Efnahagsleg Kostir Dry Triboelectric Aðskilnaður Steina-

Efnahagsleg Kostir Dry Triboelectric Aðskilnaður Steina-

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

ST Equipment & tækni LLC, Needham Massachusetts 02494 Bandaríkin

Óhlutbundnar

ST-Búnaðurinn & tækni LLC (STET) triboelectrostatic belt separator provides the mineral processing industry a means to beneficiate fine materials with an entirely dry technology. The high efficiency multi-stage separation through internal charging/recharging and recycle results in far superior separations than can be achieved with other conventional single-stage electrostatic systems. Triboelectric beltaskiljutæknin hefur verið notuð til að aðskilja fjölbreytt úrval efna, þar á meðal blöndur af glerkenndum álverum/kolefni, kalsíum/kvars, talc/magnesite, og barít/kvars. The auka aðskilnað hæfileiki af the STET kerfi getur verið mjög árangursríkur val til flot ferli. An economic comparison conducted by an independent mineral processing consulting firm of the triboelectrostatic belt separator versus conventional flotation for barite / kvars aðskilnaður sýnir kosti þurrvinnslu fyrir steinefni. Utilizing this dry process results in a simpler process flow sheet with less equipment than flotation with both capital and operating expenses reduced by ≥30%.

Leitarorð: Steinefni, þurr aðskilnaður, Barite, triboelectrostatic hleðsla, belti Skilrúm, fljúga Ash

KYNNING

Skortur á aðgengi að fersku vatni er að verða stór þáttur sem hefur áhrif á hagkvæmni námuverkefna um allan heim. Samkvæmt Hubert Fleming, fyrrverandi alþjóðlegur leikstjóri fyrir Hatch Water, "Af öllum smáverkefnum í heiminum sem hafa ýmist verið hætt eða hæglát á liðnu ári, Það hefur verið, í næstum 100% á málunum, í kjölfar þess að vatn, either directly or indirectly‿ (Blin 2013)1. Þurr steinefnavinnsluaðferðir bjóða upp á lausn á þessu yfirvofandi vandamáli.

Blautar aðskilnaðaraðferðir eins og froðuflot krefjast þess að bætt sé við efnahvarfefnum sem þarf að meðhöndla á öruggan hátt og farga á umhverfisvænan hátt. Óhjákvæmilega er ekki hægt að starfa með 100% vatn endurvinna, krefjast förgunar á að minnsta kosti hluta vinnsluvatnsins, sem líklega inniheldur snefilmagn af efnahvarfefnum.

Þurr aðferð eins og rafföst aðgreining mun útrýma þörfinni fyrir ferskt vatn, og bjóða upp á möguleika til að draga úr kostnaði. Ein vænlegasta nýjungin í þurrum steinefnaskiljum er triboelectrostatic beltaskiljan. Þessi tækni hefur aukið Kornastærð á bilinu til fínkornastærðar en hefðbundna raffasta aðskilnaðartækni, inn á svið þar sem aðeins flot hefur reynst vel á undanförnum.

TRIBOELECTROSTATIC BELTI AÐSKILNAÐUR

Triboelectrostatic beltaskiljan notar rafhleðslumun á efnum sem framleidd eru við yfirborðssnertingu eða þríhleðslu. Þegar tvö efni eru í snertingu, efni með meiri sækni í rafeindir öðlast rafeindir og hleður þannig neikvætt, en efni með lægri rafeindasækni hleður jákvætt. Þetta samband skipti um gjald er almennt séð fyrir öllum efnum, á stundum valda rafstöðuhnúum sem eru vandamál í sumum atvinnugreinum. Rafeindasækni er háð efnasamsetningu agnayfirborðsins og mun leiða til verulegrar mismunahleðslu efna í blöndu af aðskildum ögnum af mismunandi samsetningu.

Í triboelectrostatic beltisskiljunni (Tölur 1 og 2), efnið er fóðrað í þunnu Skarti 0.9 - 1.5 Cm (0.35 -0.6 in.) milli tveggja samhliða planar rafskauta. Þær agnir sem eru mjög hlaðnar með interagnið snertileysi.

