Ventajas económicas de seco triboeléctrico separación de minerales

Ventajas económicas de seco triboeléctrico separación de minerales

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

Equipo ST & Technology LLC, Needham Massachusetts 02494 ESTADOS UNIDOS

RESUMEN

El equipo de ST & Technology LLC (STET) triboelectrostatic separador de la correa proporciona a la industria de procesamiento de minerales a fin de beneficiarse de materiales finos con una tecnología totalmente seco. La separación de varias etapas de alta eficiencia a través de interno de carga/recarga y reciclaje resultados en separaciones muy superiores que puede alcanzar con otros sistemas convencionales de electrostáticas de una etapa. La tecnología de separador triboeléctrico correa se ha utilizado para separar una amplia gama de materiales incluyendo mezclas de aluminosilicatos/carbón vidrioso, Calcita/cuarzo, talco/magnesita, y barita/cuarzo. Las capacidades de separación mejorada del sistema STET pueden ser una alternativa muy eficaz a los procesos de flotación. Una comparación económica realizada por un consultora del separador de la correa de triboelectrostatic versus flotación convencional para Barita de proceso de mineral independiente / separación de cuarzo ilustra las ventajas del proceso seco de minerales. Utilizando este resultados de proceso seco en una hoja de flujo de proceso simple con menos equipo de flotación con capital y gastos de explotación reducidos por ≥30%.

Palabras clave: minerales, separación seca, Barita, triboelectrostatic de carga, separador de la correa, las cenizas volantes

INTRODUCCIÓN

La falta de acceso a agua dulce se está convirtiendo en un factor importante que afecta a la viabilidad de proyectos mineros alrededor del mundo. Según Hubert Fleming, ex director mundial para el agua de la portilla, "De todos los proyectos mineros en el mundo que ha sido detenido o ralentizado en el último año, ha sido, en casi 100% de los casos, un resultado de agua, ya sea directamente o indirectly‿ (Blin 2013)1. Métodos de procesamiento de mineral seco ofrecen una solución a este problema que se avecina.

Métodos de separación mojada como la flotación de espuma requieren la adición de reactivos químicos que deben ser manejados con seguridad y eliminados de manera ambientalmente responsable. Inevitablemente no es posible operar con 100% reciclaje de agua, que requieren disposición de por lo menos de parte del agua de proceso, probable que contengan pequeñas cantidades de reactivos químicos.

Métodos secos como separación electrostática eliminará la necesidad de agua dulce, y ofrecen la posibilidad de reducir los costos de. Uno de los más prometedores nuevos desarrollos en separaciones de mineral seco es el separador de la correa de triboelectrostatic. Esta tecnología ha ampliado la gama de tamaño de partícula a las partículas más finas que las tecnologías convencionales de separación electrostática, en la gama donde sólo flotación ha tenido éxito en el pasado.

TRIBOELECTROSTATIC CORREA SEPARACIÓN

El separador de la correa de triboelectrostatic utiliza diferencias de carga eléctrica entre los materiales producidos por superficie de contacto o carga triboeléctrico. Cuando dos materiales están en contacto, material con una mayor afinidad por electrones gana electrones y por lo tanto cargas negativas, mientras que materiales con bajos cargos de afinidad electrónica positivos. Este contacto intercambio de carga se observa universalmente para todos los materiales, a veces causando molestias electrostáticos que son un problema en algunas industrias. Afinidad del electrón depende de la composición química de la superficie de la partícula y resultará en la carga diferencial sustancial de los materiales en una mezcla de partículas discretas de diferente composición.

En el separador de la correa de triboelectrostatic (Figuras 1 y 2), material se alimenta en la brecha fina 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 en.) entre dos electrodos planos paralelos. Las partículas triboelectrically se cargan por contacto entre partículas.

