Hidrociclóns

Descrición

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

O principio de funcionamento é sinxelo: o fluído, que leva as partículas en suspensión, entra no ciclón tanxencialmente, espiral cara abaixo e produce un campo centrífugo en fluxo de vórtice libre. As partículas máis grandes móvense a través do fluído cara ao exterior do ciclón nun movemento en espiral e saen pola espiga cunha fracción do líquido. Debido á área límite da espiga, establécese un vórtice interior, que xira na mesma dirección que o exterior pero que flúe cara arriba, e sae do ciclón polo buscador de vórtices, levando consigo a maior parte do líquido e das partículas máis finas. Se se supera a capacidade da espiga, o núcleo de aire péchase e a descarga da espiga pasa dun pulverizador en forma de paraugas a unha "corda" e unha perda de material groso ata o 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 pódense modificar de forma independente para alterar a separación conseguida. Mentres que os primeiros traballadores experimentaron con ciclóns tan pequenos como 5 mm de diámetro, os diámetros dos hidrociclóns comerciais actualmente oscilan entre 10 mm e 2,5 m, con tamaños de separación para partículas de densidade de 2700 kg m−3 de 1,5-300 μm, diminuíndo co aumento da densidade de partículas. A caída de presión de funcionamento varía de 10 bar para diámetros pequenos a 0,5 bar para unidades grandes. Para aumentar a capacidade, múltiples pequenoshidrociclónspode ser colectado desde unha única liña de alimentación.

Aínda que o principio de funcionamento é sinxelo, moitos aspectos do seu funcionamento aínda son pouco entendidos, e a selección e predición de hidrociclóns para a operación 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 Hidrociclóns versus pantallas

Os hidrociclóns chegaron a dominar a clasificación cando se trata de tamaños de partículas finas en circuítos de moenda pechados (<200 µm). Porén, os desenvolvementos recentes na tecnoloxía de pantallas (capítulo 8) renovaron o interese polo uso de pantallas nos circuítos de moenda. As pantallas sepáranse en función do tamaño e non están directamente influenciadas pola densidade espallada nos minerais de alimentación. Isto pode ser unha vantaxe. As pantallas tampouco teñen unha fracción de derivación e, como demostrou o exemplo 9.2, o bypass pode ser bastante grande (máis do 30 % nese caso). A figura 9.8 móstrase un exemplo da diferenza na curva de partición para ciclóns e pantallas. Os datos son do concentrador El Brocal en Perú con avaliacións antes e despois de que os hidrociclóns fosen substituídos por un Derrick Stack Sizer® (ver capítulo 8) no circuíto de moenda (Dündar et al., 2014). En consonancia coa expectativa, en comparación co ciclón a pantalla tiña unha separación máis nítida (a pendente da curva é maior) e pouco bypass. Informeuse dun aumento na capacidade do circuíto de moenda debido ás taxas de rotura máis altas despois da implementación da pantalla. Isto atribuíuse á eliminación do bypass, reducindo a cantidade de material fino enviado de volta aos muíños de moenda, que tende a amortiguar os impactos partícula-partícula.

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

Proceso e deseño metalúrxico

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

Hidrociclóns

Os hidrociclóns son unidades preferidas para dimensionar ou deslimar grandes volumes de purín de xeito económico e porque ocupan moi pouco espazo ou espazo libre. Funcionan de xeito máis eficaz cando se alimentan a un caudal e unha densidade de pulpa uniformes e úsanse individualmente ou en grupos para obter as capacidades totais desexadas nas divisións necesarias. As capacidades de dimensionamento dependen das forzas centrífugas xeradas por altas velocidades de fluxo tanxenciais a través da unidade. O vórtice primario formado polo lodo entrante actúa en espiral cara abaixo ao redor da parede do cono interior. Os sólidos son lanzados cara a fóra pola forza centrífuga de xeito que a medida que a polpa se move cara abaixo a súa densidade aumenta. As compoñentes verticais da velocidade actúan cara abaixo preto das paredes do cono e cara arriba preto do eixe. A fracción de lodo menos densa separada centrífuga é forzada cara arriba a través do buscador de vórtices para saír pola abertura no extremo superior do cono. Unha zona ou envolvente intermedia entre os dous fluxos ten velocidade vertical cero e separa os sólidos máis grosos que se moven cara abaixo dos sólidos máis finos que se moven cara arriba. A maior parte do fluxo pasa cara arriba dentro do vórtice interior máis pequeno e as forzas centrífugas máis altas arroxan as partículas máis grandes cara ao exterior, proporcionando así unha separación máis eficiente nos tamaños máis finos. Estas partículas volven ao vórtice exterior e reportan unha vez máis á alimentación da jig.

