הרחבת יישומי בהפרדה Triboelectric יבש של מינרלים

הרחבת היישומים בטריבואלקטרי יבש

הפרדת מינרלים

ג'יימס ד. Bittner, קייל P. פלין, ו- J פרנק. Hrach

סט ציוד & טכנולוגיה בע מ, נידהם מסצ'וסטס 02494 בארה ב

תל: +1‐781‐972‐2300, דואר אלקטרוני: jbittner@titanamerica.com

מופשט

סט ציוד & טכנולוגיה, LLC (לתקן) פיתחה מערכת עיבוד המבוססת על הפרדת חגורה טריבואלקטרוסטטית המספקת לתעשיית עיבוד המינרלים אמצעי למוטב חומרים עדינים בטכנולוגיה יבשה לחלוטין. בניגוד לתהליכי הפרדה אלקטרוסטטיים אחרים המוגבלים בדרך כלל לחלקיקים שגודלם עולה על 75 מיקרומטר, מפריד החגורה הטריבואלקטרי מתאים באופן אידיאלי להפרדה של עדינים מאוד (<1מיקרומטר) עד גס למדי (300מיקרומטר) חלקיקים עם תפוקה גבוהה מאוד. ההפרדה הרב-שלבית ביעילות גבוהה באמצעות טעינה/טעינה פנימית ומיחזור מביאה להפרדות עדיפות בהרבה שניתן להשיג באמצעות מפריד טריבואלקטרוסטטי רגיל חד-שלבי ללא שלבים. טכנולוגיית מפריד החגורה התלת-אלקטרית שימשה להפרדת מגוון רחב של חומרים, כולל תערובות של אלומינו-מיליקטים מזוגים/פחמן, קלציט/קוורץ, טלק/מגנזיט, ובריטה/קוורץ. השוואה כלכלית של שימוש בהפרדת חגורה טריבואלקטרוסטטית לעומת ציפה קונבנציונלית לבריט / קוורץ ההפרדה ממחיש את היתרונות של יבש עיבוד של מינרלים.

מילות מפתח: מינרלים, הפרדה יבשה, barite, טעינת תלת-בוקסטטית, מפריד חגורה, אפר פחם

מבוא

חוסר הגישה למים מתוקים הופך לגורם מרכזי המשפיע על היתכנות פרויקטי כרייה ברחבי העולם. לפי הוברט פלמינג, מנהל גלובלי לשעבר של האץ' ווטר, "מכל פרויקטי הכרייה בעולם שנעצרו או האטו בשנה האחרונה, זה היה, כמעט ב 100% של המקרים, תוצאה של מים, במישרין או בעקיפין" בלין (2013). שיטות עיבוד מינרלים יבשים מציעות פתרון לבעיה זו.

שיטות הפרדה רטובות כגון ציפה קצף דורשות תוספת של רייאגנטים כימיים שיש לטפל בהם בבטחה ולהיפטר מהם באופן אחראי לסביבה. באופן בלתי נמנע לא ניתן לפעול עם 100% מיחזור מים, הדורש סילוק של לפחות חלק ממים התהליך, סביר להניח המכיל כמויות זעירות של רייאגנטים כימיים.

שיטות יבשות כגון הפרדה אלקטרוסטטית יבטלו את הצורך במים מתוקים, ולהציע את הפוטנציאל להפחית עלויות. אחת ההתפתחויות החדשות והמבטיחות ביותר בהפרדות מינרלים יבשים היא מפריד החגורה התלת-אלקטרו-סטטי. טכנולוגיה זו הרחיבה את טווח גודל החלקיקים לחלקיקים עדינים יותר מאשר טכנולוגיות הפרדה אלקטרוסטטית קונבנציונליות, לתוך הטווח שבו רק ציפה הצליחה בעבר.

1

איור 2. פירוט אזור ההפרדה

התהליך יבש לחלוטין., לא דורש חומרים נוספים ולא מייצר מי שפכים או פליטת אוויר. במקרה של פחמן מהפרדות אפר זבובים, החומרים השוחזרים מורכבים מאפר זבובים מופחת בתוכן פחמן לרמות המתאימות לשימוש כתעריר פוזולניק בבטון, ושבר פחמן גבוה שניתן לשרוף במפעל לייצור חשמל. ניצול של שני זרמי המוצרים מספק 100% פתרון לבעיות סילוק אפר זבובים.

מפריד החגורה התלת-אלקטרוסטטי קומפקטי יחסית. מכונה המיועדת לעיבוד 40 טון לשעה הוא בערך 9.1 מטר (30 טרים) ארוך, 1.7 מטר (5.5 רגל.) רחב ו 3.2 מטר (10.5 רגל.) גבוהה. האיזון הנדרש של הצמח מורכב ממערכות להעברת חומר יבש אל המפריד ומ ממנו. הקומפקטיות של המערכת מאפשרת גמישות בעיצובי התקנה.

