Hydrocyclonen

HydrocyclonenHydrocyclonen hebben een cono-cilindrische vorm, met een tangentiële toevoerinlaat in het cilindrische gedeelte en een uitlaat op elke as. De uitlaat in het cilindrische gedeelte wordt de vortexzoeker genoemd en steekt uit in de cycloon om kortsluiting direct vanuit de inlaat te verminderen. Aan het conische uiteinde bevindt zich de tweede uitlaat, de spigot. Voor scheiding op basis van deeltjesgrootte zijn beide uitlaten doorgaans open naar de atmosfeer. Hydrocyclonen worden over het algemeen verticaal gebruikt met de spigot aan de onderkant; het grove product wordt daarom de onderstroom genoemd en het fijne product, dat de vortexzoeker verlaat, de bovenstroom. Figuur 1 toont schematisch de belangrijkste stroming en ontwerpkenmerken van een typische hydrocycloon.hydrocycloonDe cycloon bestaat uit twee wervels: de tangentiële toevoerinlaat en de axiale uitlaten. Met uitzondering van het gebied direct rond de tangentiële inlaat, vertoont de vloeistofbeweging in de cycloon radiale symmetrie. Als een of beide uitlaten open zijn naar de atmosfeer, ontstaat er een lagedrukzone die een gaskern langs de verticale as vormt, binnen de binnenste wervel.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

Figuur 1. Belangrijkste kenmerken van de hydrocycloon.

Hydrocyclonen zijn de meest gebruikte classificatiemethode geworden voor fijne deeltjesgroottes in gesloten maalcircuits (<200 µm). Recente ontwikkelingen in zeeftechnologie (hoofdstuk 8) hebben echter de interesse in het gebruik van zeven in maalcircuits nieuw leven ingeblazen. Zeven scheiden op basis van grootte en worden niet direct beïnvloed door de dichtheidsspreiding in de mineralen van de toevoer. Dit kan een voordeel zijn. Zeven hebben ook geen bypassfractie, en zoals voorbeeld 9.2 heeft aangetoond, kan de bypass aanzienlijk zijn (in dat geval meer dan 30%). Figuur 9.8 toont een voorbeeld van het verschil in scheidingscurve voor cyclonen en zeven. De gegevens zijn afkomstig van de El Brocal-concentrator in Peru, met evaluaties vóór en na de vervanging van de hydrocyclonen door een Derrick Stack Sizer® (zie hoofdstuk 8) in het maalcircuit (Dündar et al., 2014). Zoals verwacht had de zeef, vergeleken met de cycloon, een scherpere scheiding (de helling van de curve is steiler) en weinig bypass. Er werd een toename in de capaciteit van het maalcircuit gerapporteerd als gevolg van hogere breukpercentages na de implementatie van het zeefsysteem. Dit werd toegeschreven aan het elimineren van de bypass, waardoor de hoeveelheid fijn materiaal die terug naar de maalinstallaties wordt gevoerd, afneemt. Dit materiaal dempt de botsingen tussen de deeltjes.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

Figuur 9.8. Scheidingscurven voor cyclonen en zeven in het maalcircuit van de El Brocal-concentrator.

(Aangepast overgenomen van Dündar et al. (2014))

De geometrie en bedrijfsomstandigheden binnen het spiraalvormige stromingspatroon van een typischehydrocycloonworden beschreven in Fig. 8.13. Operationele variabelen zijn de pulpdichtheid, de toevoersnelheid, de eigenschappen van de vaste stoffen, de toevoerdruk en het drukverlies door de cycloon. Cycloonvariabelen zijn het oppervlak van de toevoeropening, de diameter en lengte van de vortexzoeker en de diameter van de uitlaatopening. De waarde van de weerstandscoëfficiënt wordt ook beïnvloed door de vorm; hoe meer een deeltje afwijkt van een bolvorm, hoe kleiner de vormfactor en hoe groter de bezinkingsweerstand. De kritische spanningszone kan zich uitstrekken tot sommige gouddeeltjes met een grootte tot 200 mm, en zorgvuldige monitoring van het classificatieproces is daarom essentieel om overmatige recycling en de daaruit voortvloeiende slibvorming te verminderen. Historisch gezien, toen er weinig aandacht werd besteed aan het terugwinnen van 150μDe goudverliezen, met name de overdracht van goud in de slibfracties, lijken grotendeels verantwoordelijk te zijn geweest voor de goudverliezen die in veel goudwinningen opliepen tot wel 40-60%.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

