hidrociclones

Descripción

hidrociclonesTienen forma conocilíndrica, con una entrada de alimentación tangencial en la sección cilíndrica y una salida en cada eje. La salida en la sección cilíndrica se denomina buscador de vórtice y se extiende hacia el interior del ciclón para reducir el flujo de cortocircuito directo desde la entrada. En el extremo cónico se encuentra la segunda salida, la espita. Para la separación por tamaño, ambas salidas suelen estar abiertas a la atmósfera. Los hidrociclones generalmente operan verticalmente con la espita en el extremo inferior; por lo tanto, el producto grueso se denomina descarga inferior y el producto fino, que sale del buscador de vórtice, descarga superior. La figura 1 muestra esquemáticamente el flujo principal y las características de diseño de un hidrociclón típico.hidrociclónEl ciclón consta de dos vórtices: la entrada de alimentación tangencial y las salidas axiales. Salvo en la región inmediata a la entrada tangencial, el movimiento del fluido dentro del ciclón presenta simetría radial. Si una o ambas salidas están abiertas a la atmósfera, se genera una zona de baja presión que produce un núcleo de gas a lo largo del eje vertical, dentro del vórtice interno.

El principio de funcionamiento es sencillo: el fluido, que transporta las partículas en suspensión, entra tangencialmente en el ciclón, desciende en espiral y genera un campo centrífugo en un flujo de vórtice libre. Las partículas de mayor tamaño se desplazan a través del fluido hacia el exterior del ciclón en espiral y salen por la boquilla junto con una fracción del líquido. Debido a la reducida área de la boquilla, se forma un vórtice interno que gira en el mismo sentido que el vórtice externo, pero fluye hacia arriba, y abandona el ciclón a través del detector de vórtices, arrastrando consigo la mayor parte del líquido y las partículas más finas. Si se supera la capacidad de la boquilla, el núcleo de aire se cierra y la descarga pasa de tener forma de paraguas a una forma de cuerda, con la consiguiente pérdida de material grueso por el rebosadero.

El diámetro de la sección cilíndrica es la principal variable que afecta al tamaño de partícula que se puede separar, si bien los diámetros de salida se pueden modificar independientemente para alterar la separación obtenida. Aunque los primeros investigadores experimentaron con ciclones de tan solo 5 mm de diámetro, actualmente los hidrociclones comerciales tienen diámetros que oscilan entre 10 mm y 2,5 m, con tamaños de separación para partículas de densidad 2700 kg m⁻³ de 1,5 a 300 μm, que disminuyen al aumentar la densidad de las partículas. La caída de presión de funcionamiento varía desde 10 bar para diámetros pequeños hasta 0,5 bar para unidades grandes. Para aumentar la capacidad, se utilizan varios ciclones pequeños.hidrociclonesPuede estar conectado a un único conducto de alimentación.

Aunque el principio de funcionamiento es simple, muchos aspectos de su operación aún se comprenden poco, y la selección y predicción de hidrociclones para operación industrial son en gran medida empíricas.

Clasificación

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., en Wills' Mineral Processing Technology (Octava edición), 2016

9.4.3 Hidrociclones versus rejillas

Los hidrociclones se han convertido en el método dominante de clasificación para partículas finas en circuitos de molienda cerrados (<200 µm). Sin embargo, los recientes avances en la tecnología de cribado (Capítulo 8) han renovado el interés por su uso en dichos circuitos. El cribado separa las partículas según su tamaño y no se ve directamente afectado por la dispersión de densidad en los minerales de alimentación, lo cual puede ser una ventaja. Además, el cribado no presenta fracción de fuga, y como se muestra en el Ejemplo 9.2, esta puede ser considerable (superior al 30% en ese caso). La Figura 9.8 muestra un ejemplo de la diferencia en la curva de partición entre ciclones y cribas. Los datos provienen de la planta concentradora El Brocal en Perú, con evaluaciones realizadas antes y después de la sustitución de los hidrociclones por un Derrick Stack Sizer® (véase el Capítulo 8) en el circuito de molienda (Dündar et al., 2014). Como era de esperar, en comparación con el ciclón, la criba presentó una separación más nítida (mayor pendiente de la curva) y una menor fracción de fuga. Se observó un aumento en la capacidad del circuito de molienda debido a mayores tasas de rotura tras la implementación del tamiz. Esto se atribuyó a la eliminación del bypass, lo que redujo la cantidad de material fino que regresaba a los molinos y que tiende a amortiguar los impactos entre partículas.

