خشک ٹرائیبوالیکٹرک میں ایپلی کیشنز میں توسیع معدنیات کی علیحدگی

Expanding Applications in Dry Triboelectric

Separation of Minerals

James D. باٹنار, کائل پی. فلن, and Frank J. ہرچ

سینٹ کا سامان & ٹیکنالوجی LLC, نیڈہم میساچوسٹس 02494 امریکہ

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

اخذ کرنا

سینٹ کا سامان & ٹیکنالوجی, LLC (سٹیٹ) 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) to moderately 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. ٹرائیبوالیکٹرک بیلٹ سیپریٹر ٹیکنالوجی کا استعمال مختلف قسم کے مواد کو الگ کرنے کے لئے کیا گیا ہے جس میں شیشے کی الومینیوسیلیکیٹس/کاربن کے مرکب بھی شامل ہیں, کیلسائٹ/کوارٹز, پاؤڈر/ماگنیساٹی, اور باریا کوارٹج. An economic comparison of using the triboelectrostatic belt separation versus conventional flotation for barite / کوارٹز علیحدگی معدنیات کے لئے خشک پروسیسنگ کے فوائد کی وضاحت کرتی ہے.

کلیدی الفاظ: معدنیات, خشک علیحدگی, باراٹی, ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک چارجنگ, بیلٹ جدا کار, مکھی ایش

تعارف

تازہ پانی تک رسائی کا فقدان دنیا بھر میں کان کنی کے منصوبوں کی فزیبلٹی کو متاثر کرنے والا ایک بڑا عنصر بن تا جا رہا ہے. ہوبرٹ فلیمنگ کے مطابق, ہیچ واٹر کے سابق عالمی ڈائریکٹر, "دنیا میں کان کنی کے ان تمام منصوبوں میں سے جو گزشتہ ایک سال کے دوران یا تو روک دیئے گئے ہیں یا سست ہو گئے ہیں, یہ کیا گیا ہے, تقریبا 100% مقدمات کی, پانی کا نتیجہ, either directly or indirectly” Blin (2013). خشک معدنی پروسیسنگ کے طریقے اس منڈلاتے مسئلے کا حل پیش کرتے ہیں.

گیلے علیحدگی کے طریقوں جیسے جھاگ فلوٹیشن کے لئے کیمیائی ری ایجنٹوں کے اضافے کی ضرورت ہوتی ہے جسے محفوظ طریقے سے سنبھالا جانا چاہئے اور ماحولیاتی طور پر ذمہ دارانہ طریقے سے ٹھکانے لگانا چاہئے. لامحالہ اس کے ساتھ کام کرنا ممکن نہیں ہے 100% پانی کا ری سائیکل, عمل کے پانی کے کم از کم حصے کو ٹھکانے لگانے کی ضرورت, ممکنہ طور پر کیمیائی ری ایجنٹوں کی ٹریس مقدار پر مشتمل.

خشک طریقے جیسے الیکٹرو سٹیٹک علیحدگی تازہ پانی کی ضرورت کو ختم کر دے گا, اور لاگت کو کم کرنے کی صلاحیت پیش کریں. خشک معدنی علیحدگی میں سب سے زیادہ امید افزا نئی پیش رفت میں سے ایک ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک بیلٹ علیحدگی کار ہے. اس ٹیکنالوجی نے روایتی electrostatic علیحدگی ٹیکنالوجی کے مقابلے میں ذرات کو بہتر بنانے کے لئے ذرہ سائز کی حد میں توسیع کی ہے, اس حد اطلاق میں جہاں ماضی میں صرف فلوٹشن ہے ۔.

