Hydrocykloner

Beskrivelse

Hydrocyklonerer cono-cylindriske i form, med et tangentielt foderindløb i det cylindriske afsnit og en udløb ved hver akse. Outlet ved det cylindriske afsnit kaldes Vortex-finderen og strækker sig ind i cyklonen for at reducere kortslutningsstrømmen direkte fra indløbet. I den koniske ende er det andet afsætningsmarked, spigoten. For størrelsesadskillelse er begge forretninger generelt åbne for atmosfæren. Hydrocykloner betjenes generelt lodret med spigoten i den nedre ende, og dermed kaldes det grove produkt understrømmen og det fine produkt, hvilket efterlader Vortex -finderen, overløbet. Figur 1 viser skematisk de vigtigste strømnings- og designfunktioner for en typiskHydrocyklon: De to hvirvler, det tangentielle foderindløb og de aksiale forretninger. Bortset fra den umiddelbare region af det tangentielle indløb har væskebevægelsen inden i cyklonen radial symmetri. Hvis en eller begge afsætningsmuligheder er åbne for atmosfæren, forårsager en lavtrykszone en gaskerne langs den lodrette akse, inde i den indre hvirvel.

Driftsprincippet er enkelt: Væsken, der bærer de ophængte partikler, kommer ind i cyklonen tangentielt, spiraler nedad og producerer et centrifugalfelt i fri hvirvelstrøm. Større partikler bevæger sig gennem væsken til ydersiden af cyklonen i en spiralbevægelse og afslutter gennem spigoten med en brøkdel af væsken. På grund af det begrænsende område af spigoten etableres en indre hvirvel, der roterer i samme retning som den ydre hvirvel, men flyder opad, og efterlader cyklonen gennem hvirvelfinderen, der bærer det meste af de flydende og finere partikler med den. Hvis spigotkapaciteten overskrides, lukkes luftkernen, og spigotudladningen ændres fra en paraplyformet spray til et 'reb' og et tab af groft materiale til overløbet.

Diameteren af det cylindriske afsnit er den vigtigste variabel, der påvirker størrelsen på partikel, der kan adskilles, skønt udløbsdiametre kan ændres uafhængigt for at ændre den opnåede adskillelse. Mens tidlige arbejdere eksperimenterede med cykloner så små som 5 mm diameter, spænder kommercielle hydrocyklondiametre i øjeblikket fra 10 mm til 2,5 m med adskillelsesstørrelser for partikler af densitet 2700 kg m - 3 på 1,5-300 μm, hvilket falder med øget partikeldensitet. Driftstrykfald varierer fra 10 bar for små diametre til 0,5 bar for store enheder. For at øge kapaciteten, flere småHydrocyklonerkan manifoldes fra en enkelt foderlinje.

Selvom operationens princip er enkelt, er mange aspekter af deres drift stadig dårligt forstået, og hydrocyklonudvælgelse og forudsigelse for industriel drift er stort set empiriske.

Klassifikation

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., I Wills 'Mineral Processing Technology (ottende udgave), 2016

9.4.3 Hydrocykloner versus skærme

Hydrocykloner er kommet til at dominere klassificering, når man håndterer fine partikelstørrelser i lukkede slibekredsløb (<200 um). Imidlertid har den nylige udvikling inden for skærmteknologi (kapitel 8) fornyet interessen for at bruge skærme i slibekredsløb. Skærme adskilles på grundlag af størrelse og påvirkes ikke direkte af densitetsspredningen i fodermineraler. Dette kan være en fordel. Skærme har heller ikke en bypass -fraktion, og som eksempel 9.2 har vist, kan bypass være ret stor (over 30% i dette tilfælde). Figur 9.8 viser et eksempel på forskellen i partitionskurve for cyclonesand -skærme. Dataene er fra EL Brocal -koncentratoren i Peru med evalueringer før og efter at hydrocyklonerne blev erstattet med en Derrick Stack Sizer® (se kapitel 8) i slibekredsløbet (Dündar et al., 2014). I overensstemmelse med forventningen sammenlignet med cyklonen havde skærmen en skarpere adskillelse (kurvhældningen er højere) og lidt bypass. Der blev rapporteret om en stigning i slibekredsløbskapacitet på grund af højere brudhastigheder efter implementering af skærmen. Dette blev tilskrevet eliminering af bypass, hvilket reducerede mængden af fint materiale, der blev sendt tilbage til slibende millswhich, har en tendens til at pudepartikel -partikelpåvirkninger.

