Beneficiation אלקטרוסטטי של עפרות פוספט: סקירה של לעבוד בעבר ודיון של מערכת ההפרדה מאולתר

זמין באינטרנט- www.sciencedirect.com

ScienceDirect

Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

www.elsevier.com/locate/procedia

3סימפוזיון בינלאומי rd על חדשנות וטכנולוגיה בתעשיית פוספט

Beneficiation אלקטרוסטטי של עפרות פוספט: סקירה של לעבוד בעבר

דיון של מערכת הפרדה משופרת

J. D. Bittner., S.A.Gasiorowski., F.J.Hrach., H. Guicherdb *

.LLC ST Equiment וטכנולוגיה, נידהם, מסצ'וסטס, בארה ב

bסט ציוד & טכנולוגיה בע מ, אביניון, צרפת

מופשט

Beneficiation של עפרות פוספט על ידי תהליכים אלקטרוסטטי יבש יש כבר ניסיון על ידי חוקרים שונים מאז 1940. הסיבות כבסיס לפיתוח תהליכים יבשים להתאוששות פוספט הן כמות המים באזורים צחיחים מסוימים המוגבלת, העלויות כימי הנפקה, ועלויות הטיפול בשפכים. בעוד תהליכי אלקטרוסטטית לא מספקות אלטרנטיבה מלאה הנפקה, זה עשוי להיות מתאים כתוספת עבור כמה זרמים כגון הפחתת קנסות/slimes תוכן עפרות לפני הנפקה, עיבוד של הנפקה פסולת להתאוששות של מוצר אבוד, ומזעור ההשפעות הסביבתיות. בעוד עבודה רבה בוצעה באמצעות רולר מתח גבוה ומפרידים נפילה חופשית בקנה מידה מעבדה, הראיה היחידה של התקנה מסחרית שנת 1940 תהליך "ג'ונסון" על פירס שלי פל; אין שום הוכחה בספרות של שימוש מסחרי הנוכחי אלקטרוסטטיקה, אבל עניין רב בתהליכי יבש ממשיך לשימוש באזורים צחיחים. מחקרים שונים דיווח להדגיש כי להאכיל הכנה (טמפרטורה, סיווג גודל, מיזוג סוכנים) יש השפעה גדולה על הביצועים. בעוד כמה הפרדות טוב הושגו על-ידי הסרת סיליקה פוספטים, ועם דוגמאות פחות של קלציט, דולומיט פוספט, התוצאות פחות חיוביות כאשר קיימים זיהומים מרובים. עבודות המחקר ממשיך להוסיף ולמקד בשיטות אלה, אך מגבלות יסוד במערכות אלקטרוסטטית קונבנציונליים כוללים קיבולת נמוכה, הצורך בשלבים רבים בשדרוג נאותה של עפרת, ובעיות תפעול הנגרמת על ידי קנסות. חלק מההגבלות הללו עלול להתגבר על ידי התהליכים אלקטרוסטטית חדשות יותר, כולל מפריד את החגורה triboelectric.

© 2015 המחברים. בהוצאת Elsevier בע מ.

ביקורת עמיתים באחריות הוועדה המדעית של סימפוס 2015.

מילות מפתח: פוספט, מטען אלקטרוסטטי; ההפרדה; מינרלים; חלקיקים; תהליך יבש

*המחבר המתאים: תל: +33-4-8912-0306 דואר אלקטרוני כתובת: guicherdh@steqtech.com

1877-7058 © 2015 המחברים. בהוצאת Elsevier בע מ.

ביקורת עמיתים באחריות הוועדה המדעית של סימפוס 2015.

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

1. דווח על עבודה על beneficiation אלקטרוסטטית של עפרות פוספט

פוספט ריכוז של עפרות טבעי ארוך בוצעה על ידי מגוון רחב של שיטות שימוש סכומים ניכרים לעתים מים. עם זאת, בשל המחסור במים על מרבצי פוספט שונים ברחבי העולם, וכן התייקרות עלויות הרישוי והטיפול בשפכים, פיתוח יעיל, תהליך יבש הכלכלי הוא רצוי מאוד.

שיטות לעיבוד אלקטרוסטטית יבשה של פוספט עפרות הציע והפגינו ב מאזניים קטן מעל 70 שנים. עם זאת, יישומים מסחריים של שיטות אלה היה מוגבל מאוד. "תהליך ג'ונסון" [1] היה בשימוש החל מסחרית 1938 במשך תקופת זמן במפעל חברה אמריקאית כימי חקלאי ליד פירס פלורידה ארה ב. תהליך זה משמש סדרה מאוד מורכב של אלקטרודות רולר (איור 1) לריכוז רב-שלבי של שחזור פוספט מזנבות כביסה מותפלים, תרכיזי הנפקה מראש, או הנפקה פסולת. החל 15.4% P2O5 ו 57.3% חומר בלתי מסיס בזנבות העדינים, באמצעות שילוב של סיווג גודל, desliming, והתניה מוקדמת של הזנבות המיובשים, החומר עם 33.7% P2O5 ורק 6.2% לא מסיס התאושש. בדוגמה אחרת, שדרוג של הנפקה פסולת עם 2.91% P2O5 הביא מוצר של 26.7% P2O5 עם 80% שחזור. ג'ונסון ציין כי היה צורך להתייחס הוידאו washery ריאקטיבים כימיים המשמש בדרך כלל פוספט ציפה לקבל פוספט גבוהה כיתה ושחזור. הוא מציין במיוחד את האפקטיביות של מזוט וחומצות שומן כמו ריאגנטים.