A xeometría e as condicións de funcionamento dentro do patrón de fluxo en espiral dun típicohidrociclóndescríbense na figura 8.13. As variables operativas son a densidade da pasta, o caudal de alimentación, as características dos sólidos, a presión de entrada de alimentación e a caída de presión a través do ciclón. As variables do ciclón son a área da entrada de alimentación, o diámetro e lonxitude do buscador de vórtices e o diámetro de descarga da espiga. O valor do coeficiente de arrastre tamén se ve afectado pola forma; canto máis varía unha partícula da esfericidade, menor é o seu factor de forma e maior é a súa resistencia á sedimentación. A zona de tensión crítica pode estenderse a algunhas partículas de ouro de ata 200 mm de tamaño, polo que é esencial un seguimento coidadoso do proceso de clasificación para reducir a reciclaxe excesiva e a acumulación resultante de lodos. Historicamente, cando se prestaba pouca atención á recuperación do 150μm grans de ouro, o arrastre de ouro nas fraccións de limo parece ser en gran parte responsable das perdas de ouro que se rexistraron ata o 40-60% en moitas operacións de colocación de ouro.

A figura 8.14 (Gráfica de selección de Warman) é unha selección preliminar de ciclóns para separar en varios tamaños D50 de 9-18 micras ata 33-76 micras. Este gráfico, como ocorre con outros gráficos de rendemento de ciclóns, baséase nunha alimentación coidadosamente controlada dun tipo específico. Asume un contido de sólidos de 2.700 kg/m3 en auga como primeira guía de selección. Os ciclóns de maior diámetro utilízanse para producir separacións grosas pero requiren grandes volumes de alimentación para o seu correcto funcionamento. As separacións finas con grandes volumes de alimentación requiren grupos de ciclóns de pequeno diámetro que operen en paralelo. Os parámetros finais de deseño para o dimensionamento próximo deben determinarse experimentalmente, e é importante seleccionar un ciclón ao redor do medio do intervalo para que se poidan facer os pequenos axustes que se precisen ao comezo das operacións.

Afirma que o ciclón CBC (leito circulante) clasifica os materiais de alimentación de ouro aluvial de ata 5 mm de diámetro e obtén unha alimentación constantemente elevada do fluxo inferior. A separación ten lugar aproximadamenteD50/150 micras baseada en sílice de densidade 2,65. Afirmase que o subfluxo do ciclón CBC é particularmente susceptible de separación por jig debido á súa curva de distribución de tamaño relativamente suave e á eliminación case completa de partículas finas de residuos. Non obstante, aínda que se afirma que este sistema produce un concentrado primario de alto grao de minerais pesados ecuantes nunha única pasada a partir dunha alimentación de tamaño relativamente longo (por exemplo, areais minerais), non hai tales cifras de rendemento dispoñibles para o material de alimentación aluvial que conteña ouro fino e escamoso. . A táboa 8.5 ofrece os datos técnicos de AKWhidrociclónspara puntos de corte entre 30 e 100 micras.

Táboa 8.5. Datos técnicos de hidrociclóns AKW

Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Capacidade		Punto de corte (micras)
Tipo (KRS)	Diámetro (mm)	Caída de presión	Purín (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

Desenvolvementos nas tecnoloxías de trituración e clasificación do mineral de ferro

A. Jankovic, en Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Separadores de hidrociclóns

O hidrociclón, tamén coñecido como ciclón, é un dispositivo de clasificación que utiliza a forza centrífuga para acelerar a taxa de sedimentación das partículas de lodo e separar as partículas segundo o tamaño, a forma e a gravidade específica. É moi utilizado na industria de minerais, sendo o seu principal uso no procesado de minerais como clasificador, que demostrou ser extremadamente eficiente en tamaños de separación finos. Utilízase amplamente en operacións de moenda en circuíto pechado pero atopou moitos outros usos, como deslimar, desgrasar e espesar.

