Idrocicloni

IdrocicloniSò di forma cono-cilindrica, cù un'entrata tangenziale di alimentazione in a sezione cilindrica è una uscita à ogni asse. L'uscita à a sezione cilindrica hè chjamata cercatore di vortici è si estende in u ciclone per riduce u flussu di cortocircuitu direttamente da l'entrata. À l'estremità conica si trova a seconda uscita, u rubinettu. Per a separazione di e dimensioni, entrambe l'uscite sò generalmente aperte à l'atmosfera. L'idrocicloni sò generalmente operati verticalmente cù u rubinettu à l'estremità inferiore, dunque u pruduttu grossu hè chjamatu sottuflussu è u pruduttu finu, lascendu u cercatore di vortici, u sfogu. A Figura 1 mostra schematicamente e principali caratteristiche di flussu è di cuncepimentu di un tipicuidrociclone: i dui vortici, l'entrata tangenziale di l'alimentazione è l'uscite assiali. Eccettu per a regione immediata di l'entrata tangenziale, u muvimentu di u fluidu in u ciclone hà una simmetria radiale. Sè una o entrambe l'uscite sò aperte à l'atmosfera, una zona di bassa pressione provoca un core di gas longu l'asse verticale, in u vortice internu.

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Figura 1. Caratteristiche principali di l'idrociclone.

L'idrocicloni sò ghjunti à duminà a classificazione quandu si tratta di dimensioni di particelle fini in circuiti di macinazione chjusi (<200 µm). Tuttavia, i sviluppi recenti in a tecnulugia di i schermi (Capitu 8) anu rinnuvatu l'interessu per l'usu di schermi in i circuiti di macinazione. I schermi si separanu in basa à a dimensione è ùn sò micca direttamente influenzati da a diffusione di densità in i minerali di alimentazione. Questu pò esse un vantaghju. I schermi ùn anu ancu una frazione di bypass, è cum'è l'esempiu 9.2 hà dimustratu, u bypass pò esse abbastanza grande (più di 30% in questu casu). A figura 9.8 mostra un esempiu di a differenza in a curva di partizione per i cicloni è i schermi. I dati sò da u concentratore El Brocal in Perù cù valutazioni prima è dopu chì l'idrocicloni sò stati rimpiazzati cù un Derrick Stack Sizer® (vede u Capitu 8) in u circuitu di macinazione (Dündar et al., 2014). Coerentemente cù l'aspettative, paragunatu à u ciclone, u schermu avia una separazione più netta (a pendenza di a curva hè più alta) è un pocu bypass. Un aumentu di a capacità di u circuitu di macinazione hè statu signalatu per via di tassi di rottura più elevati dopu l'implementazione di u schermu. Questu hè statu attribuitu à l'eliminazione di u bypass, riducendu a quantità di materiale fine mandatu torna à i mulini di macinazione, chì tende à attutire l'impatti particella-particella.

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Figura 9.8. Curve di partizione per cicloni è schermi in u circuitu di macinazione à u concentratore El Brocal.

(Adattatu da Dündar et al. (2014))

A geometria è e cundizioni operative in u mudellu di flussu a spirale di un tipicuidrociclonesò discritti in Fig. 8.13. E variabili operative sò a densità di a polpa, a velocità di flussu di l'alimentazione, e caratteristiche di i solidi, a pressione di entrata di l'alimentazione è a caduta di pressione attraversu u ciclone. E variabili di u ciclone sò l'area di l'entrata di l'alimentazione, u diametru è a lunghezza di u cercatore di vortici, è u diametru di scarica di u rubinettu. U valore di u coefficientu di resistenza hè ancu influenzatu da a forma; più una particella varia da a sfericità, più chjucu hè u so fattore di forma è più grande hè a so resistenza à a sedimentazione. A zona di stress critica pò estendersi à alcune particelle d'oru di dimensioni cum'è 200 mm è un monitoraghju attentu di u prucessu di classificazione hè dunque essenziale per riduce u riciclaggio eccessivu è a risultante accumulazione di melme. Storicamente, quandu poca attenzione hè stata data à u recuperu di 150μm grani d'oru, u trascinamentu di l'oru in e frazioni di slime pare esse statu largamente rispunsevule di e perdite d'oru chì sò state registrate finu à u 40-60% in parechje operazioni di placer d'oru.

