СПОСОБ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ДЛЯ ТРОНЫ
METHOD FOR MAGNETIC SEPARATION OF TRONA

Уровень техники
2
3
3
2
2
2
2
Трона представляет собой минерал, который содержит примерно 85-95% сесквикарбоната натрия (NaCO·NaHCO·2HO). Обширные отложения минерала трона обнаружены в юго-западном Вайоминге около Грин Ривер. Это отложение содержит пласты троны и смешанной троны, и галита (каменная соль или NaCl), которые покрывают приблизительно 2600 км. Главные пласты троны имеют размеры в пределах от менее чем 428 км, по меньшей мере, до 1870 км. По консервативным оценкам эти главные пласты троны содержат примерно 75 миллиардов метрических тонн руды. Различные пласты перекрываются друг с другом и разделяются слоями сланца. Качество троны изменяется в зависимости от ее конкретного расположения в формации. Поскольку трона обнаруживается вместе со сланцем, руда троны часто содержит примеси сланца. Поскольку примеси сланца в продукте являются нежелательными, имеется необходимость в разработке технологий переработки для удаления таких примесей из троны.
Патент США №5736113, Hazen et al. описывает способ извлечения соляного минерала высокой чистоты из руды, содержащей соляной минерал, такой как трона, и примеси. Способ включает отделение первой части примесей от троны методом электростатической сепарации при температуре примерно от 25°C примерно до 45°C. Методы электростатической сепарации основываются на воздействии на руду таких условий, что материалы с различными электропроводностями отделяются друг от друга. Способ описывает необязательную стадию магнитной сепарации до или после электростатической сепарации.
Патент США №5911959, Wold et al. описывает способ очистки соляных минералов, имеющих нерастворимые примеси. Способ включает кальцинирование троны с образованием карбоната натрия, разделение входного потока по размерам на фракцию с большими размерами частиц и фракцию с малыми размерами частиц, разделение фракции с большими размерами частиц на первую извлеченную часть и первую часть примесей методом сухой сепарации, разделение первой части примесей на вторую извлеченную часть и вторую часть примесей методом мокрой сепарации и разделение фракции с малыми размерами частиц на третью извлеченную часть и третью часть примесей методом мокрой сепарации. Способ сухой сепарации может осуществляться посредством сепарации по плотности, магнитной сепарации или электростатической сепарации.
Патент США №6092665, Schmidt et al. описывает способ извлечения соляного минерала из руды, содержащей соляной минерал и примеси. Способ включает в себя стадии отделения первой части примесей от руды посредством сепарации по плотности, электростатической сепарации второй части примесей от руды и магнитной сепарации третьей части примесей от руды. В другом аспекте способ включает в себя стадии кальцинирования руды, а затем отделения первой части примесей посредством сепарации по плотности.
Оборудование для отделения магнитных частиц от немагнитного материала известно в данной области. В частности, Outokumpu Technology, Inc. of Colorado поставляет магнитный валковый сепаратор. Брошюра относительно Improsys Rare-Earth Roll separator описывает использование редкоземельного валкового магнита для отделения магнитного материала от немагнитного материала. Материал, который должен разделяться, вводится на ленту сепаратора, которая движется над магнитным валком. Магнитные частицы притягиваются к магнитному валку, в то время как немагнитные или диамагнитные частицы протекают беспрепятственно по некоторой траектории прочь от валка. Брошюра Outokumpu Technology предполагает, что магнитный валковый сепаратор может использоваться во множестве применений для сухих частиц, включая исходные материалы для стекла и керамики (например, кремниевые пески, и тому подобное), тяжелые минеральные пески, исходные огнеупорные материалы, абразивы, наполнители, калийную соль, фосфатные руды и множество других материалов, включая металлы, минеральные руды и продукты. Эта брошюра не описывает использование троны. Брошюра описывает необязательное использование электростатической системы для предотвращения отложения пыли.
Хотя работа осуществляется при обогащении троны, имеется необходимость в улучшении производительности способов магнитной сепарации для получения эффективного обогащения троны без дополнительного использования электростатического осаждения и других технологий разделения.
