije (elektrika i gorivo), i konzumiranja (npr., troškovi hemijskog reagenta za flotaciju). Ulazni troškovi su zasnovani na tipičnim vrijednostima za hipotetičko postrojenje koje se nalazi u blizini Battle Mountaina, Nevada SAD.

Ukupan trošak vlasništva tokom deset godina izračunat je iz kapitala i operativnih troškova tako što je pretpostavio 8% diskount stopa. Rezultati poređenja troškova su prisutni kao relativni procenti u Tabeli 4

Tablica 4. Usporedba troškova za obradu barita

Ukupan trošak kupovine kapitalne opreme za proces razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa je nešto manji nego za flotaciju. Međutim, kada je ukupan kapitalni rashod izračunat tako da uključuje instalaciju opreme, cjevovoda i električni troškovi, i obraditi troškove izgradnje, razlika je velika. Ukupan kapitalni trošak za tribo- proces odvajanja elektrostatičkog pojasa je 63.2% troškova procesa flotacije. Znatno niži trošak za suhi proces rezultat je jednostavnijeg toka. Operativni troškovi za proces razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa su 75.5% procesa flotacije zbog uglavnom nižih zahtjeva operativnog osoblja i manje potrošnje energije.

Ukupan trošak vlasništva nad procesom razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa je znatno manji nego za flotaciju. Autor studije, Soutex Inc., zaključio da proces razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa nudi očite prednosti u CAPEX-u, OPEX, i operativna jednostavnost.

ZAKLJUČAK

Triboelektrostatički separator pojasa osigurava industriji prerade minerala sredstvo za korist od finih materijala sa potpuno suhom tehnologijom. Ekološki prikladan proces može eliminirati mokra obrada i potrebno sušenje konačnog materijala. Proces zahtijeva malo, ako postoji, pre-obrada materijala osim brusenja i djeluje pri visokom kapacitetu – do 40 tona na sat od strane kompaktne mašine. Potrošnja energije je niska, manje od 2 kWh/tona obrađenog materijala. Pošto je jedina potencijalna emisija procesa prašina, dozvola je relativno laka.

Studija troškova uspoređujući proces razdvajanja triboelektrostatičkog pojasa sa konvencionalnom fjot flotacijom za barit završena je od strane Soutex Inc. Studija pokazuje da je ukupan kapitalni trošak za proces razdvajanja suhog triboelektrostatičkog pojasa 63.2% procesa flotacije. Ukupan operativni trošak za razdvajanje triboelektrostatičkog pojasa je 75.8% operativnih troškova za flotaciju. Autor studije zaključuje da je suha, triboelectrostatički proces razdvajanja pojasa nudi očite prednosti u CAPEX-u, OPEX, i operativna jednostavnost.

REFERENCE

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Visoko i suho, CIM Magazine, maramicu. 8, Ne. 4, PP. 48-51.

2.Stariji, J. & Yan, E (2003) eForce.- Nova generacija elektrostatičkog separatora za industriju mineralnih pijeska, Konferencija teških minerala, Johannesburg, Južnoafrički institut za rudarstvo i metalurgiju.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Pregled metoda električnog razdvajanja, Deo 1: Temeljnih aspekata, Minerali & Metalurška obrada, maramicu 17, Ne. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Pregled metoda električnog razdvajanja, Deo 2: Praktičnim Razmatacijama, Minerali & Metalurška obrada, maramicu 17, Ne. 1 PP 139- 166.

5.Searls, J (1985) Potaša, Poglavlje u mineralnim činjenicama i problemima: 1985 Izdanje, Američki biro za mine, Washington DC.

6.Berthon, R & Bichara, M, (1975) Elektrostatičko razdvajanje potash oresa, Patent SAD-a # 3,885,673.

7.Marke, L, Beier, P, & Stahl, Ja (2005) Elektrostatičko razdvajanje, Wiley-VCH verlag, GmbH & Co.

8.Fraas, F (1962) Elektrostatičko odvajanje granularnih materijala, Biro mina SAD-a, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Pretreatment minerala za elektrostatičko odvajanje, US Patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson, N (1997) Faktori pripreme hrane za hranu za hranu koja utiču na efikasnost elektrostatičkog razdvajanja, Magnetsko i električno razdvajanje, maramicu 8 PP 161-173.

11.Inkulet, Ja (1984) Elektrostatičko odvajanje minerala, Elektrostatika i elektrostatička aplikacija serija, Research Studies Press, Ltd, John Wiley & Sinovi, Inc.

12.Feasby, D (1966) Free-Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Čestice, Laboratorija za istraživanje minerala, Laboratorijski brojevi. 1869, 1890, 1985, 3021, i 3038, knjiga 212, Izvještaj o napretku.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pneumatski Transport, Triboelektrična beneficija za industriju fosfata Floride, Florida Institute of Phosphate Research, Ne publikacije. 02-149-201, Prosinac.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelektrični naboj, Elektrofizička svojstva i električna beneficija Potencijal hemijski tretiranog Feldspara, Kvarc, i Wollastonite, Magnetsko i električno razdvajanje, maramicu 11, Ne 1-2 PP 9-32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Utjecaj površinskih efekata na Elektrostatski odvajanje cirkon i rutil, 6 međunarodni teških minerala konferencije, Južne afričke zavod za rudarstvo i metalurgiju.

16.Čelik, M i Jašar, E (1995) Utjecaj Temperature i nečistoća na Elektrostatski odvajanje bor materijala, Minerali inženjering, maramicu. 8, Ne. 7, PP. 829-833.

17.Fraas, F (1947) Bilješke o sušenju za elektrostatičko razdvajanje čestica, AIME Tec. Pivnica 2257, Studeni.

18.NML (2004) Beneficiation barita niskog stupnja (Rezultati pilot postrojenja), Završno izvješće, Nacionalnih laboratorija metalurškog, Jamshedpur Indije, 831 007