Udvide programmer i tør triboelektriske adskillelse af mineraler

Udvidelse af applikationer i tør Triboelectric

Adskillelse af mineraler

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

ST udstyr & Technology LLC, Needham Massachusetts 02494 USA

Tel: +1‐ 781 ‐ 972 ‐ 2300, E-mail: jbittner@titanamerica.com

ABSTRAKT

ST udstyr & Teknologi, LLC (STET) har udviklet et behandlingssystem baseret på triboelectrostatisk bælte adskillelse, der giver mineral forarbejdningsindustrien et middel til at frem Me fine materialer med en helt tør teknologi. I modsætning til andre elektrostatiske separationsprocesser, der typisk er begrænset til partikler større end 75 μm i størrelse, den triboelektriske bælte separator er velegnet til adskillelse af meget fine (<1Μm) til moderat grov (300Μm) partikler med meget høj gennemløb. Den højeffektive multifase adskillelse gennem intern opladning/genopladning og genbrug resulterer i langt overlegne separationer, der kan opnås med en konventionel enkelt fase fri-Fall triboelectrostatisk separator. Triboelektriske Belt separator teknologien er blevet brugt til at adskille en lang række materialer, herunder blandinger af glasholdige aluminosilicater/Carbon, calcite/kvarts, talc/magnesit, og barite/kvarts. En økonomisk sammenligning af brugen af triboelektrostatisk bælte adskillelse versus konventionel flotation for baryt / kvarts adskillelse illustrerer fordelene ved tør behandling for mineraler.

Nøgleord: Mineraler, tør adskillelse, baryt, triboelektro statisk opladning, bælte separator, flyveaske

INTRODUKTION

Den manglende adgang til ferskvand er ved at blive en væsentlig faktor, der påvirker gennemførligheden af mine projekter rundt om i verden. Ifølge Hubert Fleming, tidligere global Director for Hatch Water, "Af alle mine projekter i verden, der enten er blevet stoppet eller bremset i det forløbne år, Det har været, i næsten 100% af sagerne, et resultat af vand, enten direkte eller indirekte "Blin (2013). Tørre mineralske forarbejdningsmetoder tilbyder en løsning på dette truende problem.

Vådseparations metoder, såsom skum flotation, kræver tilsætning af kemiske reagenser, som skal håndteres sikkert og bortskaffes på en miljømæssigt forsvarlig måde. Det er uundgåeligt, at det ikke er muligt at operere med 100% genbrug af vand, der kræver bortskaffelse af mindst en del af procesvandet, sandsynligvis indeholdende spormængder af kemiske reagenser.

Tørre metoder såsom elektrostatisk adskillelse vil eliminere behovet for ferskvand, og give mulighed for at reducere omkostningerne. En af de mest lovende nye udviklinger i tør mineral separationer er triboelektrostatisk bælte separator. Denne teknologi har udvidet partikelstørrelsesområdet til finere partikler end konventionelle elektrostatiske separationsteknologier, i det område, hvor kun flotation har haft succes i fortiden.

1

Figur 2. Detalje af adskillelse zone

Processen er helt tør, kræver ingen yderligere materialer og producerer ingen spildevand eller luftemissioner. I tilfælde af kulstof fra flyveaskeseparationer, de genvundne materialer består af flueaske reduceret i kulstofindhold til niveauer egnet til brug som en pozzolanic blanding i beton, og en høj kulstoffraktion, som kan brændes på elproduktionsanlægget. Udnyttelse af både produkt streams giver en 100% løsning på problemer, flyveaske bortskaffelse.

Den triboelektrostatiske bælteseparator er relativt kompakt. En maskine designet til at behandle 40 tons pr. time er ca 9.1 Meter (30 Ft) lang, 1.7 Meter (5.5 ft.) bred og 3.2 Meter (10.5 ft.) høj. Den nødvendige balance af anlægget består af systemer til at formidle tørt materiale til og fra separatoren. Systemets kompakthed giver mulighed for fleksibilitet i installationsdesign.