Sin embargo, el cambio no es unidireccional: un ejemplo reciente es el cambio de criba a ciclón, para aprovechar la reducción de tamaño adicional de los minerales de mayor densidad (Sasseville, 2015).

Proceso y diseño metalúrgico

Eoin H. Macdonald, en Manual de exploración y evaluación de oro, 2007

hidrociclones

Los hidrociclones son las unidades preferidas para clasificar o deslamar grandes volúmenes de pulpa de forma económica, ya que ocupan muy poco espacio. Su funcionamiento es óptimo cuando se alimentan con un caudal y una densidad de pulpa uniformes, y se utilizan individualmente o en grupos para obtener la capacidad total deseada en las fracciones requeridas. La capacidad de clasificación se basa en las fuerzas centrífugas generadas por las altas velocidades de flujo tangencial a través de la unidad. El vórtice primario formado por la pulpa entrante actúa en espiral descendente alrededor de la pared interna del cono. Los sólidos son expulsados hacia afuera por la fuerza centrífuga, de modo que, a medida que la pulpa desciende, su densidad aumenta. Las componentes verticales de la velocidad actúan hacia abajo cerca de las paredes del cono y hacia arriba cerca del eje. La fracción de lodo, menos densa y separada centrífugamente, es forzada hacia arriba a través del buscador de vórtice para salir por la abertura en el extremo superior del cono. Una zona intermedia o envolvente entre los dos flujos tiene velocidad vertical cero y separa los sólidos más gruesos que se desplazan hacia abajo de los sólidos más finos que se desplazan hacia arriba. La mayor parte del flujo asciende dentro del vórtice interno más pequeño, y las mayores fuerzas centrífugas impulsan las partículas más grandes hacia afuera, logrando así una separación más eficiente en los tamaños más finos. Estas partículas regresan al vórtice externo y vuelven a la alimentación de la criba.

La geometría y las condiciones de funcionamiento dentro del patrón de flujo espiral de un típicohidrociclónse describen en la figura 8.13. Las variables operacionales son la densidad de la pulpa, el caudal de alimentación, las características de los sólidos, la presión de entrada de la alimentación y la caída de presión a través del ciclón. Las variables del ciclón son el área de entrada de la alimentación, el diámetro y la longitud del buscador de vórtice y el diámetro de descarga de la boquilla. El valor del coeficiente de arrastre también se ve afectado por la forma; cuanto más se desvía una partícula de la esfericidad, menor es su factor de forma y mayor su resistencia a la sedimentación. La zona de tensión crítica puede extenderse a algunas partículas de oro de hasta 200 mm de tamaño, por lo que es esencial una monitorización cuidadosa del proceso de clasificación para reducir el reciclaje excesivo y la consiguiente acumulación de lodos. Históricamente, cuando se prestaba poca atención a la recuperación de 150μLa presencia de granos de oro, y el arrastre de oro en las fracciones de lodo, parece haber sido en gran parte responsable de las pérdidas de oro que se registraron hasta en un 40-60% en muchas operaciones de oro aluvial.

La figura 8.14 (Gráfico de Selección de Warman) presenta una selección preliminar de ciclones para la separación de partículas con diferentes tamaños de D50, desde 9-18 micras hasta 33-76 micras. Este gráfico, al igual que otros gráficos similares de rendimiento de ciclones, se basa en una alimentación cuidadosamente controlada de un tipo específico. Se asume un contenido de sólidos de 2700 kg/m³ en agua como guía inicial para la selección. Los ciclones de mayor diámetro se utilizan para realizar separaciones gruesas, pero requieren altos volúmenes de alimentación para un funcionamiento adecuado. Las separaciones finas con altos volúmenes de alimentación requieren grupos de ciclones de pequeño diámetro operando en paralelo. Los parámetros de diseño finales para una separación de tamaños precisa deben determinarse experimentalmente, y es importante seleccionar un ciclón con un tamaño cercano al punto medio del rango para poder realizar los ajustes necesarios al inicio de las operaciones.

