Vantagens econômicas da seca Triboelectric separação de minerais

Vantagens econômicas da seca Triboelectric separação de minerais

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

ST equipamentos & Tecnologia LLC, Needham Massachusetts 02494 ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA

RESUMO

O equipamento de ST & Tecnologia LLC (SSE3) triboelectrostatic separador de correia fornece à indústria de transformação mineral um meio para materiais finos beneficiam com uma tecnologia totalmente seco. A separação de vários estágios de alta eficiência através de interno de carga/recarga e reciclar resultados em separações de cores muito superiores do que pode ser alcançado com outros sistemas convencionais de eletrostáticos fase única. A tecnologia do separador de correia triboelectric tem sido usada para separar uma grande variedade de materiais, incluindo misturas de aluminossilicatos/carbono vítreo, calcita/quartzo, talco/Magnesita, e barita/quartzo. Os recursos de separação melhorada do sistema STET podem ser uma alternativa muito eficaz para processos de flotação. Uma comparação econômica conduzida por um mineral independente processando a empresa de consultoria do separador de correia triboelectrostatic contra flotação convencional de barita / separação de quartzo ilustra as vantagens do processamento seco para minerais. Utilizando este processo seco resulta em uma folha de fluxo de processo mais simples com menos equipamentos de flotação com tanto capital e despesas operacionais reduzidas em ≥ 30%.

Palavras-chave: minerais, separação seca, barita, triboelectrostatic de carga, separador de correia, cinza de mosca

INTRODUÇÃO

A falta de acesso à água potável está se tornando dos principais fatores que afetam a viabilidade de projetos de mineração ao redor do mundo. De acordo com Hubert Fleming, ex-diretor global para Hatch água, "De todos os projetos de mineração do mundo que foram parou ou diminuiu no ano passado, tem sido, em quase 100% dos casos, um resultado de água, directamente ou indirectly‿ (Blin 2013)1. Métodos de processamento mineral seco para oferecer uma solução para este problema iminente.

Métodos de separação molhada como a flutuação de espuma requerem a adição de reagentes químicos que devem ser manipuladas com segurança e eliminados de forma ambientalmente responsável. Inevitavelmente, não é possível operar com 100% reciclagem de água, exigindo a eliminação pelo menos de parte da água do processo, Provavelmente, contendo pequenas quantidades de reagentes químicos.

Secos métodos tais como a separação eletrostática eliminará a necessidade de água fresca, e oferecem o potencial para reduzir custos. Um dos mais promissores novos desenvolvimentos em separações minerais secos é o separador de correia triboelectrostatic. Esta tecnologia alargou a gama de tamanho de partícula às partículas mais finas que as tecnologias convencionais de separação eletrostática, para a faixa, onde somente a flotação tem sido bem sucedida no passado.

SEPARAÇÃO DE CORREIA TRIBOELECTROSTATIC

O separador de correia triboelectrostatic utiliza carga elétrica as diferenças entre os materiais produzidos pelo contato de superfície ou carregar triboelectric. Quando dois materiais estão em contato, material com uma maior afinidade por elétrons ganha elétrons e, portanto, cargas negativas, enquanto material com baixas acusações de afinidade do elétron positivas. Esta troca de contato da carga é universalmente observada para todos os materiais, às vezes, causando perturbações eletrostáticas que constituem um problema em algumas indústrias. Afinidade do elétron depende da composição química da superfície da partícula e resultará no diferencial substancial de carregamento de materiais em uma mistura de partículas discretas de composição diferente.

No separador de correia triboelectrostatic (Figuras 1 e 2), material é alimentado na abertura fina 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 no.) entre dois elétrodos planares paralelos. As partículas triboelectrically são cobradas pelo contato interpartícula.

Por exemplo, no caso da combustão de carvão cinza de mosca, uma mistura de partículas de carbono e partículas minerais, o carbono carregado positivamente e o mineral negativamente carregado são atraídos para eletrodos opostos. As partículas são então arrastadas por um cinto de malha aberta em movimento contínuo e veiculadas em direções opostas. A correia move as partículas adjacentes de cada eletrodo em direção a lados opostos do separador. O campo elétrico só precisa mover as partículas uma fração minúscula de um centímetro para mover uma partícula de uma esquerda-mover-se para um fluxo direita-mover. O fluxo de corrente do contador de partículas de separação e carregamento triboelectric contínua por colisões de carbono-mineral prevê uma separação de vários estágios e resulta em excelente pureza e recuperação em uma unidade de passagem única. A velocidade de cintura alta também permite que a quantidade do altíssima, até 40 toneladas por hora em um único separador. Controlando vários parâmetros de processo, tais como a velocidade da correia, ponto de alimentação, abertura do eletrodo e taxa de alimentação, o dispositivo produz a cinza de mosca de baixo carbono no conteúdo de carbono de 2 % ± 0.5% das cinzas de mosca alimentação variando em carbono de 4% para mais 30%.

