Memperluaskan aplikasi dalam kering pengasingan Triboelectric mineral

Expanding Applications in Dry Triboelectric

Separation of Minerals

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

Peralatan ST & Teknologi LLC, Needham Massachusetts 02494 AMERIKA SYARIKAT

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

Abstrak

Peralatan ST & Teknologi, 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) kepada sederhana coarse (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. Tali pinggang triboelectric pemisah teknologi telah digunakan untuk memisahkan pelbagai bahan-bahan yang termasuk campuran aluminosilicates/karbon sayu, calcite/kuarza, ENCHANTEUR di samping bedak/magnesite, dan barite/kuarza. An economic comparison of using the triboelectrostatic belt separation versus conventional flotation for barite / pemisahan kuarza menggambarkan kelebihan pemprosesan kering untuk mineral.

Kata kunci: mineral, pemisahan kering, barite, pengecasan triboelectrostatic, pemisah tali pinggang, Abu Terbang

Pengenalan

Kekurangan akses kepada air tawar menjadi faktor utama yang mempengaruhi kebolehlaksanaan projek perlombongan di seluruh dunia. Menurut Hubert Fleming, bekas pengarah global untuk Hatch Water, "Daripada semua projek perlombongan di dunia yang telah dihentikan atau diperlahankan sejak setahun lalu, ia telah, dalam hampir 100% kes-kes, akibat air, either directly or indirectly” Blin (2013). Kaedah pemprosesan mineral kering menawarkan penyelesaian kepada masalah yang menggerujakan ini.

Kaedah pemisahan basah seperti pengapungan berbuih memerlukan penambahan reagen kimia yang mesti dikendalikan dengan selamat dan dilupuskan dengan cara yang bertanggungjawab terhadap alam sekitar. Tidak dapat dielakkan tidak dapat beroperasi dengan 100% kitar semula air, memerlukan pelupusan sekurang-kurangnya bahagian air proses, mungkin mengandungi jumlah jejak reagen kimia.

Kaedah kering seperti pemisahan elektrostatik akan menghapuskan keperluan air tawar, dan menawarkan potensi untuk mengurangkan kos. Salah satu perkembangan baru yang paling menjanjikan dalam pemisahan mineral kering adalah pemisah tali pinggang triboelectrostatic. Teknologi ini telah memperluaskan julat saiz zarah kepada zarah yang lebih halus daripada teknologi pemisahan elektrostatik konvensional, ke dalam julat di mana hanya pengapungan telah berjaya pada masa lalu.

1

Rajah 2. Terperinci zon pengasingan

Proses ini sama sekali Kering, memerlukan bahan-bahan tambahan yang tiada dan menghasilkan tiada sisa pelepasan air atau udara. Dalam kes karbon dari pemisahan Abu Terbang, bahan-bahan yang pulih terdiri daripada abu terbang dikurangkan dalam kandungan karbon ke tahap yang sesuai untuk digunakan sebagai campuran pozzolanic dalam konkrit, dan pecahan karbon yang tinggi yang boleh dibakar di loji penjanaan elektrik. Penggunaan kedua-dua aliran produk menyediakan 100% penyelesaian kepada masalah penjualan Abu Terbang.

Pemisah tali pinggang triboelectrostatic agak padat. Mesin yang direka untuk memproses 40 tonnes per hour is approximately 9.1 meter (30 Ft) panjang, 1.7 meter (5.5 Ka.) luas dan 3.2 meter (10.5 Ka.) Tinggi. Keseimbangan loji yang diperlukan terdiri daripada sistem untuk menyampaikan bahan kering ke dan dari pemisah. Kekopatan sistem membolehkan fleksibiliti dalam reka bentuk pemasangan.

