Avantages économiques de la sec triboélectrique séparation des minéraux

Avantages économiques de la sec triboélectrique séparation des minéraux

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

ST Equipment & Technology LLC, Needham Massachusetts 02494 USA

RÉSUMÉ

L’équipement de ST & Technology LLC (STET) séparateur de ceinture triboelectrostatic fournit à l’industrie de transformation des minéraux afin de valoriser les matières fines avec une technologie entièrement sec. La séparation de multi-étape haute efficacité interne par le biais de charge/recharge et recycler les résultats dans les séparations bien supérieures que peut être réalisé avec d’autres systèmes électrostatiques de conventionnels mono-étage. La technologie de séparateur triboélectrique ceinture a été utilisée pour séparer un large éventail de matériaux, y compris les mélanges d’aluminosilicates/carbone vitreux, calcite/quartz, Talc/Magnésite, et barytine/quartz. Les capacités de séparation renforcée du système STET peuvent être une alternative très efficace aux processus de flottation. Une comparaison économique menée par un minéral indépendant firme du séparateur triboelectrostatic courroie versus flottation conventionnelle pour la barytine de traitement / séparation de quartz illustre les avantages du traitement sec pour minéraux. Utilisant ce processus sec résultats dans une feuille de flux de processus plus simple avec moins d’équipement de flottaison avec le capital et les frais d’exploitation réduits de ≥ 30 %.

Mots-clés: minéraux, séparation de sec, barite, triboelectrostatic de charge, séparateur de ceinture, fly ash

INTRODUCTION

Le manque d’accès à l’eau potable devient un facteur important affectant la faisabilité des projets miniers dans le monde entier. Selon Hubert Fleming, ancien directeur mondial pour l’eau Hatch, « De tous les projets miniers dans le monde qui ont été arrêté ou ralenti l’an dernier, Il a été, dans presque 100% des cas, le résultat de l’eau, soit directement ou indirectly‿ (Blin 2013)1. Méthodes de traitement du minerai sec offrent une solution à ce problème qui menace.

Méthodes de séparation humide comme la flottation d’écume nécessitent l’ajout de réactifs chimiques qui doivent être manipulés de façon sécuritaire et éliminés de façon éco-responsable. Inévitablement, il n’est pas possible de faire fonctionner avec 100% recyclage de l’eau, exigeant l’élimination d’au moins de la part de l’eau de processus, contenant vraisemblablement des quantités infimes de réactifs chimiques.

Voie sèche comme séparation électrostatique éliminera le besoin d’eau douce, et offrent la possibilité de réduire les coûts. L’un des plus prometteurs nouveaux développements dans les séparations minérales secs est le séparateur de ceinture triboelectrostatic. Cette technologie a étendu la gamme de taille de particules de particules plus fines que les technologies conventionnelles de séparation électrostatique, dans la gamme où seulement de flottaison a réussi dans le passé.

SÉPARATION DE CEINTURE TRIBOELECTROSTATIC

Le séparateur de ceinture triboelectrostatic utilise les différences de charge électrique entre les matériaux produits par contact avec la surface ou charge triboélectrique. Quand les deux matériaux sont en contact, matériel avec une plus grande affinité pour les électrons gagne des électrons et donc les charges négatives, tout matériel inférieur frais d’affinité électronique positive. Cet échange contacter gratuitement est universellement observé pour tous les matériaux, parfois provoquant des nuisances électrostatiques qui sont un problème dans certaines industries. Affinité électronique dépend de la composition chimique de la surface de la particule et se traduira par l’importante charge différentielle des matériaux dans un mélange de particules discrètes de composition différente.

Dans le séparateur de ceinture triboelectrostatic (Chiffres 1 et 2), matériel est nourri dans la mince écart 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 dans.) entre deux électrodes planes parallèles. Les particules sont facturés triboelectrically par contact entre.

