Hydrocyclones

Description

Hydrocyclonessont de forme cono-cylindrique, avec une entrée d'alimentation tangentielle dans la section cylindrique et une prise à chaque axe. La sortie de la section cylindrique est appelée le vortex et s'étend dans le cyclone pour réduire le flux court-circuit directement de l'entrée. À l'extrémité conique se trouve la deuxième prise, le robinet. Pour la séparation de la taille, les deux prises sont généralement ouvertes à l'atmosphère. Les hydrocyclones sont généralement opérées verticalement avec le robinet à l'extrémité inférieure, d'où le produit grossier est appelé sous-écoulement et le produit fin, laissant le Vortex Finder, le débordement. La figure 1 montre schématiquement les principales caractéristiques d'écoulement et de conception d'unhydrocyclone: Les deux tourbillons, l'entrée d'alimentation tangentielle et les sorties axiales. À l'exception de la région immédiate de l'entrée tangentielle, le mouvement du fluide à l'intérieur du cyclone a une symétrie radiale. Si l'une ou les deux sorties sont ouvertes à l'atmosphère, une zone de basse pression provoque un noyau de gaz le long de l'axe vertical, à l'intérieur du vortex intérieur.

Le principe de fonctionnement est simple: le fluide, transportant les particules en suspension, pénètre dans le cyclone tangentiellement, se déclenche vers le bas et produit un champ centrifuge dans le flux de vortex libre. Des particules plus grandes se déplacent à travers le liquide vers l'extérieur du cyclone dans un mouvement en spirale et sortent à travers le robinet avec une fraction du liquide. En raison de la zone limite du robinet, un vortex intérieur, tournant dans le même sens que le vortex externe mais s'écoulant vers le haut, est établi et laisse le cyclone à travers le vortex, transportant la plupart des particules liquides et plus fines avec. Si la capacité de robinet est dépassée, le noyau de l'air est fermé et la décharge de robinet change d'un spray en forme de parapluie à une «corde» et une perte de matériau grossier au débordement.

Le diamètre de la section cylindrique est la principale variable affectant la taille de particule qui peut être séparée, bien que les diamètres de sortie puissent être modifiés indépendamment pour modifier la séparation obtenue. Alors que les premiers travailleurs ont expérimenté des cyclones aussi petits que 5 mm de diamètre, les diamètres d'hydrocyclone commerciaux varient actuellement de 10 mm à 2,5 m, avec des tailles de séparation pour les particules de densité 2700 kg m à 3 de 1,5 à 300 μm, diminuant avec une densité de particules accrue. La chute de pression de fonctionnement varie de 10 bar pour les petits diamètres à 0,5 bar pour les grandes unités. Pour augmenter la capacité, plusieurs petitshydrocyclonesPeut être multiplier à partir d'une seule ligne d'alimentation.

Bien que le principe d'opération soit simple, de nombreux aspects de leur fonctionnement sont encore mal compris, et la sélection et la prédiction des hydrocyclones pour le fonctionnement industriel sont largement empiriques.

Classification

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Dans Wills 'Mineral Processing Technology (huitième édition), 2016

9.4.3 Hydrocyclones contre écrans

Les hydrocyclones sont venus à dominer la classification lorsqu'ils traitent de fines tailles de particules dans des circuits de broyage fermé (<200 µm). Cependant, les développements récents de la technologie d'écran (chapitre 8) ont renouvelé l'intérêt pour l'utilisation d'écrans dans les circuits de broyage. Les écrans se séparent sur la base de la taille et ne sont pas directement influencés par la propagation de la densité dans les minéraux d'alimentation. Cela peut être un avantage. Les écrans n'ont pas non plus de fraction de dérivation, et comme l'exemple 9.2 l'a montré, le contournement peut être assez important (plus de 30% dans ce cas). La figure 9.8 explique un exemple de la différence de courbe de partition pour les cyclones et les écrans. Les données proviennent du concentrateur El Broal au Pérou avec des évaluations avant et après les hydrocyclones ont été remplacées par un Derrick Stack Sizer® (voir chapitre 8) dans le circuit de broyage (Dündar et al., 2014). Conformément aux attentes, par rapport au cyclone, l'écran avait une séparation plus nette (pente de courbe est plus élevée) et peu de contournement. Une augmentation de la capacité du circuit de broyage a été signalée en raison de taux de rupture plus élevés après la mise en œuvre de l'écran. Cela a été attribué à l'élimination de la contournement, réduisant la quantité de matériaux fins renvoyés au broyage de la millewhich a tendance à amorcer des impacts de particules - parties.

