Economische voordelen van droge tribo scheiding van mineralen

Economische voordelen van droge tribo scheiding van mineralen

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

ST apparatuur & Technologie LLC, Needham, Massachusetts 02494 VERENIGDE STATEN

ABSTRACT

De ST-apparatuur & Technologie LLC (STET) triboelectrostatische riemafscheider biedt de minerale verwerkende industrie een middel om fijne materialen te beneficiate met een volledig droge technologie. De hoge efficiëntie meertrapsscheiding door middel van interne opladen/opladen en recyclen resulteert in veel superieure scheidingen dan kan worden bereikt met andere conventionele single-stage elektrostatische systemen. De tribo riem scheidingsteken technologie is gebruikt om te scheiden van een breed scala van materialen met inbegrip van mengsels van glazig aluminosilicaten/carbon, calciet/quartz, Talk/magnesiet, en bariet/quartz. De mogelijkheden van de verbeterde scheiding van het STET-systeem kunnen een zeer effectief alternatief voor flotatie processen worden. Een economische vergelijking uitgevoerd door een onafhankelijk mineraalverwerkingsadviesbureau van de triboelectrostatische gordelafscheider versus conventionele flotatie voor bariet / kwarts scheiding illustreert de voordelen van droge verwerking voor mineralen. Met behulp van dit droog proces resulteert in een eenvoudiger proces flow blad met minder apparatuur dan flotatie met zowel kapitaal en de dekking van de werkingskosten met ≥30% verlaagd.

Trefwoorden: mineralen, droge scheiding, bariet, triboelectrostatic opladen, riem scheidingsteken, vliegas

INTRODUCTIE

Het gebrek aan toegang tot zoet water is steeds een belangrijke factor die de haalbaarheid van mijnbouwprojecten over de hele wereld. Volgens Hubert Fleming, voormalige globale directeur voor Hatch Water, "Van alle de mijnbouwprojecten in de wereld die ofwel zijn gestopt of vertraagd in het afgelopen jaar, het is geweest, in bijna 100% van de gevallen, een resultaat van water, direct of indirect‿ (Blin 2013)1. Droge minerale verwerkingsmethoden bieden een oplossing voor deze dreigende probleem.

Natte scheidingsmethoden zoals schuim flotatie vereist de toevoeging van chemische reagentia die veilig hanteren en moeten op een ecologisch verantwoorde wijze verwijderd. Het is onvermijdelijk niet mogelijk om te bedienen met 100% water recycle, verwijdering van ten minste vereisen van gedeelte van het proceswater, waarschijnlijk bevat sporen van chemische reagentia.

Droge methoden zoals de elektrostatische scheiding zal elimineren de noodzaak voor vers water, en bieden de mogelijkheid om kosten te verminderen. Een van de meest veelbelovende nieuwe ontwikkelingen in droge minerale scheidingen is het scheidingsteken van de riem triboelectrostatic. Deze technologie heeft uitgebreid de groottewaaier van de deeltjes naar fijnere deeltjes dan conventionele elektrostatische scheiding technologieën, in het bereik waar alleen beursgang succesvol is geweest in het verleden.

TRIBOELECTROSTATIC RIEM SCHEIDING

De tribo-elektrostatische bandafscheider maakt gebruik van elektrische ladingsverschillen tussen materialen die worden geproduceerd door oppervlaktecontact of tribo-elektrische lading. Wanneer twee materialen zijn in contact, materiaal met een hogere affiniteit voor elektronen winsten elektronen en dus kosten negatieve, terwijl het materiaal met lagere elektron affiniteit lasten positieve. Dit contact exchange kosteloos wordt universeel voor alle materialen waargenomen, soms veroorzaakt elektrostatische overlast die een probleem in sommige bedrijfstakken. Elektronenaffiniteit is afhankelijk van de chemische samenstelling van het oppervlak van de deeltjes en zal leiden tot aanzienlijke differentiële tarifering van materialen in een mengsel van discrete deeltjes van verschillende samenstelling.

In de tribo-elektrostatische bandafscheider (Cijfers 1 en 2), materiaal wordt ingevoerd in de dunne kloof 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 Inch.) tussen twee parallelle vlakke elektroden. De deeltjes triboelectrically betalen door interparticle contact.