Сущность изобретения
В одном из аспектов предусматривается способ обогащения троны. Подается входной поток, содержащий руду троны. Трону измельчают и сушат. Трону разделяют на первую фракцию и вторую фракцию, при этом частицы первой фракции имеют больший размер ячейки сита, чем частицы второй фракции. Размер ячейки сита может выбираться таким образом, что вторая фракция имеет уровень примесей ниже заданного значения. Предпочтительно размер ячейки выбирается от 30 меш. до 70 меш. Примеси удаляются из первой фракции с использованием, по меньшей мере, одного магнитного сепаратора, с образованием обогащенной троны. По меньшей мере, часть второй фракции объединяется с полученной посредством магнитной сепарации первой фракцией, с образованием обогащенного продукта троны. От высушенной троны необязательно может отделяться третья фракция, где третья фракция содержит частицы, имеющие размер ячейки сита, меньший, чем у второй фракции, и где третья фракция исключается из обогащенного продукта троны. Предпочтительно частицы третьей фракции имеют размер ячейки меньший, чем 100 меш., 140 меш. или 200 меш.
Необязательно магнитный сепаратор содержит множество ступеней. Каждая ступень предпочтительно содержит конвейерную систему, содержащую первый край, второй край и конвейерную ленту.
Необязательно каждая ступень также содержит магнитный валик, расположенный на втором краю конвейерной системы, и разделитель, расположенный рядом со вторым краем конвейерной системы, для отделения фракции магнитных примесей от троны, с созданием обогащенной фракции. По меньшей мере, одна конвейерная лента может быть деионизованной. Взвешенные в воздухе частицы пыли могут удаляться из области, окружающей, по меньшей мере, одну конвейерную систему.
Приведенные выше абзацы приводятся в качестве общего введения и не предназначены для ограничения рамок следующей далее формулы изобретения. Предпочтительные в настоящее время варианты осуществления, вместе с дополнительными преимуществами, будут лучше всего поняты посредством ссылок на следующее далее подробное описание. Нумерация добавлена, чтобы помочь при идентификации компонентов способа.
Подробное описание
Соотношение и функционирование различных элементов настоящего изобретения понимаются лучше с помощью следующего далее подробного описания. Однако варианты осуществления настоящего изобретения, как описано ниже, приводятся только в качестве примера.
Способ используется для обогащения руды троны посредством удаления магнитных примесей. Общий способ включает в себя способ механической сепарации для разделения руды троны по размерам и способ магнитной сепарации для удаления примесей. В одном из вариантов осуществления способ включает в себя источник троны 10, дробилку 20, первый сепаратор 30, сушилку 40, второй сепаратор 50, третий сепаратор 60 и магнитные сепараторы 100, 200, 300 и 400.
Источник 10 троны может представлять собой сырую трону из рудника или может представлять собой руду троны после первичной переработки. Поток 12 троны вводится в дробилку 20 и сепаратор 30. В одном из вариантов осуществления сепаратор представляет собой механическое ситовое устройство. В типичном сепараторе материал частиц механически просеивается при определенном размере ячейки сита, при этом часть, проходящая через сито, упоминается как имеющая размер, меньший, чем размер ячейки сита, а часть, не проходящая через сито, упоминается как имеющая размер, больший, чем размер ячейки сита. Таким образом, как здесь используется, фраза "меньший, чем данный размер ячейки" означает имеющий размер частиц, эквивалентный фракции, проходящей через механическое сито с данным размером ячейки, а "больший, чем данный размер ячейки" означает имеющий размер частиц, эквивалентный фракции, удерживаемой посредством механического сита с данным размером ячейки. В одном из вариантов осуществления сепаратор просеивает измельченную трону при 11 меш. Трона может просеиваться при других размерах ячейки сита, таких как размеры 10, 12, 14, 16 или 18 меш. Часть 32, имеющая размер, меньший, чем размер ячейки сита сепаратора 30, затем сушится.