Figura 1. Diagrama esquemático do separador triboelectric correia

O projeto do separador é relativamente simples.. O cinto e rolos associados são as únicas partes móveis. Os eletrodos são estacionários e composto de um material durável apropriadamente. O cinto é feito de material plástico. O comprimento do eletrodo de separador é aproximadamente 6 metros (20 ft.) e a largura 1.25 metros (4 ft.) unidades comerciais de tamanho completo. O consumo de energia é sobre 1 quilowatt-hora por tonelada de material processado com maior parte da energia consumida por dois motores dirigindo o cinto.

Figura 2. Detalhe da zona de separação

O processo é totalmente seco, Não requer nenhum material adicional e produz sem emissões resíduos de água ou ar. No caso de carbono de separações de cinza de mosca, a recuperação dos materiais consiste de cinza de mosca, reduzida no teor de carbono para níveis adequados para uso como uma adição pozolânico em concreto, e uma fração de carbono elevado que pode ser queimada na eletricidade gerando planta. Utilização de ambos os fluxos de produto fornece um 100% solução para problemas de eliminação de cinzas volantes.

O separador de correia triboelectrostatic é relativamente compacto. Uma máquina projetada para processar 40 toneladas por hora é de aproximadamente 9.1 metros (30 ft) longo, 1.7 metros (5.5 ft.) ampla e 3.2 metros (10.5 ft.) alta. O equilíbrio necessário de planta consiste em sistemas para transportar material seco e para o separador. A compacidade do sistema permite flexibilidade em projetos de instalação.

Figura 3. Separador de correia de triboelectrostatic comercial

Comparação com outros processos de separação eletrostática

A tecnologia de separação de cinto triboelectrostatic grandemente expande a gama de materiais que podem ser beneficiados por processos eletrostáticos. Os processos mais comumente usados eletrostáticos dependem de diferenças na condutividade elétrica dos materiais a ser separados. Nestes processos, o material deve entrar em contato com um tambor aterrada ou placa normalmente após o material partículas são carregadas negativamente por uma descarga de corona ionizante. Materiais condutores perderão sua carga rapidamente e ser lançadas a partir do tambor. O material não-condutor continua a ser atraídos para o tambor, desde que a carga dissipará mais lentamente e vai cair ou ser escovada do tambor após a separação do material condutor. Estes processos são limitados na capacidade devido ao contato exigido de cada partícula de tambor ou prato. A eficácia desses processos de carregamento de contato também são limitadas às partículas de sobre 100 µm ou maior em tamanho devido tanto à necessidade de entrar em contato com a placa de ligação à terra e a dinâmica do fluxo de partículas necessárias. Partículas de diferentes tamanhos também terá dinâmica de fluxo diferentes devido aos efeitos de inércia e irão resultar em separação degradada. O diagrama a seguir (Figura 4) ilustra as características fundamentais deste tipo de separador.

Figura 4. Tambor separador eletrostático (O Élder 2003)2

Triboelectrostatic separações não estão limitadas a separação do condutor / materiais não-condutores, mas dependem o conhecido fenômeno de transferência de carga por fricção contato de materiais dissimilares química de superfície. Este fenômeno foi usado em "processos de separação fall‿ grátis por décadas. Tal processo é

ilustrado na figura 5. Componentes de uma mistura de partículas primeiro desenvolvem diferentes acusações por contacto com uma superfície de metal, ou de partícula para partícula entre em contato em um leito fluidizado, dispositivo de alimentação. Como as partículas caem através do campo elétrico na zona de eletrodo, trajetória do cada partícula é desviada em direção ao eletrodo de carga oposta. Depois de uma certa distância, caixas de coleção são empregadas para separar os fluxos. Instalações típicas exigem múltiplos estágios de separador com reciclagem da fração mediano. Alguns dispositivos usam um fluxo constante de gás para auxiliar o transporte das partículas através da zona de eletrodo.

Figura 5. "Free fall‿ triboelectrostatic separador

Este tipo de separador de queda livre também tem limitações no tamanho das partículas do material que pode ser processado. O fluxo dentro da zona de eletrodo deve ser controlado para minimizar a turbulência para evitar "smearing‿ da separação. A trajetória de partículas finas são mais efetuado pela turbulência desde a aerodinâmica forças de arraste em partículas finas são muito maiores que as forças gravitacionais e eletrostáticas. As partículas muito finas também tendem a recolher-se nas superfícies do elétrodo e devem ser removidas por qualquer método. Partículas de menos de 75 µm não podem ser efetivamente separados.