Rajah 3. Pemisah tali pinggang triboelectrostatic komersial

Perbandingan dengan proses pemisahan elektrostatik lain

Teknologi pemisahan tali pinggang triboelectrostatic sangat memperluaskan pelbagai bahan yang boleh diwariskan oleh proses elektrostatik. Proses elektrostatik yang paling biasa digunakan bergantung kepada perbezaan dalam kekonduksian elektrik bahan-bahan yang akan dipisahkan. Dalam proses ini, bahan mesti menghubungi gendang atau plat yang dikisar biasanya selepas zarah-zarah material dikenakan caj negatif oleh pelepasan korona pengionan. Bahan konduktif akan kehilangan tuduhan mereka dengan cepat dan dibuang dari gendang. 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. Proses ini terhad dalam kapasiti kerana kenalan yang diperlukan setiap zarah ke gendang atau pinggan. Keberkesanan proses pengecasan kenalan ini juga terhad kepada zarah kira-kira 100 μm or greater in size due to both the need to contact the grounded plate and the required particle flow dynamics. Zarah-zarah pelbagai saiz juga akan mempunyai dinamik aliran yang berbeza kerana kesan-kesan inertial dan akan mengakibatkan pemisahan tergugat. Gambar rajah berikut (Rajah 4) menggambarkan ciri-ciri asas jenis pemisah ini.

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

Pemisahan triboelectrostatic tidak terhad kepada pemisahan konduktif / 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. Komponen campuran zarah mula-mula membangunkan caj yang berbeza dengan menghubungi sama ada dengan permukaan logam, atau dengan zarah kepada sentuhan zarah dalam peranti pemakanan katil cecair. Apabila zarah jatuh melalui medan elektrik di zon elektrod, setiap trajektori zarah dikalahkan ke arah elektrod caj yang bertentangan. Selepas jarak tertentu, tong koleksi digunakan untuk memisahkan aliran. Pemasangan tipikal memerlukan pelbagai peringkat pemisah dengan kitar semula pecahan pertengahan. Sesetengah peranti menggunakan aliran gas yang mantap untuk membantu menyampaikan zarah melalui zon elektrod.

4

Rajah 5. “Free fall” triboelectrostatic separator

Jenis pemisah kejatuhan bebas ini juga mempunyai batasan dalam saiz zarah bahan yang boleh diproses. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing” of the separation. Trajektori zarah halus lebih terjejas oleh pergolakan kerana kuasa seretan aerodinamik pada zarah halus jauh lebih besar daripada kuasa graviti dan elektrostatik. Zarah yang sangat halus juga akan cenderung untuk mengumpul pada permukaan elektrod dan mesti dikeluarkan oleh beberapa kaedah. Zarah kurang daripada 75 μm cannot be effectively separated.

Satu lagi batasan adalah bahawa memuatkan zarah dalam zon elektrod mesti rendah untuk mencegah kesan caj ruang, yang mengehadkan kadar pemprosesan. Passing material through the electrode zone inherently results in a single‐stage separation, since there is no possibility for re‐charging of particles. Oleh itu, multi‐stage systems are required for improving the degree of separation including re‐charging of the material by subsequent contact with a charging device. Jumlah peralatan dan kerumitan yang terhasil meningkat dengan sewajarnya.

Berbeza dengan proses pemisahan elektrostatik lain yang ada, pemisah tali pinggang triboelectrostatic sesuai untuk pemisahan sangat halus (<1 μm) kepada sederhana coarse (300μm) bahan dengan kendalaan yang sangat tinggi. Pengecasan zarah triboelektrik berkesan untuk pelbagai bahan dan hanya memerlukan zarah - hubungan zarah. Jurang kecil, medan elektrik yang tinggi, aliran semasa kaunter, 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 / kitar semula pengisian dan dalaman mengakibatkan pemisahan jauh unggul dan berkesan pada bahan yang halus yang tidak dapat dipisahkan sekali dengan teknik konvensional.

