Hidrociclons

Descripció

Hidrociclonstenen forma conocilíndrica, amb una entrada d'alimentació tangencial a la secció cilíndrica i una sortida a cada eix. La sortida de la secció cilíndrica s'anomena cercador de vòrtex i s'estén al cicló per reduir el flux de curtcircuit directament des de l'entrada. A l'extrem cònic hi ha la segona sortida, l'espiga. Per a la separació de mides, ambdues sortides estan generalment obertes a l'atmosfera. Els hidrociclons s'accionen generalment verticalment amb l'espina a l'extrem inferior, per tant, el producte gruixut s'anomena subflow i el producte fi, deixant el cercador de vòrtex, el desbordament. La figura 1 mostra esquemàticament el flux principal i les característiques de disseny d'un típichidrocicló: els dos vòrtex, l'entrada d'alimentació tangencial i les sortides axials. Excepte la regió immediata de l'entrada tangencial, el moviment del fluid dins del cicló té simetria radial. Si una o les dues sortides estan obertes a l'atmosfera, una zona de baixa pressió provoca un nucli de gas al llarg de l'eix vertical, dins del vòrtex interior.

El principi de funcionament és senzill: el fluid, transportant les partícules en suspensió, entra tangencialment al cicló, gira en espiral cap avall i produeix un camp centrífug en flux de vòrtex lliure. Les partícules més grans es mouen a través del fluid cap a l'exterior del cicló en un moviment en espiral i surten per l'espiga amb una fracció del líquid. A causa de l'àrea limitadora de l'espiga, s'estableix un vòrtex interior, que gira en la mateixa direcció que el vòrtex exterior però flueix cap amunt, i deixa el cicló a través del cercador de vòrtex, portant la majoria del líquid i partícules més fines amb ell. Si es supera la capacitat de l'espina, el nucli d'aire es tanca i la descàrrega de l'agulla canvia d'un esprai en forma de paraigua a una "corda" i una pèrdua de material gruixut al desbordament.

El diàmetre de la secció cilíndrica és la principal variable que afecta la mida de la partícula que es pot separar, encara que els diàmetres de sortida es poden canviar de manera independent per alterar la separació aconseguida. Mentre que els primers treballadors van experimentar amb ciclons tan petits com 5 mm de diàmetre, els diàmetres dels hidrociclons comercials oscil·len actualment entre 10 mm i 2,5 m, amb mides de separació per a partícules de densitat de 2700 kg m−3 d'1,5 a 300 μm, que disminueixen amb l'augment de la densitat de partícules. La caiguda de pressió de funcionament oscil·la entre els 10 bar per a diàmetres petits i 0,5 bar per a les unitats grans. Per augmentar la capacitat, múltiples petitshidrociclonses pot distribuir des d'una única línia d'alimentació.

Tot i que el principi de funcionament és senzill, molts aspectes del seu funcionament encara són poc coneguts, i la selecció i predicció d'hidrociclons per al funcionament industrial són en gran part empíriques.

Classificació

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., a Wills' Mineral Processing Technology (vuitena edició), 2016

9.4.3 Hidrociclons versus pantalles

Els hidrociclons han arribat a dominar la classificació quan es tracta de mides de partícules fines en circuits de mòlta tancats (<200 µm). No obstant això, els avenços recents en tecnologia de pantalla (Capítol 8) han renovat l'interès per utilitzar pantalles en circuits de rectificat. Les pantalles se separen en funció de la mida i no estan directament influenciades per la densitat distribuïda en els minerals d'alimentació. Això pot ser un avantatge. Les pantalles tampoc tenen una fracció de bypass i, tal com ha mostrat l'exemple 9.2, el bypass pot ser bastant gran (més del 30% en aquest cas). La figura 9.8 mostra un exemple de la diferència de corba de partició per a ciclons i pantalles. Les dades són del concentrador El Brocal al Perú amb avaluacions abans i després de substituir els hidrociclons per un Derrick Stack Sizer® (vegeu el capítol 8) al circuit de mòlta (Dündar et al., 2014). D'acord amb l'expectativa, en comparació amb el cicló, la pantalla tenia una separació més nítida (la pendent de la corba és més alta) i poc bypass. Es va informar d'un augment de la capacitat del circuit de mòlta a causa de les taxes de trencament més altes després d'implementar la pantalla. Això es va atribuir a l'eliminació del bypass, reduint la quantitat de material fi enviat de nou als molins de mòlta, que tendeix a amortir els impactes partícules-partícules.

