Rozšírenie aplikácií v suchej Triboelectric oddelenie nerastných surovín

Rozšírenie aplikácií v suchom triboelektrickom

Separácia minerálov

Jakub D. Bittner, Kyle P. Flynn, a Frank J. Hrach

Zariadenia ST & Technology LLC, Needham, Massachusetts 02494 USA

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

Abstraktné

Zariadenia ST & Technológia, LLC (STET) vyvinula systém spracovania založený na triboelektrostatickej separácii pásov, ktorý poskytuje priemyslu spracovania nerastov prostriedok na prospešné využívanie jemných materiálov úplne suchou technológiou. Na rozdiel od iných procesov elektrostatickej separácie, ktoré sú zvyčajne obmedzené na častice väčšie ako 75 μm:, odlučovač triboelektrických pásov je ideálny na oddelenie veľmi jemných (<1μm) na stredne hrubé (300μm) častice s veľmi vysokou priepustnosťou. Výsledkom vysoko účinnej viacstupňovej separácie prostredníctvom interného nabíjania/nabíjania a recyklácie je oveľa lepšia separácia, ktorú je možné dosiahnuť bežným jednostupňovým triboelektrostatickým separátorom s voľným pádom. Technológia triboelektrického separátora pásov bola použitá na separáciu širokej škály materiálov vrátane zmesí sklovitých hlinitokremičitanov / uhlíka, kalcit/kremenník, mastenec/magnezit, a baryt/kremeň. Ekonomické porovnanie použitia separácie triboelektrostatického pásu oproti konvenčnej flotácii pre baryt / Quartz oddelenie ilustruje výhody suchého spracovania nerastov.

Kľúčové slová: minerálne látky, suchej separácie, barytu, Triboelektrostatické nabíjanie, deliaci pás, Popolček

ÚVOD

Nedostatočný prístup k sladkej vode sa stáva hlavným faktorom ovplyvňujúcim uskutočniteľnosť ťažobných projektov na celom svete. Podľa Huberta Fleminga, Bývalý globálny riaditeľ spoločnosti Hatch Water, "Zo všetkých ťažobných projektov na svete, ktoré boli za posledný rok zastavené alebo spomalené., bolo to, Takmer v 100% prípadov, Výsledok vody, priamo alebo nepriamo" Blin (2013). Metódy spracovania suchých minerálov ponúkajú riešenie tohto hroziaceho problému.

Metódy mokrej separácie, ako je flotácia peny, vyžadujú pridanie chemických činidiel, s ktorými sa musí bezpečne manipulovať a likvidovať environmentálne zodpovedným spôsobom. Nevyhnutne nie je možné pracovať s 100% Recyklácia vody, vyžadovanie likvidácie aspoň časti technologickej vody, pravdepodobne obsahujúce stopové množstvá chemických činidiel.

Suché metódy, ako je elektrostatické oddelenie, eliminujú potrebu sladkej vody, a ponúknuť potenciál na zníženie nákladov. Jedným z najsľubnejších nových vývojov v oblasti separácie suchých minerálov je triboelektrostatický pásový separátor. Táto technológia rozšírila rozsah veľkosti častíc na jemnejšie častice ako konvenčné technológie elektrostatického oddelenia., do rozsahu, v ktorom bola v minulosti úspešná iba flotácia.

1

Obrázok 2. Detail separačnej zóny

Proces je úplne suchý, nevyžaduje žiadne ďalšie materiály a neprodukuje žiadne odpadové vody ani emisie do ovzdušia. V prípade uhlíka z separácie popola z mušiek, zhodnotené materiály pozostávajú z popola z mušle zníženého v obsahu uhlíka na úrovne vhodné na použitie ako pozzolaniková prímes v betóne, a vysoko uhlíkovú frakciu, ktorá sa môže spáliť v elektrárni na výrobu elektrickej energie. Využitie oboch prúdov produkt poskytuje 100% Riešenie problémov s likvidáciou Popolček.

Triboelektrostatický oddeľovač pásov je relatívne kompaktný. Stroj určený na spracovanie 40 ton za hodinu je približne 9.1 Merače (30 ft) dlhé, 1.7 Merače (5.5 ft.) široké a 3.2 Merače (10.5 ft.) vysoká. Požadovaná rovnováha zariadenia pozostáva zo systémov na prepravu suchého materiálu do a z oddeľovača. Kompaktnosť systému umožňuje flexibilitu pri montážnych návrhoch.