Un hidrociclón típico (Figura 8.12a) consiste nun recipiente de forma cónica, aberto no seu vértice, ou subfluxo, 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. A tubaxe prolóngase ao corpo do ciclón por unha sección curta e extraíble coñecida como buscador de vórtices, que impide o curtocircuíto da alimentación directamente no desbordamento. A alimentación introdúcese a presión a través da entrada tanxencial, que imparte un movemento de remolinos á pasta. Isto xera un vórtice no ciclón, cunha zona de baixa presión ao longo do eixe vertical, como se mostra na figura 8.12b. Ao longo do eixe desenvólvese un núcleo de aire, normalmente conectado á atmosfera a través da abertura do ápice, pero en parte creado polo aire disolto que sae da solución na zona de baixa presión. A forza centrífuga acelera a velocidade de sedimentación das partículas, separando as partículas segundo o seu tamaño, forma e gravidade específica. As partículas de sedimentación máis rápida móvense cara á parede do ciclón, onde a velocidade é máis baixa, e migran cara á abertura do ápice (subfluxo). Debido á acción da forza de arrastre, as partículas de sedimentación máis lenta móvense cara á zona de baixa presión ao longo do eixe e son levadas cara arriba a través do buscador de vórtices ata o desbordamento.

Os hidrociclóns úsanse case universalmente nos circuítos de moenda pola súa alta capacidade e eficiencia relativa. Tamén poden clasificar nun rango moi amplo de tamaños de partículas (normalmente de 5 a 500 μm), sendo as unidades de menor diámetro utilizadas para unha clasificación máis fina. Non obstante, a aplicación de ciclóns nos circuítos de moenda de magnetita pode provocar un funcionamento ineficiente debido á diferenza de densidade entre a magnetita e os minerais de refugallo (sílice). A magnetita ten unha densidade específica de aproximadamente 5,15, mentres que a sílice ten unha densidade específica de aproximadamente 2,7. Enhidrociclóns, os minerais densos sepáranse cun tamaño de corte máis fino que os minerais máis lixeiros. Polo tanto, a magnetita liberada estase a concentrar no subfluxo do ciclón, coa consecuente molienda excesiva da magnetita. Napier-Munn et al. (2005) sinalaron 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 doutros factores:

d50c∝ρs−ρl−n

ondeρs é a densidade dos sólidos,ρl é a densidade do líquido enestá entre 0,5 e 1,0. Isto significa que o efecto da densidade mineral no rendemento dos ciclóns pode ser bastante significativo. Por exemplo, se od50c da magnetita son 25 μm, entón od50c de partículas de sílice serán de 40-65 μm. A figura 8.13 mostra as curvas de eficiencia de clasificación de ciclóns para magnetita (Fe3O4) e sílice (SiO2) obtidas a partir do levantamento dun circuíto de moenda de magnetita de molino de bolas industrial. A separación de tamaño para a sílice é moito máis groseira, con ad50c para Fe3O4 de 29 μm, mentres que para SiO2 é de 68 μm. Debido a este fenómeno, os molinos de magnetita en circuítos pechados con hidrociclóns son menos eficientes e teñen menor capacidade en comparación con outros circuítos de moenda de metales básicos.

Tecnoloxía de procesos de alta presión: fundamentos e aplicacións

MJ Cocero PhD, en Biblioteca de Química Industrial, 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 sólidos a altas temperaturas e presións. É económico porque non ten partes móbiles e require pouco mantemento.

A eficiencia de separación dos sólidos é unha forte función do tamaño das partículas e da temperatura. Eficiencias de separación brutas preto do 80% son alcanzables para sílice e temperaturas superiores a 300 °C, mentres que no mesmo intervalo de temperatura, as eficiencias brutas de separación para partículas de circón máis densas son superiores ao 99% [29].

O principal inconveniente do funcionamento dos hidrociclóns é a tendencia dalgunhas sales a adherirse ás paredes do ciclón.

•

Microfiltración cruzada

Os filtros de fluxo cruzado compórtanse dun xeito similar ao que se observa normalmente na filtración de fluxo cruzado en condicións ambientais: o aumento das taxas de cizallamento e a reducida viscosidade do fluído producen un aumento do número de filtrados. A microfiltración cruzada aplicouse á separación de sales precipitadas como sólidos, dando unha eficiencia de separación de partículas que normalmente supera o 99,9%. Goemanset al.[30] estudou a separación do nitrato de sodio da auga supercrítica. Nas condicións do estudo, o nitrato de sodio estaba presente como sal fundido e era capaz de atravesar 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 distinta permeabilidade do medio filtrante cara á solución supercrítica, en oposición á sal fundida, en función das súas viscosidades claramente distintas. Polo tanto, sería posible non só filtrar as sales precipitadas só como sólidos, senón tamén filtrar aqueles sales de baixo punto de fusión que están en estado fundido.

