Экономические преимущества сухих Triboelectric разделения минералов

Экономические преимущества сухих Triboelectric разделения минералов

Льюис Бейкер, Кайл P. Флинн, Фрэнк J. Грач, и Стивен Гонсиоровский

Оборудование ST & Технологии ООО, Массачусетс Needham 02494 США

АННОТАЦИЯ

Оборудование ST & Технологии ООО (СТЕТ) Трибоэлектростатический пояс сепаратора обеспечивает минеральных перерабатывающей промышленности получили прекрасные материалы с полностью сухой технологии. Высокая эффективность разделения многоступенчатый через внутренние зарядки/подзарядки и перерабатывают результаты намного превосходит цветоделение чем может быть достигнуто с другими обычными системами электростатических одноступенчатые. Triboelectric пояс сепаратора технология использовалась для разделения широкий спектр материалов, включая смеси стеклоуглерода алюмосиликаты, кальцит/кварц, Тальк/магнезита, и барита/кварц. Возможности расширенной разделения Стет системы может быть весьма эффективной альтернативой флотационных процессов. Экономическое сравнение, проведенного независимого обогатительное консалтингом пояс сепаратора Трибоэлектростатический по сравнению с обычными флотации для барита / Кварц разделение иллюстрирует преимущества сухой обработки минералов. Используя результаты этого сухого процесса в более простой процесс потока лист с меньше оборудования, чем флотацию с капиталом и эксплуатационные расходы сокращены на ≥30%.

Ключевые слова: полезные ископаемые, сухой сепарации, Барит, Трибоэлектростатический зарядки, Сепаратор пояса, зола

ВВЕДЕНИЕ

Отсутствие доступа к пресной воде становится одним из основных факторов, влияющих на возможности горнодобывающих проектов по всему миру. По словам Флеминг Хьюберт, бывший директор глобальной для воды люк, «Из всех проектов добычи в мире, которые либо были остановлены или замедлились за прошедший год, Он был, в почти 100% случаев, в результате вода, либо непосредственно или indirectly‿ (Блин 2013)1. Методы обработки сухих минеральных предлагают решения этой надвигающейся проблемы.

Мокрого способа отделения методы, такие как пена флотационный требуют добавления химических реагентов, которые должны быть обработаны надежно и удалялись экологически ответственным образом. Неизбежно, это не возможно работать с 100% рециркуляции воды, требующих утилизации по крайней мере часть технологической воды, скорее всего, содержащие следовых количеств химических реагентов.

Сухие методы, такие как электростатической сепарации устранит потребность в пресной воде, и открывают возможности для сокращения расходов. Одним из наиболее многообещающих новых разработок в сухих минеральных цветоделение является Трибоэлектростатический пояс сепаратора. Эта технология расширила диапазон размеров частиц до тонких частиц, чем обычные электростатической сепарации технологий, в диапазон, где была успешной в прошлом только флотации.

ТРИБОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РЕМЕНЬ РАЗДЕЛЕНИЯ

Трибоэлектростатический пояс сепаратора использует электрический заряд различия между материалы, подготовленные поверхности контакта или triboelectric зарядки. Когда два материалы находятся в контакте, материал с выше сродство для электронов выгоды электронов и таким образом отрицательные обвинения, При этом материал с нижней электрона сродство обвинения позитивные. Этот контакт обмен бесплатно наблюдается универсально для всех материалов, порой вызывает электростатический раздражителей, которые являются проблемой в некоторых отраслях промышленности. Энергия сродства к электрону зависит от химического состава поверхности частицы и приведет к существенной дифференциальной зарядки материалов в смеси дискретных частиц различного состава.

В Трибоэлектростатический пояс сепаратора (Цифры 1 и 2), материал подается в тонких разрыв 0.9 – 1.5 см (0.35 -0.6 в.) между двух параллельных плоские электроды. Частицы заряжаются triboelectrically interparticle контакты.

