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Ottimizzazione dei processi

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Test di fusibilità delle ceneri del carbone

Il test di fusibilità delle ceneri è uno strumento fondamentale per ottimizzare l'utilizzo del carbone nella produzione di energia e nei processi metallurgici. Determinando le temperature di trasformazione caratteristiche delle ceneri di carbone (deformazione iniziale (IDT), Ammorbidimento (ST), Emisferica (HT) e Fluidità (FT), i laboratori possono prevedere il comportamento di formazione di scorie nei combustori e nei gassificatori, garantendo sicurezza operativa ed efficienza.

Le ceneri di carbone con composizioni minerali variabili presentano diversi comportamenti di fusione; ad esempio, un elevato contenuto di ferro o alcalini abbassa i punti di fusione. La misurazione affidabile di questi parametri consente agli operatori di selezionare miscele di carbone adeguate e di regolare le condizioni del forno per prevenire la formazione di scorie e fermi impianto non pianificati.

Il forno per la fusibilità delle ceneri Carbolite CAF G5 è progettato specificamente per questa applicazione. Le caratteristiche principali includono:

  • Riscaldamento fino a 1600 °C, con opzioni di atmosfera inerte o riducente per simularecondizioni reali di esercizio.
  • Telecamera e software integrati per l'acquisizione continua delle immagini e il riconoscimento automatico del punto finale, riducendo al minimo l'errore umano.
  • Conformità agli standard internazionali (ISO 540:2008, ASTM D1857/D1857M–18, DIN 51730) per risultati standardizzati e riproducibili.
  • Velocità di riscaldamento controllate (ad esempio 8 °C/min) per garantire un'osservazione accurata delle trasformazioni del cono di cenere.


Utilizzando il CAF G5, i laboratori minerari e di controllo qualità del carbone ottengono dati precisi e riproducibili sul comportamento delle ceneri. La registrazione automatica delle immagini non solo migliora la garanzia della qualità, ma aumenta anche la produttività. La sua flessibilità si estende oltre il carbone, consentendo prove di fusibilità delle ceneri anche su biomasse e combustibili derivati da rifiuti, rendendolo una soluzione versatile per l’ottimizzazione dei processi.

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Test di macinabilità nell'attività mineraria: determinazione del Bond Work Index

Misurazione accurata della durezza del minerale per una progettazione di circuiti più intelligente

Nel settore minerario e dei minerali, comprendere quanto sia difficile macinare un minerale è essenziale per progettare circuiti di frantumazione efficienti dal punto di vista energetico e conveniente. Il test Bond Work Index (BWI) è il metodo riconosciuto a livello mondiale per determinare l'energia necessaria per macinare un minerale fino a ottenere una specifica dimensione delle particelle. Che si stia progettando un nuovo impianto di lavorazione o ottimizzandone uno esistente, conoscere la macinabilità del materiale è un primo passo fondamentale. Retsch offre una soluzione efficiente e intuitiva per i Bond Work Index grazie al Mulino a Tamburo TM 300, che può essere utilizzato come Bond Index Tester. Questa macchina è adattata per soddisfare i requisiti specifici di questa procedura standardizzata.

Perché eseguire il Bond Work Index Testing?

Progettazione del circuito di comminuzione

Gli ingegneri utilizzano i valori dell’Indice di Lavoro di Bond per determinare le dimensioni e la potenza necessarie dei mulini a sfere o a barre. Un indice più elevato indica un minerale più duro che richiede maggiore energia per essere macinato - questo influisce direttamente sul numero e sulle dimensioni dei mulini necessari per la lavorazione.

Fattibilità e pianificazione dell'impianto

I dati dell’Indice di Bond sono un parametro standard negli studi di fattibilità. Consentono di stimare la potenza richiesta dai mulini in base alla portata del minerale e alla granulometria desiderata, rappresentando così un elemento chiave nella scelta dell’attrezzatura e nella valutazione dei consumi energetici.

