Utvide programmer i tørr Triboelectric separasjon av mineraler

Utvide applikasjoner i tørr triboelektrisk

Separasjon av mineraler

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

ST utstyr & Teknologi LLC, Needham Massachusetts 02494 USA

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

Abstrakt

ST utstyr & Teknologi, Llc (STET) har utviklet et behandlingssystem basert på triboelektrostatisk belteseparasjon som gir mineralbehandlingsindustrien et middel til å veljustere fine materialer med en helt tørr teknologi. I motsetning til andre elektrostatiske separasjonsprosesser som vanligvis er begrenset til partikler større enn 75 μm i størrelse, triboelektrisk belteseparator en ideell for separasjon av svært fin (<1Μm) moderat grov (300Μm) partikler med svært høy gjennomstrømning. Den høyeffektive multi-fase separasjon gjennom intern lading / lading og resirkulering resulterer i langt overlegne separasjoner som kan oppnås med en konvensjonell single-stage fritt fall triboelektrostatisk separator. Triboelektrisk belteseparatorteknologi har blitt brukt til å skille et bredt spekter av materialer, inkludert blandinger av glassaktige aluminosilicates/karbon, calcite/kvarts, talkum/magnesite, og baritt/kvarts. En økonomisk sammenligning av bruk av triboelektrostatisk belteseparasjon versus konvensjonell flotasjon for baritt / kvartsseparasjon illustrerer fordelene ved tørr behandling for mineraler.

Søkeord: Mineraler, tørr separasjon, soprangambe, triboelektrostatisk lading, belte separator, fly aske

Introduksjon

Mangelen på tilgang til ferskvann blir en viktig faktor som påvirker gjennomførbarheten av gruveprosjekter rundt om i verden. Ifølge Hubert Fleming, tidligere global direktør for Hatch Water, "Av alle gruveprosjekter i verden som enten har blitt stoppet eller bremset ned i løpet av det siste året, det har vært, i nesten 100% av tilfellene, et resultat av vann, enten direkte eller indirekte" Blin (2013). Tørre mineralbehandlingsmetoder gir en løsning på dette truende problemet.

Våte separasjonsmetoder som skumflotasjon krever tilsetning av kjemiske reagenser som må håndteres trygt og avhendes på en miljømessig ansvarlig måte. Uunngåelig er det ikke mulig å operere med 100% vann resirkulering, krever avhending av minst en del av prosessvannet, sannsynligvis inneholder spormengder av kjemiske reagenser.

Tørre metoder som elektrostatisk separasjon vil eliminere behovet for ferskvann, og tilby potensial til å redusere kostnadene. En av de mest lovende nye utviklingene innen tørre mineralseparasjoner er den triboelektrostatiske belteseparatoren. Denne teknologien har utvidet partikkelstørrelsesområdet til finere partikler enn konvensjonelle elektrostatiske separasjonsteknologier, inn i området der bare flotasjon har vært vellykket i det siste.

1

Figur 2. Detalj av separasjonssone

Prosessen er helt tørr, krever ingen ekstra materialer og produserer ingen avløpsvann eller luftutslipp. Ved karbon fra flyaskeseparasjoner, de gjenvunne materialene består av flyaske redusert i karboninnhold til nivåer som er egnet for bruk som en pozzolanic blanding i betong, og en høy karbonfraksjon som kan brennes ved elektrisitetsgenererende anlegg. Bruk av begge produktstrømmene gir en 100% løsning for å fly askeavhendingsproblemer.

Triboelektrostatisk belte separator er relativt kompakt. En maskin designet for å behandle 40 tonn per time er ca. 9.1 meter (30 Ft) lang, 1.7 meter (5.5 Ft.) bred og 3.2 meter (10.5 Ft.) Høy. Den nødvendige plantebalansen består av systemer for å transportere tørt materiale til og fra separatoren. Systemets kompakthet gir fleksibilitet i installasjonsdesign.