איור 1, ג'ונסון תהליך המנגנון וגליון זרימה הפטנטים 2,135,716 ו 2,197,865, 1940 [1][2]

בזמן התקנה מסחרית זו מצוטט בספרות כמתחילה על 1938, לא ברור איך בהרחבה או כמה זמן תהליך זה שימש. לסיכום שלו על מצב של הפרדות צבע אלקטרוסטטי עד 1961, O. C. רלסטון

[3]כותב מפרידים חמישה ג'ונסון גדולים היו מותקנים כל עיבוד על 10 טון / hr של -20 רשת הזנה. כל מפריד היה 10 מתגלגל גבוה עם המתח המופעל של 20 kV. לדברי רלסטון, לא הותקנו רכזי פוספט אחרים בקנה מידה מסחרי באמצעות אלקטרוסטטיקה. בהתבסס על התיאור ציוד תהליך, המחברים

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

הגיעו למסקנה כי הקיבולת הכוללת של התהליך היה נמוכות למדי ביחס לקיבולת של תהליכים אחרים, כמו חגורת רטוב. קיבולת נמוכה, העלויות של ייבוש מהחנות הזנה מכרייה רטוב בפלורידה הם ככל הנראה הסיבה להגביל יישום נוסף של התהליך בשנת הארבעים והחמישים.

של 1950 ו-1960 של עובדים עבור מינרלים הבינלאומי & חברת כימיקלים (מל י) בדק את היישום של תהליכי ההפרדה אלקטרוסטטי יבש beneficiation מינרליים. פוספט הפלורידיאני עפרת עיבוד היה עניין מיוחד מל י. העבודה של מל י מנוצל בעיצוב מפריד נפילה חופשית לפעמים עם חלקיקים טעינה משופרת על ידי עובר דרך מסית או impactor כמו מפעל פטיש או מוט. [4] פטנט עוקבות [5] כללה כמה שיפור הפרדת הצבע באמצעות מטענים של חומרים שונים, למרות הפטנט האחרון בסדרה

[6]למסקנה טעינת מגע חלקיקים בטמפרטורה גבוהה (>70° F) היה יעיל יותר מאשר באמצעות מערכת מטען. דוגמאות מייצגות של תוצאות דיווחו פטנטים אלו מוצגות בטבלה 1.

טבלה 1. התוצאות המדווחות של מינרלים הבינלאומי & כימיקלים פטנטים 1955-1965

הפטנטים של מל י שונים בדק את השפעת גודל החלקיקים, כולל עיבוד של נתחים מסך שונים באופן עצמאי, למרות עבודה מעורב מאוד בסדר (<45 מיקרומטר) חלקיקים. דוגמת מיזוג מגוונות, כולל התאמת הטמפרטורה, טרום כביסה וייבוש, שיטות הייבוש שונים (ייבוש עקיף, פלאש ייבוש, מנורות חימום עם טווחים ספציפיים של הגל האינפרא-אדום). זיהומים שונים (כלומר. ל"מי נגד פחמתי) נדרשו שיטות טיפול וטיפול מקדימות שונות כדי לייעל את ההפרדה. בעוד שברור מתיאורי הפטנטים כי IMC ניסתה לפתח תהליך בקנה מידה מסחרי, עיון בספרות אינו מצביע על כך שמתקן כזה הוקם והופעל אי פעם באתר כלשהו של IMC.

בשנות ה-60 של המאה ה-20 בוצעה עבודה ספציפית על קרבונט המכיל עפרות פוספט מצפון קרוליינה במעבדה לחקר מינרלים באוניברסיטת צפון קרוליינה, [9] באמצעות מפריד נפילות בקנה מידה מעבדתי ותערובת סינתטית של קרבונט מעטפת קרקע ותרכיז הנפקה של חלוקי נחל פוספט בטווח גדלים צר מאוד (-20כדי +48 רשת), המחקר הראה כי התניה מוקדמת החומר עם פילינג חומצה או חומצות שומן השפיע על המטען היחסי של הפוספט כחיובי או שלילי. התקבלו הפרדות חדות יחסית. עם זאת, בעת שימוש עפרות טבעיות המכילות כמות ניכרת של קנסות, רק הפרדות גרועות היו אפשריות. ההפרדה המדווחת הטובה ביותר משאריות משאריות משדרוג הנפקה עם P ראשוני2O5 ריכוז של 8.2% התאושש מוצר של 22.1% P2O5. לא דווח על רמת החלמה. ראוי לציין, אחד הקשיים שדווחו היה הצטברות קנסות על אלקטרודות ההפרדה.

עבודה נוספת על הפרדה אלקטרוסטטית של פוספט צפון קרוליינה באמצעות מפריד מסוג רולר מתח גבוה

[10]מסקנה כי בעוד ההפרדה של פוספט וקוורץ היא אפשרית, עלות הייבוש הייתה יקרה. עם זאת, בהתחשב בכך עפרות פוספט calcined הם יבשים, החוקרים הציעו כי הפרדה אלקטרוסטטית של עפרות כאלה עשויה להיות אפשרית. ההפרדה של פוספטים calcined היה גרוע בעבודה המדווחת. נראה כי ההפרדה קשורה לגודל החלקיקים ולא להרכבם. שיפורים מוצעים כללו שימוש במערכות הפרדה אלקטרוסטטיות אחרות, ריאגנטים לשיפור מאפייני טעינת חלקיקים וגודל מסך קרוב מאוד של חומרים. אין ראיות לכך עבודת המשך בוצעה בפרויקט זה.

