Sähköstaattinen fosfaatti malmien rikastus: Katsaus työpanoksensa ja keskustelua improvisoitu Separation System

Saatavilla verkossa osoitteessa www.sciencedirect.com

ScienceDirect

Procedia suunnittelu 00 (2015) 000–000

www.elsevier.com/locate/procedia

3rd Kansainvälinen symposiumi fosfaattiteollisuuden innovaatioista ja teknologiasta

Fosfaattimalmien sähköstaattinen rikastus: Katsaus aiempaan työhön

ja keskustelu paremmasta erottelujärjestelmästä

JD. Bittneron, S.A.Gasiorowskion, F.J.Hrachon, H. Guicherdb*

onST Equiment and Technology LLC, Needham, Massachusetts, YHDYSVALLAT

bST laitteet & Technology LLC, Avignon, Ranska

Tiivistelmä

Fosfaattimalmien rikastamista kuivilla sähköstaattisilla prosesseilla ovat yrittäneet useat tutkijat 1940-luvulta lähtien. Perimmäiset syyt kuivien prosessien kehittämiseen fosfaatin talteenottoa varten ovat rajalliset vesimäärät joillakin kuivilla alueilla, vaahdotuskemikaalien kustannukset, ja jäteveden käsittelykustannukset. Vaikka sähköstaattinen prosesseja ei välttämättä täydellinen vaihtoehto vaahdottamalla, ehkä sovi jotkut virtojen kuten sakkoja/slimes sisältöä Malmin ennen vaahdotus täydentää, käsittely vaahdotus pikkuperunoita hyödynnettäväksi eksynyt hedelmä, ja ympäristövaikutusten minimointi. Vaikka paljon työtä tehtiin käyttämällä sekä suurjännitetelaa että vapaapudotuserottimia laboratoriomittakaavassa, Ainoa todiste kaupallisesta asennuksesta on CIRCA 1940 "Johnson" -prosessi Pierce Mine FL: ssä; Kirjallisuudessa ei ole todisteita sähköstaattisten aineiden nykyisestä kaupallisesta käytöstä, vaikka vahva kiinnostus kuivaprosesseihin jatkuu kuivilla alueilla. Raportoiduissa eri tutkimushankkeissa korostetaan, että rehun valmistus (Lämpötila, Koko luokitus, Ehdollistavat aineet) vaikuttaa merkittävästi suorituskykyyn. Vaikka joitakin hyviä erotteluja on saavutettu poistamalla piidioksidi fosfaateista, ja vähemmän esimerkkejä fosfaatista peräisin olevasta kalsiitista ja dolomiittista, Tulokset ovat vähemmän positiivisia, kun mukana on useita epäpuhtauksia. Tutkimustyö jatkaa näiden menetelmien jatkojalostamista, Mutta perinteisten sähköstaattisten järjestelmien perustavanlaatuisia rajoituksia ovat alhainen kapasiteetti, monivaiheisuuden tarve malmin asianmukaiseen jalostamiseen, ja sakkojen aiheuttamat toiminnalliset ongelmat. Jotkut näistä rajoituksista voidaan voittaa uudemmilla sähköstaattisilla prosesseilla, mukaan lukien tribosähköinen hihnaerotin.

© 2015 Kirjoittajat. Julkaisija: Elsevier Oy.

Vertaisarviointi SYMPHOS-tiedekomitean vastuulla 2015.

Avainsanat: fosfaatti, sähköstaattinen; erottaminen; kivennäisaineita; Pienhiukkaset; kuiva prosessi

*Vastaava kirjoittaja: Tel: +33-4-8912-0306 Sähköposti osoite: guicherdh@steqtech.com

1877-7058 © 2015 Kirjoittajat. Julkaisija: Elsevier Oy.

SYMPHOS-tiedekomitean vastuulla oleva vertaisarviointi 2015.

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

1. Fosfaattimalmien sähköstaattista rikastamista koskeva raportoitu työ

Luonnollisten malmien fosfaattipitoisuus on jo pitkään suoritettu erilaisilla menetelmillä, joissa käytetään joskus huomattavia määriä vettä. Kuitenkin, veden puutteen vuoksi eri fosfaattiesiintymissä ympäri maailmaa, sekä kasvavat lupa- ja jätevedenkäsittelykustannukset, tehokkaan, taloudellinen kuiva prosessi on erittäin toivottavaa.

Fosfaattimalmien kuivasähköstaattisen käsittelyn menetelmiä on ehdotettu ja demonstroitu pienessä mittakaavassa yli 70 vuotta. Kuitenkin, Näiden menetelmien kaupalliset sovellukset ovat olleet hyvin rajallisia. "Johnsonin prosessi" [1] käytettiin kaupallisesti vuodesta alkaen 1938 jonkin aikaa American Agricultural Chemical Companyn tehtaalla lähellä Pierceä, Floridassa, Yhdysvalloissa. Tässä prosessissa käytettiin hyvin monimutkaista rullaelektrodisarjaa (Kuva 1) fosfaatin talteenoton monivaiheinen konsentraatio puhdistetusta pesurikastushiekasta, vaahdotuksen esikonsentraatit, tai vaahdotushiekka. Alkaen 15.4% P2O5 ja 57.3% liukenematon aines hienossa rikastushiekassa, kokoluokituksen yhdistelmällä, laihtuminen, ja kuivatun rikastushiekan esivakauttaminen, materiaali, jossa on 33.7% P2O5 ja vain 6.2% liukenematon otettiin talteen. Toisessa esimerkissä, vaahdotushiekan jalostus 2.91% P2O5 tuloksena oli 26.7% P2O5 jossa on 80% toipuminen. Johnson huomautti, että pesujätteen rikastushiekka oli käsiteltävä kemiallisilla reagensseilla, joita tyypillisesti käytetään fosfaatin vaahdotuksessa korkean fosfaattilaadun ja talteenoton saamiseksi. Hän mainitsee erityisesti polttoöljyn ja rasvahappojen tehokkuuden reagensseina.

