Hydrosykloner

Beskrivelse

Hydrosyklonerer konosylindriske i form, med et tangentielt mateinnløp inn i den sylindriske seksjonen og et utløp ved hver akse. Utløpet ved den sylindriske seksjonen kalles virvelsøkeren og strekker seg inn i syklonen for å redusere kortslutningsstrømmen direkte fra innløpet. Ved den koniske enden er det andre utløpet, tappen. For størrelsesseparasjon er begge uttakene vanligvis åpne mot atmosfæren. Hydrosykloner drives vanligvis vertikalt med tappen i den nedre enden, derfor kalles det grove produktet underløpet og det fine produktet, og etterlater virvelsøkeren, overløpet. Figur 1 viser skjematisk hovedstrømnings- og designtrekkene til en typiskhydrosyklon: de to virvlene, det tangentielle mateinnløpet og de aksiale utløpene. Bortsett fra det umiddelbare området av det tangentielle innløpet, har væskebevegelsen i syklonen radiell symmetri. Hvis ett eller begge utløpene er åpne mot atmosfæren, forårsaker en lavtrykkssone en gasskjerne langs den vertikale aksen, inne i den indre virvelen.

Driftsprinsippet er enkelt: væsken, som bærer de suspenderte partiklene, går inn i syklonen tangentielt, spiralerer nedover og produserer et sentrifugalfelt i fri virvelstrøm. Større partikler beveger seg gjennom væsken til utsiden av syklonen i en spiralbevegelse, og kommer ut gjennom tappen med en brøkdel av væsken. På grunn av det begrensende området til tappen etableres en indre virvel, som roterer i samme retning som den ytre virvelen, men som strømmer oppover, og forlater syklonen gjennom virvelsøkeren, og bærer det meste av væsken og finere partikler med seg. Hvis tappkapasiteten overskrides, stenges luftkjernen og tupputslippet endres fra en paraplyformet spray til et "tau" og tap av grovt materiale til overløpet.

Diameteren til den sylindriske seksjonen er hovedvariabelen som påvirker størrelsen på partikkelen som kan separeres, selv om utløpsdiametrene kan endres uavhengig for å endre separasjonen som oppnås. Mens tidlige arbeidere eksperimenterte med sykloner så små som 5 mm i diameter, varierer kommersielle hydrosyklondiametere for tiden fra 10 mm til 2,5 m, med separasjonsstørrelser for partikler med tetthet 2700 kg m−3 på 1,5–300 μm, og avtar med økt partikkeltetthet. Driftstrykkfall varierer fra 10 bar for små diametre til 0,5 bar for store enheter. For å øke kapasiteten, flere småhydrosyklonerkan manifoldes fra en enkelt matelinje.

Selv om operasjonsprinsippet er enkelt, er mange aspekter av deres drift fortsatt dårlig forstått, og hydrosyklonvalg og prediksjon for industriell drift er stort sett empirisk.

Klassifikasjon

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., i Wills' Mineral Processing Technology (åttende utgave), 2016

9.4.3 Hydrosykloner versus skjermer

Hydrosykloner har kommet til å dominere klassifiseringen når det gjelder fine partikkelstørrelser i lukkede slipekretser (<200 µm). Nyere utvikling innen silteknologi (kapittel 8) har imidlertid fornyet interessen for å bruke siler i slipekretser. Sikter skiller seg på grunnlag av størrelse og påvirkes ikke direkte av tetthetsspredningen i fôrmineralene. Dette kan være en fordel. Skjermer har heller ikke en bypass-fraksjon, og som eksempel 9.2 har vist kan bypass være ganske stort (over 30 % i så fall). Figur 9.8 viser et eksempel på forskjellen i partisjonskurve for sykloner og skjermer. Dataene er fra El Brocal-konsentratoren i Peru med evalueringer før og etter at hydrosyklonene ble erstattet med en Derrick Stack Sizer® (se kapittel 8) i slipekretsen (Dündar et al., 2014). I samsvar med forventningene, sammenlignet med syklonen hadde skjermen en skarpere separasjon (kurvehellingen er høyere) og lite bypass. En økning i slipekretskapasitet ble rapportert på grunn av høyere bruddhastigheter etter implementering av skjermen. Dette ble tilskrevet elimineringen av omløpet, og reduserte mengden av fint materiale som ble sendt tilbake til slipemøllene, som har en tendens til å dempe partikkel-partikkelstøt.

