Vatnssýklónar

Lýsing

Vatnssýklónareru kónó-sívalir að lögun, með snertibundnu inntaki inn í sívalningshlutann og úttak á hverjum ás. Úttakið á sívalningshlutanum er kallað hvirfilleitur og nær inn í hvirfilbyl til að draga úr skammhlaupsflæði beint frá inntakinu. Í keilulaga endanum er annað úttakið, tappurinn. Fyrir stærðaraðskilnað eru báðar útrásirnar almennt opnar út í andrúmsloftið. Vatnssýklónar eru almennt starfræktar lóðrétt með tappinn í neðri endanum, þess vegna er grófa afurðin kölluð undirflæði og fína afurðin, sem skilur eftir hringiðuleitina, yfirfallið. Mynd 1 sýnir á skýringarmynd helstu flæði og hönnunareiginleika dæmigerðsvatnssýklón: hvirflarnir tveir, snertiinntak og axialúttak. Fyrir utan næsta svæði snertiinntaksins, hefur vökvahreyfingin innan hvirfilbylsins geislamyndasamhverfu. Ef annað eða báðar úttakanna eru opnar út í andrúmsloftið veldur lágþrýstingssvæði gaskjarna meðfram lóðrétta ásnum, inni í innri hringiðunni.

Starfsreglan er einföld: vökvinn, sem ber svifagnirnar, fer inn í hvirfilbylinn snertibundið, spírast niður á við og framleiðir miðflóttasvið í frjálsu hringflæði. Stærri agnir fara í gegnum vökvann að utanverðu fellibylnum í spíralhreyfingu og fara út í gegnum tappann með broti af vökvanum. Vegna takmarkaðs svæðis sprautunnar myndast innri hringhringur, sem snýst í sömu átt og ytri hvirfilinn en flæðir upp á við, og fer úr hvirfilbylnum í gegnum hvirfilleitann og ber með sér mestan hluta vökvans og fínni agnanna. Ef farið er yfir getu stútsins er loftkjarnanum lokað og útstreymi stútsins breytist úr regnhlífalaga úða í „reipi“ og gróft efni tapast í yfirfallið.

Þvermál sívalningslaga hlutans er aðalbreytan sem hefur áhrif á stærð agna sem hægt er að aðskilja, þó að hægt sé að breyta úttaksþvermálinu sjálfstætt til að breyta aðskilnaðinum sem næst. Þó að fyrstu starfsmenn hafi gert tilraunir með hvirfilbylja allt að 5 mm í þvermál, er þvermál vatnssýklóna nú á bilinu 10 mm til 2,5 m, með aðskilnaðarstærðir fyrir agnir með þéttleika 2700 kg m−3 af 1,5–300 μm, minnkandi með auknum agnaþéttleika. Rekstrarþrýstingsfall er á bilinu 10 bör fyrir litla þvermál til 0,5 bör fyrir stórar einingar. Til að auka getu, margfaldur lítillvatnssýklónarmá fjölgreina úr einni fóðurlínu.

Þrátt fyrir að meginreglan um rekstur sé einföld, eru margir þættir starfseminnar enn illa skildir og val vatnshringrása og spá fyrir iðnaðarrekstur eru að mestu leyti reynslusöguleg.

Flokkun

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., í Wills' Mineral Processing Technology (átta útgáfa), 2016