Kuva 1, Johnsonin prosessilaitteisto ja prosessikaavio Yhdysvaltain patentti 2,135,716 ja 2,197,865, 1940 [1][2]

Vaikka tämä kaupallinen asennus mainitaan kirjallisuudessa alkavan noin 1938, Ei ole selvää, kuinka laajasti tai kuinka kauan tätä prosessia käytettiin. Hänen yhteenvedossaan sähköstaattisten erottelujen tilasta enintään 1961, O. C. Ralston

[3]kirjoittaa, että viisi suurta Johnsonin erotinta asennettiin jokaiseen käsittelyyn noin 10 tonnia/h -20 Mesh-syöttö. Jokainen erotin oli 10 rullaa korkealle käytetyllä jännitteellä 20 kV. Ralstonin mukaan Floridaan ei asennettu muita kaupallisen mittakaavan fosfaattirikastimia, joissa käytettiin sähköstaattisia aineita. Perustuu prosessilaitteiden kuvaukseen, Kirjoittajat

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

ovat todenneet, että prosessin kokonaiskapasiteetti oli melko alhainen suhteessa muiden prosessien kapasiteettiin, kuten märkä vaahdotus. Alhainen kapasiteetti ja Floridan märkäkaivoksen syöttömalmin kuivauskustannukset ovat todennäköisesti syy prosessin jatkokäytön rajoittamiseen 1940- ja 1950-luvuilla.

1950- ja 1960-luvuilla International Mineralsin työntekijät & Chemicals Corporation (IMC) tutki kuivien sähköstaattisten erotusprosessien soveltamista mineraalien rikastamiseen. Floridan fosfaattimalmin käsittely kiinnosti erityisesti IMC: tä. IMC-työssä käytettiin vapaan pudotuksen erotinmallia, joskus hiukkasvarausta, jota tehostettiin kulkemalla sekoittimen tai iskulaitteen, kuten vasaran tai sauvamyllyn, läpi. [4] Myöhempi patentti [5] sisälsi jonkin verran erottelun parantamista eri materiaaleista valmistetuilla latureilla, Vaikka sarjan viimeinen patentti

[6]totesi, että hiukkasten kosketuslataus korotetussa lämpötilassa (>70° F) oli tehokkaampi kuin laturijärjestelmän käyttö. Taulukossa on esitetty edustavia esimerkkejä näissä patenteissa raportoiduista tuloksista 1.

Taulukko 1. International Mineralsin raportoimat tulokset & Kemikaalipatentit 1955-1965

Eri IMC-patenteissa tutkittiin hiukkaskoon vaikutusta, mukaan lukien erilaisten seulaleikkausten käsittely itsenäisesti, Vaikka vähän työtä oli erittäin hieno (<45 µm) Hiukkasia. Näytteen käsittely vaihteli suuresti, mukaan lukien lämpötilan säätö, esipesu ja kuivaus, ja erilaisia kuivausmenetelmiä (epäsuora kuivaus, Flash-kuivaus, lämpölamput, joilla on erityiset IR-aallonpituusalueet). Erilaiset epäpuhtaudet (eli. silikaatit vastaan karbonaatit) edellytti erilaisia käsittely- ja esikäsittelymenetelmiä erottelun optimoimiseksi. Vaikka patenttikuvauksista käy selvästi ilmi, että IMC yritti kehittää kaupallisen mittakaavan prosessia, Kirjallisuuden tarkastelu ei osoita, että tällaista laitosta olisi koskaan rakennettu ja käytetty missään IMC:n toimipaikassa.

1960-luvulla Pohjois-Carolinan fosfaattimalmeja sisältävien karbonaattipitoisten malmien käsittely tehtiin North Carolina State University Minerals Research Laboratoryssa, [9] Käyttämällä laboratoriomittakaavan vapaapudotuserotinta ja synteettistä seoksesta jauhettua kuorikarbonaattia ja fosfaattikivivaahdotuskonsentraattia hyvin kapeassa kokoluokassa (-20jotta +48 Mesh), Tutkimus osoitti, että esikäsittely Happokuorintaa tai rasvahappoja sisältävä materiaali vaikutti fosfaatin suhteelliseen varaukseen joko positiivisena tai negatiivisena. Suhteellisen terävät erottelut saatiin. Kuitenkin, kun käytetään luonnollista malmia, joka sisältää huomattavan määrän sakkoja, Vain huonot erottelut olivat mahdollisia. Parhaiten raportoitu erottelu vaahdotuksen jäännöksestä, joka on jalostettu alkutuloksella P2O5 pitoisuus 8.2% talteen otettu tuote, joka on saatu 22.1% P2O5. Takaisinsaannon tasoa ei raportoitu. Eritoten, Yksi raportoiduista vaikeuksista oli sakkojen kertyminen erottimen elektrodeille.

Lisätyö Pohjois-Carolinan fosfaatin sähköstaattisessa erottimessa suurjänniterullatyyppisellä erottimella

[10]totesi, että vaikka fosfaatin ja kvartsin erottaminen oli mahdollista, kuivauskustannukset olivat kohtuuttomat. Kuitenkin, Koska kalsinoidut fosfaattimalmit ovat kuivia, Tutkijat ehdottivat, että tällaisten malmien sähköstaattinen erottaminen voi olla mahdollista. Kalsinoitujen fosfaattien erottuminen oli raportoidussa työssä heikkoa. Erottelu näytti liittyvän hiukkaskokoon eikä koostumukseen. Ehdotettuihin parannuksiin kuului muiden sähköstaattisten erotusjärjestelmien käyttö, Reagenssit parantavat hiukkasten varausominaisuuksia ja materiaalien erittäin tarkkaa näytön kokoa. Ei ole todisteita siitä, että Tätä hanketta seurattiin.