Omstilling er imidlertid ikke én måte: et nylig eksempel er en overgang fra skjerm til syklon, for å dra fordel av den ekstra størrelsesreduksjonen til de tettere betalingsmineralene (Sasseville, 2015).

Metallurgisk prosess og design

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

Hydrosykloner

Hydrosykloner er foretrukne enheter for å dimensjonere eller avslanke store slamvolumer billig og fordi de opptar svært lite gulvplass eller takhøyde. De fungerer mest effektivt når de mates med jevn strømningshastighet og massetetthet og brukes individuelt eller i grupper for å oppnå ønsket total kapasitet ved nødvendige deler. Dimensjoneringsevner er avhengige av sentrifugalkrefter generert av høye tangentielle strømningshastigheter gjennom enheten. Den primære virvelen dannet av den innkommende slurryen virker spiralformet nedover rundt den indre kjegleveggen. Faste stoffer blir slynget utover ved hjelp av sentrifugalkraft, slik at tettheten øker når massen beveger seg nedover. Vertikale komponenter av hastigheten virker nedover nær kjegleveggene og oppover nær aksen. Den mindre tette sentrifugalt separerte slimfraksjonen tvinges oppover gjennom virvelsøkeren for å passere ut gjennom åpningen i den øvre enden av kjeglen. En mellomsone eller omhylling mellom de to strømmene har null vertikal hastighet og skiller de grovere faststoffene som beveger seg nedover fra de finere faststoffene som beveger seg oppover. Hoveddelen av strømmen passerer oppover innenfor den mindre indre virvelen og høyere sentrifugalkrefter kaster de største av de finere partiklene utover og gir dermed en mer effektiv separasjon i de finere dimensjonene. Disse partiklene går tilbake til den ytre virvelen og rapporterer igjen til jiggfôret.

Geometrien og driftsforholdene innenfor spiralstrømningsmønsteret til en typiskhydrosykloner beskrevet i fig. 8.13. Driftsvariabler er massetetthet, matestrømningshastighet, faststoffkarakteristikker, mateinnløpstrykk og trykkfall gjennom syklonen. Syklonvariabler er arealet av fôrinnløpet, virvelsøkerens diameter og lengde, og tuppens utløpsdiameter. Verdien av luftmotstandskoeffisienten påvirkes også av formen; jo mer en partikkel varierer fra sfærisitet, jo mindre er formfaktoren og større motstand mot setningen. Den kritiske spenningssonen kan strekke seg til noen gullpartikler så store som 200 mm i størrelse, og nøye overvåking av klassifiseringsprosessen er derfor avgjørende for å redusere overdreven resirkulering og den resulterende oppbyggingen av slim. Historisk sett, da det ble gitt lite oppmerksomhet til utvinningen av 150μm gullkorn ser det ut til at overføring av gull i slimfraksjonene i stor grad har vært ansvarlig for gulltap som ble registrert å være så høye som 40–60 % i mange gullplasseringsoperasjoner.

Figur 8.14 (Warman Selection Chart) er et foreløpig utvalg av sykloner for separering ved forskjellige D50-størrelser fra 9–18 mikron opp til 33–76 mikron. Dette diagrammet, som med andre slike diagrammer over syklonytelse, er basert på en nøye kontrollert innmating av en bestemt type. Den forutsetter et tørrstoffinnhold på 2700 kg/m3 i vann som en første veiledning til valg. Sykloner med større diameter brukes til å produsere grove separasjoner, men krever høye matevolumer for riktig funksjon. Finseparasjoner ved høye matevolumer krever klynger av sykloner med liten diameter som opererer parallelt. De endelige designparametrene for tett dimensjonering må bestemmes eksperimentelt, og det er viktig å velge en syklon rundt midten av området slik at eventuelle mindre justeringer som måtte være nødvendige kan gjøres ved oppstart av operasjoner.

