Gospodarske prednosti suho Triboelectric ločitev mineralov

Gospodarske prednosti suho Triboelectric ločitev mineralov

Lewis Baker, Pfeifer. Flynn, Frank J.. Hrach, in Stephen Gasiorowski

ST opreme & Tehnologija LLC, Needham Massachusetts 02494 ZDA

Abstraktne

ST opreme & Tehnologija LLC (STET) triboelektrostatična separator pasu zagotavlja mineralno predelovalno industrijo sredstvo za uporabo finih materialov s povsem suho tehnologijo. Visoka učinkovitost večstopenjskega ločevanja z notranjim polnjenjem/polnjenjem in reciklacijo je rezultat veliko boljših ločb, kot jih je mogoče doseči z drugimi konvencionalnimi enostopenjskim elektrostatičnimi sistemi. Tehnologija ločevanja triboelektričnih pasov je bila uporabljena za ločevanje širokega nabora materialov, vključno z mešanicami steklastih aluminosilicates/ogljika., Kalcit/Quartz, smukec/magnezita, in barit/Quartz. Okrepljeno ločevanje zmogljivosti STET sistem je lahko zelo učinkovita alternativa procesov flotacijo. Gospodarska primerjava, ki jo je izvedlo neodvisno svetovalno podjetje za predelavo mineralov separatorja triboelektrostatičnega pasu v primerjavi s konvencionalno flotacijo za barit / quartz ločitev ponazarja prednosti suhe predelave za minerale. Uporaba tega suhega postopka ima za rezultat enostavnejši procesni tok list z manj opreme kot flotacijo tako s kapitalom kot z operativnimi stroški, zmanjšanimi za ≥30 %.

Ključne besede: minerali, suho ločevanje, barit, triboelectrostatic polnjenje, Ločilni pas, pepel

Uvod

Pomanjkanje dostopa do sladke vode postaja pomemben dejavnik, ki vpliva na izvedljivost rudarskih projektov po vsem svetu. Po mnenju Hubert Fleming, nekdanji globalni direktor za loputo Water, "Od vseh rudarskih projektov na svetu, ki so bodisi ustavil ali upočasnilo v zadnjem letu, je bilo, v skoraj 100% primerov, zaradi vode, neposredno ali posredno‿ (Blin 2013)1. Metode predelave suhih rudiner je rešitev za ta grozeči problem.

Metode ločevanja mokrih mokrih, kot je flotacija pene, zahtevajo dodajanje kemičnih reagentov, s ki jih je treba varno ravnati in odstraniti na okolju varen način.. Neizogibno je, da ni mogoče delovati z 100% recikliranje vode, zahtevajo odstranjevanje vsaj dela procesne vode, verjetno vsebujejo sledove kemičnih reagentov.

Suhe metode, kot je elektrostatična ločitev bo odpravila potrebo po sveži vodi, in ponuditi potencial za zmanjšanje stroškov. Eden od najbolj obetavnih novih dogodkov v suhih mineralnih separatorjih je triboelectrostatični separator pasu. Ta tehnologija je razširila razpon velikosti delcev za lepši delci od običajnih elektrostatičnih tehnologij ločevanja, v območju, kjer je bila v preteklosti uspešna le flotacija.

LOČEVANJE TRIBOELECTROSTATIČNEGA PASU

Ločilo triboelektrostatskega pasu uporablja razlike v električnem naboju med materiali, ki se proizvajajo s površinskim stikom ali triboelektričnim polnjenjem. Ko sta v stiku dva materiala, material z večjo afiniteto za elektrone dobički elektronov in s tem naboje negativne, medtem ko je material z nižjimi stroški elektronske afinitete pozitiven. Ta kontaktna izmenjava dajatev je splošno opazna za vse materiale, včasih povzročajo elektrostatični neprijetnosti, ki so problem v nekaterih panogah. Afiniteta elektronov je odvisna od kemijske sestave površine delcev in bo povzročila znatno diferencialno polnjenje materialov v mešanici diskretnih delcev različne sestave..