5

PERMOHONAN PEMISAHAN TALI PINGGANG TRIBOELECTROSTATIC

Abu Terbang

Teknologi pemisahan tali pinggang triboelectrostatic mula-mula digunakan secara industri untuk pemprosesan abu terbang pembakaran arang batu 1995. Permohonan Abu Terbang, Teknologi amat berkesan memisahkan zarah-zarah karbon daripada pembakaran tidak lengkap arang batu, daripada zarah mineral aluminosilicate sayu pada Abu Terbang. The technology has been instrumental in enabling recycle of the mineral‐rich flyash as a cement replacement in concrete production. Sejak 1995, 19 pemisah tali pinggang triboelectrostatic telah beroperasi di Amerika Syarikat, Kanada, Uk, dan Poland, pemprosesan lebih 1,000,000 tonnes of fly ash annually. Teknologi itu kini juga di Asia dengan pemisah pertama dipasang di Korea Selatan tahun ini. Sejarah perindustrian pemisahan abu terbang disenaraikan dalam Jadual 1.

Jadual 3. Contoh, pemisahan mineral menggunakan pemisahan tali pinggang triboelectrostatic

Penggunaan pemisah tali pinggang triboelectrostatic telah ditunjukkan untuk menganggarkan banyak campuran mineral dengan berkesan. Oleh kerana pemisah boleh memproses bahan dengan saiz zarah dari kira-kira 300 μm to less than 1 μm, dan pemisahan triboelectrostatic berkesan untuk bahan penebat dan konduktif, teknologi sangat memperluaskan pelbagai bahan yang terpakai ke atas pemisah elektrostatik konvensional. Since the triboelectrostatic process is entirely dry, penggunaannya menghapuskan keperluan untuk pengeringan bahan dan pengendalian sisa cecair dari proses pengapungan.

KOS PEMISAHAN TALI PINGGANG TRIBOELECTROSTATIC

Perbandingan dengan Pengapungan Konvensional untuk Barite

Kajian kos perbandingan telah ditauliahkan oleh STET dan dijalankan oleh Soutex Inc. Soutex adalah sebuah syarikat kejuruteraan berasaskan Kanada Quebec dengan pengalaman yang luas dalam kedua-dua penilaian proses pengapungan basah dan pemisahan elektrostatik dan reka bentuk. 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. Kedua-dua teknologi menaik taraf barit dengan penyingkiran pepejal berkembar rendah, terutamanya kuarza, untuk menghasilkan sebuah American Petroleum Institute (API) penggerudian barite gred dengan SG lebih besar daripada 4.2 g/ml. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Mettalurgical Laboratory “NML (2004)”. Keputusan pemisahan tali pinggang triboelectrostatic berdasarkan kajian tumbuhan perintis menggunakan bijih suapan yang sama. Kajian ekonomi perbandingan termasuk pembangunan aliran, Baki bahan dan tenaga, major equipment sizing and quotation for both flotation and triboelectrostatic belt separation processes. Asas untuk kedua-dua aliran adalah sama, Pemprosesan 200,000 t / y makanan barit dengan SG 3.78 untuk menghasilkan 148,000 t / y produk barite gred penggerudian dengan SG 4.21 g/ml. Anggaran proses pengapungan tidak termasuk sebarang kos untuk air proses, atau rawatan air.

Flowsheets dijana oleh Soutex untuk proses pengapungan barite (Rajah 6), dan proses pemisahan tali pinggang triboelectrostatic (Rajah 7).

8

Rajah 6 Aliran proses pengapungan barite

9

Rajah 7 Proses pemisahan tali pinggang triboelectrostatic barite

Tetikus mengalir tidak termasuk sistem menghancurkan bising mentah, yang biasa bagi kedua-dua teknologi. Pengisaran suapan untuk kes pengapungan dicapai menggunakan kilang bola pulpa basah dengan pengelas siklon. Pengisaran suapan untuk kes pemisahan tali pinggang triboelectrostatic dicapai menggunakan kering, kilang penggelek menegak dengan pengelas dinamik penting.