Hieman aikaisempi työ korkeajännitteisillä rullaerottimilla [11] alumiini- ja rautayhdisteet poistettiin onnistuneesti kaivosmalmista Floridasta. Malmi kuivattiin, Murskattu, ja mitoitettu huolellisesti ennen erottamista. The P2O5 pitoisuus lisääntyi hieman 30.1% jotta 30.6% mutta Al- ja Fe-yhdisteiden poistaminen mahdollisti paljon paremman myöhemmän talteenoton vaahdotusmenetelmillä. Tämä työ havainnollisti sähköstaattisen erottimen käyttöä tietyn malmin ongelman ratkaisemiseksi, joka rajoitti perinteistä märkäkäsittelyä.

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Yhdessä monien muiden materiaalien erottamista koskevien tutkimusten kanssa, Ciccu ja hänen työtoverinsa testasivat erilaisten fosfaattimalmien erottelua, mukaan lukien Intiasta peräisin olevat lähteet, Algeria, Tunisia, ja Angola. [12] Sähköstaattinen erotus oli kiinnostava vaihtoehto vaahdotukselle taloudellisesta näkökulmasta, koska kuivilla alueilla esiintyy suuria fosfaattiesiintymiä. [13] Laboratoriomittakaavan vapaan pudotuksen erottimien käyttö "turboahtimella", Nämä tutkijat pystyivät saamaan erotustuloksia, jotka olivat samanlaisia kuin vaahdotusprosessit malmeista, joilla oli suhteellisen yksinkertaisia gangue-koostumuksia. Erityisesti, He havaitsivat, että fosfaatti latautui positiivisesti piidioksidin läsnä ollessa, mutta negatiivinen kalsiitin läsnä ollessa. Kuitenkin, jos malmi sisälsi merkittäviä määriä sekä piidioksidia että karbonaattia, Sähköstaattinen erotus oli heikko ja vaahdotusprosessit osoittautuivat joustavammiksi käytännön erottelujen saamiseksi. Tutkimuksista turboahtimen vaikutuksista yksittäisten hiukkasten lataamiseen, Nämä tutkijat päättelivät, että gangue-materiaali latautuu ensisijaisesti hiukkasten ja hiukkasten kosketuksella eikä kosketuksella turboahtimen pintojen kanssa. [13] [14] Lataus oli myös erittäin herkkä materiaalin lämpötilalle, hyvä erotuskyky saavutetaan vain yli 100 °C:ssa. Lisäksi, Hienoaineksen läsnäolo aiheutti ongelmia erottimessa ja hyvät tulokset riippuvat hiukkasten huolellisesta mitoituksesta jopa kolmessa kokoluokassa ennen erottelua. Yhteenveto tämän ryhmän tuloksista on esitetty taulukossa 2. Ei täyttä- Mittakaavasovellukset on ilmeisesti toteutettu tämän työn perusteella.

Taulukko 2. Ciccu:n raportoimat tulokset, et. Al. laboratoriomittakaavan vapaan pudotuksen erottimista

Hammoud tutki egyptiläisen malmin sähköstaattista erottamista, et al. käyttämällä laboratoriomittakaavan vapaan pudotuksen erotinta. [15] Käytetty malmi sisälsi pääasiassa piidioksidia ja muuta alku-P:hen liukenematonta malmia2O5 pitoisuus 27.5%. Talteenotetulla tuotteella oli P2O5 pitoisuus 33% jossa on 71.5% toipuminen.

Abouzeid suoritti lisätutkimuksen egyptiläisestä malmista, jossa oli pääasiassa piipitoista ganguea, et al. laboratorion rullaerottimen käyttö. [16] Tutkijat pyrkivät erityisesti tunnistamaan kuivia tekniikoita fosfaattimalmien rikastamiseksi ja/tai pölynpoistamiseksi alueilla, joilla on vesipulaa. Tässä tutkimuksessa saatiin tuote, jossa oli 30% P2O5 rehuaineesta, jossa on 18.2 % P2O5 Kun saanto on 76.3 % materiaalin huolellisen mitoituksen jälkeen kapealle alueelle välillä 0.20 mm ja 0.09 mm.

Myöhemmässä katsausartikkelissa, joka kattaa fosfaatin talteenoton kaikki rikastusprosessit, Abouzeid raportoi, että vaikka sähköstaattiset erotustekniikat onnistuivat parantamaan fosfaattimalmeja poistamalla piidioksidia ja karbonaatteja, Käytettävissä olevien erottimien pieni kapasiteetti rajoitti niiden käyttöä kaupallisessa tuotannossa. [17]

Stencel ja Jian tutkivat äskettäin Floridan malmien sähköstaattista erottamista käyttämällä laboratorion läpivirtausvapaata- putoamisen erotin. [18] Tavoitteena oli löytää vaihtoehtoinen tai täydentävä käsittelyjärjestelmä pitkään käytössä olleille vaahdotusjärjestelmille, koska vaahdotusta ei voitu käyttää materiaaliin, jonka arvo oli alle 105 µm. Tämä hieno materiaali yksinkertaisesti sijoitettiin kaatopaikalle, mikä johtaa lähes menetykseen 30% alun perin louhitusta fosfaatista. He testasivat ohennettua raakamalmia, hieno vaahdotussyöttö, karkeampi vaahdotuskonsentraatti, ja vaahdotusrikasteet, jotka on saatu kahdesta jalostuslaitoksesta Floridassa enintään syöttönopeudella 14 kg/tunti laboratoriomittakaavan erottimessa. Hienovaahdotussyötöllä raportoitiin hyviä erotustuloksia (+0.1 mm; ~12% P2O5) yhdestä lähteestä, joka päivitettiin muotoon 21-23% P2O5 kahdessa läpikulussa 81- 87% P2O5 talteenotto hylkäämällä ensisijaisesti liukenematon piidioksidi. Samanlaisia tuloksia saavutettiin, kun syöttö triboladattiin joko pneumaattisella kuljetusputkella tai pyörivällä tribolaturilla.