CBC-syklonen (sirkulerende seng) hevdes å klassifisere alluvialt gullfôrmaterialer opp til 5 mm diameter og oppnå en konsekvent høy jiggmating fra underløpet. Separasjon skjer caD50/150 mikron basert på silika med tetthet 2,65. CBC-syklonunderstrømmen hevdes å være spesielt mottagelig for jiggseparering på grunn av sin relativt jevne størrelsesfordelingskurve og nesten fullstendig fjerning av fine avfallspartikler. Men selv om dette systemet hevdes å produsere et høyverdig primærkonsentrat av like tunge mineraler i én omgang fra et fôr med relativt lang størrelse (f.eks. mineralsand), er ingen slike ytelsestall tilgjengelige for alluvialt fôrmateriale som inneholder fint og flakete gull . Tabell 8.5 gir tekniske data for AKWhydrosyklonerfor avskjæringspunkter mellom 30 og 100 mikron.

Tabell 8.5. Tekniske data for AKW hydrosykloner

Type (KRS)	Diameter (mm)	Trykkfall	Kapasitet		Kuttpunkt (mikron)
Type (KRS)	Diameter (mm)	Trykkfall	Slurry (m3/time)	Faste stoffer (t/t maks).	Kuttpunkt (mikron)
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

Utviklingen innen formalings- og klassifiseringsteknologier

A. Jankovic, i Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Hydrosyklonseparatorer

Hydrosyklonen, også referert til som syklon, er en klassifiseringsanordning som bruker sentrifugalkraft for å akselerere sedimenteringshastigheten til slurrypartikler og separere partikler i henhold til størrelse, form og egenvekt. Det er mye brukt i mineralindustrien, med hovedbruk i mineralforedling som en klassifisering, som har vist seg ekstremt effektiv ved fine separasjonsstørrelser. Det er mye brukt i slipeoperasjoner med lukkede kretser, men har funnet mange andre bruksområder, for eksempel avsliming, avgrising og fortykning.

En typisk hydrosyklon (Figur 8.12a) består av et konisk formet fartøy, åpent ved sin apex, eller understrøm, forbundet med en sylindrisk seksjon, som har et tangentielt mateinnløp. Toppen av den sylindriske seksjonen er lukket med en plate som passerer et aksialt montert overløpsrør. Røret forlenges inn i syklonens kropp med en kort, avtagbar seksjon kjent som virvelsøkeren, som forhindrer kortslutning av fôr direkte inn i overløpet. Fôret innføres under trykk gjennom den tangentielle inngangen, som gir en virvlende bevegelse til massen. Dette genererer en virvel i syklonen, med en lavtrykkssone langs den vertikale aksen, som vist i figur 8.12b. En luftkjerne utvikles langs aksen, normalt forbundet med atmosfæren gjennom apex-åpningen, men delvis skapt av oppløst luft som kommer ut av løsningen i sonen med lavt trykk. Sentrifugalkraften akselererer sedimenteringshastigheten til partiklene, og skiller dermed partiklene i henhold til størrelse, form og egenvekt. Raskere sedimenterende partikler beveger seg til syklonens vegg, der hastigheten er lavest, og migrerer til apex-åpningen (underflow). På grunn av virkningen av dragkraften, beveger de langsommere sedimenterende partiklene seg mot sonen med lavt trykk langs aksen og føres oppover gjennom virvelsøkeren til overløpet.

Hydrosykloner er nesten universelt brukt i slipekretser på grunn av deres høye kapasitet og relative effektivitet. De kan også klassifisere over et veldig bredt spekter av partikkelstørrelser (typisk 5–500 μm), og enheter med mindre diameter brukes for finere klassifisering. Imidlertid kan syklonanvendelse i magnetittslipekretser forårsake ineffektiv drift på grunn av tetthetsforskjellen mellom magnetitt og avfallsmineraler (silika). Magnetitt har en spesifikk tetthet på ca. 5,15, mens silika har en spesifikk tetthet på ca. 2,7. Ihydrosykloner, tette mineraler skilles ved en finere kuttstørrelse enn lettere mineraler. Derfor blir frigjort magnetitt konsentrert i syklonunderløpet, med påfølgende overmaling av magnetitten. Napier-Munn et al. (2005) bemerket at forholdet mellom den korrigerte kuttstørrelsen (d50c) og partikkeltetthet følger et uttrykk for følgende form avhengig av strømningsforhold og andre faktorer:

d50c∝ρs−ρl−n

hvorρs er faststofftettheten,ρl er væsketettheten, ogner mellom 0,5 og 1,0. Dette betyr at effekten av mineraltetthet på syklonytelsen kan være ganske betydelig. For eksempel, hvisd50c av magnetitten er 25 μm, deretterd50c silikapartikler vil være 40–65 μm. Figur 8.13 viser syklonklassifiseringseffektivitetskurvene for magnetitt (Fe3O4) og silika (SiO2) oppnådd fra undersøkelsen av en magnetittslipekrets for industriell kulemølle. Størrelsesseparasjonen for silika er mye grovere, med end50c for Fe3O4 på 29 μm, mens det for SiO2 er 68 μm. På grunn av dette fenomenet er magnetittslipemøllene i lukkede kretsløp med hydrosykloner mindre effektive og har lavere kapasitet sammenlignet med andre slipekretser for grunnmetallorer.

Høytrykksprosessteknologi: grunnleggende og bruksområder

MJ Cocero PhD, i Industrial Chemistry Library, 2001

Innretninger for separering av faste stoffer

•

Hydrosyklon

Dette er en av de enkleste typene faststoffseparatorer. Det er en høyeffektiv separasjonsenhet og kan brukes til å effektivt fjerne faste stoffer ved høye temperaturer og trykk. Den er økonomisk fordi den ikke har bevegelige deler og krever lite vedlikehold.

Separasjonseffektiviteten for faste stoffer er en sterk funksjon av partikkelstørrelsen og temperaturen. Brutto separasjonseffektivitet nær 80 % er oppnåelig for silika og temperaturer over 300°C, mens i samme temperaturområde er brutto separasjonseffektivitet for tettere zirkonpartikler større enn 99 % [29].

Hovedhandikapet ved hydrosyklondrift er tendensen til noen salter til å feste seg til syklonveggene.

•

Kryss mikrofiltrering

Kryssstrømfiltre oppfører seg på en måte som ligner på den som normalt observeres ved kryssstrømfiltrering under omgivelsesforhold: økte skjærhastigheter og redusert væskeviskositet resulterer i økt filtratantall. Kryssmikrofiltrering har blitt brukt på separering av utfelte salter som faste stoffer, noe som gir partikkelseparasjonseffektiviteter som typisk overstiger 99,9 %. Goemanset al.[30] studerte natriumnitratseparasjon fra superkritisk vann. Under studiens betingelser var natriumnitrat tilstede som det smeltede saltet og var i stand til å krysse filteret. Separasjonseffektiviteter ble oppnådd som varierte med temperaturen, siden løseligheten avtar når temperaturen øker, varierende mellom 40 % og 85 %, for henholdsvis 400 °C og 470 °C. Disse arbeiderne forklarte separasjonsmekanismen som en konsekvens av en distinkt permeabilitet av filtreringsmediet mot den superkritiske løsningen, i motsetning til det smeltede saltet, basert på deres klart distinkte viskositeter. Derfor ville det være mulig ikke bare å filtrere utfelte salter bare som faste stoffer, men også å filtrere de saltene med lavt smeltepunkt som er i smeltet tilstand.

Driftsproblemene skyldtes hovedsakelig filterkorrosjon av saltene.

Papir: Resirkulering og resirkulerte materialer

MR Doshi, JM Dyer, i referansemodul i materialvitenskap og materialteknikk, 2016

3.3 Rengjøring

Rengjøringsmidler ellerhydrosyklonerfjerne forurensninger fra masse basert på tetthetsforskjellen mellom forurensning og vann. Disse enhetene består av konisk eller sylindrisk-konisk trykkbeholder som masse mates tangentielt inn i enden med stor diameter (Figur 6). Under passasje gjennom renseren utvikler massen et virvelstrømningsmønster som ligner på en syklon. Strømmen roterer rundt den sentrale aksen når den passerer bort fra innløpet og mot spissen, eller understrømningsåpningen, langs innsiden av renseveggen. Rotasjonsstrømningshastigheten akselererer når diameteren til kjeglen minker. Nær apexenden hindrer åpningen med liten diameter utslipp av det meste av strømmen som i stedet roterer i en indre virvel ved kjernen av renseren. Strømmen ved den indre kjernen flyter bort fra apex-åpningen til den tømmes gjennom virvelsøkeren, plassert ved enden med stor diameter i midten av renseren. Materialet med høyere tetthet, etter å ha blitt konsentrert ved veggen til rengjøringsmaskinen på grunn av sentrifugalkraft, slippes ut ved toppen av kjeglen (Bliss, 1994, 1997).