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8.13. Geometria nurmale è cundizioni di funziunamentu di un idrociclone.

A Figura 8.14 (Graficu di Selezzione Warman) hè una selezzione preliminare di cicloni per a separazione à diverse dimensioni D50 da 9-18 micron finu à 33-76 micron. Stu graficu, cum'è altri grafichi simili di prestazioni di cicloni, hè basatu annantu à una alimentazione attentamente cuntrullata di un tipu specificu. Assume un cuntenutu di solidi di 2.700 kg/m3 in acqua cum'è prima guida per a selezzione. I cicloni di diametru più grande sò usati per pruduce separazioni grossolane, ma richiedenu volumi di alimentazione elevati per un funziunamentu currettu. E separazioni fini à volumi di alimentazione elevati richiedenu gruppi di cicloni di picculu diametru chì operanu in parallelu. I parametri di cuncepimentu finali per una dimensione stretta devenu esse determinati sperimentalmente, è hè impurtante selezziunà un ciclone intornu à a mità di a gamma in modu chì qualsiasi aghjustamenti minori chì ponu esse necessarii possinu esse fatti à l'iniziu di l'operazioni.

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8.14. Carta di selezzione preliminare di Warman.

U ciclone CBC (lettu circulante) hè dichjaratu di classificà i materiali d'alimentazione d'oru alluvionale finu à 5 mm di diametru è ottene un'alimentazione di jig constantemente alta da u sottuflussu. A separazione si faci à circaD50/150 micron basatu annantu à silice di densità 2,65. Si dice chì u sottuflussu di u ciclone CBC hè particularmente suscettibile à a separazione di jig per via di a so curva di distribuzione di dimensione relativamente liscia è a rimozione quasi cumpleta di e particelle di rifiuti fini. Tuttavia, ancu s'ellu si dice chì stu sistema produce un concentratu primariu di alta qualità di minerali pesanti equanti in un passu da una alimentazione di gamma di dimensioni relativamente longa (per esempiu, sabbie minerali), ùn sò dispunibili tali cifre di prestazione per u materiale di alimentazione alluvionale chì cuntene oru finu è in scaglie. A Tavula 8.5 furnisce i dati tecnichi per AKW.idrocicloniper punti di cutoff trà 30 è 100 micron.

Un idrociclone tipicu (Figura 8.12a) hè custituitu da un vasu di forma cònica, apertu à u so apice, o sottuflussu, unitu à una sezione cilindrica, chì hà una entrata di alimentazione tangenziale. A cima di a sezione cilindrica hè chjusa cù una piastra attraversu a quale passa un tubu di sfogu muntatu assialmente. U tubu hè allargatu in u corpu di u ciclone da una sezione corta è amovibile cunnisciuta cum'è u cercatore di vortici, chì impedisce u cortocircuitu di l'alimentazione direttamente in u sfogu. L'alimentazione hè introdutta sottu pressione attraversu l'entrata tangenziale, chì imprime un muvimentu vorticosu à a polpa. Questu genera un vortice in u ciclone, cù una zona di bassa pressione longu l'asse verticale, cum'è mostratu in a Figura 8.12b. Un core d'aria si sviluppa longu l'asse, nurmalmente cunnessu à l'atmosfera attraversu l'apertura di l'apice, ma in parte creatu da l'aria dissolta chì esce da a soluzione in a zona di bassa pressione. A forza centrifuga accelera a velocità di sedimentazione di e particelle, separendu cusì e particelle secondu a dimensione, a forma è a gravità specifica. E particelle chì si sedimentanu più rapidamente si movenu versu u muru di u ciclone, induve a velocità hè a più bassa, è migranu versu l'apertura apicale (underflow). A causa di l'azione di a forza di trascinamentu, e particelle chì si sedimentanu più lentamente si movenu versu a zona di bassa pressione longu l'asse è sò purtate in su attraversu u cercatore di vortici finu à u overflow.

 

Figura 8.12. Idrociclone (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) è batteria di idrociclone. Brochure generale di l'idrociclone Cavex, https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx.

