Hospodárske výhody vyplývajúce zo suchej Triboelectric oddelenie nerastných surovín

Hospodárske výhody vyplývajúce zo suchej Triboelectric oddelenie nerastných surovín

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

Zariadenia ST & Technology LLC, Needham, Massachusetts 02494 USA

Abstraktné

Zariadenia ST & Technology 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. Technológia triboelektrického separátora pásov bola použitá na separáciu širokej škály materiálov vrátane zmesí sklovitých hlinitokremičitanov / uhlíka, kalcit/kremenník, mastenec/magnezit, a baryt/kremeň. Vylepšené oddelenie schopnosti STETI systému môžu byť veľmi efektívnu alternatívu k flotačné postupy. An economic comparison conducted by an independent mineral processing consulting firm of the triboelectrostatic belt separator versus conventional flotation for barite / Quartz oddelenie ilustruje výhody suchého spracovania nerastov. S využitím výsledkom suchý proces jednoduchší proces toku list s menším vybavením ako flotačné kapitálové a prevádzkové náklady zníži o ≥ 30%.

Kľúčové slová: minerálne látky, suchej separácie, barytu, Triboelektrostatické nabíjanie, deliaci pás, Popolček

ÚVOD

Nedostatočný prístup k sladkej vode sa stáva hlavným faktorom ovplyvňujúcim uskutočniteľnosť ťažobných projektov na celom svete. Podľa Huberta Fleminga, Bývalý globálny riaditeľ spoločnosti Hatch Water, "Zo všetkých ťažobných projektov na svete, ktoré boli za posledný rok zastavené alebo spomalené., bolo to, Takmer v 100% prípadov, Výsledok vody, either directly or indirectly‿ (Blin 2013)1. Metódy spracovania suchých minerálov ponúkajú riešenie tohto hroziaceho problému.

Metódy mokrej separácie, ako je flotácia peny, vyžadujú pridanie chemických činidiel, s ktorými sa musí bezpečne manipulovať a likvidovať environmentálne zodpovedným spôsobom. Nevyhnutne nie je možné pracovať s 100% Recyklácia vody, vyžadovanie likvidácie aspoň časti technologickej vody, pravdepodobne obsahujúce stopové množstvá chemických činidiel.

Suché metódy, ako je elektrostatické oddelenie, eliminujú potrebu sladkej vody, a ponúknuť potenciál na zníženie nákladov. Jedným z najsľubnejších nových vývojov v oblasti separácie suchých minerálov je triboelektrostatický pásový separátor. Táto technológia rozšírila rozsah veľkosti častíc na jemnejšie častice ako konvenčné technológie elektrostatického oddelenia., do rozsahu, v ktorom bola v minulosti úspešná iba flotácia.

ODDELENIE TRIBOELEKTROSTATICKÉHO PÁSU

Triboelektrostatický pásový separátor využíva rozdiely elektrického náboja medzi materiálmi produkovanými povrchovým kontaktom alebo triboelektrickým nabíjaním. Keď sa dva materiály sú v kontakte, materiál s vyššou afinitou k elektrónom získava elektróny a tým sa nabíja záporne, zatiaľ čo materiál s nižšou elektrónovou afinitou sa nabíja kladne. Tento kontakt výmeny poplatku je všeobecne pozorovaný pre všetky materiály, občas spôsobuje elektrostatický škodlivín, ktoré sú problémom v niektorých odvetviach. Elektrónová afinita závisí od chemického zloženia povrchu častíc a bude mať za následok podstatné diferenciálne nabíjanie materiálov v zmesi diskrétnych častíc rôzneho zloženia.

V triboelektrostatickom oddeľovači pásov (Čísla 1 a 2), materiál je privádzaný do tenkej medzery 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 in.) medzi dvoma rovnobežnými rovinnými elektródami. Častice sú triboelectrically nabité medzičastou kontaktu.

Napríklad, v prípade spaľovacieho popola na mušky, zmes uhlíkových častíc a minerálnych častíc, kladne nabitý uhlík a záporne nabitý minerál sú priťahované k opačným elektródam. Častice sú potom zametené kontinuálnym pohybujúcim sa pásom s otvorenou sieťou a prenášané v opačných smeroch.. Pás sa pohybuje vedľa každej elektróde smerom opačných koncoch oddeľovač častice. Elektrické pole potrebuje len presunúť častice o malý zlomok centimetra, aby sa častica presunula z ľavého do pravého toku.. 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. Vysoký pás rýchlosť umožňuje veľmi vysoký výkon, až do 40 ton za hodinu na jednom separátore. Ovládanie rôznych parametrov procesu, napríklad rýchlosť pohybu pásu, vysielacie štúdio, medzera elektródy a rýchlosť podávania, zariadenie produkuje popol z nízkouhlíkových mušiek pri obsahu uhlíka 2 % ± 0.5% z popola kŕmnej mušky v rozsahu uhlíka 4% k viac ako 30%.

