Idrocicloni

Idrociclonisò forma cono-cilindrica, cù una entrata di alimentazione tangenziale in a sezione cilindrica è una uscita à ogni assi. L'outlet à a seccione cilindrica hè chjamatu u vortex finder è si estende in u ciclone per riduce u flussu di cortu circuitu direttamente da l'inlet. À l'estremità cònica hè a seconda uscita, u spigot. Per a separazione di grandezza, i dui punti di vendita sò generalmente aperti à l'atmosfera. L'idrocicloni sò generalmente operati verticalmente cù u spigot à l'estremità più bassa, da quì u pruduttu grossu hè chjamatu underflow è u pruduttu fine, lascendu u vortex finder, u overflow. A Figura 1 mostra schematicamente u flussu principali è e caratteristiche di designu di un tipicuidrociclone: i dui vortici, l'entrata tangenziali di l'alimentazione è e sbocchi assiali. Eccettu per a regione immediata di l'entrata tangenziale, u muvimentu di u fluidu in u ciclone hà simetria radiale. Sì unu o i dui sbocchi sò aperti à l'atmosfera, una zona di bassa pressione provoca un core di gas longu à l'assi verticale, in u vortice internu.

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Figura 1. Funzioni 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 recenti sviluppi in a tecnulugia di schermu (Capitulu 8) anu rinnuvatu l'interessu in l'usu di schermi in circuiti di macinazione. I schermi si separanu nantu à a basa di grandezza è ùn sò micca direttamente influenzati da a densità diffusa in i minerali alimentari. Questu pò esse un vantaghju. I schermi ùn anu micca 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 diffarenza di a curva di partizione per i cicloni è i schermi. I dati sò da u cuncentratore El Brocal in u Perù cù valutazioni prima è dopu chì l'idrocicloni sò stati rimpiazzati cù un Derrick Stack Sizer® (vede u Capitulu 8) in u circuitu di macinazione (Dündar et al., 2014). In cunfurmità cù l'aspettativa, paragunatu à u ciclone, u screnu hà avutu una separazione più forte (a pendenza di a curva hè più altu) è pocu bypass. Un aumentu di a capacità di u circuitu di macinazione hè statu signalatu per via di i tassi di rottura più altu dopu l'implementazione di u screnu. Questu hè stata attribuita à l'eliminazione di u bypass, riducendu a quantità di materiale fine rinviatu à i mulini di macinazione chì tende à attenuà l'impatti particella-particella.

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

(Adattatu da Dündar et al. (2014))

A geometria è e cundizioni di funziunamentu in u mudellu di flussu spirale di un tipicuidrociclonesò descritti in Fig. 8.13. Variabili operativi sò a densità di a polpa, u flussu di l'alimentazione, e caratteristiche di i solidi, a pressione di l'ingressu di l'alimentazione è a caduta di pressione attraversu u ciclone. I variàbili di u ciclone sò l'area di l'ingressu di l'alimentazione, u diametru è a lunghezza di u vortex finder, è u diametru di scaricamentu di spigot. U valore di u coefficient drag hè ancu influinzatu da a forma; più una particella varia da a sfericità, più chjuca hè u so fattore di forma è più grande a so resistenza di stabilimentu. A zona di stress critica pò estenderà à alcune particelle d'oru grandi quant'è 200 mm di dimensione è un monitoraghju attentu di u prucessu di classificazione hè cusì essenziale per riduce u riciclamentu eccessivu è l'accumulazione di slimes risultante. Stòricamente, quandu pocu attenzione hè stata data à a ricuperazione di 150μm grani d'oru, traspurtadore d'oru in u slime fractions pari chì sò largamente rispunsevuli di perdite d'oru chì sò stati arregistrati à esse altu cum'è 40-60% in parechje operazioni placer d'oru.

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

A Figura 8.14 (Warman Selection Chart) hè una selezzione preliminare di cicloni per a separazione in diverse dimensioni D50 da 9-18 microns à 33-76 microns. Stu graficu, cum'è cù altre carte di u rendiment di u ciclone, hè basatu annantu à un alimentazione cuntrullata currettamente di un tipu specificu. Assumi un cuntenutu solidu di 2.700 kg / m3 in acqua cum'è una prima guida per a selezzione. I cicloni di diametru più grande sò usati per pruduce separazioni grossolane, ma necessitanu volumi d'alimentazione elevati per u funziunamentu propiu. Separazioni fine à volumi elevati di alimentazione necessitanu clusters di cicloni di diametru chjucu chì operanu in parallelu. I paràmetri finali di designu per a dimensione stretta deve esse determinatu sperimentalmente, è hè impurtante selezziunà un ciclone intornu à a mità di a gamma per chì qualsiasi aghjustamenti minori chì ponu esse dumandati ponu esse fatti à l'iniziu di l'operazione.

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8.14. Carta di selezione preliminare di Warman.

U ciclone CBC (lettu circulante) hè riclamatu per classificà i materiali d'alimentazione d'oru alluviali finu à un diametru di 5 mm è ottene un alimentazione di jig constantemente elevata da u underflow. A separazione si faci à circaD50/150 microns basatu nantu à silice di densità 2.65. L'underflow di u ciclone CBC hè dichjaratu chì hè particularmente suscettibile à a separazione di jig per via di a so curva di distribuzione di dimensioni relativamente liscia è a rimozione quasi cumpleta di particelle fini di rifiuti. In ogni casu, ancu s'ellu si dice chì stu sistema pruduce un concentratu primariu di alta qualità di minerali pesanti equanti in un passu da un alimentatore di grandezza relativamente longa (per esempiu, sabbia minerale), ùn sò micca dispunibuli tali figuri di rendiment per u materiale di alimentazione alluviale chì cuntene oru fine è squamosu. . A Tabella 8.5 dà i dati tecnichi per AKWidrocicloniper i punti di taglio tra 30 e 100 micron.