איור 3. מפריד חגורה תלת-אלקטרוסטטי מסחרי

השוואה לתהליכי הפרדה אלקטרוסטטיים אחרים

טכנולוגיית הפרדת החגורה התלת-אלקטרו-סטטית מרחיבה מאוד את מגוון החומרים שניתן להשתמש בה באמצעות תהליכים אלקטרוסטטיים. התהליכים האלקטרוסטטיים הנפוצים ביותר מסתמכים על הבדלים ב מוליכות החשמלית של החומרים שיש להפריד. 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. החומר הלא מוליך ממשיך להימשך לתוף מאז

3

המטען יתפוגג לאט יותר וייפול או יוברש מהתוף לאחר הפרדה מהחומר המוליך. תהליכים אלה מוגבלים בקיבולת עקב המגע הנדרש של כל חלקיק לתוף או לצלחת. היעילות של תהליכי טעינה אלה של אנשי קשר מוגבלת גם לחלקיקים של כ 100 מיקרומטר או יותר בגודלו הן בשל הצורך ליצור קשר עם הלוח המוארק והן בשל דינמיקת זרימת החלקיקים הנדרשת. חלקיקים בגדלים שונים יהיו גם דינמיקת זרימה שונה בשל השפעות אינרציאליות ויגרום להפרדה מושפלת. הדיאגרמה הבאה (איור 4) מדגים את התכונות הבסיסיות של סוג זה של מפריד.

איור 4. מפריד אלקטרוסטטי תוף "אלדר (2003)"

הפרדות תלת-אלקטריות אינן מוגבלות להפרדה של מוליך / חומרים שאינם מוליכים אך תלויים בתופעה הידועה של העברת מטען על ידי מגע חיכוך של חומרים בעלי כימיה שונה של פני השטח. תופעה זו משמשת בתהליכי הפרדה של "נפילה חופשית" מזה עשרות שנים. תהליך כזה מודגם באיור 5. רכיבים של תערובת של חלקיקים מפתחים תחילה מטענים שונים על ידי מגע או עם משטח מתכת, או על ידי חלקיק למגע חלקיקים במכשיר הזנת מיטה נוזלית. כאשר החלקיקים נופלים דרך השדה החשמלי באזור האלקטרודה, 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.

4

איור 5. "נפילה חופשית" מפריד טריבואלקטרוסטטי

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. החלקיקים העדינים מאוד גם נוטים לאסוף על משטחי האלקטרודה ויש להסירם על ידי שיטה כלשהי. חלקיקים של פחות מ 75 לא ניתן להפריד ביעילות בין μm.

מגבלה נוספת היא שטעינת החלקיקים בתוך אזור האלקטרודה חייבת להיות נמוכה כדי למנוע השפעות של מטען שטח, המגבילים את קצב העיבוד. העברת חומר דרך אזור האלקטרודה גורמת מטבעה להפרדה חד-שלבית, מכיוון שאין אפשרות לטעינה מחדש של חלקיקים. לכן, מערכות רב-שלביות נדרשות לשיפור מידת ההפרדה כולל טעינה מחדש של החומר על ידי מגע לאחר מכן עם מכשיר טעינה. נפח הציוד והמורכבות הנובעים מכך גדלים בהתאם.

בניגוד לתהליכי ההפרדה האלקטרוסטטיים הזמינים האחרים, מפריד החגורה triboelectrostatic מתאים באופן אידיאלי להפרדה של בסדר מאוד (<1 מיקרומטר) עד גס למדי (300מיקרומטר) חומרים עם תפוקות גבוהות מאוד. טעינת החלקיקים התלת-אלקטריים יעילה למגוון רחב של חומרים ודורשת רק חלקיק – מגע חלקיקים. הפער קטן, שדה חשמלי גבוה, זרימת זרם מונה, תסיסה נמרצת של חלקיקים ופעולת ניקוי עצמי של החגורה על האלקטרודות הן התכונות הקריטיות של המפריד. הפרדה רב-שלבית ביעילות גבוהה באמצעות טעינה / טעינה מחדש ומיחזור פנימי גורמות להפרדות עליונות בהרבה ויעילות בחומרים עדינים שלא ניתן להפריד כלל על ידי הטכניקות הקונבנציונליות.

