Elektrostatische Beneficiation van fosfaat ertsen: Overzicht van afgelopen werk en bespreking van een geïmproviseerde scheiding systeem

Online beschikbaar op www.sciencedirect.com

ScienceDirect ScienceDirect

Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

www.elsevier.com/locate/procedia

3rd Internationaal Symposium over innovatie en technologie in de fosfaatindustrie

Elektrostatische beneficiatie van fosfaatertsen: Beoordeling van het werk uit het verleden

en discussie over een verbeterd scheidingssysteem

J.D. Bittnereen, S.A.Gasiorowskieen, F.J.Hracheen, H. Guicherdb*

eenST Equiment en Technologie LLC, Needham, Massachusetts, VERENIGDE STATEN

BST apparatuur & Technologie LLC, Avignon, Frankrijk

Abstract

Beneficiation van fosfaatertsen door droge elektrostatische processen is geprobeerd door verschillende onderzoekers sinds de jaren 1940. De onderliggende redenen voor de ontwikkeling van droge processen voor fosfaatterugwinning zijn de beperkte hoeveelheid water in sommige dorre regio's, de flotatie chemische kosten, en de kosten voor de behandeling van afvalwater. Hoewel elektrostatische processen mogelijk geen volledig alternatief vormen voor flotatie, het kan geschikt zijn als aanvulling voor sommige stromen, zoals het verminderen van boetes / slijmers gehalte aan erts voorafgaand aan flotatie, verwerking van drijfstaarten voor terugwinning van verloren product, en het minimaliseren van milieueffecten. Terwijl veel werk werd uitgevoerd met behulp van zowel hoge spanning roller en vrije val separatoren op laboratoriumschalen, het enige bewijs van commerciële installatie is de circa 1940 "Johnson" proces bij Pierce Mine FL; Er is geen bewijs in de literatuur van het huidige commerciële gebruik van elektrostatica, hoewel de sterke belangstelling voor droge processen blijft bestaan voor gebruik in droge regio's. De verschillende gerapporteerde onderzoeksprojecten benadrukken dat de voorbereiding van (temperatuur, grootteclassificatie, conditioneringsmiddelen) hebben een grote impact op de prestaties. Terwijl sommige goede scheidingen zijn bereikt door het verwijderen van silica uit fosfaten, en met minder voorbeelden van calciet en dolomiet uit fosfaat, de resultaten zijn minder positief wanneer er meerdere onzuiverheden aanwezig zijn. Het onderzoek blijft deze methoden verder verfijnen, maar fundamentele beperkingen op de conventionele elektrostatische systemen omvatten lage capaciteit, de noodzaak van meerdere fasen voor een adequate verbetering van erts, en operationele problemen als gevolg van boetes. Sommige van deze beperkingen kunnen worden overwonnen door nieuwere elektrostatische processen, waaronder een triboelectric riem separator.

© 2015 De auteurs. Gepubliceerd door Elsevier Ltd.

Peer-review onder verantwoordelijkheid van het Wetenschappelijk Comité van SYMPHOS 2015.

Trefwoorden: fosfaat, Elektrostatische; Scheiding; mineralen; fijne deeltjes; droog proces

*Overeenkomstige auteur: Tel: +33-4-8912-0306 E‑mail Adres: guicherdh@steqtech.com

1877-7058 © 2015 De auteurs. Gepubliceerd door Elsevier Ltd.

Peer-review onder verantwoordelijkheid van het Wetenschappelijk Comité van SYMPHOS 2015.

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

1. Gerapporteerd werk aan elektrostatische beneficiatie van fosfaatertsen

Fosfaatconcentratie uit natuurlijke ertsen is al lang uitgevoerd door verschillende methoden met behulp van soms aanzienlijke hoeveelheden water. Echter, door het tekort aan water bij verschillende fosfaatafzettingen over de hele wereld, stijgende kosten voor vergunningverlening en afvalwaterbehandeling, de ontwikkeling van een effectieve, economisch droog proces is zeer wenselijk.

Methoden voor droge elektrostatische verwerking van fosfaatertsen zijn voorgesteld en aangetoond op kleine schaal voor meer dan 70 jaar. Echter, commerciële toepassingen van deze methoden zijn zeer beperkt. Het "Johnson-proces" [1] werd commercieel gebruikt vanaf 1938 voor een periode van tijd bij de Amerikaanse Agricultural Chemical Company fabriek in de buurt van Pierce Florida USA. Dit proces maakte gebruik van een zeer complexe reeks rolelektroden (Figuur 1) voor de meerfasenconcentratie van fosfaatterugwinning uit afgebakende wasserige staarten, flotatie pre-concentraten, of flotatie tailings. Te beginnen met 15.4% P2O5 en 57.3% onoplosbaar materiaal in de fijne staarten, door een combinatie van grootteclassificatie, afbakenen, en conditionering van de gedroogde staarten, het materiaal met 33.7% P2O5 en alleen 6.2% onoplosbaar werd teruggevonden. In een ander voorbeeld, upgraden van drijfstaarten met 2.91% P2O5 resulteerde in een product van 26.7% P2O5 met een 80% Herstel. Johnson merkte op dat het noodzakelijk was om de washaarstaartjes te behandelen met chemische reagentia die gewoonlijk worden gebruikt bij fosfaatflotatie om een hoge fosfaatkwaliteit en terugwinning te verkrijgen. Hij noemt specifiek de effectiviteit van stookolie en vetzuren als reagentia.