עבודה מוקדמת במקצת באמצעות מפרידי רולר מתח גבוה [11] סילוק מוצלח של תרכובות אלומיניום וברזל מעפרות מכרה מפלורידה. העפרות יובשו, כתוש, וגודל קפדני לפני ההפרדה. ה-P2O5 הריכוז הוגדל באופן שולי מ 30.1% כדי 30.6% אבל הסרת תרכובות אל ופה אפשרה התאוששות טובה הרבה יותר לאחר מכן בשיטות הנפקה. עבודה זו הדגימה את השימוש במפריד אלקטרוסטטי לטיפול בבעיה בעפרות ספציפיות שהגבילה את העיבוד הרטוב הקונבנציונלי.

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

לצד חקירות על הפרדת חומרים רבים אחרים, Ciccu ועמיתיו בחנו את ההפרדה של מגוון עפרות פוספט, כולל מקורות מהודו, אלג'יריה, טוניסיה, ואנגולה. [12] הפרדה אלקטרוסטטית הייתה מעניינת כחלופה להנפקה מבחינה כלכלית בשל העובדה שמרבצים גדולים של פוספטים נמצאים באזורים צחיחים. [13] שימוש במפרידי נפילות חופשיות בקנה מידה מעבדתי עם "מגדש טורבו", חוקרים אלה הצליחו להשיג תוצאות הפרדה הדומות לתהליכי הנפקה מעפרות בעלות הרכבי גנגי פשוטים יחסית. במיוחד, הם מצאו כי פוספט טעון חיובי בנוכחות סיליקה, אבל שלילי בנוכחות קלציט. עם זאת, אם העפרות הכילו כמויות משמעותיות של סיליקה וקרבונט, ההפרדה האלקטרוסטטית הייתה גרועה ותהליכי ההנפקה הוכיחו גמישות רבה יותר להשגת הפרדות מעשיות. מתוך מחקרים על השפעות מגדש הטורבו על טעינה של חלקיקים בודדים, חוקרים אלה הגיעו למסקנה כי חומר הגנגה נטען בעיקר על ידי מגע חלקיק-חלקיק ולא מגע עם משטחי מגדש הטורבו. [13] [14] הטעינה הייתה גם רגישה מאוד לטמפרטורת החומר, עם הפרדה טובה ניתן להשיג רק מעל 100°C. בנוסף, הימצאות חומר עדין גרמה לבעיות במפריד ותוצאות טובות תלויות בגודל זהיר של חלקיקים בעד שלושה טווחי גודל לפני ההפרדה. סיכום התוצאות מקבוצה זו מוצג בטבלה 2. אין מלא- נראה כי יישומי קנה מידה יושמו בהתבסס על עבודה זו.

טבלה 2. תוצאות מדווחות של Ciccu, et. אל. ממפרידי נפילות חופשיות בקנה מידה מעבדתי

הפרדה אלקטרוסטטית של עפרה מצרית נחקרה על ידי חמוד, ואח'. שימוש במפריד נפילות בקנה מידה מעבדתי. [15] העפרות בהן נעשה שימוש הכילו בעיקר סיליקה וחומרים בלתי מסיסים אחרים עם P ראשוני2O5 ריכוז של 27.5%. למוצר המשוחזר היה P2O5 ריכוז של 33% עם 71.5% שחזור.

מחקר נוסף של עפרה מצרית עם גנגי סיליקסי בעיקרו נערך על ידי אבוזייד, ואח'. שימוש במפריד גלילה מעבדתי. [16] החוקרים ביקשו במיוחד לזהות טכניקות יבשות לריכוז ו/או להסרת עפרות פוספט במחוזות עם מחסור במים. מחקר זה השיג מוצר עם 30% P2O5 מחומר הזנה עם 18.2 % P2O5 עם התאוששות של 76.3 % לאחר שינוי גודל זהיר של החומר לטווח צר בין 0.20 מ"מ ו 0.09 מ מ.

במאמר סקירה עוקב המכסה את כל מגוון תהליכי התועלת להשבת פוספטים, אבוזייד דיווח כי בעוד שטכניקות ההפרדה האלקטרוסטטית הצליחו לשדרג עפרות פוספט על ידי הסרת סיליקה וקרבונטים, הקיבולת הנמוכה של המפרידים הזמינים הגבילה את השימוש בהם לייצור מסחרי. [17]

הפרדה אלקטרוסטטית של עפרות פלורידה נחקרה לאחרונה על ידי סטנסל וג'יאן באמצעות מעבדה חופשית מזרימה- מפריד סתיו. [18] המטרה הייתה לזהות סכמת עיבוד חלופית או משלימה למערכות ההנפקה שהיו בשימוש זמן רב, מכיוון שלא ניתן היה להשתמש בהנפקה על חומר של פחות מ 105 מיקרומטר. החומר המשובח הזה פשוט הוטמן, וכתוצאה מכך הפסד של כמעט 30% של הפוספט שנכרה במקור. הם בדקו עפרות גולמיות מותשות, הזנת הנפקה עדינה, תרכיז הנפקה מחוספס יותר, ותרכיזי הנפקה סופיים שהתקבלו משני מפעלי עיבוד בפלורידה בקצב הזנה של עד 14 ק"ג/שעה במפריד בקנה מידה מעבדתי. תוצאות הפרדה טובות דווחו עם הזנת ההנפקה העדינה (+0.1 מ מ; ~12% P2O5) ממקור אחד ששודרג ל 21-23% P2O5 בשני מעברים עם 81- 87% P2O5 התאוששות על ידי דחיית סיליקה בלתי מסיסה בעיקר. תוצאות דומות הושגו בעת טעינת ההזנה באמצעות צינור שינוע פנאומטי או מטען טריבו מסתובב.