Obrázok 1. Schéma triboelektrického oddeľovača pásov

Dizajn separátora je pomerne jednoduchý. Pás a pridružených valčeky sú len pohyblivé časti. Elektródy sú stacionárne a zložené z vhodne odolný materiál. Pás je vyrobený z plastového materiálu. Dĺžka separačnej elektródy je približne 6 Merače (20 ft.) a šírku 1.25 Merače (4 ft.) pre komerčné jednotky plnej veľkosti. Spotreba energie je o 1 kilowatthodín na tonu spracovaného materiálu, pričom väčšina energie spotrebuje dva motory poháňajúce pás.

Obrázok 2. Detail separačnej zóny

Proces je úplne suchý, nevyžaduje žiadne ďalšie materiály a neprodukuje žiadne odpadové vody ani emisie do ovzdušia. V prípade uhlíka z separácie popola z mušiek, zhodnotené materiály pozostávajú z popola z mušle zníženého v obsahu uhlíka na úrovne vhodné na použitie ako pozzolaniková prímes v betóne, a vysoko uhlíkovú frakciu, ktorá sa môže spáliť v elektrárni na výrobu elektrickej energie. Využitie oboch prúdov produkt poskytuje 100% Riešenie problémov s likvidáciou Popolček.

Triboelektrostatický oddeľovač pásov je relatívne kompaktný. Stroj určený na spracovanie 40 ton za hodinu je približne 9.1 Merače (30 ft) dlhé, 1.7 Merače (5.5 ft.) široké a 3.2 Merače (10.5 ft.) vysoká. Požadovaná rovnováha zariadenia pozostáva zo systémov na prepravu suchého materiálu do a z oddeľovača. Kompaktnosť systému umožňuje flexibilitu pri montážnych návrhoch.

Obrázok 3. Komerčný triboelektrostatický pásový separátor

Porovnanie s inými procesmi elektrostatickej separácie

Technológia triboelektrostatickej separácie pásov výrazne rozširuje škálu materiálov, ktoré môžu byť prospešné elektrostatickými procesmi. Najčastejšie používané elektrostatické procesy sa spoliehajú na rozdiely v elektrickej vodivosti materiálov, ktoré sa majú oddeliť. V týchto procesoch, materiál sa musí dotknúť uzemneného bubna alebo dosky, zvyčajne potom, čo sú častice materiálu záporne nabité ionizujúcim korónovým výbojom. Vodivé materiály rýchlo stratia svoj náboj a budú vyhodené z bubna. 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. Kapacita týchto procesov je obmedzená v dôsledku požadovaného kontaktu každej častice s bubnom alebo platňou. Účinnosť týchto procesov kontaktného nabíjania je tiež obmedzená na častice približne 100 µm or greater in size due to both the need to contact the grounded plate and the required particle flow dynamics. Častice rôznych veľkostí budú mať tiež odlišnú dynamiku prúdenia v dôsledku zotrvačných účinkov a budú mať za následok degradovanú separáciu. Nasledujúca schéma (Obrázok 4) ilustruje základné vlastnosti tohto typu separátora.

Obrázok 4. Drum electrostatic separator (Starší 2003)2

Triboelektrostatické separácie sa neobmedzujú len na separáciu vodivých / 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. Zložky zmesi častíc najprv vyvíjajú rôzne náboje kontaktom buď s kovovým povrchom, alebo kontaktom častice s časticami vo fluidizovanom zariadení na kŕmenie lôžka. Keď častice padajú elektrickým poľom v elektródovej zóne, Trajektória každej častice je vychýlená smerom k elektróde opačného náboja. Po určitej vzdialenosti, Na oddelenie tokov sa používajú zberné nádoby. Typické inštalácie vyžadujú viac separačných stupňov s recykláciou strednej frakcie. Niektoré zariadenia používajú stály prúd plynu na podporu prenosu častíc cez elektródovú zónu.