В одном из вариантов осуществления часть 32 сушится в сушилке 40 с псевдоожиженным слоем, с газовым нагревом. Температура поступающего воздуха может быть большей, примерно, чем 500°F, предпочтительно, большей, примерно, чем 600°F. В одном из вариантов осуществления часть 32 сушится при температуре частиц троны меньшей, примерно, чем 110°F. Время пребывания троны в сушилке находится в пределах примерно от 1 мин и примерно до 5 мин, предпочтительно составляет примерно 3 мин. Сушка троны помогает предотвратить слипание ее частиц, также улучшается эффективность ступеней сепарации.
После сушки поток троны разделяется на ступени 50 на фракцию 54 с первым размером частиц и фракцию 52 со вторым размером частиц. Сепарация может осуществляться способом механического просеивания. Размер ячейки сита сепаратора 50 может выбираться как 100 меш., 140 меш. или 200 меш. Полученная фракция с первым размером частиц имеет размер частиц, больший, чем 100 меш., 140 меш. или 200 меш. соответственно. Фракция 54 троны, имеющая размер, больший, чем размер ячейки сита, представляет собой фракцию, которая обогащается. Фракция 52, имеющая размер, меньший, чем размер ячейки сита, может использоваться как другой продукт.
Стадия 40 сушки и стадия 50 сепарации могут объединяться в один способ. В этом варианте осуществления сушилка с псевдоожиженным слоем действует также и в качестве сепаратора частиц. Фракция 52 частиц с малыми размерами собирается из воздуха, покидающего сушилку с псевдоожиженным слоем. Скорость воздуха у сушилки с псевдоожиженным слоем может подбираться для регулирования размера частиц собранной фракции с данными размерами частиц. Когда скорость воздуха увеличивается, размер частиц фракции 52 также увеличивается. Размер частиц фракции 52 может быть меньше, чем номинальный размер ячейки 100 меш., 140 меш. или 200 меш.
В одном из вариантов осуществления фракция 54 с первым размером частиц подвергается второму способу 60 сепарации. Разделение может осуществляться посредством способа механического просеивания. Второй способ 60 сепарации удаляет фракцию частиц с малыми размерами частиц или мелкодисперсные частицы 64 из потока 54. Размер ячейки сепаратора может выбираться из размера 30, 40, 50 или 70 меш. Размер ячейки сепаратора может устанавливаться таким образом, чтобы мелкодисперсные частицы 64 имели заданный уровень чистоты сесквикарбоната натрия. Затем мелкодисперсные частицы 64 добавляют в поток 520 продукта. Фракция 62 с размером, большим, чем размер ячейки сита, становится исходными материалами 70 для магнитных сепараторов.
В зависимости от того, включает ли способ в себя второй способ 60 сепарации, входной поток 70 в магнитные сепараторы представляет собой либо фракцию 54 с первым размером частиц, либо фракцию 62 с большими размерами частиц из второго сепаратора 60.
В одном из вариантов осуществления входной поток 70 разделяется из одного на четыре потока 102, 202, 302 и 402 для введения в магнитные сепараторы 100, 200, 300 и 400. Количество потоков зависит от производительности индивидуальных магнитных сепараторов и желаемой производительности способа в целом. Каждый магнитный сепаратор предпочтительно представляет собой многоступенчатый способ сепарации на магнитных валках. Магнитные сепараторы, как правило, работают при нормальных условиях окружающей среды (атмосферное давление и температура в пределах между 40°F и 110°F). В одном из вариантов осуществления магнитные сепараторы работают в условиях окружающей среды, примерно 70°F.
Каждая ступень магнитного сепаратора подвергает руду троны воздействию таких условий, что материалы с различной магнитной восприимчивостью отделяются друг от друга, образуя обогащенную фракцию и фракцию примесей. Стадия магнитной сепарации осуществляется посредством способа магнитной сепарации с помощью редкоземельных магнитов. Относительно обогащения троны, типичные примеси, которые могут удаляться в течение стадии магнитной сепарации, включают в себя сланец, который имеет более высокую магнитную восприимчивость, чем трона.