Например, в случае сжигания угля зола, смесь частиц углерода и минеральных частиц, положительно заряженные углерода и отрицательно заряженный минеральных привлекают противоположных электродов. Частицы затем сметены движущихся открытого mesh ленточная и передал в противоположных направлениях. Пояса перемещает частицы, прилегающих к каждый электрод на противоположных концах разделителя. Электрическое поле нужно переместить только частицы крошечную часть сантиметр для перемещения частиц из влево перемещение в право перемещение поток. Противотока сепарации частиц и постоянное triboelectric зарядки углеминеральных столкновения обеспечивает многоступенчатый разделения и приводит к отличным чистоты и восстановления в блок один проход. Высокая скорость позволяет также очень высокой производительностью, до 40 тонн в час на один сепаратор. Контролируя различных параметров процесса, Например, скорость ленты, кормить точки, зазор электрода и скорость подачи, прибор производит низкоуглеродистых золы на содержание углерода 2 % ± 0.5% от подачи золы диапазоне углерода от 4% для более 30%.

Рисунок 1. Схема triboelectric пояс сепаратора

Конструкция сепаратора является относительно простой. Пояса и связанные ролики являются только движущихся частей. Электроды, стационарные и состоит из должным образом прочного материала. Пояс изготовлен из пластического материала. Длина электрода сепаратор составляет примерно 6 метров (20 футов) и ширина 1.25 метров (4 футов) полный размер коммерческих единиц. Потребляемая мощность-о 1 киловатт-час на тонну материала, обработанных с большей мощности, потребляемой двумя моторами, приводной ремень.

Рисунок 2. Деталь зоны разъединения

Этот процесс является полностью сухой, требует без дополнительных материалов и производит без выбросов отходов воды или воздуха. В случае углерода от золы цветоделения, Восстановленные материалы состоят из летучей золы, снижение содержания углерода до уровня, пригодного для использования в качестве пуццолановых добавка в бетон, и небольшая высоким содержанием углерода, которые могут быть записаны в электроэнергии завод. Использование обоих потоков продукции обеспечивает 100% решение проблем утилизации золы уноса.

Трибоэлектростатический пояс сепаратора относительно компактные. Машина, предназначенная для обработки 40 тонн в час составляет примерно 9.1 метров (30 ft) длинный, 1.7 метров (5.5 футов) широкий и 3.2 метров (10.5 футов) высокая. Необходимый баланс завода состоит из систем передать сухой материал от разделителя и. Компактность системы обеспечивает гибкость в установке конструкций.

Рисунок 3. Коммерческие Трибоэлектростатический пояс сепаратора

Сравнение с другими процессами, электростатической сепарации

Трибоэлектростатический пояс сепарационные технологии значительно расширяет спектр материалов, которые могут быть монополистические электростатических процессами. Наиболее часто используемые процессы электростатического полагаются на различия в электрической проводимости материалов должны быть разделены. В этих процессах, материал необходимо связаться с заземлением барабан или пластины обычно после материальных частиц отрицательно заряженные по ионизирующим коронного разряда. Проводящие материалы будут быстро теряют свой заряд и выбрасываться из барабана. Непроводящих материал продолжает быть привлечены к барабану, так как заряд будет рассеивать более медленно и упадет или щеткой из барабана после отделения от ведения материала. Эти процессы ограничены способности из-за нужный контакт каждой частицы барабан или пластины. Эффективность этих контакта зарядки процессы также ограничиваются частицы о 100 мкм или более крупные из-за необходимости связаться с заземлением пластины и динамика потока требуется частица. Частицы разных размеров также будет иметь различные потока динамику инерционного воздействием и приведет к деградации разделения. Следующая диаграмма (Рисунок 4) иллюстрирует основные особенности этого вида сепаратора.

Рисунок 4. Электростатического Сепаратор барабанный (Старший 2003)2

Трибоэлектростатический увольнений не ограничиваются разделение проводящие / но непроводящих материалов зависит от хорошо известно явление переноса заряда, фрикционного контакта материалов с разнородными химии поверхности. Этот феномен был использован в «свободный fall‿ процессы разделения на протяжении десятилетий. Такой процесс является

показано на рисунке 5. Компонентов смеси частиц сначала разработать различные обвинения контактом или с металлической поверхности, или путем частиц для частиц в кипящем питание устройства. Поскольку частицы попадают через электрическое поле в зоне электрод, Каждая частица траектории отклоняются сторону электрода противоположного заряда. После определенного расстояния, Коллекция ячеек используются для разделения потоков. Типичная установка требуют несколько этапов сепаратор с корзины середнячок дроби. Некоторые устройства используют постоянный поток газа для оказания помощи транспортировки частиц через зону электрод.