Se afirma que el ciclón CBC (lecho circulante) clasifica materiales de alimentación de oro aluvial de hasta 5 mm de diámetro y obtiene una alimentación de jig consistentemente alta desde el flujo inferior. La separación se produce aproximadamente aD50/150 micras basado en sílice con una densidad de 2,65. Se afirma que el flujo inferior del ciclón CBC es particularmente adecuado para la separación por jig debido a su curva de distribución de tamaño relativamente uniforme y la eliminación casi completa de partículas finas de desecho. Sin embargo, aunque se afirma que este sistema produce un concentrado primario de alta ley de minerales pesados equidimensionales en una sola pasada a partir de una alimentación con un rango de tamaño relativamente amplio (por ejemplo, arenas minerales), no se dispone de datos de rendimiento similares para material de alimentación aluvial que contenga oro fino y en escamas. La tabla 8.5 presenta los datos técnicos del AKW.hidrociclonespara puntos de corte entre 30 y 100 micras.

Tabla 8.5. Datos técnicos de los hidrociclones AKW

Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Capacidad		Punto de corte (micras)
Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Lodo (m3/h)	Sólidos (t/h máx.).	Punto de corte (micras)
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

Avances en las tecnologías de trituración y clasificación de minerales de hierro

A. Jankovic, en Mineral de Hierro, 2015

8.3.3.1 Separadores hidrociclónicos

El hidrociclón, también conocido como ciclón, es un dispositivo de clasificación que utiliza la fuerza centrífuga para acelerar la sedimentación de partículas en lodos y separarlas según su tamaño, forma y densidad. Es ampliamente utilizado en la industria minera, principalmente como clasificador en el procesamiento de minerales, demostrando una gran eficiencia en la separación de partículas finas. Se emplea extensamente en operaciones de molienda en circuito cerrado, pero también tiene otras aplicaciones, como la eliminación de lodos, la desarenado y el espesamiento.

Un hidrociclón típico (Figura 8.12a) consta de un recipiente cónico, abierto en su vértice o descarga inferior, unido a una sección cilíndrica con una entrada de alimentación tangencial. La parte superior de la sección cilíndrica está cerrada con una placa a través de la cual pasa un tubo de rebose montado axialmente. Este tubo se extiende hacia el interior del ciclón mediante una sección corta y desmontable, conocida como buscador de vórtice, que evita que la alimentación se dirija directamente al rebose. La alimentación se introduce a presión a través de la entrada tangencial, lo que genera un movimiento de remolino en la pulpa. Esto crea un vórtice en el ciclón, con una zona de baja presión a lo largo del eje vertical, como se muestra en la Figura 8.12b. Se desarrolla un núcleo de aire a lo largo del eje, normalmente conectado a la atmósfera a través de la abertura del vértice, pero también formado en parte por el aire disuelto que se libera de la solución en la zona de baja presión. La fuerza centrífuga acelera la sedimentación de las partículas, separándolas así según su tamaño, forma y densidad. Las partículas que sedimentan más rápidamente se desplazan hacia la pared del ciclón, donde la velocidad es menor, y migran hacia la abertura superior (flujo inferior). Debido a la fuerza de arrastre, las partículas que sedimentan más lentamente se desplazan hacia la zona de baja presión a lo largo del eje y son transportadas hacia arriba a través del vórtice hasta el rebosadero.

Los hidrociclones se utilizan casi universalmente en circuitos de molienda debido a su alta capacidad y relativa eficiencia. También pueden clasificar partículas en un amplio rango de tamaños (normalmente de 5 a 500 μm), empleándose unidades de menor diámetro para una clasificación más fina. Sin embargo, la aplicación de ciclones en circuitos de molienda de magnetita puede provocar un funcionamiento ineficiente debido a la diferencia de densidad entre la magnetita y los minerales de desecho (sílice). La magnetita tiene una densidad específica de aproximadamente 5,15, mientras que la sílice tiene una densidad específica de aproximadamente 2,7.hidrociclonesLos minerales densos se separan con un tamaño de corte más fino que los minerales más ligeros. Por lo tanto, la magnetita liberada se concentra en el flujo inferior del ciclón, con la consiguiente sobremolienda de la magnetita. Napier-Munn et al. (2005) observaron que la relación entre el tamaño de corte corregido (d50c) y la densidad de partículas sigue una expresión de la siguiente forma dependiendo de las condiciones de flujo y otros factores:

d50c∝ρs−ρl−n

dóndeρs es la densidad de los sólidos,ρl es la densidad del líquido, ynestá entre 0,5 y 1,0. Esto significa que el efecto de la densidad mineral en el rendimiento del ciclón puede ser bastante significativo. Por ejemplo, si lad50c de la magnetita es 25 μm, entonces eld50c de partículas de sílice tendrán un tamaño de 40–65 μm. La figura 8.13 muestra las curvas de eficiencia de clasificación ciclónica para magnetita (Fe3O4) y sílice (SiO2) obtenidas del estudio de un circuito industrial de molienda de magnetita con molino de bolas. La separación por tamaño para la sílice es mucho más gruesa, con undEl valor de 50c para Fe3O4 es de 29 μm, mientras que para SiO2 es de 68 μm. Debido a este fenómeno, los molinos de magnetita en circuitos cerrados con hidrociclones son menos eficientes y tienen menor capacidad en comparación con otros circuitos de molienda de minerales de metales base.

Tecnología de procesos de alta presión: Fundamentos y aplicaciones

MJ Cocero PhD, en la Biblioteca de Química Industrial, 2001

dispositivos de separación de sólidos

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Hidrociclón

Este es uno de los separadores de sólidos más sencillos. Es un dispositivo de separación de alta eficiencia que puede utilizarse para eliminar sólidos eficazmente a altas temperaturas y presiones. Es económico porque no tiene piezas móviles y requiere poco mantenimiento.

La eficiencia de separación de sólidos depende en gran medida del tamaño de partícula y la temperatura. Se pueden alcanzar eficiencias de separación brutas cercanas al 80 % para la sílice y temperaturas superiores a 300 °C, mientras que, en el mismo rango de temperatura, las eficiencias de separación brutas para partículas de circón más densas son superiores al 99 % [29].

El principal inconveniente del funcionamiento de los hidrociclones es la tendencia de algunas sales a adherirse a las paredes del ciclón.

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Microfiltración cruzada

Los filtros de flujo cruzado se comportan de manera similar a la que se observa normalmente en la filtración de flujo cruzado en condiciones ambientales: el aumento de la velocidad de cizallamiento y la disminución de la viscosidad del fluido dan como resultado un mayor número de partículas filtradas. La microfiltración cruzada se ha aplicado a la separación de sales precipitadas como sólidos, obteniendo eficiencias de separación de partículas que suelen superar el 99,9 %. Goemansy otros.[30] estudiaron la separación de nitrato de sodio del agua supercrítica. En las condiciones del estudio, el nitrato de sodio se encontraba en estado fundido y podía atravesar el filtro. Se obtuvieron eficiencias de separación que variaban con la temperatura, dado que la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura, oscilando entre el 40 % y el 85 % para 400 °C y 470 °C, respectivamente. Estos investigadores explicaron el mecanismo de separación como consecuencia de una permeabilidad distinta del medio filtrante hacia la solución supercrítica, en contraposición a la sal fundida, debido a sus viscosidades claramente diferentes. Por lo tanto, sería posible no solo filtrar las sales precipitadas como sólidos, sino también aquellas sales de bajo punto de fusión que se encuentran en estado fundido.

Los problemas de funcionamiento se debieron principalmente a la corrosión de los filtros por las sales.

Papel: Reciclaje y materiales reciclados

MR Doshi, JM Dyer, en Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2016

3.3 Limpieza

limpiadores ohidrociclonesEstos dispositivos eliminan los contaminantes de la pulpa basándose en la diferencia de densidad entre el contaminante y el agua. Consisten en un recipiente a presión cónico o cilíndrico-cónico al que se introduce la pulpa tangencialmente por el extremo de mayor diámetro (Figura 6). Al pasar por el limpiador, la pulpa desarrolla un flujo vorticial, similar al de un ciclón. El flujo gira alrededor del eje central a medida que se aleja de la entrada y se dirige hacia el ápice, o abertura de descarga inferior, a lo largo de la pared interna del limpiador. La velocidad de rotación del flujo aumenta a medida que disminuye el diámetro del cono. Cerca del ápice, la abertura de menor diámetro impide la descarga de la mayor parte del flujo, que en su lugar gira en un vórtice interno en el centro del limpiador. El flujo en el núcleo interno se aleja de la abertura del ápice hasta que se descarga a través del detector de vórtices, ubicado en el extremo de mayor diámetro en el centro del limpiador. El material de mayor densidad, al haberse concentrado en la pared del limpiador debido a la fuerza centrífuga, se descarga en el vértice del cono (Bliss, 1994, 1997).