Bijvoorbeeld, in het geval van kolen verbranding vliegas, een mengsel van koolstof deeltjes en minerale deeltjes, de positief geladen koolstof en de negatief geladen minerale worden aangetrokken door tegengestelde elektroden. De deeltjes worden vervolgens opgeveegd door een continue bewegende open-mesh gordel en overgebracht in tegengestelde richtingen. De band beweegt de deeltjes grenzend aan elke elektrode naar de tegenovergestelde einden van het scheidingsteken. Het elektrische veld hoeft de deeltjes slechts een kleine fractie van een centimeter te verplaatsen om een deeltje van een links bewegende naar een rechts bewegende stroom te verplaatsen. De tegenstroom van de scheidende deeltjes en het voortdurende tribo-elektrische opladen door koolstof-minerale botsingen zorgt voor een meertrapsscheiding en resulteert in een uitstekende zuiverheid en herstel in een single-pass unit. De gordel van de hoge snelheid maakt het ook mogelijk zeer hoge doorvoercapaciteit, tot 40 ton per uur op een enkele scheidingsteken. Door het beheersen van diverse procesparameters, zoals riem snelheid, feed punt, elektrode gap en verwerkingsdebiet, het apparaat produceert koolstofarme vliegas op koolstof inhoud van 2 % ± 0.5% in al het voeder vliegen as variërend in koolstof uit 4% tot meer dan 30%.

Figuur 1. Schematische voorstelling van tribo riem scheidingsteken

Het scheidingsteken ontwerp is relatief eenvoudig. De riem en de bijbehorende rollen zijn de enige bewegende delen. De elektroden zijn stationaire en bestaat uit een op de juiste manier duurzaam materiaal. De riem is gemaakt van kunststof. Het scheidingsteken elektrode lengte is ongeveer 6 meter (20 ft.) en de breedte 1.25 meter (4 ft.) voor de volledige grootte commerciële eenheden. Het stroomverbruik is over 1 kilowattuur per ton materiaal verwerkt met het merendeel van het energieverbruik door twee motoren rijden de gordel.

Figuur 2. Detail van scheiding zone

Het proces is volledig droog, vereist geen extra materialen en produceert geen afval water of lucht emissies. In het geval van koolstof uit vliegas scheidingen, de herstelde materialen bestaan uit vliegas in koolstofgehalte beperkt tot niveaus geschikt voor gebruik als een pozzolanic vermenging in beton, en een hoge koolstof-fractie die kan worden gebrand op de elektriciteit genereren plant. Gebruik van beide stromen product biedt een 100% oplossing voor vliegas verwijdering problemen.

De tribo-elektrostatische bandafscheider is relatief compact. Een machine die is ontworpen voor het verwerken van 40 ton peruur is ongeveer 9.1 meter (30 ft) lange, 1.7 meter (5.5 ft.) breed en 3.2 meter (10.5 ft.) hoge. Het vereiste evenwicht van planten bestaat uit systemen te brengen droog materiaal van en naar het scheidingsteken. De compactheid van het systeem zorgt voor flexibiliteit in de ontwerpen van de installatie.

Figuur 3. Commerciële tribo-elektrostatische bandafscheider

Vergelijking met andere elektrostatische Scheidingsprocessen

De tribo-elektrostatische bandscheidingstechnologie breidt het materiaalbereik dat kan worden gewelwillend door elektrostatische processen. De meest gebruikte elektrostatische processen zijn afhankelijk van verschillen in de elektrische geleidbaarheid van de materialen worden gescheiden. In deze processen, het materiaal moet contact opnemen met een geaard trommel of plaat meestal na het materiaal deeltjes negatief door een ioniserend corona kwijting geladen zijn. Geleidende materialen zal verliezen hun lading snel en worden gegooid uit de trommel. Het niet-geleidende materiaal blijft worden aangetrokken tot de trommel, omdat de lading langzamer zal verdwijnen en zal vallen of worden geborsteld uit de trommel na scheiding van het geleidende materiaal. Deze processen zijn beperkt in capaciteit als gevolg van het vereiste contact van elk deeltje op de trommel of plaat. De effectiviteit van deze contactlaadprocessen is ook beperkt tot deeltjes van ongeveer 100 μm of groter in grootte als gevolg van zowel de noodzaak om contact te maken met de geaarde plaat en de vereiste deeltjesstroom dynamiek. Deeltjes van verschillende grootte zullen ook verschillende stromingsdynamiek hebben als gevolg van inertiële effecten en zullen resulteren in een verminderde scheiding. Het volgende diagram (Figuur 4) illustreert de fundamentele kenmerken van dit type separator.

