Ehangu Ceisiadau mewn Gwahanu Mwynau Triboelectric Sych

Expanding Applications in Dry Triboelectric

Separation of Minerals

James D. Bittner, Kyle P. Flynn, a Frank J. Hrach

Offer sain & Technoleg LLC, Needham Massachusetts 02494 UDA

Tel: +1‐781‐972‐2300, email: jbittner@titanamerica.com

Haniaethol

Offer sain & Technoleg, LLC (STET) has developed a processing system based on triboelectrostatic belt separation that provides the mineral processing industry a means to beneficiate fine materials with an entirely dry technology. In contrast to other electrostatic separation processes that are typically limited to particles greater than 75μm in size, the triboelectric belt separator is ideally suited for separation of very fine (<1μm) i gymedrol fras (300μm) particles with very high throughput. The high efficiency multi‐stage separation through internal charging/recharging and recycle results in far superior separations that can be achieved with a conventional single‐stage free‐ fall triboelectrostatic separator. Defnyddiwyd y dechnoleg gwahanu gwregysau triboelectric i wahanu ystod eang o ddeunyddiau gan gynnwys cymysgeddau o aluminosilicates gwydr/carbon, cyfrifir/cwartz, TALC/magnesite, a barite/cwarts. An economic comparison of using the triboelectrostatic belt separation versus conventional flotation for barite / gwahaniad cwartz yn dangos manteision prosesu sych ar gyfer mwynau.

Allweddeiriau: Mwynau, gwahanu sych, barite, codi tâl triboelectrostatig, gwahanydd gwregysau, lludw anghyfreithlon

Cyflwyniad

Mae'r diffyg mynediad i ddwr ffres yn dod yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar ddichonoldeb prosiectau cloddio ledled y byd. Yn ôl Hubert Fleming, cyn gyfarwyddwr byd-eang Hatch Water, "O'r holl brosiectau glofaol yn y byd sydd naill ai wedi cael eu hatal neu eu arafu dros y flwyddyn ddiwethaf, mae wedi bod yn, ym mron 100% o'r achosion, ganlyniad i ddŵr, either directly or indirectly” Blin (2013). Mae dulliau prosesu mwynau sych yn cynnig ateb i'r broblem hon sydd ar y gorwel.

Mae dulliau gwahanu gwlyb fel fflworin rhewllyd yn gofyn am ychwanegu adwninyddion cemegol y mae'n rhaid ymdrin â hwy'n ddiogel a'u gwaredu mewn modd sy'n amgylcheddol gyfrifol. Yn anochel nid yw'n bosibl gweithredu gyda 100% ailgylchu dŵr, ei gwneud yn ofynnol cael gwared ar o leiaf gyfran o ddŵr y broses, debygol o gynnwys symiau hybrin o adwninyddion cemegol.

Bydd dulliau sych fel gwahanu electrostatig yn dileu'r angen am ddŵr ffres, a chynnig y potensial i leihau costau. Un o'r datblygiadau newydd mwyaf addawol mewn gwaharddebau mwynau sych yw'r gwahanydd gwregysau triboelectrostatig. Mae'r dechnoleg hon wedi ymestyn yr ystod maint gronynnau i mân ronynnau na thechnolegau gwahanu electrostatig confensiynol, mewn i'r ystod lle mae dim ond arnofio wedi bod yn llwyddiannus yn y gorffennol.

1

Ffigur 2. Manylion y parth gwahanu

Mae'r broses yn hollol sych, Nid oes angen unrhyw ddeunyddiau ychwanegol ac nid yw'n cynhyrchu unrhyw ddŵr gwastraff nac allyriadau. Yn achos carbon o wahanu lludw anghyfreithlon, mae'r deunyddiau a adenillir yn cynnwys lludw anghyfreithlon wedi'i leihau mewn cynnwys carbon i lefelau sy'n addas i'w defnyddio fel gymysgedd pozzolaidd mewn concrit, a ffracsiwn carbon uchel y gellir ei losgi yn y gwaith cynhyrchu trydan. Mae defnyddio'r ddwy ffrwd gynnyrch yn darparu 100% ateb i broblemau gwaredu lludw anghyfreithlon.