El canvi no és, però, d'una manera: un exemple recent és un canvi de pantalla a cicló, per aprofitar la reducció de mida addicional dels minerals de pagament més densos (Sasseville, 2015).

Procés i disseny metal·lúrgic

Eoin H. Macdonald, a Handbook of Gold Exploration and Evaluation, 2007

Hidrociclons

Els hidrociclons són unitats preferides per dimensionar o deslimar grans volums de purins de manera econòmica i perquè ocupen molt poc espai o espai al capdavant. Funcionen de manera més eficaç quan s'alimenten a un cabal i una densitat de polpa uniformes i s'utilitzen individualment o en grups per obtenir les capacitats totals desitjades a les divisions requerides. Les capacitats de dimensionament es basen en les forces centrífugues generades per altes velocitats de flux tangencial a través de la unitat. El vòrtex primari format pel purí entrant actua en espiral cap avall al voltant de la paret del con interior. Els sòlids són llançats cap a l'exterior per la força centrífuga de manera que a mesura que la polpa es mou cap avall augmenta la seva densitat. Les components verticals de la velocitat actuen cap avall prop de les parets del con i cap amunt prop de l'eix. La fracció de llim separada centrífugament menys densa es força cap amunt a través del cercador de vòrtex per passar per l'obertura a l'extrem superior del con. Una zona o embolcall intermedi entre els dos fluxos té una velocitat vertical zero i separa els sòlids més gruixuts que es mouen cap avall dels sòlids més fins que es mouen cap amunt. La major part del flux passa cap amunt dins del vòrtex interior més petit i les forces centrífugues més altes llancen cap a l'exterior la part més gran de les partícules més fines, proporcionant així una separació més eficient en les mides més fines. Aquestes partícules tornen al vòrtex exterior i informen una vegada més a l'alimentació de la plantilla.

La geometria i les condicions de funcionament dins del patró de flux espiral d'un típichidrociclóes descriuen a la figura 8.13. Les variables operatives són la densitat de la pasta, el cabal d'alimentació, les característiques dels sòlids, la pressió d'entrada d'alimentació i la caiguda de pressió a través del cicló. Les variables del cicló són l'àrea de l'entrada d'alimentació, el diàmetre i la longitud del cercador de vòrtex i el diàmetre de descàrrega de l'espiga. El valor del coeficient d'arrossegament també es veu afectat per la forma; com més varia una partícula de l'esfericitat, més petit és el seu factor de forma i més gran és la seva resistència a la sedimentació. La zona d'estrès crítica pot estendre's a algunes partícules d'or de fins a 200 mm de mida i, per tant, un seguiment acurat del procés de classificació és essencial per reduir el reciclatge excessiu i l'acumulació resultant de llims. Històricament, quan es donava poca atenció a la recuperació del 150μm grans d'or, el traspàs d'or a les fraccions de llim sembla haver estat en gran part responsable de les pèrdues d'or que es van registrar fins a un 40-60% en moltes operacions de col·locació d'or.

La figura 8.14 (Gràfic de selecció de Warman) és una selecció preliminar de ciclons per a la separació a diferents mides D50 de 9 a 18 micres fins a 33 a 76 micres. Aquest gràfic, com amb altres gràfics d'aquest tipus de rendiment del cicló, es basa en una alimentació acuradament controlada d'un tipus específic. Assumeix un contingut de sòlids de 2.700 kg/m3 en aigua com a primera guia de selecció. Els ciclons de diàmetre més gran s'utilitzen per produir separacions gruixudes, però requereixen grans volums d'alimentació per al funcionament adequat. Les separacions fines amb volums d'alimentació elevats requereixen grups de ciclons de petit diàmetre que funcionin en paral·lel. Els paràmetres de disseny finals per a la mida tancada s'han de determinar experimentalment, i és important seleccionar un cicló al voltant de la meitat del rang perquè es puguin fer els petits ajustos que es puguin requerir a l'inici de les operacions.