Figuur 4. Drum elektrostatische separator (Oudere 2003)2

Tribo-elektrostatische scheidingen zijn niet beperkt tot de scheiding van geleidende / niet-geleidende materialen, maar afhankelijk van het bekende fenomeen van ladingsoverdracht door wrijvingscontact van materialen met ongelijke oppervlaktechemie. Dit fenomeen wordt al tientallen jaren gebruikt in "vrije val‿ scheidingsprocessen. Een dergelijk proces is

geïllustreerd in figuur 5. Componenten van een mengsel van deeltjes ontwikkelen eerst verschillende ladingen door contact, hetzij met een metalen oppervlak, of door deeltje tot deeltjescontact in een gefluïdiseerd bedvoedingsapparaat. Als de deeltjes vallen door het elektrische veld in de elektrode zone, de baan van elk deeltje wordt afgebogen naar de elektrode van de tegenovergestelde lading. Na een bepaalde afstand, inzamelbakken worden gebruikt om de streams te scheiden. Typische installaties vereisen meerdere separatorfasen met recycling van een middling fractie. Sommige apparaten maken gebruik van een gestage stroom van gas bij het overbrengen van de deeltjes via de elektrode-zone.

Figuur 5. "Vrije val‿ triboelectrostatische separator

Dit soort vrije val scheidingsteken kent ook beperkingen in de deeltjesgrootte van het materiaal dat kan worden verwerkt. De stroom binnen de elektrodezone moet worden gecontroleerd om turbulentie te minimaliseren om te voorkomen dat "smeren‿ van de scheiding. Het traject van fijne deeltjes zijn meer verricht door turbulentie, aangezien de aërodynamische krachten Sleep op fijne deeltjes zijn veel groter dan de zwaartekracht en elektrostatische krachten. De zeer fijne deeltjes zal ook de neiging om te verzamelen over de elektrode oppervlakken en moeten worden verwijderd door een methode. Deeltjes van minder dan 75 μm kan niet effectief worden gescheiden.

Een andere beperking is dat het deeltje laden binnen de zone van de elektrode laag moet ter voorkoming van ruimte gratis effecten, die beperken de snelheid van de verwerking. Het doorgeven van materiaal door de elektrodezone resulteert inherent in een scheiding in één fase, aangezien er geen mogelijkheid is om deeltjes opnieuw op te laden. Daarom, meerfasensystemen zijn nodig om de mate van scheiding te verbeteren, inclusief het opnieuw opladen van het materiaal door later contact met een oplaadapparaat. De resulterende apparatuur omvang en gecompliceerdheid verhoogt dienovereenkomstig.

In tegenstelling tot de andere beschikbare elektrostatische Scheidingsprocessen, de tribo-elektrostatische bandafscheider is bij uitstek geschikt voor het scheiden van zeer fijne (<1 µm) tot matig grof (300µm) materialen met zeer hoge doorvoercapaciteit. Het opladen van de tribo deeltje is effectief voor een breed scala van materialen en vereist alleen deeltje-deeltje contact. De kleine opening, hoge veldsterkte, stroom van de teller, krachtige deeltjes-deeltjes agitatie en zelfreinigende werking van de riem op de elektroden zijn de kritische kenmerken van de separator. De hoge efficiëntie meertrapsscheiding door het opladen / opladen en interne recycle resulteert in veel superieur scheidingen en is effectief op mooie materialen die helemaal niet kunnen worden gescheiden door de conventionele technieken.