Un idrociclone tipicu (Figura 8.12a) hè custituitu da un vasu di forma cònica, apertu à u so apex, o underflow, unitu à una sezione cilindrica, chì hà una entrata di alimentazione tangenziale. A cima di a seccione cilindrica hè chjusa cù una piastra attraversu quale passa un tubu di overflow muntatu assiale. A pipa hè allargata in u corpu di u ciclone da una seccione corta è removable cunnisciuta cum'è u vortex finder, chì impedisce u short-circuiting di l'alimentazione direttamente in u overflow. L'alimentu hè intruduttu sottu pressione à traversu l'entrata tangenziale, chì dà un muvimentu turbulente à a polpa. Questu genera un vortice in u ciclone, cù una zona di bassa pressione longu l'assi verticale, cum'è mostra in Figura 8.12b. Un core di l'aria si sviluppa longu l'assi, normalment cunnessu à l'atmosfera attraversu l'apertura di l'apice, ma in parte creatu da l'aria dissoluta chì esce da a suluzione in a zona di bassa pressione. A forza centrifuga accelera a velocità di sedimentazione di e particelle, separà cusì particeddi secondu a dimensione, a forma è a gravità specifica. I particeddi di stabilimentu più veloce si movenu à u muru di u ciclone, induve a velocità hè più bassu, è migranu à l'apertura di l'apex (underflow). A causa di l'azzione di a forza di trascinamentu, i particeddi chì si stabilizzanu più lentamente si movenu versu a zona di bassa pressione longu l'assi è sò purtati in sopra à traversu u vortex finder à u overflow.

 

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

L'idrocicloni sò quasi universalmente usati in i circuiti di macinazione per via di a so alta capacità è efficienza relativa. Puderanu ancu classificà in una larga gamma di dimensioni di particella (tipicamente 5-500 μm), unità di diametru più chjucu sò aduprate per una classificazione più fina. Tuttavia, l'applicazione di ciclone in i circuiti di macinazione di magnetite pò causà un funziunamentu inefficiente per via di a diffarenza di densità trà magnetite è minerali di scarti (silica). 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 taglia più fine chì i minerali più ligeri. Per quessa, a magnetite liberata hè cuncentrata in u flussu di u ciclone, cù u cunsequente overgrinding di a magnetite. Napier-Munn et al. (2005) anu nutatu chì a relazione trà a taglia di tagliata corretta (d50c) è a densità di particella seguita una espressione di a forma seguente secondu e cundizioni di flussu è altri fattori:

induveρs hè a densità di solidi,ρl hè a densità di 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, allora ud50c di particelle di silice seranu 40-65 μm. A Figura 8.13 mostra e curve di efficienza di classificazione di ciclone per magnetite (Fe3O4) è silice (SiO2) ottenuta da l'indagine di un circuitu di macinazione di magnetite di mulinu à bola industriale. A separazione di grandezza per a silice hè assai più grossa, cù ad50c per Fe3O4 di 29 μm, mentre chì per SiO2 hè 68 μm. A causa di stu fenomenu, i mulini di macinazione di magnetite in circuiti chjusi cù l'idrocicloni sò menu efficaci è anu una capacità più bassa cumparatu cù altri circuiti di macinazione di metalli base.

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

Pulituri oidrociclonicaccià i contaminanti da a polpa basatu nantu à a diffarenza di densità trà u contaminante è l'acqua. Sti dispusitivi sò custituiti da un vasu di pressione cônica o cilindrica-conica in quale a polpa hè alimentata tangentially à l'estremità di grande diametru (Figura 6). Durante u passaghju per u pulitore, a polpa sviluppa un mudellu di flussu vortice, simili à quellu di un ciclone. U flussu gira intornu à l'asse cintrali mentre passa da l'inlet è versu l'apex, o l'apertura di underflow, longu à l'internu di u muru di pulizia. A velocità di u flussu di rotazione accelera cum'è u diametru di u conu diminuisce. Vicinu à l'estremità di l'apice, l'apertura di diametru chjucu impedisce a scaricazione 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 scorri da l'apertura di l'apice finu à chì si scarica à traversu u vortex finder, situatu à l'estremità di grande diametru in u centru di u pulitore. U materiale di densità più altu, essendu stata cuncentrata à u muru di u pulitore per via di a forza centrifuga, hè scaricatu à l'apice di u conu (Bliss, 1994, 1997).

 

Figura 6. Parte di un hydrocyclone, mudelli di flussu maiò è tendenzi di separazione.

I pulitori inversi è i pulitori à flussu sò pensati per sguassà contaminanti di bassa densità cum'è cera, polistirene è stickies. I pulitori inversi sò chjamati cusì perchè u flussu d'accettazione hè recullatu à l'apice più pulito mentre i rifiuti escenu à u overflow. In u pulitore throughflow, accetta è rifiuta a surtita à u listessu estremità di u pulitore, cù accetta vicinu à u muru pulitore separatu da i rifiuti da un tubu cintrali vicinu à u core di u pulitore, cum'è mostra in Figura 7.

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Figura 7. Schematics di un cleaner throughflow.