5

יישומים של הפרדת חגורה תלת-אלקטרו-אלקטרטית

אפר פחם

טכנולוגיית ההפרדה בין החגורה התלת-אלקטרית הוחלה לראשונה באופן תעשייתי על עיבוד של שריפת פחם באפר זבובים 1995. עבור יישום אפר זבוב, הטכנולוגיה הייתה יעילה בהפרדת חלקיקי פחמן מהבעירה הלא שלמה של פחם, מחלקיקים מינרליים מזוגוגיים באפר הזבוב. הטכנולוגיה סייעה לאפשר מיחזור של הפחם העשיר במינרלים כתחליף מלט בייצור בטון. מאז 1995, 19 מפרידי חגורה triboelectrostatic כבר פועלים בארה"ב, קנדה, בריטניה, ופולין, עיבוד מעל 1,000,000 טונות של אפר זבובים מדי שנה. הטכנולוגיה נמצאת כעת גם באסיה עם המפריד הראשון המותקן בדרום קוריאה השנה. ההיסטוריה התעשייתית של הפרדת אפר זבובים מופיעה בטבלה 1.

טבלה 3. דוגמאות, הפרדות מינרלים באמצעות הפרדת חגורה תלת-אלקטרית

השימוש במפריד החגורה triboelectrostatic הוכח כדי לתבל ביעילות תערובות מינרלים רבות. מאז המפריד יכול לעבד חומרים עם גדלי חלקיקים מתוך כ 300 μm עד פחות מ- 1 מיקרומטר, וההפרדה התלת-אלקטרו-טזטית יעילה הן לחומרים מבודדים והן לחומרים מוליכים, הטכנולוגיה מרחיבה מאוד את מגוון החומרים הישימים על פני מפרידים אלקטרוסטטיים קונבנציונליים. מכיוון שהתהליך הטריבואלקטרוסטטי יבש לחלוטין, השימוש בו מבטל את הצורך ייבוש חומר וטיפול בפסולת נוזלית מתהליכי ציפה.

עלות הפרדת חגורה תלת-אלקטרו-אלקטרטית

השוואה להנפקה קונבנציונלית עבור בריט

מחקר עלות השוואתית הוזמן על ידי STET ונערך על ידי Soutex Inc. Soutex היא חברת הנדסה מבוססת קוויבק קנדה עם ניסיון רב הן ציפה רטובה והן הערכה תהליך הפרדה אלקטרוסטטית ועיצוב. המחקר השווה את עלויות ההון והתפעול של תהליך הפרדת חגורה טריבואלקטרוסטטית להצפת קצף קונבנציונלית לתועלת עפרות בריט בדרגה נמוכה. שתי הטכנולוגיות לשדרג את הברייט על ידי הסרת מוצקים בצפיפות נמוכה, בעיקר קוורץ, לייצר מכון נפט אמריקאי (Api) ברייט כיתה קידוח עם SG גדול מ 4.2 ג'/מ"ל. תוצאות ההנפקה התבססו על מחקרי צמחי פיילוט שנערכו על ידי המעבדה הלאומית ההודית למתכות "NML" (2004)". תוצאות הפרדת חגורה Triboelectrostatic התבססו על מחקרי צמח פיילוט באמצעות תיבות הזנה דומות. המחקר הכלכלי ההשוותי כלל פיתוח גליונות זרימה, מאזני חומר ואנרגיה, גודל וציטוט של ציוד עיקרי הן לתהליכי הפרדת חגורה טורבואלקטרוסטטית והן לתהליכי הפרדת חגורה טריבואלקטרוסטטית. הבסיס עבור שני גליונות התזרמים זהה, עיבוד 200,000 t/y של הזנת בריט עם ס"ג 3.78 כדי לייצר 148,000 t/y של קידוח כיתה מוצר בריט עם SG 4.21 ג'/מ"ל. אומדן תהליך ההנפקה לא כלל עלויות עבור מי תהליך, או טיפול במים.

גליונות זרימה נוצרו על-ידי Soutex עבור תהליך ציפה barite (איור 6), ותהליך הפרדת חגורה תלת-אלקטרו-סטטית (איור 7).

8

איור 6 גליון זרימה של תהליך ציפה בריט

9

איור 7 גליון זרימה של תהליך הפרדת חגורה תלת-אלקטרו-אלקטרית של בריט

גליונות זרימה של אלה אינם כוללים מערכת ריסוק עפרות גולמית, אשר משותף לשתי הטכנולוגיות. טחינת הזנה עבור מקרה ציפה מושגת באמצעות טחנת כדור עיסה רטובה עם מסווג ציקלון. טחינת הזנה עבור מקרה ההפרדה חגורה triboelectrostatic מושגת באמצעות יבש, טחנת גלילה אנכית עם מסווג דינמי אינטגרלי.