Mae'r gwahanydd gwregysau triboelectrostatig yn gymharol gryno. Peiriant sydd wedi'i gynllunio i brosesu 40 tonnes per hour is approximately 9.1 Mesuryddion (30 Troedfedd) Hir, 1.7 Mesuryddion (5.5 Troedfedd.) eang a 3.2 Mesuryddion (10.5 Troedfedd.) Uchel. Mae'r cydbwysedd gofynnol o blanhigion yn cynnwys systemau i gyfleu deunydd sych i'r gwahanydd ac oddi wrth. Mae crynoder y system yn caniatáu hyblygrwydd mewn dyluniadau gosod.

Ffigur 3. Gwahanydd gwregysau triboelectrostatig masnachol

Cymharu â phrosesau gwahanu electrostatig eraill

Mae'r dechnoleg gwahanu gwregysau triboelectrostatig yn ehangu'n fawr yr ystod o ddeunyddiau y gellir eu dyfarnu drwy brosesau electrostatig. Mae'r prosesau electrostatig a ddefnyddir amlaf yn dibynnu ar wahaniaethau yn dargludedd trydanol y deunyddiau sydd i'w gwahanu. Yn y prosesau hyn, rhaid i'r deunydd gysylltu â drym neu blât wedi'i wreiddio fel arfer ar ôl i'r gronynnau materol gael eu codi'n negyddol gan ollyngiad corona ïonig. Bydd deunyddiau dargludol yn colli eu tâl yn gyflym ac yn cael eu taflu o'r drwm. The non‐conductive material continues to be attracted to the drum since the

3

charge will dissipate more slowly and will fall or be brushed from the drum after separation from the conducting material. Mae'r prosesau hyn yn gyfyngedig o ran capasiti oherwydd y cyswllt gofynnol o bob gronynnau â'r drwm neu'r plât. Mae effeithiolrwydd y prosesau codi tâl cyswllt hyn hefyd wedi'u cyfyngu i ronynnau o tua 100 μm or greater in size due to both the need to contact the grounded plate and the required particle flow dynamics. Bydd gan ronynnau o wahanol feintiau ddynameg llif gwahanol hefyd oherwydd effeithiau anerteddol a byddant yn arwain at wahanu diraddiedig. Y diagram canlynol (Ffigur 4) yn dangos nodweddion sylfaenol y math hwn o wahanydd.

Ffigur 4. Drum electrostatic separator “Elder (2003)”

Nid yw gwaharddebau triboelectrostatig wedi'u cyfyngu i wahanu dargludiad / non‐conductive materials but depend on the well known phenomenon of charge transfer by frictional contact of materials with dissimilar surface chemistry. This phenomenon has been used in “free fall” separation processes for decades. Such a process is illustrated in Figure 5. Mae cydrannau cymysgedd o ronynnau yn datblygu gwahanol daliadau yn gyntaf drwy gyswllt naill ai ag arwyneb metel, neu drwy ronyn i gyswllt gronynnau mewn dyfais bwydo gwelyau hylifedig. Wrth i'r gronynnau ddisgyn drwy'r maes trydan yn y gylchfa electrod, mae llwybr pob gronynnau yn cael ei ddad-dethol tuag at electrod tâl arall. Ar ôl pellter penodol, biniau casglu yn cael eu defnyddio i wahanu'r nentydd. Mae gosodiadau nodweddiadol yn gofyn am sawl cam gwahanu gydag ailgylchu ffracsiwn canol. Mae rhai dyfeisiau'n defnyddio llif cyson o nwy i helpu i gyfleu'r gronynnau drwy'r gylchfa electrod.