Par exemple, dans le cas de la combustion du charbon des cendres volantes, un mélange de particules de carbone et de particules minérales, le carbone chargé positivement et négativement chargé minéral sont attirés par les électrodes opposées. Les particules sont ensuite emportés par une ceinture continue de mailles ouvertes mobile et véhiculées dans des directions opposées. La ceinture déplace l'adjacent à chaque électrode vers les extrémités opposées du séparateur de particules. Le champ électrique ont besoin seulement déplacer les particules une infime fraction d’un centimètre à délaisser une particule se déplaçant une gauche dans un flux de droite-déplacer. Le flux de courant de compteur des séparation des particules et de charge triboélectrique continuelle par les collisions de carbone-minéraux prévoit une séparation en plusieurs étapes et se traduit par une excellente pureté et récupération dans une unité de passage unique. La vitesse de bande élevée permet également à des débits très élevés, up to 40 tonnes / heure sur un seul séparateur. En contrôlant les divers paramètres du procédé, comme la vitesse du tapis, point d'alimentation, écartement des électrodes et des taux d’alimentation, l’appareil produit des cendres à teneur en carbone de faible teneur en carbone 2 % ± 0.5% d’alimentation des cendres volantes en carbone de 4% à plus 30%.

Figure 1. Représentation schématique du séparateur triboélectrique ceinture

La conception du séparateur est relativement simple. La courroie et les galets associés sont les seules parties mobiles. Les électrodes sont stationnaires et composé d'un matériau approprié résistant. La courroie est faite de matière plastique. La longueur d’électrode séparateur est environ 6 mètres (20 ft.) et la largeur 1.25 mètres (4 ft.) pour les unités commerciales de pleine grandeur. La consommation d’énergie est tout 1 kWh / tonne de matériaux traités avec la plus grande partie de l’énergie consommée par deux moteurs de la courroie.

Figure 2. Détail de la zone de séparation

Le processus est entièrement sec, ne nécessite aucun matériel supplémentaire et ne produit aucune émission des déchets de l’eau ou l’air. Dans le cas du carbone des séparations de cendres volantes, les matériaux récupérés sont constitués de ramener en teneur en carbone à un niveau approprié pour l’usage comme un adjuvant pouzzolanique dans le béton de cendres volantes, et une fraction riche en carbone qui peut être gravée à l’usine de production d’électricité. Utilisation de deux flux de produits fournit un 100% solution aux problèmes d'élimination des cendres volantes.

Le séparateur de ceinture triboelectrostatic est relativement compact. Une machine conçue pour traiter 40 tonnes par heure est d’environ 9.1 mètres (30 ft) long, 1.7 mètres (5.5 ft.) large et 3.2 mètres (10.5 ft.) haute. L’équilibre nécessaire d’usine se compose de systèmes pour transmettre la matière sèche d’et vers le séparateur. La compacité du système permet une flexibilité dans la conception de l’installation.

Figure 3. Séparateur de ceinture triboelectrostatic commercial

Comparaison à d’autres procédés de séparation électrostatique

La technologie de séparation triboelectrostatic ceinture élargit considérablement l’éventail des matériaux qui peuvent être bénéficié par électrocopie. Les plus couramment utilisés par procédés électrostatiques s’appuient sur les différences dans la conductivité électrique des matériaux à être séparés. Dans ces processus, le matériel doit contacter un fût mise à la terre ou la plaque généralement après le matériel particules portent une charge négative par une décharge de corona ionisante. Matériaux conducteurs perdront leur charge rapidement et être levées à partir du tambour. Le matériau non-conducteur continue d’être attirés par le tambour, puisque l’accusation se dissipe plus lentement et va tomber ou être brossée du tambour après la séparation de la matière conductrice. Ces processus sont limitées à une capacité en raison du contact requis de chaque particule au tambour ou plaque. L’efficacité de ces contact procédés de charge sont également limités aux particules de tout 100 µm ou une plus grande taille en raison les deux la nécessité de communiquer avec la plaque de mise à la terre et la dynamique de flux de particules requis. Particules de différentes tailles auront également la dynamique des écoulements différents en raison de l’inertie et seront traduira par une séparation dégradée. Le diagramme suivant (Figure 4) illustre les fonctionnalités fondamentales de ce type de séparateur.