Viimeksi raportoitu tutkimus fosfaattimalmien sähköstaattisesta erottelusta sisälsi järjestelmiä, jotka on suunniteltu optimoimaan materiaalien varaus paremmin ennen niiden viemistä vapaan pudotuksen erottimeen, Tao ja Al-Hwaiti [19] havaitsi, että fosfaatin rikastamiseen ei ollut kaupallisessa käytössä sähköstaattisia aineita, koska järjestelmät olivat alhaiset

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

suoritusteho, alhainen hyötysuhde ja tarve työskennellä kapeilla hiukkaskokojakaumilla. Nämä tutkijat pyrkivät erityisesti voittamaan alhaisen hiukkasten varaustiheyden, joka liittyy järjestelmiin, jotka ovat riippuvaisia hiukkasten kosketuksesta hiukkasiin tai vaikutuksesta yksinkertaiseen latausjärjestelmään. Työskentely jordanialaisen malmin kanssa, jossa on pääasiassa piidioksidia, materiaali murskattiin -1.53 mm ja kieltäytyi varovasti poistamasta alla olevaa materiaalia 0.045 mm. Pieni laboratoriomittakaavan vapaan pudotuksen erotin varustettiin uudella pyörivällä laturilla, joka on suunniteltu kiinteällä sylinterillä ja pyörivällä rummulla, tai laturi, ja rengasmainen tila välissä. Ulkoista virtalähdettä käytettiin sähköpotentiaalin kohdistamiseen nopeasti pyörivän rummun ja kiinteän sylinterin väliin. Latauksen jälkeen kosketuksessa pyörivän rummun kanssa, Hiukkaset kulkeutuvat tavanomaiseen vapaan pudotuksen erottimeen. Työskentely 100 gramman eräkoko ja alkaen hylätystä rehusta P2O5 Sisältö 23.8%, kahden läpikulun jälkeen konsentraatti enintään 32.11% P2O5 perittiin takaisin, tosin vain, jos yleinen elpyminen on 29%.

Fosfaattisakkojen määräämiseksi (< 0.1 mm), Bada et ai. käytti vapaan pudotuksen erotinta, jonka pyörivä latausjärjestelmä oli hyvin samanlainen kuin Taon.[20]. Lähtöaine oli vaahdotuskonsentraatista, joka sisälsi hienoja P-yhdisteitä2O5 ja 28.5%. Tuote 34.2% P2O5 saatiin takaisin, mutta jälleen alhaisella palautumisasteella 33.4%.

Tätä "pyörivää tribosähköstaattista vapaan pudotuksen erotinta" sovellettiin jälleen fosfaattien kuivaan rikastamiseen Sobhyn ja Taon toimesta. [21] Työskentely murskatun dolomiittifosfaattikiven kanssa Floridasta, jolla on erittäin laaja hiukkaskokoalue (1.25 mm – <0.010 mm), fosfaattikonsentraatti, jossa on 1.8% MgO ja 47% P2O5 saanto tuotettiin rehusta, joka alkoi noin 23% P2O5 ja 2.3% MgO. Optimaaliset tulokset laboratoriomittakaavan laitteella saavutettiin ruokinnassa 9 kg/h ja – 3 kV kytkettynä pyörivään laturiin. Erotustehokkuutta raportoitiin rajoittavan sekä materiaalin heikko vapautuminen suurissa hiukkasissa että erikokoisten hiukkasten interferenssi erotuskammiossa.

Parempia tuloksia saavutettiin käsiteltäessä vaahdotussyöttönäytettä, jonka hiukkaskokojakauma oli kapeampi 1 jotta 0.1 mm. Alkukirjaimella P2O5 sisältö noin 10%, Tuotenäytteitä saatiin noin 25% P2O5 sisältö, P2O5 Takaisinperintä 90%, ja hylkääminen 85% kvartsista. Tämä osoitettu tehokkuus todettiin paljon paremmaksi kuin Stencelin käyttämä vapaapudotuserotin, jossa on tavanomaisempi latausjärjestelmä [18] Uuden pyörivän laturin etujen osoittaminen. vaahdotuskonsentraatin käsittely, joka sisältää 31.7% P2O5 tuloksena saatu tulo oli suurempi kuin 35% P2O5 Kun saanto on 82%. Tämä päivitys todettiin paremmaksi kuin mahdollista kellumalla.

Tämä laboratoriomittakaavan erotin, jonka erotusjärjestelmän leveys on 7.5 CM:n kuvattiin olevan kapasiteetiltaan 25 kg/h, vastaa 1/3 tonnia/h/leveysmetri. Kuitenkin, Syöttönopeuden raportoidut vaikutukset erotustehokkuuteen osoittivat, että optimaaliset erottelut saavutettiin vain 9 kg/h eli hieman yli kolmannes järjestelmän nimelliskapasiteetista.