Aliran pemisahan tali pinggang triboelectrostatic adalah lebih mudah daripada pengapungan. 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. Flocculant juga ditambah sebagai reagen untuk menebal dalam kes pengapungan barite. Tiada peralatan penyaman dan pengeringan diperlukan untuk pemisahan tali pinggang triboelectrostatic, berbanding dengan penebal, menekan penapis, dan pengering putar yang diperlukan untuk proses pengapungan barite.

10

Rujukan

1.Buta, P & Dion‐Ortega, A (2013) Tinggi dan Kering, Majalah IKM, Vol. 8, tidak. 4, PP. 48‐51.

2.Warga emas, J. & Yan, Kedah, E (2003) eForce.‐ Newest generation of electrostatic separator for the minerals sands industry, Persidangan Mineral Berat, Johannesburg, Institut Perlombongan dan Metallurgy Afrika Selatan.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa,K, & Foressberg, K (2000), Kajian Semula Kaedah Pemisahan Elektrik, Sebahagian 1: Aspek-aspek asas, Mineral & Pemprosesan logam, Vol 17, tidak. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Kajian Semula Kaedah Pemisahan Elektrik, Sebahagian 2: Pertimbangan Praktikal, Mineral & Pemprosesan logam, Vol 17, tidak. 1 pp 139‐ 166.

5.Searls, J (1985) Potash, Bab dalam Fakta Mineral dan Masalah: 1985 Edisi, Biro Perlombongan Amerika Syarikat, Washington DC.

6.Berthon, R & Bichara, M, (1975) Pemisahan elektrostatik Ores Potash, Paten Amerika Syarikat # 3,885,673.

7.Jenama, L, Beier, P, & Stahl, Saya (2005) Pemisahan elektrostatik, Wiley‐VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Pemisahan elektrostatik Bahan Granular, Biro Perlombongan AS, Buletin 603.

9.Fraas, F (1964), Pretreatment mineral untuk pemisahan elektrostatik, Paten AS 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson, N (1997) Faktor penyediaan makanan yang mempengaruhi kecekapan pemisahan elektrostatik, Pemisahan Magnetik dan Elektrikal, Vol 8 pp 161‐173.

11.Inkues, Saya (1984) Pemisahan Mineral Elektrostatik, Siri Permohonan Elektrostatik dan Elektrostatik, Akhbar Kajian Penyelidikan, Ltd, John Wiley & Anak, Inc.

12.Kenduri, D (1966) Free‐Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Particles, Makmal Penyelidikan Mineral, Makmal Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, Dan 3038, Buku 212, Laporan Kemajuan.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pneumatic Transport, Waris Triboelektrik untuk Industri Fosfat Florida, Institut Penyelidikan Fosfat Florida, No Penerbitan. 02‐149‐201, Disember.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Caj Triboelektrik, Sifat elektrofisikal dan Potensi Pewarisan Elektrik Kimia Dirawat Feldspar, Kuarza, dan Wollastonite, Pemisahan Magnetik dan Elektrikal, Vol 11, no 1‐2 pp 9‐32.

15.Petualang, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Pengaruh kesan permukaan pada pemisahan elektrostatik zircon dan rutile, Persidangan Mineral Berat Antarabangsa ke-6, Institut Perlombongan dan Metallurgy Afrika Selatan.

16.Celik, M dan Yasar, E (1995) Kesan Suhu dan Kekotoran pada Pemisahan Elektrostatik Bahan Boron, Kejuruteraan Mineral, Vol. 8, tidak. 7, PP. 829‐833.

17.Fraas, F (1947) Notes on Drying for Electrostatic Separation of Particles, AIME Tec. Pub 2257, November.

18.NML (2004) Benefisiasi barit gred rendah (hasil loji perintis), Laporan Akhir, Makmal Metalurgi Kebangsaan, Jamshedpur India, 831 007

13