Figure 4. Séparateur électrostatique à tambour (Aîné 2003)2

Triboelectrostatic séparations ne se limitent pas à une séparation du conducteur / matériaux non conducteurs mais dépendent le phénomène bien connu de transfert de charge par frottement contact de matériaux dissemblable chimie de surface. Ce phénomène a été utilisé dans les processus de séparation de fall‿ libre « depuis des décennies. Un tel procédé est

illustré à la Figure 5. Composants d’un mélange de particules d’abord développent différentes charges par contact avec une surface métallique, ou par la particule à particule contacter dans un dispositif d’alimentation à lit fluidisé. Comme les particules tombent dans le champ électrique dans la zone de l’électrode, trajectoire de chaque particule est dévié vers l’électrode de charge opposée. Après une certaine distance, bacs de collecte sont employés pour séparer les flux. Les installations typiques nécessitent plusieurs étapes de séparateur avec recyclage d’une fraction de médiocres. Certains appareils utilisent un flux régulier de gaz pour aider le transport des particules à travers la zone de l’électrode.

Figure 5. « Fall‿ libre triboelectrostatic séparateur

Ce type de séparateur de chute libre a aussi des limites dans la taille des particules de la matière qui peut être traitée. La circulation dans la zone de l’électrode doit être contrôlée pour réduire au minimum les turbulences pour éviter la « smearing‿ de la séparation. La trajectoire de particules fines sont plus effectuée par la turbulence étant donné que l’aérodynamique, faites glisser les forces sur les particules fines sont beaucoup plus grandes que les forces gravitationnelles et électrostatiques. Les très fines particules tendront également à recueillir à la surface de l’électrode et doivent être éliminés par une méthode. Les particules de moins de 75 µm ne peuvent être efficacement séparés.

Une autre limitation est que la particule de chargement dans la zone de l’électrode doit être faible pour éviter des effets de charge d’espace, qui limitent le taux de traitement. En passant de matériel par le biais de la zone de l’électrode intrinsèquement aboutit à une séparation mono-étagé, puisqu’il n’y a aucune possibilité de recharge des particules. C’est pourquoi, systèmes de plusieurs étapes sont nécessaires pour améliorer le degré de séparation, notamment le rechargement du matériel par les contacts ultérieurs avec un dispositif de charge. Le volume de matériel qui en résulte et la complexité augmente en conséquence.

Par contraste avec les autres procédés de séparation électrostatique disponible, le séparateur de ceinture triboelectrostatic est idéal pour la séparation de très fines (<1 µm) à moyennement grossier (300µm) matériaux avec des débits très élevés. La charge triboélectrique particule est efficace pour un large éventail de matériaux et ne requiert que particule – contact de particules. Le petit écart, champ électrique élevé, courant de compteur, agitation vigoureuse de particule-particule et action nettoyage automatique de la courroie sur les électrodes sont les caractéristiques essentielles du séparateur. La séparation de multi-étape haute efficacité à chargement / recyclage de rechargement et interne se traduit par des séparations bien supérieures et est efficace sur des matières nobles qui ne peuvent être séparées du tout par les techniques conventionnelles.

APPLICATIONS DE SÉPARATION CEINTURE TRIBOELECTROSTATIC

Cendres volantes

La technologie de séparation de ceinture de triboelectrostatic a été tout d’abord appliquée industriellement au traitement des cendres volantes de charbon combustion dans 1995. Pour l’application de cendres volantes, la technologie a été efficace pour séparer les particules de carbone provenant de la combustion incomplète du charbon, des particules minérales aluminosilicate vitreux dans les cendres volantes. La technologie a été instrumentale en permettant le recyclage des cendres volantes riches en minéraux comme substitut de ciment dans la production de béton. Depuis 1995, 19 séparateurs de ceinture triboelectrostatic ont fonctionné aux Etats-Unis, Canada, UK, et la Pologne, traitement sur 1,000,000 tonnes de cendres par an. La technologie est maintenant également en Asie avec le premier séparateur installé en Corée du Sud cette année. L’histoire industrielle de la séparation des cendres volantes est répertorié dans le tableau 1.