Yleistä, Fosfaattimalmien sähköstaattista jalostusta koskevaa aiempaa työtä ovat rajoittaneet monimutkaisen ganguen suhteellinen varaus ja hiukkaskokovaikutusten haitallinen vaikutus, etenkin, Sakkojen vaikutus. Suurin osa työstä koski vain laboratoriomittakaavan laitteita, joilla ei ollut kaupallisen mittakaavan validointia, Jatkuvatoimisia laitteita voidaan käyttää. Lisäksi, Saatavilla olevien sähköstaattisten prosessilaitteiden alhainen kapasiteetti on tehnyt kaupallisista sovelluksista epätaloudellisia.

2. Tavanomaisten sähköstaattisten erotusprosessien rajoitukset

Groppon käyttämät korkeajännitteiset rullan sähköstaattiset erotusjärjestelmät [10] ja Kouloheris ym.. [11] käytetään yleisesti erilaisten materiaalien päivittämiseen, kun yksi komponentti on johtavampi kuin muut. Näissä prosesseissa, materiaalin on oltava kosketuksissa maadoitettuun rumpuun tai levyyn tyypillisesti sen jälkeen, kun materiaalihiukkaset on ladattu negatiivisesti ionisoivalla koronapurkauksella. Johtava materiaali menettää latauksensa nopeasti ja heitetään rummusta. Ei- johtava materiaali houkuttelee edelleen rumpua, koska varaus haihtuu hitaammin ja putoaa tai harjataan rummusta erottuaan johtavasta materiaalista.

Seuraava kaavio (Kuva 2) havainnollistaa tämäntyyppisen erottimen peruspiirteitä. Nämä prosessit ovat

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

rajoitettu kapasiteetti johtuen jokaisen hiukkasen vaaditusta kosketuksesta rumpuun tai levyyn. Näiden rumpurullaerottimien tehokkuus rajoittuu myös noin 0,1 mm: n tai suurempiin hiukkasiin johtuen sekä tarpeesta koskettaa maadoitettua levyä että vaaditusta hiukkasvirtausdynamiikasta. Erikokoisilla hiukkasilla on myös erilainen virtausdynamiikka inertiavaikutusten vuoksi ja ne johtavat hajoavaan erotteluun.

Kuva 2: Rummun sähköstaattinen erotin (Vanhin ja Yan, 2003 [22]

Vähäinen käyttö fosfaatin rikastamiseen johtuu sekä fosfaattien että tyypillisen ganguemateriaalin johtamattomasta luonteesta. Kouloheris havaitsi pääasiassa jonkin verran rautaa ja alumiinia sisältävien hiukkasten poistamista, jotka, niiden johtavan luonteen vuoksi, "heitetään" rullalta. Tällaisen materiaalin esiintyminen fosfaattimalmeissa ei ole yleistä. Groppo totesi, että ainoa materiaali, joka "kiinnitettiin" telaan "ei-johtimena", oli sakkoja, osoittaa erottelun hiukkaskoon eikä materiaalikoostumuksen mukaan. [9] Mahdollisia harvinaisia poikkeuksia lukuun ottamatta, Fosfaattimalmeja ei voida rikastaa suurjänniterullaerottimilla.

Rumpurullaerottimia on käytetty myös kokoonpanoissa, jotka perustuvat hiukkasten triboelektriseen varaukseen korkean jännityskentän aiheuttaman ionisaation aiheuttaman varauksen sijaan. Yksi tai useampi elektrodi rummun yläpuolella, kuten kuvassa esitetty "staattinen" elektrodi 2, käytetään vastakkaisen varauksen hiukkasten "nostamiseen" rummun pinnalta. Abouzeid käytti tällaista järjestelmää, et al. [16] Kuka havaitsi, että erotustehokkuus muuttui napaisuuden mukaan ja käytti staattisten elektrodien jännitettä. Johnsonin prosessi [1] käytti toista rumpurullaerottimen muunnelmaa. Kuitenkin, yhden rullajärjestelmän rajallinen kapasiteetti ja tehokkuus johtavat erittäin monimutkaisiin järjestelmiin, kuten kuvassa on esitetty 1. Kuten edellä, Vaikuttaa siltä, että prosessin monimutkaisuus ja yleinen tehottomuus rajoittivat vakavasti sen soveltamista.

Triboelektrostaattiset erot eivät rajoitu johtavien / johtamattomat materiaalit, mutta riippuvat varauksen siirron ilmiöstä erilaisten pintakemian omaavien materiaalien kitkakosketuksella. Tätä ilmiötä on käytetty "vapaan syksyn" erotteluprosesseissa vuosikymmeniä. Tällainen prosessi on kuvattu kuvassa 3. Hiukkasseoksen komponentit kehittävät ensin erilaisia varauksia joltain metallipinnalta, kuten tribo-laturissa, tai hiukkasten kosketuksessa, kuten leijupetisyöttölaitteessa. Kun hiukkaset putoavat

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Sähkökenttä elektrodivyöhykkeellä, jokainen hiukkanen kehityskaari taipua kohti vastakkaista ilmaiseksi elektrodi. Jälkeen tietyn etäisyyden, kokoelma varastopaikkoja työskentelee eri puroihin. Tyypilliset asennukset edellyttävät useita erotin vaiheita kierrättää keskinkertainen osa. Jotkin laitteet käyttävät tasaista kaasun auttamaan, hiukkaset, elektrodi-alueen kautta välittää.