Skift er dog ikke en måde: et nyligt eksempel er en skifte fra skærm til cyklon, for at drage fordel af den yderligere størrelsesreduktion af de tættere lønmineraler (Sasseville, 2015).

Metallurgisk proces og design

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

Hydrocykloner

Hydrocykloner foretrækkes enheder til størrelse eller sluger store opslæmningsmængder billigt, og fordi de besætter meget lidt gulvplads eller lofthøjde. De fungerer mest effektivt, når de fodres med en jævn strømningshastighed og papiretæthed og bruges individuelt eller i klynger til at opnå ønsket total kapacitet ved krævede opdelinger. Størrelsesfunktioner er afhængige af centrifugalkræfter genereret af høje tangentielle strømningshastigheder gennem enheden. Den primære hvirvel dannet af den indkommende opslæmning fungerer spiralt nedad omkring den indre keglevæg. Faststoffer kastes udad af centrifugalkraft, så når massen bevæger sig nedad, øges dens densitet. Lodrette komponenter i hastighedsloven nedad nær keglevæggene og opad nær aksen. Den mindre tætte centrifugalt adskilte slimfraktion tvinges opad gennem Vortex -finderen til at gå ud gennem åbningen i den øverste ende af keglen. En mellemzone eller en konvolut mellem de to strømme har nul lodret hastighed og adskiller de grovere faste stoffer, der bevæger sig nedad fra de finere faste stoffer, der bevæger sig opad. Hovedparten af strømmen passerer opad inden for den mindre indre hvirvel, og højere centrifugalkræfter kaster de større af de finere partikler udad og giver en mere effektiv adskillelse i de finere troldninger. Disse partikler vender tilbage til den ydre hvirvel og rapporterer endnu en gang til jig -feeden.

Geometrien og driftsbetingelserne inden for spiralstrømningsmønsteret for et typiskHydrocykloner beskrevet i fig. 8.13. Operationelle variabler er papirmassedensitet, foderstrømningshastighed, faste stoffer, foderindgangstryk og tryk falder gennem cyklonen. Cyklonvariabler er areal med foderindløb, hvirvelfinderdiameter og længde og spigotafladningsdiameter. Værdien af trækkoefficienten påvirkes også af form; Jo mere en partikel varierer fra sfæricitet, desto mindre er dens formfaktor og jo større er dens afviklingsmodstand. Den kritiske stresszone kan strække sig til nogle guldpartikler så store som 200 mm i størrelse og omhyggelig overvågning af klassificeringsprocessen er således vigtig for at reducere overdreven genanvendelse og den resulterende opbygning af slimes. Historisk set, når der blev fået lidt opmærksomhed på gendannelse af 150μm guldkorn, overførsel af guld i slimfraktionerne ser ud til at have været stort set ansvarlige for guldtab, der blev registreret til at være så høje som 40-60% i mange guldplaceringsoperationer.

Figur 8.14 (Warman Selection -diagram) er et foreløbigt udvalg af cykloner til adskillelse ved forskellige D50 -trisninger fra 9-18 mikron op til 33–76 mikron. Dette diagram, som med andre sådanne diagrammer over cyklonpræstation, er baseret på et omhyggeligt kontrolleret foder af en bestemt type. Det antager et faststofindhold på 2.700 kg/m3 i vand som en første guide til udvælgelse. Cykloner med større diameter bruges til at producere grove separationer, men kræver høje fodermængder for korrekt funktion. Fine adskillelser ved høje fodermængder kræver klynger af cykloner med små diameter, der fungerer parallelt. De endelige designparametre til tæt størrelse skal bestemmes eksperimentelt, og det er vigtigt at vælge en cyklon omkring midten af området, så alle mindre justeringer, der kan kræves, kan foretages i starten af driften.