Figur 3. Kommersiell triboelektrostatisk belte separator

Sammenligning med andre elektrostatiske separasjonsprosesser

Triboelektrostatisk belte separasjonsteknologi utvider i stor grad spekteret av materialer som kan tilrettegjøres av elektrostatiske prosesser. De mest brukte elektrostatiske prosessene er avhengige av forskjeller i materialets elektriske ledningsevne som skal separeres. I disse prosessene, materialet må kontakte en jordet trommel eller plate vanligvis etter at materialpartiklene er negativt ladet av en ioniserende koronautslipp. Ledende materialer vil miste ladningen raskt og bli kastet fra trommelen. Det ikke-ledende materialet er fortsatt tiltrukket av trommelen siden

3

ladningen vil spre seg langsommere og vil falle eller børstes fra trommelen etter separasjon fra det ledende materialet. Disse prosessene er begrenset i kapasitet på grunn av den nødvendige kontakten til hver partikkel til trommelen eller platen. Effektiviteten av disse kontaktladingsprosessene er også begrenset til partikler av ca. 100 μm eller større i størrelse på grunn av både behovet for å kontakte den jordede platen og den nødvendige partikkelstrømdynamikken. Partikler av forskjellige størrelser vil også ha forskjellig strømningsdynamikk på grunn av inertialeffekter og vil resultere i degradert separasjon. Diagrammet nedenfor (Figur 4) illustrerer de grunnleggende egenskapene til denne typen skilletegn.

Figur 4. Trommelektrostatisk separator "Eldste (2003)"

Triboelektrostatiske separasjoner er ikke begrenset til separasjon av ledende / ikke-ledende materialer, men avhenger av det velkjente fenomenet ladningsoverføring ved friksjonskontakt av materialer med ulik overflatekjemi. Dette fenomenet har blitt brukt i "fritt fall" separasjonsprosesser i flere tiår. En slik prosess er illustrert i figur 5. Komponenter av en blanding av partikler utvikler først forskjellige ladninger ved kontakt enten med en metalloverflate, eller ved partikkel-til-partikkelkontakt i en fluidisert sengematingsenhet. Når partiklene faller gjennom det elektriske feltet i elektrodesonen, hver partikkels bane avbøyes mot elektroden med motsatt ladning. Etter en viss avstand, oppsamlingshyller brukes til å skille bekkene. Vanlige installasjoner krever flere skilletrinn med resirkulering av en middling brøk. Noen enheter bruker en jevn strøm av gass for å hjelpe transport av partiklene gjennom elektrodesonen.

4

Figur 5. "Fritt fall" triboelektrostatisk separator

Denne typen fritt fall separator har også begrensninger i partikkelstørrelsen på materialet som kan behandles. Strømmen innenfor elektrodesonen må kontrolleres for å minimere turbulens for å unngå "smøring" av separasjonen. Banen til fine partikler er mer påvirket av turbulens siden de aerodynamiske dragkreftene på fine partikler er mye større enn gravitasjons- og elektrostatiske krefter.. De svært fine partiklene vil også ha en tendens til å samle seg på elektrodeoverflatene og må fjernes ved en eller annen metode. Partikler på mindre enn 75 μm kan ikke skilles effektivt.

En annen begrensning er at partikkelbelastningen innenfor elektrodesonen må være lav for å forhindre plassladningseffekter, som begrenser behandlingshastigheten. Passering av materiale gjennom elektrodesonen resulterer i en enkelttrinns separasjon, siden det ikke er mulig å lade partikler på nytt. Derfor, flertrinnssystemer er nødvendig for å forbedre graden av separasjon, inkludert re-lading av materialet ved senere kontakt med en ladeenhet. Det resulterende utstyrsvolumet og kompleksiteten øker tilsvarende.

I motsetning til de andre tilgjengelige elektrostatiske separasjonsprosessene, triboelektrostatisk belte separator er ideelt egnet for separasjon av svært fine (<1 Μm) moderat grov (300Μm) materialer med svært høy gjennomstrømning. Triboelektrisk partikkellading er effektiv for et bredt spekter av materialer og krever bare partikkelkontakt. Det lille gapet, høyt elektrisk felt, tellerstrømflyt, kraftig partikkelpartikkel-agitasjon og selvrensende virkning av beltet på elektrodene er de kritiske egenskapene til separatoren. Den høyeffektive flertrinnsseparasjonen gjennom lading / lading og intern resirkulering resulterer i langt overlegne separasjoner og er effektiv på fine materialer som ikke kan skilles i det hele tatt av konvensjonelle teknikker.