4

Ffigur 5. “Free fall” triboelectrostatic separator

Mae cyfyngiadau ar y math hwn o wahanydd cwymp am ddim hefyd ym maint gronynnau'r deunydd y gellir ei brosesu. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing” of the separation. Mae cythrwfl yn effeithio'n fwy ar lwybr gronynnau mân gan fod y grymoedd llusgo aerodynamig ar ronynnau mân yn llawer mwy na'r grymoedd disgyrchiant ac electrostatig. Bydd y gronynnau mân iawn hefyd yn tueddu i gasglu ar arwynebau'r electrod a rhaid eu dileu drwy ryw ddull. Gronynnau o lai na 75 μm cannot be effectively separated.

Cyfyngiad arall yw bod yn rhaid i'r gronynnau sy'n llwytho o fewn y gylchfa electrod fod yn isel er mwyn atal effeithiau codi tâl am ofod, sy'n cyfyngu ar y gyfradd brosesu. Passing material through the electrode zone inherently results in a single‐stage separation, since there is no possibility for re‐charging of particles. Felly, multi‐stage systems are required for improving the degree of separation including re‐charging of the material by subsequent contact with a charging device. Mae cyfaint a chymhlethdod yr offer sy'n deillio o hynny yn cynyddu yn unol â hynny.

Yn wahanol i'r prosesau gwahanu electrostatig eraill sydd ar gael, mae'r gwahanydd gwregysau triboelectrostatig yn ddelfrydol ar gyfer gwahanu dirwy iawn (<1 μm) i gymedrol fras (300μm) deunyddiau gyda thrwygyrch uchel iawn. Mae'r tâl gronynnau triboelectric yn effeithiol ar gyfer ystod eang o ddeunyddiau a dim ond gronynnau sydd eu hangen – cyswllt gronynnau. Y bwlch bach, maes trydan uchel, cownteri'r llif presennol, vigorous particle‐particle agitation and self‐cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features of the separator. The high efficiency multi‐stage separation through charging / mae ailwefru ac ailgylchu mewnol yn arwain at wahanu llawer gwell ac mae'n effeithiol ar ddeunyddiau mân na ellir eu gwahanu o gwbl gan y technegau confensiynol.

5

CEISIADAU AM WAHANU GWREGYSAU TRIBOELECTROSTATIG

Lludw

Cymhwyswyd y dechnoleg gwahanu gwregysau triboelectrostatig gyntaf yn ddiwydiannol i brosesu lludw anghyfreithlon llosgi glo yn 1995. Ar gyfer y cais lludw anghyfreithlon, bu'r dechnoleg yn effeithiol wrth wahanu gronynnau carbon oddi wrth losgi glo yn anghyflawn, oddi ar y gwydryn'n alwosilicate o ronynnau mwynol yn y Lludw clêr. The technology has been instrumental in enabling recycle of the mineral‐rich flyash as a cement replacement in concrete production. Ers 1995, 19 gwahanyddion gwregysau triboelectrostatig wedi bod yn gweithredu yn UDA, Canada, Du, a Gwlad Pwyl, prosesu dros 1,000,000 tonnes of fly ash annually. Mae'r dechnoleg bellach yn Asia hefyd gyda'r gwahanydd cyntaf wedi'i osod yn Ne Korea eleni. Mae hanes diwydiannol gwahanu lludw'n anghyfreithlon wedi'i restru yn Nhabl 1.

Tabl 3. Enghreifftiau, gwaharddebau mwynau gan ddefnyddio gwahanu gwregysau triboelectrostatig

Dangoswyd bod defnyddio'r gwahanydd gwregysau triboelectrostatig yn fuddiol i bob pwrpas lawer o gymysgeddau mwynau. Gan y gall y gwahanydd brosesu deunyddiau gyda meintiau gronynnau o tua 300 μm to less than 1 μm, ac mae'r gwahaniad triboelectrostatig yn effeithiol ar gyfer deunyddiau insulating a dargludol, mae'r dechnoleg yn ymestyn yn fawr yr ystod o ddeunydd perthnasol dros wahanyddion electrostatig confensiynol. Since the triboelectrostatic process is entirely dry, defnydd ohono yn dileu'r angen am sychu materol a thrin gwastraff hylifol o brosesau arnofio.