Os problemas de funcionamento debéronse principalmente á corrosión dos filtros polos sales.

Papel: Reciclaxe e Materiais Reciclados

MR Doshi, JM Dyer, no módulo de referencia en ciencia dos materiais e enxeñaría de materiais, 2016

3.3 Limpeza

Limpadores ouhidrociclónseliminar os contaminantes da pasta en función da diferenza de densidade entre o contaminante e a auga. Estes dispositivos consisten nun recipiente de presión cónico ou cilíndrico-cónico no que se alimenta a pasta de forma tanxencial no extremo de gran diámetro (Figura 6). Durante o paso polo limpador, a pulpa desenvolve un patrón de fluxo vórtice, similar ao dun ciclón. O fluxo xira ao redor do eixe central ao afastarse da entrada e cara ao vértice, ou abertura inferior, ao longo do interior da parede da limpeza. A velocidade de rotación do fluxo acelera a medida que diminúe o diámetro do cono. Preto do extremo do vértice, a abertura de pequeno diámetro impide a descarga da maior parte do fluxo que, en cambio, xira nun vórtice interior no núcleo do limpador. O fluxo no núcleo interno sae da abertura do ápice ata que se descarga a través do buscador de vórtices, 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 descargado no vértice do cono (Bliss, 1994, 1997).

Os produtos de limpeza clasifícanse en alta, media ou baixa densidade dependendo da densidade e tamaño dos contaminantes que se eliminan. Utilízase un limpador de alta densidade, cun diámetro que varía de 15 a 50 cm (6-20 polgadas) para eliminar metal, clips de papel e grapas e adoita colocarse inmediatamente despois da pulper. A medida que diminúe o diámetro do limpo, aumenta a súa eficiencia na eliminación de contaminantes de pequeno tamaño. Por razóns prácticas e económicas, o ciclón de 75 mm (3 polgadas) de diámetro é xeralmente o limpador máis pequeno utilizado na industria do papel.

Os limpadores inversos e os de paso están deseñados para eliminar contaminantes de baixa densidade como cera, poliestireno e adhesivos. Os limpadores inversos chámanse así porque o fluxo de aceptacións recóllese no vértice máis limpo mentres que os rexeitamentos saen polo desbordamento. No limpador de paso, acepta e rexeita a saída no mesmo extremo do limpador, con aceptacións preto da parede do limpador separadas dos refugallos por un tubo central preto do núcleo do limpador, como se mostra na Figura 7.

As centrífugas continuas utilizadas nas décadas de 1920 e 1930 para eliminar a area da pasta de papel foron interrompidas despois do desenvolvemento dos hidrociclóns. O Gyroclean, desenvolvido no Centre Technique du Papier, Grenoble, Francia, consta dun cilindro que xira a 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). A combinación de tempo de residencia relativamente longo e forza centrífuga elevada permite aos 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 Encyclopedia of Separation Science, 2000

Sinopse

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

Despois de explicar esta necesidade máis completamente e comparala coa separación ciclónica sólido-líquido no procesado de minerais, indícanse as vantaxes que o hidrociclón confería sobre os tipos de equipos instalados anteriormente para cumprir co deber.

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

O ambiente para a produción de petróleo establece algunhas limitacións para os materiais e isto inclúe o problema da erosión das partículas. Menciónanse os materiais típicos empregados. Descríbense os datos de custos relativos dos tipos de plantas de separación de petróleo, tanto capitais como recorrentes, aínda que as fontes son escasas. Finalmente, descríbense algúns indicadores para un maior desenvolvemento, xa que a industria petroleira busca equipos instalados no fondo do mar ou mesmo no fondo do pozo.

Mostraxe, control e balance 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, comohidrociclónse separadores por gravidade, producen un grao de separación de tamaño e os datos de tamaño de partícula pódense utilizar para o balance de masa (Exemplo 3.15).

O exemplo 3.15 é un exemplo de minimización do desequilibrio de nodos; proporciona, por exemplo, o valor inicial para a minimización xeneralizada de mínimos cadrados. Este enfoque gráfico pódese utilizar sempre que haxa "exceso" de datos de compoñentes; no exemplo 3.9 poderíase usar.

O exemplo 3.15 usa o ciclón como nodo. Un segundo nodo é o sumidoiro: este é un exemplo de 2 entradas (alimentación fresca e descarga do molino de bolas) e unha saída (alimentación ciclónica). Isto dá outro balance de masa (Exemplo 3.16).

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

Hora de publicación: 07-maio-2019