Figuur 1, Johnson proces apparaten en flow sheet US Patent 2,135,716 en 2,197,865, 1940 [1][2]

Hoewel deze commerciële installatie in de literatuur wordt aangehaald als beginnend 1938, het is niet duidelijk hoe uitgebreid of hoe lang dit proces werd gebruikt. In zijn samenvatting van de status van elektrostatische scheidingen tot 1961, O. C. Ralston

[3]schrijft dat vijf grote Johnson separatoren werden geïnstalleerd elke verwerking over 10 ton/uur van -20 mesh-feed. Elke separator werd 10 rolt hoog met de toegepaste spanning van 20 kV. Geen andere commerciële schaal fosfaat concentrators met behulp van elektrostatica werden geïnstalleerd in Florida volgens Ralston. Op basis van de beschrijving van de procesapparatuur, de auteurs

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

zijn geconcludeerd dat de totale capaciteit van het proces vrij laag was in verhouding tot de capaciteit van andere processen, zoals natte flotatie. Lage capaciteit en de kosten van het drogen van het voererts van natte mijnbouw in Florida zijn waarschijnlijk de reden voor het beperken van de verdere toepassing van het proces in de jaren 1940 en 1950.

In de jaren 1950 en 1960 werknemers voor Internationale Mineralen & Chemicals Corporation (Imc) onderzocht de toepassing van droge elektrostatische scheidingsprocessen voor minerale beneficiatie. Floridian fosfaaterts verwerking was van bijzonder belang voor IMC. Het IMC-werk maakte gebruik van een vrije val separator ontwerp soms met deeltjes opladen verbeterd door het passeren van een agitator of impactor, zoals een hamer of staaf molen. [4] Een volgend octrooi [5] inclusief enige verbetering van de scheiding met behulp van laders van verschillende materialen, hoewel het uiteindelijke octrooi in de serie

[6]concludeerde dat deeltjescontact opladen op een verhoogde temperatuur (>70°F) was effectiever dan het gebruik van een opladersysteem. Representatieve voorbeelden van resultaten die in deze octrooien worden gerapporteerd, worden weergegeven in tabel 1.

Tabel 1. Gerapporteerde resultaten van Internationale Mineralen & Chemicaliën Octrooien 1955-1965

De verschillende IMC-patenten onderzochten de invloed van deeltjesgrootte, inclusief de verwerking van verschillende schermsneden onafhankelijk, hoewel weinig werk betrokken zeer fijn (<45 µm) Deeltjes. Proefconditionering varieerde sterk, inclusief temperatuuraanpassing, voorwassen en drogen, en verschillende droogmethoden (indirect drogen, knipperend drogen, warmtelampen met specifieke IR-golflengtebereiken). Verschillende onzuiverheden (dat wil zeggen. silicaten versus carbonaten) verschillende behandelings- en voorbehandelingsmethoden nodig om de scheiding te optimaliseren. Hoewel uit de octrooibeschrijvingen blijkt dat IMC een proces van commerciële schaal probeerde te ontwikkelen, onderzoek van de literatuur geeft niet aan dat een dergelijke installatie ooit is gebouwd en geëxploiteerd op een IMC-locatie.

In de jaren 1960 werk specifiek op carbonaat met fosfaatertsen uit North Carolina werd uitgevoerd op de North Carolina State University Minerals Research Laboratory, [9] Met behulp van een laboratorium schaal vrije val separator en een synthetisch mengsel van gemalen shell carbonaat en fosfaat kiezel flotatie concentraat in een zeer smalle grootte bereik (-20Aan +48 Mesh), uit het onderzoek bleek dat het materiaal met een zuurscrub of vetzuren de relatieve lading van het fosfaat als positief of negatief beïnvloedde. Relatief scherpe scheidingen werden verkregen. Echter, bij het gebruik van een natuurlijk erts met een aanzienlijke hoeveelheid boetes, alleen slechte scheidingen waren mogelijk. De best gerapporteerde scheiding van een residu van flotatie upgraden met een eerste P2O5 concentratie van 8.2% een product van 22.1% P2O5. Er werd geen herstelniveau gemeld. Met name, een van de gemelde problemen was een ophoping van boetes op de separatorelektroden.

Extra werk aan elektrostatische scheiding van Noord-Carolina fosfaat met behulp van een hoge spanning roller type separator

[10]geconcludeerd dat, hoewel de scheiding van fosfaat en kwarts mogelijk was, droogkosten was onbetaalbaar. Echter, gezien het feit dat calcined fosfaatertsen droog zijn, de onderzoekers suggereerden dat elektrostatische scheiding van dergelijke ertsen mogelijk is. Scheiding van gecalcineerde fosfaten was slecht in het gerapporteerde werk. Scheiding bleek verband te houden met deeltjesgrootte in plaats van samenstelling. Voorgestelde verbeteringen omvatten het gebruik van andere elektrostatische scheidingssystemen, reagentia om de oplaadeigenschappen van deeltjes te verbeteren en de grootte van materialen op het scherm zeer nauw te verbeteren. Er is geen bewijs dat vervolgwerkzaamheden aan dit project.