המחקר האחרון שדווח על ההפרדה האלקטרוסטטית של עפרות פוספט כלל מערכות שנועדו לייעל טוב יותר את טעינת החומרים לפני הכנסתם למפריד נפילות חופשיות, טאו ואל-חויטי [19] זיהה כי לא היה שימוש מסחרי באלקטרוסטטיקה להפקת תועלת פוספט בשל המערכות הנמוכות

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

תפוקת, צורך לעבוד עם הפצות גודל החלקיקים צר ויעילות הנמוכה. חוקרים אלה ביקשו במיוחד להתגבר על צפיפות המטען החלקיקית הנמוכה הקשורה למערכות התלויות בחלקיק למגע חלקיק או להשפעה על מערכת טעינה פשוטה. עבודה עם עפרת הירדני עם בעיקר סיליקה gangue, החומר נמחצה אל -1.53 מ"מ וסירב בזהירות להסיר חומר מתחת 0.045 מ מ. מפריד נפילות בקנה מידה קטן בקנה מידה של מעבדה הותקן במטען מסתובב בעיצוב חדש שתוכנן עם גליל נייח ותוף מסתובב, או מטען, ואת שטח טבעתי שביניהם. ספק כוח חיצוני שימש כדי להחיל פוטנציאל חשמלי בין התוף סיבוב מהיר הגליל נייח. לאחר טעינה על-ידי מגע עם התוף סיבוב, החלקיקים עוברים למפריד נפילה חופשית קונבנציונלי. עבודה עם 100 גודל אצווה גרם והחל מהזנה שנדחתה P2O5 תוכן של 23.8%, לאחר שני עובר רכז עם עד 32.11% P2O5 התאושש, אם כי רק עם התאוששות כללית של 29%.

במאמץ להועיל לקנסות פוספט (< 0.1 מ מ), Bada et al. השתמש במפריד נפילות עם מערכת טעינה מסתובבת דומה מאוד לזו של טאו.[20]. חומר המוצא היה מתרכיז הנפקה שהכיל קנסות עם P2O5 של 28.5%. תוצר של 34.2% P2O5 התאושש אך שוב עם שיעור החלמה נמוך של 33.4%.

"מפריד נפילה חופשית טריבואלקטרוסטטי סיבובי" זה יושם שוב על התועלת היבשה של פוספטים על ידי סובהי וטאו. [21] עבודה עם חלוק נחל דולומיטי פוספט כתוש מפלורידה עם טווח גודל חלקיקים רחב מאוד (1.25 מ מ – <0.010 מ מ), תרכיז פוספט עם 1.8% MgO ו 47% P2O5 השחזור הופק מהזנה המתחילה בקירוב 23% P2O5 ו 2.3% מ.ג.ו. התוצאות האופטימליות במכשיר בקנה מידה של מעבדה הושגו בעת האכלה 9 ק"ג/שעה ו – 3kV מופעל על המטען הסיבובי. יעילות ההפרדה דווחה כמוגבלת הן על ידי שחרור לקוי של חומר בחלקיקים הגדולים והן על ידי התאבכות של חלקיקים בגדלים שונים בתא ההפרדה.

תוצאות טובות יותר הושגו בעת עיבוד דגימת הזנת הנפקה עם התפלגות גודל החלקיקים הצרה יותר של 1 כדי 0.1 מ מ. עם P ראשוני2O5 תוכן של כ 10%, דגימות המוצר התקבלו עם כ 25% P2O5 תוכן, P2O5 התאוששות של 90%, ודחייה של 85% של הקוורץ. יעילות מוכחת זו צוינה כטובה בהרבה מזו שהושגה עם מפריד נפילה חופשית עם מערכת טעינה קונבנציונלית יותר כפי ששימשה את סטנסל [18] הדגמת היתרון של המטען הסיבובי החדש שעוצב. עיבוד תרכיז הנפקה המכיל 31.7% P2O5 התוצאה הייתה מכפלה של יותר מ- 35% P2O5 עם התאוששות של 82%. שדרוג זה צוין כטוב מאפשרי על ידי הנפקה.

מפריד סולם מעבדה זה עם רוחב מערכת הפרדה של 7.5 CM תואר כבעל קיבולת של 25 ק"ג/שעה, שווה ערך ל 1/3 טון/שעה/מטר רוחב. עם זאת, ההשפעות המדווחות של קצב ההזנה על יעילות ההפרדה הראו כי הפרדות אופטימליות הושגו רק 9 ק"ג/שעה או קצת יותר משליש מהקיבולת הנומינלית של המערכת.

כולל, עבודות קודמות על שדרוג אלקטרוסטטי של עפרות פוספט הוגבלו על ידי הטעינה היחסית של גנגי מורכבות וההשפעה המזיקה של השפעות גודל חלקיקים, בפרט, השפעת הקנסות. הרוב הגדול של העבודה כלל רק ציוד בקנה מידה מעבדתי ללא אימות בקנה מידה מסחרי, ניתן להשתמש בציוד המופעל ברציפות. בנוסף, היכולות הנמוכות של ציוד תהליך אלקטרוסטטי זמין הפכו יישומים מסחריים ללא כלכליים.