Способ может включать от одной до четырех или более стадий магнитной сепарации. При использовании магнитного сепаратора 100, в качестве примера, первая ступень 110 удаляет фракцию магнитных примесей 114 из входного потока 102 троны. После первой ступени 110 обогащенная фракция 112 проходит на вторую ступень 120 магнитной сепарации для дальнейшего разделения. Фракция магнитных примесей 114 направляется в поток 150 отходов. Подобным же образом следующая ступень 120 разделяет фракцию 124 магнитных примесей и обогащенную фракцию 122. Обогащенная фракция 122 переходит на следующую ступень 130, а фракция 124 магнитных примесей направляется в поток 150 отходов. Следующая ступень 130 разделяет фракцию 134 магнитных примесей и обогащенную фракцию 132. Обогащенная фракция 132 переходит на следующую ступень 140, а фракция 134 магнитных примесей направляется в поток 150 отходов. Наконец, ступень 140 разделяет магнитные примеси 144 и конечную обогащенную фракцию 142. Конечная обогащенная фракция 142 переходит в поток 520 продукта, а фракция 144 магнитных примесей направляется в поток 150 отходов.
Каждая ступень магнитного сепаратора использует редкоземельный валковый магнит для отделения магнитного материала от немагнитного материала. В одном из вариантов осуществления разделение осуществляют с использованием высокоэффективного четырехступенчатого магнитного валкового сепаратора HS10-164:150, коммерчески доступного от Outokumpu Technology, Inc. of Colorado. В таком четырехступенчатом магнитном сепараторе 100 конвейерная система 80 используется на каждой ступени сепаратора для транспортировки потоков материала. Каждая конвейерная система содержит первый край, второй край и конвейерную ленту. В одном из вариантов осуществления скорость потока материала находится в пределах примерно от 2 примерно до 6 т/ч, предпочтительно, примерно 3,6 т/ч, и валки имеют ширину примерно 1,5 м. Являются возможными и другие скорости потока и ширины валков. Скорости потока и скорости валков могут регулироваться для контроля чистоты и выхода продукта. Лента может быть изготовлена из Kevlar, покрытого графитом, или полиэфирной ткани, покрытой полиуретаном. Конвейерная лента образует петлю вокруг магнитного валка на основе редкоземельных материалов и хвостового барабана.
Материал подается на конвейерную ленту. Когда исходный материал движется через магнитное поле, магнитные частицы притягиваются к магнитному валку. В зависимости от магнитной восприимчивости частицы, она либо 1) присоединяется к поверхности ленты, а затем удаляется, когда она выходит из магнитного поля; либо 2) прижимается к ленте и ее траектория отклоняется от траектории немагнитных частиц, когда они сбрасываются с вращающегося валка. Магнитный материал имеет большее сродство к магнитному валку, чем немагнитный материал. Таким образом, траектория немагнитного потока находится выше, чем у магнитного потока. Разделитель регулирует разделение магнитного и немагнитного потоков. Вертикальное и горизонтальное положение разделителя может устанавливаться таким образом, чтобы регулировать разделение, с целью получения желаемой чисты продукта при желаемых выходах. В одном из вариантов осуществления разделитель имеет режущую кромку.
В одном из вариантов осуществления первая ступень 110 удаляет случайный металл из входного потока троны. Случайный металл представляет собой нежелательную примесь и может также повредить конвейерные ленты на более поздних стадиях способа. Для этого применения магнитное поле магнитного валка слабее, а конвейерная лента тяжелее, чем в других трех узлах, для предотвращения износа конвейерной ленты.
Входной поток 70 может разделяться на потоки 102, 202, 302 и 402. В различных вариантах осуществления способ магнитной сепарации использует параллельные магнитные сепараторы 200, 300 и 400, в дополнение к сепаратору 100. Магнитные сепараторы 200, 300, 400 работают на таких же принципах, как сепаратор 100. Однако размеры и/или количества ступеней сепаратора 100, 200, 300 и 400 могут быть различными. Магнитные сепараторы 200, 300, 400 удаляют фракцию примесей, которые вводятся в потоки 250, 350 и 450 примеси. Потоки примеси 250, 350 и 450 объединяются с потоком 150, с образованием потока 500 отходов.