Obrázok 3. Komerčný triboelektrostatický pásový separátor

Porovnanie s inými procesmi elektrostatickej separácie

Technológia triboelektrostatickej separácie pásov výrazne rozširuje škálu materiálov, ktoré môžu byť prospešné elektrostatickými procesmi. Najčastejšie používané elektrostatické procesy sa spoliehajú na rozdiely v elektrickej vodivosti materiálov, ktoré sa majú oddeliť. V týchto procesoch, materiál sa musí dotknúť uzemneného bubna alebo dosky, zvyčajne potom, čo sú častice materiálu záporne nabité ionizujúcim korónovým výbojom. Vodivé materiály rýchlo stratia svoj náboj a budú vyhodené z bubna. Nevodivý materiál je naďalej priťahovaný k bubnu, pretože

3

Náboj sa rozptýli pomalšie a po oddelení od vodivého materiálu spadne alebo sa vyčistí od bubna. Kapacita týchto procesov je obmedzená v dôsledku požadovaného kontaktu každej častice s bubnom alebo platňou. Účinnosť týchto procesov kontaktného nabíjania je tiež obmedzená na častice približne 100 μm alebo väčšia z dôvodu potreby kontaktu s uzemnenou doskou a požadovanej dynamiky prúdenia častíc. Častice rôznych veľkostí budú mať tiež odlišnú dynamiku prúdenia v dôsledku zotrvačných účinkov a budú mať za následok degradovanú separáciu. Nasledujúca schéma (Obrázok 4) ilustruje základné vlastnosti tohto typu separátora.

Obrázok 4. Bubnový elektrostatický separátor "Starší (2003)"

Triboelektrostatické separácie sa neobmedzujú len na separáciu vodivých / nevodivé materiály, ale závisia od dobre známeho javu prenosu náboja trecím kontaktom materiálov s odlišnou povrchovou chémiou. Tento jav sa používa v procesoch separácie "voľným pádom" už desaťročia. Takýto proces je znázornený na obrázku 5. Zložky zmesi častíc najprv vyvíjajú rôzne náboje kontaktom buď s kovovým povrchom, alebo kontaktom častice s časticami vo fluidizovanom zariadení na kŕmenie lôžka. Keď častice padajú elektrickým poľom v elektródovej zóne, Trajektória každej častice je vychýlená smerom k elektróde opačného náboja. Po určitej vzdialenosti, Na oddelenie tokov sa používajú zberné nádoby. Typické inštalácie vyžadujú viac separačných stupňov s recykláciou strednej frakcie. Niektoré zariadenia používajú stály prúd plynu na podporu prenosu častíc cez elektródovú zónu.

4

Obrázok 5. Triboelektrostatický separátor "Free fall"

Tento typ separátora voľného pádu má tiež obmedzenia vo veľkosti častíc materiálu, ktorý je možné spracovať. Prietok v elektródovej zóne musí byť regulovaný tak, aby sa minimalizovali turbulencie, aby sa zabránilo "rozmazaniu" separácie. Trajektória jemných častíc je viac ovplyvnená turbulenciou, pretože aerodynamické sily odporu jemných častíc sú oveľa väčšie ako gravitačné a elektrostatické sily. Veľmi jemné častice budú mať tiež tendenciu zhromažďovať sa na povrchu elektród a musia byť odstránené nejakou metódou. Častice menšie ako 75 μm sa nedá účinne oddeliť.

Ďalším obmedzením je, že zaťaženie častíc v elektródovej zóne musí byť nízke, aby sa zabránilo účinkom náboja do priestoru, ktoré obmedzujú rýchlosť spracovania. Prechod materiálu cez elektródovú zónu vo svojej podstate vedie k jednostupňovej separácii, pretože neexistuje možnosť opätovného nabíjania častíc. Preto, Na zlepšenie stupňa separácie materiálu následným kontaktom so nabíjacím zariadením sú potrebné viacstupňové systémy. Výsledný objem a zložitosť zariadenia sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje.

Na rozdiel od iných dostupných elektrostatické deliace procesy, Triboelektrostatický pásový separátor je ideálny pre separáciu veľmi jemných (<1 μm) na stredne hrubé (300μm) materiály s vysokou priepustnosťou. Nabíjanie triboelektrických častíc je účinné pre širokú škálu materiálov a vyžaduje iba kontakt častíc s časticami. A malá medzera, vysokým elektrickým poľom, proti prúdu, Intenzívne miešanie častíc a samočistiace pôsobenie pásu na elektródy sú kritickými vlastnosťami separátoru. Vysoko účinná viacstupňová separácia nabíjaním / Nabíjanie a vnútorná recyklácia vedie k oveľa lepším separáciám a je účinná na jemných materiáloch, ktoré sa nedajú vôbec oddeliť konvenčnými technikami.

