Extinderea aplicaţii uscate Triboelectric separarea mineralelor

Extinderea aplicațiilor în triboelectric uscat

Separarea mineralelor

James D. Bittner, Kyle P. Flynn, şi Frank J. Laurentiu

Echipament de ST & Tehnologie SRL, Needham Massachusetts 02494 STATELE UNITE ALE AMERICII

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

REZUMAT

Echipament de ST & Tehnologie, SRL (STET) a dezvoltat un sistem de prelucrare bazat pe separarea centurii triboelectrostatice care oferă industriei de prelucrare a mineralelor un mijloc de a beneficia de materiale fine cu o tehnologie complet uscată. Spre deosebire de alte procese de separare electrostatică care sunt de obicei limitate la particule cu dimensiuni mai mari de 75 μm, separatorul de centură triboelectric este ideal pentru separarea (<1μm) până la moderat grosimi (300μm) particule cu debit foarte mare. Separarea în mai multe etape de înaltă eficiență prin încărcare/reîncărcare internă și reciclare are ca rezultat separări mult superioare care pot fi realizate cu un separator triboelectrostatic convențional cu o singură treaptă liberă. Tehnologia separatorului de curele triboelectrice a fost utilizată pentru a separa o gamă largă de materiale, inclusiv amestecuri de aluminosilicate de sticlă/carbon, calcit/cuarț, talc/magnezit, și barite/cuarț. O comparație economică a utilizării separării centurii triboelectrostatice față de flotația convențională pentru barită / separarea de cuarţ ilustrează avantajele uscat prelucrare minerale.

Cuvinte cheie: Minerale, separare uscată, baritina, încărcare triboelectrostatică, separator de centură, cenuși zburătoare

Introducere

Lipsa accesului la apă dulce devine un factor major care afectează fezabilitatea proiectelor miniere din întreaga lume. Potrivit lui Hubert Fleming, fost director global pentru Hatch Water, "Dintre toate proiectele miniere din lume care fie au fost oprite, fie au fost încetinite în ultimul an., acesta a fost, în aproape 100% a cazurilor, un rezultat al apei, direct sau indirect" Blin (2013). Metodele de prelucrare a mineralelor uscate oferă o soluție la această problemă iminentă.

Metodele de separare umedă, ar fi flotația de spumă, necesită adăugarea de reactivi chimici care trebuie manipulați în condiții de siguranță și eliminați într-un mod responsabil din punct de vedere ecologic. În mod inevitabil, nu este posibil să se opereze cu 100% reciclarea apei, care necesită eliminarea a cel puțin o parte din apa de proces, care conțin probabil urme de reactivi chimici.

Metodele uscate, ar fi separarea electrostatică, vor elimina nevoia de apă proaspătă, și oferă potențialul de a reduce costurile. Una dintre cele mai promițătoare noi evoluții în separarea mineralelor uscate este separatorul de centură triboelectrostatic. Această tehnologie a extins gama de dimensiuni ale particulelor la particule mai fine decât tehnologiile convenționale de separare electrostatică, în intervalul în care numai flotația a avut succes în trecut.

1

Figura 2. Detaliul zonei de separare

Procesul este complet uscat, nu necesită materiale suplimentare și nu produce apă uzată sau emisii atmosferice. În cazul carbonului provenit din separările de cenușă zburătoare, materialele recuperate constau din cenușă zburătoare redusă în conținut de carbon la niveluri adecvate pentru a fi utilizate ca amestec pozzolanic în beton, și o fracție de carbon ridicată, care pot fi arse la centrala electrică. Utilizarea a două fluxuri de produs oferă o 100% soluţie pentru problemele de eliminare cenuși zburătoare.

Separatorul de centură triboelectrostatic este relativ compact. O maşină concepute pentru a prelucra 40 tone pe oră este de aproximativ 9.1 metri (30 Ft) lung, 1.7 metri (5.5 ft.) largă și 3.2 metri (10.5 ft.) mare. Echilibrul necesar al instalației constă în sisteme de transport al materialului uscat către și de la separator. Compactitatea sistemului permite flexibilitate în proiectarea de instalare.