1

اعداد و شمار 2. علیحدگی منطقہ کی تفصیل

یہ عمل مکمل طور پر خشک ہے, کوئی اضافی مواد کی ضرورت ہوتی ہے اور فضلہ پانی یا ہوا کے اخراج کی پیداوار نہیں ہے. مکھی راکھ کی علیحدگی سے کاربن کے معاملے میں, برآمد شدہ مواد مکھی کی راکھ پر مشتمل ہوتا ہے جو کاربن کی مقدار میں کم ہو کر کنکریٹ میں پوزولنک ایڈمکسچر کے طور پر استعمال کے لئے موزوں سطح پر آجاتی ہے, اور ایک اعلی کاربن کسر جو بجلی پیدا کرنے والے پلانٹ میں جلایا جا سکتا ہے. مصنوعات کے دونوں دھاروں کا استعمال ایک فراہم کرتا ہے 100% راکھ کو ٹھکانے لگانے کے مسائل کو اڑانے کا حل.

ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک بیلٹ جدا کار نسبتا کمپیکٹ ہے. ایک مشین پر عمل کرنے کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے 40 tonnes per hour is approximately 9.1 میٹر (30 فوٹ) لمبا, 1.7 میٹر (5.5 فٹ.) چوڑا اور 3.2 میٹر (10.5 فٹ.) اونچا. پودے کا مطلوبہ توازن خشک مواد کو جدا کار تک پہنچانے کے نظام پر مشتمل ہوتا ہے. نظام کی کساوٹ کی تنصیب کے ڈیزائن میں لچک کے لئے اجازت دیتا ہے.

اعداد و شمار 3. تجارتی ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک بیلٹ جدا کار

دیگر الیکٹرو سٹیٹک علیحدگی کے عمل سے موازنہ

ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک بیلٹ علیحدگی ٹیکنالوجی مواد کی حد کو بہت وسیع کرتی ہے جسے الیکٹروسٹیٹک عمل کے ذریعہ فائدہ اٹھایا جاسکتا ہے. سب سے زیادہ استعمال ہونے والے الیکٹرو سٹیٹک عمل الگ ہونے والے مواد کی برقی موصلیت میں فرق پر انحصار کرتے ہیں. ان عملوں میں, مادہ کو عام طور پر ایک گراؤنڈ ڈرم یا پلیٹ سے رابطہ کرنا چاہئے جب مادی ذرات آئن ائزنگ کورونا ڈسچارج کے ذریعہ منفی طور پر چارج کیے جاتے ہیں. موصلی مواد تیزی سے اپنا چارج کھو دے گا اور ڈھول سے پھینک دیا جائے گا. 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. یہ عمل ڈرم یا پلیٹ سے ہر ذرے کے مطلوبہ رابطے کی وجہ سے صلاحیت میں محدود ہیں. ان رابطہ چارجنگ عمل کی تاثیر بھی تقریبا ذرات تک محدود ہے 100 μm or greater in size due to both the need to contact the grounded plate and the required particle flow dynamics. مختلف سائز کے ذرات میں انرشیل اثرات کی وجہ سے مختلف بہاؤ کی حرکیات بھی ہوں گی اور اس کے نتیجے میں علیحدگی میں کمی آئے گی. مندرجہ ذیل ڈایاگرام (اعداد و شمار 4) اس قسم کے جدا کار کی بنیادی خصوصیات کو واضح کرتا ہے.

اعداد و شمار 4. Drum electrostatic separator “Elder (2003)”

ٹرائیبوالیکٹروسٹیٹک علیحدگی صرف موصلی تخفیف تک محدود نہیں ہے / 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. ذرات کے مرکب کے اجزاء پہلے دھاتکی سطح کے ساتھ رابطے کے ذریعے مختلف چارجز تیار کرتے ہیں, یا ذرات سے ذراتی رابطے کے ذریعے سیال بستر کھلانے کے آلہ میں. جیسے ہی ذرات الیکٹروڈ زون میں برقی میدان سے گرتے ہیں, ہر ذرے کا راستہ مخالف چارج کے الیکٹروڈ کی طرف موڑا جاتا ہے. ایک خاص فاصلے کے بعد, نہروں کو الگ کرنے کے لئے جمع کرنے والے ڈبے استعمال کیے جاتے ہیں. عام تنصیبات کو مڈلنگ کسر کے ری سائیکل کے ساتھ متعدد علیحدگی کار مراحل کی ضرورت ہوتی ہے. کچھ آلات الیکٹروڈ زون کے ذریعے ذرات کی نقل و حمل میں مدد کے لئے گیس کے مستقل دھارے کا استعمال کرتے ہیں.