Ottimizzazione delle prestazioni del mulino

Nel corso della vita di una miniera, le caratteristiche del minerale possono cambiare. Il monitoraggio del Bond Work Index nel tempo aiuta a ottimizzare le impostazioni del mulino, a regolare le strategie di miscelazione o a prevedere l'usura e la manutenzione delle apparecchiature.

Conformità e reportistica

Poiché il metodo Bond è ampiamente accettato da banche, società di ingegneria ed enti normativi, l'esecuzione accurata del test è essenziale per audit, convalide di progettazione e approvazioni di progetti.

Il vantaggio Retsch: Test efficienti e scalabili

Tradizionalmente, i test del Bond Work Index richiedevano molto tempo e impegno. Retsch semplifica questo processo offrendo:

  1. Mulini a sfere e a barre Bond Index dedicati, adattati alla procedura standardizzata.
  2. Il mulino a tamburo TM 300 è configurabile per i test Bond, garantendo un'elevata flessibilità negli ambienti di laboratorio.
  3. Potenziale integrazione con software per semplificare la gestione dei dati, come il conteggio automatico dei giri e strumenti di calcolo integrati per determinare l'indice di lavoro finale dopo ogni ciclo.
Questo livello di automazione e precisione riduce il carico di lavoro dell'operatore, aumenta la coerenza e migliora i tempi di elaborazione delle valutazioni di macinabilità, senza sacrificare la precisione richiesta dal metodo Bond.

 

Per i professionisti del settore minerario, i metallurgisti e gli ingegneri di processo, la determinazione del Bond Work Index è essenziale per il corretto dimensionamento delle apparecchiature, la stima dell'energia e l'ottimizzazione dei processi. Grazie alle apparecchiature specializzate per i test Bond di Retsch, è possibile ottenere dati affidabili in tempi più rapidi, con meno sforzo manuale e con la massima fiducia nei risultati. Che si tratti di progettare un nuovo impianto o di ottimizzare un circuito esistente, Retsch offre la soluzione di riferimento per i test di macinabilità.

Mulino a tamburo TM 300

Test di riducibilità del minerale di ferro

La riducibilità del minerale di ferro misura quanto facilmente un minerale di ferro può essere ridotto (cioè privato dell’ossigeno) a ferro metallico, in condizioni simili a quelle di un altoforno. Il test standard (ISO 4695:2015) prevede la reazione di pellet o sinter di minerale di ferro con un gas riducente ad alta temperatura e la misurazione della velocità e dell’entità della perdita di peso (man mano che l’ossigeno viene rimosso). Il risultato viene solitamente espresso come Indice di Riduzione (% di riduzione in un determinato tempo) o come velocità di riduzione.
I laboratori minerari e metallurgici eseguono questo test per valutare diverse fonti di minerale di ferro per le prestazioni degli altiforni: i minerali che si riducono facilmente richiedono meno combustibile e portano a una maggiore efficienza.
Questo test è fondamentale per la valutazione delle materie prime degli altiforni. Un minerale altamente riducibile contribuirà a ridurre il consumo di coke nell'altoforno e potenzialmente a una maggiore produttività.
Se un minerale ha scarsa riducibilità, potrebbe non essere completamente ridotto nella colonna dell’altoforno, portando a una minore metallizzazione, a un maggiore fabbisogno energetico nella zona del crogiolo, oppure potrebbe influire sulla permeabilità del forno (poiché la riduzione può causare espansione o disgregazione, con possibili problemi operativi).
Quando si sviluppano processi di arricchimento o si confrontano minerali in pezzi con pellet, la riducibilità è un parametro per la qualità. I produttori di pellet monitorano anche la riducibilità come controllo qualità, poiché gli additivi o le condizioni di cottura possono modificarla.
Il forno Carbolite IOR (Iron Ore Reducibility) è progettato appositamente per questo test, ospitando il cestello del campione e fornendo un ambiente di gas e un profilo di temperatura controllati. Include una bilancia integrata per registrare automaticamente le variazioni di peso, simile alla TGA ma su una scala più grande.