Til dæmis, um er að ræða gróft brennslu Fly Ash, blanda af kolaagnir og steinefnagagnir, er jákvætt innheimt kolefni og hið neikvæða gjaldskylt steinefni dregst saman á gagnstæðum rafskautum. Þær agnir eru síðan sveipaðar upp með samfelldu Hreyfðu opnu möskvabelti og miðlað í gagnstæðar áttir. Beltið flytur agnir sem eru samliggjandi við hverja rafall í átt að gagnstæðum endum skiltisins. Á rafsviði þarf aðeins að færa agnir örlítið brot af centimetra til að færa ögn frá vinstrihreyfli yfir í hægri hreyfanlega straum. The counter current flow of the separating particles and continual triboelectric charging by carbon-mineral collisions provides for a multistage separation and results in excellent purity and recovery in a single-pass unit. Hár beltahraði gerir einnig mjög mikil gegnumsnúningshraði, allt að 40 tons per hour on a single separator. Með því að stýra ýmsum ferlistikum, eins og beltahraði, straumur punktur, rafstraumur og straumhraði, tækið framleiðir lágt kolefni fljúga Asfalti á kolefnisinnihaldi 2 % ± 0.5% frá straumi fljúga aska allt í koll frá 4% að yfir 30%.

Mynd 1. Skýringarmynd af triboelectric beltaskilju

Aðgreining hönnunar er tiltölulega einföld. Beltið og tengd rollinum eru einu Hreyfðu hlutar. Rafskaut eru kyrrstætt og samsett úr viðeigandi varanlegum efnum. Beltið er úr plasti efni. Skilyrt raflengd er um það bil 6 Metra (20 Ft.) og breiddin 1.25 Metra (4 Ft.) viðskiptaeiningar í fullri stærð. Orkunotkunin snýst um 1 kilowatt-hour per ton of material processed with most of the power consumed by two motors driving the belt.

Mynd 2. Smáatriði aðskilnaðarsvæðis

Ferlið er algjörlega þurrt, krefst ekki viðbótarefna og framleiðir hvorki úrgangsvatn né loftpúða. Um er að ræða kolefni frá fljúgandi ösku aðskilnaði, batna efni samanstanda af fljúga aska minnkað í kolefni efni til stigum sem henta til notkunar sem pozzolanic admixture í steypu, og hátt kolefnisbrot sem hægt er að brenna á rafmagni sem myndar álverið. Nýting beggja afurðastrauma veitir 100% lausn til að fljúga aska förgun vandamál.

Triboelectrostatic beltisskiljan er tiltölulega þétt. Vél hönnuð til vinnslu 40 tons per hour is approximately 9.1 Metra (30 Ft) Langur, 1.7 Metra (5.5 Ft.) breiðar og 3.2 Metra (10.5 Ft.) Hár. Nauðsynlegt jafnvægi plantna samanstendur af kerfum til að flytja þurrefni til og frá skilrúmi. Samningur kerfisins gerir ráð fyrir sveigjanleika í uppsetningarhönnun.

Mynd 3. Auglýsing triboelectrostatic belti skilju

Samanburður við önnur rafstöðuaðskilnaðarferli

Triboelectrostatic beltisaðskilnaðartæknin stækkar mjög úrval efna sem hægt er að nýta með rafstöðueiginleikaferlum. Algengustu rafstöðueiginleikaferlarnir treysta á mismun á rafleiðni efnanna sem á að aðskilja. Í þessum ferlum, efnið verður að komast í snertingu við jarðtengda trommu eða plötu venjulega eftir að efnisagnirnar eru neikvætt hlaðnar með jónandi kórónulosun. Leiðandi efni missa hleðsluna fljótt og verða hent úr trommunni. The non-conductive material continues to be attracted to the drum since the charge will dissipate more slowly and will fall or be brushed from the drum after separation from the conducting material. Þessir ferlar eru takmarkaðir í getu vegna nauðsynlegrar snertingar hverrar ögnar við trommuna eða plötuna. Virkni þessara snertihleðsluferla er einnig takmörkuð við agnir um það bil 100 µm or greater in size due to both the need to contact the grounded plate and the required particle flow dynamics. Agnir af mismunandi stærðum munu einnig hafa mismunandi flæðisvirkni vegna tregðuáhrifa og munu leiða til niðurbrots aðskilnaðar. Eftirfarandi skýringarmynd (Mynd 4) sýnir grundvallareiginleika þessarar tegundar skilju.

