title: Εκλεκτική λειοτρίβηση λατερίτη Καστοριάς με σφαιρόμυλο
Creators: name: Μαρινη Αγγελικη-Ευαγγελια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2018

description: During this project, grinding tests were performed in a ball mill, at different times and ball sizes. The initial material, which was Kastoria’s laterite, was smashed and sifted into individual fractions, as a result the formation of three granulometric fractions (-3.35+1.70 mm, -1.18+0.600 mm and -0.300+0.150 mm), which constituted the feeds of the ball mill. A grinding test was performed for each one of the feeds, in four different times (t = 0.25 min, t = 0.5 min, t = 1 min and t = 2 min) and three different ball sizes (d = 0, d = 6.5 mm and d = mm) in each time. Each test corresponds to a different energy consumption, which depends on the power of the ball mill, the mass of the material and the grinding time.
The output of each grinding test was divided into three individual fractions, coarse, intermediate and fine, which was the fraction size -0.075 mm. By the end of the tests, X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and X-ray diffraction analysis were performed. The main oxides which were found are NiO, Fe2O3, SiO2 and MgO and the main mineral phases of the sample were nepuite ((Ni,Mg)3(Si2O5)(OH)4), quartz SiO2 and goethite FeO(OH). Results showed that the highest NiO content (%) is mainly present in the finer product (-0.075 mm). It was observed that as the grinding time increases, NiO content (%) remains nearly constant, while its distribution (%) is significantly increased. Most of the results showed that self-grinding (d=0) leads to a higher increase in NiO content in the grinding output, with a really low distribution (<1%). The highest distribution (56.94%) was observed in the fine product (-0.075 mm) of -0.300+0.150 mm feed, in the grinding with balls of diameter d = 6.5 mm, grinding duration t=2 min with 1.92% NiO content, (an increase of 18.6% compared to the initial feed). Satisfactory NiO content and distribution showed in the -0.075 mm product of -1.18+0.600 mm feed, in the test with d=6.5 mm balls and grinding duration t=2 min, in which the distribution is 43.59% and the NiO content 1.85% (an increase of 17.1%). Moreover, in the fine product (-0.075 mm) of -0.300+0.150 mm feed, for d = 12.7 mm balls and t = 2 min grinding duration, there is a distribution of 37.36% and a NiO content of 1.81%.
From the study of size reduction ratio(〖d1〗_80/〖d2〗_80 ), it emerged that in short grinding times, and therefore in low consumption energies, the size reduction ratio of the different feed sizes does not show major changes. In self-grinding tests (d=0), the size reduction ratio remains nearly constant, regardless the feed size and energy consumption. In tests using d=6.5 mm balls and with a energy consumption of ε=1.61 kWh/t (t=2 min), the size reduction ratio is higher in the finest feeds (-0.300+0.150 mm,  〖d1〗_80/〖d2〗_80 = 1.87) (-1.18+0.600 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.66) and lower in the coarser fraction (-3.35+1.70 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 = 1.44). On the other hand, in tests using larger balls (d=12.7 mm) and an energy of ε = 1.61 kWh/t (t =2 min), the size reduction ratio is higher in the intermediate fraction (-1.18+0.600 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 = 2.48 ) and lower in the coarser (-3.35+1.70 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 = 1.68) and in the fine fraction (-0.300 + 0.150 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 = 1.56). Results show that the smaller the size of the feed, the smaller the balls required, in order to grind the material more efficiently and vice versa. If larger diameter balls were used than d=12.7 mm, it would be observed that the largest feed (-3.35 + 1.70 mm) would be more efficiently ground.
Finally, the enrichment ratio (ER) was calculated, which is defined as the ratio of the content of an element or oxide (in our case, NiO) in the product to its initial feed content. The NiO enrichment ratio was calculated for the fine fraction -0.075 mm at grinding time t=2 min, for each feed (-3.35+1.70 mm, -1.17+0.600 mm, -0.300+0.150 mm). From the enrichment ratio diagram it is observed that although the coarser feed fraction (-3.35+1.70 mm) has the highest enrichment ratio (for d=0, ER = 1.47), its distribution is very small (1.60%) , while the two finest fractions (-1.18+0.600 mm, -0.300+0.150 mm) for d=6.5 mm balls, have a higher distribution (42.64% and 20.01%, respectively) and a significant enrichment ratio (ER= 1.17 and ER = 1.19).

