Hydrocyclonen

Hydrocyclonenzijn cono-cilindrisch van vorm, met een tangentiële voedingsinlaat in het cilindrische gedeelte en een uitlaat op elke as. De uitlaat bij het cilindrische gedeelte wordt de vortexzoeker genoemd en strekt zich uit tot in de cycloon om de kortsluitstroom rechtstreeks vanuit de inlaat te verminderen. Aan het conische uiteinde bevindt zich de tweede uitlaat, de kraan. Voor scheiding op maat zijn beide uitlaten doorgaans open naar de atmosfeer. Hydrocyclonen worden over het algemeen verticaal bediend met de kraan aan de onderkant, vandaar dat het grove product de onderstroom wordt genoemd en het fijne product, waardoor de vortexzoeker de overloop achterlaat. Figuur 1 toont schematisch de belangrijkste stroom- en ontwerpkenmerken van een typisch voorbeeldhydrocycloon: de twee wervels, de tangentiële voerinlaat en de axiale uitlaten. Met uitzondering van het onmiddellijke gebied van de tangentiële inlaat, heeft de vloeistofbeweging binnen de cycloon radiale symmetrie. Als een of beide uitlaten open zijn naar de atmosfeer, veroorzaakt een lagedrukzone een gaskern langs de verticale as, binnen de binnenste vortex.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 1. Belangrijkste kenmerken van de hydrocycloon.

Hydrocyclonen domineren de classificatie bij het omgaan met fijne deeltjesgroottes in gesloten maalcircuits (<200 µm). Recente ontwikkelingen in de zeeftechnologie (hoofdstuk 8) hebben echter de belangstelling voor het gebruik van zeven in maalcircuits hernieuwd. Schermen scheiden op basis van grootte en worden niet direct beïnvloed door de dichtheidsspreiding in de voedermineralen. Dit kan een voordeel zijn. Schermen hebben ook geen bypass-fractie, en zoals voorbeeld 9.2 heeft laten zien, kan de bypass behoorlijk groot zijn (in dat geval ruim 30%). Figuur 9.8 toont een voorbeeld van het verschil in verdelingscurve voor cyclonen en schermen. De gegevens zijn afkomstig van de El Brocal-concentrator in Peru met evaluaties voor en nadat de hydrocyclonen werden vervangen door een Derrick Stack Sizer® (zie hoofdstuk 8) in het maalcircuit (Dündar et al., 2014). In overeenstemming met de verwachting had het scherm, vergeleken met de cycloon, een scherpere scheiding (helling van de curve is hoger) en weinig bypass. Er werd een toename van de capaciteit van het maalcircuit gemeld als gevolg van hogere breukpercentages na implementatie van de zeef. Dit werd toegeschreven aan de eliminatie van de bypass, waardoor de hoeveelheid fijn materiaal werd verminderd die naar de maalmolens werd teruggestuurd, wat de neiging heeft de botsingen tussen deeltjes op te vangen.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 9.8. Verdelingscurven voor cyclonen en zeven in het maalcircuit bij de El Brocal-concentrator.

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

De geometrie en bedrijfsomstandigheden binnen het spiraalvormige stromingspatroon van een typischhydrocycloonworden beschreven in figuur 8.13. Operationele variabelen zijn de pulpdichtheid, de stroomsnelheid van de voeding, de eigenschappen van de vaste stoffen, de inlaatdruk van de voeding en de drukval door de cycloon. Cycloonvariabelen zijn het gebied van de toevoerinlaat, de diameter en lengte van de vortexzoeker, en de diameter van de afvoertap. De waarde van de luchtweerstandscoëfficiënt wordt ook beïnvloed door de vorm; hoe meer een deeltje afwijkt van bolvormigheid, des te kleiner is de vormfactor en des te groter de bezinkingsweerstand. De kritische spanningszone kan zich uitstrekken tot sommige gouddeeltjes zo groot als 200 mm. Zorgvuldige monitoring van het classificatieproces is dus essentieel om overmatige recycling en de daaruit voortvloeiende ophoping van slijm te verminderen. Historisch gezien werd er weinig aandacht besteed aan het herstel van 150μm goudkorrels lijkt de overdracht van goud in de slijmfracties grotendeels verantwoordelijk te zijn geweest voor goudverliezen die bij veel goudplaatsingsoperaties oplopen tot wel 40-60%.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