5

ANVENDELSER AV TRIBOELEKTROSTATIC BELTE SEPARASJON

Fly Ash

Triboelektrostatisk belte separasjonsteknologi ble først brukt industrielt til behandling av kullforbrenningsfly aske i 1995. For flyaskeapplikasjonen, teknologien har vært effektiv i å skille karbonpartikler fra ufullstendig forbrenning av kull, fra de glassaktige aluminosilikatmineralpartiklene i flyasken. Teknologien har vært medvirkende til å muliggjøre resirkulering av mineralrik flyash som sementerstatning i betongproduksjon. Siden 1995, 19 triboelektrostostatiske belte separatorer har vært i drift i USA, Canada, STORBRITANNIA, og Polen, behandling over 1,000,000 tonn flyaske årlig. Teknologien er nå også i Asia med den første separatoren installert i Sør-Korea i år. Den industrielle historien om fly aske separasjon er oppført i Tabell 1.

Tabell 3. Eksempler, mineralseparasjoner ved hjelp av triboelektrostatisk belteseparasjon

Bruk av triboelektrostatisk belte separator har vist seg å effektivt befeste mange mineralblandinger. Siden separatoren kan behandle materialer med partikkelstørrelser fra ca. 300 μm til mindre enn 1 Μm, og triboelektrostostatisk separasjon er effektiv for både isolerende og ledende materialer, teknologien utvider i stor grad rekkevidden av aktuelt materiale over konvensjonelle elektrostatiske separatorer. Siden triboelektrostatisk prosess er helt tørr, bruk av det eliminerer behovet for materialtørking og håndtering av flytende avfall fra flyteprosesser.

KOSTNAD FOR TRIBOELEKTROSTATIC BELTE SEPARASJON

Sammenligning med konvensjonell flotasjon for baritt

En komparativ kostnadsstudie ble bestilt av STET og utført av Soutex Inc. Soutex er et Quebec Canada-basert ingeniørfirma med lang erfaring innen både våt flotasjon og elektrostatisk separasjonsprosessevaluering og design. Studien sammenlignet kapital- og driftskostnadene ved triboelektrostostatisk belteseparasjonsprosess med konvensjonell skummet flotasjon for beneficiation av en lavverdig baritt malm. Begge teknologiene oppgraderer baritten ved å fjerne faste stoffer med lav tetthet, hovedsakelig kvarts, å produsere et American Petroleum Institute (Api) borekvalitet baritt med SG større enn 4.2 g/ml. Flotasjonsresultatene var basert på pilotanleggsstudier utført av Indian National Mettalurgical Laboratory "NML (2004)". Triboelektrostostatiske belteseparasjonsresultater var basert på pilotplantestudier ved hjelp av lignende fôrmalmer. Den komparative økonomiske studien inkluderte flowsheet-utvikling, material- og energibalanser, større utstyrsstørrelse og sitat for både flotasjons- og triboelektrostostatiske belteseparasjonsprosesser. Grunnlaget for begge flytarkene er det samme, Behandling 200,000 t/y barittmating med SG 3.78 å produsere 148,000 t/y av borekvalitet baritt produkt med SG 4.21 g/ml. Flotasjonsprosessestimatet inkluderte ingen kostnader for prosessvann, eller vannbehandling.

Flowsheets ble generert av Soutex for barittflotasjonsprosessen (Figur 6), og triboelektrostatisk belte separasjonsprosess (Figur 7).

8

Figur 6 Flytark for barittflotasjonsprosess

9

Figur 7 Baritt triboelektrostatic belte separasjon prosess flowsheet

Disse flytarkene inkluderer ikke et rå malmknusingssystem, som er felles for begge teknologiene. Fôrsliping for flotasjonshuset oppnås ved hjelp av en våt massekulemølle med syklonklassifiserer. Fôrsliping for triboelektrostostatisk belteseparasjonsveske oppnås ved hjelp av en tørr, vertikal valseverk med integrert dynamisk klassifiserer.