Mynd 4. Drum electrostatic separator (Yllir 2003)2

Triboelectrostatic aðskilnaður er ekki takmarkaður við aðskilnað leiðandi / non-conductive materials but depend on the well known phenomenon of charge transfer by frictional contact of materials with dissimilar surface chemistry. This phenomenon has been used in “free fall‿ separation processes for decades. Such a process is

illustrated in Figure 5. Íhlutir blöndu agna þróa fyrst mismunandi hleðslur með snertingu annað hvort við málmyfirborð, eða með ögn til agnasambands í vökvavæddum rúmfóðrunarbúnaði. Þegar agnirnar falla í gegnum rafsviðið á rafskautasvæðinu, braut hverrar ögnar er sveigð í átt að rafskauti gagnstæðrar hleðslu. Eftir ákveðna fjarlægð, söfnunartunnur eru notaðar til að aðskilja lækina. Dæmigerðar uppsetningar krefjast margra skiltáknstiga með endurvinnslu á miðju broti. Sum tæki nota stöðugan gasstraum til að aðstoða við flutning agnanna í gegnum rafskautasvæðið.

Mynd 5. “Free fall‿ triboelectrostatic separator

Þessi tegund af frjálsri fallskilju hefur einnig takmarkanir á agnastærð efnisins sem hægt er að vinna úr. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing‿ of the separation. Braut fínna agna hefur meiri áhrif á ókyrrð þar sem loftaflfræðilegir dragkraftar á fínum ögnum eru mun stærri en þyngdar- og rafstöðukraftarnir. Mjög fínu agnirnar munu einnig hafa tilhneigingu til að safnast á rafskautsfletina og verður að fjarlægja þær með einhverri aðferð. Agnir sem eru minni en 75 µm cannot be effectively separated.

Önnur takmörkun er sú að agnahleðsla innan rafskautasvæðisins verður að vera lítil til að koma í veg fyrir áhrif á geimhleðslu, sem takmarka vinnsluhlutfallið. Passing material through the electrode zone inherently results in a single-stage separation, since there is no possibility for re-charging of particles. Þess vegna, multi-stage systems are required for improving the degree of separation including re-charging of the material by subsequent contact with a charging device. The resulting equipment volume and complexity increases accordingly.

In contrast to the other available electrostatic separation processes, the triboelectrostatic belt separator is ideally suited for separation of very fine (<1 Μm) í meðallagi gróft (300Μm) materials with very high throughputs. The triboelectric particle charging is effective for a wide range of materials and only requires particle – particle contact. Litla bilið, high electric field, Teljari núverandi flæðis, 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 / endurhleðsla og innri endurvinnsla skilar sér í mun betri aðskilnaði og er áhrifarík á fínum efnum sem alls ekki er hægt að aðskilja með hefðbundinni tækni.