4

اعداد و شمار 5. “Free fall” triboelectrostatic separator

This type of free fall separator also has limitations in the particle size of the material that can be processed. The flow within the electrode zone must be controlled to minimize turbulence to avoid “smearing” of the separation. The trajectory of fine particles are more effected by turbulence since the aerodynamic drag forces on fine particles are much larger than the gravitational and electrostatic forces. The very fine particles will also tend to collect on the electrode surfaces and must be removed by some method. Particles of less than 75 μm cannot be effectively separated.

Another limitation is that the particle loading within the electrode zone must be low to prevent space charge effects, which limit the processing rate. Passing material through the electrode zone inherently results in a single‐stage separation, since there is no possibility for re‐charging of particles. پس, multi‐stage systems are required for improving the degree of separation including re‐charging of the material by subsequent contact with a charging device. The resulting equipment volume and complexity increases accordingly.

In contrast to the other available electrostatic separation processes, the triboelectrostatic belt separator is ideally suited for separation of very fine (<1 μm) to moderately coarse (300μm) materials with very high throughputs. The triboelectric particle charging is effective for a wide range of materials and only requires particle – particle contact. The small gap, high electric field, counter current flow, 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 / recharging and internal recycle results in far superior separations and is effective on fine materials that cannot be separated at all by the conventional techniques.

5

APPLICATIONS OF TRIBOELECTROSTATIC BELT SEPARATION

مکھی ایش

The triboelectrostatic belt separation technology was first applied industrially to the processing of coal combustion fly ash in 1995. For the fly ash application, the technology has been effective in separating carbon particles from the incomplete combustion of coal, مکھی راھ میں اونچائیوں الومانوسالاکاٹی معدنی ذرات سے. The technology has been instrumental in enabling recycle of the mineral‐rich flyash as a cement replacement in concrete production. سے 1995, 19 triboelectrostatic belt separators have been operating in the USA, کينڈا, UK, and Poland, processing over 1,000,000 tonnes of fly ash annually. The technology is now also in Asia with the first separator installed in South Korea this year. مکھی راھ کی صنعتی تاریخ میز میں درج ہے 1.

جدول 3. Examples, mineral separations using triboelectrostatic belt separation

Use of the triboelectrostatic belt separator has been demonstrated to effectively beneficiate many mineral mixtures. Since the separator can process materials with particle sizes from about 300 μm to less than 1 μm, and the triboelectrostatic separation is effective for both insulating and conductive materials, the technology greatly extends the range of applicable material over conventional electrostatic separators. Since the triboelectrostatic process is entirely dry, use of it eliminates the need for material drying and liquid waste handling from flotation processes.

COST OF TRIBOELECTROSTATIC BELT SEPARATION

Comparison to Conventional Flotation for Barite

A comparative cost study was commissioned by STET and conducted by Soutex Inc. Soutex is a Quebec Canada based engineering company with extensive experience in both wet flotation and electrostatic separation process evaluation and design. 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. Both technologies upgrade the barite by removal of low density solids, mainly quartz, to produce an American Petroleum Institute (API) drilling grade barite with SG greater than 4.2 g/ml. Flotation results were based on pilot plant studies conducted by the Indian National Mettalurgical Laboratory “NML (2004)”. Triboelectrostatic belt separation results were based on pilot plant studies using similar feed ores. The comparative economic study included flowsheet development, material and energy balances, major equipment sizing and quotation for both flotation and triboelectrostatic belt separation processes. The basis for both flowsheets is the same, پروسیسنگ 200,000 t/y of barite feed with SG 3.78 to produce 148,000 t/y of drilling grade barite product with SG 4.21 g/ml. The flotation process estimate did not include any costs for process water, or water treatment.

Flowsheets were generated by Soutex for the barite flotation process (اعداد و شمار 6), and triboelectrostatic belt separation process (اعداد و شمار 7).