8.13. Normale geometrie en bedrijfsomstandigheden van een hydrocycloon.

Figuur 8.14 (Warman-selectietabel) is een voorlopige selectie van cyclonen voor scheiding bij verschillende D50-afmetingen van 9–18 micron tot 33–76 micron. Deze grafiek is, net als andere soortgelijke grafieken van cycloonprestaties, gebaseerd op een zorgvuldig gecontroleerde voeding van een specifiek type. Als eerste leidraad voor de selectie wordt uitgegaan van een vastestofgehalte van 2.700 kg/m3 in water. De cyclonen met grotere diameter worden gebruikt om grove scheidingen te produceren, maar vereisen grote voedingsvolumes voor een goede werking. Voor fijne scheidingen bij hoge voedingsvolumes zijn clusters van cyclonen met een kleine diameter nodig die parallel werken. De uiteindelijke ontwerpparameters voor nauwe afmetingen moeten experimenteel worden bepaald, en het is belangrijk om een ​​cycloon rond het midden van het bereik te selecteren, zodat eventuele kleine aanpassingen die mogelijk nodig zijn, bij aanvang van de werkzaamheden kunnen worden aangebracht.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

8.14. Warman voorlopige selectietabel.

Er wordt beweerd dat de CBC-cycloon (circulerend bed) alluviale goudtoevoermaterialen tot een diameter van 5 mm classificeert en een consistent hoge maltoevoer uit de onderstroom verkrijgt. De scheiding vindt plaats om ongeveerD50/150 micron gebaseerd op silica met dichtheid 2,65. Er wordt beweerd dat de onderstroom van de CBC-cycloon bijzonder geschikt is voor het scheiden van mallen vanwege de relatief gladde curve van de grootteverdeling en de vrijwel volledige verwijdering van fijne afvaldeeltjes. Hoewel wordt beweerd dat dit systeem in één keer een hoogwaardig primair concentraat van gelijke zware mineralen produceert uit een relatief groot bereik (bijvoorbeeld mineraalzand), zijn dergelijke prestatiecijfers niet beschikbaar voor alluviaal voedermateriaal dat fijn en schilferig goud bevat. . Tabel 8.5 geeft de technische gegevens voor AKWhydrocyclonenvoor afsnijpunten tussen 30 en 100 micron.

Een typische hydrocycloon (Figuur 8.12a) bestaat uit een conisch gevormd vat, open aan de top, of onderstroom, verbonden met een cilindrisch gedeelte, dat een tangentiële toevoerinlaat heeft. De bovenkant van het cilindrische gedeelte is afgesloten met een plaat waar een axiaal gemonteerde overlooppijp doorheen loopt. De pijp wordt in het lichaam van de cycloon verlengd door een kort, verwijderbaar gedeelte, bekend als de vortexzoeker, dat kortsluiting van de voeding rechtstreeks in de overloop voorkomt. Het voer wordt onder druk ingevoerd via de tangentiële ingang, waardoor de pulp een wervelende beweging krijgt. Dit genereert een werveling 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 topopening met de atmosfeer is verbonden, maar gedeeltelijk wordt gecreëerd door opgeloste lucht die uit de oplossing komt in de zone met lage druk. De middelpuntvliedende kracht versnelt de bezinkingssnelheid van de deeltjes, waardoor deeltjes worden gescheiden op basis van grootte, vorm en soortelijk gewicht. Sneller bezinkende deeltjes verplaatsen zich naar de wand van de cycloon, waar de snelheid het laagst is, en migreren naar de topopening (onderstroom). Als gevolg van de werking van de sleepkracht bewegen de langzamer bezinkende deeltjes langs de as naar de zone met lage druk en worden door de vortexzoeker naar boven gevoerd naar de overloop.