Kuva 5: ”Free fall” triboelectrostatic erotin

Sen sijaan, että riippuisi pelkästään hiukkasten välisestä kosketuksesta varauksen siirtymisen aikaansaamiseksi, Monet tämän tyyppiset järjestelmät käyttävät "laturin" osaa, joka koostuu valitusta materiaalista käytetyllä jännitteellä tai ilman sitä hiukkasten latauksen tehostamiseksi. 1950-luvulla, Lawver tutki erilaisia laitteita, kuten vasaramyllyä ja sauvamyllyä, materiaalin lataamiseen erotusvaiheiden välillä [4] sekä yksinkertaiset levylaturit eri materiaaleista. [5] [6] Kuitenkin, Lawver päätteli, että materiaalin lämpötila oli ensisijaisen tärkeä ja hiukkasten varauksen siirtyminen ympäristön lämpötilaan antoi parempia tuloksia kuin laturin käyttö. Ciccu ym.. [12] tutki varauksen siirtymisen suhteellista astetta ja päätteli, että vähäinen gangue-materiaali sai varauksen pääasiassa hiukkas-hiukkaskontaktin kautta, koska iskutaajuuden todennäköisyys laturilevyyn oli pieni. Tämä kuvaa latausjärjestelmien käytön rajoittamista: Kaikkien hiukkasten on koskettava laturin pintaa, joten syöttönopeuden on oltava suhteellisen pieni. Kosketusta voidaan parantaa käyttämällä turbulentteja olosuhteita materiaalin kuljettamiseen tai käyttämällä suurta pinta-alaa liikkuvaa laturia. Taon viimeaikainen työ [19] ja Bada [20] ja Sobhy [21] Käytä erityisesti suunniteltua pyörivää laturia, jossa on käytetty jännitettä, mutta vain hyvin pienessä laboratorioerottimessa. Vaikka tämän parannetun laturirakenteen on osoitettu olevan parempi kuin vanhemmat järjestelmät, Näiden järjestelmien osoitetut käsittelykapasiteetit ovat edelleen melko alhaiset. [21]

Tämäntyyppinen vapaassa pudotuksessa erotin on rajoituksia partikkelikoon materiaalia, jota voidaan käsitellä. Elektrodi-alueella virtaus on valvottava minimoida turbulenssi välttää ”tahroja” erottaminen. Pienhiukkasten lentorataa vaikuttaa enemmän turbulenssi, koska pienhiukkasten aerodynaamiset vetovoimat ovat paljon painovoimaa ja sähköstaattisia voimia suuremmat. Tämä ongelma voidaan ratkaista jossain määrin, jos käsitellään materiaalia, jolla on suhteellisen kapea hiukkaskokoalue. Suuri osa edellä käsitellystä tutkimuksesta sisälsi materiaalin esiseulonnan eri kokoluokkiin erottelun optimoimiseksi. [5] [6] [7] [9] [12] [14] [16] [19] [20] [21] Nniiden

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Ero 8 jotta 20 kV. Vyö, joka on valmistettu johtamattomasta muovista, on suuri silmä kanssa 60% Avaa alue. Hiukkaset pääsevät helposti hihnan reikien läpi. Kun elektrodit ero negatiivisesti varautuneet hiukkaset ovat houkutelleet sähkökentän voimansa alhaalta positiivinen elektrodit. Positiivisesti varautuneita hiukkasia vetävät puoleensa negatiivisesti varautuneet top elektrodi. Jatkuvassa silmukassa Hihnan nopeus on vaihtelee 4 enintään 20m/s. Poikkisuuntaisten säikeiden geometria palvelee hiukkasten pyyhkimistä elektrodeista siirtämällä ne erottimen oikeaan päähän ja takaisin hihnan vastakkaisesti liikkuvien osien väliseen korkeaan leikkausvyöhykkeeseen. Koska hiukkasten määrä tiheys on niin suurta kärkiväli (noin yksi- kolmanneksi tilavuus on hiukkasten käytössä;) ja virtaus ravistellaan voimakkaasti, on olemassa monia törmäyksiä hiukkasia ja varmistaa optimaalisen latauksen esiintyy jatkuvasti koko erottaminen alueella. Vastasuuntainen virtaus aiheuttama vastakkaisesti liikkuvat turvavyön osaan ja jatkuva uudelleen latauksen ja uudelleen erottaminen luo counter Nykyinen monivaiheinen eroteltiin yhden laitteen. Tämä erottimen sisällä olevien hiukkasten jatkuva lataus ja lataus eliminoi kaikki tarvittavat "laturijärjestelmät" ennen materiaalin viemistä erottimeen, poistaen siten muiden sähköstaattisten erottimien kapasiteetin vakavan rajoituksen. Tämän erottimen on kaksi purojen, keskittää ja jäämiä, ilman rehujauhona stream. Tämän erottimen tehokkuus on osoitettu vastaavan noin kolmivaiheinen vapaapudotusta RASTANKA rehujauhona kierrättää.

Mineraali A End

Kuva 7: STET-hihnaerottimen perusteet

Erittäin tehokas hiukkasten erottelu alle 0.5 MM tekee tästä ihanteellisen ja todistetun vaihtoehdon sakkojen erottamiseen (pöly) Potaskan kuivajauhatuksesta. STET-erottimella voidaan käsitellä tehokkaasti useita eri partikkelikokoja ilman, että sitä tarvitsee luokitella kapeisiin kokoluokkiin. Voimakkaan levottomuuden vuoksi, suuri leikkausnopeus liikkuvien hihnojen välillä, ja kyky käsitellä erittäin pieniä hiukkasia (<0.001 mm) ST-erotin saattaa olla tehokas fosfaattimalmilimojen erottamisessa, jos muut sähköstaattiset erottimet ovat epäonnistuneet.