8.13. Normale geometrie en bedrijfsomstandigheden van een hydrocycloon.

Figuur 8.14 (Warman-selectiegrafiek) toont een voorlopige selectie van cyclonen voor scheiding bij verschillende D50-groottes van 9–18 micron tot 33–76 micron. Deze grafiek, net als andere grafieken die de prestaties van cyclonen weergeven, is gebaseerd op een zorgvuldig gecontroleerde toevoer van een specifiek type. Er wordt uitgegaan van een vaste-stofgehalte van 2700 kg/m³ in water als eerste richtlijn voor de selectie. Cyclonen met een grotere diameter worden gebruikt voor grove scheidingen, maar vereisen grote toevoervolumes voor een goede werking. Fijne scheidingen bij grote toevoervolumes vereisen clusters van cyclonen met een kleine diameter die parallel werken. De uiteindelijke ontwerpparameters voor nauwkeurige dimensionering moeten experimenteel worden bepaald. Het is belangrijk om een ​​cycloon te selecteren die zich in het midden van het bereik bevindt, zodat eventuele kleine aanpassingen die nodig zijn, aan het begin van de werkzaamheden kunnen worden uitgevoerd.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

8.14. Voorlopige selectietabel van Warman.

De CBC-cycloon (circulating bed) zou alluviaal goudhoudend materiaal met een diameter tot 5 mm kunnen scheiden en een consistent hoge jig-opbrengst uit de onderstroom verkrijgen. De scheiding vindt plaats bij ongeveerD50/150 micron gebaseerd op silica met een dichtheid van 2,65. De onderstroom van de CBC-cycloon zou bijzonder geschikt zijn voor scheiding met een zeef vanwege de relatief vlakke deeltjesgrootteverdeling en de bijna volledige verwijdering van fijne afvaldeeltjes. Hoewel dit systeem naar verluidt in één doorgang een hoogwaardig primair concentraat van gelijke zware mineralen produceert uit een relatief breed deeltjesgroottebereik (bijv. mineraalzand), zijn er geen dergelijke prestatiecijfers beschikbaar voor alluviaal materiaal dat fijn en schilferig goud bevat. Tabel 8.5 geeft de technische gegevens voor AKW.hydrocyclonenvoor afsnijpunten tussen 30 en 100 micron.

Een typische hydrocycloon (figuur 8.12a) bestaat uit een conisch gevormd vat, open aan de top, ofwel de onderstroom, verbonden met een cilindrisch gedeelte met een tangentiële toevoerinlaat. De bovenkant van het cilindrische gedeelte is afgesloten met een plaat waar een axiaal gemonteerde overloopbuis doorheen loopt. Deze buis is via een kort, verwijderbaar gedeelte, de zogenaamde vortexzoeker, in het lichaam van de cycloon verlengd. Deze vortexzoeker voorkomt dat de toevoer rechtstreeks in de overloop terechtkomt. De toevoer wordt onder druk via de tangentiële inlaat ingevoerd, waardoor de pulp in een wervelende beweging komt. Dit genereert een vortex in de cycloon, met een lagedrukzone langs de verticale as, zoals weergegeven in figuur 8.12b. Langs de as ontwikkelt zich een luchtkern, die normaal gesproken via de opening aan de top met de atmosfeer is verbonden, maar deels wordt gevormd door opgeloste lucht die uit de oplossing in de lagedrukzone vrijkomt. De centrifugale kracht versnelt de bezinkingssnelheid van de deeltjes, waardoor de deeltjes worden gescheiden op basis van grootte, vorm en soortelijk gewicht. Sneller bezinkende deeltjes bewegen naar de wand van de cycloon, waar de snelheid het laagst is, en migreren naar de opening aan de top (onderstroom). Door de wrijvingskracht bewegen de langzamer bezinkende deeltjes zich naar de zone met lage druk langs de as en worden ze via de wervelgeleider naar boven, naar de overstroom, gevoerd.

 

Figuur 8.12. Hydrocycloon (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) en hydrocycloonbatterij. Overzichtsbrochure van de Cavex-hydrocycloon, https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx.