Figura 3. Separator comercial de centură triboelectrostatic

Comparație cu alte procese de separare electrostatică

Tehnologia de separare a curelei triboelectrostatice extinde foarte mult gama de materiale care pot fi beneficiate de procese electrostatice. Procesele electrostatice utilizate cel mai frecvent se bazează pe diferențele de conductivitate electrică a materialelor care urmează să fie separate. În aceste procese, materialul trebuie să contacteze un tambur sau o placă împământată, de obicei după ce particulele materiale sunt încărcate negativ printr-o descărcare de gestiune ionică a corona. Materialele conductoare își vor pierde rapid sarcina și vor fi aruncate din tambur. Materialul neconductiv continuă să fie atras de tambur, deoarece

3

încărcarea se va disipa mai încet și va cădea sau va fi periat de tambur după separarea de materialul conductor. Aceste procese sunt limitate ca capacitate datorită contactului necesar al fiecărei particule cu tamburul sau placa. Eficacitatea acestor procese de încărcare de contact este, de asemenea, limitată la particule de 100 μm sau mai mare în dimensiune datorită atât necesității de a contacta placa împământată, cât și dinamicii necesare a fluxului de particule. Particulele de diferite dimensiuni vor avea, de asemenea, dinamică a debitului diferită datorită efectelor inerțiale și vor duce la separarea degradată. Următoarea diagramă (Figura 4) ilustrează caracteristicile fundamentale ale acestui tip de separator.

Figura 4. Separator electrostatic cu tambur "Elder (2003)"

Separările triboelectrostatice nu se limitează la separarea / materiale neconductoare, dar depind de fenomenul bine cunoscut de transfer de sarcină prin contact prin frecare a materialelor cu chimie de suprafață diferită. Acest fenomen a fost folosit în procesele de separare "cădere liberă" de zeci de ani. Un astfel de proces este ilustrat în Figura 5. Componentele unui amestec de particule dezvoltă mai întâi sarcini diferite prin contactul fie cu o suprafață metalică, sau prin contactul dintre particule și particule într-un dispozitiv fluidizat de alimentare cu pat. Pe măsură ce particulele cad prin câmpul electric din zona electrodului, traiectoria fiecărei particule este deviată spre electrodul de sarcină opusă. După o anumită distanță, pubelele de colectare sunt utilizate pentru a separa fluxurile. Instalările tipice necesită mai multe etape separatoare cu reciclarea unei fracții de middling. Unele dispozitive utilizează un flux constant de gaz pentru a ajuta la transmiterea particulelor prin zona electrodului.

4

Figura 5. Separator triboelectrostatic "cădere liberă"

Acest tip de separator de cădere liberă are, de asemenea, limitări în dimensiunea particulelor materialului care pot fi prelucrate. Debitul din zona electrodului trebuie controlat pentru a minimiza turbulențele pentru a evita "murdărirea" separării. Traiectoria particulelor fine este mai afectată de turbulențe, deoarece forțele aerodinamice de tragere asupra particulelor fine sunt mult mai mari decât forțele gravitaționale și electrostatice.. Particulele foarte fine vor tinde, de asemenea, să se colecteze pe suprafețele electrozilor și trebuie îndepărtate printr-o anumită metodă. Particule mai mici de 75 μm nu poate fi separat în mod eficient.

O altă limitare este că încărcarea particulelor în zona electrodului trebuie să fie scăzută pentru a preveni efectele de încărcare a spațiului, care limitează rata de prelucrare. Trecerea materialului prin zona electrodului duce în mod inerent la o separare într-o singură etapă, deoarece nu există posibilitatea reîncărcării particulelor. Prin urmare, sunt necesare sisteme în mai multe etape pentru îmbunătățirea gradului de separare, inclusiv reîncărcarea materialului prin contactul ulterior cu un dispozitiv de încărcare. Volumul și complexitatea echipamentelor rezultate cresc în consecință.

Spre deosebire de celelalte procese de separare electrostatică disponibile, separatorul de centură triboelectrostatic este ideal pentru separarea (<1 μm) până la moderat grosimi (300μm) materiale cu debite foarte mari. Încărcarea particulelor triboelectrice este eficientă pentru o gamă largă de materiale și necesită doar contact cu particulele. Spațiu liber mic, câmp electric ridicat, contra fluxul de curent, agitația viguroasă a particulelor și acțiunea de autocurățare a centurii pe electrozi sunt caracteristicile critice ale separatorului. Separarea în mai multe etape de înaltă eficiență prin încărcare / reîncărcarea și reciclarea internă au ca rezultat separări mult superioare și este eficientă în cazul materialelor fine care nu pot fi separate deloc prin tehniciconvenționale.