Figur 3. Kommerciel triboelektrostatisk bælteseparator

Sammenligning med andre elektrostatiske separationsprocesser

Den triboelektrostatiske bælteseparationsteknologi udvider i høj grad rækken af materialer, der kan beneficieret ved elektrostatiske processer. De mest almindeligt anvendte elektrostatiske processer er afhængige af forskelle i den elektriske ledningsevne af de materialer, der skal adskilles. I disse processer, materialet skal komme i kontakt med en jordtromle eller -plade, typisk efter at materialepartiklerne er blevet negativt ladet af en ioniserende koronaudledning. Ledende materialer vil miste deres ladning hurtigt og blive kastet fra tromlen. Det ikke-ledende materiale tiltrækkes fortsat af tromlen, da

3

vil sprede sig langsommere og vil falde eller blive børstet fra tromlen efter adskillelse fra det ledende materiale. Disse processer er begrænset i kapacitet på grund af den nødvendige kontakt af hver partikel til tromlen eller pladen. Effektiviteten af disse kontaktopladningsprocesser er også begrænset til partikler på ca. 100 μm eller større i størrelse på grund af både behovet for at kontakte den jordede plade og den krævede partikelstrømningsdynamik. Partikler af forskellig størrelse vil også have forskellige flowdynamik på grund af inertielle virkninger og vil resultere i forringet adskillelse. Følgende diagram (Figur 4) illustrerer de grundlæggende træk ved denne type separator.

Figur 4. Tromle elektrostatisk separator "Ældste (2003)"

Triboelectrostatiske separationer er ikke begrænset til adskillelse af ledende / ikke-ledende materialer, men afhænger af det velkendte fænomen ladningsoverførsel ved friktionskontakt af materialer med forskellig overfladekemi. Dette fænomen er blevet brugt i "frit fald" separationsprocesser i årtier. En sådan proces er illustreret i figur 5. Komponenter i en blanding af partikler udvikler først forskellige ladninger ved kontakt enten med en metaloverflade, eller ved partikel til partikelkontakt i en fluidiseret sengefodringsanordning. Da partiklerne falder gennem det elektriske felt i elektrodezonen, hver partikels bane afbøjes mod elektroden af modsat ladning. Efter en vis afstand, indsamlingsbeholdere bruges til at adskille streams. Typiske installationer kræver flere separatorstadier med genvinding af en midterfraktion. Nogle enheder bruger en jævn strøm af gas til at hjælpe med transport af partiklerne gennem elektrodezonen.

4

Figur 5. "Frit fald" triboelektrostatisk separator

Denne type frit fald separator har også begrænsninger i partikelstørrelsen af det materiale, der kan behandles. Strømmen inden for elektrodezonen skal styres for at minimere turbulens for at undgå "udtværing" af adskillelsen. Finpartiklernes bane påvirkes mere af turbulens, da de aerodynamiske trækkræfter på fine partikler er meget større end tyngdekraften og elektrostatiske kræfter.. De meget fine partikler vil også have tendens til at samle sig på elektrodefladerne og skal fjernes ved hjælp af en eller anden metode. Partikler på mindre end 75 μm kan ikke adskilles effektivt.

En anden begrænsning er, at partikelbelastningen inden for elektrodezonen skal være lav for at forhindre rumladningseffekter, som begrænser behandlingshastigheden. Passage af materiale gennem elektrodezonen resulterer i sagens natur i en ettrinsadskillelse, da der ikke er mulighed for genopladning af partikler. Derfor, Der kræves flertrinssystemer til forbedring af adskillelsesgraden, herunder genopladning af materialet ved efterfølgende kontakt med en opladningsanordning. Den resulterende udstyrsvolumen og kompleksitet øges i overensstemmelse hermed.

I modsætning til de andre tilgængelige elektrostatiske separationsprocesser, den triboelectrostatiske bælteseparator er ideel til adskillelse af meget fine (<1 Μm) til moderat grov (300Μm) materialer med meget høje gennemløb. Den triboelektriske partikelopladning er effektiv til en lang række materialer og kræver kun partikel – partikelkontakt. Det lille hul, højt elektrisk felt, tælleren nuværende flow, kraftig partikelpartikelomrøring og selvrensende virkning af bæltet på elektroderne er de kritiske træk ved separatoren. Højeffektiv flertrinsadskillelse gennem opladning / genopladning og intern genanvendelse resulterer i langt bedre adskillelser og er effektiv på fine materialer, der slet ikke kan adskilles af de konventionelle teknikker.