Iets eerder werk met hooggespannen rolafscheiders [11] met succes verwijderd aluminium en ijzerverbindingen uit run-of-mine erts uit Florida. Het erts was gedroogd, Verpletterd, en zorgvuldig formaat voorafgaand aan de scheiding. De P2O5 concentratie werd marginaal verhoogd van 30.1% Aan 30.6% maar de verwijdering van de Al en Fe verbindingen maakte een veel beter later herstel door flotatie methoden. Dit werk illustreerde het gebruik van een elektrostatische separator om een probleem aan te pakken met een specifiek erts dat de conventionele natte verwerking beperkte.

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Samen met onderzoeken naar de scheiding van vele andere materialen, Ciccu en collega's testten de scheiding van een verscheidenheid aan fosfaatertsen, waaronder bronnen uit India, Algerije, Tunesië, en Angola. [12] Elektrostatische scheiding was van belang als alternatief voor flotatie vanuit economisch oogpunt vanwege het feit dat grote afzettingen van fosfaten worden gevonden in dorre regio's. [13] Met behulp van laboratorium-schaal vrije val separatoren met een "turbocharger", deze onderzoekers waren in staat om scheidingsresultaten te verkrijgen die vergelijkbaar zijn met flotatieprocessen van ertsen met relatief eenvoudige ganguesamenstellingen. Specifiek, zij stelden vast dat fosfaat positief werd geladen in aanwezigheid van silica, maar negatief in aanwezigheid van calciet. Echter, indien het erts aanzienlijke hoeveelheden silica en carbonaat, de elektrostatische scheiding was slecht en drijfprocessen bleken flexibeler voor het verkrijgen van praktische scheidingen. Uit studies naar de effecten van de turbo op het opladen van individuele deeltjes, deze onderzoekers concludeerden dat het ganguemateriaal dat voornamelijk door deeltjes-deeltjescontact wordt geladen in plaats van contact met de turbocompressoroppervlakken. [13] [14] Opladen was ook zeer gevoelig voor materiaaltemperatuur, met een goede scheiding die alleen verkrijgbaar is boven de 100°C. Bovendien, de aanwezigheid van fijn materiaal veroorzaakt problemen in de separator en goede resultaten zijn afhankelijk van zorgvuldige grootte van deeltjes in maximaal drie grootte bereiken voorafgaand aan de scheiding. Een samenvatting van de resultaten van deze groep wordt gepresenteerd in tabel 2. Niet vol- schaaltoepassingen lijken te zijn geïmplementeerd op basis van dit werk.

Tabel 2. Gerapporteerde resultaten van Ciccu, Et. Al. van laboratoriumschaal vrije valafscheiders

Elektrostatische scheiding van een Egyptisch erts werd bestudeerd door Hammoud, et al.. met behulp van een laboratoriumschaal vrije val separator. [15] Het gebruikte erts bevatte voornamelijk silica en andere onoplosbare met een eerste P2O5 concentratie van 27.5%. Het teruggewonnen product had een P2O5 concentratie van 33% met een 71.5% Herstel.

Een aanvullende studie van een Egyptisch erts met voornamelijk siliceous gangue werd uitgevoerd door Abouzeid, et al.. met behulp van een laboratorium roller separator. [16] De onderzoekers wilden specifiek droge technieken identificeren om fosfaatertsen te concentreren en/of te ontstoffen in districten met watertekorten. Deze studie verkreeg een product met 30% P2O5 van een voedermiddel met 18.2 % P2O5 met een herstel van 76.3 % na zorgvuldige grootte van materiaal tot een smal bereik tussen 0.20 mm en 0.09 mm.

In een volgend herzieningsartikel over het volledige scala van beneficiation-processen voor fosfaatterugwinning, Abouzeid meldde dat elektrostatische scheidingstechnieken weliswaar succesvol waren in het upgraden van fosfaatertsen door silica en carbonaten te verwijderen, de lage capaciteit van de beschikbare separatoren beperkt het gebruik ervan voor commerciële productie. [17]

Elektrostatische scheiding van Florida ertsen werd onlangs bestudeerd door Stencel en Jian met behulp van een laboratorium flow-thru gratis- valscheidingsteken. [18] Het doel was een alternatief of aanvullend verwerkingsschema vast te stellen voor de langgebruikte flotatiesystemen, aangezien flotatie niet kon worden gebruikt op het materiaal van minder dan 105 µm. Dit fijne materiaal werd gewoon gestort, resulterend in een verlies van bijna 30% van het oorspronkelijk gewonnen fosfaat. Ze testten afgebakend rauw erts, fijne drijfvoer, ruwer flotatieconcentraat, en definitieve drijfconcentraten verkregen uit twee verwerkingsbedrijven in Florida tegen voedersnelheden tot 14 kg/uur in een lab-schaal separator. Goede scheidingsresultaten werden gerapporteerd met de fijne flotatie feed (+0.1 mm; ~12% P2O5) van één bron die werd geüpgraded naar 21-23% P2O5 in twee passen met 81- 87% P2O5 herstel door het afwijzen van voornamelijk onoplosbare silica. Vergelijkbare resultaten werden bereikt bij het tribocharging van het voer met behulp van een pneumatische transportbuis of een roterende tribo-lader.