Por ejemplo, en el caso de cenizas volantes del carbón combustión, una mezcla de partículas de carbono y las partículas minerales, el carbono cargado positivamente y el mineral cargado negativamente son atraídos a los electrodos opuestos. Las partículas entonces se barrió por un continuo movimiento cinturón de malla abierta y transmitidas en direcciones opuestas. La correa mueve las partículas adyacentes a cada electrodo hacia extremos opuestos del separador de. El campo eléctrico sólo necesita mover las partículas de una pequeña fracción de un centímetro para mover una partícula de una izquierda que avanza en una secuencia de movimiento por el derecho. El flujo actual del contador de las partículas separa y continua carga triboeléctrico por colisiones de carbón mineral proporciona una separación gradual y los resultados de excelente pureza y recuperación en una unidad de una sola pasada. La velocidad alta de la banda también permite rendimientos muy altos, hasta 40 toneladas por hora en un solo separador. Mediante el control de varios parámetros de proceso, como la velocidad de la cinta, punto de alimentación, el huelgo del electrodo y la velocidad de alimentación, el dispositivo produce cenizas volantes de baja emisión de carbono en el contenido de carbono de 2 % ± 0.5% de alimentación cenizas volantes de carbón de 4% a más 30%.

Figura 1. Diagrama esquemático del separador triboeléctrico correa

El diseño del separador es relativamente simple. La correa y rodillos de asociados son las únicas partes móviles. Los electrodos son inmóviles y compuesto de un material apropiado resistente. El cinturón está hecho de material plástico. La longitud del electrodo de separador es aproximadamente 6 metros (20 ft.) y el ancho 1.25 metros (4 ft.) unidades comerciales de tamaño completo. El consumo de energía es 1 kilovatios por tonelada de material procesado con la mayoría de la energía consumida por dos motores de la banda de conducción.

Figura 2. Detalle de la zona de separación

El proceso es totalmente seco, no requiere ningún material adicional y no produce emisiones residuos de agua o aire. En el caso de carbono de las cenizas volantes separaciones, los materiales recuperados consisten en ceniza reducido en contenido de carbono a niveles adecuados para uso como un aditivo puzolánico en concreto, y una fracción de carbono que puede ser quemada en la planta de generación de electricidad. Utilización de dos corrientes de producto proporciona un 100% solución a los problemas de disposición de cenizas volantes.

El separador de la correa de triboelectrostatic es relativamente compacto. Una máquina diseñada para procesar 40 toneladas por hora es de aproximadamente 9.1 metros (30 ft) largo, 1.7 metros (5.5 ft.) amplia y 3.2 metros (10.5 ft.) alta. El equilibrio necesario de la planta consiste en sistemas para transportar material seco desde el separador y. La compacidad del sistema permite la flexibilidad en los diseños de instalación.

Figura 3. Separador de la correa de triboelectrostatic comercial

Comparación a otros procesos de separación electrostática

La tecnología de separación de banda de triboelectrostatic expande considerablemente la gama de materiales que puede ser beneficiado por procesos electrostáticos. Los procesos electrostáticos más utilizados dependen de diferencias en la conductividad eléctrica de los materiales que se separarán. En estos procesos, el material debe póngase en contacto con un tambor conectado a tierra o placa normalmente después del material de las partículas se cargan negativamente por una descarga de corona ionizante. Materiales conductores perderán su carga rápidamente y ser lanzados desde el tambor. El material no conductivo sigue siendo atraídos por el tambor ya que la carga se disipará más lentamente y caerá o cepillada del tambor después de la separación del material conductor. Estos procesos están limitados en su capacidad debido al contacto necesario de cada partícula de la placa o tambor. La eficacia de estos procesos de carga de contacto también se limitan a las partículas de sobre 100 μm o mayor en tamaño debido a la necesidad de entrar en contacto con la placa puesta a tierra y la dinámica de flujo de partículas requiere. Partículas de diferentes tamaños también tendrá dinámica de flujo diferentes debido a los efectos inerciales y resultarán en la separación de degradados. El siguiente diagrama (Figura 4) ilustra las características fundamentales de este tipo de separador.