description: Αντικείμενο της εργασίας είναι η μελέτη της εκλεκτικής λειοτρίβησης λατερίτη Καστοριάς με σκοπό τον εμπλουτισμό του σε νικέλιο. Παρά τη μεγάλη ερευνητική δραστηριότητα που έχει αναπτυχθεί με σκοπό την ανάκτηση νικελίου, ακόμα και σήμερα αποτελεί μεγάλη πρόκληση η εύρεση αποδοτικότερων μεθόδων εμπλουτισμού. Αυτό συμβαίνει διότι ο λατερίτης αποτελεί ένα ετερογενές υλικό με πολύπλοκη χημική και ορυκτολογική σύσταση και το νικέλιο δεν αποτελεί ξεχωριστή ορυκτολογική φάση αλλά βρίσκεται διάσπαρτο στο πλέγμα διαφορετικών ορυκτών. Η εκλεκτική λειοτρίβηση, η οποία εκμεταλλεύεται τη διαφορετική συμπεριφορά κατά τη λειοτρίβηση μεταξύ των μαλακών και σκληρών ορυκτών που περιέχει ο λατερίτης, θα μπορούσε να αποτελέσει μια αποδοτική μέθοδος εμπλουτισμού του νικελίου. 
Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκαν δοκιμές λειοτρίβησης σε σφαιρόμυλο, σε διαφορετικούς χρόνους και μεγέθη σφαιρών. Το αρχικό υλικό, το οποίο ήταν λατερίτης Καστοριάς, θραύστηκε και κοσκινίστηκε σε επιμέρους κλάσματα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία τριών κοκκομετρικών κλασμάτων (-3.35+1.70 mm, -1.18+0.600 mm και -0.300+0.150 mm), τα οποία αποτέλεσαν τις τροφοδοσίες του μύλου. Για κάθε τροφοδοσία, πραγματοποιήθηκε λειοτρίβηση σε τέσσερις διαφορετικούς χρόνους (t=0.25 min, t=0.5 min, t=1 min και t=2 min) και σε τρία διαφορετικά μεγέθη σφαιρών (d=0, d=6.5 mm και d=12.7 mm) για τον κάθε χρόνο,. Κάθε μία από τις δοκιμές αντιστοιχεί σε διαφορετική ενέργεια κατανάλωσης, η οποία εξαρτάται από την ισχύ του σφαιρόμυλου, τη μάζα του υλικού και το χρόνο λειοτρίβησης. 
Το προϊόν μετά από την κάθε δοκιμή λειοτρίβησης χωρίστηκε σε τρία επιμέρους κλάσματα, το χονδρό (το οποίο αποτελεί την τάξη μεγέθους της τροφοδοσίας), το ενδιάμεσο και το λεπτό το οποίο ήταν το μέγεθος -0.075 mm. Μετά το πέρας των δοκιμών πραγματοποιήθηκε χημική ανάλυση των προϊόντων με τη μέθοδο φθορισμού ακτινών Χ, XRF (X-ray fluorescence spectroscopy) και ορυκτολογική ανάλυση με την μέθοδο περίθλασης ακτίνων-X  XRD (X-Ray Diffraction). Τα κύρια οξείδια τα οποία βρέθηκαν ήταν το NiO, Fe2O3, το SiO2 και το MgO και οι κυριότερες ορυκτολογικές φάσεις του δείγματος ήταν ο νεπουίτης ((Ni,Mg)3(Si2O5)(OH)4), ο χαλαζίας SiO2 και ο γκαιτίτης FeO(OH). Τα αποτελέσματα, έδειξαν ότι η μεγαλύτερη περιεκτικότητα NiO (%) υπάρχει κυρίως στο πιο λεπτό προϊόν (-0.075 mm). Παρατηρήθηκε ότι καθώς αυξάνεται ο χρόνος λειοτρίβησης, η περιεκτικότητα (%) του NiO παραμένει σχεδόν σταθερή, ενώ αυξάνεται σημαντικά η κατανομή (%) του. Το μεγαλύτερο μέρος των αποτελεσμάτων έδειξε ότι η αυτολειοτρίβηση (d=0) οδηγεί σε μεγαλύτερη αύξηση της περιεκτικότητας (%) του NiO στο προϊόν της λειοτρίβησης με πολύ όμως μικρή κατανομή (<1%). Η μεγαλύτερη κατανομή (56.94%) παρατηρήθηκε στο λεπτό προϊόν (-0.075 mm) της τροφοδοσίας -0.300+0.150 mm, στη λειοτρίβηση με σφαίρες διαμέτρου d=6.5 mm και χρόνο t=2 min, με περιεκτικότητα NiO 1.92 % (αύξηση 18.6% σε σχέση με την αρχική τροφοδοσία). Ικανοποιητική περιεκτικότητα και κατανομή NiO υπάρχει ακόμη στο προϊόν -0.075 mm της τροφοδοσίας -1.18+0.600 mm, στη δοκιμή με σφαίρες διαμέτρου d=6.5 mm και χρόνο t=2 min, όπου η κατανομή είναι 43.59 % και αντίστοιχα η περιεκτικότητα NiO 1.85 % (αύξηση 17.1%). Επίσης, το λεπτό προϊόν (-0.075 mm) της τροφοδοσίας -0.300+0.150 mm, για d=12.7 mm και t=2 min έδωσε περιεκτικότητα NiO 1.81 % (αύξηση 11.7%) που αντιστοιχεί σε κατανομή NiO 37.36 %. .  