CBC (cirkulerende seng) cyklon hævdes at klassificere alluviale guldtilførselsmaterialer op til 5 mm diameter og opnå et konsekvent højt jig -foder fra understrømmen. Adskillelse finder sted på cirkaD50/150 mikron baseret på silica af densitet 2.65. CBC -cyklonunderstrømningen hævdes at være særlig tilgængelig for jig -adskillelse på grund af dens relativt glatte størrelsesfordelingskurve og næsten fuldstændig fjernelse af fine affaldspartikler. Selvom dette system hævdes at producere et primært koncentrat af høj kvalitet af ligestillede tunge mineraler i en pasning fra et relativt langt størrelsesområde (f.eks. Mineralsand), er der ingen sådanne ydelsestal til rådighed for alluvialt fodermateriale, der indeholder fint og flassende guld. Tabel 8.5 giver de tekniske data til AKWHydrocyklonerTil afskæringspunkter mellem 30 og 100 mikron.

Tabel 8.5. Tekniske data til AKW hydrocykloner

Type (krs)	Diameter (mm)	Trykfald	Kapacitet		Skåret punkt (mikron)
Type (krs)	Diameter (mm)	Trykfald	Slurry (M3/HR)	Faste stoffer (t/h max).	Skåret punkt (mikron)
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

Udviklingen inden for jernmalmfindel og klassificeringsteknologier

A. Jankovic, i Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Hydrocyklonseparatorer

Hydrocyklonen, også benævnt cyklon, er en klassificeringsanordning, der bruger centrifugalkraft til at fremskynde afviklingshastigheden for gyllepartikler og separate partikler i henhold til størrelse, form og specifik tyngdekraft. Det er vidt brugt i mineralindustrien, hvor dens vigtigste anvendelse i mineralbehandling er som en klassifikator, hvilket har vist sig at være ekstremt effektivt ved fine separationsstørrelser. Det bruges i vid udstrækning i slibningsoperationer med lukket kredsløb, men har fundet mange andre anvendelser, såsom slimning, nedbrydning og fortykning.

En typisk hydrocyklon (figur 8.12A) består af et konisk formet kar, åbent ved dens spids eller understrømning, forbundet til et cylindrisk afsnit, der har et tangentielt foderindløb. Toppen af det cylindriske afsnit er lukket med en plade, gennem hvilken den passerer et aksialt monteret overløbsrør. Røret udvides ind i kroppen af cyklonen med en kort, aftagelig sektion kendt som Vortex Finder, som forhindrer kortslutning af foder direkte i overløbet. Foderet introduceres under pres gennem den tangentielle post, der giver en hvirvlende bevægelse til massen. Dette genererer en hvirvel i cyklonen med en lavtrykszone langs den lodrette akse, som vist i figur 8.12b. En air-core udvikler sig langs aksen, normalt forbundet til atmosfæren gennem spidsåbningen, men til dels skabt af opløst luft, der kommer ud af opløsningen i zonen med lavt tryk. Centrifugalkraften fremskynder partiklernes afviklingshastighed og adskiller derved partikler i henhold til størrelse, form og specifik tyngdekraft. Hurtigere bosættelsespartikler bevæger sig til væggen i cyklonen, hvor hastigheden er lavest og migrerer til spidsåbningen (understrømning). På grund af trækkraftens virkning bevæger de langsommere-bosættende partikler sig mod zonen med lavt tryk langs aksen og føres opad gennem hvirvelfinderen til overløbet.

Hydrocykloner bruges næsten universelt i slibekredsløb på grund af deres høje kapacitet og relative effektivitet. De kan også klassificere over en meget bred vifte af partikelstørrelser (typisk 5-500 μm), hvor mindre enheder med mindre diameter bruges til finere klassificering. Imidlertid kan cyklonpåføring i magnetitslibningskredsløb forårsage ineffektiv drift på grund af densitetsforskellen mellem magnetit og affaldsmineraler (silica). Magnetit har en specifik densitet på ca. 5,15, mens silica har en specifik densitet på ca. 2,7. IHydrocykloner, tætte mineraler adskilt i en finere skåret størrelse end lettere mineraler. Derfor koncentreres befriet magnetit i cyklonunderstrømmen med deraf følgende overgribning af magnetitten. Napier-Munn et al. (2005) bemærkede, at forholdet mellem den korrigerede snitstørrelse (d50c) og partikeltæthed følger et udtryk for følgende form afhængigt af strømningsbetingelser og andre faktorer:

d50c∝ρs --ρl - n

hvorρs er faststofdensiteten,ρl er den flydende densitet ogner mellem 0,5 og 1,0. Dette betyder, at effekten af mineraltæthed på cyklonpræstation kan være ganske betydelig. For eksempel hvisd50c af magnetitten er 25 μm, derefterd50C silica -partikler vil være 40–65 μm. Figur 8.13 viser cyklonklassificeringseffektivitetskurverne for magnetit (Fe3O4) og silica (SiO2) opnået fra undersøgelsen af en industriel kuglefabriksmagnetitslibningskredsløb. Størrelses adskillelsen for silica er meget grovere med end50c for Fe3O4 på 29 μm, mens det for SiO2 er 68 μm. På grund af dette fænomen er magnetitslibningsmøllerne i lukkede kredsløb med hydrocykloner mindre effektive og har lavere kapacitet sammenlignet med andre basismetaloregribningskredsløb.

High Pressure Process Technology: Fundamentals and Applications

MJ Cocero PhD, i Industrial Chemistry Library, 2001

Fastholds-separationsenheder

•

Hydrocyklon

Dette er en af de enkleste typer af solide separatorer. Det er en højeffektiv separationsindretning og kan bruges til effektivt at fjerne faste stoffer ved høje temperaturer og tryk. Det er økonomisk, fordi det ikke har bevægelige dele og kræver lidt vedligeholdelse.

Adskillelseseffektiviteten for faste stoffer er en stærk funktion af partikelstørrelsen og temperaturen. Bruttoseparationseffektivitet nær 80% kan opnås for silica og temperaturer over 300 ° C, mens bruttoseparationseffektivitet i det samme temperaturområde er større end 99% [29] i det samme temperaturområde.

Det vigtigste handicap for hydrocyklondrift er tendensen for nogle salte til at klæbe til cyklonvæggene.

•

Kryds mikrofiltrering

Krydsstrømningsfiltre opfører sig på en måde, der ligner den, der normalt observeres i tværstrømsfiltrering under omgivelsesbetingelser: øgede forskydningshastigheder og reduceret væskeviskositet resulterer i et øget filtratnummer. Krydsmikrofiltrering er blevet anvendt til adskillelse af udfældede salte som faste stoffer, hvilket giver partikel-separationseffektivitet typisk over 99,9%. Goemanset al.[30] studerede natriumnitratseparation fra superkritisk vand. Under undersøgelserne var natriumnitrat til stede som det smeltede salt og var i stand til at krydse filteret. Adskillelseseffektivitet blev opnået, der varierede med temperatur, da opløseligheden falder, når temperaturen stiger, hvilket varierede mellem 40% og 85%, for henholdsvis 400 ° C og 470 ° C. Disse arbejdere forklarede adskillelsesmekanismen som en konsekvens af en tydelig permeabilitet af filtreringsmediet mod den superkritiske opløsning i modsætning til det smeltede salt, der er baseret på deres klart forskellige viskositeter. Derfor ville det være muligt ikke kun at filtrere udfældede salte blot som faste stoffer, men også at filtrere de salte med lavt smeltningspunkt, der er i en smeltet tilstand.

De driftsproblemer skyldtes hovedsageligt filterkorrosion af salte.

Papir: Genbrug og genanvendt materiale

3.3 Rengøring

Rengøringsmidler ellerHydrocyklonerFjern forurenende stoffer fra papirmasse baseret på densitetsforskellen mellem forureningen og vandet. Disse enheder består af konisk eller cylindrisk-konisk trykfartøj, som papirmasse fodres tangentielt i enden med stor diameter (figur 6). Under passage gennem rengøringsmiddel udvikler massen et hvirvelstrømningsmønster, der ligner det for en cyklon. Strømmen roterer rundt om den centrale akse, når den går væk fra indløbet og mod spidsen eller understrømning, langs indersiden af rengøringsmuren. Rotationsstrømningshastigheden accelererer, når keglenes diameter falder. I nærheden af spidsenderen forhindrer åbningen af den lille diameter åbning af udledning af det meste af strømmen, der i stedet roterer i en indre hvirvel i kernen af rengøringsmidlet. Strømmen ved den indre kerne flowaway fra spidsåbningen, indtil den udledes gennem Vortex -finderen, der ligger ved enden af stordiameteren i midten af rengøringen. Det højere densitetsmateriale, der er blevet koncentreret ved rengøringsmidlet på grund af centrifugalkraft, udledes ved keglenes spids (Bliss, 1994, 1997).