Es diu que el cicló CBC (llit circulant) classifica els materials d'alimentació d'or al·luvials de fins a 5 mm de diàmetre i obté una alimentació constantment alta del flux inferior. La separació té lloc aproximadamentD50/150 micres a base de sílice de densitat 2,65. Es diu que el desbordament del cicló CBC és especialment susceptible a la separació de la plantilla a causa de la seva corba de distribució de mida relativament suau i l'eliminació gairebé completa de les partícules de residus fines. No obstant això, tot i que s'afirma que aquest sistema produeix un concentrat primari d'alt grau de minerals pesants equivalents en una passada a partir d'un rang de mida relativament llarg (per exemple, sorres minerals), no hi ha dades de rendiment disponibles per al material d'alimentació al·luvial que conté or fi i escamoss. . La taula 8.5 ofereix les dades tècniques de l'AKWhidrociclonsper a punts de tall entre 30 i 100 micres.

Taula 8.5. Dades tècniques dels hidrociclons AKW

Tipus (KRS)	Diàmetre (mm)	Caiguda de pressió	Capacitat		Punt de tall (micres)
Tipus (KRS)	Diàmetre (mm)	Caiguda de pressió	Purín (m3/h)	Sòlids (t/h màx).	Punt de tall (micres)
2118	100	1–2,5	9.27	5	30-50
2515	125	1–2,5	11–30	6	25–45
4118	200	0,7–2,0	18-60	15	40-60
(RWN)6118	300	0,5–1,5	40–140	40	50-100

Evolució de les tecnologies de trituració i classificació del mineral de ferro

A. Jankovic, a Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Separadors d'hidrociclons

L'hidrocicló, també conegut com a cicló, és un dispositiu de classificació que utilitza la força centrífuga per accelerar la velocitat de sedimentació de les partícules de purins i separar les partícules segons la mida, la forma i la gravetat específica. S'utilitza àmpliament a la indústria mineral, amb el seu ús principal en el processament de minerals com a classificador, que ha demostrat ser extremadament eficient en mides de separació fines. S'utilitza àmpliament en operacions de mòlta en circuit tancat, però ha trobat molts altres usos, com ara el desmullat, el desgranat i l'espessiment.

Un hidrocicló típic (figura 8.12a) consisteix en un recipient de forma cònica, obert al seu vèrtex, o desbordament inferior, unit a una secció cilíndrica, que té una entrada d'alimentació tangencial. La part superior de la secció cilíndrica es tanca amb una placa per la qual passa un tub de desbordament muntat axialment. La canonada s'estén al cos del cicló per una secció curta i extraïble coneguda com a cercador de vòrtex, que evita el curtcircuit de l'alimentació directament al desbordament. L'alimentació s'introdueix sota pressió a través de l'entrada tangencial, que imparteix un moviment remolí a la polpa. Això genera un vòrtex al cicló, amb una zona de baixa pressió al llarg de l'eix vertical, tal com es mostra a la figura 8.12b. Al llarg de l'eix es desenvolupa un nucli d'aire, normalment connectat a l'atmosfera a través de l'obertura de l'àpex, però en part creat per l'aire dissolt que surt de la solució a la zona de baixa pressió. La força centrífuga accelera la velocitat de sedimentació de les partícules, separant així les partícules segons la mida, la forma i la gravetat específica. Les partícules de sedimentació més ràpida es mouen a la paret del cicló, on la velocitat és més baixa, i migren cap a l'obertura de l'àpex (subflow). A causa de l'acció de la força d'arrossegament, les partícules de sedimentació més lenta es mouen cap a la zona de baixa pressió al llarg de l'eix i es transporten cap amunt a través del cercador de vòrtex fins al desbordament.

Els hidrociclons s'utilitzen gairebé universalment en circuits de mòlta per la seva gran capacitat i eficiència relativa. També es poden classificar en un rang molt ampli de mides de partícules (normalment de 5 a 500 μm), s'utilitzen unitats de diàmetre més petit per a una classificació més fina. Tanmateix, l'aplicació de cicló en circuits de mòlta de magnetita pot provocar un funcionament ineficient a causa de la diferència de densitat entre la magnetita i els minerals de rebuig (sílice). La magnetita té una densitat específica d'uns 5,15, mentre que la sílice té una densitat específica d'uns 2,7. Enhidrociclons, els minerals densos se separen amb una mida de tall més fina que els minerals més lleugers. Per tant, la magnetita alliberada s'està concentrant al desbordament inferior del cicló, amb la consegüent trituració excessiva de la magnetita. Napier-Munn et al. (2005) van assenyalar que la relació entre la mida de tall corregida (d50c) i la densitat de partícules segueix una expressió de la forma següent en funció de les condicions de flux i altres factors:

d50c∝ρs−ρl−n

onρs és la densitat dels sòlids,ρl és la densitat del líquid, inestà entre 0,5 i 1,0. Això significa que l'efecte de la densitat mineral sobre el rendiment del cicló pot ser força significatiu. Per exemple, si eld50c de la magnetita és de 25 μm, llavors eld50c de partícules de sílice seran de 40 a 65 μm. La figura 8.13 mostra les corbes d'eficiència de classificació de cicló per a magnetita (Fe3O4) i sílice (SiO2) obtingudes a partir de l'enquesta d'un circuit de mòlta de magnetita de molí de boles industrial. La separació de mida per a la sílice és molt més gruixuda, amb ad50c per a Fe3O4 de 29 μm, mentre que per a SiO2 és de 68 μm. A causa d'aquest fenomen, els molins de magnetita en circuits tancats amb hidrociclons són menys eficients i tenen menor capacitat en comparació amb altres circuits de mòlta de metalls bàsics.

Tecnologia de processos d'alta pressió: fonaments i aplicacions

MJ Cocero PhD, en Biblioteca de Química Industrial, 2001

Dispositius de separació de sòlids

•

Hidrocicló

Aquest és un dels tipus més senzills de separadors de sòlids. És un dispositiu de separació d'alta eficiència i es pot utilitzar per eliminar sòlids amb eficàcia a altes temperatures i pressions. És econòmic perquè no té peces mòbils i requereix poc manteniment.

L'eficiència de separació dels sòlids és una funció forta de la mida de les partícules i la temperatura. Les eficiències de separació brutes properes al 80% es poden aconseguir per a sílice i temperatures superiors als 300 °C, mentre que en el mateix rang de temperatura, les eficiències de separació brutes per a partícules de zircó més denses són superiors al 99% [29].

El principal inconvenient del funcionament dels hidrociclons és la tendència d'algunes sals a adherir-se a les parets del cicló.

•

Microfiltració creuada

Els filtres de flux creuat es comporten d'una manera similar a la que s'observa normalment en la filtració de flux creuat en condicions ambientals: l'augment de les velocitats de cisalla i la reducció de la viscositat del fluid produeixen un augment del nombre de filtrats. La microfiltració creuada s'ha aplicat a la separació de sals precipitades com a sòlids, donant una eficàcia de separació de partícules que normalment superen el 99,9%. Goemanset al.[30] van estudiar la separació del nitrat de sodi de l'aigua supercrítica. En les condicions de l'estudi, el nitrat de sodi estava present com a sal fosa i era capaç de creuar el filtre. Es van obtenir eficiències de separació que variaven amb la temperatura, ja que la solubilitat disminueix a mesura que augmenta la temperatura, oscil·lant entre el 40% i el 85%, per a 400 °C i 470 °C, respectivament. Aquests treballadors van explicar el mecanisme de separació com a conseqüència d'una permeabilitat diferent del medi filtrant cap a la solució supercrítica, a diferència de la sal fosa, en funció de les seves viscositats clarament diferents. Per tant, seria possible no només filtrar les sals precipitades només com a sòlids, sinó també filtrar aquelles sals de baix punt de fusió que es troben en estat fos.

Els problemes de funcionament es van deure principalment a la corrosió del filtre per les sals.

Paper: Reciclatge i Materials Reciclats

MR Doshi, JM Dyer, al mòdul de referència en ciència dels materials i enginyeria de materials, 2016

3.3 Neteja

Netejadors ohidrociclonseliminar els contaminants de la polpa en funció de la diferència de densitat entre el contaminant i l'aigua. Aquests dispositius consisteixen en un recipient de pressió cònic o cilíndric-cònic al qual s'introdueix la polpa tangencialment a l'extrem de gran diàmetre (figura 6). Durant el pas pel netejador, la polpa desenvolupa un patró de flux de vòrtex, similar al d'un cicló. El flux gira al voltant de l'eix central a mesura que s'allunya de l'entrada i cap a l'àpex, o obertura inferior, al llarg de l'interior de la paret del netejador. La velocitat de rotació del flux s'accelera a mesura que disminueix el diàmetre del con. Prop de l'extrem de l'àpex, l'obertura de petit diàmetre impedeix la descàrrega de la major part del flux que, en canvi, gira en un vòrtex interior al nucli del netejador. El flux al nucli intern flueix des de l'obertura de l'àpex fins que es descarrega a través del cercador de vòrtex, situat a l'extrem de gran diàmetre al centre del netejador. El material de major densitat, havent estat concentrat a la paret del netejador a causa de la força centrífuga, es descarrega a l'àpex del con (Bliss, 1994, 1997).