UMSÓKNIR UM TRIBOELECTROSTATIC BELTI AÐSKILNAÐUR

Fly Ash

Triboelectrostatic beltis aðskilnaðartækninni var fyrst beitt iðnaðarlega við vinnslu á kolabrennslufluguösku í 1995. Fyrir fluguöskunotkunina, tæknin hefur skilað árangri við að aðskilja kolefnisagnir frá ófullkomnum bruna kola, úr gleri álplötum steinefna í fljúgandi ösku. Tæknin hefur verið Instrumental í að gera endurvinnslu á steinefnaríkt fljót sem sementsbundin skipti í steypuframleiðslu. Síðan 1995, 19 triboelectrostatic beltaskiljur hafa verið starfræktar í Bandaríkjunum, Canada, Bretlandi, og Póllandi, vinnslu yfir 1,000,000 tons of fly ash annually. Tæknin er nú einnig í Asíu með fyrstu skiljunni sem sett var upp í Suður-Kóreu á þessu ári. Iðnaðarsaga fluguöskuaðskilnaðar er skráð í töflu 1.

Table 1. Iðnaðarnotkun Triboelectrostatic belti aðskilnaður fyrir fluguösku

Steinefnanotkun

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)‿. Sýnishorn af notkun triboelectrostatic vinnslu sem greint er frá í bókmenntum er skráð í töflu 2. Þó að þetta sé ekki tæmandi skráning á forritum, þessi tafla sýnir hugsanlegt úrval af forritum til rafstöðueiginleikavinnslu steinefna.

Table 2. Tilkynnt um þríboelectrostatic aðskilnað steinefna

Umfangsmikil tilraunaverksmiðja og vettvangsprófanir á mörgum krefjandi efnisskiljum í jarðefnaiðnaðinum hafa verið gerðar með því að nota þríboelectrostatic beltaskiljuna. Dæmi um niðurstöður aðskilnaðar eru sýnd í töflu 3.

Table 3. Dæmi, steinefnaaðskilnaður með því að nota triboelectrostatic beltisaðskilnað

Sýnt hefur verið fram á að notkun triboelectrostatic beltaskiljunnar styrkir í raun margar steinefnablöndur. Þar sem skiljan getur unnið efni með agnastærðum frá um það bil 300 µm to less than 1 Μm, og triboelectrostatic aðskilnaðurinn er árangursríkur fyrir bæði einangrunar- og leiðandi efni, tæknin lengir mjög svið viðeigandi efnis yfir hefðbundnar rafstöðuskiljur. Since the tribo- electrostatic process is entirely dry, notkun þess útilokar þörfina fyrir þurrkun efnis og meðhöndlun fljótandi úrgangs úr flotferlum.

KOSTNAÐUR VIÐ TRIBOELECTROSTATIC BELT AÐSKILNAÐ

Samanburður við hefðbundið flot fyrir Barít

Samanburðarrannsókn á kostnaði var gerð af STET og gerð af Soutex Inc. Soutex er verkfræðifyrirtæki í Quebec Kanada með mikla reynslu af bæði blautu floti og mati á rafstöðu aðskilnaðarferli og hönnun. 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. Bæði tæknin uppfærir barítið með því að fjarlægja lágþéttni föst efni, aðallega kvars, að framleiða American Petroleum Institute (Api) borun bekk barít með SG meiri en 4.2 g/ml. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Metallurgical Laboratory (NML 2004)18. Niðurstöður um aðskilnað triboelectrostatic beltis voru byggðar á rannsóknum á tilraunaplöntum með svipuðu fóðurgrýti. Samanburðarrannsóknin í hagfræði fól í sér þróun flæðiblaðs, efnis- og orkujafnvægi, major equipment sizing and quotation for both flotation and tribo- electrostatic belt separation processes. Grunnurinn að báðum flæðiblöðunum er sá sami, úrvinnsla 200,000 t/y af barítfóðri með SG 3.78 að framleiða 148,000 t/y af borunarflokki barítvöru með SG 4.21 g/ml. Mat flotferlisins innihélt engan kostnað vegna vinnsluvatns, eða vatnsmeðferð.

Flæðiblöð voru búin til af Soutex fyrir barite flotferlið (Mynd 6), og triboelectrostatic belti aðskilnaðarferli (Mynd 7).