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Il forno IOR può essere attrezzato per eseguire test in parallelo o in sequenza tramite il controllo automatico del gas e della temperatura. Procedura di prova:

  • In genere, un campione di minerale di dimensioni adeguate (come pellet da 10 mm o pezzi sinterizzati) viene inserito in un forno tubolare di reazione.
  • Il forno viene riscaldato a circa 900°C (la norma ISO 4695 specifica 950°C) in un flusso di gas riducente (solitamente miscele di CO + N₂ o H₂/CO) per un periodo di tempo definito.
  • Il campione viene pesato a intermittenza o in modo continuo per determinare la quantità di ossigeno (massa) rimossa a intervalli.

Per saperne di più su questa applicazione

Eseguendo il test standard di riducibilità, i laboratori minerari possono fornire informazioni preziose agli utilizzatori finali (ad esempio, acciaierie). Un indice di riducibilità elevato è generalmente vantaggioso e può rappresentare un punto di forza nella commercializzazione di un minerale.
Tuttavia, una riduzione eccessivamente rapida può causare problematiche come la frammentazione del minerale, quindi è necessario considerare i risultati di più test per avere una visione completa. In ogni caso, la riducibilità rimane un parametro chiave, e le apparecchiature Carbolite garantiscono che la misurazione avvenga in condizioni standardizzate per una corretta comparazione.
I dati ottenuti da questi test sono fondamentali per la modellizzazione geometallurgica, permettendo di prevedere il comportamento del minerale in forno e di collegare le caratteristiche geologiche alle prestazioni industriali.

Monitoraggio delle dimensioni delle particelle nella lavorazione dei minerali (ottimizzazione e recupero della macinazione)

Nel settore minerario, il controllo preciso della granulometria è fondamentale per massimizzare il recupero dei minerali nei processi a valle, come la flottazione o la lisciviazione. Gli analizzatori di diffrazione laser forniscono un feedback in tempo reale sulla dimensione della macinazione (ad esempio, D80 o % che passa 75 µm), consentendo agli operatori di regolare tempestivamente i parametri del mulino. A differenza della setacciatura tradizionale, la diffrazione laser è più rapida, automatizzata e conforme agli standard ISO 13320, garantendo dati affidabili.

Questo metodo è ampiamente applicato nel controllo dei circuiti di macinazione, dove il mantenimento delle particelle entro un intervallo ottimale (in genere 10–100 µm per la flottazione dei solfuri di rame) migliora la liberazione e l’efficienza di flottazione. Se le particelle sono troppo grossolane (>150 µm), i minerali rimangono intrappolati nella ganga; se sono troppo fini (<5 µm), possono ridurre il recupero o aumentare il consumo di reagenti.

I casi di studio dimostrano che l'installazione di sistemi di analisi granulometrica online migliora la stabilità del processo e il recupero, spesso dell'1-2%. Anche la ricerca accademica conferma la correlazione tra la dimensione di macinazione, le curve di recupero e i modelli geometallurgici. Lo standard ASTM B822 assicura misurazioni affidabili.

Un altro esempio riguarda SYNC e la combinazione di diffrazione laser e analisi dinamica delle immagini, utilizzata per migliorare l’efficienza energetica e ridurre l’impronta di carbonio nei processi di arricchimento della magnetite e del minerale di ferro. L’obiettivo principale è ottimizzare la granulometria e il condizionamento magnetico per migliorare i processi a valle, come la flottazione. Analizzando la dimensione e la forma delle particelle dello stesso campione, il sistema evita errori di campionamento e garantisce dati accurati.<br/>

Maggiori dettagli su

Ottimizzazione dei processi di estrazione con diffrazione laser e analisi delle immagini

Nel settore minerario e geologico, la distribuzione granulometrica delle particelle influenza direttamente la precisione dell'esplorazione, l'efficienza della lavorazione e la conformità agli standard ambientali. Dalla perforazione alla flottazione e agli aggregati per l'edilizia, una caratterizzazione precisa è essenziale per ottimizzare il recupero, ridurre i costi e garantire la sostenibilità.