5

APLICAȚII ALE SEPARĂRII CENTURII TRIBOELECTROSTATICE

Cenuși zburătoare

Tehnologia de separare a centurii triboelectrostatice a fost aplicată pentru prima dată industrial prelucrării cenușii de ardere a cărbunelui în 1995. Pentru aplicarea cenușii de muscă, tehnologia a fost eficientă în separarea particulelor de carbon de arderea incompletă a cărbunelui, din particulele minerale aluminosilicate de sticlă din cenușa zburătoare. Tehnologia a avut un rol esențial în a permite reciclarea flyash-ului bogat în minerale ca înlocuitor de ciment în producția de beton. Din 1995, 19 separatoare de centură triboelectrostatice au fost de operare în STATELE UNITE ALE AMERICII, Canada, Regatul unit, și Polonia, procesare peste 1,000,000 tone de cenușă zburătoare anual. Tehnologia este acum, de asemenea, în Asia, cu primul separator instalat în Coreea de Sud în acest an. Istoria industrială a separării cenușii de muscă este listată în tabelul 1.

Tabel 3. Exemple, separări minerale cu ajutorul separării centurii triboelectrostatice

S-a demonstrat că utilizarea separatorului de centură triboelectrostatică va beneficia în mod eficient de multe amestecuri minerale. Deoarece separatorul poate procesa materiale cu dimensiuni de particule de la aproximativ 300 μm la mai puțin de 1 μm, și separarea triboelectrostatică este eficientă atât pentru materiale izolante, cât și pentru materiale conductoare, tehnologia extinde foarte mult gama de materiale aplicabile peste separatoare electrostatice convenționale. Deoarece procesul triboelectrostatic este în întregime uscat, utilizarea acestuia elimină necesitatea uscării materialelor și a manipulării deșeurilor lichide din procesele de flotație.

COSTUL SEPARĂRII CENTURII TRIBOELECTROSTATICE

Comparație cu flotația convențională pentru Barite

Un studiu comparativ al costurilor a fost comandat de STET și realizat de Soutex Inc. Soutex este o companie de inginerie din Quebec Canada, cu o vastă experiență atât în evaluarea și proiectarea proceselor de separare umedă, cât și în cea electrostatică. Studiul a comparat costurile de capital și de exploatare ale procesului de separare a centurii triboelectrostatice cu flotația convențională a spumei pentru obținerea unui minereu de barit de calitate inferioară. Ambele tehnologii upgrade barite prin eliminarea solidelor de joasă densitate, în principal cuarț, pentru a produce un American Petroleum Institute (Api) barite de grad de foraj cu SG mai mare decât 4.2 g/ml. Rezultatele flotației s-au bazat pe studii pilot de plante efectuate de indian National Mettalurgical Laboratory "NML (2004)". Rezultatele separării centurii triboelectrostatice s-au bazat pe studii pilot de plante care au. Studiul economic comparativ a inclus dezvoltarea foilor de flux, soldurile materiale și energetice, dimensionarea și cotarea echipamentelor majore atât pentru procesele de flotație, cât și pentru cele de separare a centurii triboelectrostatice. Baza pentru ambele foi de curgere este aceeași, Prelucrare 200,000 t/y de alimentare cu barite cu SG 3.78 pentru a produce 148,000 t/y de produs barit de calitate de foraj cu SG 4.21 g/ml. Estimarea procesului de flotare nu a inclus niciun cost pentru, sau tratarea apei.

Foile de flux au fost generate de Soutex pentru procesul de flotare barită (Figura 6), și procesul de separare a centurii triboelectrostatice (Figura 7).

8

Figura 6 Foaie de flux de proces de flotare barită

9

Figura 7 Foi de curgere a procesului de separare a centurii de barite triboelectrostatic

Tezele de curgere nu includ un sistem brut de strivire a minereului, care este comună ambelor tehnologii. Măcinarea furajelor pentru carcasa de plutire se realizează cu ajutorul unei mori de bile de pulpă umedă cu clasificator ciclon. Măcinarea furajelor pentru cazul de separare a centurii triboelectrostatice se realizează cu ajutorul unui, moară cu role verticale cu clasificator dinamic integral.