TOEPASSINGEN VAN TRIBO-ELEKTROSTATISCHE BANDSCHEIDING

Vliegas

De tribo-elektrostatische bandscheidingstechnologie werd voor het eerst industrieel toegepast op de verwerking van kolenverbrandingsvliegas in 1995. Voor de toepassing van de vliegas, de technologie heeft gefunctioneerd in het scheiden van koolstof deeltjes van de onvolledige verbranding van steenkool, uit de glazig aluminosilicaat minerale deeltjes in de vliegas. De technologie heeft bijgedragen in de Prullenbak van de vliegas mineraalrijke inschakelen als een vervanging van cement in beton productie. Sinds 1995, 19 tribo-elektrostatische bandafscheiders zijn actief in de VS, Canada, VERENIGD KONINKRIJK, en Polen, verwerking via 1,000,000 ton vliegas per jaar. De technologie is nu ook in Azië met de eerste scheiding geïnstalleerd in Zuid-Korea dit jaar. De industriële geschiedenis van vliegas scheiding wordt vermeld in tabel 1.

Tabel 1. Industriële toepassing van tribo-elektrostatische bandscheiding voor vliegas

Minerale toepassingen

Elektrostatische scheidingen zijn op grote schaal gebruikt voor beneficiation voor een groot scala aan mineralen "Manouchehri-Part 1 (2000)‿. Terwijl de meeste toepassingen gebruik maken van verschillen in elektrische geleidbaarheid van materialen met de corona-drum type separatoren, triboelectric laadgedrag met vrije val separatoren wordt ook gebruikt op industriële schalen "Manouchehri-Part 2 (2000)‿. Een steekproef van toepassingen van triboelectrostatic processing gemeld in de literatuur wordt vermeld in tabel 2. Hoewel dit niet een uitputtende opsomming van toepassingen, deze tabel illustreert de mogelijke waaier van toepassingen voor elektrostatische verwerking van mineralen.

Tabel 2. Gerapporteerde triboelectrostatic scheiding van mineralen

Uitgebreide pilot plant en veldproeven van vele uitdagende materiële kleurscheidingen in de industrie van mineralen zijn uitgevoerd met behulp van de triboelectrostatic riem scheidingsteken. Voorbeelden van scheiding resultaten staan in tabel 3.

Tabel 3. Voorbeelden, minerale scheidingen met behulp van de triboelectrostatic riem scheiding

Gebruik van de triboelectrostatic riem scheidingsteken is aangetoond dat zij effectief beneficiate vele minerale mengsels. Aangezien het scheidingsteken kan het verwerken van materialen met deeltjesgrootte van ongeveer 300 μm tot minder dan 1 µm, en de triboelectrostatic scheiding is effectief voor zowel isolerende en geleidende materialen, de technologie vergroot sterk het bereik van de toepasselijke materiaal over conventionele elektrostatische scheidingstekens. Sinds de tribo- elektrostatisch proces is volledig droog, gebruik ervan elimineert de noodzaak voor materiaal drogen en vloeibaar afval verwerken van flotatie processen.

KOSTEN VAN TRIBOELECTROSTATIC RIEM SCHEIDING

Vergelijking met de conventionele flotatie voor bariet

Een vergelijkende studie kosten was in opdracht van STET en gedirigeerd door Soutex Inc. Soutex is een in Quebec Canada gevestigd engineering bedrijf met uitgebreide ervaring in zowel natte flotatie en elektrostatische scheiding proces evaluatie en ontwerp. De studie vergeleek de kapitaal- en exploitatiekosten van het triboelectrostatische gordelscheidingsproces met conventionele schuimflotatie voor de weldadigheid van een laagwaardig barieterts. Beide technologieën upgraden de bariet door het verwijderen van vaste stoffen met een lage dichtheid, voornamelijk kwarts, om een American Petroleum Institute te produceren (API) boorkwaliteit bariet met SG groter dan 4.2 g/ml. De resultaten van de beursgang zijn gebaseerd op proefplantenstudies uitgevoerd door het Indiase Nationale Metallurgische Laboratorium (NML 2004)18. Triboelectrostatische bandscheidingsresultaten waren gebaseerd op proefplantenstudies met vergelijkbare voederertsen. De vergelijkende economische studie omvatte de ontwikkeling van flowsheet, materiaal- en energiebalansen, grote uitrusting sizing en offerte voor zowel flotatie en tribo- elektrostatische scheidingsprocessen. De basis voor beide stroombladen is dezelfde, Verwerking 200,000 t/y van barietvoer met SG 3.78 om 148,000 t/y van boorkwaliteit barietproduct met SG 4.21 g/ml. De raming van het flotatieproces had geen kosten voor proceswater, of waterbehandeling.