גליון זרימת ההפרדה של החגורה התלת-אלקטרו-סטטית פשוט יותר מהנפקה. הפרדת חגורה טריבולקטוסטטית מושגת בשלב אחד ללא תוספת של ריאגנטים כימיים כלשהם, בהשוואה לציפה תלת-שלבית עם חומצה אולאית המשמשת כאספן לבריט ונתרן סיליקט כחומר מדכא לגנג סיליקה. פלוצ'ורנט מתווסף גם כריגנט לעיבוי במקרה ציפה barite. אין צורך בציוד התפלה וייבוש להפרדת חגורה תלת-אלקטרית, בהשוואה לעבים, מכבשי מסנן, ומייבשים סיבוביים הנדרשים לתהליך ציפת הברייט.

10

הפניות

1.בלין (בלין), P & דיון-אורטגה, A (2013) גבוה ויבש, מגזין CIM, vol. 8, לא. 4, pp. 48‐51.

2.אלדר, J. & יאן, E (2003) eForce.‐ הדור החדש ביותר של מפריד אלקטרוסטטי לתעשיית חולות המינרלים, כנס מינרלים כבדים, יוהנסבורג, המכון הדרום אפריקאי לכרייה ומטלורגיה.

3.Manouchehri, H, הנופנטה רואה,K, & ת.ז., K (2000), סקירת שיטות ההפרדה החשמלית, חלק 1: ההיבטים הבסיסיים, מינרלים & עיבוד מתכות, vol 17, לא. 1 pp 23 – 36.

4.Manouchehri, H, הנופנטה רואה, K, & ת.ז., K (2000), סקירת שיטות ההפרדה החשמלית, חלק 2: שיקולים מעשיים, מינרלים & עיבוד מתכות, vol 17, לא. 1 עמ' 139‐ 166.

5.סרל (ים), J (1985) אשלג, פרק בעובדות ובעיות מינרליים: 1985 מהדורה, לשכת המכרות של ארצות הברית, וושינגטון די.סי..

6.ברתון (100, R & ביהארה (Bichara), M, (1975) הפרדה אלקטרוסטטית של אורס פוטאש, פטנטים של ארצות הברית # 3,885,673.

7.מותגים, L, Beier, P, & שטאל, . אני (2005) ההפרדה אלקטרוסטטית, Wiley‐VCH verlag, Gmbh & Co.

8.פראס (100), F (1962) הפרדה אלקטרוסטטית של חומרים פרטניים, לשכת המכרות של ארה"ב, עלון 603.

9.פראס (100), F (1964), טיפול קדם-במינרלים להפרדה אלקטרוסטטית, פטנט אמריקאי 3,137,648.

10.לינדלי (11, K & ראוסון (11, N (1997) גורמי הכנה למזון המשפיעים על היעילות של הפרדה אלקטרוסטטית, הפרדה מגנטית וחשמלית, vol 8 עמ' 161‐173.

11.תליון (מנוע), . אני (1984) הפרדת מינרלים אלקטרוסטטיים, סדרת יישומים אלקטרוסטטיים ואלקטרוסטטיים, עיתונות מחקר, בע מ, ג'ון ויילי & בנים, Inc.

12.פיסבי (119), D (1966) הפרדה אלקטרוסטטית בנפילה חופשית של חלקיקי פוספט וקלציט, מעבדת מחקר מינרלים, מעבדות לא. 1869, 1890, 1985, 3021, ו 3038, הספר 212, דוח התקדמות.

13.Stencel, J & ג'יאנג, X (2003) תחבורה פנאומטית, תפירה תלת-אלקטרית לתעשיית הפוספטים בפלורידה, המכון לחקר פוספט בפלורידה, מספר פרסום. 02‐149‐201, דצמבר.

14.Manouchehri, H, ת.נ., & ת.ז., K (2002), טעינה תלת-אלקטרית, תכונות אלקטרופיזיות ופוטנציאל שפיטציה חשמלית של פלדספר שטופלו כימית, קוורץ, ווולסטון, הפרדה מגנטית וחשמלית, vol 11, לא 1‐2 עמ' 9‐32.

15.ונטר (ונטר), J, ורמאק (40), M, & בראוור (100), J (2007) השפעת השפעות פני השטח על ההפרדה האלקטרוסטטית של זירקון ורוטיל, הכנס הבינלאומי ה-6 למינרלים כבדים, המכון הדרום אפריקאי לכרייה ומטלורגיה.

16.תפריט: נוי, מ' ויאסר, E (1995) ההשפעות של טמפרטורה ו מזהמים על הפרדה אלקטרוסטטית של חומרי בורון, הנדסת מינרלים, vol. 8, לא. 7, pp. 829‐833.

17.פראס (100), F (1947) הערות על ייבוש להפרדה אלקטרוסטטית של חלקיקים, AIME טק. פאב 2257, נובמבר.

18.NML (1000 (2004) תפל של בריט בדרגה נמוכה (תוצאות מפעל פיילוט), דו"ח סופי, המעבדה המטלוארגית הלאומית, ג'מאשדפור הודו, 831 007

13