3.1 Pääoma- ja toimintakustannukset

STET tilasi vertailevan kustannustutkimuksen, jonka toteutti Soutex Inc.. [25] Soutex on QuebecIssä Kanadassa toimiva insinööritoimisto, jolla on laaja kokemus sekä märkä flotaatiosta että sähköstaattisten erotteluprosessien arvioinnista ja suunnittelusta. Tutkimuksessa verrattiin triboelektrostaattisen vyön erotteluprosessin pääoma- ja käyttökustannuksia tavanomaiseen vaahto flotaatioon matala-alaisen bariittimädän. Käyttökustannuksiin arvioitiin vaikuttavan käyttötyövoima, Huolto, Energia (sähkö ja polttoaine), ja kulutushyödyt (esim., kellunnan kemialliset reagenssikustannukset). Tuotantopanoskustannukset perustuivat Battle Mountainin lähellä sijaitsevan hypoteettisen laitoksen tyypillisiin arvoihin., Nevada Yhdysvallat. Omistuksen kokonaiskustannukset kymmenen vuoden ajalta laskettiin pääoma- ja toimintakustannuksista olettaen, että

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

8% diskonttokorko. Kustannusvertailun tulokset ovat suhteellisia prosentteina taulukossa 3. Taulukko 3. Bariittikäsittelyn kustannusvertailu

Triboelektrostaattisen hihnan erotteluprosessin pääomalaitteiden kokonaishankinnat ovat hieman pienemmät kuin kellunta. Kun kokonaispääomamenot lasketaan sisältämään laitteiden asennus, putkisto- ja sähkökustannukset, ja prosessien rakennuskustannukset, ero on suuri. Triboelektrostaattisen vyön erotusprosessin kokonaispääomakustannukset ovat 63.2% kelluntaprosessin kustannuksista. Kuivaprosessin huomattavasti alhaisemmat kustannukset johtuvat yksinkertaisemmasta prosessikaaviosta. Triboelektrostaattisen hihnan erotteluprosessin käyttökustannukset ovat 75.5% kelluntaprosessissa, koska käyttöhenkilöstön tarpeet ovat pääasiassa pienemmät ja energiankulutus pienempi.

Triboelektrostaattisen vyön erotusprosessin kokonaiskustannukset ovat huomattavasti pienemmät kuin kellunta. Tutkimuksen tekijä, Soutex Oy, totesi, että triboelektrostaattinen hihnan erotteluprosessi tarjoaa ilmeisiä etuja CAPEX:ssä, OPEX, ja toiminnallinen yksinkertaisuus.

4. Yhteenveto

Vaikka useat tutkijat ovat yrittäneet rikastaa fosfaattimalmeja kuivilla sähköstaattisilla prosesseilla 1940-luvulta lähtien, tällaisten prosessien käyttö kaupallisessa mittakaavassa on ollut hyvin vähäistä. Rajallinen menestys on johtunut useista tekijöistä, jotka johtuvat erotinjärjestelmien suunnittelusta ja malmien monimutkaisuudesta.

Rehun valmistus (Lämpötila, Koko luokitus, Ehdollistavat aineet) vaikuttaa merkittävästi erotusjärjestelmien suorituskykyyn. Mahdollisuudet jatkotyöskentelyyn tällä alalla, erityisesti kemiallisten käsittelyaineiden etsintä hiukkasten eriytetyn varauksen tehostamiseksi, jotta myöhempi erottelu olisi tehokkaampaa;. Tällaisten varausta modifioivien aineiden käyttö voi johtaa prosesseihin, jotka voivat menestyksekkäästi rikastaa malmeja monimutkaisella gangue-materiaalilla, sisältää sekä silikaatteja että karbonaatteja.

Vaikka työ jatkuu näiden menetelmien tarkentamiseksi edelleen, Perinteisten sähköstaattisten järjestelmien perusrajoituksiin kuuluu kapasiteetti, tarvitaan monivaiheisiin malmin asianmukaiseen jalostamiseen, ja sakkojen aiheuttamat toiminnalliset ongelmat. Jotta demonstroituja laboratoriotekniikoita voitaisiin soveltaa kannattavassa kaupallisessa mittakaavassa, Merkittäviä parannuksia on tehtävä luotettavan, jatkuva toiminta tehokkuuden heikkenemättä.

STET-tribosähköinen erotin tarjoaa mineraalinjalostusteollisuudelle keinon rikastaa hienoja materiaaleja täysin kuivalla tekniikalla. Ympäristöystävällinen prosessi voi poistaa märkäkäsittelyn ja lopullisen materiaalin vaaditun kuivauksen. STET-prosessi toimii suurella kapasiteetilla – jopa 40 tonnia tunnissa kompaktilla koneella. STET-erottimella voidaan käsitellä tehokkaasti useita eri partikkelikokoja ilman, että sitä tarvitsee luokitella kapeisiin kokoluokkiin. Voimakkaan levottomuuden vuoksi, suuri leikkausnopeus liikkuvien hihnojen välillä, ja kyky käsitellä erittäin pieniä hiukkasia (<0.001 mm) STET-erotin saattaa olla tehokas liman erottamisessa fosfaattimalmeista, jos muut sähköstaattiset erottimet ovat epäonnistuneet. Energiankulutus on vähäistä, noin 1-2 kWh/tonnia käsiteltyä materiaalia. Koska prosessin ainoa mahdollinen päästö on pöly, Lupien myöntäminen on tyypillisesti suhteellisen helppoa.

JD. Bittner et ai./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Viitteet

[1]H. B. Johnson, Konsentroituvien fosfaattipitoisten mineraalien käsittely, Yhdysvaltain patentti # 2,135,716, Marraskuuta, 1938

[2]H. B. Johnson, Konsentroituvien fosfaattipitoisten mineraalien käsittely, Yhdysvaltain patentti # 2,197,865, Huhtikuuta, 1940.