Tableau 1. Séparation de ceinture demande des Triboelectrostatic industrielle de cendres volantes

Applications de minéraux

Séparations électrostatiques ont été largement utilisées pour l’enrichissement pour une vaste gamme de minéraux « Mauro-partie 1 (2000)‿. Tandis que de la plupart des applications utilisent des différences dans la conductivité électrique des matériaux avec les séparateurs de type corona-tambour, comportement de charge triboélectrique avec séparateurs de chute libre est également utilisé à l’échelle industrielle « Mauro-partie 2 (2000)‿. Un échantillon de demandes de traitement triboelectrostatic rapportées dans la littérature est répertorié dans le tableau 2. Alors que ce n’est pas une liste exhaustive des applications, ce tableau montre l’aire de répartition potentielle des demandes de traitement électrostatique des minéraux.

Tableau 2. Déclarés triboelectrostatic séparation des minerais

Une vaste usine pilote et un essai sur le terrain de nombreuses séparations matérielles difficiles dans l’industrie minière ont été réalisées en utilisant le séparateur de ceinture triboelectrostatic. Exemples de résultats de séparation sont indiquées dans le tableau 3.

Tableau 3. Exemples, séparations minérales par séparation ceinture triboelectrostatic

Utilisation du séparateur triboelectrostatic ceinture a été démontré de bénéficier effectivement de nombreux mélanges minéraux. Étant donné que le séparateur peut traiter des matériaux à granulométrie d’environ 300 µm à moins de 1 µm, et la séparation de triboelectrostatic est efficace pour les matériaux isolants et de conducteurs, la technologie élargit considérablement la gamme de matériel applicable sur les séparateurs électrostatiques classiques. Depuis le tribo- procédé électrostatique est entièrement sec, utilisation de l’informatique élimine le besoin de matériel de séchage et de manipulation de flottation de déchets liquides.

COÛT DE LA SÉPARATION DE CEINTURE TRIBOELECTROSTATIC

Comparaison à la flottation classique de la barytine

Un comparatif, étude de coûts a été commandé par STET et réalisé par Soutex Inc. Soutex est un Québec Canada ingénierie entreprise possédant une vaste expérience en flottaison humide et évaluation du processus de séparation électrostatique et conception. L’étude a comparé le capital et les coûts d’exploitation du procédé de séparation triboelectrostatic ceinture de flottaison de mousse classiques pour la valorisation d’un minerai de faible teneur barytine. Les deux technologies la barytine de mise à niveau par l’enlèvement des matières solides de faible densité, principalement de quartz, pour produire un American Petroleum Institute (API) barytine de grade avec SG supérieur de forage 4.2 g/ml. Flottation résultats étaient fondés sur l’usine pilote études menées par le laboratoire métallurgique National indien (LNM 2004)18. Triboelectrostatic ceinture séparation résultats étaient fondés sur des études d’usine pilote utilisant des minerais aliments similaires. L’étude comparative économique inclus flowsheet développement, bilans matière et énergie, dimensionnement de matériel lourd et demande de devis pour les deux flottation et tribo- procédés de séparation électrostatique ceinture. Les deux schémas repose sur les mêmes, traitement 200,000 t/a de barytine se nourrissent avec SG 3.78 pour produire 148,000 t/a de forage produit de barytine de qualité avec SG 4.21 g/ml. L’estimation de processus de flottation ne comportaient aucun coût pour eau de process, ou le traitement de l’eau.

Diagrammes ont été générés par Soutex pour le procédé de flottation de barytine (Figure 6), et le procédé de séparation de ceinture triboelectrostatic (Figure 7).

Figure 6 Diagramme de processus barytine flottation

Figure 7 Barytine triboelectrostatic ceinture séparation processus flowsheet

Diagrammes de thèses n’incluent pas un minerai brut système de broyage, qui est commun à ces deux technologies. Meulage fourragère pour le cas de flottaison s’effectue à l’aide d’un broyeur à boulets pulpe humide avec classificateur cyclone. Alimentation de meulage pour le cas de séparation de ceinture triboelectrostatic s’effectue à l’aide d’un sèche, moulin de rouleau vertical avec classificateur dynamique intégrale.