Από τη μελέτη του λόγου κατάτμησης (〖d1〗_80/〖d2〗_80 ) προέκυψε ότι σε μικρούς χρόνους λειοτρίβησης, συνεπώς και σε χαμηλές ενέργειες κατανάλωσης, ο λόγος κατάτμησης των διαφορετικών μεγεθών τροφοδοσίας δεν παρουσιάζει μεγάλες μεταβολές. Στις δοκιμές αυτολειοτρίβησης (d=0), ο λόγος κατάτμησης παραμένει σταθερός ανεξαρτήτως του μεγέθους τροφοδοσίας και της ενέργειας που καταναλώνεται. Στις δοκιμές με χρήση σφαιρών d=6.5 mm και σε ειδική ενέργεια κατανάλωσης ε= 1.61 kWh/t (t=2 min), ο λόγος κατάτμησης είναι μεγαλύτερος όταν χρησιμοποιείται το πιο λεπτό κλάσμα τροφοδοσίας (-0.300+0.150 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.87) και μικρότερος στο ενδιάμεσο (-1.18+0.600 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.66) και στο πιο χονδρό κλάσμα (-3.35+1.70 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.44). Από την άλλη, στις δοκιμές με χρήση μεγαλύτερων σφαιρών (d=12.7 mm) και σε ειδική ενέργεια ε= 1.61 kWh/t (t=2 min), ο λόγος κατάτμησης είναι μεγαλύτερος στο ενδιάμεσο κλάσμα (-1.18+0.600 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =2.48), ενώ είναι μικρότερος στο πιο χονδρό (-3.35+1.70 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.68) και λεπτό κλάσμα (-0.300+0.150 mm, 〖d1〗_80/〖d2〗_80 =1.56). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι όσο πιο μικρό είναι το μέγεθος της τροφοδοσίας, τόσο πιο μικρές σφαίρες απαιτούνται για να λειοτριβηθεί πιο αποδοτικά το υλικό και το αντίστροφο. Ενδεχομένως, εάν χρησιμοποιούνταν μεγαλύτερες διαμέτρου σφαίρες από τις d=12.7 mm, θα παρατηρούταν ότι πιο αποδοτικά θα λειοτριβόταν το μεγαλύτερο μέγεθος τροφοδοσίας (-3.35+1.70 mm).
Τέλος, υπολογίστηκε ο λόγος εμπλουτισιμότητας (ER, Enrichment Ratio) που ορίζεται ως ο λόγος της περιεκτικότητας ενός στοιχείου ή οξειδίου (στην περίπτωσή μας το NiΟ) στο προϊόν προς την περιεκτικότητά του στην αρχική τροφοδοσία. Ο λόγος εμπλουτισιμότητας του NiO υπολογίστηκε για το λεπτό προϊόν -0.075 mm σε χρόνο λειοτρίβησης t=2 min, για κάθε κλάσμα τροφοδοσίας (-3.35+1.70 mm, -1.17+0.600 mm, -0.300+0.150 mm). Από τη μελέτη του λόγου εμπλουτισιμότητας του NiO (ER, Enrichment Ratio) στα προϊόντα των λειοτριβήσεων προέκυψε ότι, ότι στο πιο χονδρό κλάσμα τροφοδοσίας (-3.35+1.70 mm) εμφανίζεται ο μεγαλύτερος λόγος εμπλουτισιμότητας (ER=1.31,d=6.5 mm, t=2 min), η κατανομή του είναι 20.71 %.Στα λεπτότερα κλάσματα τροφοδοσίας (-1.18+0.600 mm, -0.300+0.150 mm) παρατηρείται μεγαλύτερη  κατανομή (%) NiO (42.64 για d=6.5 mm, t=2 min και 36.82% για d=12.7 mm,t=2 min αντίστοιχα) και αξιόλογος λόγος εμπλουτισιμότητας (ER=1.17 και ER=1.12 αντίστοιχα).