5

ANVENDELSE AF TRIBOELECTROSTATISK BÆLTEADSKILLELSE

Flyveaske

Teknologien til adskillelse af triboelectrostatiske bælter blev først anvendt industrielt til forarbejdning af kulforbrændingsflueaske i 1995. Til flueaskeapplikationen, teknologien har været effektiv til at adskille kulstofpartikler fra den ufuldstændige forbrænding af kul, fra de glasagtige aluminosilikatmineralpartikler i flyveaske. Teknologien har været medvirkende til at muliggøre genanvendelse af den mineralrige flyash som cementerstatning i betonproduktion. Siden 1995, 19 triboelectrostatic bælte separatorer har været i drift i USA, Canada, UK, og Polen, behandling over 1,000,000 tons flyveaske årligt. Teknologien er nu også i Asien med den første separator installeret i Sydkorea i år. Den industrielle historie flyveaske separation er opført i tabel 1.

Tabel 3. Eksempler, mineraladskillelse ved hjælp af triboelectrostatisk bælteadskillelse

Brugen af triboelectrostatisk seleseparator har vist sig effektivt at beneficiate mange mineralske blandinger. Da separatoren kan behandle materialer med partikelstørrelser fra ca. 300 μm til mindre end 1 Μm, og den triboelectrostatiske adskillelse er effektiv til både isolerende og ledende materialer, teknologien udvider i høj grad rækkevidden af relevant materiale i forhold til konventionelle elektrostatiske separatorer. Da den triboelektrostatiske proces er helt tør, brug af det eliminerer behovet for materialetørring og håndtering af flydende affald fra flotationsprocesser.

UDGIFTER TIL TRIBOELECTROSTATIC BELT SEPARATION

Sammenligning med konventionel flotation for barit

En sammenlignende omkostningsundersøgelse blev bestilt af STET og udført af Soutex Inc. Soutex er en Quebec Canada baseret ingeniørvirksomhed med stor erfaring i både våd flotation og elektrostatisk adskillelse proces evaluering og design. Undersøgelsen sammenlignede kapital- og driftsomkostningerne ved triboelektrostatisk bælteseparationsproces med konventionel skumflotation til gavn for en lavkvalitets baritmalm. Begge teknologier opgradere barit ved fjernelse af lav densitet faste stoffer, hovedsagelig kvarts, at producere en American Petroleum Institute (Api) barit af borekvalitet med SG større end 4.2 g/ml. Flotationsresultater var baseret på pilotplanteundersøgelser udført af Indian National Mettalurgical Laboratory "NML (2004)". Triboelectrostatic bælte separation resultater var baseret på pilotanlæg undersøgelser ved hjælp af lignende fodermalm. Den komparative økonomiske undersøgelse omfattede driftsformerne fra afsnit udvikling, materiale og energibalancer, Større udstyrsstørrelse og tilbud på både flotation og triboelektrostatisk bælteseparationsprocesser. Grundlaget for både rutediagrammerne er den samme, forarbejdning 200,000 t/y af baryt foder med SG 3.78 til at producere 148,000 t/y af boring kvalitet baryt produkt med SG 4.21 g/ml. Flotation processen Estimat omfatter ikke eventuelle omkostninger til procesvand, eller behandling af vand.

Rutediagrammerne blev genereret med Soutex baryt flotation proces (Figur 6), og triboelectrostatic bælte adskillelse proces (Figur 7).

8

Figur 6 Baryt flotation proces driftsformerne fra afsnit

9

Figur 7 Barit triboelectrostatic bælte adskillelse proces flowsheet

Teser rutediagrammerne indeholder ikke en rå malm knusning system, der er fælles for begge teknologier. Feed slibning til flotation sag er udført ved hjælp af en våd papirmasse bolden mill med cyklon klassificering. Foderslibning til det triboelectrostatiske bælteadskillelsestilfælde opnås ved hjælp af en tør, lodret roller mill med integreret dynamisk klassificering.