9.4.3 Hydrocyclones á móti skjám

Vatnssýklónar eru orðnir ráðandi í flokkun þegar fjallað er um fínar kornastærðir í lokuðum mölunarrásum (<200 µm). Hins vegar hefur nýleg þróun í skjátækni (kafli 8) endurnýjað áhuga á að nota skjái í malarrásum. Skjár aðskiljast eftir stærð og eru ekki undir beinum áhrifum frá þéttleikadreifingu í fóðursteinefnum. Þetta getur verið kostur. Skjáir eru heldur ekki með framhjáhaldsbrot og eins og dæmi 9.2 hefur sýnt getur framhjáhlaup verið nokkuð stórt (yfir 30% í því tilviki). Mynd 9.8 sýnir dæmi um mismun á skiptingarferli fyrir hvirfilbyl og skjái. Gögnin eru frá El Brocal stöðinni í Perú með mati fyrir og eftir að vatnshringnum var skipt út fyrir Derrick Stack Sizer® (sjá kafla 8) í malarásinni (Dündar o.fl., 2014). Í samræmi við væntingar, samanborið við fellibylinn hafði skjárinn skarpari aðskilnað (halli ferilsins er meiri) og lítið framhjá. Tilkynnt var um aukningu á getu mala hringrásarinnar vegna hærri brothraða eftir innleiðingu skjásins. Þetta var rakið til brotthvarfs á framhjáhlaupinu, sem minnkaði magn af fínu efni sem sent var til baka til malarverksmiðjanna sem hefur tilhneigingu til að draga úr höggum agna og agna.

Breyting er þó ekki ein leið: Nýlegt dæmi er skipting úr skjá yfir í hvirfilbyl, til að nýta sér viðbótarstærðarminnkun þéttari steinefna (Sasseville, 2015).

Málmvinnsluferli og hönnun

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

Vatnssýklónar

Vatnssýklónar eru ákjósanlegar einingar til að stækka eða afslíma mikið magn gróðurs á ódýran hátt og vegna þess að þeir taka mjög lítið gólfpláss eða loftrými. Þeir virka best þegar þeir eru fóðraðir með jöfnum flæðishraða og kvoðaþéttleika og eru notaðir hver fyrir sig eða í klösum til að fá æskilega heildargetu við nauðsynlegar skiptingar. Stærðargeta byggir á miðflóttakrafti sem myndast af miklum snertiflötshraða í gegnum eininguna. Aðal hringhringurinn sem myndast af innkominni slurry virkar spíral niður á við í kringum innri keiluvegginn. Föstum efnum er hent út á við með miðflóttaafli þannig að þegar kvoða hreyfist niður á við eykst þéttleiki þess. Lóðréttir hlutar hraðans virka niður á við nálægt keiluveggjanum og upp á við nálægt ásnum. Minna þétta slímhlutinn sem er aðskilinn í miðflótta er þvingaður upp í gegnum hvirfilleitann til að fara út um opið á efri enda keilunnar. Millisvæði eða hjúp á milli flæðinna tveggja hefur núll lóðréttan hraða og aðskilur grófari föst efni sem færast niður á við frá fínni föst efni sem færast upp á við. Megnið af flæðinu fer upp á við innan minni innri hringiðunnar og meiri miðflóttakraftar kasta stærri af fínni agnunum út á við og gefur þannig skilvirkari aðskilnað í fínni stærðum. Þessar agnir fara aftur í ytri hringiðuna og tilkynna sig enn einu sinni til keipfóðursins.

Rúmfræði og rekstrarskilyrði innan spíralflæðismynsturs dæmigerðarvatnssýklóner lýst á mynd 8.13. Rekstrarbreytur eru þéttleiki kvoða, straumhraði fóðurs, eiginleikar föst efnis, inntaksþrýstingur fóðurs og þrýstingsfall í gegnum hringrásina. Hvirfilbreytur eru flatarmál fóðurinntaks, þvermál og lengd hvirfilleitar og þvermál útblásturs tappa. Gildi dragstuðulsins hefur einnig áhrif á lögun; því meira sem ögn er breytileg frá kúlu því minni er lögunarstuðull hennar og því meiri setþol hennar. Mikilvæga álagssvæðið getur náð til sumra gullagna allt að 200 mm að stærð og vandlega eftirlit með flokkunarferlinu er því nauðsynlegt til að draga úr óhóflegri endurvinnslu og þeirri uppsöfnun slíms sem fylgir því. Sögulega séð, þegar lítil athygli var gefin að bata 150μm gullkornum virðist yfirfærsla á gulli í slímhlutunum að miklu leyti hafa verið ábyrg fyrir gulltapinu sem var skráð vera allt að 40–60% í mörgum aðgerðum til að setja gull.

