Hidrociclones

Descrición

Hidrociclonesson de forma cono-cilíndrica, cunha entrada de alimentación tanxencial na sección cilíndrica e unha saída en cada eixe. A saída da sección cilíndrica chámase buscador de vórtice e esténdese ao ciclón para reducir o fluxo de curtocircuíto directamente da entrada. No extremo cónico está a segunda saída, a espiga. Para a separación de tamaño, ambas as tendas están xeralmente abertas á atmosfera. Os hidrociclones xeralmente funcionan verticalmente coa espiga no extremo inferior, de aí que o produto groso chámase fluxo e o produto fino, deixando o buscador de vórtice, o desbordamento. A figura 1 mostra esquemáticamente os principais características de fluxo e deseño dun típicohidrociclón: Os dous vórtices, a entrada de alimentación tanxencial e as tomas axiais. Excepto a rexión inmediata da entrada tanxencial, o movemento do fluído dentro do ciclón ten simetría radial. Se un ou ambos os puntos de venda están abertos á atmosfera, unha zona de baixa presión provoca un núcleo de gas ao longo do eixe vertical, dentro do vórtice interno.

O principio de funcionamento é sinxelo: o fluído, que leva as partículas en suspensión, entra no ciclón de forma tanxencial, espiral cara a abaixo e produce un campo centrífugo no fluxo de vórtice libre. As partículas máis grandes móvense polo fluído cara ao exterior do ciclón nun movemento en espiral e saen pola espiga cunha fracción do líquido. Debido á área limitante da espiga, establécese un vórtice interno, xirando na mesma dirección que o vórtice exterior pero que flúe cara arriba, e deixa o ciclón a través do buscador de vórtice, transportando a maioría das partículas líquidas e máis finas. Se se supera a capacidade de espiga, o núcleo de aire está pechado e a descarga de espiga cambia dun spray en forma de paraugas a unha "corda" e unha perda de material groso ao desbordamento.

O diámetro da sección cilíndrica é a principal variable que afecta ao tamaño da partícula que se pode separar, aínda que os diámetros de saída poden cambiarse de forma independente para alterar a separación alcanzada. Mentres que os traballadores precoz experimentaron con ciclóns de pequeno diámetro de 5 mm, os diámetros de hidrociclona comerciais actualmente oscilan entre 10 mm e 2,5 m, con tamaños separados para partículas de densidade 2700 kg m - 3 de 1,5-300 μm, diminuíndo co aumento da densidade de partículas. A caída de presión de funcionamento oscila entre 10 bar para diámetros pequenos a 0,5 bar para grandes unidades. Para aumentar a capacidade, múltiples pequenoshidrociclonespódese mudar desde unha única liña de alimentación.

Aínda que o principio de funcionamento é sinxelo, moitos aspectos do seu funcionamento aínda están mal entendidos, e a selección e predición de hidrociclóns para o funcionamento industrial son en gran parte empíricas.

Clasificación

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

9.4.3 hidrociclones fronte a pantallas

Os hidrociclones chegaron a dominar a clasificación cando se trata de tamaños de partículas finas en circuítos de moenda pechada (<200 µm). Non obstante, os desenvolvementos recentes na tecnoloxía de pantalla (capítulo 8) renovaron o interese en usar pantallas nos circuítos de moenda. As pantallas separan en función do tamaño e non están directamente influenciadas pola propagación da densidade nos minerais de alimentación. Isto pode ser unha vantaxe. As pantallas tampouco teñen unha fracción de bypass, e como o exemplo 9.2 demostrou, o bypass pode ser bastante grande (máis do 30% nese caso). FIGURA 9.8SHA un exemplo da diferenza na curva de partición para as pantallas Cyclonesand. Os datos proceden do concentrador BROCAL EL en Perú con avaliacións antes e despois dos hidrociclones foron substituídos por un Derrick Stack Sizer® (ver capítulo 8) no circuíto de moenda (Dündar et al., 2014). De acordo coa expectativa, en comparación co ciclón, a pantalla tiña unha separación máis nítida (a pendente da curva é maior) e pouco bypass. Informouse dun aumento da capacidade de circuíto de moenda debido a maiores taxas de rotura despois de implementar a pantalla. Isto atribuíuse á eliminación do bypass, reducindo a cantidade de material fino enviado de novo aos muíños de moenda tende a amortecer os impactos de partículas e partículas.