Microtrac SYNC combina in modo esclusivo la Diffrazione Laser (LD) e l'Analisi Dinamica delle Immagini (DIA) in un unico strumento, fornendo dati completi sia sulla dimensione che sulla forma delle particelle. Questo duplice approccio consente agli operatori di ottenere risultati rapidi, automatizzati e riproducibili lungo l'intera catena del valore minerario.

Vantaggi principali:

  • Esplorazione e caratterizzazione delle risorse: I dati sulla granulometria rivelano i pattern di mineralizzazione e guidano la pianificazione dei punti di perforazione.
  • Ottimizzazione dei processi e dei mulini: Il monitoraggio granulometrico in tempo reale riduce il consumo energetico e migliora il recupero metallurgico.
  • Controllo della flottazione e della lisciviazione: Garantisce una dimensione ottimale dell'alimentazione per massimizzare la resa e ridurre il consumo di reagenti.
  • Monitoraggio ambientale: Permette di tracciare residui, polveri ed effluenti per rispettare le normative più restrittive.
  • Materiali da costruzione: Fornisce un rapido controllo della gradazione degli aggregati, migliorandone la qualità e la durata.

Perché le soluzioni Verder sono importanti

  • Microtrac SYNC per l'analisi combinata di particelle LD + DIA.
  • STABINO ZETA per la stabilità della sospensione e il monitoraggio del potenziale zeta.
  • L'integrazione con gli strumenti di preparazione dei campioni Retsch garantisce campioni rappresentativi e privi di contaminazioni.
Grazie agli strumenti Verder, laboratori e impianti ottengono dati fruibili che migliorano direttamente l'efficienza dei processi, la sostenibilità e le prestazioni economiche.

 

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Fisisorbimento dell'azoto per l'analisi dell'area superficiale e della microporosità dei materiali geologici

L’adsorbimento di azoto a temperatura criogenica (77 K) rimane una tecnica fondamentale nelle geoscienze e nella ricerca sui materiali per la determinazione della superficie specifica e della microporosità di minerali, minerali grezzi e materiali derivati. Grazie alla serie Microtrac BELSORP, ricercatori e laboratori possono ottenere informazioni dettagliate sulla porosità su scala nanometrica e sulle caratteristiche superficiali: parametri essenziali per interpretare il comportamento dei minerali, la capacità di adsorbimento e l’efficienza nei processi.

Questo metodo è ampiamente applicato a vari materiali geologici come argille, zeoliti, carboni attivi, bauxiti, scisti e sinterizzazioni di minerali di ferro. È altrettanto rilevante in campi d'avanguardia come la geologia planetaria, dove la porosità minerale fornisce preziose indicazioni sulla formazione e sull’alterazione dei corpi extraterrestri.

Maggiori dettagli su BELSORP

Analisi dei micropori e dell'area superficiale mediante adsorbimento di azoto

Molti materiali geologici, tra cui carbone, scisto e zeoliti, contengono una frazione significativa di pori di dimensioni inferiori a 2 nanometri. L'azoto a 77 K può accedere alla maggior parte di questi micropori, mentre la CO₂ a 273 K viene spesso impiegata per esplorare gli ultramicropori (<1 nm) a causa delle limitazioni cinetiche dell'azoto. Tuttavia, l'analisi BET basata sull'azoto rimane un metodo affidabile per determinare l'area superficiale complessiva, catturando i contributi sia dalle superfici esterne che dai pori interni accessibili (mesopori e micropori selezionati).

Utilizzando gli analizzatori Microtrac BELSORP:

I campioni vengono prima degassati per rimuovere l'umidità e i contaminanti volatili.
L'azoto viene adsorbito a pressioni relative controllate (P/P₀) mentre lo strumento registra l'isoterma di adsorbimento a 77 K.

Software avanzati forniscono il calcolo dell'area superficiale BET, l'analisi di micropori/mesopori e il supporto per vari gas, tra cui argon (87 K) e anidride carbonica (273 K) per studi specializzati.