[3]O.C. Ralston, Sähköstaattinen erottaminen sekarakeisista kiinteistä aineista, Elsevier Kustantamo, loppunut tuloste, 1961.

[4]J.E. Lawver, Malmin rikastusmenetelmä Yhdysvaltain patentti 2723029 Marraskuuta 1955

[5]J.E. Lawver, Hyöty Ei-metallinen kivennäisaineita. Yhdysvaltain patentti 2,754,965 Heinäkuuta 1956

[6]J.E. Lawver, Fosfaattimalmien hyödyntäminen Yhdysvaltain patentti 3,225,923 Joulukuu 1965

[7]C. C. Kokki, Hyötymenetelmä ja -välineistö, Yhdysvaltain patentti # 2,738,067, Maaliskuuta, 1956

[8]J.E. Lawver, Hyöty Ei-metallinen kivennäisaineita. Yhdysvaltain patentti 2,805,769 Syyskuuta 1957

[9]D. G. Freasby, Fosfaatti- ja kalsiittihiukkasten vapaasti putoava sähköstaattinen erotus, Mineraalien tutkimuslaboratorion edistymisraportti, Joulukuuta, 1966

[10]J.G. Groppo, Pohjois-Carolinan fosfaattien sähköstaattinen erotus, Pohjois-Carolinan osavaltion yliopiston mineraalien tutkimuslaboratorion raportti

# 80-22-P, 1980

[11]A.P. Kouloheris, M.S. Huang, Fosfaattikivien kuivauutto ja puhdistus kaivoskivestä, Yhdysvaltain patentti # 3,806,046, Huhtikuuta 1974

[12]R. Ciccu, C. Delfa, G.B. Alfanu, P. Carbini, L. Curelli, P. Saba 1972 Joitakin testejä fosfaattien sähköstaattisesta erottamisesta karbonaattiganguella", Kansainvälinen mineraalien jalostuskongressi, Cagliarin yliopisto, Italia

[13]R. Ciccu, M. Ghiani, Rikastus vähärasvaisten sedimenttifosfaattimalmien valmistaminen valikoivalla vaahdotuksella tai sähköstaattisella erotuksella, Oikeudenkäynti, FIPR-konferenssi 1993, 135-146.

[14]R. Ciccu, M. Ghiani, G. Ferrara Hiukkasten selektiivinen tribolataus erottamista varten, KONA-jauhe- ja hiukkaslehti 1993, 11, 5-15.

[15]N.S. Hammoud, A.E. Khazback, M.M. Ali, 1977 Prosessi Abu Tartarin tasangon vähärasvaisten hapettumattomien kompleksifosfaattien päivittämiseksi

(Läntinen aavikko)". Kansainvälinen mineraalien käsittelykonferenssi.

[16]A.Z.M. Abouzeid, A.E. Khazback, S.A. Hassan, Fosfaattimalmien jalostaminen sähköstaattisella erotuksella, Mineraalien käsittelyn laajuuden muuttaminen, 1996, 161-170.

[17]A.Z.M. Abouzeid, Fosfaattimalmien fysikaalinen ja lämpökäsittely – yleiskatsaus, Kansainvälinen lehti mineraali jalostusta varten, 2008, 85, 59-84.

[18]Jm. Stencel, X. Jiang Pneumaattinen liikenne, Tribosähköinen beneficiation Floridan fosfaattiteollisuudelle, Floridan fosfaattitutkimusinstituutille laadittu loppuraportti, FIPR-hanke 01-02-149R, Joulukuuta 2003.

[19]D. Tao, M. Al-Hwaiti, Eshidiya-fosforiittien hyötytutkimus pyörivällä triboelektrostaattisella erottimella, Kaivostiede ja -teknologia 20 (2010) PP. 357-364.

[20]S. O. Bada, I.M. Haukka, R.M.S. Haukka, C.P, Bergmann, Toteutettavuustutkimus tribosähköstaattisesta pitoisuudesta <105μm fosfaattimalmi. Eteläisen Afrikan kaivos- ja metallurgian instituutin lehti, Voi 2012, 112, 341-345.

[21]A. Sobhy, D. Tao, Innovatiivinen RTS-tekniikka fosfaatin kuivarikastamiseen, SYMFOS 2013 - 2Nd Fosfaattiteollisuuden innovaatiota ja teknologiaa käsittelevä kansainvälinen symposiumi. Procedia suunnittelu, Vol. 83 PP 111-121, 2014.

[22]J. Vanhin, E. Yan, 2003. "eForce.- Uusimman sukupolven sähköstaattinen erotin mineraalihiekkateollisuudelle." Heavy Minerals -konferenssi, Johannesburg, Etelä-Afrikan kaivos- ja metallurgiainstituutti.

[23]L. Tuotemerkit, P-M. Beier I. Stahl,Sähköstaattinen erottaminen, Wiley-VCH Verlag GmbH& Co., 2005.

[24]JD. Bittner, F.J. Hrach, S.A. Gasiorowski, L.A. Canellopoulus, H. Guicherd, Tribosähköinen hihnaerotin hienojen mineraalien rikastamiseen, SYMFOS 2013 - 2Nd Fosfaattiteollisuuden innovaatiota ja teknologiaa käsittelevä kansainvälinen symposiumi. Procedia suunnittelu, Vol. 83 PP 122-129, 2014.

[25]JD. Bittner, K.P. Flynn, F.J. Hrach, Laajentaa sovellusten kuiva triboelectric erottaminen mineraalien, Proceedings of XXVII kansainvälisen mineraalien käsittely Congress-IMPC 2014, Santiago, Chile, Lokakuu 20 - 24, 2014.