2. מגבלות תהליכי ההפרדה האלקטרוסטטית הקונבנציונליים

מערכות הפרדה אלקטרוסטטית רולר במתח גבוה בשימוש Groppo [10] ו Kouloheris et al. [11] משמשים בדרך כלל לשדרוג מגוון חומרים כאשר רכיב אחד מוליך יותר מאחרים. בתהליכים אלה, החומר חייב ליצור קשר עם תוף מקורקע או צלחת בדרך כלל לאחר חלקיקי החומר טעונים לרעה על ידי הפרשת קורונה מיונאת. חומרים מוליכים יאבדו את מטענו במהירות ויושלכו מהתוף. הלא- חומר מוליך ממשיך להימשך לתוף מכיוון שהמטען יתפוגג לאט יותר וייפול או יוברש מהתוף לאחר הפרדה מהחומר המוליך.

הדיאגרמה הבאה (איור 2) מדגים את התכונות הבסיסיות של סוג זה של מפריד. תהליכים אלה הם:

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

מוגבל בקיבולת עקב המגע הנדרש של כל חלקיק לתוף או לצלחת. יעילותם של מפרידי גליל תוף אלה מוגבלת גם לחלקיקים בגודל של כ-0.1 מ"מ ומעלה הן בשל הצורך במגע עם הלוח המוארק והן בשל דינמיקת זרימת החלקיקים הנדרשת. חלקיקים בגדלים שונים יהיו גם דינמיקת זרימה שונה בשל השפעות אינרציאליות ויגרום להפרדה מושפלת.

איור 2: מפריד אלקטרוסטטי של תוף (אלדר ויאן, 2003 [22]

הניסיון המוגבל ליישום מוטב פוספט נובע מהאופי הלא מוליך הן של פוספטים והן של חומר גנגי טיפוסי. קולוהריס הבחין בעיקר בהסרה מסוימת של ברזל ואלומיניום המכילים חלקיקים ש, בשל אופיים המוליך, "נזרקים" מהגלגלת. נוכחות של חומר מסוג זה בעפרות פוספט אינה נפוצה. גרופו ציין כי החומר היחיד ש"הוצמד" לגלגלת כ"לא מוליך" היו קנסות, ציון הפרדה לפי גודל חלקיקים ולא לפי הרכב החומר. [9] עם חריגים נדירים אפשריים, עפרות פוספט אינן ניתנות לתועלת על ידי מפרידי גלילה במתח גבוה.

מפרידי גלילה תוף שימשו גם בתצורות המסתמכות על טעינה טריבואלקטרית של חלקיקים ולא על טעינה המושרה על ידי יינון המושרה על ידי שדה מתח גבוה. אלקטרודה אחת או יותר הממוקמת מעל התוף, כגון האלקטרודה ה"סטטית" המתוארת באיור 2, משמשים כדי "להרים" חלקיקים בעלי מטען נגדי משטח התוף. מערכת כזו שימשה את אבוזייד, ואח'. [16] שמצא כי יעילות ההפרדה השתנתה בהתאם לקוטביות והפעיל מתח של האלקטרודות הסטטיות. תהליך ג'ונסון [1] השתמש בווריאציה נוספת של מפריד גלילה תוף. עם זאת, הקיבולת והיעילות המוגבלות של מערכת גלילים בודדת מובילות למערכות מורכבות מאוד כמו המתואר באיור 1. כאמור לעיל, נראה כי מורכבות זו וחוסר היעילות הכללי של התהליך הגבילו מאוד את יישומו.

הפרדות תלת-אלקטריות אינן מוגבלות להפרדה של מוליך / חומרים לא מוליכים אך תלויים בתופעה של העברת מטען על ידי מגע חיכוך של חומרים עם כימיה שונה של פני השטח. תופעה זו משמשת בתהליכי הפרדה של "נפילה חופשית" מזה עשרות שנים. תהליך כזה מודגם באיור 3. רכיבים של תערובת של חלקיקים מפתחים תחילה מטענים שונים על ידי מגע או עם משטח מתכת, כמו במגדש טריבו, או על ידי מגע בין חלקיק לחלקיק, כמו במכשיר האכלה במיטה נוזלית. כאשר החלקיקים נופלים דרך

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

שדה חשמלי באזור האלקטרודות, מסלולו של כל חלקיק מוטה לכיוון האלקטרודה של טעינה הפוכה. לאחר מרחק מסוים, פחי גבייה מועסקים כדי להפריד את הזרמים. התקנות אופייניות דורשות שלבי מפריד מרובים עם מיחזור של שבר בינוני. התקנים מסוימים משתמשים בזרם קבוע של גז כדי לסייע בהעברת החלקיקים דרך אזור האלקטרודה.