Non obstante, o cambio non é un xeito: un exemplo recente é un cambio de pantalla a ciclón, para aproveitar a redución de tamaño adicional dos pagos máis densos (Sasseville, 2015).

Proceso e deseño metalúrxico

Eoin H. MacDonald, en Manual de exploración e avaliación de ouro, 2007

Hidrociclones

Os hidrociclones son unidades preferidas para dimensionar ou deslimar grandes volumes de suspensión baratamente e porque ocupan moi pouco espazo ou cuarto de cabeza. Funcionan de xeito máis eficaz cando se alimentan a un caudal uniforme e a densidade de pulpa e úsanse individualmente ou en clústers para obter as capacidades totais desexadas nas divisións requiridas. As capacidades de dimensionamento dependen das forzas centrífugas xeradas por altas velocidades de fluxo tanxencial a través da unidade. O vórtice primario formado pola suspensión entrante actúa en espiral cara a abaixo ao redor da parede do cono interior. Os sólidos son lanzados cara a fóra por forza centrífuga de xeito que a medida que a pulpa se move cara a abaixo a súa densidade aumenta. Os compoñentes verticais da velocidade actúan cara a abaixo preto das paredes do cono e cara arriba preto do eixe. A fracción de limo menos densa separada centrífugamente vese obrigada cara arriba a través do buscador de vórtice para pasar pola abertura no extremo superior do cono. Unha zona intermedia ou sobre entre os dous fluxos ten unha velocidade vertical cero e separa os sólidos máis grosos que se desprazan cara a abaixo dos sólidos máis finos que se desprazan cara arriba. O groso do fluxo pasa cara arriba dentro do vórtice interno máis pequeno e as forzas centrífugas máis altas lanzan a maior parte das partículas máis finas cara ao exterior, proporcionando así unha separación máis eficiente nos estribos máis finos. Estas partículas volven ao vórtice exterior e informan unha vez máis ao feed de Jig.

A xeometría e as condicións de funcionamento dentro do patrón de fluxo en espiral dun típicohidrociclóndescríbense na Fig. 8.13. As variables operativas son densidade de pulpa, caudal de alimentación, características de sólidos, presión de entrada de alimentación e caída de presión a través do ciclón. As variables de ciclóns son área de entrada de alimentación, diámetro e lonxitude do buscador de vórtice e diámetro de descarga de espiga. O valor do coeficiente de arrastre tamén se ve afectado pola forma; Canto máis unha partícula varíe da esfericidade, máis pequena é o seu factor de forma e maior será a súa resistencia asentada. A zona de estrés crítico pode estenderse a algunhas partículas de ouro ata 200 mm de tamaño e un control minucioso do proceso de clasificación é, polo tanto, esencial para reducir o reciclaxe excesivo e a acumulación de limos resultantes. Históricamente, cando se prestou pouca atención á recuperación de 150μm Os grans de ouro, o transporte de ouro nas fraccións de limo parece ser o gran responsable das perdas de ouro que se rexistraron ata o 40-60% en moitas operacións de placas de ouro.

A figura 8.14 (gráfico de selección de quentes) é unha selección preliminar de ciclóns para separarse en varios marcadores D50 de 9 a 18 micras de ata 33-76 micras. Este gráfico, do mesmo xeito que ocorre con outros gráficos de rendemento do ciclón, baséase nun alimento coidadosamente controlado dun tipo específico. Asume un contido de sólidos de 2.700 kg/m3 en auga como primeira guía para a selección. Os ciclóns de diámetro maior úsanse para producir separacións grosas, pero requiren volumes altos de alimentación para unha función adecuada. As separacións finas a altos volumes de alimentación requiren agrupacións de ciclóns de pequeno diámetro que funcionan en paralelo. O deseño final para o tamaño próximo debe determinarse experimentalmente, e é importante seleccionar un ciclón ao redor do medio do rango para que se poidan facer pequenos axustes que se poidan requirir no inicio das operacións.