Рисунок 5. «Бесплатные fall‿ Трибоэлектростатический сепаратор

Этот тип сепаратора свободного падения также имеет ограничения по размеру частиц материала, который может быть обработан. Поток в зоне электрода должна контролироваться для минимизации турбулентности, чтобы избежать «smearing‿ разделения. Траектории частиц являются более осуществляется турбулентности, так как аэродинамические перетащите силы на мелкие частицы гораздо больше, чем гравитационного и электростатических сил. Очень мелкие частицы будут также склонны собирать на поверхности электрода и должны быть удалены некоторые методом. Частицы менее 75 нельзя эффективно отделять мкм.

Еще одним ограничением является, что частица загрузки в пределах зоны электрода должен быть низким, чтобы предотвратить эффекты пространственного заряда, ограничивают скорость обработки. Прохождения зоны электрода материал по сути приводит в один этап разделения, Поскольку нет возможности для повторной зарядки частиц. Поэтому, многоступенчатых систем требуются для повышения степени разделения, включая повторной зарядки материала при последующем контакте с зарядным устройством. Результате объем оборудования и сложность увеличивается соответственно.

В отличие от других процессов доступных электростатической сепарации, Трибоэлектростатический пояс сепаратора идеально подходит для разделения очень тонкой (<1 мкм) для умеренно грубый (300мкм) материалы с высокой производительностью. Частица triboelectric зарядки эффективна для широкого спектра материалов и требует только частицы — частицы контакт. Небольшой зазор, высокое электрическое поле, противотока, энергичных частиц частица агитации и самоочищающиеся действий пояса на электроды являются критические характеристики сепаратора. Высокая эффективность разделения многоступенчатый через зарядный / подзарядки и внутренней переработки приводит намного превосходит цветоделение и эффективна на тонкой материалов, которые не разделены на всех обычных методов.

ПРИМЕНЕНИЕ ТРИБОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОЯСА РАЗДЕЛЕНИЯ

Зола

Технология сепарации пояса Трибоэлектростатический впервые была применена промышленно к обработке сгорания угольной летучей золы в 1995. Для применения золы уноса, технология была эффективной в отделение частиц углерода от неполного сгорания угля, из минеральных частиц стекловидный алюмосиликатных в летучей золы. Технология была инструментом, позволяющим переработки золы богатых минеральными ресурсами как замена цемента в производстве бетона. Начиная с 1995, 19 в США действуют Трибоэлектростатический пояса сепараторы, Канада, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, и Польша, Обработка 1,000,000 тонны золы ежегодно. Технология в настоящее время также в Азии с первого сепаратора установлены в Южной Корее в этом году. Промышленная история разделения золы указана в таблице 1.

Таблица 1. Промышленное применение Трибоэлектростатический пояса разделения золы

Минеральные приложения

Электростатические цветоделение широко использовались для обогащения для большого спектра минералов «Manouchehri-часть 1 (2000)‿. Хотя большинство приложений используют различия в электрической проводимости материалов с сепараторы типа Корона барабан, Triboelectric зарядки поведение с падения разделители также используется в промышленных масштабах «Manouchehri-часть 2 (2000)‿. Образец приложения обработки Трибоэлектростатический, сообщили в литературе указана в таблице 2. Хотя это не исчерпывающий список приложений, Эта таблица иллюстрирует потенциальные спектр приложений для электростатического обработки полезных ископаемых.

Таблица 2. Сообщил Трибоэлектростатический разделение минералов

Обширные опытном и полевые испытания многих сложных материалов цветоделения в горнодобывающей промышленности были проведены с использованием Трибоэлектростатический пояс сепаратора. В таблице приведены примеры разделения результатов 3.

Таблица 3. Примеры, Минеральные цветоделение с использованием Трибоэлектростатический пояса разделения

Использование разделителя пояса Трибоэлектростатический был продемонстрировано эффективно воспользоваться многие минеральных смесей. Так как разделителя может обрабатывать материалы с размерами частиц от приблизительно 300 мкм до менее чем 1 мкм, и разделение Трибоэлектростатический является эффективным для изоляционных и проводящие материалы, технология значительно расширяет спектр применимых материала над обычными электростатические сепараторы. Начиная с Трибо- электростатические процесс полностью сухой, Использование это устраняет необходимость для сушки материала и жидких отходов, обработка от флотационных процессов.