Metodi standard

I sistemi Microtrac supportano la valutazione dei dati secondo le linee guida internazionali, garantendo accuratezza, riproducibilità e comparabilità:

  • ISO 9277:2010/2022 - Definisce le misurazioni dell'area superficiale BET e i criteri di convalida (linearità, costante C, ecc.)
  • ISO 15901-2:2022 - Copre l'analisi dei mesopori e la distribuzione delle dimensioni dei pori tramite metodi come NLDFT
  • ASTM D3663 - Pratica standard per l'analisi dell'area superficiale BET dei catalizzatori, che mostra la rilevanza intersettoriale

Il fisisorbimento dell'azoto mediante analizzatori Microtrac fornisce informazioni fondamentali sull'area superficiale e sulla porosità, che non possono essere ottenute solo tramite la chimica di massa o la microscopia. Che si tratti di studiare la capacità di adsorbimento dei minerali, il grado del carbone o il materiale extraterrestre, l'analisi BET offre una visione standardizzata e precisa della struttura su scala nanometrica dei campioni geologici, supportata dalla qualità e dall'affidabilità della tecnologia Microtrac.

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Prove di microdurezza di minerali e rocce

Misurazione precisa della durezza minerale e di fase nelle geoscienze

La prova di durezza mediante microindentazione, che utilizza tecniche come Vickers o Knoop a bassi carichi, è un metodo efficace per valutare la durezza di singoli grani e fasi minerali in campioni geologici. Sebbene questa tecnica sia comunemente utilizzata in metallurgia, è altrettanto preziosa nelle geoscienze. I microdurometri QATM, originariamente sviluppati con il marchio Qness, offrono soluzioni di misurazione precise e affidabili che vanno oltre i metalli, fino a campioni di roccia lucidata, minerali, carbone e campioni planetari.

Caratterizzazione quantitativa della durezza minerale

 A differenza della tradizionale scala di Mohs, che è qualitativa, la prova di microdurezza fornisce valori numerici (ad esempio, il numero di durezza Vickers) per la durezza dei minerali. Ciò consente confronti più accurati, l'individuazione di sottili differenze tra minerali visivamente simili (ad esempio, calcite vs. aragonite) e persino approfondimenti sulla zonizzazione compositiva all'interno di un singolo cristallo (ad esempio, cambiamenti dal nucleo al bordo nel granato).

Frantumazione dei minerali e geometallurgia

La durezza delle singole fasi minerali influenza notevolmente la rottura del minerale e il comportamento di macinazione. I minerali più duri possono resistere alla frammentazione, rimanendo sotto forma di particelle grossolane e potenzialmente intrappolando fasi più morbide o preziose. I dati sulla microdurezza supportano gli studi sulla liberazione dei minerali e aiutano a ottimizzare i modelli di comminuzione, contribuendo direttamente all'efficienza del processo.

Meccanica del carbone e dello scisto

I test di microdurezza vengono sempre più applicati al carbone e allo scisto per valutarne le proprietà meccaniche in relazione ai giacimenti di gas non convenzionali. Le misurazioni forniscono informazioni sulla fragilità, sulla resistenza e sul comportamento della fratturazione, supportando il recupero del metano e lo sviluppo del gas di scisto.

Materiali planetari ed extraterrestri

Comprendere la microdurezza dei minerali presenti nei meteoriti e nei campioni lunari aiuta a valutarne la resistenza all'abrasione, la risposta agli impatti e la suscettibilità all'erosione spaziale. Questi studi forniscono informazioni preziose per l'esplorazione planetaria e l'interpretazione del comportamento della materia extraterrestre.

Perché i nostri strumenti?

  • Indentazione ad alta precisione su scala micron
  • Misurazioni e immagini automatizzate per flussi di lavoro efficienti
  • Compatibilità con campioni geologici lucidati
  • Valori di durezza assoluta in MPa o kgf/mm2, che consentono confronti dettagliati dei materiali
Anche le distinzioni più sottili, come i diversi valori di durezza nei polimorfi o nelle diverse zone compositive, possono essere rilevate con gli strumenti QATM, supportando sia la ricerca che le applicazioni industriali.