איור 5: "נפילה חופשית" מפריד טריבואלקטרוסטטי

במקום להסתמך אך ורק על מגע בין חלקיק לחלקיק כדי לגרום להעברת מטען, מערכות רבות מסוג זה משתמשות בחלק "מטען" המורכב מחומר נבחר עם או בלי מתח מופעל כדי לשפר את טעינת החלקיקים. בשנות ה-50, לובר חקר שימוש במכשירים שונים, כולל טחנת פטיש וטחנת מוטות, כדי לטעון חומר בין שלבי ההפרדה [4] כמו גם מטעני צלחת פשוטים מחומרים שונים. [5] [6] עם זאת, לובר הגיע למסקנה כי טמפרטורת החומר היא בעלת חשיבות עליונה והעברת מטען חלקיקים-חלקיקים מעל טמפרטורת הסביבה סיפקה תוצאות טובות יותר מאשר שימוש במטען. Ciccu et al. [12] חקר את המידה היחסית של העברת מטען והגיע למסקנה כי חומר גנגי מינורי רכש מטען בעיקר באמצעות מגע חלקיק-חלקיק בשל ההסתברות הנמוכה לתדירות הפגיעה עם לוחית מטען. הדבר ממחיש מגבלה בשימוש במערכות טעינה: כל החלקיקים חייבים לבוא במגע עם משטח המטען ולכן קצב ההזנה חייב להיות נמוך יחסית. ניתן לשפר את המגע על ידי שימוש בתנאים טורבולנטיים להעברת החומר או על ידי שימוש במטען נע שטח פנים גדול. עבודתו האחרונה של טאו [19] ובאדה [20] וסובהי [21] השתמש במטען מסתובב שתוכנן במיוחד עם מתח מופעל אך רק על מפריד מעבדה בקנה מידה קטן מאוד. בעוד שעיצוב מטען משופר זה הוכח כעדיף על מערכות ישנות יותר, יכולות העיבוד המוכחות של מערכות אלה עדיין נמוכות למדי. [21]

סוג זה של מפריד נפילה חופשית יש גם מגבלות בגודל החלקיקים של החומר שניתן לעבד. יש לשלוט בזרימה בתוך אזור האלקטרודה כדי למזער את המערבולות כדי למנוע "מריחה" של ההפרדה. המסלול של חלקיקים עדינים משפיעים יותר על ידי מערבולות מכיוון שכוחות הגרירה האווירודינמיים על חלקיקים עדינים גדולים בהרבה מהכוחות הכבידתיים והאלקטרוסטטיים. ניתן להתגבר על בעיה זו במידה מסוימת אם מעובדים חומר בעל טווח גודל חלקיקים צר יחסית. חלק גדול מהמחקרים שנדונו לעיל כללו סינון מקדים של חומרים לטווחי גדלים שונים על מנת לייעל את ההפרדה. [5] [6] [7] [9] [12] [14] [16] [19] [20] [21] את

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

ההבדל של 8 כדי 20 kV. החגורה, אשר עשוי פלסטיק ללא ניצוח, מדובר רשת גדול עם 60% לפתוח אזור. החלקיקים יכולים לעבור בקלות דרך החורים בחגורה. בעת כניסתו הפער בין האלקטרודות חלקיקים טעונים שלילית נמשכים על-ידי כוחות שדה חשמלי האלקטרודות חיובי התחתון. חלקיקים טעונים חיובית, נמשכים אל האלקטרודה העליון טעונים שלילית. המהירות של החגורה לולאה רציפה הוא משתנה מ 4 עד 20 מטר לשנייה. הגיאומטריה של הגדילים הצולבים משמשת כדי לסחוף את החלקיקים מהאלקטרודות, להזיז אותם לכיוון הקצה הנכון של המפריד ובחזרה לאזור הגזירה הגבוה בין החלקים הנעים הפוך של החגורה. בגלל צפיפות מספר החלקיקים היא כל כך גבוה בתוך הפער בין האלקטרודות (בערך אחד- שלישית, הנפח תפוס על ידי חלקיקים;) הזרם נמרצות סוער, ישנם הרבה התנגשויות בין החלקיקים, טעינה אופטימלית מתרחשת באופן רציף לאורך אזור הפרדה. הזרם נגד הזרם המושרה על ידי הסעיפים חגורה נע הפוך, מתמיד טעינה מחדש והפרדה מחדש יוצרת הפרדה הנוכחי מונה multistage בתוך מנגנון יחיד. טעינה וטעינה רציפה זו של חלקיקים בתוך המפריד מבטלת כל מערכת "מטען" נדרשת לפני הכנסת חומר למפריד, ובכך להסיר מגבלה חמורה על היכולת של מפרידים אלקטרוסטטיים אחרים. הפלט של התו הזה הוא שני נחלים, תתרכז, משקע, ללא זרם middlings. היעילות של התו הזה הוכח להיות שווה ערך בשלושת שלבי ההפרדה לנפילות עם middlings המיחזור.

מינרל A סוף

איור 7: יסודות מפריד חגורת STET

ההפרדה היעילה ביותר של חלקיקים פחות מ 0.5 מ"מ הופך את זה לאופציה אידיאלית ומוכחת להפרדת קנסות (אבק) מפעולת טחינה יבשה באשלג. מפריד STET יכול לעבד מגוון רחב של גדלי חלקיקים ביעילות ללא צורך בסיווג לטווחי גודל צרים. בגלל התסיסה הנמרצת, קצב הגזירה הגבוה בין החגורות הנעות, והיכולת לטפל בחלקיקים עדינים מאוד (<0.001 מ מ) מפריד ST עשוי להיות יעיל בהפרדת רפש עפרות פוספט במקומות שבהם מפרידים אלקטרוסטטיים אחרים נכשלו.