O ciclón CBC (cama circulante) está afirmado que clasifica os materiais de alimentación de ouro aluviais de ata 5 mm de diámetro e obteñen unha alimentación de pista constante do fluxo. A separación ten lugar aproximadamenteD50/150 micras baseadas na sílice de densidade 2.65. O fluxo de ciclón CBC é particularmente susceptible de separar a separación debido á súa curva de distribución de tamaño relativamente lisa e á eliminación case completa das partículas de residuos finos. Non obstante, aínda que se afirma que este sistema produce un concentrado primario de alta calidade de minerais pesados equantes nun paso dun feed de rango de tamaño relativamente longo (por exemplo, area mineral), non hai tales figuras de rendemento para material de alimentación aluvial que conteña ouro fino e escamoso. Táboa 8.5gives Os datos técnicos para AKWhidrociclonespara puntos de corte entre 30 e 100 micras.

Táboa 8.5. Datos técnicos para hidrociclones AKW

Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Capacidade		Punto de corte (micras)
Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Slurry (m3/hr)	Sólidos (t/h max).	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

Desenvolvementos en tecnoloxías de comisión e clasificación de mineral de ferro

A. Jankovic, en Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Separadores de hidrociclóns

O hidrociclón, tamén denominado ciclón, é un dispositivo de clasificación que utiliza forza centrífuga para acelerar a taxa de asentamento de slurrypartículas e partículas separadas segundo o tamaño, a forma e a gravidade específica. É moi utilizado na industria dos minerais, sendo o seu uso principal no procesamento de minerais como clasificador, que resultou extremadamente eficiente en tamaños de separación fina. Úsase extensamente en operacións de moenda de circuíto pechado, pero atopou moitos outros usos, como desliming, degradación e engrosamento.

Un hidrociclón típico (figura 8.12a) consta dun vaso con forma de cónica, aberto no seu ápice ou un fluxo, unido a unha sección cilíndrica, que ten unha entrada de alimentación tanxencial. A parte superior da sección cilíndrica está pechada cunha placa pola que pasa un tubo de desbordamento montado axialmente. O tubo esténdese ao corpo do ciclón por unha sección curta e extraíble coñecida como o buscador de vórtice, que impide a curtocircuíto de alimentación directamente no desbordamento. A alimentación introdúcese baixo presión a través da entrada tanxencial, que imparte un movemento remuíño á pulpa. Isto xera un vórtice no ciclón, cunha zona de baixa presión ao longo do eixe vertical, como se mostra na figura 8.12b. Un núcleo de aire desenvólvese ao longo do eixe, normalmente conectado á atmosfera a través da abertura do ápice, pero en parte creada por aire disolto que sae da solución na zona de baixa presión. A forza centrífuga acelera a taxa de asentamento das partículas, separando así as partículas segundo o tamaño, a forma e a gravidade específica. As partículas de asentamento máis rápidas móvense á parede do ciclón, onde a velocidade é a máis baixa e migra á apertura do ápice (baixo fluxo). Debido á acción da forza de arrastre, as partículas máis lentas que se lentan cara á zona de baixa presión ao longo do eixe e son transportadas cara arriba a través do buscador de vórtice ata o desbordamento.

Os hidrociclones son case universalmente usados en circuítos de moenda debido á súa alta capacidade e á súa eficiencia relativa. Tamén poden clasificar nunha gama moi ampla de tamaños de partículas (normalmente de 5 a 500 μm), unidades de menor diámetro que se usan para unha clasificación máis fina. Non obstante, a aplicación de ciclóns en circuítos de moenda de magnetita pode causar un funcionamento ineficiente debido á diferenza de densidade entre a magnetita e os minerais de residuos (sílice). A magnetita ten unha densidade específica de aproximadamente 5,15, mentres que a sílice ten unha densidade específica de aproximadamente 2,7. Enhidrociclones, os minerais densos sepáranse a un tamaño máis fino que os minerais máis lixeiros. Polo tanto, a magnetita liberada está a concentrarse no fluxo de ciclóns, co conseguinte excesivo da magnetita. Napier-Munn et al. (2005) observou que a relación entre o tamaño de corte corrixido (d50c) e a densidade de partículas segue unha expresión da seguinte forma dependendo das condicións de fluxo e outros factores:

d50c∝ρs --ρl - n

ondeρs é a densidade de sólidos,ρl é a densidade líquida enestá entre 0,5 e 1,0. Isto significa que o efecto da densidade mineral no rendemento do ciclón pode ser bastante significativo. Por exemplo, se od50c da magnetita é de 25 μm, entón od50c de partículas de sílice serán de 40-65 μm. A figura 8.13 mostra as curvas de eficiencia de clasificación do ciclón para a magnetita (FE3O4) e a sílice (SIO2) obtidas da enquisa dun circuíto de moenda de magnetita de bólas industriais. A separación de tamaño para a sílice é moito máis grosa, cund50c para Fe3O4 de 29 μm, mentres que para SIO2 é de 68 μm. Debido a este fenómeno, as fábricas de moenda de magnetita en circuítos pechados con hidrociclones son menos eficientes e teñen unha capacidade máis baixa en comparación con outros circuítos de moenda de metalore base.

Tecnoloxía do proceso de alta presión: fundamentos e aplicacións

MJ Cocero PhD, en Industrial Chemistry Library, 2001

Dispositivos de separación de sólidos

•

Hidrociclón

Este é un dos tipos máis sinxelos de separadores de sólidos. É un dispositivo de separación de alta eficiencia e pódese usar para eliminar eficazmente os sólidos a altas temperaturas e presións. É económico porque non ten pezas móbiles e require pouco mantemento.

A eficiencia de separación para os sólidos é unha función forte do tamaño e da temperatura de partículas. A eficiencia bruta de separación preto do 80% é posible para a sílice e as temperaturas superiores aos 300 ° C, mentres que no mesmo rango de temperatura, a eficiencia de separación bruta para partículas de circon máis denso son maiores do 99% [29].

O principal hándicap da operación de hidrociclón é a tendencia dalgunhas sales a adherirse ás paredes do ciclón.

•

Micro-filtración cruzada

Os filtros de fluxo cruzados compórtanse dun xeito similar ao observado normalmente na filtración de fluxo cruzado en condicións ambientais: aumento das taxas de cizalladura e reducido como resultado de viscosidade fluída nun número de filtrado aumentado. A microfiltración cruzada aplicouse á separación de sales precipitadas como sólidos, dando eficiencias de separación de partículas que normalmente superan o 99,9%. Goemanset al.[30] estudou a separación de nitratos de sodio da auga supercrítica. Nas condicións do estudo, o nitrato de sodio estaba presente como o sal fundido e era capaz de cruzar o filtro. Obtivéronse eficiencias de separación que variaron coa temperatura, xa que a solubilidade diminúe a medida que aumenta a temperatura, oscilando entre o 40% e o 85%, para 400 ° C e 470 ° C, respectivamente. Estes traballadores explicaron o mecanismo de separación como consecuencia dunha permeabilidade distinta do medio de filtrado cara á solución supercrítica, ao contrario do sal fundido, baseándose nas súas viscosidades claramente distintas. Polo tanto, sería posible non só filtrar as sales precipitadas só como sólidos, senón tamén filtrar as sales de pouca fusión que se atopan nun estado fundido.

Os problemas de funcionamento debéronse principalmente á corrosión do filtro polas sales.

Papel: reciclaxe e materiais reciclados

Doshi, JM Dyer, en Módulo de referencia en Materials Science and Materials Engineering, 2016

3.3 Limpeza

Limpadores ouhidrociclonesElimine os contaminantes da pulpa en función da diferenza de densidade entre o contaminante e a auga. Estes dispositivos consisten en vaso de presión cónica ou cilíndrica-cónica en que se alimenta a pulpa tanxencialmente no extremo de gran diámetro (figura 6). Durante o paso polo limpador, a pulpa desenvolve un patrón de fluxo de vórtice, similar ao dun ciclón. O fluxo xira arredor do eixe central ao falecer da entrada e cara ao ápice, ou abertura de fluxo, ao longo do interior da parede do limpador. A velocidade de fluxo rotacional acelera a medida que o diámetro do cono diminúe. Preto do extremo do ápice, a abertura de pequeno diámetro impide a descarga da maior parte do fluxo que en vez xira nun vórtice interno no núcleo do limpador. O fluxo no núcleo interno flúe desde a abertura do ápice ata que se descarga a través do buscador de vórtice, situado no extremo de gran diámetro no centro do limpador. O material de maior densidade, concentrado na parede do limpador debido á forza centrífuga, é dado de alta no ápice do cono (Bliss, 1994, 1997).