Поскольку качество входного потока 10 и входного потока 70 может изменяться со временем, воздействие магнитной сепарации на весь входной поток 70 может и не быть необходимым. Например, если чистота потока продукта 520 выше, чем необходимо, поток 510 троны обходит магнитные сепараторы и поступает непосредственно в поток 520 продукта. Это может сделать возможным перемещение в обход одного или нескольких из магнитных сепараторов 100, 200, 300 и 400, таким образом, уменьшая стоимость работы. Таким образом, в одном из вариантов осуществления поток 510 идет в обход магнитных сепараторов и объединяется с обогащенным потоком 520 продукта. В одном из вариантов осуществления качество потока 520 продукта может отслеживаться, а скорость потока для потока 510 регулироваться, с получением продукта с заданным массовым процентом сесквикарбоната натрия. Если чистота потока продукта 520 выше, чем необходимо, скорость потока для потока 510 увеличивается. Наоборот, если чистота потока продукта 520 начинает уменьшаться, скорость потока для потока 510 уменьшается. Эта система обратной связи может регулироваться вручную или автоматически.
Эффективность способа магнитной сепарации может зависеть от присутствия малых частиц. В частности, малые частицы могут прилипать к конвейерной ленте, понижая эффективность разделения. Малые частицы могут также создавать пыль, которая имеет тенденцию к попаданию в различные компоненты магнитного сепаратора. Фракция малых частиц может удаляться из входного потока перед магнитным сепаратором. Частицы меньших размеров имеют тенденцию представлять собой относительно чистую трону, так что они необязательно должны подвергаться магнитной сепарации. Кроме того, частицы меньших размеров, которые отделяются в потоках отбросов магнитных сепараторов, имеют тенденцию, представлять собой трону более высокой чистоты, так что является нежелательной их утилизация в качестве отбросов.
По меньшей мере, некоторые ленты сепараторов снабжаются деионизаторами. Деионизаторы нейтрализуют статический заряд на лентах для предотвращения прилипания частиц пыли к ленте. Деионизатор имеет ряд штырьков, отлепляющих то, что может вступать в контакт с конвейерной лентой. Штырьки высокого напряжения деионизатора нейтрализуют статический заряд на поверхностях частиц пыли, так что частицы не притягиваются к конвейерным лентам. В одном из вариантов осуществления для деионизации конвейерной ленты используется ионизирующий брусок от Haug North America Haug (model EI-VS 03.8020.000).
Частицы пыли могут удаляться из магнитного сепаратора посредством пылесборника. Пылесборник отсасывает воздух из магнитного сепаратора с удалением пыли из воздуха, окружающего конвейерные ленты. Пылесборники могут располагаться в корпусе магнитного сепаратора. Каждый магнитный сепаратор может иметь один или несколько пылесборников.
Как описано выше, разнообразные параметры способа могут регулироваться для получения обогащенного продукта троны с заданным уровнем чистоты сесквикарбоната натрия. Скорость введения в каждый сепаратор может регулироваться индивидуально. Поток 510 троны может использоваться для перемещения в обход магнитных сепараторов и поступления непосредственно в поток 520 продукта. Фракция 54 с первыми размерами частиц может подвергаться воздействию второго способа 60 сепарации для удаления фракции 64 частиц с малыми размерами частиц, которая затем добавляется к потоку 520 продукта. В дополнение к этому скорость валка и положение разделителя на каждой индивидуальной ступени способа магнитной сепарации также может регулироваться.
Экспериментальные примеры
Поток сырой измельченной троны просеивают либо при 11 меш., либо при 16 меш. Часть, имеющая размер частиц, меньший, чем размер ячейки сита, сушится в сушилке с псевдоожиженным слоем с газовым подогревом примерно при 110°F, где удаляются частицы с размером -200 меш. Затем высушенная трона вводится в магнитный сепаратор. Магнитный сепаратор представляет собой высокоэффективный трехступенчатый магнитный валковый сепаратор HS10-164:50, коммерчески доступный от Outokumpu Technology, Inc. Магнитные валки имеют 0,5 м ширину и 10 см в диаметре. Валки на каждой ступени магнитного сепаратора работают при скорости вращения 100 об/мин. Скорость введения равна 2,0 т в час, что равно 4,0 т в час на метр ширины магнита.