Hydrocyclonen worden vanwege hun hoge capaciteit en relatieve efficiëntie vrijwel universeel gebruikt in maalcircuits. Ze kunnen bovendien een zeer breed scala aan deeltjesgroottes scheiden (doorgaans 5–500 μm), waarbij kleinere exemplaren worden gebruikt voor fijnere scheiding. De toepassing van cyclonen in maalcircuits voor magnetiet kan echter leiden tot een inefficiënte werking vanwege het dichtheidsverschil tussen magnetiet en afvalmineralen (silica). Magnetiet heeft een soortelijke massa van ongeveer 5,15, terwijl silica een soortelijke massa van ongeveer 2,7 heeft.hydrocyclonenDichte mineralen scheiden zich af bij een fijnere scheidingsgrootte dan lichtere mineralen. Daardoor wordt vrijgekomen magnetiet geconcentreerd in de onderstroom van de cycloon, met als gevolg oververmalen van het magnetiet. Napier-Munn et al. (2005) merkten op dat de relatie tussen de gecorrigeerde scheidingsgrootte (d50c) en de deeltjesdichtheid volgt een uitdrukking van de volgende vorm, afhankelijk van de stromingsomstandigheden en andere factoren:

waarρs is de dichtheid van de vaste stof,ρl is de vloeistofdichtheid, ennligt tussen 0,5 en 1,0. Dit betekent dat het effect van de mineraaldichtheid op de prestaties van de cycloon aanzienlijk kan zijn. Bijvoorbeeld, als ded50c van het magnetiet is 25 μm, dan ded50c silicadeeltjes zullen 40–65 μm groot zijn. Figuur 8.13 toont de cycloonclassificatie-efficiëntiecurven voor magnetiet (Fe3O4) en silica (SiO2), verkregen uit een onderzoek van een industrieel kogelmolencircuit voor het malen van magnetiet. De grootte-scheiding voor silica is veel grover, met eendDe deeltjesgrootte voor Fe3O4 bedraagt ​​50c 29 μm, terwijl die voor SiO2 68 μm is. Door dit fenomeen zijn de magnetietmaalmolens in gesloten circuits met hydrocyclonen minder efficiënt en hebben ze een lagere capaciteit in vergelijking met andere maalcircuits voor basismetalen.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

Figuur 8.13. Cycloonrendement voor magnetiet Fe3O4 en silica SiO2 – industrieel onderzoek.

Schoonmakers ofhydrocyclonenDeze apparaten verwijderen verontreinigingen uit pulp op basis van het dichtheidsverschil tussen de verontreiniging en water. Ze bestaan ​​uit een conisch of cilindrisch-conisch drukvat waarin de pulp tangentieel wordt toegevoerd aan het uiteinde met de grote diameter (Figuur 6). Tijdens de passage door de reiniger ontwikkelt de pulp een wervelstroompatroon, vergelijkbaar met dat van een cycloon. De stroom roteert rond de centrale as terwijl deze zich van de inlaat naar de top, of onderstroomopening, langs de binnenkant van de reinigerwand beweegt. De rotatiesnelheid van de stroom neemt toe naarmate de diameter van de kegel afneemt. Nabij de top voorkomt de opening met de kleine diameter de afvoer van het grootste deel van de stroom, die in plaats daarvan roteert in een interne wervel in de kern van de reiniger. De stroom in de binnenkern stroomt weg van de topopening totdat deze wordt afgevoerd via de wervelzoeker, die zich aan het uiteinde met de grote diameter in het midden van de reiniger bevindt. Het materiaal met een hogere dichtheid, dat door de centrifugale kracht aan de wand van de reiniger is geconcentreerd, wordt aan de top van de kegel afgevoerd (Bliss, 1994, 1997).

 

Figuur 6. Onderdelen van een hydrocycloon, belangrijke stromingspatronen en scheidingstrends.

Omgekeerde reinigers en doorstroomreinigers zijn ontworpen om verontreinigingen met een lage dichtheid te verwijderen, zoals was, polystyreen en kleverige stoffen. Omgekeerde reinigers worden zo genoemd omdat de aangevoerde stroom wordt opgevangen aan de bovenkant van de reiniger, terwijl de afgekeurde stroom via de overloop wordt afgevoerd. Bij een doorstroomreiniger verlaten de aangevoerde en afgekeurde stroom de reiniger aan dezelfde kant. De aangevoerde stroom bevindt zich dicht bij de wand van de reiniger en is gescheiden van de afgekeurde stroom door een centrale buis in de buurt van de kern van de reiniger, zoals weergegeven in figuur 7.

Meld u aan om de afbeelding op volledig formaat te downloaden.

Figuur 7. Schematische weergave van een doorstroomreiniger.