L'idrocicloni sò guasi universalmente usati in i circuiti di macinazione per via di a so alta capacità è di a so relativa efficienza. Puderanu ancu classificà in una gamma assai larga di dimensioni di particelle (tipicamente 5-500 μm), unità di diametru più chjuche essendu aduprate per una classificazione più fine. Tuttavia, l'applicazione di u ciclone in i circuiti di macinazione di magnetite pò causà un funziunamentu inefficiente per via di a differenza di densità trà a magnetite è i minerali di scarto (silice). A magnetite hà una densità specifica di circa 5,15, mentre chì a silice hà una densità specifica di circa 2,7. Inidrocicloni, i minerali densi si separanu à una dimensione di tagliu più fina chè i minerali più ligeri. Dunque, a magnetite liberata hè cuncintrata in u sottuflussu di u ciclone, cù una conseguente sovramacinazione di a magnetite. Napier-Munn et al. (2005) anu nutatu chì a relazione trà a dimensione di tagliu curretta (d50c) è a densità di e particelle seguita una espressione di a forma seguente secondu e cundizioni di flussu è altri fattori:

induveρs hè a densità di i solidi,ρl hè a densità di u liquidu, ènhè trà 0,5 è 1,0. Questu significa chì l'effettu di a densità minerale nantu à u rendiment di u ciclone pò esse abbastanza significativu. Per esempiu, se ud50c di a magnetite hè 25 μm, tandu ud50c di particelle di silice saranu 40-65 μm. A figura 8.13 mostra e curve di efficienza di classificazione di u ciclone per a magnetite (Fe3O4) è a silice (SiO2) ottenute da l'indagine di un circuitu di macinazione di magnetite di un mulinu à palle industriale. A separazione di e dimensioni per a silice hè assai più grossa, cù und50c per Fe3O4 di 29 μm, mentre chì quellu per SiO2 hè di 68 μm. A causa di stu fenomenu, i mulini di macinazione di magnetite in circuiti chjusi cù idrocicloni sò menu efficienti è anu una capacità più bassa paragunata à altri circuiti di macinazione di metalli di basa.

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Figura 8.13. Efficienza di u ciclone per a magnetite Fe3O4 è a silice SiO2 - indagine industriale.

Pulitori oidrocicloniEliminanu i contaminanti da a polpa in basa à a differenza di densità trà u contaminante è l'acqua. Quessi dispositivi sò custituiti da un vasu di pressione cunicu o cilindricu-cunicu in u quale a polpa hè alimentata tangenzialmente à l'estremità di grande diametru (Figura 6). Durante u passaghju attraversu u pulitore, a polpa sviluppa un mudellu di flussu vorticosu, simile à quellu di un ciclone. U flussu gira intornu à l'asse centrale mentre passa luntanu da l'entrata è versu l'apice, o apertura di flussu inferiore, longu l'internu di a parete di u pulitore. A velocità di u flussu rotazionale accelera mentre u diametru di u conu diminuisce. Vicinu à l'estremità di l'apice, l'apertura di picculu diametru impedisce a scarica di a maiò parte di u flussu chì invece gira in un vortice internu à u core di u pulitore. U flussu à u core internu scorre luntanu da l'apertura di l'apice finu à chì scarica attraversu u cercatore di vortici, situatu à l'estremità di grande diametru in u centru di u pulitore. U materiale di densità più alta, essendu statu cuncentratu à a parete di u pulitore per via di a forza centrifuga, hè scaricatu à l'apice di u conu (Bliss, 1994, 1997).

 

Figura 6. Parti di un idrociclone, principali mudelli di flussu è tendenze di separazione.

I pulitori inversi è i pulitori à flussu intermediu sò cuncepiti per rimuovere i contaminanti à bassa densità cum'è a cera, u polistirene è i materiali appiccicosi. I pulitori inversi sò cusì chjamati perchè u flussu di rifiuti accettati hè raccoltu à l'apice di u pulitore mentre i rifiuti esce à u traboccu. In u pulitore à flussu intermediu, i rifiuti accettati è i rifiuti esce à a listessa estremità di u pulitore, cù i rifiuti accettati vicinu à a parete di u pulitore separati da i rifiuti da un tubu centrale vicinu à u core di u pulitore, cum'è mostratu in a Figura 7.

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Figura 7. Schema di un pulitore à flussu.