Figura 4. Tambor separador electrostático (Elder 2003)2

Triboelectrostatic separaciones no se limitan a la separación de conductores / materiales no conductores pero dependen el bien conocido fenómeno de transferencia de la carga por el contacto por fricción de materiales con diferente química superficial. Este fenómeno se ha utilizado en "procesos de separación de fall‿ libre por décadas. Ese proceso es

ilustra en la figura 5. Componentes de una mezcla de partículas primero desarrollan diferentes cargas por contacto con una superficie de metal, o por contacto partícula a partícula en un lecho fluidizado, dispositivo de alimentación. Como las partículas caen a través del campo eléctrico en la zona del electrodo, la trayectoria de cada partícula se desvía hacia el electrodo de carga opuesta. Después de una cierta distancia, contenedores de recogida se emplean para separar los flujos de. Instalaciones típicas requieren múltiples etapas de separador con el reciclaje de una fracción de medio pelo. Algunos dispositivos utilizan un flujo constante de gas para el transporte de las partículas a través de la zona del electrodo.

Figura 5. "Separador de triboelectrostatic de fall‿ gratis

Este tipo de separador de caída libre también tiene limitaciones en el tamaño de partícula del material que puede ser procesado. El flujo dentro de la zona del electrodo debe ser controlado para minimizar la turbulencia para evitar la "smearing‿ de la separación. La trayectoria de las partículas finas son más afectadas por turbulencias desde el aerodinámico arrastre las fuerzas sobre las partículas finas son mucho mayores que las fuerzas gravitatorias y electrostáticas. Las partículas muy finas también tienden a acumularse en las superficies de los electrodos y deben ser retiradas por algún método. Partículas de menos de 75 μm no se puede separar con eficacia.

Otra limitación es que la partícula de carga dentro de la zona del electrodo debe ser baja para evitar efectos de carga de espacio, que limitan la velocidad de procesamiento. Pasando el material por la zona del electrodo inherentemente resulta en una separación de etapa única, puesto que no hay ninguna posibilidad de volver a la carga de partículas. Por lo tanto, sistemas de etapas múltiples se requieren para mejorar el grado de separación incluyendo volver a carga del material por contacto subsecuente con un dispositivo de carga. El volumen resultante del equipo y la complejidad aumenta por consiguiente.

En contraste con los otros procesos de separación electrostática disponibles, el separador de la correa de triboelectrostatic es ideal para la separación de muy fina (<1 μm) a moderadamente gruesa (300μm) materiales con muy altos rendimientos. La carga de la partícula triboeléctrico es eficaz para una amplia gama de materiales y requiere solamente la partícula – contacto partícula. El pequeño espacio, alto campo eléctrico, flujo actual de contador, agitación vigorosa de partículas de partículas y la acción de auto-limpieza de la correa en los electrodos son las características del separador de. La separación de múltiples etapas de alta eficiencia a través de la carga / reciclaje interno y recarga da lugar a separaciones muy superiores y es eficaz en materiales nobles que no se puede separar en absoluto por las técnicas convencionales.

APLICACIONES DE SEPARACIÓN DE BANDA DE TRIBOELECTROSTATIC

Las cenizas volantes

La tecnología de separación de banda de triboelectrostatic fue aplicado por primera vez industrial para el procesamiento de carbón combustión ceniza en 1995. Para la aplicación de las cenizas volantes, la tecnología ha sido eficaz en la separación de las partículas de carbón de la combustión incompleta de carbón, de las partículas minerales de aluminosilicatos vidriosa en las cenizas volantes. La tecnología ha sido fundamental para permitir el reciclaje de las cenizas ricas en minerales como sustituto del cemento en la producción de concreto. Desde 1995, 19 triboelectrostatic separadores de correa han estado operando en los Estados Unidos, Canadá, REINO UNIDO, y Polonia, procesamiento sobre 1,000,000 toneladas de cenizas volantes al año. La tecnología está ahora también en Asia con el primer separador instalado en Corea del sur este año. La historia industrial de separación de las cenizas volantes se muestra en tabla 1.