Outra limitação é que a partícula de carga dentro da zona de eletrodo deve ser baixa para evitar efeitos de carga de espaço, que limitar a taxa de processamento. Passar o material através da zona de eletrodo inerentemente resulta em uma separação de fase única, desde que não há nenhuma possibilidade de re-carregamento de partículas. Por conseguinte, sistemas de múltiplos estágios são necessários para melhorar o grau de separação, incluindo re-carregamento do material pelo contato subsequente com um dispositivo de carregamento. O volume de equipamentos resultante e a complexidade aumenta..

Em contraste com os outros processos de separação eletrostática disponível, o separador de correia de triboelectrostatic é ideal para a separação de muito bem (<1 µm) a moderadamente grossa (300µm) materiais com quantidade muito alta. O carregamento de partículas triboelectric é eficaz para uma ampla gama de materiais e requer apenas a partícula – contato da partícula. O pequeno espaço, alto campo elétrico, fluxo de corrente do contador, agitação vigorosa da partícula-partícula e auto-limpeza ação do cinto sobre os eletrodos são as características essenciais do separador. A separação de vários estágios de alta eficiência através de carregamento / reciclagem interna e recarga resulta em separações de cores muito superiores e é eficaz em materiais finos que não podem ser separados em tudo com as técnicas convencionais.

APLICAÇÕES DE SEPARAÇÃO DE CORREIA TRIBOELECTROSTATIC

Cinza de mosca

A tecnologia de separação de cinto triboelectrostatic primeiro foi aplicada industrialmente para o processamento da cinza de mosca de combustão de carvão em 1995. Para a aplicação de cinza de mosca, a tecnologia tem sido eficaz na separação de partículas de carbono da combustão incompleta de carvão, de partículas minerais aluminossilicato vidrados na cinza de mosca. A tecnologia tem sido fundamental no sentido de permitir reciclagem da cinza de mosca a rica em minerais como substituto na produção de concreto de cimento. Desde 1995, 19 separadores de cinto triboelectrostatic operam nos EUA, Canadá, REINO UNIDO, e Polónia, processamento ao longo 1,000,000 toneladas de cinzas volantes anualmente. A tecnologia é agora também na Ásia com o primeiro separador instalado na Coreia do Sul este ano. A história industrial da cinza de mosca separação está listada na tabela 1.

Tabela 1. Separação de correia industrial aplicação de Triboelectrostatic para cinza de mosca

Aplicações de minerais

Separação eletrostática têm sido extensivamente usadas para beneficiamento para uma grande variedade de minerais "Manouchehri-parte 1 (2000)‿. Enquanto a maioria dos aplicativos utilizam as diferenças de condutibilidade elétrica de materiais com os separadores do tipo coroa-tambor, comportamento de carregamento triboelectric com separadores de queda livre também é usado em balanças industriais "Manouchehri-parte 2 (2000)‿. Uma amostra das aplicações de processamento de triboelectrostatic relatados na literatura é listada na tabela 2. Enquanto isso não é uma listagem exaustiva das aplicações, Esta tabela ilustra o alcance potencial de aplicações para processamento de eletrostática de minerais.

Tabela 2. Triboelectrostatic relatado separação de minerais

Planta piloto extensa e testes de campo de muitas separações materiais desafiadoras na indústria de minerais foram realizados usando o separador de correia triboelectrostatic. Exemplos de resultados de separação são mostrados na tabela 3.

Tabela 3. Exemplos, separações de minerais usando separação de correia triboelectrostatic

Uso do separador de correia triboelectrostatic tem sido demonstrado para efetivamente beneficiam muitas misturas minerais. Desde que o separador pode processar materiais com tamanhos de partícula de cerca 300 µm para menos de 1 µm, e a separação de triboelectrostatic é eficaz para materiais isolantes e condutores, a tecnologia grandemente estende a gama de material aplicável sobre separadores eletrostáticos convencionais. Desde a tribo- processo eletrostático é totalmente seco, seu uso elimina a necessidade de material de secagem e tratamento de processos de flotação de resíduos líquidos.

CUSTO DE SEPARAÇÃO DE CORREIA TRIBOELECTROSTATIC

Comparação de flotação convencional de barita

Um comparativo de custo estudo foi encomendado pela STET e conduzido por Soutex Inc. Soutex é que um Quebec Canadá baseado empresa de engenharia com vasta experiência em flotação molhada e avaliação do processo de separação eletrostática e projeto. O estudo comparou o capital e os custos operacionais do processo de separação triboelectrostatic cinto de flutuação de espuma convencional para o beneficiamento de um minério de barita de baixo grau. Ambas as tecnologias atualizar a barita pela remoção de sólidos de baixa densidade, principalmente de quartzo, para produzir um American Petroleum Institute (API) perfuração de barita grau com SG maior que 4.2 g/ml. Resultados de flotação basearam-se na planta piloto estudos realizados pelo laboratório metalúrgico nacional indiano (LRG 2004)18. Triboelectrostatic correia separação resultados foram baseados em estudos de planta-piloto usando minérios alimentação semelhantes. O desenvolvimento do diagrama de estudo económico comparativo incluído, saldos de matéria e energia, dimensionamento de equipamentos principais e cotação para flotação e tribo- processos de separação eletrostática correia. A base para ambos os diagramas é o mesmo, processamento de 200,000 t/y de barita alimentar com SG 3.78 para produzir 148,000 t/y de perfuração produto de barita grau com SG 4.21 g/ml. A estimativa do processo de flotação não inclui quaisquer custos para água de processo, ou tratamento de água.