СТОИМОСТЬ ТРИБОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОЯСА РАЗДЕЛЕНИЯ

Сравнение с обычными флотации для барита

Сравнительная стоимость исследования был заказан Стет и проводимых Soutex Inc. Soutex является Квебек Канада на основе инжиниринговая компания с обширным опытом в мокрой флотации и электростатической сепарации процесс оценки дизайна. Исследовании сравнивали, капитал и эксплуатационные расходы Трибоэлектростатический пояса разделения процесса флотации обычных пены для обогащения низкокачественного баритовой руды. Обе технологии обновления барита путем удаления низкой плотности твердых тел, главным образом кварц, производить Американский нефтяной институт (API) Бурение класс барита с SG больше, чем 4.2 г/мл. Флотация результаты были основаны на опытном исследования, проведенные индийской Национальной металлургической лаборатории (NML 2004)18. Трибоэлектростатический ремень разделения результаты были основаны на опытном исследования с использованием аналогичных подачи руды. Разработка технологической схемы сравнительного экономического исследования включали, материальных и энергетических балансов, Основное оборудование калибровки и котировки для флотации и Трибо- процессы разделения электростатический пояса. Основой для обеих технологических карт является то же самое, Обработка 200,000 t/y барита, кормить с SG 3.78 для производства 148,000 t/y бурения класса барита продукта с SG 4.21 г/мл. Флотационный процесс оценки не включают каких-либо расходов для отработанная вода, или воды.

Технологические схемы были получены по Soutex для процесса флотации барита (Рисунок 6), и процесс разделения Трибоэлектростатический ремня (Рисунок 7).

Рисунок 6 Флотационный баритовый технологическая схема

Рисунок 7 Барит Трибоэлектростатический пояса разделения процесса технологической схемы

Диссертации технологических карт не включают сырой руды дробильно системы, который является общим для обеих технологий. Корма шлифовальные для флотации случае осуществляется с помощью влажной мякоти шаровая мельница с циклоном классификатора. Корма шлифовальные для разделения Бельт Трибоэлектростатический осуществляется с помощью сухой, Вертикальная мельница с составной динамический классификатор.

Технологической схемы разделения пояса Трибоэлектростатический проще, чем флотации. Трибо electostatic ремень разделение достигается в одной стадии без добавления каких-либо химических реагентов, по сравнению с три стадии флотации с олеиновой кислоты используется как коллекционер для барита и силикат натрия как успокоительное средство для породных кремнезема. Флокулянт также добавляется в качестве реагента для утолщения в случае флотационный баритовый. Не обезвоживание и сушка оборудование требуется для разделения Трибоэлектростатический ремня, по сравнению с загустители, фильтр-прессов, и роторные сушилки, необходимых для процесса флотации барита.

Капитальные и эксплуатационные затраты

Подробные капитала и оперативные сметы была выполнена Soutex для обеих технологий, с использованием оборудования котировок и разложенном стоимость метод. По оценкам, эксплуатационные расходы включают работы труда, техническое обслуживание, Энергия (электрические и топлива), и расходные материалы (Например, химический реагент расходы для флотации). Затраты были основаны на типичные значения для гипотетической завод, расположенный вблизи Батл-Маунтин, Невада США.

Общая стоимость владения более десяти лет рассчитывалась из капитальных и эксплуатационных расходов, взяв на себя 8% ставка дисконтирования. Результаты сравнения стоимости присутствуют как относительные показатели в таблице 4

Таблица 4. Стоимость сравнение для обработки барита

Общая стоимость капитального оборудования для процесса разделения пояса Трибоэлектростатический это немного меньше, чем для флотации. Однако когда общее капитальных расходов рассчитывается включить установку оборудования, трубопроводов и электрических затрат, процесс, расходов на строительство и, разница велика. Общая стоимость капитала для Трибо- процесс разделения электростатический пояса 63.2% стоимости процесса флотации. Значительно более низкой стоимости для сухой процесс результаты из более простых схем. Эксплуатационные расходы для процесса разделения пояса Трибоэлектростатический является 75.5% процесса флотации благодаря главным образом более низких оперативных потребностей сотрудников и низкое потребление энергии.

Общая стоимость владения процесс разделения пояса Трибоэлектростатический – значительно меньше, чем для флотации. Автор исследования, Soutex Inc., пришел к выводу, что процесс разделения пояса Трибоэлектростатический предлагает очевидные преимущества в КАПВЛОЖЕНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ, и оперативной простота.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трибоэлектростатический пояс сепаратора обеспечивает минеральных перерабатывающей промышленности получили прекрасные материалы с полностью сухой технологии. Процесс экологически может устранить мокрой обработки и требуется сушка окончательного материала. Этот процесс требует мало, Если любой, Предварительная обработка материала помимо помола и работает на высокой емкости – до 40 тонн в час на компактные машины. Низкое потребление энергии, меньше чем 2 кВтч / тонну материала обработанные. Так как только потенциальных выбросов процесса пыли, позволяет сравнительно легко.