Contatta i nostri espertiUlteriori informazioni sulle prove di microdurezza

Porosimetria al mercurio per la porosità delle rocce e la distribuzione delle dimensioni dei pori

La porosimetria a intrusione di mercurio (MIP) viene utilizzata per caratterizzare il volume dei pori e la distribuzione delle dimensioni dei pori di rocce, minerali e altri materiali solidi forzando il mercurio nei pori sotto pressione.

La porosità è una proprietà fondamentale: rappresenta la capacità di accumulo dei fluidi nelle rocce e determina il modo in cui i fluidi si muovono (la permeabilità è correlata alle dimensioni delle gole dei pori). Mentre la porosità complessiva può essere misurata con mezzi più semplici (come la saturazione o la picnometria all'elio), la tecnologia MIP fornisce in modo esclusivo una distribuzione delle dimensioni dei pori (PSD) su un'ampia gamma. Ciò è prezioso per la valutazione della qualità del bacino idrico. Data la porosità, un campione con pori prevalentemente grandi avrà generalmente una permeabilità maggiore rispetto a uno in cui la porosità è nei micropori. L'intrusione di mercurio fornisce un'idea delle dimensioni effettive delle gole dei pori che controllano il flusso. Tipologia della roccia: Due arenarie potrebbero avere entrambe il 20% di porosità, ma se una ha pori da 10 µm e l'altra da 0,1 µm, il loro comportamento è diverso. La MIP è in grado di distinguere tali casi, aiutando i geologi a classificare i tipi di roccia serbatoio.

 

Nell'attività mineraria e nella lavorazione dei minerali, la conoscenza delle dimensioni dei pori può influenzare il modo in cui si macina o si lavora un minerale. Ad esempio, se il minerale prezioso di un minerale è contenuto in una matrice con pori molto piccoli, la soluzione di lisciviazione potrebbe non penetrare bene: sarebbe necessario frantumare più finemente o pretrattare. La porosimetria a intrusione di mercurio MIP può quantificare le dimensioni di ingresso dei pori per orientare tali decisioni.

In sintesi, la MIP fornisce a geologi e ingegneri minerari una finestra sull'architettura dei pori di rocce e materiali, quantificando la porosità totale connessa e la distribuzione dimensionale di tali connessioni da pochi nanometri fino ai vuoti visibili. Queste informazioni sono essenziali per prevedere il modo in cui i fluidi interagiscono con il materiale, che si tratti di petrolio che migra attraverso un'arenaria, di una soluzione di lisciviazione acida che percola attraverso un minerale frantumato o semplicemente di acqua che penetra in una pietra da costruzione e ne provoca l'erosione.

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Forni pilota per prove su carbone e coke

I forni pilota sono strumenti essenziali per simulare la lavorazione del carbone e del coke in condizioni di laboratorio controllate. Consentono ai laboratori minerari e metallurgici di replicare i processi di cokeria industriale su scala ridotta, fornendo dati preziosi per l'ottimizzazione dei processi e la valutazione delle miscele di carbone.

Rilevanza Applicativa

 

  • Valutazione della miscela di carbone: Testare la produzione di coke su piccola scala per prevedere le prestazioni industriali.
  • Ottimizzazione del processo: Studiare il comportamento della carbonizzazione per migliorare l'efficienza nelle operazioni di produzione dell'acciaio.
  • Garanzia di qualità: Valutare la resistenza del coke, la reattività e l'idoneità per gli altiforni prima dell'uso su larga scala.
  • Ricerca e sviluppo: Supportare lo sviluppo di nuovi processi di forni a coke e combustibili alternativi.

 

Carbolite

I forni pilota Carbolite garantiscono un controllo preciso sui profili di riscaldamento, sulle atmosfere e sulle dimensioni dei lotti. Ciò consente ai laboratori minerari e siderurgici di simulare in modo affidabile le condizioni industriali, ridurre i rischi e garantire che le materie prime soddisfino i rigorosi requisiti dei processi metallurgici.

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