Het meest recent gerapporteerde onderzoek naar de elektrostatische scheiding van fosfaatertsen betrof systemen die ontworpen waren om het opladen van de materialen beter te optimaliseren voordat ze in een vrije valafscheider worden gebracht, Tao en Al-Hwaiti [19] vastgesteld dat er geen commercieel gebruik van elektrostatica voor fosfaatbeneficiatie was als gevolg van de

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Doorvoer, lage efficiëntie en de noodzaak om te werken met smalle deeltjesgrootteverdelingen. Deze onderzoekers specifiek getracht om de lage deeltjes lading dichtheid in verband met systemen die afhankelijk zijn van het deeltje te overwinnen om deeltjes contact of impact op een eenvoudige laadsysteem te overwinnen. Werken met een Jordaans erts met voornamelijk silica gangue, het materiaal werd verpletterd tot -1.53 mm en voorzichtig geweigerd om materiaal hieronder te verwijderen 0.045 mm. Een kleine laboratoriumschaal vrije val separator werd uitgerust met een nieuw ontworpen roterende lader ontworpen met een stationaire cilinder en een roterende trommel, of lader, en een ringvormige ruimte tussendoor. Een externe voeding werd gebruikt om een elektrisch potentieel toe te passen tussen de snel roterende trommel en de stationaire cilinder. Na het opladen door contact met de roterende trommel, de deeltjes gaan over in een conventionele vrije valafscheider. Werken met 100 gram batch grootte en te beginnen met een geweigerd feed P2O5 inhoud van 23.8%, na twee passen een concentraat met tot 32.11% P2O5 werd teruggevonden, maar alleen met een algemeen herstel van 29%.

In een poging om fosfaatboetes te beneficiate (< 0.1 mm), Bada et al.. gebruikt een vrije val separator met een roterende laadsysteem zeer vergelijkbaar met die van Tao's.[20]. Het uitgangsmateriaal was van een drijfconcentraat met boetes met een P2O5 van 28.5%. Een product van 34.2% P2O5 werd hersteld, maar opnieuw met een laag herstelpercentage van 33.4%.

Deze "roterende triboelectrostatische vrije valafscheider" werd opnieuw toegepast op de droge beneficiatie van fosfaten door Sobhy en Tao. [21] Werken met een geplette dolomitische fosfaatsteentje uit Florida met een zeer breed deeltjesgroottebereik (1.25 mm – <0.010 mm), een fosfaatconcentraat met 1.8% MgO en 47% P2O5 terugwinning werd geproduceerd uit een diervoeder te beginnen met ongeveer 23% P2O5 en 2.3% MgO. De optimale resultaten op het lab-schaal apparaat werden bereikt bij het voeden 9 kg/uur en – 3kV toegepast op de draailader. De scheidingsefficiëntie werd gemeld om door zowel slechte bevrijding van materiaal in de grote deeltjes als interferentie van verschillende deeltjesgrootte in de scheidingskamer worden beperkt.

Betere resultaten werden bereikt bij de verwerking van een flotatievoermonster met de beperktere deeltjesgrootteverdeling van 1 Aan 0.1 mm. Met een eerste P2O5 inhoud van ongeveer 10%, productmonsters werden verkregen met ongeveer 25% P2O5 Inhoud, P2O5 terugvordering van 90%, en afwijzing van 85% van het kwarts. Dit aangetoonde efficiëntie werd opgemerkt als veel beter dan die verkregen met een vrije val separator met een meer conventionele laadsysteem zoals gebruikt door Stencel [18] het voordeel van de nieuw ontworpen draailader aan te tonen. Verwerking van een drijfconcentraat dat 31.7% P2O5 resulteerde in een product van meer dan 35% P2O5 met een herstel van 82%. Deze upgrade werd beter dan mogelijk geacht door flotatie.

Deze laboratoriumschaalafscheider met een scheidingssysteembreedte van 7.5 cm werd beschreven als met een capaciteit van 25 kg/uur, gelijk aan 1/3 ton/uur/meter breedte. Echter, de gerapporteerde effecten van de voedersnelheid op de scheidingsefficiëntie toonden aan dat optimale scheidingen werden verkregen 9 kg/uur of iets meer dan een derde van de nominale capaciteit van het systeem.

Algemene, eerdere werkzaamheden voor elektrostatische verbetering van fosfaatertsen zijn beperkt door de relatieve heffing van complexe gangue en de schadelijke invloed van deeltjesgrootte-effecten, in het bijzonder, het effect van boetes. Het grote merendeel van het werk betrof alleen laboratoriumschaalapparatuur zonder validatie die commerciële, continu werkende apparatuur kan worden gebruikt. Bovendien, de lage capaciteit van de beschikbare elektrostatische procesapparatuur heeft commerciële toepassingen onzuinig.