Mynd 6 Barite flotferli flæðiblað

Mynd 7 Barite triboelectrostatic belti aðskilnaðarferli flæðiblað

Þessar flæðiblöð innihalda ekki hrátt málmgrýtis mulningskerfi, sem er sameiginlegt báðum tækninni. Fóðurslípun fyrir flotmálið er náð með því að nota blauta kvoðakúlumyllu með hringrásarflokki. Fóðurslípun fyrir triboelectrostatic beltisaðskilnaðarhylkið er náð með því að nota þurrt, lóðrétt rúllumyllla með óaðskiljanlegum kraftmiklum flokkara.

Triboelectrostatic belti aðskilnaðarflæðiblaðið er einfaldara en flot. 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. Flocculant er einnig bætt við sem hvarfefni til að þykkna í barít flothylkinu. Ekki er þörf á afvötnunar- og þurrkunarbúnaði til að fjarlægja triboelectrostatic belti, samanborið við þykkingarefni, sía ýtir á, og snúningsþurrkara sem þarf fyrir barít flotferlið.

Fjármagns- og rekstrarkostnaður

Ítarlegt mat á fjármagns- og rekstrarkostnaði var framkvæmt af Soutex bæði fyrir tækni með því að nota tilboð í búnað og þáttaða kostnaðaraðferð. Rekstrarkostnaðurinn var áætlaður með rekstrarvinnuafli, viðhald, orka (rafmagn og eldsneyti), og rekstrarvörur (t.d., kostnaður við efnahvarfefni vegna flots). Inntakskostnaðurinn var byggður á dæmigerðum gildum fyrir tilgátuverksmiðju sem staðsett er nálægt Battle Mountain, Nevada Bandaríkin.

Heildarkostnaður eignarhalds á tíu árum var reiknaður út frá fjármagns- og rekstrarkostnaði með því að gera ráð fyrir 8% afsláttarhlutfall. Niðurstöður kostnaðarsamanburðar eru til staðar sem hlutfallslegar prósentur í töflu 4

Table 4. Kostnaðarsamanburður fyrir Barite vinnslu

Heildarkaupkostnaður fjármagnsbúnaðar fyrir triboelectrostatic beltisaðskilnaðarferlið er aðeins minni en fyrir flot. Hins vegar þegar heildarfjármagnskostnaður er reiknaður þannig að hann feli í sér uppsetningu búnaðar, lagnir og rafmagnskostnaður, og vinna úr byggingarkostnaði, munurinn er mikill. The total capital cost for the tribo- electrostatic belt separation process is 63.2% af kostnaði við flotferlið. The significantly lower cost for the dry process results from the simpler flowsheet. Rekstrarkostnaður vegna triboelectrostatic beltis aðskilnaðarferlisins er 75.5% flotferlisins vegna aðallega minni krafna rekstrarfólks og minni orkunotkunar.

Heildarkostnaður við eignarhald á triboelectrostatic beltisaðskilnaðarferlinu er umtalsvert minni en fyrir flot. Höfundur rannsóknarinnar, Soutex hf., komst að þeirri niðurstöðu að triboelectrostatic beltisaðskilnaðarferlið bjóði upp á augljósa kosti í CAPEX, OPEX, og einfaldleiki í rekstri.

ÁLYKTUN

Triboelectrostatic beltaskiljan veitir steinefnavinnsluiðnaðinum leið til að nýta fín efni með algjörlega þurrtækni. Umhverfisvæna ferlið getur útrýmt blautvinnslu og nauðsynleg þurrkun á endanlegu efni. Ferlið krefst lítils, ef einhver er, pre-treatment of the material other than grinding and operates at high capacity – up to 40 tons per hour by a compact machine. Orkunotkun er lítil, minna en 2 kWh/ton of material processed. Þar sem eina mögulega losun ferlisins er ryk, leyfisveitingar eru tiltölulega auðveldar.