Foaia de curgere de separare a centurii triboelectrostatice este mai simplă decât flotația. Separarea centurii triboelectostatice se realizează într-o singură etapă, fără adăugarea de reactivi chimici, comparativ cu flotația în trei etape cu acid oleic utilizat ca colector pentru barit și silicat de sodiu ca deprimant pentru gangue de silice. Un flocculant este, de asemenea, adăugat ca reactiv pentru îngroșarea în cazul de flotație barită. Nu este necesar echipament de deshidratare și uscare pentru separarea centurii triboelectrostatice, comparativ cu îngroșătorii, prese de filtrare, și uscătoare rotative necesare pentru procesul de flotație barită.

10

Referinţe

1.Leann, P & Dion-Ortega, ADRIAN (2013) Înalt și uscat, Revista CIM, Vol.. 8, nu. 4, PP. 48‐51.

2.Bătrân, J. & Yan, E (2003) eForce.‐ Cea mai nouă generație de separator electrostatic pentru industria nisipurilor minerale, Conferința minerale grele, Johannesburg, Institutul Sud-African de Minerit și Metalurgie.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa,K, & Foressberg, K (2000), Revizuirea metodelor de separare electrică, Parte 1: Aspecte fundamentale, Minerale & Prelucrării metalurgice, Vol. 17, nu. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Revizuirea metodelor de separare electrică, Parte 2: Considerații practice, Minerale & Prelucrării metalurgice, Vol. 17, nu. 1 pp. 139- 166.

5.Searls, J (1985) Potasă, Capitolul în fapte minerale și probleme: 1985 Edition, United States Bureau of Mines, Washington DC.

6.Berthon, RADU & Bichara, M, (1975) Separarea electrostatică a minereurilor de potasă, Statele Unite ale Americii de brevet # 3,885,673.

7.Branduri, L, Beier, P, & Stahl, Am (2005) Separare electrostatica, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Separarea electrostatică a materialelor granulare, Biroul de Mine al SUA, Buletinul 603.

9.Fraas, F (1964), Pretratarea mineralelor pentru separarea electrostatică, US Patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson, N (1997) Factorii de preparare a furajelor care afectează eficiența separării electrostatice, Separare magnetică și electrică, Vol. 8 pp. 161-173.

11.Inculet, Am (1984) Separarea mineralelor electrostatice, Seria electrostatică și aplicații electrostatice, Studii de cercetare de presă, Ltd, John Wiley & Fii, Inc.

12.Feasby, D (1966) Separarea electrostatică în cădere liberă a particulelor de fosfat și calcit, Laboratorul de Cercetare a Mineralelor, Nr. laboratoare. 1869, 1890, 1985, 3021, şi 3038, Carte 212, Raport de progres.

13.Stencel, J & Jiang, X (2003) Pneumatic Transport, Beneficiiation Triboelectric pentru Industria Fosfat Florida, Florida Institutul de Cercetare Fosfat, Nr. publicație. 02‐149‐201, Decembrie.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Taxa triboelectrică, Proprietăți electrofizice și potențialul de beneficiation electrice de feldspar tratate chimic, Cuarţ, și Wollastonite, Separare magnetică și electrică, Vol. 11, nr 1‐2 pp 9-32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Influența efectelor de suprafață asupra separării electrostatice a zirconului și a rutilului, Cea de-a 6-a Conferință Internațională a Mineralelor Grele, Institutul Sud-African de Minerit și Metalurgie.

16.Celik, M și Yasar, E (1995) Efectele temperaturii și impurităților asupra separării electrostatice a materialelor de bor, Ingineria mineralelor, Vol.. 8, nu. 7, PP. 829‐833.

17.Fraas, F (1947) Note privind uscarea pentru separarea electrostatică de particule, AIME Tec. Pub 2257, Noiembrie.

18.NML (2004) Beneficiation de barită de grad scăzut (rezultatele fabricii pilot), Raport final, Laboratorul Național de Metalurgie, Jamshedpur India, 831 007

13