2. Beperkingen van conventionele elektrostatische scheidingsprocessen

High tension roller elektrostatische scheidingssystemen zoals gebruikt door Groppo [10] en Kouloheris et al.. [11] worden vaak gebruikt voor het upgraden van een verscheidenheid aan materialen wanneer een component geleidiger is dan andere. In deze processen, het materiaal moet contact opnemen met een geaard trommel of plaat meestal na het materiaal deeltjes negatief door een ioniserend corona kwijting geladen zijn. Geleidende materialen zal verliezen hun lading snel en worden gegooid uit de trommel. De niet- geleidend materiaal blijft worden aangetrokken tot de trommel, omdat de lading langzamer zal verdwijnen en zal vallen of worden geborsteld uit de trommel na scheiding van het geleidende materiaal.

Het volgende diagram (Figuur 2) illustreert de fundamentele kenmerken van dit type separator. Deze processen zijn

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

beperkte capaciteit als gevolg van het vereiste contact van elk deeltje op de trommel of plaat. De effectiviteit van deze rollenroll separatoren zijn ook beperkt tot deeltjes van ongeveer 0,1 mm of groter in grootte als gevolg van zowel de noodzaak om contact te maken met de geaarde plaat en de vereiste deeltjesstroom dynamiek. Deeltjes van verschillende grootte zullen ook verschillende stromingsdynamiek hebben als gevolg van inertiële effecten en zullen resulteren in een verminderde scheiding.

Figuur 2: Drum elektrostatische separator (Ouderling en Yan, 2003 [22]

De beperkte poging tot toepassing van fosfaatbeneficiatie is te wijten aan de niet-geleidende aard van zowel fosfaten als typisch ganguemateriaal. Kouloheris observeerde voornamelijk enige verwijdering van ijzer en aluminium met deeltjes die, vanwege hun geleidende aard, worden "gegooid" van de roller. Aanwezigheid van dit soort materiaal in fosfaatertsen komt niet vaak voor. Groppo merkte op dat het enige materiaal dat werd "vastgemaakt" aan de roller als een "niet-geleider" waren boetes, het aangeven van een scheiding per deeltjesgrootte in plaats van de samenstelling van het materiaal. [9] Met mogelijke zeldzame uitzonderingen, fosfaatertsen zijn niet vatbaar voor beneficiation door hooggespannen rolafscheiders.

Drum roller separatoren zijn ook gebruikt in configuraties die afhankelijk zijn van triboelectrische opladen van deeltjes in plaats van het opladen veroorzaakt door ionisatie veroorzaakt door een hoogspanning veld. Een of meer elektroden boven de trommel, zoals de "statische" elektrode geïllustreerd in Figuur 2, worden gebruikt om deeltjes van tegengestelde lading van het trommeloppervlak te "liften". Een dergelijk systeem werd gebruikt door Abouzeid, et al.. [16] die constateerde dat de scheidingsefficiëntie werd gewijzigd afhankelijk van de polariteit en een spanning van de statische elektroden toepaste. Het Proces van Johnson [1] gebruikte een andere variant van een drumrollseafscheider. Echter, de beperkte capaciteit en efficiëntie van één rolsysteem leidt tot de zeer complexe systemen zoals 1. Zoals hierboven vermeld, het lijkt erop dat deze complexiteit en algehele inefficiëntie van het proces de toepassing ervan ernstig beperkt.

Tribo-elektrostatische scheidingen zijn niet beperkt tot de scheiding van geleidende / niet-geleidende materialen, maar afhankelijk van het fenomeen van ladingsoverdracht door wrijvingscontact van materialen met ongelijke oppervlaktechemie. Dit fenomeen wordt al tientallen jaren gebruikt in "vrije val" scheidingsprocessen. Een dergelijk proces wordt geïllustreerd in Figuur 3. Componenten van een mengsel van deeltjes ontwikkelen eerst verschillende ladingen door contact, hetzij met een metalen oppervlak, zoals in een tribo-lader, of per deeltje tot deeltjescontact, zoals in een gefluïdiseerd bed voeding apparaat. Als de deeltjes door de

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

elektrisch veld in de elektrodezone, de baan van elk deeltje wordt afgebogen naar de elektrode van de tegenovergestelde lading. Na een bepaalde afstand, inzamelbakken worden gebruikt om de streams te scheiden. Typische installaties vereisen meerdere separatorfasen met recycling van een middling fractie. Sommige apparaten maken gebruik van een gestage stroom van gas bij het overbrengen van de deeltjes via de elektrode-zone.