8

اعداد و شمار 6 Barite flotation process flowsheet

9

اعداد و شمار 7 Barite triboelectrostatic belt separation process flowsheet

Theses flowsheets do not include a raw ore crushing system, which is common to both technologies. Feed grinding for the flotation case is accomplished using a wet pulp ball mill with cyclone classifier. Feed grinding for the triboelectrostatic belt separation case is accomplished using a dry, vertical roller mill with integral dynamic classifier.

The triboelectrostatic belt separation flowsheet is simpler than flotation. 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. A flocculant is also added as a reagent for thickening in the barite flotation case. No dewatering and drying equipment is required for triboelectrostatic belt separation, compared to thickeners, filter presses, and rotary dryers required for the barite flotation process.

10

REFERENCES

1.بلین, ص & Dion‐Ortega, اے (2013) High and Dry, CIM Magazine, ج. 8, نہيں. 4, پی پی. 48‐51.

2.شیخ, جے. & Yan, مشرقی (2003) eForce.‐ Newest generation of electrostatic separator for the minerals sands industry, Heavy Minerals Conference, Johannesburg, South African Institute of Mining and Metallurgy.

3.مانووکہیہرا, ایچ, ہانومانٹہا Roa,K, & Foressberg, K (2000), Review of Electrical Separation Methods, حصہ 1: بنیادی پہلو, معدنیات & Metallurgical Processing, ج 17, نہيں. 1 پی پی 23 – 36.

4.مانووکہیہرا, ایچ, ہانومانٹہا Roa, K, & Foressberg, K (2000), Review of Electrical Separation Methods, حصہ 2: عملی تحفظات, معدنیات & Metallurgical Processing, ج 17, نہيں. 1 pp 139‐ 166.

5.Searls, جے (1985) پوٹاش, Chapter in Mineral Facts and Problems: 1985 Edition, United States Bureau of Mines, Washington DC.

6.Berthon, آر & Bichara, M, (1975) Electrostatic Separation of Potash Ores, United States Patent # 3,885,673.

7.Brands, L, Beier, ص, & Stahl, میں (2005) الیکٹروسٹیٹک علیحدگی, Wiley‐VCH verlag, GmbH & Co.

8.Fraas, F (1962) Electrostatic separation of Granular Materials, US Bureau of Mines, Bulletin 603.

9.Fraas, F (1964), Pretreatment of minerals for electrostatic separation, US Patent 3,137,648.

10.Lindley, K & Rowson, شمالی (1997) Feed preparation factors affecting the efficiency of electrostatic separation, Magnetic and Electrical Separation, ج 8 pp 161‐173.

11.Inculet, میں (1984) Electrostatic Mineral Separation, Electrostatics and Electrostatic Applications Series, Research Studies Press, Ltd, John Wiley & Sons, Inc.

12.Feasby, ڈی (1966) Free‐Fall Electrostatic Separation of Phosphate and Calcite Particles, Minerals Research Laboratory, Labs Nos. 1869, 1890, 1985, 3021, اور 3038, book 212, Progress Report.

13.Stencel, جے & Jiang, X (2003) Pneumatic Transport, Triboelectric Beneficiation for the Florida Phosphate Industry, Florida Institute of Phosphate Research, Publication No. 02‐149‐201, دسمبر.

14.مانووکہیہرا, ایچ, Hanumantha R, & Foressberg, K (2002), Triboelectric Charge, Electrophysical properties and Electrical Beneficiation Potential of Chemically Treated Feldspar, Quartz, and Wollastonite, Magnetic and Electrical Separation, ج 11, no 1‐2 pp 9‐32.

15.Venter, جے, Vermaak, M, & Bruwer, جے (2007) Influence of surface effects on the electrostatic separation of zircon and rutile, The 6th International Heavy Minerals Conference, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy.

16.Celik, M and Yasar, مشرقی (1995) Effects of Temperature and Impurities on Electrostatic Separation of Boron Materials, Minerals Engineering, ج. 8, نہيں. 7, پی پی. 829‐833.

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

18.NML (2004) Beneficiation of low grade barite (pilot plant results), Final Report, National Metallurgical Laboratory, Jamshedpur India, 831 007

13