Le changement n'est pas un moyen, cependant: un exemple récent est un passage de l'écran au cyclone, pour profiter de la réduction de taille supplémentaire des salaires plus denses (Sasseville, 2015).

Processus et conception métallurgiques

Eoin H. MacDonald, dans Handbook of Gold Exploration and Evaluation, 2007

Hydrocyclones

Les hydrocyclones sont des unités préférées pour le dimensionnement ou les volumes de susliming à bas prix et parce qu'ils occupent très peu d'espace de plancher ou d'espace pour la tête. Ils fonctionnent le plus efficacement lorsqu'ils sont nourris à un débit uniforme et de la densité de la pulpe et sont utilisés individuellement ou en grappes pour obtenir les capacités totales souhaitées aux divisions requises. Les capacités de dimensionnement reposent sur les forces centrifuges générées par des vitesses d'écoulement tangentielles élevées à travers l'unité. Le vortex principal formé par la suspension entrante agit en spirale vers le bas autour de la paroi du cône intérieur. Les solides sont jetés vers l'extérieur par la force centrifuge de sorte que lorsque la pulpe se déplace vers le bas, sa densité augmente. Les composants verticaux de la vitesse agissent vers le bas près des parois du cône et vers le haut près de l'axe. La fraction de slime séparée par centrifuge moins dense est forcée vers le haut à travers le Vortex Finder pour s'évanouir à travers l'ouverture à l'extrémité supérieure du cône. Une zone ou enveloppe intermédiaire entre les deux flux a une vitesse verticale nulle et sépare les solides les plus grossiers se déplaçant vers le bas des solides les plus fins se déplaçant vers le haut. La majeure partie de l'écoulement passe vers le haut dans le plus petit vortex intérieur et les forces centrifuges plus élevées jettent la plus grande des particules plus fines vers l'extérieur, offrant une séparation plus efficace dans les tailles les plus fines. Ces particules reviennent au vortex externe et se rendent encore une fois à l'alimentation du gabarit.

La géométrie et les conditions de fonctionnement dans le modèle d'écoulement en spiralehydrocyclonesont décrits sur la figure 8.13. Les variables opérationnelles sont la densité de la pulpe, le débit d'alimentation, les caractéristiques des solides, la pression d'entrée d'alimentation et la chute de pression à travers le cyclone. Les variables de cyclone sont une zone d'admission d'alimentation, du diamètre et de la longueur du vortex et du diamètre de décharge de robinets. La valeur du coefficient de traînée est également affectée par la forme; Plus une particule varie de la sphéricité, plus son facteur de forme est petit et plus sa résistance de décantation est grande. La zone de contrainte critique peut s'étendre à certaines particules d'or aussi importantes que 200 mm de taille et une surveillance minutieuse du processus de classification est donc essentielle pour réduire le recyclage excessif et l'accumulation de boues qui en résulte. Historiquement, lorsque peu d'attention a été accordée à la récupération de 150μLes grains d'or, le transport d'or dans les fractions de boue semble avoir été largement responsable des pertes d'or qui ont été enregistrées jusqu'à 40 à 60% dans de nombreuses opérations de placeur d'or.

La figure 8.14 (Warman Sélection du graphique) est une sélection préliminaire de cyclones pour se séparer à diverses tailles D50 de 9 à 18 microns à 33 à 76 microns. Ce graphique, comme avec d'autres graphiques de tels graphiques de performance du cyclone, est basé sur un aliment soigneusement contrôlé d'un type spécifique. Il assume une teneur en solides de 2 700 kg / m3 dans l'eau comme premier guide de sélection. Les cyclones de plus grand diamètre sont utilisés pour produire des séparations grossières mais nécessitent des volumes d'alimentation élevés pour une fonction appropriée. Les séparations fines à des volumes d'alimentation élevées nécessitent des grappes de cyclones de petit diamètre fonctionnant en parallèle. Les paramètres de conception finaux pour le dimensionnement rapproché doivent être déterminés expérimentalement, et il est important de sélectionner un cyclone autour du milieu de la plage afin que les ajustements mineurs qui peuvent être nécessaires puissent être effectués au début des opérations.