Figuur 5: "Vrije val" triboelectrostatic scheidingsteken

In plaats van alleen afhankelijk te zijn van deeltjes- tot deeltjescontact om ladingsoverdracht te induceren, veel systemen van dit type maken gebruik van een "lader" sectie bestaande uit een geselecteerd materiaal met of zonder toegepaste spanning om het opladen van deeltjes te verbeteren. In de jaren 1950, Lawver onderzocht met behulp van verschillende apparaten, waaronder een hamermolen en staafmolen om materiaal op te laden tussen scheidingsfasen [4] evenals eenvoudige plaatladers van verschillende materialen. [5] [6] Echter, Lawver concludeerde dat de materiaaltemperatuur van doorslaggevend belang was en dat de overdracht van deeltjesdeeltjes boven de omgevingstemperatuur betere resultaten oplegde dan het gebruik van een lader. Ciccu et al.. [12] onderzocht de relatieve mate van ladingsoverdracht en concludeerde dat klein ganguemateriaal lading voornamelijk verwierf door deeltjes-deeltjescontact vanwege de lage kans op impactfrequentie met een opladerplaat. Dit illustreert een beperking van het gebruik van opladersystemen: alle deeltjes moeten contact opnemen met het laderoppervlak, zodat de toevoersnelheid relatief laag moet zijn. Het contact kan worden verbeterd door turbulente omstandigheden te gebruiken voor het overbrengen van het materiaal of door gebruik te maken van een grote oppervlakte bewegende lader. Het recente werk van Tao [19] en Bada [20] en Sobhy [21] gebruik maken van een speciaal ontworpen roterende lader met toegepaste spanning, maar alleen op een zeer kleinschalige laboratoriumafscheider. Hoewel dit verbeterde laderontwerp superieur is aan oudere systemen, aangetoond dat de verwerkingscapaciteit van deze systemen nog steeds vrij laag is. [21]

Dit soort vrije val scheidingsteken kent ook beperkingen in de deeltjesgrootte van het materiaal dat kan worden verwerkt. De stroom binnen de zone van de elektrode moet worden gecontroleerd om te minimaliseren van turbulentie om te voorkomen dat "smeren" van de scheiding. Het traject van fijne deeltjes zijn meer verricht door turbulentie, aangezien de aërodynamische krachten Sleep op fijne deeltjes zijn veel groter dan de zwaartekracht en elektrostatische krachten. Dit probleem kan tot op zekere hoogte worden opgelost als materiaal met een relatief smal deeltjesgroottebereik wordt verwerkt. Veel van het hierboven besproken onderzoek omvatte pre-screening materiaal in verschillende groottebereiken om de scheiding te optimaliseren. [5] [6] [7] [9] [12] [14] [16] [19] [20] [21] De

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

verschil van 8 Aan 20 kV. De gordel, die bestaat uit een niet-geleidend kunststof, is een grote gaas met over 60% open ruimte. De deeltjes kunnen gemakkelijk door de gaten in de gordel. Bij binnenkomst in de kloof tussen de elektroden worden de negatief geladen deeltjes aangetrokken door de krachten van het elektrisch veld aan de onderkant positieve elektroden. De positief geladen deeltjes worden aangetrokken door de negatief geladen bovenste elektrode. De snelheid van de lus riem is variabele uit 4 tot 20m/s. De geometrie van de kruisrichtingstren dient om de deeltjes van de elektroden te vegen die hen naar het juiste eind van de scheidingsteken bewegen en terug in de hoge afschuifzone tussen de tegenovergestelde bewegende delen van de riem. Omdat het nummer dichtheid van de deeltjes zo hoog binnen de kloof tussen de elektroden (ongeveer één- ten derde wordt het volume bezet door deeltjes) en de stroom wordt krachtig geschud, Er zijn vele botsingen tussen deeltjes en continu optimaal opladen komt door de scheiding zone. De tegengarantie huidige stroom geïnduceerd door de tegengesteld bewegende delen van de gordel en de voortdurende opnieuw opladen en opnieuw scheiding creëert een teller huidige multistage scheiding binnen een enkel apparaat. Dit continue opladen en opladen van deeltjes in de separator elimineert elk vereist "lader"-systeem voordat materiaal in de separator wordt geïntroduceerd, waardoor een ernstige beperking van de capaciteit van andere elektrostatische separatoren wordt weggepokt. De output van dit scheidingsteken is twee stromen, een concentraat en een residu, zonder een havervoermeel stream. De efficiëntie van dit scheidingsteken is aangetoond gelijkwaardig aan ongeveer drie fasen van de vrije val scheiding met havervoermeel recycle.

Mineraal een einde

Figuur 7: Fundamenten van STET Belt Separator

De zeer efficiënte scheiding van deeltjes minder dan 0.5 mm maakt dit een ideale en bewezen optie voor het scheiden van boetes (Stof) van een potas droog slijpen operatie. De STET-separator kan een breed scala aan deeltjesgroottes efficiënt verwerken zonder dat u in smalle groottebereiken hoeft te worden ingedeeld. Vanwege de krachtige agitatie, de hoge schuifsnelheid tussen de bewegende riemen, en de mogelijkheid om zeer fijne deeltjes te hanteren (<0.001 mm) de ST separator kan effectief zijn bij het scheiden van fosfaaterttslijmten waar andere elektrostatische separatoren hebben gefaald.