Els netejadors es classifiquen en densitat alta, mitjana o baixa segons la densitat i la mida dels contaminants que s'eliminen. S'utilitza un netejador d'alta densitat, amb un diàmetre que oscil·la entre els 15 i els 50 cm (6-20 polzades) per eliminar el metall, els clips de paper i les grapes i se sol col·locar immediatament després de la despulpadora. A mesura que el diàmetre del netejador disminueix, augmenta la seva eficiència en l'eliminació de contaminants de mida petita. Per raons pràctiques i econòmiques, el cicló de 75 mm (3 polzades) de diàmetre és generalment el netejador més petit utilitzat a la indústria paperera.

Els netejadors inversos i els netejadors de flux total estan dissenyats per eliminar contaminants de baixa densitat com ara cera, poliestirè i adhesius. Els netejadors inversos s'anomenen així perquè el flux d'acceptacions es recull a l'àpex del netejador mentre que els rebutjos surten al desbordament. En el netejador de flux, accepta i rebutja la sortida al mateix extrem del netejador, amb acceptacions prop de la paret del netejador separats dels rebutjos per un tub central prop del nucli del netejador, tal com es mostra a la figura 7.

Les centrífugues contínues utilitzades a les dècades de 1920 i 1930 per eliminar la sorra de la pasta es van deixar de fabricar després del desenvolupament dels hidrociclons. El Gyroclean, desenvolupat al Centre Technique du Papier, Grenoble, França, consta d'un cilindre que gira a 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). La combinació d'un temps de residència relativament llarg i una força centrífuga elevada permet als contaminants de baixa densitat temps suficient per migrar al nucli del netejador on són rebutjats a través de la descàrrega del vòrtex central.

MT Thew, a Encyclopedia of Separation Science, 2000

Sinopsi

Encara que el sòlid-líquidhidrociclós'ha establert durant la major part del segle XX, un rendiment satisfactori de la separació líquid-líquid no va arribar fins a la dècada de 1980. La indústria petroliera offshore necessitava equips compactes, robusts i fiables per eliminar el petroli contaminant finament dividit de l'aigua. Aquesta necessitat es va satisfer amb un tipus d'hidrocicló significativament diferent, que, per descomptat, no tenia peces mòbils.

Després d'explicar aquesta necessitat més a fons i comparar-la amb la separació ciclònica sòlid-líquid en el processament de minerals, es donen els avantatges que conferia l'hidrocicló sobre els tipus d'equips instal·lats anteriorment per complir amb el deure.

Els criteris d'avaluació del rendiment de la separació s'enumeren abans de discutir el rendiment pel que fa a la constitució de l'alimentació, el control de l'operador i l'energia requerida, és a dir, el producte de la caiguda de pressió i el cabal.

L'entorn per a la producció de petroli estableix algunes limitacions per als materials i això inclou el problema de l'erosió de les partícules. S'esmenten els materials típics utilitzats. Es descriuen les dades de costos relatius per als tipus de plantes de separació d'oli, tant capitals com recurrents, tot i que les fonts són escasses. Finalment, es descriuen algunes indicacions per a un desenvolupament posterior, ja que la indústria petroliera busca equips instal·lats al fons marí o fins i tot al fons del pou.

Mostreig, control i equilibri de masses

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., a Wills' Mineral Processing Technology (vuitena edició), 2016

3.7.1 Ús de la mida de partícules

Moltes unitats, com arahidrociclonsi separadors de gravetat, produeixen un grau de separació de mida i les dades de mida de partícules es poden utilitzar per a l'equilibri de massa (Exemple 3.15).

L'exemple 3.15 és un exemple de minimització del desequilibri de nodes; proporciona, per exemple, el valor inicial per a la minimització generalitzada dels mínims quadrats. Aquest enfocament gràfic es pot utilitzar sempre que hi hagi "excés" de dades de components; a l'exemple 3.9 es podria haver utilitzat.

L'exemple 3.15 utilitza el cicló com a node. Un segon node és el dipòsit: aquest és un exemple de 2 entrades (alimentació fresca i descàrrega del molí de boles) i una sortida (alimentació del cicló). Això dóna un altre balanç de massa (exemple 3.16).

Al capítol 9 tornem a aquest exemple de circuit de mòlta utilitzant dades ajustades per determinar la corba de partició del cicló.

Hora de publicació: 07-Maig-2019