Le cyclone CBC (lit en circulation) est censé classer les matériaux d'alimentation en or alluvial jusqu'à 5 mm de diamètre et obtenir une alimentation de gabarit régulièrement élevée à partir du sous-flux. La séparation a lieu à peu prèsD50/150 microns basés sur la silice de densité 2.65. Le sous-flux du cyclone CBC devrait être particulièrement susceptible de séparation du gabarit en raison de sa courbe de distribution de taille relativement lisse et de l'élimination presque complète des particules de déchets fines. Cependant, bien que ce système soit censé produire un concentré primaire de haut grade de minéraux lourds Equant dans une passe à partir d'une alimentation de plage de taille relativement longue (par exemple, des sables minéraux), aucune performance de ce type n'est disponible pour un matériau d'alimentation alluvial contenant de l'or fin et feuilleté. Tableau 8.5 donne les données techniques pour AKWhydrocyclonespour les points de coupure entre 30 et 100 microns.

Tableau 8.5. Données techniques pour les hydrocyclones AKW

Type (KRS)	Diamètre (mm)	Chute de pression	Capacité		Point de coupe (microns)
Type (KRS)	Diamètre (mm)	Chute de pression	Suspension (m3 / h)	Solides (t / h max).	Point de coupe (microns)
2118	100	1 à 2,5	9.27	5	30–50
2515	125	1 à 2,5	11-30	6	25–45
4118	200	0,7 à 2,0	18–60	15	40–60
(Rwn) 6118	300	0,5–1,5	40–140	40	50–100

Développements dans les technologies de commissation et de classification du minerai de fer

A. Jankovic, en minerai de fer, 2015

8.3.3.1 séparateurs d'hydrocyclone

L'hydrocyclone, également appelée cyclone, est un dispositif de classification qui utilise la force centrifuge pour accélérer le taux de stage des slurryparticules et séparer les particules en fonction de la taille, de la forme et de la gravité spécifique. Il est largement utilisé dans l'industrie des minéraux, son utilisation principale dans le traitement des minéraux étant comme un classificateur, qui s'est avéré extrêmement efficace à des tailles de séparation fines. Il est largement utilisé dans les opérations de broyage en circuit fermé, mais a trouvé de nombreuses autres utilisations, telles que le desliming, le dégraissement et l'épaississement.

Un hydrocyclone typique (figure 8.12a) se compose d'un vaisseau de forme conique, ouvert à son apex, ou sous-écoulement, joint à une section cylindrique, qui a une entrée d'alimentation tangentielle. Le haut de la section cylindrique est fermé avec une plaque à travers laquelle passe un tuyau de débordement monté axial. Le tuyau est étendu dans le corps du cyclone par une courte section amovible connue sous le nom de Vortex Finder, ce qui empêche le court-circuit de l'alimentation directement dans le débordement. L'alimentation est introduite sous pression à travers l'entrée tangentielle, qui confère un mouvement tourbillonnant à la pulpe. Cela génère un vortex dans le cyclone, avec une zone à basse pression le long de l'axe vertical, comme le montre la figure 8.12b. Un core d'air se développe le long de l'axe, normalement connecté à l'atmosphère à travers l'ouverture de l'apex, mais en partie créé par l'air dissous sortant de solution dans la zone de basse pression. La force centrifuge accélère le taux de décantation des particules, séparant ainsi les particules en fonction de la taille, de la forme et de la gravité spécifique. Les particules de décantation plus rapides se déplacent vers la paroi du cyclone, où la vitesse est la plus basse et migrera vers l'ouverture de l'apex (sous-écoulement). En raison de l'action de la force de traînée, les particules plus lentes se déplacent vers la zone de basse pression le long de l'axe et sont transportées vers le haut à travers le vortex au débordement.

Les hydrocyclones sont presque universellement utilisées dans les circuits de meulage en raison de leur grande capacité et de leur efficacité relative. Ils peuvent également classer sur une très large gamme de tailles de particules (généralement 5 à 500 μm), des unités de plus petit diamètre étant utilisées pour une classification plus fine. Cependant, l'application du cyclone dans les circuits de broyage de la magnétite peut provoquer un fonctionnement inefficace en raison de la différence de densité entre la magnétite et les minéraux déchets (silice). La magnétite a une densité spécifique d'environ 5,15, tandis que la silice a une densité spécifique d'environ 2,7. Danshydrocyclones, Les minéraux denses se séparent à une taille de coupe plus fine que les minéraux plus légers. Par conséquent, la magnétite libérée est concentrée dans le sous-flux du cyclone, avec une surprissement conséquente de la magnétite. Napier-Munn et al. (2005) ont noté que la relation entre la taille de coupe corrigée (d50c) et la densité des particules suit une expression de la forme suivante en fonction des conditions d'écoulement et d'autres facteurs:

d50c∝ρs --ρl - n

oùρS est la densité des solides,ρl est la densité liquide, etnse situe entre 0,5 et 1,0. Cela signifie que l'effet de la densité minérale sur les performances du cyclone peut être assez significatif. Par exemple, si led50c de la magnétite est de 25 μm, puis led50c de particules de silice seront de 40 à 65 μm. La figure 8.13 montre les courbes d'efficacité de classification du cyclone pour la magnétite (Fe3O4) et la silice (SiO2) obtenues à partir de l'enquête d'un circuit de broyage de magnétite à billes industrielles. La séparation de la taille de la silice est beaucoup plus grossière, avec und50c pour Fe3O4 de 29 μm, tandis que celui pour SiO2 est de 68 μm. En raison de ce phénomène, les moulins de broyage de la magnétite dans les circuits fermés avec des hydrocyclones sont moins efficaces et ont une capacité plus faible par rapport aux autres circuits de broyage de métalore de base.

Technologie de processus à haute pression: fondamentaux et applications

MJ Cocero PhD, dans Industrial Chemistry Library, 2001

Dispositifs de séparation des solides

•

Hydrocyclone

C'est l'un des types les plus simples de séparateurs de solides. Il s'agit d'un dispositif de séparation à haute efficacité et peut être utilisé pour éliminer efficacement les solides à des températures et des pressions élevées. Il est économique car il n'a pas de pièces mobiles et nécessite peu d'entretien.

L'efficacité de séparation des solides est une fonction forte de la taille des particules et de la température. Les efficacités de séparation brute près de 80% sont réalisables pour la silice et les températures supérieures à 300 ° C, tandis que dans la même plage de température, les efficacités de séparation brute pour les particules de zircon plus dense sont supérieures à 99% [29].

Le principal handicap de fonctionnement des hydrocyclones est la tendance de certains sels à adhérer aux parois cyclones.

•

Micro-filtration croisée

Les filtres à débit transversal se comportent d'une manière similaire à celle normalement observée dans la filtration de flux croisé dans des conditions ambiantes: une augmentation des taux de cisaillement et une réduction de la viscosité des fluides entraînent une augmentation du nombre de filtrat. Le microfiltration croisée a été appliqué à la séparation des sels précipités sous forme de solides, ce qui donne des efficacités de séparation des particules dépassant généralement 99,9%. Goemanset al.[30] ont étudié la séparation du nitrate de sodium de l'eau supercritique. Dans les conditions de l'étude, le nitrate de sodium était présent sous forme de sel fondu et était capable de traverser le filtre. Les efficacités de séparation ont été obtenues qui variaient avec la température, car la solubilité diminue à mesure que la température augmente, variant entre 40% et 85%, pour 400 ° C et 470 ° C, respectivement. Ces travailleurs ont expliqué le mécanisme de séparation en raison d'une perméabilité distincte du milieu de filtrage vers la solution supercritique, par opposition au sel fondu, en fonction de leurs viscosités clairement distinctes. Par conséquent, il serait possible non seulement de filtrer les sels précipités simplement sous forme de solides mais aussi de filtrer les sels à faible point de fusion qui sont à l'état fondu.

Les problèmes de fonctionnement étaient principalement dus à la corrosion filtrante par les sels.

Papier: Recyclage et matériaux recyclés

M. Doshi, JM Dyer, dans le module de référence dans Materials Science and Materials Engineering, 2016

3.3 Nettoyage

Nettoyeurs ouhydrocyclonesRetirez les contaminants de la pulpe en fonction de la différence de densité entre le contaminant et l'eau. Ces dispositifs sont constitués d'un vaisseau de pression conique ou cylindrique dans lequel la pulpe est nourrie tangentiellement à l'extrémité du grand diamètre (figure 6). Pendant le passage à travers le nettoyeur, la pulpe développe un modèle d'écoulement de vortex, similaire à celui d'un cyclone. L'écoulement tourne autour de l'axe central lorsqu'il s'éloigne de l'entrée et vers l'apex, ou l'ouverture de sous-écoulement, le long de l'intérieur de la paroi plus propre. La vitesse d'écoulement de rotation accélère à mesure que le diamètre du cône diminue. Près de la fin de l'apex, l'ouverture de petit diamètre empêche la décharge de la majeure partie de l'écoulement qui tourne plutôt dans un vortex intérieur au cœur du nettoyant. L'écoulement au niveau du noyau intérieur de l'ouverture de l'apex jusqu'à ce qu'il se décharge à travers le vortex, situé à l'extrémité du grand diamètre au centre du nettoyeur. Le matériau de densité plus élevé, ayant été concentré sur la paroi du nettoyeur en raison de la force centrifuge, est libéré au sommet du cône (Bliss, 1994, 1997).