Mynd 8.14 (Warman Selection Chart) er bráðabirgðaval af hvirfilbyljum til að aðskilja við ýmsar D50 stærðir frá 9–18 míkron upp í 33–76 míkron. Þetta töflurit, eins og með önnur slík töflur um afköst fellibylja, er byggð á vandlega stýrðu fóðri af ákveðinni gerð. Þar er gert ráð fyrir 2.700 kg/m3 fastefnisinnihaldi í vatni sem fyrsta viðmið um val. Hvirfilbylur með stærri þvermál eru notaðir til að framleiða grófa aðskilnað en þurfa mikið fóðurmagn til að virka rétt. Fínar aðskilnaður við mikið fóðurmagn krefst klasa af hringrásum með litlum þvermál sem starfa samhliða. Endanlegar hönnunarbreytur fyrir nákvæma stærðargreiningu verða að vera ákvörðuð með tilraunum og mikilvægt er að velja hvirfilbyl um mitt bilið þannig að hægt sé að gera allar minniháttar breytingar sem kunna að vera nauðsynlegar við upphaf aðgerða.

Sagt er að CBC (circulating bed) hvirfilbylurinn flokki alluvial gullfóðurefni allt að 5 mm í þvermál og fái stöðugt háan hlaupafóður frá undirflæðinu. Aðskilnaður fer fram um klD50/150 míkron miðað við kísil með þéttleika 2,65. Fullyrt er að undirflæði CBC fellibylsins sé sérstaklega hæft fyrir aðskilnað með jig vegna tiltölulega sléttrar stærðardreifingarferils og nánast fullkomins fjarlægingar á fínum úrgangsagnum. Hins vegar, þó að fullyrt sé að þetta kerfi framleiði hágæða frumþykkni af jöfnum þungum steinefnum í einni umferð úr tiltölulega langri stærðarfóðri (td steinefnasandi), eru engar slíkar frammistöðutölur tiltækar fyrir alluvial fóðurefni sem inniheldur fínt og flagnt gull . Tafla 8.5 gefur tæknigögn fyrir AKWvatnssýklónarfyrir skurðpunkta á milli 30 og 100 míkron.

Tafla 8.5. Tæknigögn fyrir AKW vatnshringrásir

Tegund (KRS)	Þvermál (mm)	Þrýstifall	Getu		Skurðarpunktur (míkron)
Tegund (KRS)	Þvermál (mm)	Þrýstifall	Gruggur (m3/klst.)	Föst efni (t/klst max).	Skurðarpunktur (míkron)
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

Þróun í smölun og flokkunartækni járngrýtis

A. Jankovic, í Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Hýdrósýklónskiljur

Hýdrósýklóninn, einnig nefndur hringrás, er flokkunarbúnaður sem notar miðflóttaafl til að flýta fyrir sethraða slurry agna og aðskilda agna eftir stærð, lögun og eðlisþyngd. Það er mikið notað í steinefnaiðnaðinum, þar sem aðalnotkun þess í steinefnavinnslu er sem flokkunarefni, sem hefur reynst afar vel við fínar aðskilnaðarstærðir. Það er mikið notað í lokuðum hringrásum malaaðgerðum en hefur fundið marga aðra notkun, svo sem afslípun, grisjun og þykknun.