3.1 Kapitaal- en exploitatiekosten

Een vergelijkende studie kosten was in opdracht van STET en gedirigeerd door Soutex Inc. [25] Soutex is een in Quebec Canada gevestigd engineering bedrijf met uitgebreide ervaring in zowel natte flotatie en elektrostatische scheiding proces evaluatie en ontwerp. De studie vergeleek de kapitaal- en exploitatiekosten van het triboelectrostatische gordelscheidingsproces met conventionele schuimflotatie voor de weldadigheid van een laagwaardig barieterts. De operationele kosten werden geraamd op te nemen die van arbeid, onderhoud, energie (elektrische en brandstof), grond- en hulpstoffen (BV, chemisch reagens kosten voor flotatie). De inputkosten waren gebaseerd op typische waarden voor een hypothetische fabriek in de buurt van Battle Mountain, Nevada VS. De totale eigendomskosten over tien jaar werden berekend op basis van de kapitaal- en exploitatiekosten door

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

8% Disconteringsvoet. De resultaten van de kostenvergelijking zijn aanwezig als relatieve percentages in tabel 3. Tabel 3. Kostenvergelijking voor Barite Processing

De totale aankoopkosten van kapitaaluitrusting voor het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn iets lager dan voor flotatie. Wanneer de totale kapitaaluitgaven echter worden berekend om de installatie van apparatuur, leidingen en elektrische kosten, en procesbouwkosten, het verschil is groot. De totale kapitaalkosten voor het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn 63.2% van de kosten van het flotatieproces. De aanzienlijk lagere kosten voor het droge proces zijn het gevolg van de eenvoudigere. De bedrijfskosten voor het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn 75.5% van het flotatieproces als gevolg van voornamelijk lagere operationele personeelsbehoeften en een lager energieverbruik.

De totale eigendomskosten van het triboelectrostatische gordelscheidingsproces zijn aanzienlijk lager dan voor flotatie. De auteur van de studie, Soutex Inc., geconcludeerd dat het triboelectrostatische gordelscheidingsproces duidelijke voordelen biedt in CAPEX, OPEX, en operationele eenvoud.

4. Samenvatting

Terwijl de fosfaatertts door droge elektrostatische processen sinds de jaren '40 door verschillende onderzoekers is geprobeerd, is er een zeer beperkt gebruik van dergelijke processen op commerciële schaal. Het beperkte succes is te danken aan een verscheidenheid van factoren toe te schrijven aan de separator systemen ontwerpen en de complexiteit van de ertsen.

Voerbereiding (temperatuur, grootteclassificatie, conditioneringsmiddelen) heeft een grote impact op de prestaties van de scheidingssystemen. Mogelijkheden voor verdere werkzaamheden op dit gebied, met name de exploratie van chemische conditioneringsmiddelen om het differentiële laden van deeltjes te verbeteren om een grotere efficiëntie bij latere scheiding mogelijk te maken. Het gebruik van dergelijke ladingsmodificerende middelen kan resulteren in processen die ertsen met succes kunnen begunstigen met complex ganguemateriaal, met inbegrip van zowel silicaten als carbonaten.

Terwijl het werk deze methoden verder blijft verfijnen, fundamentele beperkingen op de conventionele elektrostatische systemen omvatten capaciteit, de behoefte aan meerdere fasen voor een adequate verbetering van erts, en operationele problemen als gevolg van boetes. Met het het gaan om levensvatbare toepassingen op commerciële schaal van de aangetoonde laboratoriumtechnieken, aanzienlijke verbeteringen moeten worden aangebracht om betrouwbare, continu bedrijf zonder verslechtering van de efficiëntie.

De STET tribo-elektrische separator biedt de minerale verwerkende industrie een middel om fijne materialen te begunstigen met een volledig droge technologie. Het milieuvriendelijke proces kunt elimineren natte verwerking en vereiste drogen van het definitieve materiaal. Het STET-proces werkt op hoge capaciteit – tot 40 ton per uur door een compacte machine. De STET-separator kan een breed scala aan deeltjesgroottes efficiënt verwerken zonder dat u in smalle groottebereiken hoeft te worden ingedeeld. Vanwege de krachtige agitatie, de hoge schuifsnelheid tussen de bewegende riemen, en de mogelijkheid om zeer fijne deeltjes te hanteren (<0.001 mm) de STET-separator kan effectief zijn bij het scheiden van slijm van fosfaat ertsen waar andere elektrostatische separatoren zijn mislukt. Energieverbruik is laag, ongeveer 1-2 kWh/ton verwerkt materiaal. Aangezien de enige potentiële uitstoot van het proces stof is, toestaan is meestal relatief eenvoudig.

J.D. Bittner et al./ Procedia Engineering 00 (2015) 000–000

Verwijzingen

[1]H. B. Johnson, Verwerking van geconcentreerde fosfaathoudende mineralen, Amerikaans octrooi # 2,135,716, November, 1938

[2]H. B. Johnson, Verwerking van geconcentreerde fosfaathoudende mineralen, Amerikaans octrooi # 2,197,865, April, 1940.