3.1 עלויות הון ותפעול

מחקר עלות השוואתית הוזמן על ידי STET ונערך על ידי Soutex Inc. [25] Soutex היא חברת הנדסה מבוססת קוויבק קנדה עם ניסיון רב הן ציפה רטובה והן הערכה תהליך הפרדה אלקטרוסטטית ועיצוב. המחקר השווה את ההון ואת עלויות התפעול של תהליך ההפרדה חגורה triboelectrostatic לשט קצף קונבנציונלי עבור התועלת של עפרות בריט בדרגה נמוכה. עלויות התפעול הוערכו כעובר עבודה תפעולית, תחזוקה, אנרגיה (חשמל ודלק), חומרים מתכלים (למשל, עלויות ריאה-גאנט כימיות עבור ציפה). עלויות הקלט התבססו על ערכים אופייניים למפעל היפותטי הממוקם ליד הר באטל, נבדה ארה"ב. עלות הבעלות הכוללת על פני עשר שנים חושבה מההון ועלות התפעול על ידי הנחת

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

8% תעריף הנחה. התוצאות של השוואת עלויות קיימות כאחוזים יחסיים בטבלה 3. טבלה 3. השוואת עלויות עבור עיבוד בריט

עלות הרכישה הכוללת של ציוד הון עבור תהליך ההפרדה חגורה triboelectrostatic הוא קצת פחות מאשר עבור ציפה. עם זאת, כאשר ההוצאה הכוללת של ההון מחושבת כך שתכלול התקנת ציוד, עלויות צנרת וחשמל, ועלויות בניית תהליכים, ההבדל הוא גדול. עלות ההון הכוללת עבור תהליך הפרדת החגורה הטריבואלקטרוסטטית היא 63.2% של עלות תהליך ההנפקה. העלות הנמוכה משמעותית עבור התהליך היבש נובעת מגיליון הזרימה הפשוט יותר. עלויות התפעול של תהליך ההפרדה בין החגורה התלת-אלקטרו-סטטית הן 75.5% של תהליך ציפה בשל דרישות צוות הפעלה נמוכות בעיקר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר.

העלות הכוללת של הבעלות על תהליך ההפרדה בין החגורה התלת-אלקטרו-סטטיסטית נמוכה משמעותית מאשר עבור ציפה. מחבר המחקר, Soutex Inc., הגיע למסקנה כי תהליך ההפרדה חגורה triboelectrostatic מציע יתרונות ברורים CAPEX, אופקס (אופקס), ופשטות תפעולית.

4. תקציר

בעוד שחוקרים שונים ניסו להפיק תועלת מעפרות פוספט על ידי תהליכים אלקטרוסטטיים יבשים מאז שנות ה-40 של המאה ה-20, השימוש בתהליכים כאלה בקנה מידה מסחרי היה מוגבל מאוד;. ההצלחה המוגבלת נבעה ממגוון גורמים המיוחסים לתכנוני מערכות ההפרדה ולמורכבות המחצבים.

הכנת הזנה (טמפרטורה, סיווג גודל, מיזוג סוכנים) בעל השפעה רבה על ביצועי מערכות ההפרדה. הזדמנויות לעבודה נוספת בתחום זה, בפרט, חקר של חומרי מיזוג כימיים כדי לשפר את הטעינה הדיפרנציאלית של חלקיקים כדי לאפשר יעילות רבה יותר בהפרדה לאחר מכן. השימוש בחומרים משנים מטען כאלה עשוי לגרום לתהליכים שיכולים להועיל בהצלחה עפרות עם חומר גנגי מורכב, כולל גם סיליקטים וגם קרבונטים.

בעוד העבודה ממשיכה לשכלל שיטות אלה, מגבלות בסיסיות על מערכות אלקטרוסטטיות קונבנציונליות כוללות קיבולת, הצורך בשלבים מרובים לשדרוג נאות של עפרות, ובעיות תפעול הנגרמת על ידי קנסות. על מנת לאפשר יישומים בקנה מידה מסחרי של טכניקות מעבדה שהודגמו;, יש לבצע שיפורים משמעותיים כדי להבטיח אמינות, פעולה רציפה ללא פגיעה ביעילות.

המפריד הטריבואלקטרי STET מספק לתעשיית עיבוד המינרלים אמצעי להפיק תועלת מחומרים עדינים בטכנולוגיה יבשה לחלוטין. התהליך הידידותי לסביבה יכול למנוע עיבוד רטוב וייבוש נדרש של החומר הסופי. תהליך STET פועל בתפוקה גבוהה – עד 40 טון לשעה על ידי מכונה קומפקטית. מפריד STET יכול לעבד מגוון רחב של גדלי חלקיקים ביעילות ללא צורך בסיווג לטווחי גודל צרים. בגלל התסיסה הנמרצת, קצב הגזירה הגבוה בין החגורות הנעות, והיכולת לטפל בחלקיקים עדינים מאוד (<0.001 מ מ) מפריד STET עשוי להיות יעיל בהפרדת רפש מעפרות פוספט במקומות שבהם מפרידים אלקטרוסטטיים אחרים נכשלו. צריכת האנרגיה נמוכה, בקירוב 1-2 קוט"ש/טון חומר מעובד. מכיוון שהפליטה הפוטנציאלית היחידה של התהליך היא אבק, ההיתר הוא בדרך כלל קל יחסית.

J. D. Bittner et al. / Procedia הנדסה 00 (2015) 000-000

הפניות

[1]H. B. ג'ונסון, עיבוד ריכוז מינרלים נושאי פוספט, פטנטים של ארצות הברית # 2,135,716, נובמבר, 1938

[2]H. B. ג'ונסון, עיבוד ריכוז מינרלים נושאי פוספט, פטנטים של ארצות הברית # 2,197,865, אפריל, 1940.

[3]O.C. רלסטון, הפרדה אלקטרוסטטית של מוצקים גרגיריים מעורבים, חברת ההוצאה לאור Elsevier, אזל מהדפוס, 1961.