Rengjøringsmidler er klassifisert som høy, middels eller lav tetthet avhengig av tettheten og størrelsen på forurensningene som fjernes. Et rengjøringsmiddel med høy tetthet, med diameter fra 15 til 50 cm (6–20 tommer) brukes til å fjerne trampmetall, binders og stifter, og plasseres vanligvis umiddelbart etter pulperen. Etter hvert som renere diameteren avtar, øker effektiviteten til å fjerne små forurensninger. Av praktiske og økonomiske årsaker er syklonen med en diameter på 75 mm (3 tommer) generelt det minste rengjøringsmiddelet som brukes i papirindustrien.

Omvendte rengjøringsmidler og gjennomstrømningsrensere er designet for å fjerne forurensninger med lav tetthet som voks, polystyren og klebrig stoffer. Omvendte rengjøringsmidler kalles slik fordi akseptstrømmen samles ved renere apex mens rejektene går ut ved overløpet. I gjennomstrømningsrenseren, aksepterer og avviser utgang i samme ende av renseren, med aksepter nær rengjøringsveggen atskilt fra rejektene med et sentralt rør nær kjernen av renseren, som vist i figur 7.

Kontinuerlige sentrifuger brukt på 1920- og 1930-tallet for å fjerne sand fra masse ble avviklet etter utviklingen av hydrosykloner. Gyroclean, utviklet ved Centre Technique du Papier, Grenoble, Frankrike, består av en sylinder som roterer med 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinasjonen av relativt lang oppholdstid og høy sentrifugalkraft tillater forurensninger med lav tetthet tilstrekkelig tid til å migrere til kjernen av renseren hvor de avvises gjennom virvelutslippet i midten.

MT Thew, i Encyclopedia of Separation Science, 2000

Synopsis

Selv om det faste-væskehydrosyklonhar vært etablert i det meste av det 20. århundre, tilfredsstillende væske-væske separasjonsytelse kom ikke før på 1980-tallet. Oljeindustrien til havs hadde et behov for kompakt, robust og pålitelig utstyr for å fjerne finfordelt forurensningsolje fra vann. Dette behovet ble dekket av en vesentlig annen type hydrosyklon, som selvfølgelig ikke hadde bevegelige deler.

Etter å ha forklart dette behovet mer fullstendig og sammenlignet det med fast-flytende syklonseparasjon i mineralbehandling, er fordelene som hydrosyklonen ga fremfor typer utstyr installert tidligere for å oppfylle plikten gitt.

Kriterier for vurdering av separasjonsytelse er listet opp før ytelsen diskuteres når det gjelder fôrsammensetning, operatørkontroll og nødvendig energi, dvs. produktet av trykkfall og strømningshastighet.

Miljøet for petroleumsproduksjon setter noen begrensninger for materialer, og dette inkluderer problemet med partikkelerosjon. Typiske materialer som brukes er nevnt. Relative kostnadsdata for typer oljeseparasjonsanlegg, både kapital og tilbakevendende, er skissert, selv om kildene er sparsomme. Til slutt beskrives noen pekepinner til videre utvikling, da oljeindustrien ser på utstyr installert på havbunnen eller til og med i bunnen av brønnboringen.

Prøvetaking, kontroll og massebalansering

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., i Wills' Mineral Processing Technology (åttende utgave), 2016

3.7.1 Bruk av partikkelstørrelse

Mange enheter, som f.ekshydrosyklonerog gravitasjonsseparatorer, produserer en grad av størrelsesseparasjon og partikkelstørrelsesdataene kan brukes til massebalansering (eksempel 3.15).

Eksempel 3.15 er et eksempel på minimering av nodeubalanse; den gir for eksempel startverdien for den generaliserte minste kvadraters minimering. Denne grafiske tilnærmingen kan brukes når det er "overflødig" komponentdata; i eksempel 3.9 kunne det vært brukt.

Eksempel 3.15 bruker syklonen som node. En andre node er sumpen: dette er et eksempel på 2 innganger (ferskfôr og kulemølleutladning) og en utgang (syklonmating). Dette gir en annen massebalanse (eksempel 3.16).

I kapittel 9 kommer vi tilbake til dette slipekretseksemplet ved å bruke justerte data for å bestemme syklonpartisjonskurven.

Innleggstid: mai-07-2019