V triboelectrostatični separator pasu (Številke 1 in 2), material se dovaja v tanko vrzel 0.9 – 1.5 cm (0.35 -0.6 v.) med dvema vzporednima planar elektrodama. Delci so triboelektrično, ki jih zaračuna interdelcev stik.

Na primer, v primeru muhe zgorevanja premoga, mešanica ogljikovih delcev in mineralnih delcev, pozitivno nabitega ogljika in negativno nabitih mineralov privlačijo nasprotne elektrode. Delci so nato swept up, ki ga neprekinjeno gibljejo odprti mrežni pas in prepeljani v nasprotni smeri. Pas premakne delce, ki mejijo na vsako elektrodo proti nasprotni konci ločila. Električno polje je treba premakniti le delce majhen del centimeter, da se premaknete delcev iz levega premika v desno premikajočih se tok. Števec toka delcev ločevanja in neprekinjeno triboelektrično polnjenje s trki ogljik-mineralnih mineralov zagotavlja večodstno ločevanje in ima za rezultat odlično čistost in okrevanje v enoti z enim prehodom. Visoka hitrost pasu omogoča tudi zelo visoke prepustne, do 40 ton na uro na enem separatorju. Z nadzorovanjem različnih procesnih parametrov, kot je hitrost pasu, točka dovoda, vrzel v elektrodah in stopnja dovoda, naprava proizvaja pepel z nizkimi emisijami ogljika pri vsebnosti ogljika 2 % ± 0.5% iz pepela krme muha v razponu od ogljika iz 4% do več kot 30%.

Slika 1. Shematski ločevalnik triboelektričnih pasov

Ločevalni dizajn je razmeroma preprost. Pas in pripadajoči valji so edini gibajoči se deli. Elektrode so stacionarne in sestavljene iz ustrezno trajnega materiala. Pas je izdelan iz plastičnega materiala. Dolžina ločilne elektrode je približno 6 metrov (20 Ft.) in širino 1.25 metrov (4 Ft.) za polne velikosti komercialnih enot. Poraba energije je približno 1 kilovatno-urni na tono materiala, predelanega z večino moči, ki jo porabita dva motorja, ki vozita pas.

Slika 2. Podrobnosti območja ločevanja

Postopek je popolnoma suh, ne zahteva dodatnega materiala in ne proizvaja odpadne vode ali emisij iz zraka. V primeru ločevanja ogljika iz pepela muhe, predelani materiali so sestavljeni iz muhi pepela, zmanjšanega vsebnosti ogljika na ravni, primerne za uporabo kot pozzolanska priseska v betonu, in visoko ogljika frakcije, ki se lahko spali na elektrarni za proizvodnjo električne energije. Uporaba obeh tokov izdelkov zagotavlja 100% rešitev za težave pri odstranjevanju pepela.

Triboelectrostatični separator pasu je relativno kompakten. Stroj, zasnovan za obdelavo 40 ton na uro je približno 9.1 metrov (30 ft) dolgo, 1.7 metrov (5.5 Ft.) širok in širok 3.2 metrov (10.5 Ft.) Visoko. Zahtevano ravnotežje rastlin je sestavljeno iz sistemov za prenos suhega materiala v separator in iz nja. Kompaktnost sistema omogoča prilagodljivost pri montaži modelov.

Slika 3. Komercialni triboelektrostatični separator pasu

Primerjava z drugimi elektrostatični postopki ločevanja

Triboelectrostatična tehnologija ločevanja pasu močno širi paleto materialov, ki jih lahko povzročijo elektrostatični procesi. Najpogosteje uporabljeni elektrostatični procesi temeljijo na razlikah v električni prevodnosti materialov, ki jih je treba ločiti. V teh procesih, material se mora obrniti na ozemljen boben ali ploščo, običajno po tem, ko so materialni delci negativno nabiti z ionizirajočim odvajanjem koron. Prevodni materiali bodo hitro izgubili naboj in jih vrgli iz bobna. Neprevodni material še naprej privlači boben, saj se bo naboj počasneje razcepil in bo po ločitvi od prevodnega materiala padel ali ščetkal iz bobna. Ti procesi so omejeni kot zmogljivosti zaradi zahtevanega stika vsakega delca na boben ali ploščo. Učinkovitost teh postopkov zaračunavanja stikov je omejena tudi na delce približno 100 μm ali večje velikosti zaradi potrebe po stiku z zmleto ploščo in zahtevano dinamiko pretoka delcev. Delci različnih velikosti bodo imeli tudi različne dinamike pretoka zaradi inercialnih učinkov in bodo imeli za posledico degradirano ločevanje. Naslednji diagram (Slika 4) ponazarja temeljne značilnosti te vrste ločila.