 

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

Hydrocyclonen worden vrijwel universeel gebruikt in maalcircuits vanwege hun hoge capaciteit en relatieve efficiëntie. Ze kunnen ook classificeren over een zeer breed bereik aan deeltjesgroottes (doorgaans 5-500 μm), waarbij eenheden met een kleinere diameter worden gebruikt voor een fijnere classificatie. Toepassing van cyclonen in magnetietmaalcircuits kan echter een inefficiënte werking veroorzaken vanwege het dichtheidsverschil tussen magnetiet en afvalmineralen (silica). Magnetiet heeft een specifieke dichtheid van ongeveer 5,15, terwijl silica een specifieke dichtheid heeft van ongeveer 2,7. InhydrocyclonenDichte mineralen scheiden zich af met een fijnere snijgrootte dan lichtere mineralen. Daarom wordt het vrijgekomen magnetiet geconcentreerd in de onderstroom van de cycloon, met als gevolg een oververmaling van het magnetiet. Napier-Munn et al. (2005) merkten op dat de relatie tussen de gecorrigeerde snijgrootte (d50c) en de deeltjesdichtheid volgt een uitdrukking van de volgende vorm, afhankelijk van de stromingsomstandigheden en andere factoren:

waarρs is de dichtheid van vaste stoffen,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 behoorlijk aanzienlijk kan zijn. Als bijvoorbeeld ded50c van het magnetiet is 25 μm, dan is ded50c silicadeeltjes zijn 40-65 μm. Figuur 8.13 toont de efficiëntiecurven van de cycloonclassificatie voor magnetiet (Fe3O4) en silica (SiO2) verkregen uit het onderzoek van een magnetietmaalcircuit met een industriële kogelmolen. De maatscheiding voor silica is veel grover, met ad50c voor Fe3O4 van 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 vergeleken met andere basismetaalmaalcircuits.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 8.13. Cycloonefficiëntie voor magnetiet Fe3O4 en silica SiO2 - industrieel onderzoek.

Schoonmakers ofhydrocyclonenverwijder verontreinigingen uit pulp op basis van het dichtheidsverschil tussen de verontreiniging en water. Deze apparaten bestaan ​​uit een conisch of cilindrisch-conisch drukvat waarin de pulp tangentieel aan het uiteinde met de grote diameter wordt toegevoerd (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 weggaat van de inlaat en naar de top, of onderstroomopening, langs de binnenkant van de wand van de stofzuiger. De rotatiestroomsnelheid neemt toe naarmate de diameter van de kegel kleiner wordt. Nabij het topuiteinde verhindert de opening met kleine diameter de afvoer van het grootste deel van de stroom, die in plaats daarvan roteert in een innerlijke draaikolk in de kern van de reiniger. De stroom bij de binnenkern stroomt weg van de topopening totdat deze door de vortexzoeker wordt afgevoerd, 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 middelpuntvliedende kracht aan de wand van de reiniger is geconcentreerd, wordt afgevoerd aan de top van de kegel (Bliss, 1994, 1997).

 

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

Omgekeerde reinigers en doorstroomreinigers zijn ontworpen om verontreinigingen met een lage dichtheid, zoals was, polystyreen en plakkerige stoffen, te verwijderen. Omgekeerde reinigers worden zo genoemd omdat de acceptatiestroom wordt verzameld aan de top van de reiniger, terwijl de uitwerpselen bij de overloop naar buiten komen. In de doorstroomreiniger komen aanvaarding en uitwerping aan hetzelfde uiteinde van de reiniger uit, waarbij de aanvaarding nabij de wand van de stofzuiger gescheiden is van de uitwerping door een centrale buis nabij de kern van de reiniger, zoals weergegeven in Figuur 7.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 7. Schema van een doorstroomreiniger.