Obrázok 5. “Free fall‿ triboelectrostatic separator

Tento typ separátora voľného pádu má tiež obmedzenia vo veľkosti častíc materiálu, ktorý je možné spracovať. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing‿ of the separation. Trajektória jemných častíc je viac ovplyvnená turbulenciou, pretože aerodynamické sily odporu jemných častíc sú oveľa väčšie ako gravitačné a elektrostatické sily. Veľmi jemné častice budú mať tiež tendenciu zhromažďovať sa na povrchu elektród a musia byť odstránené nejakou metódou. Častice menšie ako 75 µm cannot be effectively separated.

Ďalším obmedzením je, že zaťaženie častíc v elektródovej zóne musí byť nízke, aby sa zabránilo účinkom náboja do priestoru, ktoré obmedzujú rýchlosť spracovania. Passing material through the electrode zone inherently results in a single-stage separation, since there is no possibility for re-charging of particles. Preto, multi-stage systems are required for improving the degree of separation including re-charging of the material by subsequent contact with a charging device. Výsledný objem a zložitosť zariadenia sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje.

Na rozdiel od iných dostupných elektrostatické deliace procesy, Triboelektrostatický pásový separátor je ideálny pre separáciu veľmi jemných (<1 µm) na stredne hrubé (300µm) materiály s vysokou priepustnosťou. Nabíjanie triboelektrických častíc je účinné pre širokú škálu materiálov a vyžaduje iba kontakt častíc s časticami. A malá medzera, vysokým elektrickým poľom, proti prúdu, 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 / Nabíjanie a vnútorná recyklácia vedie k oveľa lepším separáciám a je účinná na jemných materiáloch, ktoré sa nedajú vôbec oddeliť konvenčnými technikami.

APLIKÁCIE TRIBOELEKTROSTATICKEJ SEPARÁCIE PÁSOV

Popolček

Technológia triboelektrostatickej separácie pásov bola prvýkrát priemyselne použitá na spracovanie popolčeka zo spaľovania uhlia v 1995. Na aplikáciu popolčeka, Táto technológia bola účinná pri separácii uhlíkových častíc od neúplného spaľovania uhlia, zo sklenených hlinitého minerálnych častíc v popolčeku. Táto technológia bola nápomocná pri umožňovaní recyklácie popola bohatého na minerály ako náhrady cementu vo výrobe betónu.. Pretože 1995, 19 Triboelektrostatické pásové separátory pracujú v USA, Kanada, SPOJENÉ KRÁĽOVSTVO, a Poľsko, spracovanie cez 1,000,000 tons of fly ash annually. Táto technológia je teraz aj v Ázii, pričom prvý separátor bol tento rok nainštalovaný v Južnej Kórei. Priemyselná história separácie popolčeka je uvedená v tabuľke 1.

Tabuľka 1. Priemyselná aplikácia triboelektrostatickej separácie pásov pre popolček

Minerálne aplikácie

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)‿. Vzorka aplikácií triboelektrostatického spracovania uvedená v literatúre je uvedená v tabuľke 2. Aj keď nejde o vyčerpávajúci zoznam aplikácií, Táto tabuľka ilustruje potenciálny rozsah aplikácií pre elektrostatické spracovanie minerálov.

Tabuľka 2. Hlásená triboelektrostatická separácia minerálov

Rozsiahle pilotné testovanie mnohých náročných separácií materiálov v minerálnom priemysle bolo vykonané pomocou triboelektrostatického pásového separátora. Príklady výsledkov separácie sú uvedené v tabuľke 3.

Tabuľka 3. Príklady, separácie minerálov pomocou triboelektrostatickej separácie pásov

Bolo preukázané, že použitie triboelektrostatického pásového separátoru účinne prospieva mnohým minerálnym zmesiam. Pretože separátor dokáže spracovávať materiály s veľkosťou častíc približne od 300 μm až menej ako 1 µm, a triboelektrostatická separácia je účinná pre izolačné aj vodivé materiály, Táto technológia výrazne rozširuje rozsah použiteľného materiálu oproti bežným elektrostatickým separátorom. Since the tribo- electrostatic process is entirely dry, Jeho použitie eliminuje potrebu sušenia materiálu a manipulácie s kvapalným odpadom z flotačných procesov.