Tabla 1. Separación de cinturón industrial aplicación de Triboelectrostatic para ceniza

Aplicaciones minerales

Separación electrostática se ha utilizado para beneficio de una amplia gama de minerales "Manouchehri-parte 1 (2000)‿. Mientras la mayoría del uso utilizar las diferencias en la conductividad eléctrica de los materiales con los separadores de tipo de tambor de corona, comportamiento triboeléctrico carga con separadores de caída libre también se utiliza a escala industrial "Manouchehri-parte 2 (2000)‿. Una muestra de aplicaciones de procesamiento de triboelectrostatic registrados en la literatura se muestra en tabla 2. Mientras que esto no es una lista exhaustiva de aplicaciones, Esta tabla ilustra la gama posible de aplicaciones para el procesamiento de electrostática de minerales.

Tabla 2. Informó triboelectrostatic separación de minerales

Amplia planta piloto y pruebas de campo de muchas separaciones difíciles de material en la industria de minerales se realizan en el separador de la correa de triboelectrostatic. Ejemplos de separación de resultados se muestran en la tabla 3.

Tabla 3. Ejemplos, separaciones de mineral utilizando separación de banda de triboelectrostatic

Uso del separador de banda triboelectrostatic ha sido demostrado que efectivamente beneficiar muchas mezclas minerales. Puesto que el separador puede procesar materiales con tamaños de partícula de aproximadamente 300 μm a menos de 1 μm, y la separación triboelectrostatic es eficaz para los materiales aislantes y conductores, la tecnología amplía en gran medida la gama de material aplicable sobre separadores electrostáticos convencionales. Desde la tribo- proceso electrostático es totalmente seco, uso de la misma elimina la necesidad de secado de material y residuos líquidos, manejo de procesos de flotación.

COSTO DE SEPARACIÓN DE BANDA DE TRIBOELECTROSTATIC

Comparación de flotación convencional para Barita

Una comparativa coste estudio encargada por STET y llevada a cabo por Soutex Inc. Soutex es un Quebec Canadá basado en empresa de ingeniería con amplia experiencia en flotación mojado y evaluación del proceso de separación electrostática y diseño. El estudio comparó el capital y los costos operativos de triboelectrostatic proceso de separación de banda de flotación de espuma convencionales para el beneficio de un mineral de la barita calidad inferior. Ambas tecnologías mejorar la barita por el retiro de los sólidos de baja densidad, principalmente cuarzo, para producir un Instituto Americano del petróleo (API DE) perforación barita grado con SG mayor de 4.2 g/ml. Resultados de la flotación se basaron en estudios de planta piloto llevada a cabo por el laboratorio metalúrgico nacional indio (NML 2004)18. Triboelectrostatic correa separación resultados se basaron en estudios de planta piloto utilizando los minerales alimentación similares. El estudio económico comparativo incluyó desarrollo de organigrama, saldos de material y energía, dimensionamiento de equipo pesado y la cita para la flotación y tribo- procesos de separación electrostática correa. La base de ambos diagramas de flujo es el mismo, procesamiento de 200,000 t/año de Barita con SG 3.78 para producir 148,000 t/año de productos de Barita grado con SG de perforación 4.21 g/ml. La estimación del proceso de flotación no incluye gastos de agua de proceso, o tratamiento de aguas.

Diagramas de flujo fueron generados por Soutex para el proceso de flotación Barita (Figura 6), y el proceso de separación de banda de triboelectrostatic (Figura 7).