Dæmigerð hýdrósýklón (mynd 8.12a) samanstendur af keilulaga skipi, opnu í toppi þess, eða undirrennsli, tengt við sívalan hluta, sem hefur snertibundið inntak. Efst á sívalningshlutanum er lokað með plötu sem fer í gegnum áslega festa yfirfallsrör. Pípan er framlengd inn í líkama hvirfilbylsins með stuttum, færanlegum hluta sem kallast hvirfilleitur, sem kemur í veg fyrir skammhlaup á fóðri beint inn í yfirfallið. Fóðrið er sett undir þrýsting í gegnum snertiinnganginn, sem veldur þyrlandi hreyfingu til kvoða. Þetta myndar hringiðu í hvirfilbylnum, með lágþrýstingssvæði meðfram lóðrétta ásnum, eins og sýnt er á mynd 8.12b. Loftkjarni myndast meðfram ásnum, venjulega tengdur andrúmsloftinu í gegnum toppopið, en að hluta til vegna uppleysts lofts sem kemur úr lausninni á lágþrýstingssvæðinu. Miðflóttakrafturinn flýtir fyrir sethraða agnanna og aðskilur þannig agnir eftir stærð, lögun og eðlisþyngd. Agnir sem setjast hraðar flytjast að vegg hvirfilbylsins, þar sem hraðinn er minnstur, og flytjast að toppopinu (undirrennsli). Vegna virkni dráttarkraftsins hreyfast agnirnar sem setjast hægar í átt að lágþrýstingssvæðinu meðfram ásnum og berast upp í gegnum hvirfilleitann til yfirfallsins.

Vatnssýklónar eru nánast almennt notaðir í malarásum vegna mikillar afkastagetu og hlutfallslegrar skilvirkni. Þeir geta einnig flokkað yfir mjög breitt svið kornastærða (venjulega 5–500 μm), einingar með smærri þvermál eru notaðar fyrir fínni flokkun. Hins vegar getur hringrásarbeiting í magnetítmala hringrásum valdið óhagkvæmri notkun vegna þéttleikamunarins á magnetíti og úrgangssteinefnum (kísil). Magnetít hefur sérþéttleikann um það bil 5,15, en kísil hefur sérþéttleikann um 2,7. Ívatnssýklónar, þétt steinefni aðskiljast í fínni skerastærð en léttari steinefni. Þess vegna er losað segulít að safnast saman í undirflæði fellibylsins, með tilheyrandi ofmalun á segulítinu. Napier-Munn o.fl. (2005) tók fram að sambandið milli leiðréttrar skurðarstærðar (d50c) og agnaþéttleiki fylgir tjáningu á eftirfarandi formi eftir flæðiskilyrðum og öðrum þáttum:

d50c∝ρs−ρl−n

hvarρs er þéttleiki fasta efna,ρl er vökvaþéttleiki, ogner á milli 0,5 og 1,0. Þetta þýðir að áhrif steinefnaþéttleika á afköst fellibylja geta verið töluverð. Til dæmis, efd50c af segulmagninu er 25 μm, þá erd50c af kísilögnum verða 40–65 μm. Mynd 8.13 sýnir skilvirkniferlar hringrásarflokkunar fyrir magnetít (Fe3O4) og kísil (SiO2) sem fengust úr könnun á iðnaðar kúluverksmiðjusmölunarrás. Stærðarskilin fyrir kísil er mun grófari, með ad50c fyrir Fe3O4 af 29 μm, en fyrir SiO2 er 68 μm. Vegna þessa fyrirbæri eru segulmölunarmyllurnar í lokuðum hringrásum með vatnshringrásum minna skilvirkar og hafa minni afkastagetu samanborið við aðrar grunnmálmmálmölunarrásir.

Háþrýstingsferlistækni: grundvallaratriði og forrit

MJ Cocero PhD, í iðnaðarefnafræðibókasafni, 2001

Tæki til að aðskilja fast efni

•

Vatnssýklón

Þetta er ein einfaldasta gerð föstefnaskilja. Það er afkastamikill aðskilnaðarbúnaður og hægt að nota til að fjarlægja fast efni á áhrifaríkan hátt við háan hita og þrýsting. Það er hagkvæmt vegna þess að það hefur enga hreyfanlega hluta og krefst lítið viðhalds.

Skilvirkni fyrir fast efni er sterk virkni kornastærðar og hitastigs. Heildarskilvirkni nálægt 80% er hægt að ná fyrir kísil og hitastig yfir 300°C, en á sama hitastigi er heildarskilvirkni fyrir þéttari sirkon agnir meiri en 99% [29].