Triboelectrostatic ceinture séparation flowsheet est plus simple que la flottation. Tribo-electostatic ceinture séparation se fait en une seule étape sans l’addition des réactifs chimiques, par rapport à trois étages flottation avec de l’acide oléique utilisée comme un collectionneur de barytine et de silicate de sodium comme un dépresseur de la gangue de silice. Un floculant est également ajouté comme réactif d’épaississement dans le cas de flottation de barytine. Aucun assèchement et équipement de séchage est nécessaire pour la séparation de ceinture triboelectrostatic, par rapport à épaississants, filtres-presses, et sécheurs rotatifs nécessaires au procédé de flottation de barytine.

Capital et coûts d’exploitation

Un devis détaillé capital et d’exploitation a été réalisé par Soutex pour les deux technologies à l’aide de citations de l’équipement et la méthode du coût pondéré. Les coûts d’exploitation ont été estimées à inclure l’exploitation du travail, entretien, énergie (électrique et carburant), et consommables (par exemple, coûts de réactif chimique pour la flottaison). Les coûts des intrants étaient fondées sur des valeurs typiques pour une hypothétique usine située près de Battle Mountain, Nevada USA.

Le coût total de possession plus de dix ans a été calculé à partir du coût d’investissement et d’exploitation en supposant une 8% taux d’actualisation. Les résultats de la comparaison des coûts sont présents sous forme de pourcentages relatifs au tableau 4

Tableau 4. Comparaison de coût pour le traitement de la barytine

Le coût total de l’achat de biens d’équipement pour le processus de séparation de ceinture triboelectrostatic est légèrement inférieur à celui de flottaison. Cependant lorsque les dépenses en capital total est calculé afin d’inclure l’installation de l’équipement, frais de raccordements et électriques, et les processus, les coûts de construction, la différence est grande. Le coût d’investissement total pour le tribo- procédé de séparation électrostatique de ceinture est 63.2% le coût du processus de flottation. Le coût nettement plus faible pour le procédé au sec provient le flowsheet plus simple. Les coûts d’exploitation pour le processus de séparation de ceinture triboelectrostatic est 75.5% du procédé de flottation à cause principalement que les dépenses de personnel d’exploitation et faible consommation d’énergie.

Le coût total de possession de la procédure de séparation de ceinture triboelectrostatic est nettement inférieur à celui de flottaison. L’auteur de l’étude, Soutex Inc., a conclu que le processus de séparation de ceinture triboelectrostatic offre des avantages évidents dans CAPEX, OPEX, et simplicité opérationnelle.

CONCLUSION

Le séparateur de ceinture triboelectrostatic fournit à l’industrie de transformation des minéraux afin de valoriser les matières fines avec une technologie entièrement sec. Permet d’éliminer le processus écologique de traitement au mouillé et séchage requis du matériau final. Le processus requiert peu, le cas échéant, pré-traitement du matériau autre que meulage et fonctionne à haute capacité-jusqu'à 40 tonnes par heure par une machine compacte. Consommation d’énergie est faible, moins de 2 kWh / tonne de matière traitée. Puisque l’émission seulement potentielle du processus est poussière, permettre à est relativement facile.

Une étude de coûts en comparant le processus de séparation triboelectrostatic ceinture de flottaison de mousse conventionnel pour la barytine a été complétée par Soutex Inc. L’étude montre que l’amortissement total pour le processus de séparation de ceinture triboelectrostatic sec est 63.2% le processus de flottation. Le coût pour la séparation de ceinture de triboelectrostatic de fonctionnement total est 75.8% de coût pour la flottaison d’exploitation. Auteur de l’étude conclut que le sec, procédé de séparation de ceinture triboelectrostatic offre des avantages évidents dans CAPEX, OPEX, et simplicité opérationnelle.

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