Slika 4. Elektrostatični ločilo bobna (Starejši 2003)2

Triboelectrostatična ločevanja niso omejena na ločevanje prevodnih / neprevodni materiali, vendar so odvisni od dobro znanega pojava prenosa naboja s frikcijskim stikom materialov z disimerno površinsko kemijo. Ta pojav se že desetletja uporablja v postopkih "prostega padca‿ ločevanja. Tak postopek je

prikazano na sliki 5. Sestavine mešanice delcev najprej razvijejo različne naboje v stiku bodisi s kovinsko površino, ali z delci v stiku z delci v fluidizirani napravi za hranjenje postelje. Kot delci padejo skozi električno polje v območju elektrode, krivulja vsakega delca se odbije proti elektrodi nasprotnega naboja. Po določeni razdalji, koši za zbiranje podatkov, se uporabljajo za ločevanje tokov. Tipične naprave zahtevajo več stopenj ločila z recikliranjem frakcije middling. Nekatere naprave uporabljajo stalen tok plina za pomoč pri prenosu delcev skozi območje elektrode.

Slika 5. "Prosti padec‿ triboelektrostatični separator

Ta vrsta separatorja prostega padca ima tudi omejitve v velikosti delcev materiala, ki se lahko obdela. Pretok znotraj območja elektrod je treba nadzorovati, da se zmanjša turbulenca, da se prepreči ‿ razmazanje‿ ločevanja. Pot drobnih delcev je bolj posledica turbulence, saj so aerodinamične sile upora na drobnih delcih veliko večje od gravitacijskih in elektrostatičnih sil.. Zelo drobni delci se bodo zbirali tudi na površinah elektrod in jih je treba odstraniti z neko metodo.. Delci, manjši od 75 μm ni mogoče učinkovito ločiti.

Druga omejitev je, da mora biti obremenitev delcev v območju elektrode nizka, da se preprečijo učinki naboja v prostoru., , ki omejujejo stopnjo obdelave. Prehod materiala skozi območje elektrode po sebi privede do eno stopenjnega ločevanja, ker ni možnosti za ponovno polnjenje delcev. Zato, so potrebni večstopenjski sistemi za izboljšanje stopnje ločevanja, vključno s ponovno polnjenjem materiala z naslednjim stikom z napravo za polnjenje. Posledična količina in kompleksnost opreme se ustrezno povečujeta.

V nasprotju z drugimi razpoložljivimi elektrostatični postopki ločevanja, triboelectrostatični separator pasu je idealna za ločevanje zelo fine (<1 µm) do zmerno groba (300µm) materiali z zelo visokimi prepustnostmi. Triboelektrično polnjenje delcev je učinkovito za širok spekter materialov in zahteva le stik z delci. Majhna vrzel, visoko električno polje, tok števca, močna vznemirjenost delca in samočiščevanje pasu na elektrodah sta kritični značilnosti ločila. Večstopenjska ločitev z visoko učinkovitostjo z polnjenjem / polnjenje in notranja recikliranje povzročita veliko boljše ločevanje in je učinkovita na finih materialih, ki jih sploh ni mogoče ločiti s konvencionalnimi tehnikami.