Diagramas foram gerados por Soutex para o processo de flotação de barita (Figura 6), e o processo de separação de correia triboelectrostatic (Figura 7).

Figura 6 Diagrama de processo de flotação de barita

Figura 7 Barita triboelectrostatic cinto separação diagrama de processo

Diagramas de teses não incluem um minério cru esmagar sistema, o que é comum a ambas as tecnologias. Moagem de alimentação para o caso de flotação é realizado usando um moinho de esfera de polpa molhada com classificador de ciclone. Moagem de alimentação para o caso de separação do cinto de triboelectrostatic é realizado usando um seco, moinho de rolos vertical com classificador dinâmico integral.

O diagrama de separação do cinto de triboelectrostatic é mais simples do que de flotação. Separação de tribo-electostatic correia é alcançada em um único estágio sem adição de qualquer reagentes químicos, em comparação com três estágios flotação com ácido oleico usado como um coletor de barita e silicato de sódio como um calmante para o ganga de sílica. Um floculante também é adicionado como um reagente para espessamento no processo de flotação de barita. Não de desaguamento e secagem equipamento é necessário para separação de correia triboelectrostatic, em comparação com espessantes, filtros-prensa, e secadores rotativos exigidos para o processo de flotação de barita.

Capital e custos operacionais

Uma estimativa de custo detalhada capital e operacional foi realizada por Soutex para ambas as tecnologias, utilizando cotações de equipamentos e o método de custo fatorada. Os custos operacionais foram estimados para incluir a exploração do trabalho, manutenção, energia (elétrica e combustível), e consumíveis (ex., custos de reagente químico para flotação). Os custos de entrada foram baseados em valores típicos para uma planta hipotética, localizado perto da montanha batalha, Nevada-EUA.

O custo total de propriedade mais de dez anos foi calculado a partir do custo de capital e operacional, assumindo uma 8% taxa de desconto. Os resultados da comparação de custo estão presentes como porcentagens relativas na tabela 4

Tabela 4. Comparação de custo para processamento de barita

O custo total da compra de bens de equipamento para o processo de separação do cinto de triboelectrostatic é ligeiramente menor do que para flotação. No entanto, quando o total das despesas de capital é calculado para incluem a instalação de equipamentos, custos de tubulação e elétricos, e o processo de custos de construção, a diferença é grande. O custo total do capital para a tribo- é o processo de separação eletrostática correia 63.2% do custo do processo de flotação. O custo significativamente mais baixo para o processo seco resulta do diagrama mais simples. Os custos operacionais para o processo de separação do cinto de triboelectrostatic é 75.5% do processo de flotação, devido principalmente a reduzir os requisitos de pessoal operacional e baixo consumo de energia.

O custo total de Propriedade do processo de separação de triboelectrostatic cinto é significativamente menos do que para flotação. O autor do estudo, Soutex Inc., concluiu que o processo de separação do cinto de triboelectrostatic oferece vantagens óbvias em CAPEX, OPEX, e simplicidade operacional.

CONCLUSÃO

O separador de correia triboelectrostatic fornece à indústria de transformação mineral um meio para materiais finos beneficiam com uma tecnologia totalmente seco. O processo ambientalmente amigável pode eliminar processamento molhado e necessária a secagem do material final. O processo requer pouco, Se qualquer, pré-tratamento do material que não seja de moagem e opera em alta capacidade-até 40 toneladas por hora por uma máquina compacta. Consumo de energia é baixo, menos de 2 kWh / tonelada de material processado. Uma vez que a emissão apenas potencial do processo é poeira, permitindo que é relativamente fácil.

Um estudo de custo comparando o processo de separação do cinto de triboelectrostatic a flutuação de espuma convencional para barita foi completado por Soutex Inc. O estudo mostra que o capital total custo para o processo de separação do cinto de triboelectrostatic seco é 63.2% do processo de flotação. O total de custos para a separação de cinto triboelectrostatic de operação é 75.8% do custo para flotação operacional. O autor do estudo conclui que a seco, processo de separação de cinto triboelectrostatic oferece vantagens óbvias em CAPEX, OPEX, e simplicidade operacional.

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