Rengøringsmidler klassificeres som høj, medium eller lav densitet afhængigt af densiteten og størrelsen af de forurenende stoffer, der fjernes. En rengøring af høj densitet med diameter, der spænder fra 15 til 50 cm (6-20 tommer), bruges til at fjerne trampmetal, papirklip og hæfteklammer og er normalt placeret umiddelbart efter Pulperen. Når den renere diameter falder, øges dens effektivitet i fjernelse af kontaminanter i små størrelser. Af praktiske og økonomiske grunde er cyklonen på 75 mm (3 tommer) generelt den mindste rengøringsmiddel, der bruges i papirindustrien.

Omvendt rengøringsmidler og gennemstrømningsrensere er designet til at fjerne forurenende stoffer med lav densitet, såsom voks, polystyren og stickies. Omvendt rengøringsmidler er så navngivet, fordi Accepter -strømmen indsamles ved den renere spids, mens afviseren afviser ved overløbet. I gennemstrømningsrenser accepterer og afviser exit i samme ende af rengøringsmidlet, med accepterer nær den renere væg adskilt fra afvisningerne med et centralt rør nær kernen i rengøringsmiddel, som vist i figur 7.

Kontinuerlige centrifuger anvendt i 1920'erne og 1930'erne for at fjerne sand fra papirmasse blev afbrudt efter udviklingen af hydrocykloner. Gyroclean, udviklet ved Center Technique du Papier, Grenoble, Frankrig, består af en cylinder, der roterer ved 1200–1500 o / min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinationen af relativt lang opholdstid og høj centrifugalkraft tillader kontaminanter med lav densitet tilstrækkelig tid til at migrere til kernen i rengøringsmidlet, hvor de afvises gennem den midterste virveludladning.

MT Thew, i Encyclopedia of Separation Science, 2000

Synopsis

Skønt det faste væskeHydrocykloner blevet etableret i det meste af det 20. århundrede, tilfredsstillende væske -væske -separationsydelse ankom først før 1980'erne. Offshore -olieindustrien havde et behov for kompakt, robust og pålideligt udstyr til fjernelse af fint delt forurenende olie fra vand. Dette behov var opfyldt af en markant anden type hydrocyklon, som naturligvis ikke havde bevægelige dele.

Efter at have forklaret dette behov mere fuldstændigt og sammenlignet det med fast -væsentlig cyklonisk adskillelse i mineralforarbejdning, gives fordelene, som hydrocyklonen tildelte over typer udstyr, der blev installeret tidligere for at imødekomme pligten.

Kriterier for adskillelsespræstationsvurdering er anført, inden de diskuterer ydeevne med hensyn til foderforfatning, operatørkontrol og den krævede energi, dvs. produktet af trykfald og flowrate.

Miljøet for petroleumsproduktion sætter nogle begrænsninger for materialer, og dette inkluderer problemet med partikelformig erosion. Brugte typiske anvendte materialer er nævnt. Relative omkostningsdata for typer olieparationsanlæg, både kapital og tilbagevendende, er skitseret, skønt kilder er sparsomme. Endelig er nogle tip til videreudvikling beskrevet, da olieindustrien ser på udstyr, der er installeret på havbunden eller endda i bunden af borehullet.

Prøveudtagning, kontrol og masseafbalancering

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., I Wills 'Mineral Processing Technology (ottende udgave), 2016

3.7.1 Brug af partikelstørrelse

Mange enheder, såsomHydrocyklonerog tyngdekraftseparatorer, producerer en grad af størrelsesadskillelse og partikelstørrelsesdataene kan bruges til massebalancering (eksempel 3.15).

Eksempel 3.15 er et eksempel på minimering af knudepunktsubalance; Det tilvejebringer for eksempel den oprindelige værdi for den generaliserede mindstekvadrat -minimering. Denne grafiske tilgang kan bruges, når der er "overskydende" komponentdata; I eksempel 3.9 kunne det have været brugt.

Eksempel 3.15 bruger cyklonen som noden. En anden knude er sumpen: Dette er et eksempel på 2 indgange (frisk foder og kuglefabrik) og en output (cyklonfoder). Dette giver en anden massebalance (eksempel 3.16).

I kapitel 9 vender vi tilbage til dette slibekredsløbseksempel ved hjælp af justerede data for at bestemme cyklonpartitionskurven.

Posttid: Maj-07-2019