UPORABA LOČEVANJA TRIBOELECTROSTATIČNEGA PASU

Pepel

Tehnologija ločevanja triboelectrostatičnih pasov je bila najprej industrijsko uporabljena za predelavo pepela zgorevanja premoga v 1995. Za uporabo muhe pepela, tehnologija je bila učinkovita pri ločevanju ogljikovih delcev od nepopolnega zgorevanja premoga, iz steklastega aluminosilikatnega mineralnega delcev v muharni pepel. Tehnologija je bila ključnega pomena pri omogočanju reciklaže mineralnega bogatega pepela za cementno zamenjavo v betonski proizvodnji. Ker 1995, 19 triboelectrostatični separatorji pasu delujejo v ZDA, Kanada, Uk, in Poljska, obdelave v 1,000,000 tone letne tone muharskega. Tehnologija je zdaj tudi v Aziji s prvim separator nameščen v Južni Koreji letos. Industrijska zgodovina ločevanja letenje pepela je navedena v tabeli 1.

Tabela 1. Industrijska uporaba triboelektrostatskega ločevanja pasu za pepel muhe

Mineralne aplikacije

Elektrostatična ločevanja so bila obsežno uporabljena za uporabo za veliko paleto mineralov "Manouchehri-Part 1 (2000)‿. Medtem ko večina uporabe uporablja razlike v električni prevodnosti materialov z ločili tipa korona-bobna, triboelektrično polnjenje z ločevanjem prostega padca se uporablja tudi pri industrijskih lestvicah "Manouchehri-Part 2 (2000)‿. Vzorec uporabe triboelectrostatične obdelave, o katerih so poročali v literaturi, je naveden v preglednici 2. Čeprav to ni izčrpen seznam vlog, v tej tabeli je prikazan potencialni obseg aplikacij za elektrostatično obdelavo mineralov.

Tabela 2. Poročali triboelectrostatično ločevanje mineralov

Obsežno pilotno testiranje rastlin in na terenu številnih zahtevnih ločevanj materialov v industriji mineralov je bilo izvedeno z uporabo triboelectrostatičnega separatorja pasu. Primeri rezultatov ločevanja so prikazani v tabeli 3.

Tabela 3. Primeri, ločevanje mineralov z ločevanjem triboelektrostatiknega pasu

Uporaba triboelectrostatičnega separatorja pasu učinkovito pridruževa številnim mineralnim zmesem. Ker lahko separator obdeluje materiale z velikostjo delcev od približno 300 μm do manj kot 1 µm, in triboelectrostatično ločevanje je učinkovito tako za izolacijske in prevodne materiale, tehnologija močno razširja obseg veljavnega materiala nad konvencionalnimi elektrostatičnimi separatorji. Ker je tribo- elektrostatični proces je povsem suh, njena uporaba odpravlja potrebo po sušenju materiala in ravnanju s tekočimi odpadki iz flotacijskih procesov.

STROŠKI LOČEVANJA TRIBOELECTROSTATIČNIH PASOV

Primerjava s konvencionalnim flotacijo za Barite

Primerjalno študijo stroškov je naročil STET in izvedla družba Soutex Inc. Soutex je Quebec Canada temelji inženiring podjetje z obsežnimi izkušnjami v obeh mokro flotacijo in elektrostatično ločitev proces ocenjevanja in oblikovanja. Študija je primerjala kapitalske in operativne stroške postopka ločevanja triboelektrostatičnega pasu s konvencionalno flotacijo pene za uporabo nizko-razredne barite. Obe tehnologiji nadgradita barit z odstranitvijo trdnih snovi nizke gostote, predvsem kremena, za izdelavo Ameriškega naftnega inštituta (Api) vrtanje razred barite s SG več kot 4.2 g/ml. Rezultati flotacija so temeljili na pilotnih rastlinskih študijah, ki jih je izvajal Indijski nacionalni metalurški laboratorij (NML (v skladu z 2004)18. Rezultati ločevanja triboelectrostatičnih pasov so temeljili na pilotnih študijah rastlin s podobnimi. Primerjalna ekonomska študija je vključevala razvoj diagrama, materialne in energetske bilance, velike velikosti opreme in kotacije tako za flotacijo kot za tribo- elektrostatični postopki ločevanja pasu. Osnova za obe diagrami poteka je enaka, Predelavo 200,000 t/y baritove krme s G 3.78 za proizvodnjo 148,000 t/y proizvoda barita razreda vrtanja s SG 4.21 g/ml. Ocena flotacijskega procesa ni vključevala nobenih stroškov za procesno, ali čiščenje vode.