NÁKLADY NA ODDELENIE TRIBOELEKTROSTATICKÉHO PÁSU

Porovnanie s konvenčnou flotáciou pre baryt

Porovnávacia štúdia nákladov bola objednaná spoločnosťou STET a vykonaná spoločnosťou Soutex Inc. Soutex je inžinierska spoločnosť so sídlom v kanadskom Quebecu s rozsiahlymi skúsenosťami v oblasti hodnotenia a návrhu procesov mokrej flotácie a elektrostatickej separácie. 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. Obe technológie vylepšujú baryt odstránením pevných látok s nízkou hustotou, hlavne kremeň, vytvoriť Americký ropný inštitút (API) baryt vŕtacej triedy s SG väčším ako 4.2 g/ml. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Metallurgical Laboratory (NML 2004)18. Výsledky triboelektrostatickej separácie pásov boli založené na pilotných štúdiách závodu s použitím podobných kŕmnych rúd. Porovnávacia ekonomická štúdia zahŕňala vývoj vývojových listov, materiálová a energetická bilancia, major equipment sizing and quotation for both flotation and tribo- electrostatic belt separation processes. Základ pre oba vývojové listy je rovnaký, Spracovanie 200,000 t / y barytového krmiva s SG 3.78 vyrábať 148,000 t/y výrobku z barytu vrtnej kvality so SG 4.21 g/ml. Odhad flotačného procesu nezahŕňal žiadne náklady na procesnú vodu, alebo úprava vody.

Vývojové listy boli generované spoločnosťou Soutex pre proces flotácie barytu (Obrázok 6), a proces separácie triboelektrostatických pásov (Obrázok 7).

Obrázok 6 Vývojový list procesu flotácie barytu

Obrázok 7 Postup procesu separácie triboelektrostatického pásu barytu

Tieto vývojové listy neobsahujú systém drvenia surovej rudy, čo je spoločné pre obe technológie. Mletie krmiva pre flotačné puzdro sa vykonáva pomocou mokrého guľového mlyna na buničinu s cyklónovým klasifikátorom. Mletie posuvu pre puzdro na separáciu triboelektrostatického pásu sa vykonáva pomocou suchého, vertikálny valcový mlyn s integrovaným dynamickým klasifikátorom.

Postup separácie triboelektrostatického pásu je jednoduchší ako flotácia. 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. Flokulant sa tiež pridáva ako činidlo na zahusťovanie v puzdre na flotáciu barytu. Na oddelenie triboelektrostatického pásu nie je potrebné žiadne odvodňovacie a sušiace zariadenie, v porovnaní so zahusťovadlami, Filtračné lisy, a rotačné sušičky potrebné na proces flotácie barytu.

Kapitálové a prevádzkové náklady

Spoločnosť Soutex vykonala podrobný odhad kapitálových a prevádzkových nákladov pre obe technológie pomocou cenových ponúk zariadení a metódy faktorovaných nákladov. Odhaduje sa, že prevádzkové náklady zahŕňajú prevádzkovú prácu, údržba, energia (elektrina a palivo), a spotrebný materiál (Napr, Náklady na chemické činidlá pri flotácii). Vstupné náklady boli založené na typických hodnotách hypotetickej elektrárne nachádzajúcej sa v blízkosti Battle Mountain, Nevada, Spojené štáty americké.

Celkové náklady na vlastníctvo počas desiatich rokov sa vypočítali z kapitálových a prevádzkových nákladov za predpokladu, že 8% Diskontná sadzba. Výsledky porovnania nákladov sú uvedené v tabuľke v relatívnych percentách 4

Tabuľka 4. Porovnanie nákladov na spracovanie barytu

Celkové obstarávacie náklady na kapitálové vybavenie pre proces separácie triboelektrostatického pásu sú o niečo nižšie ako pri flotácii. Ak sa však celkové kapitálové výdavky vypočítajú tak, aby zahŕňali inštaláciu zariadenia, náklady na potrubie a elektrickú energiu, a náklady na budovanie procesov, Rozdiel je veľký. The total capital cost for the tribo- electrostatic belt separation process is 63.2% nákladov na flotačný proces. The significantly lower cost for the dry process results from the simpler flowsheet. Prevádzkové náklady na proces separácie triboelektrostatického pásu sú 75.5% flotačného procesu najmä z dôvodu nižších požiadaviek na prevádzkový personál a nižšej spotreby energií.

Celkové náklady na vlastníctvo procesu separácie triboelektrostatického pásu sú výrazne nižšie ako pri flotácii. Autor štúdie, Soutex Inc., dospel k záveru, že proces separácie triboelektrostatického pásu ponúka zjavné výhody v CAPEX, OPEX, a prevádzková jednoduchosť.