Figura 6 Organigrama de proceso de flotación Barita

Figura 7 Organigrama de proceso de separación de banda de Barita triboelectrostatic

Diagramas de tesis no incluyen un mineral crudo sistema de trituración, que es común a ambas tecnologías. Alimentación de pulido para el caso de la flotación se logra usando un molino de bolas de pulpa húmeda con clasificador de ciclón. Alimentación de pulido para el caso de separación de banda de triboelectrostatic se logra mediante un secado, molino de rodillos verticales con clasificador dinámico integral.

El organigrama de separación de banda de triboelectrostatic es más simple que la flotación. Tribo-1.dia correa separación se consigue en una sola etapa sin la adición de ningún reactivo químicos, en comparación con tres etapas flotación con ácido oleico utilizado como un colector de Barita y silicato de sodio como un depresor de la ganga de sílice. También se añade un floculante como reactivo para el engrosamiento en el caso de flotación Barita. No desagüe y equipos de secado se requiere para la separación de la banda de triboelectrostatic, en comparación con espesantes, Prensas de filtro, y secadores rotatorios requeridos para el proceso de flotación Barita.

Capital y los costos de operación

Un presupuesto detallado de la capital y de explotación fue realizado por Soutex para ambas tecnologías mediante cotizaciones de equipo y el método de costo factorizado. Los costos de operación se estimaron que incluyen mano de obra de operación, mantenimiento, energía (eléctrica y combustible), y consumibles (por ejemplo, costos de reactivos químicos para la flotación). Los costos de entrada se basan en los valores típicos para una hipotética planta ubicada cerca de la montaña de la batalla, Nevada Estados Unidos.

El costo total de propiedad más de diez años se calculó el costo de capital y funcionamiento asumiendo un 8% tasa de descuento. Los resultados de la comparación de costes están presentes como porcentajes relativos en la tabla 4

Tabla 4. Comparación de costes para el procesamiento de Barita

El costo total de la compra de bienes de equipo para el proceso de separación de banda de triboelectrostatic es ligeramente menor que para la flotación. Sin embargo cuando se calcula el gasto de capital total para incluir la instalación de equipos, costos de tubería y eléctricos, y el proceso de construcción de costos, la diferencia es grande. El costo de capital total de la tribo- proceso de separación electrostática de la correa es 63.2% el costo del proceso de flotación. El menor costo para los resultados de proceso seco del organigrama más simple. Los costos de operación para el proceso de separación de banda de triboelectrostatic es 75.5% el proceso de flotación debido a principalmente menor requerimiento de personal operativo y menor consumo de energía.

El costo total de propiedad del proceso de separación de banda de triboelectrostatic es significativamente menor que para la flotación. El autor del estudio, Soutex Inc., concluyó que el proceso de separación de banda de triboelectrostatic ofrece evidentes ventajas en CAPEX, OPEX, y la simplicidad operativa.

CONCLUSIÓN

El separador de la correa de triboelectrostatic proporciona a la industria de procesamiento de minerales a fin de beneficiarse de materiales finos con una tecnología totalmente seco. El proceso ecológico puede eliminar el proceso de mojado y secado requerido del material final. El proceso requiere poco, Si cualquier, tratamiento previo del material que no sea pulido y opera a alta capacidad – hasta 40 toneladas por hora en una máquina compacta. Consumo de energía es bajo, menos de 2 kWh / tonelada de material procesado. Puesto que la emisión sólo potencial del proceso es polvo, permitir es relativamente fácil.

Un estudio de costos que el proceso de separación de banda de triboelectrostatic a flotación de la espuma convencional de Barita fue completado por Soutex Inc. El estudio muestra que el costo para el proceso de separación de banda de triboelectrostatic seco de capital total es 63.2% el proceso de flotación de. El total de gastos para la separación de la banda de triboelectrostatic de explotación es 75.8% de operación costo de flotación. El autor del estudio concluye que el seco, triboelectrostatic correa separación proceso ofrece ventajas obvias en CAPEX, OPEX, y la simplicidad operativa.

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