COST GWAHANU GWREGYSAU TRIBOELECTROSTATIG

Cymharu â Flotation Confensiynol ar gyfer Barite

Comisiynwyd astudiaeth gost gymharol gan STET ac fe'i cynhaliwyd gan Soutex Inc. Cwmni peirianneg Quebec Canada yw Soutex sydd â phrofiad helaeth o flotation gwlyb a gwerthuso a dylunio prosesau gwahanu electrostatig. The study compared the capital and operating costs of triboelectrostatic belt separation process to conventional froth flotation for the beneficiation of a low‐grade barite ore. Mae'r ddwy dechnoleg yn uwchraddio'r barite drwy gael gwared ar solidau dwysedd isel, cwartz yn bennaf, cynhyrchu Sefydliad Petrolewm Americanaidd (Api) barite gradd drilio gyda SG yn fwy na 4.2 g/ml. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Mettalurgical Laboratory “NML (2004)”. Roedd canlyniadau gwahanu gwregysau Triboelectrostatig yn seiliedig ar astudiaethau planhigion peilot gan ddefnyddio hadau porthiant tebyg. Roedd yr astudiaeth economaidd gymharol yn cynnwys datblygu taflenni llif, balansau deunydd ac egni, major equipment sizing and quotation for both flotation and triboelectrostatic belt separation processes. Yr un yw'r sail ar gyfer y ddwy daflen lif, Prosesu 200,000 t/y o borthiant barite gyda SG 3.78 cynhyrchu 148,000 t/y o ddrilio cynnyrch barite gradd gyda SG 4.21 g/ml. Nid oedd amcangyfrif y broses arnofio yn cynnwys unrhyw gostau ar gyfer dŵr proses, neu drin dŵr.

Cynhyrchwyd taflenni llif gan Soutex ar gyfer y broses arnofio barite (Ffigur 6), a phroses gwahanu gwregysau triboelectrostatig (Ffigur 7).

8

Ffigur 6 Taflen lifo proses arnofio barite

9

Ffigur 7 Taflen lifo proses wahanu gwregysau triboelectrostatig Barite

Nid yw'r taflenni llif hyn yn cynnwys system wasgu had amrwd, sy'n gyffredin i'r ddwy dechnoleg. Cyflawnir grilio porthiant ar gyfer yr achos arnofio gan ddefnyddio melin bêl mwydion gwlyb gyda dosbarthiad beiciau. Cyflawnir grilio porthiant ar gyfer yr achos gwahanu gwregysau triboelectrostatig gan ddefnyddio sych, melin rolio fertigol gyda dosbarthwr deinamig integrol.

Mae'r daflen llif gwahanu gwregysau triboelectrostatig yn symlach na fflworin. Triboelectostatic belt separation is achieved in a single stage without the addition of any chemical reagents, compared to three‐stage flotation with oleic acid used as a collector for barite and sodium silicate as a depressant for the silica gangue. Ychwanegir diadell hefyd fel adwninydd ar gyfer tewhau yn yr achos arnofio barite. Nid oes angen unrhyw offer dewr a sychu ar gyfer gwahanu gwregysau triboelectrostatig, gymharu â thicwyr, hidlydd yn pwyso, a sychwyr rotari sy'n ofynnol ar gyfer y broses arnofio barite.

10

Cyfeiriadau

1.Blin, P & Dion‐Ortega, O (2013) Uchel a Sych, Cylchgrawn CIM, Cyfrol. 8, Na. 4, Tudalennau. 48‐51.

2.Yr Henoed, J. & Cymorth Yan, E (2003) eForce.‐ Newest generation of electrostatic separator for the minerals sands industry, Cynhadledd Mwynau Trwm, Johannesburg, Sefydliad Mwyngloddio a Meteleg De Affrica.