ZÁVER

Triboelektrostatický pásový separátor poskytuje priemyslu spracovania nerastov prostriedok na zvýhodnenie jemných materiálov úplne suchou technológiou. Proces šetrný k životnému prostrediu môže eliminovať mokré spracovanie a požadované sušenie finálneho materiálu. Tento proces vyžaduje málo, ak existujú, pre-treatment of the material other than grinding and operates at high capacity – up to 40 tons per hour by a compact machine. Spotreba energie je nízka, menej ako 2 kWh/ton of material processed. Pretože jedinou potenciálnou emisiou procesu je prach, Povoľovanie je relatívne jednoduché.

Spoločnosť Soutex Inc dokončila nákladovú štúdiu porovnávajúcu proces separácie triboelektrostatického pásu s konvenčnou flotáciou peny pre baryt. Štúdia ukazuje, že celkové kapitálové náklady na suchý proces separácie triboelektrostatického pásu sú 63.2% flotačného procesu. The total operating cost for triboelectrostatic belt separation is 75.8% prevádzkových nákladov na flotáciu. Autor štúdie dospel k záveru, že suché, proces separácie triboelektrostatického pásu ponúka zjavné výhody v CAPEX, OPEX, a prevádzková jednoduchosť.

REFERENCIE

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Vysoká a suchá, Časopis CIM, Vol. 8, nie. 4, PP. 48-51.

2.Starší, J. & Yan, E (2003) eForce.- Najnovšie generácie elektrostatické odlučovače pre minerály pieskov priemyslu, Konferencia o ťažkých mineráloch, Johannesburg, Juhoafrický inštitút baníctva a metalurgie.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Prehľad metód elektrického oddelenia, Časť 1: Základné aspekty, Minerálne látky & Metalurgické spracovanie, Vol 17, nie. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Prehľad metód elektrického oddelenia, Časť 2: Praktické úvahy, Minerálne látky & Metalurgické spracovanie, Vol 17, nie. 1 PP 139- 166.

5.Searls, J (1985) Potaš, Kapitola v Minerálne fakty a problémy: 1985 Vydanie, Úrad pre bane Spojených štátov, Washington DC.

6.Kotvisko, R & Bichara, M, (1975) Elektrostatická separácia potašových rúd, Patent Spojených štátov # 3,885,673.

7.Značky, L, Beier, P, & Stahl, I (2005) Elektrostatická separácia, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Elektrostatická separácia granulovaných materiálov, Americký úrad pre bane, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Predúprava minerálov na elektrostatickú separáciu, Patent USA 3,137,648.

10.Lindley, K & Riadok, N (1997) Faktory prípravy krmiva ovplyvňujúce účinnosť elektrostatickej separácie, Magnetická a elektrická separácia, Vol 8 PP 161-173.

11.Inculet, I (1984) Elektrostatická separácia minerálov, Séria elektrostatických a elektrostatických aplikácií, Tlač výskumných štúdií, Ltd, Ján Wiley & Synovia, Inc.

12.Feasby, D (1966) Free-Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Particles, Laboratórium výskumu minerálov, Laboratóriá č.. 1869, 1890, 1985, 3021, a 3038, kniha 212, Správa o pokroku.

13.Stencel, J & Ťiang, X (2003) Pneumatic Transport, Triboelektrický prínos pre floridský fosfátový priemysel, Floridský inštitút výskumu fosfátov, Publikácia č.. 02-149-201, Decembra.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelektrický náboj, Elektrofyzikálne vlastnosti a potenciál elektrického prínosu chemicky upraveného živca, Quartz, a wollastonit, Magnetická a elektrická separácia, Vol 11, nie 1-2 PP 9-32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Vplyv povrchových účinkov na elektrostatickú separáciu zirkónu a rutilu, 6. medzinárodná konferencia o ťažkých nerastoch, Juhoafrický inštitút baníctva a metalurgie.

16.Celik, M a Yasar, E (1995) Účinky teploty a nečistôt na elektrostatickú separáciu materiálov bóru, Inžinierstvo nerastných surovín, Vol. 8, nie. 7, PP. 829-833.

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

18.NML (2004) Prínos barytu nízkej kvality (Výsledky pilotnej prevádzky), Záverečná správa, Národné metalurgické laboratórium, Jamshedpur, India, 831 007