Опыты 1-4, показанные в Таблице 1, используют исходные материалы троны размером -11 меш. Деионизатор располагается рядом с хвостовым барабаном каждой конвейерной системы.
Опыты 5-7, показанные в Таблице 2, используют исходные материалы троны размером -16 меш. Деионизатор располагается рядом с хвостовым барабаном конвейерной системы первой ступени и рядом как с головным, так и с хвостовым барабаном в конвейерной системе второй ступени.
Таблица 1
% в виде сесквикарбоната натрия
Опыт
Исходные материалы
Продукт
Отбросы в целом
Отбросы 1-го валка
Отбросы 2-го валка
мас.% отбросов
1
90,0
95,6
80,0
55,4
90,1
30,3
2
90,0
93,2
74,5
50,4
82,5
27,5
3
88,0
94,9
85,0
41,6
73,4
32,9
4
86,2
92,1
74,0
31,5
83,4
28,3
Таблица 2
% в виде сесквикарбоната натрия
Опыт
Исходные материалы
Продукт
Отбросы в целом
Отбросы 1-го валка
Отбросы 2-го валка
мас.% отбросов
5
88,0
94,9
85,0
41,6
73,4
32,9
6
86,2
92,1
74,0
31,5
83,4
28,3
7
87,2
91,8
75,7
30,4
84,5
22,6
Таблицы 1 и 2 показывают анализ состава (как процент массовый сесквикарбоната натрия) исходных материалов троны, обогащенного продукта, отбросов в целом и отбросов первого и второго валков, а также отбросов, как процент массовых от исходных материалов. Процент массовый сесквикарбоната натрия измеряют с использованием анализа с помощью кислотного/основного титрования. Из Таблиц 1 и 2 можно увидеть, что магнитный сепаратор является эффективным при обогащении троны до более чем 90% сесквикарбоната натрия, с выходом в пределах 70%.
Таблица 3 показывает композицию исходных материалов, отбросов и продукта для опыта 4, выше, как процент массовый сесквикарбоната натрия. Таблица 4 показывает количество железа (как массовую долю) как функцию размера частиц фракции в исходных материалах, отбросах и продукте для опыта 4, выше. Можно увидеть, что фракция с размером частиц -40 меш. имеет более высокую чистоту и более низкое содержание железа, чем фракция с размерами частиц +40 меш., и что содержание железа имеет тенденцию к уменьшению при уменьшении размера частиц. Также отбросы с размером частиц -40 меш. представляют собой сесквикарбонат натрия относительно высокой чистоты, так что может быть нежелательным выбрасывать эти отбросы. Таким образом, как описано выше, может быть выгодным удаление частиц меньших размеров перед стадией магнитной сепарации и их повторное введение в продукт после стадии магнитной сепарации.
Таблица 3
% сесквикарбоната натрия
Исходные материалы
Отбросы
Продукт
Фракция
+12
-
-
-
-12 +16
83,93
21,55
93,15
-16 +20
87,97
41,42
92,30
-20 +30
87,49
62,59
95,63
-30 +40
88,39
78,81
96,00
-40 +50
90,37
85,46
96,24
-50 +70
92,26
90,17
96,83
-70 +100
94,41
93,60
95,52
-100 +140
97,28
96,53
97,23
-140 +200
99,30
98,04
-
-200
-
-
-
Таблица 4
Исходные материалы
Отбросы
Продукт
млн д. Fe
млн д. Fe
млн д. Fe
Фракция
+12
-
-
-
-12 +16
320,4
1644
237,2
-16 +20
469,7
1325
180,7
-20 +30
389,2
949,3
119,2
-30 +40
364,9
668,8
93,26
-40 +50
324,7
481,9
78,78
-50 +70
288,5
337,9
60,39
-70 +100
195,9
197,3
48,70
-100 +140
112,5
107,4
45,86
-140 +200
74,52
71,8
-
-200
-
-
-
Варианты осуществления, описанные выше и показанные здесь, являются иллюстративными и неограничивающими. Рамки настоящего изобретения указываются скорее формулой изобретения, чем приведенным выше описанием. Настоящее изобретение может воплощаться в других конкретных формах без отклонения от духа настоящего изобретения.