Stroomschema's werden gegenereerd door Soutex voor het barietflotatieproces (Figuur 6), en triboelectrostatische gordelscheidingsproces (Figuur 7).

Figuur 6 Stroomblad van het barietflotatieproces

Figuur 7 Barite triboelectrostatische riem scheiding proces flowsheet

Stellingen stroombladen bevatten geen ruw ertsverplettersysteem, wat gemeenschappelijk is voor beide technologieën. Voer slijpen voor de flotatie geval wordt bereikt met behulp van een natte pulp bal molen met cycloon classifier. Voer slijpen voor de triboelectrostatische riem scheiding geval wordt bereikt met behulp van een droge, verticale rolmolen met integrale dynamische classificatie.

Het triboelectrostatische gordelscheidingsstroomblad is eenvoudiger dan flotatie. Tribo-electostatische riemscheiding wordt in één fase bereikt zonder toevoeging van chemische reagentia, vergeleken met drietraps flotatie met oliezuur dat wordt gebruikt als verzamelaar voor bariet en natriumsilicaat als depressivum voor de silica gangue. Een flocculant wordt ook toegevoegd als een reagens voor verdikking in het geval van bariet flotatie. Voor de scheiding van triboelectrostatische gordels is geen ontwaterings- en droogapparatuur nodig, in vergelijking met bindmiddelen, filter persen, en roterende drogers die nodig zijn voor het proces van bariet flotatie.

Kapitaal- en exploitatiekosten

Een gedetailleerde kapitaal en operationele kosten-schatting werd uitgevoerd door de Soutex voor beide technologieën met behulp van citaten van de apparatuur en de methode verwerkt. De operationele kosten werden geraamd op te nemen die van arbeid, onderhoud, energie (elektrische en brandstof), grond- en hulpstoffen (BV, chemisch reagens kosten voor flotatie). De inputkosten waren gebaseerd op typische waarden voor een hypothetische fabriek in de buurt van Battle Mountain, Nevada VS.

De totale eigendomskosten over tien jaar werden berekend op basis van de kapitaal- en exploitatiekosten door 8% Disconteringsvoet. De resultaten van de kostenvergelijking zijn aanwezig als relatieve percentages in tabel 4

Tabel 4. Kostenvergelijking voor Barite Processing

De totale aankoopkosten van kapitaaluitrusting voor het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn iets lager dan voor flotatie. Wanneer de totale kapitaaluitgaven echter worden berekend om de installatie van apparatuur, leidingen en elektrische kosten, en procesbouwkosten, het verschil is groot. De totale kapitaalkosten voor de tribo- elektrostatische bandscheidingsproces is 63.2% van de kosten van het flotatieproces. De aanzienlijk lagere kosten voor het droge proces zijn het gevolg van het eenvoudigere. De bedrijfskosten voor het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn 75.5% van het flotatieproces als gevolg van voornamelijk lagere operationele personeelsbehoeften en een lager energieverbruik.

De totale eigendomskosten van het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn aanzienlijk lager dan voor flotatie. De auteur van de studie, Soutex Inc., geconcludeerd dat het triboelectrostatische gordelscheidingsproces duidelijke voordelen biedt in CAPEX, OPEX, en operationele eenvoud.

Conclusie

De triboelectrostatische riemafscheider biedt de minerale verwerkende industrie een middel om fijne materialen te beneficiate met een volledig droge technologie. Het milieuvriendelijke proces kunt elimineren natte verwerking en vereiste drogen van het definitieve materiaal. Het proces vereist weinig, indien van toepassing, voorbehandeling van het andere materiaal dan slijpen en werkt met een hoge capaciteit – tot 40 ton per uur door een compacte machine. Energieverbruik is laag, minder dan 2 kWh/ton verwerkt materiaal. Aangezien de enige potentiële uitstoot van het proces stof is, het toelaten van is relatief eenvoudig.