Les nettoyeurs sont classés comme de la densité élevée, moyenne ou faible en fonction de la densité et de la taille des contaminants enlevés. Un nettoyant à haute densité, avec un diamètre allant de 15 à 50 cm (6 à 20 po) est utilisé pour éliminer le tramp métal, les trombones et les aliments de base et est généralement positionné immédiatement après le pulpeux. À mesure que le diamètre plus nettoyant diminue, son efficacité dans l'élimination des contaminants de petite taille augmente. Pour des raisons pratiques et économiques, le cyclone de 75 mm (3 po) de diamètre est généralement le plus petit nettoyant utilisé dans l'industrie du papier.

Les nettoyeurs de rétro-nettoyants et les nettoyeurs à travers sont conçus pour éliminer les contaminants à basse densité tels que la cire, le polystyrène et les collants. Les nettoyants inverses sont ainsi nommés parce que le flux d'accepts est collecté à l'apex plus propre pendant que les rejets sortent au débordement. Dans le nettoyant à travers le flux, accepte et rejette la sortie au même extrémité du nettoyeur, avec des accepts près du mur de nettoyant séparés des rejets par un tube central près du noyau du nettoyeur, comme le montre la figure 7.

Les centrifuges continus utilisés dans les années 1920 et 1930 pour éliminer le sable de la pulpe ont été interrompus après le développement d'hydrocyclones. Le Gyrocléan, développé à Centre Technique du Papier, Grenoble, France, est constitué d'un cylindre qui tourne à 1200–1500 tr / min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). La combinaison d'un temps de séjour relativement long et d'une force centrifuge élevée permet aux contaminants de faible densité suffisamment de temps pour migrer vers le cœur du nettoyeur où ils sont rejetés à travers la décharge centrale du vortex.

Mt Thew, dans Encyclopedia of Sepaning Science, 2000

Synopsis

Bien que le solide - liquidehydrocyclonea été établi pendant la majeure partie du 20e siècle, la performance satisfaisante de séparation liquide-liquide n'est pas arrivée avant les années 1980. L'industrie pétrolière offshore avait un besoin d'équipements compacts, robustes et fiables pour éliminer l'huile de contaminant finement divisée de l'eau. Ce besoin a été satisfait par un type d'hydrocyclone significativement différent, qui n'avait bien sûr pas de pièces mobiles.

Après avoir expliqué ce besoin plus pleinement et le comparer avec la séparation cyclonique solide-liquide dans le traitement des minéraux, les avantages que l'hydrocyclone a conférés sur des types d'équipements installés plus tôt pour répondre à l'obligation sont donnés.

Les critères d'évaluation des performances de séparation sont répertoriés avant de discuter des performances en termes de constitution alimentaire, de contrôle de l'opérateur et de l'énergie requise, c'est-à-dire le produit de la chute de pression et du débit.

L'environnement de la production de pétrole établit certaines contraintes pour les matériaux et cela comprend le problème de l'érosion des particules. Les matériaux typiques utilisés sont mentionnés. Les données sur les coûts relatives des types d'usine de séparation d'huile, à la fois en capital et en récurrente, sont décrites, bien que les sources soient rares. Enfin, certains conseils pour poursuivre le développement sont décrits, car l'industrie pétrolière se tourne vers l'équipement installé sur le lit de mer ou même au fond du puits de forage.

Échantillonnage, contrôle et équilibrage en masse

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Dans Wills 'Mineral Processing Technology (huitième édition), 2016

3.7.1 Utilisation de la taille des particules

De nombreuses unités, commehydrocycloneset les séparateurs de gravité, produisent un degré de séparation de taille et les données de taille des particules peuvent être utilisées pour l'équilibrage en masse (exemple 3.15).

L'exemple 3.15 est un exemple de minimisation du déséquilibre des nœuds; Il fournit, par exemple, la valeur initiale de la minimisation des moindres carrés généralisés. Cette approche graphique peut être utilisée chaque fois qu'il y a des données de composants «en excès»; Dans l'exemple 3.9, il aurait pu être utilisé.

L'exemple 3.15 utilise le cyclone comme nœud. Un deuxième nœud est le puisard: il s'agit d'un exemple de 2 entrées (Fresh Feed and Ball Milldischarge) et une sortie (alimentation cyclone). Cela donne un autre bilan massique (exemple 3.16).

Dans le chapitre 9, nous revenons à cet exemple de circuit de broyage à l'aide de données ajustées pour déterminer la courbe de partition cyclone.

Heure du poste: mai-07-2019