Os limpadores clasifícanse en densidade alta, media ou baixa dependendo da densidade e do tamaño dos contaminantes que se eliminan. Un limpador de alta densidade, con diámetro que oscila entre 15 e 50 cm (6-20 pulgadas) úsase para eliminar o metal de vagabundo, os clips de papel e os grapas e normalmente sitúase inmediatamente despois do pulper. A medida que o diámetro do limpador diminúe, aumenta a súa eficiencia na eliminación de contaminantes de pequeno tamaño. Por razóns prácticas e económicas, o ciclón de 75 mm de diámetro é xeralmente o limpador máis pequeno usado na industria do papel.

Os limpadores inversos e os limpadores de fluxo están deseñados para eliminar contaminantes de baixa densidade como cera, poliestireno e paus. Os limpiadores inversos son tan nomeados porque o fluxo acepta recóllese no ápice limpador mentres os rexeita a saída no desbordamento. No limpador de fluxo a través, acepta e rexeita a saída no mesmo extremo do limpador, con acepta preto da parede do limpador separada dos rexeitamentos por un tubo central preto do núcleo do limpador, como se mostra na figura 7.

Os centrifugos continuos empregados nos anos vinte e 1930 para eliminar a area da pulpa foron interrompidos despois do desenvolvemento de hidrociclones. O Gyroclean, desenvolvido en Center Technique du Papier, Grenoble, Francia, consta dun cilindro que xira entre 1200 e 1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). A combinación de tempo de residencia relativamente longo e alta forza centrífuga permite contaminantes de baixa densidade tempo suficiente para migrar ao núcleo do limpador onde son rexeitados a través da descarga do vórtice central.

Mt thew, en Enciclopedia da ciencia da separación, 2000

Sinopse

Aínda que o sólido -líquidohidrociclónEstableceuse durante a maior parte do século XX, o rendemento de separación líquida e líquido satisfactorio non chegou ata a década de 1980. A industria do petróleo offshore tiña necesidade de equipos compactos, robustos e fiables para eliminar o aceite contaminante finamente dividido da auga. Esta necesidade estaba satisfeita por un tipo significativamente diferente de hidrociclón, que por suposto non tiña pezas móbiles.

Despois de explicar esta necesidade máis plenamente e comparala coa separación ciclónica sólida -líquido no procesamento de minerais, as vantaxes de que se dan o hidrociclón sobre os tipos de equipos instalados anteriormente para cumprir o deber.

Os criterios de avaliación do rendemento de separación figuran antes de discutir o rendemento en termos de constitución de alimentación, control do operador e a enerxía requirida, é dicir, o produto de caída de presión e caudal.

O ambiente para a produción de petróleo establece algunhas restricións para materiais e isto inclúe o problema da erosión de partículas. Menciónanse materiais típicos empregados. Os datos de custos relativos para tipos de planta de separación de aceite, tanto capital como recorrente, descríbense, aínda que as fontes son escasas. Finalmente, descríbense algúns apuntamentos para un maior desenvolvemento, xa que a industria do petróleo mira aos equipos instalados no leito do mar ou incluso no fondo do pozo.

Mostraxe, control e equilibrio de masas

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

3.7.1 Uso do tamaño das partículas

Moitas unidades, como comohidrociclonese os separadores de gravidade, producen un grao de separación de tamaño e os datos do tamaño das partículas pódense usar para o equilibrio de masa (exemplo 3.15).

O exemplo 3.15 é un exemplo de minimización do desequilibrio de nodos; Ofrece, por exemplo, o valor inicial para a minimización xeralizada dos mínimos cadrados. Este enfoque gráfico pódese usar sempre que haxa datos de compoñentes "en exceso"; No exemplo 3.9 podería ter sido usado.

O exemplo 3.15 usa o ciclón como nodo. Un segundo nodo é o sumidoiro: este é un exemplo de 2 entradas (Feed Feed e Milliscargación de bólas) e unha saída (alimentación de ciclóns). Isto dá outro equilibrio de masas (exemplo 3.16).

No capítulo 9 volvemos a este exemplo de circuíto de moenda mediante datos axustados para determinar a curva de partición do ciclón.

Tempo de publicación: maio-07-2019