Een kostenstudie waarin het triboelectrostatische scheidingsproces werd vergeleken met conventionele schuimflotatie voor bariet werd voltooid door Soutex Inc. De studie toont aan dat de totale kapitaalkosten voor het droge triboelectrostatische gordelscheidingsproces 63.2% van het flotatieproces. De totale bedrijfskosten voor triboelectrostatische bandscheiding zijn 75.8% exploitatiekosten voor flotatie. De auteur van de studie concludeert dat de droge, triboelectrostatische riemscheidingsproces biedt duidelijke voordelen in CAPEX, OPEX, en operationele eenvoud.

VERWIJZINGEN

1.Blin, P & Dion-Ortega Dion-Ortega, A (2013) Hoog en droog, CIM Magazine, vol. 8, geen. 4, PP. 48-51.

2.Oudere, J. & Yan, E (2003) eForce.- Nieuwste generatie elektrostatische scheidingsteken voor de industrie van mineralen sands, Conferentie over zware mineralen, Johannesburg, Zuid-Afrikaans Instituut voor Mijnbouw en Metallurgie.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Herziening van de methoden voor elektrische scheiding, Deel 1: Fundamentele aspecten, Mineralen & Metallurgische Processing, vol 17, geen. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Herziening van de methoden voor elektrische scheiding, Deel 2: Praktische overwegingen, Mineralen & Metallurgische Processing, vol 17, geen. 1 PP 139- 166.

5.Searls, J (1985) Potas, Hoofdstuk in minerale feiten en problemen: 1985 Edition, United States Bureau of Mines, Washington DC.

6.Berthon Berthon, R & Bichara Bichara, M, (1975) Elektrostatische scheiding van potasertsen, Amerikaans octrooi # 3,885,673.

7.Merken, L, Beier, P, & Stahl, Ik (2005) Elektrostatische scheiding, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas (Fraas), F (1962) Elektrostatische scheiding van granulaire materialen, US Bureau of Mines, Bulletin 603.

9.Fraas (Fraas), F (1964), Voorbehandeling van mineralen voor elektrostatische scheiding, Amerikaans octrooi 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson Rowson, N (1997) Feed voorbereiding factoren die de efficiëntie van elektrostatische scheiding, Magnetische en elektrische scheiding, vol 8 PP 161-173.

11.Inculet, Ik (1984) Elektrostatische minerale scheiding, Elektrostatica en elektrostatische toepassingen reeks, Research Studies Press, Ltd, John Wiley & Zonen, Inc.

12.Feasby, D (1966) Vrije val elektrostatische scheiding van fosfaat en calcite deeltjes, Mineralen-onderzoekslaboratorium, Labs Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, en 3038, boek 212, Voortgangsverslag.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pneumatische Vervoer, Tribo Beneficiation voor de industrie van Florida fosfaat, Florida Instituut van fosfaat onderzoek, Publicatie nr. 02-149-201, December.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Tribo gratis, Electrophysical eigenschappen en elektrische Beneficiation potentiële van chemisch behandeld veldspaat, Kwarts, en wollastoniet, Magnetische en elektrische scheiding, vol 11, geen 1-2 PP 9-32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Invloed van oppervlakte effecten op de elektrostatische scheiding van zirkoon en rutiel, De 6e Conferentie van de internationale zware mineralen, De zuidelijke Afrikaanse Instituut voor mijnbouw en metallurgie.

16.Celik, M en Yasar, E (1995) Effecten van temperatuur en onzuiverheden op elektrostatische scheiding van boor materialen, Mineralen Engineering, vol. 8, geen. 7, PP. 829-833.

17.Fraas (Fraas), F (1947) Opmerkingen over drogen voor elektrostatische scheiding van deeltjes, AIME-Tec. Pub 2257, November.

18.NML (2004) Beneficiation van lage rang bariet (resultaten van de pilot plant), Eindverslag, Nationale metallurgisch laboratorium, Jamshedpur India, 831 007