[4]י.ה.. Lawver, שיטת הטבת עפרות פטנט אמריקאי 2723029 נובמבר 1955

[5]י.ה.. Lawver, מוטב של לא מתכתי מינרלים. פטנט אמריקאי 2,754,965 יולי 1956

[6]י.ה.. Lawver, תועלת של עפרות פוספט פטנט אמריקאי 3,225,923 דצמ 1965

[7]C. C. לבשל, שיטת ההטבה ומנגנון ההטבה לפיכך, פטנטים של ארצות הברית # 2,738,067, מרץ, 1956

[8]י.ה.. Lawver, מוטב של לא מתכתי מינרלים. פטנט אמריקאי 2,805,769 בספטמבר 1957

[9]D. G. פריסבי, הפרדה אלקטרוסטטית בנפילה חופשית של חלקיקי פוספט וקלציט, דו"ח התקדמות המעבדה לחקר מינרלים, דצמבר, 1966

[10]י.ג.. גרופו, הפרדה אלקטרוסטטית של פוספטים בצפון קרוליינה, דו"ח מעבדה לחקר מינרלים באוניברסיטת צפון קרוליינה

# 80-22-P, 1980

[11]א.פ.. קולוהריס, מ.ש.. הואנג, מיצוי וטיהור יבש של חלוקי נחל פוספטים מסלעי מכרה, פטנטים של ארצות הברית # 3,806,046, אפריל 1974

[12]R. צ'יקו, C. דלפה, ג.ב.. אלפאנו, P. קרביני, L. קרלי, P. סבא1972 כמה בדיקות של ההפרדה האלקטרוסטטית שהוחלו על פוספטים עם גנגי קרבונט', הקונגרס הבינלאומי לעיבוד מינרלים, אוניברסיטת קליארי, איטליה

[13]R. צ'יקו, M. גיאני, Beneficiation של עפרות פוספט משקע רזות על ידי הנפקה סלקטיבית או הפרדה אלקטרוסטטית, הליכים, כנס FIPR 1993, 135-146.

[14]R. צ'יקו, M. גיאני, G. פרארה טריבו סלקטיבי של חלקיקים להפרדה, KONA אבקה וכתב עת לחלקיקים 1993, 11, 5-15.

[15]נ.ס.. חמוד, א.א.. חזבק, מ.מ. עלי, 1977 תהליך לשדרוג הפוספטים המורכבים הרזים והלא מחומצנים של רמת אבו טרטור

(מדבר מערבי)". כנס בינלאומי לעיבוד מינרלים.

[16]א.ז.מ. אבוזייד, א.א.. חזבק, ס.א.. חסן, שדרוג עפרות פוספט על ידי הפרדה אלקטרוסטטית, שינוי היקפי עיבוד מינרלים, 1996, 161-170.

[17]א.ז.מ. אבוזייד, טיפול פיזי ותרמי בעפרות פוספט – סקירה כללית, כתב העת הבינלאומי לעיבוד מינרלים, 2008, 85, 59-84.

[18]י.מ.. Stencel, X. ג'יאנג תחבורה פנאומטית, תפירה תלת-אלקטרית לתעשיית הפוספטים בפלורידה, דו"ח סופי שהוכן עבור המכון לחקר פוספטים בפלורידה, פרויקט FIPR 01-02-149R, דצמבר 2003.

[19]D. טאו, M. אל-הוויטי, מחקר מוטב של זרחניטים Eshidiya באמצעות מפריד triboelectrostatic סיבובי, כרייה מדע וטכנולוגיה 20 (2010) pp. 357-364.

[20]S. O. באדה, י.מ. בז, ר.מ.ס. בז, כ.פ., ברגמן, בדיקת היתכנות על ריכוז טריבואלקטרוסטטי של <105עפרות פוספט מיקרומטר. כתב העת של המכון הדרום אפריקאי לכרייה ומטלורגיה, מאי 2012, 112, 341-345.

[21]A. סובהי, D. טאו, טכנולוגיית RTS חדשנית לתועלת יבשה של פוספט, SYMPHOS 2013 – 2nd סימפוזיון בינלאומי בנושא חדשנות וטכנולוגיה לתעשיית הפוספטים. Procedia הנדסה, Vol. 83 PP 111-121, 2014.

[22]J. אלדר, E. יאן, 2003. "eForce.- הדור החדש של מפריד אלקטרוסטטי לתעשיית חולות המינרלים". כנס מינרלים כבדים, יוהנסבורג, המכון הדרום אפריקאי לכרייה ומטלורגיה.

[23]L. מותגים, פ-מ. באייר א. שטאל,ההפרדה אלקטרוסטטית, Wiley-VCH Verlag GmbH& ושות'., 2005.

[24]J. D. Bittner, פ.ג'יי. Hrach, ס.א.. Gasiorowski, לוס אנג'לס. Canellopoulus, H. Guicherd, חגורה triboelectric מפריד בין beneficiation של מינרלים בסדר, SYMPHOS 2013 – 2nd סימפוזיון בינלאומי בנושא חדשנות וטכנולוגיה לתעשיית הפוספטים. Procedia הנדסה, Vol. 83 PP 122-129, 2014.

[25]J. D. Bittner, ק. פ.. פלין, פ.ג'יי. Hrach, הרחבת יישומי בהפרדה triboelectric יבש של מינרלים, ההליכים של הקונגרס הבינלאומי מחצב XXVII – IMPC 2014, סנטיאגו, צ'ילה, Oct 20 – 24, 2014.