5

APLIKÁCIE TRIBOELEKTROSTATICKEJ SEPARÁCIE PÁSOV

Popolček

Technológia triboelektrostatickej separácie pásov bola prvýkrát priemyselne použitá na spracovanie popolčeka zo spaľovania uhlia v 1995. Na aplikáciu popolčeka, Táto technológia bola účinná pri separácii uhlíkových častíc od neúplného spaľovania uhlia, zo sklenených hlinitého minerálnych častíc v popolčeku. Táto technológia bola nápomocná pri umožnení recyklácie paše bohatej na minerály ako náhrady cementu pri výrobe betónu. Pretože 1995, 19 Triboelektrostatické pásové separátory pracujú v USA, Kanada, SPOJENÉ KRÁĽOVSTVO, a Poľsko, spracovanie cez 1,000,000 ton popolčeka ročne. Táto technológia je teraz aj v Ázii, pričom prvý separátor bol tento rok nainštalovaný v Južnej Kórei. Priemyselná história separácie popolčeka je uvedená v tabuľke 1.

Tabuľka 3. Príklady, separácie minerálov pomocou triboelektrostatickej separácie pásov

Bolo preukázané, že použitie triboelektrostatického pásového separátoru účinne prospieva mnohým minerálnym zmesiam. Pretože separátor dokáže spracovávať materiály s veľkosťou častíc približne od 300 μm na menej ako 1 μm, a triboelektrostatická separácia je účinná pre izolačné aj vodivé materiály, Táto technológia výrazne rozširuje rozsah použiteľného materiálu oproti bežným elektrostatickým separátorom. Pretože triboelektrostatický proces je úplne suchý, Jeho použitie eliminuje potrebu sušenia materiálu a manipulácie s kvapalným odpadom z flotačných procesov.

NÁKLADY NA ODDELENIE TRIBOELEKTROSTATICKÉHO PÁSU

Porovnanie s konvenčnou flotáciou pre baryt

Porovnávacia štúdia nákladov bola objednaná spoločnosťou STET a vykonaná spoločnosťou Soutex Inc. Soutex je inžinierska spoločnosť so sídlom v kanadskom Quebecu s rozsiahlymi skúsenosťami v oblasti hodnotenia a návrhu procesov mokrej flotácie a elektrostatickej separácie. V štúdii sa porovnávali kapitálové a prevádzkové náklady procesu separácie triboelektrostatického pásu s konvenčnou flotáciou peny v prospech nízkokvalitnej barytovej rudy. Obe technológie vylepšujú baryt odstránením pevných látok s nízkou hustotou, hlavne kremeň, vytvoriť Americký ropný inštitút (API) baryt vŕtacej triedy s SG väčším ako 4.2 g/ml. Výsledky flotácie boli založené na pilotných štúdiách rastlín, ktoré vykonalo indické národné mettalurgické laboratórium "NML" (2004)". Výsledky triboelektrostatickej separácie pásov boli založené na pilotných štúdiách závodu s použitím podobných kŕmnych rúd. Porovnávacia ekonomická štúdia zahŕňala vývoj vývojových listov, materiálová a energetická bilancia, Hlavné dimenzovanie zariadení a cenové ponuky pre flotačné aj triboelektrostatické procesy separácie pásov. Základ pre oba vývojové listy je rovnaký, Spracovanie 200,000 t / y barytového krmiva s SG 3.78 vyrábať 148,000 t/y výrobku z barytu vrtnej kvality so SG 4.21 g/ml. Odhad flotačného procesu nezahŕňal žiadne náklady na procesnú vodu, alebo úprava vody.

Vývojové listy boli generované spoločnosťou Soutex pre proces flotácie barytu (Obrázok 6), a proces separácie triboelektrostatických pásov (Obrázok 7).

8

Obrázok 6 Vývojový list procesu flotácie barytu

9

Obrázok 7 Postup procesu separácie triboelektrostatického pásu barytu

Tieto vývojové listy neobsahujú systém drvenia surovej rudy, čo je spoločné pre obe technológie. Mletie krmiva pre flotačné puzdro sa vykonáva pomocou mokrého guľového mlyna na buničinu s cyklónovým klasifikátorom. Mletie posuvu pre puzdro na separáciu triboelektrostatického pásu sa vykonáva pomocou suchého, vertikálny valcový mlyn s integrovaným dynamickým klasifikátorom.

