Energy efficient high solids loading agitation for the mineral industry

Abstract

This paper presents results of a study on minimising the specific power for off-bottom solids suspension in mixing tanks at a high solids concentration. It was found that major savings in the specific power required to suspend solids at high concentrations can be achieved by removal of baffles. This is particularly relevant to applications where chemical reaction rate is not affected by the mixing rate, such as that often occurs in the mineral industry. The specific power at the just off-bottom solids suspension condition was found to decrease with the tank diameter at a rate a lot faster than previously reported in the literature. It appears that a larger power number axial flow impeller is more energy efficient than a lower power one to suspend solids at a very high solids loading. A mineral processing full-scale tank is used as a benchmark in the study. Emphasis was placed on applications to the mineral industry, although results are also relevant to other industrial applications.Cet article présente les résultats d'uneétude sur la minimisation de la puissance massique pour une suspension de solides sans contact avec le fond de réservoirs de mélange contenant une solutionà forte concentration de solides. On a conclu que deséconomies majeures de puissance massique nécessaire pour mettre des solides en suspensionà de fortes concentrations pouvaientêtre faites en retirant les déflecteurs. Ceci est particulièrement pertinent pour les applications dans lesquelles la vitesse de réaction chimique n'est pas affectée par le taux du mélange, comme cela se produit suivant dans l'industrie minière. On a découvert que dans les conditions exactes de suspension totale des solides, la puissance massique diminuait avec le diamètre du réservoir, et ceà un taux beaucoup plus rapide que ceux rapportés dans la littérature. Il semble qu'un agitateuràécoulement axial de puissance supérieure est plus efficient au niveauénergétique qu'un agitateur moins puissant pour mettre en suspension des solidesà des concentrations trèsélevées. Un réservoir de traitement minéral de pleine taille est utilisé comme référence pour l'étude. L'emphase aété placée sur les applications de l'industrie minière, bien que les résultats soient aussi pertinents pour d'autres applications industrielles.

Suspension of ultrahigh concentration solids in an agitated vessel

“…It can be seen that the normalized solids‐bed height ( H B / H ) is zero at N js , and increases with a decrease in impeller speed. This method of using settled solids‐bed height for determining N js has been demonstrated by Wu et al2, 8, 9, 21 to be quite reliable for suspensions with high‐solids concentrations.…”

“…In this work, therefore, a method recommended by Wu et al2, 8–9 was used to determine N js . In this method, the bed height of the settled solids at the tank bottom was used as a means of determining N js .…”

“…They reported that ( C v ) max = 0.52 v/v in a baffled tank and the energy efficiency of radial flow impellers at very high‐solids concentration ( C v = 0.49 v/v) is greater than that of axial flow impellers in achieving just‐off‐bottom solids suspension. Recently, it was suggested by Wu et al2, 9 that the impeller power draw required for suspending high‐concentration slurry can be reduced significantly if the mixing vessels are operated without baffles. However, they did not compare the maximum “achievable” solids loading in baffled vessels to that in unbaffled vessels.…”

Optimum Solids Concentration in an Agitated Vessel

“…Kasat et al (2005) concluded that the choice of a proper impeller for solid suspension is the key in achieving economic success in the process. Wu et al (2010a) found that the removal of baffles can play an effective role in drastically reducing the power draw for suspending the particles off the tank bottom. They found that about a 70% energy saving can be achieved under high solids loading (>0.40) under unbaffled conditions.…”

Estudio del Comportamiento Fluido-Dinámico de un Agitador a Escala Reducida Mediante Simulación Numérica

“…Estas son descritas en tres categorías típicas: las de orden de magnitud del diámetro (o tamaño) de la máquina, fluctuaciones periódicas asociadas al paso de álabe y perturbaciones de pequeña escala, asociadas con las estructuras turbulentas del flujo. Para el diseño de tanques agitadores, se han establecido técnicas experimentales con el propósito de conocer parámetros de funcionamiento, el consumo de potencia, homogeneidad de fluidos, entre otros (Zwietering, 1958;Wu et al, 2006;Wu et al, 2010a;Wu et al, 2010b;Ibrahim, 2012). Además, a partir de ensayos experimentales se logra obtener correlaciones empíricas mediante la relación entre variables y parámetros de funcionamiento.…”