Los limpiadores se clasifican en alta, media o baja densidad según la densidad y el tamaño de los contaminantes que eliminan. Un limpiador de alta densidad, con un diámetro de entre 15 y 50 cm (6-20 pulgadas), se utiliza para eliminar partículas metálicas, clips y grapas, y suele colocarse inmediatamente después de la pulpadora. A medida que disminuye el diámetro del limpiador, aumenta su eficacia para eliminar contaminantes de pequeño tamaño. Por razones prácticas y económicas, el ciclón de 75 mm (3 pulgadas) de diámetro suele ser el limpiador más pequeño utilizado en la industria papelera.

Los limpiadores de flujo inverso y de flujo continuo están diseñados para eliminar contaminantes de baja densidad como cera, poliestireno y materiales pegajosos. Los limpiadores de flujo inverso reciben este nombre porque el flujo de entrada se recoge en el vértice del limpiador, mientras que el flujo de salida sale por el rebosadero. En el limpiador de flujo continuo, el flujo de entrada y el flujo de salida se encuentran en el mismo extremo del limpiador, con el flujo de entrada cerca de la pared separado del flujo de salida por un tubo central cerca del núcleo del limpiador, como se muestra en la Figura 7.

Las centrífugas continuas utilizadas en las décadas de 1920 y 1930 para eliminar la arena de la pulpa se dejaron de usar tras el desarrollo de los hidrociclones. El Gyroclean, desarrollado en el Centre Technique du Papier de Grenoble, Francia, consiste en un cilindro que gira a 1200-1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). La combinación de un tiempo de residencia relativamente largo y una alta fuerza centrífuga permite que los contaminantes de baja densidad tengan tiempo suficiente para migrar al núcleo del limpiador, donde son expulsados mediante la descarga del vórtice central.

MT Thew, en Enciclopedia de la Ciencia de la Separación, 2000

Sinopsis

Aunque el sólido-líquidohidrociclónAunque la separación líquido-líquido se estableció durante la mayor parte del siglo XX, no se logró un rendimiento satisfactorio hasta la década de 1980. La industria petrolera marítima necesitaba equipos compactos, robustos y fiables para eliminar el petróleo contaminante finamente dividido del agua. Esta necesidad se satisfizo con un tipo de hidrociclón significativamente diferente, que, por supuesto, carecía de partes móviles.

Tras explicar más a fondo esta necesidad y compararla con la separación ciclónica sólido-líquido en el procesamiento de minerales, se exponen las ventajas que el hidrociclón confería sobre los tipos de equipos instalados anteriormente para cumplir con la misma función.

Los criterios de evaluación del rendimiento de la separación se enumeran antes de analizar el rendimiento en términos de composición de la alimentación, control del operador y la energía requerida, es decir, el producto de la caída de presión y el caudal.

El entorno de la producción de petróleo impone ciertas limitaciones a los materiales, entre ellas el problema de la erosión por partículas. Se mencionan los materiales típicos utilizados. Se resumen los datos de costos relativos para los distintos tipos de plantas de separación de petróleo, tanto de capital como recurrentes, si bien las fuentes son escasas. Finalmente, se describen algunas líneas de desarrollo, dado que la industria petrolera busca equipos instalados en el lecho marino o incluso en el fondo del pozo.

Muestreo, control y balance de masas

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., en Wills' Mineral Processing Technology (Octava edición), 2016

3.7.1 Uso del tamaño de partícula

Muchas unidades, comohidrociclonesy los separadores de gravedad producen un grado de separación por tamaño y los datos del tamaño de las partículas se pueden utilizar para el balance de masa (Ejemplo 3.15).

El ejemplo 3.15 ilustra la minimización del desequilibrio de nodos; proporciona, por ejemplo, el valor inicial para la minimización por mínimos cuadrados generalizados. Este enfoque gráfico puede utilizarse siempre que haya datos de componentes «excedentes»; en el ejemplo 3.9 podría haberse empleado.

El ejemplo 3.15 utiliza el ciclón como nodo. Un segundo nodo es el sumidero: este es un ejemplo de dos entradas (alimentación fresca y descarga del molino de bolas) y una salida (alimentación del ciclón). Esto da lugar a otro balance de masas (ejemplo 3.16).

En el Capítulo 9 retomamos este ejemplo de circuito de molienda utilizando datos ajustados para determinar la curva de partición del ciclón.

Hora de publicación: 07-May-2019