Hidrociclones

Hidrociclonesson de forma cilíndrica cono, con una entrada de alimentación tangencial en la sección cilíndrica y una salida en cada eje. La salida en la sección cilíndrica se llama buscador de vórtice y se extiende hacia el ciclón para reducir el flujo de cortocircuito directamente desde la entrada. En el extremo cónico está la segunda toma de corriente, la espita. Para la separación de tamaño, ambos puntos de venta generalmente están abiertos a la atmósfera. Los hidrociclones generalmente se operan verticalmente con la espiga en el extremo inferior, por lo tanto, el producto grueso se llama bajo flujo y el producto fino, dejando al buscador de vórtice, el desbordamiento. La Figura 1 muestra esquemáticamente el flujo principal y las características de diseño de un típicohidrociclón: Los dos vórtices, la entrada de alimentación tangencial y las salidas axiales. Excepto por la región inmediata de la entrada tangencial, el movimiento del fluido dentro del ciclón tiene simetría radial. Si una o ambos de los puntos de venta están abiertos a la atmósfera, una zona de baja presión provoca un núcleo de gas a lo largo del eje vertical, dentro del vórtice interno.

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Figura 1. Características principales del hidrociclón.

Los hidrociclones han llegado a dominar la clasificación cuando se trata de tamaños de partículas finas en circuitos de molienda cerrados (<200 µm). Sin embargo, los desarrollos recientes en la tecnología de pantalla (Capítulo 8) han renovado el interés en el uso de pantallas en los circuitos de molienda. Las pantallas se separan sobre la base del tamaño y no están directamente influenciadas por la propagación de densidad en los minerales de alimentación. Esto puede ser una ventaja. Las pantallas tampoco tienen una fracción de derivación, y como el ejemplo 9.2 ha demostrado, el bypass puede ser bastante grande (más del 30% en ese caso). La Figura 9.8 muestra un ejemplo de la diferencia en la curva de partición para ciclones y pantallas. Los datos provienen del concentrador El Brocal en Perú con evaluaciones antes y después de que los hidrociclones fueron reemplazados por un Derrick Stack Sizer® (ver Capítulo 8) en el circuito de molienda (Dündar et al., 2014). De acuerdo con la expectativa, en comparación con el ciclón, la pantalla tenía una separación más nítida (la pendiente de la curva es mayor) y poco derivación. Se informó un aumento en la capacidad del circuito de molienda debido a tasas de rotura más altas después de implementar la pantalla. Esto se atribuyó a la eliminación del bypass, reduciendo la cantidad de material fino enviado de regreso al molino de molienda tiende a amortiguar los impactos de partículas y partículas.

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Figura 9.8. Curvas de partición para ciclones y pantallas en el circuito de molienda en el concentrador Brocal.

(Adaptado de Dündar et al. (2014))

La geometría y las condiciones de funcionamiento dentro del patrón de flujo espiral de un típicohidrociclónse describen en la figura 8.13. Las variables operativas son la densidad de la pulpa, la velocidad de flujo de alimentación, las características de los sólidos, la presión de la entrada de alimento y la caída de presión a través del ciclón. Las variables del ciclón son el área de la entrada de alimentación, el diámetro y la longitud del buscador de vórtice, y el diámetro de descarga de la espiga. El valor del coeficiente de arrastre también se ve afectado por la forma; Cuanto más varía una partícula de la esfericidad, más pequeño es su factor de forma y mayor es su resistencia de asentamiento. La zona de estrés crítico puede extenderse a algunas partículas de oro tan grandes como 200 mm de tamaño y el monitoreo cuidadoso del proceso de clasificación es, por lo tanto, esencial para reducir el reciclaje excesivo y la acumulación resultante de los limos. Históricamente, cuando se prestó poca atención a la recuperación de 150μLos granos de oro, el transporte de oro en las fracciones de limo parece haber sido en gran parte responsable de las pérdidas de oro que se registraron para ser tan altas como 40-60% en muchas operaciones de placer de oro.

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8.13. Geometría normal y condiciones de funcionamiento de un hidrociclón.

La Figura 8.14 (Gráfico de selección de Warman) es una selección preliminar de ciclones para separarse en varios citaciones de D50 de 9–18 micras hasta 33–76 micras. Este gráfico, como con otros gráficos similares de rendimiento del ciclón, se basa en una alimentación cuidadosamente controlada de un tipo específico. Asume un contenido de sólidos de 2.700 kg/m3 en agua como primera guía para la selección. Los ciclones de mayor diámetro se utilizan para producir separaciones gruesas, pero requieren altos volúmenes de alimentación para una función adecuada. Las separaciones finas en volúmenes de alimentación altas requieren grupos de ciclones de diámetro pequeño que funcionan en paralelo. Los Parametadores de diseño finales para el tamaño de estrecha deben determinarse experimentalmente, y es importante seleccionar un ciclón alrededor del medio del rango para que se puedan hacer ajustes menores al comienzo de las operaciones.

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8.14. Gráfico de selección preliminar de Warman.

Se afirma que el ciclón CBC (lecho circulante) clasifica los materiales de alimentación de oro aluvial de hasta 5 mm de diámetro y obtiene una alimentación de plantilla consistentemente alta del bajo flujo. La separación tiene lugar aproximadamenteD50/150 micras basados ​​en sílice de densidad 2.65. Se afirma que el CBC Cyclone Subflow es particularmente susceptible de separación de plantillas debido a su curva de distribución de tamaño relativamente suave y la eliminación casi completa de partículas de desechos finos. Sin embargo, aunque se afirma que este sistema produce un concentrado primario de alto grado de minerales pesados ​​equitativos en un pase de un alimento de rango de tamaño relativamente largo (por ejemplo, arenas minerales), no hay tales cifras de rendimiento disponibles para el material de alimentación aluvial que contiene oro fino y escamoso. La Tabla 8.5 dan los datos técnicos para AKWhidrociclonesPara puntos de corte entre 30 y 100 micras.