[3]O.C. Ralston, Elektrostatische scheiding van gemengde korrelvaste vaste stoffen, Uitgeverij Elsevier, uit print, 1961.

[4]J.E. Lawver, Erts Beneficiatie Methode Amerikaans octrooi 2723029 November 1955

[5]J.E. Lawver, Weldadigheid van Niet-metaal mineralen. Amerikaans octrooi 2,754,965 Juli 1956

[6]J.E. Lawver, Weldadigheid van fosfaat ertsen Amerikaans octrooi 3,225,923 Dec 1965

[7]C. C. Cook, Beneficiatiemethode en -apparaat daarom, Amerikaans octrooi # 2,738,067, Maart, 1956

[8]J.E. Lawver, Weldadigheid van Niet-metaal mineralen. Amerikaans octrooi 2,805,769 September 1957

[9]D. G. Freasby, Vrije val elektrostatische scheiding van fosfaat- en calcietdeeltjes, Voortgangsrapport mineralenonderzoekslaboratorium, December, 1966

[10]J.G.. Groppo, Elektrostatische scheiding van fosfaten uit North Carolina, North Carolina State University Minerals Research Laboratorium rapport

# 80-22-P, 1980

[11]A.P.. Kouloheris, M.S.. Huang, Droge winning en zuivering van fosfaatkorrels uit mijnen, Amerikaans octrooi # 3,806,046, April 1974

[12]R. Ciccu Ciccu, C. Delfa, G.B. Alfanu, P. Carbini, L. Curelli, P. Saba1972 Enkele tests van de elektrostatische scheiding toegepast op fosfaten met carbonaat gangue", Internationaal Mineralenverwerkingscongres, Universiteit van Cagliari, Italië

[13]R. Ciccu Ciccu, M. Ghiani, Beneficiation van mager sedimentair fosfaat ertsen door selectieve flotatie of elektrostatische scheiding, Procedure, FIPR-conferentie 1993, 135-146.

[14]R. Ciccu Ciccu, M. Ghiani, G. Ferrara Selectief tribocharging van deeltjes voor scheiding, KONA Poeder- en Deeltjesjournaal 1993, 11, 5-15.

[15]N.S.. Hammoud, A.E.. Khazback, M.M. Ali, 1977 Een proces om de magere niet-geoxideerde complexe fosfaten van Abu Tartur Plateau te upgraden

(Westelijke woestijn)". Internationale conferentie over minerale verwerking.

[16]A.Z.M. Abouzeid, A.E.. Khazback, S.A.. Hassan, Verbetering van fosfaat ertsen door elektrostatische scheiding, Veranderende scopes van minerale verwerking, 1996, 161-170.

[17]A.Z.M. Abouzeid, Fysische en thermische behandeling van fosfaat ertsen – Een overzicht, International Journal of Mineral Processing, 2008, 85, 59-84.

[18]J.M. Stencel, X. Jiang Pneumatisch Transport, Tribo Beneficiation voor de industrie van Florida fosfaat, Eindrapport opgesteld voor het Florida Institute of Phosphate Research, FIPR-project 01-02-149R, December 2003.

[19]D. Tao, M. Al-Hwaiti, Beneficiatiestudie van Eshidiya-fosforieten met behulp van een roterende triboelectrostatische separator, Mijnbouw wetenschap en technologie 20 (2010) PP. 357-364.

[20]S. O. Bada, Ik .M. Valk, R.M.S.. Valk, C.P., Bergmann, Haalbaarheidsstudie naar triboelectrostatische concentratie van <105μm fosfaat erts. Het Dagboek van het Zuidelijk Afrikaans Instituut voor Mijnbouw en Metallurgie, Mei 2012, 112, 341-345.

[21]A. Sobhy, D. Tao, Innovatieve RTS-technologie voor droge beneficiatie van fosfaat, SYMPHOS 2013 – 2Nd Internationaal symposium over innovatie en technologie voor de fosfaatindustrie. Procedia Engineering, Vol. 83 PP 111-121, 2014.

[22]J. Oudere, E. Yan, 2003. "eForce.- Nieuwste generatie elektrostatische separator voor de mineralenzandindustrie." Conferentie zware mineralen, Johannesburg, Zuid-Afrikaans Instituut voor Mijnbouw en Metallurgie.

[23]L. Merken, P-M. Beier I. Stahl,Elektrostatische scheiding, Wiley-VCH Verlag GmbH& Co., 2005.

[24]J.D. Bittner, F.J.. Hrach, S.A.. Gasiorowski, L.A.. Canellopoulus, H. Guicherd, Tribo riem scheidingsteken voor beneficiation van fijne mineralen, SYMPHOS 2013 – 2Nd Internationaal symposium over innovatie en technologie voor de fosfaatindustrie. Procedia Engineering, Vol. 83 PP 122-129, 2014.

[25]J.D. Bittner, K.P. Flynn, F.J.. Hrach, Groeiende toepassingen in droge tribo scheiding van mineralen, Proceedings of the XXVII internationale minerale Processing Congress-IMPC 2014, Santiago, Chili, Okt 20 – 24, 2014.