Helsta ókosturinn við notkun vatnshýklóns er tilhneiging sumra saltanna til að festast við hringhringinn.

•

Kross örsíun

Krossflæðissíur hegða sér á svipaðan hátt og venjulega sést við krossflæðissíun við umhverfisaðstæður: aukin skurðhraði og minni seigja vökva leiða til aukins síuvökva. Krossörsíun hefur verið beitt til að aðskilja útfelld sölt sem fast efni, sem gefur aðskilnað agna að jafnaði yfir 99,9%. Goemanso.fl.[30] rannsakað aðskilnað natríumnítrats frá ofurkritísku vatni. Við aðstæður rannsóknarinnar var natríumnítrat til staðar sem bráðið salt og gat farið yfir síuna. Skilvirkni náðist sem var mismunandi eftir hitastigi, þar sem leysni minnkar þegar hitastigið hækkar, á bilinu 40% og 85%, í 400°C og 470°C, í sömu röð. Þessir starfsmenn útskýrðu aðskilnaðarbúnaðinn sem afleiðing af greinilegri gegndræpi síunarmiðilsins í átt að ofurkritísku lausninni, öfugt við bráðna saltið, byggt á greinilega aðgreindri seigju þeirra. Þess vegna væri ekki aðeins mögulegt að sía útfelld sölt eingöngu sem fast efni heldur einnig að sía þessi lágbræðslumarkssölt sem eru í bráðnu ástandi.

Rekstrarvandræðin voru aðallega vegna síutæringar af völdum söltanna.

Pappír: Endurvinnsla og endurunnið efni

MR Doshi, JM Dyer, í tilvísunareiningu í efnisvísindum og efnisverkfræði, 2016

3.3 Þrif

Hreinsiefni eðavatnssýklónarfjarlægja aðskotaefni úr kvoða miðað við þéttleikamun á aðskotaefninu og vatni. Þessi tæki samanstanda af keilulaga eða sívalur-keilulaga þrýstihylki þar sem kvoða er gefið í snerti við enda stóra þvermálsins (Mynd 6). Við leið í gegnum hreinsiefnið myndar kvoða hringflæðismynstur, svipað og í hvirfilbyl. Flæðið snýst um miðásinn þegar það fer frá inntakinu og í átt að oddinum, eða undirflæðisopinu, meðfram innri hreinsiveggnum. Snúningshraðinn hraðar þegar þvermál keilunnar minnkar. Nálægt toppendanum kemur lítið þvermál opið í veg fyrir að megnið af flæðinu losni sem í staðinn snýst í innri hringiðu í kjarna hreinsiefnisins. Flæðið við innri kjarna rennur burt frá toppopinu þar til það rennur út í gegnum hvirfilleitarann, sem er staðsettur við enda stóra þvermálsins í miðju hreinsiefnisins. Efnið með meiri þéttleika, sem hefur verið safnað saman við vegg hreinsiefnisins vegna miðflóttaaflsins, er losað í toppi keilunnar (Bliss, 1994, 1997).

Hreinsiefni eru flokkuð sem hár, miðlungs eða lág þéttleiki eftir þéttleika og stærð mengunarefna sem verið er að fjarlægja. Háþéttnihreinsiefni, með þvermál á bilinu 15 til 50 cm (6–20 tommur) er notað til að fjarlægja trampa málm, bréfaklemmur og hefta og er venjulega staðsett strax á eftir pulper. Eftir því sem þvermál hreinsiefnisins minnkar eykst skilvirkni þess við að fjarlægja smærri mengunarefni. Af hagnýtum og efnahagslegum ástæðum er 75 mm (3 tommu) þvermál hringrásar yfirleitt minnsti hreinsiefnið sem notað er í pappírsiðnaðinum.