Det triboelectrostatiske bælteadskillelsesflowsheet er enklere end flotation. Triboelectostatisk bælteseparation opnås i et enkelt trin uden tilsætning af kemiske reagenser, sammenlignet med tretrins flotation med oliesyre, der anvendes som samler til barit og natriumsilicat som et depressivt middel til silica gangue. En flokkulant er også tilføjet som et reagens fortykkelse i sagen baryt flotation. Der kræves ikke afvandings- og tørringsudstyr til triboelectrostatisk seleadskillelse, i forhold til gelatineringsmidler, filter presser, og roterende Tørreanlæg kræves for baryt flotation proces.

10

REFERENCER

1.Blin, P & Dion‐Ortega, A (2013) Høj og tør, CIM Magazine, Vol. 8, Nej. 4, PP. 48‐51.

2.Ældste, JØRGENSEN. & Yan, E (2003) eForce.‐ Nyeste generation af elektrostatisk separator til mineralsandindustrien, Tunge mineraler konference, Johannesburg, Sydafrikanske Institut for minedrift og metallurgi.

3.Manouchehri, H, Lone Roa,K, & Foressberg, K (2000), Gennemgang af elektrisk adskillelse metoder, En del 1: Grundlæggende aspekter, Mineraler & Metallurgiske behandling, Vol 17, Nej. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Lone Roa, K, & Foressberg, K (2000), Gennemgang af elektrisk adskillelse metoder, En del 2: Praktiske overvejelser, Mineraler & Metallurgiske behandling, Vol 17, Nej. 1 s. 139‐ 166.

5.Searls, JØRGENSEN (1985) Potaske, Kapitel i mineralske fakta og problemer: 1985 Udgave, USA 's Bureau of miner, Washington DC.

6.Berthon, RASMUSSEN & Bichara, M, (1975) Elektrostatisk adskillelse af kaliumchlorid malme, USA Patent # 3,885,673.

7.Mærker, L, Beier, P, & Stahl, Jeg (2005) Elektrostatisk adskillelse, Wiley‐VCH verlag, GmbH & Co.

8.Fraas, F (1962) Elektrostatisk adskillelse af granulerede materialer, US Bureau of miner, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Forbehandling af mineraler for elektrostatisk adskillelse, US Patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson, N (1997) Feed forberedelse faktorer, der påvirker effektiviteten af elektrostatiske adskillelse, Magnetisk og elektrisk adskillelse, Vol 8 s. 161‐173.

11.Inculet, Jeg (1984) Elektrostatisk Mineral adskillelse, Koncentrationsgradient og elektrostatiske programmer serie, Forskning undersøgelser tryk, Ltd, John Wiley & Sønner, Inc.

12.Feasby, D (1966) Elektrostatisk adskillelse af fosfat og calcitpartikler i frit fald, Mineraler Research Laboratory, Labs Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, og 3038, bog 212, Statusrapport.

13.Stencel, JØRGENSEN & Jiang, X (2003) Pneumatisk transport, Triboelektriske forberednings for Florida fosfat industri, Florida Institute af fosfat forskning, Publikation nr. 02‐149‐201, December.

14.Manouchehri, H, Lone Rasmussen, & Foressberg, K (2002), Triboelektriske afgift, Electrophysical egenskaber og elektriske forberednings potentielle af kemisk behandlet feldspat, Kvarts, og Wollastonite, Magnetisk og elektrisk adskillelse, Vol 11, Nr. 1‐2 s. 9‐32.

15.Venter, JØRGENSEN, Vermaak, M, & Bruwer, JØRGENSEN (2007) Indflydelse af overflade effekter på den elektrostatiske adskillelse af zircon og rutil, 6. internationale tunge mineraler konferencen, Den sydlige afrikanske Institut for minedrift og metallurgi.

16.Celik, M og Yasar, E (1995) Effekter af temperatur og urenheder på elektrostatisk adskillelse af Boron materialer, Mineraler Engineering, Vol. 8, Nej. 7, PP. 829‐833.

17.Fraas, F (1947) Bemærkninger om tørring til elektrostatisk separation af partikler, AIME Tec. Pub 2257, November.

18.Nml (2004) Forberednings af lav kvalitet baryt (pilotanlæg resultater), Endelige rapport, Nationale metallurgiske laboratorium, Jamshedpur Indien, 831 007

13