Kostnaðarrannsókn þar sem triboelectrostatic beltis aðskilnaðarferlið var borið saman við hefðbundna froðuflökt fyrir barít var lokið af Soutex Inc. Rannsóknin sýnir að heildarfjármagnskostnaður fyrir þurra triboelectrostatic beltis aðskilnaðarferlið er 63.2% í flotferlinu. The total operating cost for triboelectrostatic belt separation is 75.8% af rekstrarkostnaði vegna flots. Höfundur rannsóknarinnar kemst að þeirri niðurstöðu að þurrt sé, triboelectrostatic belti aðskilnaðarferli býður upp á augljósa kosti í CAPEX, OPEX, og einfaldleiki í rekstri.

TILVÍSANIR

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Hátt og þurrt, CIM tímarit, Vol. 8, Nei. 4, Pp. 48-51.

2.Yllir, J. & Yan, E (2003) eForce.- Newest generation of electrostatic separator for the minerals sands industry, Ráðstefna um þung steinefni, Jóhannesarborg, Suður-Afríska stofnunin um námuvinnslu og málmvinnslu.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Endurskoðun rafskilnaðaraðferða, Hluti 1: Grundvallarþættir, steinefni & Málmvinnsluvinnsla, Vol 17, Nei. 1 Pp 23 - 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Endurskoðun rafskilnaðaraðferða, Hluti 2: Hagnýt atriði, steinefni & Málmvinnsluvinnsla, Vol 17, Nei. 1 Pp 139- 166.

5.Searls, J (1985) Potash, Kafli í Staðreyndir og vandamál steinefna: 1985 Útgáfa, Jarðsprengjustofnun Bandaríkjanna, Washington DC.

6.Berthon, R & Bichara, M, (1975) Rafstöðueiginleiki Potash Málmgrýtis, Einkaleyfi Bandaríkjanna # 3,885,673.

7.Vörumerki, L, Beier, P, & Stahl, Ég (2005) Rafstöðueiginleiki aðskilnaður, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Rafstöðueiginleiki kornóttra efna, Námustofnun Bandaríkjanna, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Formeðferð steinefna til rafstöðuaðskilnaðar, Bandarískt einkaleyfi 3,137,648.

10.Bandaríkin, K & Róðrarsonur, N (1997) Undirbúningsþættir fóðurs sem hafa áhrif á skilvirkni rafstöðuaðskilnaðar, Segul- og rafmagnsaðskilnaður, Vol 8 Pp 161-173.

11.Inculet, Ég (1984) Rafstöðueiginlegur steinefnaaðskilnaður, Rafstöðueiginleikar og rafstöðueiginleikar röð, Rannsóknir Rannsóknir Pressan, Ltd, John Wiley & Syni, Hf..

12.Feasby, D (1966) Free-Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Particles, Rannsóknastofa í steinefnarannsóknum, Labs Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, og 3038, bók 212, Framvinduskýrsla.

13.Stencel, J & Malasía, X (2003) Pneumatic Transport, Triboelectric Styrkþegi fyrir Florida Phosphate iðnaðinn, Florida Institute of Phosphate Research, Útgáfa nr.. 02-149-201, desember.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelectric hleðsla, Rafeðlisfræðilegir eiginleikar og rafknúnir styrkingarmöguleikar efnameðhöndlaðra Feldspar, Kvars, og Wollastonite, Segul- og rafmagnsaðskilnaður, Vol 11, Nei 1-2 Pp 9-32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Áhrif yfirborðsáhrifa á rafstöðuaðskilnað sirkons og rutile, 6. alþjóðlega ráðstefnan um þungar steinefni, Námu- og málmvinnslustofnun Suður-Afríku.

16.Kelduhverfi, M og Yasar, E (1995) Áhrif hitastigs og óhreininda á rafstöðuaðskilnað bórefna, Steinefnaverkfræði, Vol. 8, Nei. 7, Pp. 829-833.

17.Fraas, F (1947) Notes on Drying for Electrostatic Separation of Particles, AIME Tec. Krá 2257, nóvember.

18.NML (2004) Rétthafi baríts á lágu stigi (niðurstöður tilraunaverksmiðju), Lokaskýrsla, National Metallurgical Laboratory, Jamshedpur Indland, 831 007