Andstæða hreinsiefni og gegnumstreymishreinsiefni eru hönnuð til að fjarlægja lágþéttni aðskotaefni eins og vax, pólýstýren og klístur. Andstæða hreinsiefni eru svo nefnd vegna þess að viðtökustraumnum er safnað við hreinni toppinn á meðan rejects fara út við yfirfallið. Í gegnumstreymishreinsaranum, tekur við og hafnar útgangi í sama enda hreinsiefnisins, með móttökur nálægt hreinsiveggnum aðskildar frá úthreinsunum með miðlægu röri nálægt kjarna hreinsiefnisins, eins og sýnt er á mynd 7.

Stöðugum skilvindur sem notaðar voru á 1920 og 1930 til að fjarlægja sand úr kvoða voru hætt eftir þróun vatnshringrása. Gyroclean, þróað hjá Centre Technique du Papier, Grenoble, Frakklandi, samanstendur af strokki sem snýst á 1200–1500 snúningum á mínútu (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Sambland af tiltölulega löngum dvalartíma og háum miðflóttaafli gerir aðskotaefnum með litlum þéttleika nægan tíma til að flytjast inn í kjarna hreinsiefnisins þar sem þeim er hafnað í gegnum hringhringinn í miðjunni.

MT Thew, í Encyclopedia of Separation Science, 2000

Samantekt

Þó fast-vökvivatnssýklónhefur verið komið á fót mestan hluta 20. aldar, viðunandi skilvirkni vökva og vökva kom ekki fram fyrr en á níunda áratugnum. Olíuiðnaðurinn á hafi úti hafði þörf fyrir fyrirferðarlítinn, öflugan og áreiðanlegan búnað til að fjarlægja fínskipt mengunarolíu úr vatni. Þessari þörf var fullnægt með verulega annarri tegund af vatnssýklónum, sem hafði auðvitað enga hreyfanlega hluta.

Eftir að hafa útskýrt þessa þörf betur og borið hana saman við aðskilnað sýklóna í föstu formi og fljótandi í steinefnavinnslu, eru þeir kostir sem hýdrósýklóninn veitti fram yfir gerðir búnaðar sem settar voru upp áður til að mæta skyldunni gefnir upp.

Viðmiðanir fyrir mat á aðskilnaðarframmistöðu eru taldar upp áður en rætt er um frammistöðu með tilliti til fóðurskipunar, stjórnanda stjórnanda og orkunnar sem þarf, þ.e. afurð þrýstingsfalls og flæðishraða.

Umhverfið fyrir olíuframleiðslu setur efnum ákveðnar skorður og það felur í sér vandamál með agnavef. Nefnd eru dæmigerð efni sem notuð eru. Gerð er grein fyrir hlutfallslegum kostnaðargögnum fyrir tegundir olíuskiljunarstöðva, bæði fjármagns og endurteknar, þó heimildir séu fáar. Að lokum er nokkrum vísbendingum um frekari þróun lýst þar sem olíuiðnaðurinn horfir til búnaðar sem er uppsettur á hafsbotni eða jafnvel neðst í holunni.

Sýnataka, eftirlit og massajafnvægi

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., í Wills' Mineral Processing Technology (átta útgáfa), 2016

3.7.1 Notkun kornastærðar

Margar einingar, svo semvatnssýklónarog þyngdarafl skiljur, framleiða stærðaraðskilnað og hægt er að nota kornastærðargögnin fyrir massajafnvægi (dæmi 3.15).

Dæmi 3.15 er dæmi um lágmörkun hnútaójafnvægis; það gefur til dæmis upphafsgildið fyrir almenna minnstu ferningslágmörkunina. Þessa myndrænu nálgun er hægt að nota þegar það er „umfram“ íhlutagögnum; í dæmi 3.9 hefði mátt nota það.

Dæmi 3.15 notar hvirfilbyl sem hnút. Annar hnútur er sumpið: þetta er dæmi um 2 inntak (ferskt fóður og kúluhringlosun) og eitt úttak (sveiflufóður). Þetta gefur annað massajafnvægi (dæmi 3.16).

Í 9. kafla snúum við aftur að þessu malarásardæmi með því að nota leiðrétt gögn til að ákvarða hringrásarskiptinguferilinn.

Pósttími: maí-07-2019