Triboelektrostostatisk belte separasjon flowsheet er enklere enn flotasjon. Triboelektostatisk belteseparasjon oppnås i et enkelt stadium uten tilsetning av kjemiske reagenser, sammenlignet med tretrinns flotasjon med oljesyre som brukes som samler for baritt og natriumsilikat som depressivt middel for silika gangue. En flocculant er også lagt til som et reagens for fortykning i baritt flotasjon saken. Det er ikke nødvendig med avvannings- og tørkeutstyr for triboelektrostatisk belteseparasjon, sammenlignet med fortykningsmidler, filterpresser, og roterende tørkere som kreves for barittflotasjonsprosessen.

10

REFERANSER

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Høy og tørr, CIM-magasinet, Vol. 8, nei. 4, PP. 48‐51.

2.Eldre, J. & Yan, E (2003) eForce.‐ Nyeste generasjon elektrostatisk separator for mineralsandindustrien, Tunge mineraler-konferansen, Johannesburg, Sørafrikansk institutt for gruvedrift og metallurgi.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa,K, & Foressberg, K (2000), Gjennomgang av elektriske separasjonsmetoder, Del 1: Grunnleggende sider, Mineraler & Metallurgisk behandling, Vol 17, nei. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Gjennomgang av elektriske separasjonsmetoder, Del 2: Praktiske hensyn, Mineraler & Metallurgisk behandling, Vol 17, nei. 1 pp 139‐ 166.

5.Sjøsnør, J (1985) Potash, Kapittel i mineralfakta og -problemer: 1985 Utgave, UsAs gruvebyrå, Washington DC.

6.Berthon, R & Bichara, M, (1975) Elektrostatisk separasjon av potash malm, UsAs patent # 3,885,673.

7.Merker, L, Beier, P, & Stahl, Jeg (2005) Elektrostatiske separasjon, Wiley‐VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Elektrostatisk separasjon av granulære materialer, US Bureau of Mines, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Forbehandling av mineraler for elektrostatisk separasjon, Amerikansk patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Radson, N (1997) Fôrforberedelsesfaktorer som påvirker effektiviteten av elektrostatisk separasjon, Magnetisk og elektrisk separasjon, Vol 8 s 161‐173.

11.Inkulet, Jeg (1984) Elektrostatisk mineralseparasjon, Elektrostatikk og elektrostatiske applikasjoner, Forskningsstudier Press, Ltd, John Wiley & Sønner, Inc.

12.Feasby, D (1966) Fritt fall elektrostatisk separasjon av fosfat og kalsittpartikler, Mineraler Forskningslaboratorium, Labs Nrs. 1869, 1890, 1985, 3021, og 3038, bok 212, Fremdriftsrapport.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pneumatisk transport, Triboelektrisk beneficiation for Florida Fosfatindustrien, Florida institutt for fosfatforskning, Publikasjonsnr.. 02‐149‐201, Desember.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelektrisk ladning, Elektrofysiske egenskaper og elektrisk beneficiation potensial for kjemisk behandlet Feldspar, Kvarts, og Wollastonite, Magnetisk og elektrisk separasjon, Vol 11, ingen 1‐2 pp 9‐32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Påvirkning av overflateeffekter på den elektrostatiske separasjonen av zirkon og rutile, Den sjette internasjonale Heavy Minerals-konferansen, Det sørafrikanske instituttet for gruvedrift og metallurgi.

16.Celik, M og Yasar, E (1995) Effekter av temperatur og urenheter på elektrostatisk separasjon av Bormaterialer, Mineralteknikk, Vol. 8, nei. 7, PP. 829‐833.

17.Fraas, F (1947) Merknader om tørking for elektrostatisk separasjon av partikler, AIME Tec. Pub 2257, November.

18.NML (2004) Beneficiation av lav klasse baritt (resultater fra pilotanlegg), Sluttrapport, Det nasjonale metallurgiske laboratorium, Jamshedpur India, 831 007

13