3.Cymorth manouchehri, H, Cymorth hanumantha mo,K, & Foressberg, K (2000), Adolygiad o Ddulliau Gwahanu Trydanol, Rhan 1: Agweddau sylfaenol, Mwynau & Prosesu Metelegol, Cyfrol 17, Na. 1 Tudalennau 23 – 36.

4.Cymorth manouchehri, H, Cymorth hanumantha mo, K, & Foressberg, K (2000), Adolygiad o Ddulliau Gwahanu Trydanol, Rhan 2: Ystyriaethau ymarferol, Mwynau & Prosesu Metelegol, Cyfrol 17, Na. 1 pp 139‐ 166.

5.Morwyr, J (1985) Photash, Pennod mewn Ffeithiau a Phroblemau Mwynau: 1985 Argraffiad, Swyddfa Mines yr Unol Daleithiau, Washington DC.

6.Angorfa, R & Bichara, M, (1975) Electrostatig Gwahanu Potash Ores, Patent yr Unol Daleithiau # 3,885,673.

7.Brandiau, L, Beier, P, & Stahl, Wyf (2005) Gwahanu Electrostatig, Wiley‐VCH verlag, Y GmbH & Co.

8.Awdurdodau Tân ac Achub, F (1962) Gwahanu Deunyddiau Granwlaidd yn electrostatig, Swyddfa Mwyngloddiau'r UD, Bwletin 603.

9.Awdurdodau Tân ac Achub, F (1964), Rhagdrin mwynau ar gyfer gwahanu electrostatig, Patent UDA 3,137,648.

10.Cymorth Lindley, K & Rowson, Gogledd (1997) Ffactorau paratoi porthiant sy'n effeithio ar effeithlonrwydd gwahanu electrostatig, Gwahanu Magnetig a Thrydanol, Cyfrol 8 pp 161‐173.

11.Cymell, Wyf (1984) Gwahanu Mwynau Electrostatig, Cyfres Ceisiadau Electrostatig ac Electrostatig, Gwasg Astudiaethau Ymchwil, Cyf, John Wiley & Meibion, Gan gynnwys.

12.Feasby, D (1966) Free‐Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Particles, Labordy Ymchwil Mwynau, Rhifau Labordai. 1869, 1890, 1985, 3021, ac 3038, Llyfr 212, Adroddiad Cynnydd.

13.Stencel, J & Cymorth Jiang, X (2003) Pneumatic Transport, Budd-dal Triboelectric ar gyfer y Diwydiant Ffosffad Florida, Sefydliad Ymchwil Ffosffad Florida, Rhif Cyhoeddi. 02‐149‐201, Rhagfyr.

14.Cymorth manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Tâl Triboelectric, Eiddo electroffisegol a Photensial Budd Trydanol Feldspar a Drinir yn Gemegol, Quartz, a Wollastonite, Gwahanu Magnetig a Thrydanol, Cyfrol 11, no 1‐2 pp 9‐32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Dylanwad ar effeithiau arwyneb ar wahanu electrostatig zircon a rutile, Y 6ed Gynhadledd Mwynau Trwm Rhyngwladol, Sefydliad Mwyngloddio a Meteleg De Affrica.

16.Celik, M ac Yasar, E (1995) Effeithiau Tymheredd ac Impurities ar Gwahanu Electrostatig o Ddeunyddiau Boron, Peirianneg mwynau, Cyfrol. 8, Na. 7, Tudalennau. 829‐833.

17.Awdurdodau Tân ac Achub, F (1947) Notes on Drying for Electrostatic Separation of Particles, AIME Tec. Dafarn 2257, Tachwedd.

18.Cymorth NML (2004) Budd-dal barite gradd isel (canlyniadau planhigion peilot), Adroddiad Terfynol, Labordy Metelegol Cenedlaethol, Jamshedpur India, 831 007

13