Soutex je ustvaril diagrame pretoka za baritski flotacijski proces. (Slika 6), in triboelectrostatični postopek ločevanja pasu (Slika 7).

Slika 6 Diagram poteka procesa flotacije barite

Slika 7 Barite triboelectrostatik pas ločitev proces flowsheet

Tes flowsheets ne vključujejo surovega sistema za drobljenje čvede, , ki je skupna obema tehnologijam. Krma brušenje za flotacijo primeru se opravi z mokro celuloze žogo mlin s ciklonom classifier. Krma brušenje za triboelectrostatični pas ločitev primeru se opravi z uporabo suhega, vertikalni valjčni mlin z vgrajenim dinamičnim razredčnim razredom.

Triboelectrostatična pas ločitev diagram je enostavnejši kot flotacija. Ločitev triboelektostatskega pasu se doseže v eni fazi brez dodajanja kemičnih reagentov, v primerjavi s tri stopenjsko flotacijo z oleinska kislina, ki se uporablja kot zbiralec za barit in natrijev silikat kot depresiv za silicijev gango. Flokkulant se doda tudi kot reagent za zgoščevanje v baritskem flotacijskem primeru. Za ločevanje triboelektrostatskih pasov ni potrebna oprema za odstranjevanje vode in sušenje, v primerjavi z zgoščevimi, filtrinje stiskalnice, in rotacijski sušilniki, potrebni za proces baritskega flotacije.

Stroški kapitala in poslovanja

Soutex je izvedla podrobno oceno stroškov kapitala in poslovanja za obe tehnologiji z uporabo kotacij opreme in metode faktored stroškov. Stroški poslovanja so bili ocenjeni tako, da vključujejo, Vzdrževanje, Energije (električni in gorivni), in potrošnega materiala (Primer, stroški kemičnega reagenta za flotacijo). Vhodni stroški so temeljili na tipičnih vrednostih za hipotetično tovarno, ki se nahaja v bližini, Nevada ZDA.

Skupni stroški lastništva v desetih letih so bili izračunani iz stroškov kapitala in poslovanja s prevzemom 8% diskontna stopnja. Rezultati primerjave stroškov so prisotni kot relativni odstotki v tabeli 4

Tabela 4. Primerjava stroškov za obdelavo baritov

Skupni nabavni stroški kapitalske opreme za postopek ločevanja triboelektrostatičnega pasu so nekoliko manjši kot pri flotaciji. Kadar pa se skupni investicijski izdatki izračunajo tako, da vključujejo opremo za vgradnjo, cevovodi in električni stroški, in stroški gradnje procesov, razlika je velika. Skupni kapitalski stroški za tribo- proces ločevanja elektrostatičnega pasu je 63.2% stroškov flotacijskega procesa. Bistveno nižji stroški za suhi postopek so rezultat enostavnejšega. Stroški obratovanja triboelektrostatičnega procesa ločevanja pasu so 75.5% flotacijskega procesa zaradi pretežno nižjih zahtev operativnega osebja in manjše porabe energije.

Skupni stroški lastništva triboelektrostatičnega procesa ločevanja pasu so bistveno nižji kot pri flotaciji. Avtor študije, Soutex Inc., zaključila, da triboelectrostatični postopek ločevanja pasu ponuja očitne prednosti v CAPEX, Opex, in operativno preprostost.

Sklep

Triboelectrostatični separator pasu zagotavlja industriji predelave mineralov sredstvo za dobrobit finih materialov s popolnoma suho tehnologijo. Okolju prijazen proces lahko odpravi mokro predelavo in zahteva sušenje končnega materiala. Postopek zahteva malo, če obstaja, pred obdelavo materiala, ki ni brušenje, in deluje z visoko zmogljivostjo – do 40 tone na uro s kompaktnim strojem. Poraba energije je nizka, manj kot 2 kWh/tona predelanega materiala. Ker je edina možna emisija procesa prah, dovoljevanje je razmeroma enostavno.