Postup separácie triboelektrostatického pásu je jednoduchší ako flotácia. Triboelektrostatická separácia pásu sa dosiahne v jednom stupni bez pridania akýchkoľvek chemických činidiel, v porovnaní s trojstupňovou flotáciou s kyselinou olejovou používanou ako kolektor pre baryt a kremičitan sodný ako tlmivý prostriedok pre oxid kremičitý;. Flokulant sa tiež pridáva ako činidlo na zahusťovanie v puzdre na flotáciu barytu. Na oddelenie triboelektrostatického pásu nie je potrebné žiadne odvodňovacie a sušiace zariadenie, v porovnaní so zahusťovadlami, Filtračné lisy, a rotačné sušičky potrebné na proces flotácie barytu.

10

REFERENCIE

1.Blin, P & Dion-Ortega, A (2013) Vysoká a suchá, Časopis CIM, Vol. 8, nie. 4, PP. 48‐51.

2.Starší, J. & Yan, E (2003) eForce.‐ Najnovšia generácia elektrostatického separátora pre priemysel minerálnych pieskov, Konferencia o ťažkých mineráloch, Johannesburg, Juhoafrický inštitút baníctva a metalurgie.

3.Manouchehri, H, Hanumantha Roa,K, & Foressberg, K (2000), Prehľad metód elektrického oddelenia, Časť 1: Základné aspekty, Minerálne látky & Metalurgické spracovanie, Vol 17, nie. 1 PP 23 – 36.

4.Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Foressberg, K (2000), Prehľad metód elektrického oddelenia, Časť 2: Praktické úvahy, Minerálne látky & Metalurgické spracovanie, Vol 17, nie. 1 s. 139 – 166.

5.Searls, J (1985) Potaš, Kapitola v Minerálne fakty a problémy: 1985 Vydanie, Úrad pre bane Spojených štátov, Washington DC.

6.Kotvisko, R & Bichara, M, (1975) Elektrostatická separácia potašových rúd, Patent Spojených štátov # 3,885,673.

7.Značky, L, Beier, P, & Stahl, I (2005) Elektrostatická separácia, Wiley-VCH verlag, Gmbh & Co.

8.Fraas, F (1962) Elektrostatická separácia granulovaných materiálov, Americký úrad pre bane, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Predúprava minerálov na elektrostatickú separáciu, Patent USA 3,137,648.

10.Lindley, K & Riadok, N (1997) Faktory prípravy krmiva ovplyvňujúce účinnosť elektrostatickej separácie, Magnetická a elektrická separácia, Vol 8 s. 161 – 173.

11.Inculet, I (1984) Elektrostatická separácia minerálov, Séria elektrostatických a elektrostatických aplikácií, Tlač výskumných štúdií, Ltd, Ján Wiley & Synovia, Inc.

12.Feasby, D (1966) Elektrostatická separácia fosfátových a kalcitových častíc voľným pádom, Laboratórium výskumu minerálov, Laboratóriá č.. 1869, 1890, 1985, 3021, a 3038, kniha 212, Správa o pokroku.

13.Stencel, J & Ťiang, X (2003) Pneumatická preprava, Triboelektrický prínos pre floridský fosfátový priemysel, Floridský inštitút výskumu fosfátov, Publikácia č.. 02‐149‐201, Decembra.

14.Manouchehri, H, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelektrický náboj, Elektrofyzikálne vlastnosti a potenciál elektrického prínosu chemicky upraveného živca, Quartz, a wollastonit, Magnetická a elektrická separácia, Vol 11, č. 1 – 2 s. 9 – 32.

15.Venter, J, Vermaak, M, & Bruwer, J (2007) Vplyv povrchových účinkov na elektrostatickú separáciu zirkónu a rutilu, 6. medzinárodná konferencia o ťažkých nerastoch, Juhoafrický inštitút baníctva a metalurgie.

16.Celik, M a Yasar, E (1995) Účinky teploty a nečistôt na elektrostatickú separáciu materiálov bóru, Inžinierstvo nerastných surovín, Vol. 8, nie. 7, PP. 829‐833.

17.Fraas, F (1947) Poznámky k sušeniu na elektrostatickú separáciu častíc, AIME Tec. Krčma 2257, Novembra.

18.NML (2004) Prínos barytu nízkej kvality (Výsledky pilotnej prevádzky), Záverečná správa, Národné metalurgické laboratórium, Jamshedpur, India, 831 007

13