Un hidrociclón típico (Figura 8.12a) consiste en un vaso de forma cónica, abierto en su ápice o bajo flujo, unido a una sección cilíndrica, que tiene una entrada de alimentación tangencial. La parte superior de la sección cilíndrica se cierra con una placa a través de la cual pasa una tubería de desbordamiento montada axialmente. La tubería se extiende al cuerpo del ciclón mediante una sección corta y extraíble conocida como el buscador de vórtice, que evita el cortocircuito de la alimentación directamente en el desbordamiento. El alimento se introduce bajo presión a través de la entrada tangencial, que imparte un movimiento de remolino a la pulpa. Esto genera 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. Un aire se desarrolla a lo largo del eje, normalmente conectado a la atmósfera a través de la abertura del ápice, pero en parte creado por el aire disuelto que sale de la solución en la zona de baja presión. La fuerza centrífuga acelera la velocidad de asentamiento de las partículas, separando así las partículas de acuerdo con el tamaño, la forma y la gravedad específica. Las partículas de asentamiento más rápidas se mueven a la pared del ciclón, donde la velocidad es más baja y migra a la apertura del ápice (bajo flujo). Debido a la acción de la fuerza de arrastre, las partículas más lentas se mueven hacia la zona de baja presión a lo largo del eje y se transportan hacia arriba a través del buscador de vórtice al desbordamiento.

 

Figura 8.12. Hydrocyclone (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydrocyclone) y batería de hidrociclón. Cavex Hydrocyclone Overvew Folleto, https://www.weirmerals.com/products_services/cavex.aspx.

Los hidrociclones se usan casi universalmente en los circuitos de molienda debido a su alta capacidad y eficiencia relativa. También pueden clasificarse en un rango muy amplio de tamaños de partículas (típicamente de 5 a 500 μm), se usan unidades de menor diámetro para la clasificación más fina. Sin embargo, la aplicación de ciclón en los circuitos de molienda de magnetita puede causar un funcionamiento ineficiente debido a la diferencia de densidad entre la magnetita y los minerales de desechos (sílice). La magnetita tiene una densidad específica de aproximadamente 5.15, mientras que la sílice tiene una densidad específica de aproximadamente 2.7. Enhidrociclones, los minerales densos se separan con un tamaño de corte más fino que los minerales más ligeros. Por lo tanto, la magnetita liberada se está concentrando en el bajo flujo del ciclón, con la consiguiente sobrecarga de la magnetita. Napier-Munn et al. (2005) señalaron 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:

dóndeρs es la densidad de sólidos,ρl es la densidad líquida 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 eld50c de la magnetita son de 25 μm, luego eld50c de partículas de sílice serán 40-65 μm. La Figura 8.13 muestra las curvas de eficiencia de clasificación del ciclón para magnetita (Fe3O4) y sílice (SIO2) obtenidas de la encuesta de un circuito de molienda de magnetita de molino de bolas industriales. La separación de tamaño para la sílice es mucho más gruesa, con und50c para Fe3O4 de 29 μm, mientras que el para SIO2 es de 68 μm. Debido a este fenómeno, los molinos de molienda de magnetita en circuitos cerrados con hidrociclones son menos eficientes y tienen una capacidad más baja en comparación con otros circuitos de molienda de metale base.

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Figura 8.13. Eficiencia del ciclón para magnetita Fe3O4 y Silica SiO2: encuesta industrial.

Limpiadores ohidrociclonesRetire los contaminantes de la pulpa en función de la diferencia de densidad entre el contaminante y el agua. Estos dispositivos consisten en un vaso de presión cónico o cilíndrico en el que la pulpa se alimenta tangencialmente en el extremo de gran diámetro (Figura 6). Durante el paso a través del limpiador, la pulpa desarrolla un patrón de flujo de vórtice, similar al de un ciclón. El flujo gira alrededor del eje central a medida que pasa de la entrada y hacia el vértice, o la abertura de bajo flujo, a lo largo del interior de la pared del limpiador. La velocidad de flujo de rotación se acelera a medida que disminuye el diámetro del cono. Cerca del extremo del ápice, la abertura de diámetro pequeño evita la descarga de la mayor parte del flujo que en cambio gira en un vórtice interno en el núcleo del limpiador. El flujo en el núcleo interno fluye desde la abertura del ápice hasta que se descarga a través del buscador de vórtice, ubicado en el extremo de gran diámetro en el centro del limpiador. El material de mayor densidad, que se ha concentrado en la pared del limpiador debido a la fuerza centrífuga, se descarga en el ápice del cono (Bliss, 1994, 1997).

 

Figura 6. Partes de un hidrociclón, patrones de flujo principales y tendencias de separación.

Los limpiadores inversos y los limpiadores de flujo están diseñados para eliminar contaminantes de baja densidad, como cera, poliestireno y pegatinas. Los limpiadores inversos se nombran así porque la corriente de aceptación se recoge en el ápice más limpio mientras que los rechazos salen en el desbordamiento. En el limpiador de flujo de flores, acepta y rechaza la salida en el mismo extremo del limpiador, con aceptas cerca de la pared del limpiador separada de los rechazos por un tubo central cerca del núcleo del limpiador, como se muestra en la Figura 7.

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Figura 7. Esquemas de un limpiador a través de flujo.