Študija stroškov, v kateri so primerjali postopek ločevanja triboelektrostatičnega pasu s konvencionalnim flotacijo pene za barite, je zaključila družba Soutex Inc.. Študija je pokazala, da so skupni stroški kapitala za postopek ločevanja suhega triboelektrostatičnega pasu 63.2% procesa flotacije. Skupni stroški obratovanja za ločitev triboelektrostatičnega pasu so 75.8% stroškov poslovanja za flotacijo. Avtor študije ugotavlja, da je suha, triboelectrostatični pas ločitev proces ponuja očitne prednosti v CAPEX, Opex, in operativno preprostost.

Sklicevanja

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Visoka in suha, Revija CIM, Vol. 8, ne. 4, PP. 48-51.

2.Starejši, J. & Yan, E (2003) eForce.- Najnovejša generacija elektrostatične ločilo za pesek industrija mineralov, Konferenca o težkih mineralih, Johannesburg, Južnoafriški inštitut za rudarstvo in metalurgijo.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, Švedska, K (2000), Pregled metod ločevanja električne energije, Del 1: Temeljne vidike, Minerali & Metalurške obdelave, Vol 17, ne. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, Švedska, K (2000), Pregled metod ločevanja električne energije, Del 2: Praktični premisleki, Minerali & Metalurške obdelave, Vol 17, ne. 1 PP 139- 166.

5.Searls, J (1985) Kalijev klorid, Poglavje v mineralnih dejstev in težav: 1985 Izdaja, Urad za rudnike Združenih držav Amerike, Washington DC.

6.Berthon (Blizu: Berthon, R & Bichara (v mestu: Bichara, M, (1975) Elektrostatično ločevanje kalijevih lic, Patent Združenih držav Amerike # 3,885,673.

7.Blagovne znamke, L, Beier, P, & Stahl, Sem (2005) Elektrostatične ločitev, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas (v mestu Fraas), F (1962) Elektrostatično ločevanje granuliranih materialov, Ameriški biro za rudnike, Biltenu 603.

9.Fraas (v mestu Fraas), F (1964), Predobdelavo mineralov za elektrostatično ločevanje, Ameriški patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson (Slovenski), N (1997) Faktorji priprave krme, ki vplivajo na učinkovitost elektrostatičnega ločevanja, Magnetno in električno ločevanje, Vol 8 PP 161-173.

11.Inculet (višek), Sem (1984) Elektrostatično ločevanje rudiši, Elektrostatiki in elektrostatični aplikacije serije, Raziskave Študije Press, Ltd, Janez Wiley & Sinovi, Inc.

12.Feasby, Švedska, D (1966) Elektrostatična ločitev fosfatov in kalcitnih delcev brez padca, Laboratorij za raziskovanje mineralov, Laboratoriji Šts. 1869, 1890, 1985, 3021, in 3038, Knjigo 212, Poročilo o napredku.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pnevmatski Prevoz, Triboelectric Dobroificiation za industrijo fosfatov Florida, Florida Inštitut za raziskave fosfatov, Objava št.. 02-149-201, Decembra.

14.Manouchehri, H, matej ajda rihtar, & Foressberg, Švedska, K (2002), Triboelectric naboj, Elektrofizikalne lastnosti in potencial električne dobroibenciacije kemično obdelanega feldsparja, Quartz, in Wollastonite, Magnetno in električno ločevanje, Vol 11, ne 1-2 PP 9-32.

15.Venter, J, Vermaak (Slovenski), M, & Bruwer (Slovenski), J (2007) Vpliv površinskih učinkov na elektrostatično ločevanje cirkona in rutile, 6. mednarodna konferenca o težkih mineralih, Južnoafriški inštitut za rudarstvo in metalurgijo.

16.Celik, M in Yasar, E (1995) Učinki temperature in nečistoč na elektrostatično ločevanje borskih materialov, Inženiring mineralov, Vol. 8, ne. 7, PP. 829-833.

17.Fraas (v mestu Fraas), F (1947) Opombe o sušenju elektrostatičnega ločevanja delcev, AIME Tec. Pub 2257, Novembra.

18.NML (v skladu z (2004) Beneficiation barita nizke stopnje (rezultati pilotnih naprav), Končno poročilo, Nacionalni metalurški laboratorij, Jamshedpur Indija, 831 007