Было завершено исследование стоимости сравнения Трибоэлектростатический пояса разделения процесса флотации обычных пены для барита, Soutex Inc. Исследование показывает, что общая стоимость для процесса разделения пояс сухой Трибоэлектростатический столица 63.2% процесс флотации. Сумма эксплуатационных расходов для разделения Трибоэлектростатический ремня 75.8% из операционных затрат для флотации. Автор исследования приходит к выводу, что сухой, процесс разделения пояса Трибоэлектростатический предлагает очевидные преимущества в КАПВЛОЖЕНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ, и оперативной простота.

ССЫЛКИ

1.Блин, P & Дион Ортега, A (2013) Высокое и сухое, CIM журнал, Vol. 8, Нет. 4, PP. 48-51.

2.Старший, J. & Ян, E (2003) eForce.- Новое поколение электростатического сепаратор для горнодобывающей промышленности пески, Тяжелые минералы Конференция, Йоханнесбург, Южноафриканский институт горного дела и металлургии.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Роа, K, & Foressberg, K (2000), Обзор методов электрическое разъединение, Часть 1: Основные аспекты, Полезные ископаемые & Металлургической обработки, Vol 17, Нет. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Роа, K, & Foressberg, K (2000), Обзор методов электрическое разъединение, Часть 2: Практические соображения, Полезные ископаемые & Металлургической обработки, Vol 17, Нет. 1 PP 139- 166.

5.Сирлс, J (1985) Поташ, Глава в минеральных факты и проблемы: 1985 Издание, Соединенные Штаты Бюро шахт, Вашингтон Округ Колумбия.

6.Бертон, R & Бишара, M, (1975) Электростатической сепарации калийных руд, Патент США # 3,885,673.

7.Бренды, L, Бейе, P, & Шталь, Я (2005) Электростатической сепарации, Wiley-VCH verlag, ГмбХ & Co.

8.Фрааса, F (1962) Электростатической сепарации сыпучих материалов, США Бюро шахт, Бюллетень 603.

9.Фрааса, F (1964), Предварительная обработка полезных ископаемых для электростатической сепарации, Патент США 3,137,648.

10.Линдли, K & Роусон, N (1997) Кормить подготовка факторы, влияющие на эффективность электростатической сепарации, Разделение магнитных и электрических, Vol 8 PP 161-173.

11.Inculet, Я (1984) Электростатической сепарации полезных ископаемых, Электростатика и электростатических приложений серии, Исследования исследований пресс, ООО, Джон Уайли & Сыновья, Inc.

12.Feasby, D (1966) Падения электростатической сепарации, фосфаты и кальцита частиц, Полезные ископаемые научно-исследовательская лаборатория, Nos лаборатории. 1869, 1890, 1985, 3021, и 3038, Книга 212, Доклад о ходе работы.

13.Стенцель, J & Цзян, X (2003) Пневматические Транспорт, Triboelectric обогатительную для Флориде фосфатной промышленности, Исследовательский институт фосфат Флорида, Публикация ЦСИМ No. 02-149-201, Декабрь.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelectric зарядки, Электрофизические свойства и электрические обогащения потенциал из химически лечение полевого шпата, Кварц, и волластонита, Разделение магнитных и электрических, Vol 11, Нет 1-2 PP 9-32.

15.Вентер, J, Vermaak, M, & Брюэр, J (2007) Влияние поверхностных эффектов на электростатической сепарации, циркон и рутил, 6-я конференция Международной тяжелых минералов, Южный Африканский институт горного дела и металлургии.

16.Celik, М и Яшар, E (1995) Влияние температуры и примесей на электростатической сепарации материалов бора, Минералы инженерных, Vol. 8, Нет. 7, PP. 829-833.

17.Фрааса, F (1947) Примечания на сушку для электростатической сепарации частиц, AIME Tec. Паб 2257, Ноябрь.

18.NML (2004) Обогащение низкосортных барита (результаты экспериментального завода), Окончательный доклад, Национальная металлургическая лаборатория, Джамшедпур Индии, 831 007