Hidrociclones

Descrição

Hidrociclonessão de forma cono-cilíndrica, com uma entrada de alimentação tangencial na seção cilíndrica e uma saída em cada eixo. A saída na seção cilíndrica é chamada de Finder Vortex e se estende ao ciclone para reduzir o fluxo de curto-circuito diretamente da entrada. No extremo cônico está a segunda saída, a torneira. Para separação de tamanho, ambas as saídas geralmente são abertas à atmosfera. Os hidrociclones geralmente são operados verticalmente com a torneira na extremidade inferior, portanto, o produto grosso é chamado de subfluxo e o produto fino, deixando o localizador de vórtice, o transbordamento. A Figura 1 mostra esquematicamente os principais recursos de fluxo e design de um típicohidrociclone: Os dois vórtices, a entrada de alimentação tangencial e as saídas axiais. Exceto pela região imediata da entrada tangencial, o movimento do fluido dentro do ciclone tem simetria radial. Se um ou ambos os pontos de venda estiverem abertos à atmosfera, uma zona de baixa pressão causar um núcleo de gás ao longo do eixo vertical, dentro do vórtice interno.

O princípio operacional é simples: o fluido, carregando as partículas suspensas, entra no ciclone tangencialmente, em espiral para baixo e produz um campo centrífugo no fluxo de vórtice livre. Partículas maiores se movem através do fluido para o exterior do ciclone em um movimento em espiral e saem através da torneira com uma fração do líquido. Devido à área limitante da torneira, um vórtice interno, girando na mesma direção que o vórtice externo, mas fluindo para cima, é estabelecido e deixa o ciclone através do localizador de vórtice, carregando a maior parte das partículas líquidas e mais finas. Se a capacidade da torneira for excedida, o núcleo de ar será fechado e a descarga da torneira muda de um spray em forma de guarda-chuva para uma 'corda' e uma perda de material grosseiro para o transbordamento.

O diâmetro da seção cilíndrica é a principal variável que afeta o tamanho da partícula que pode ser separada, embora os diâmetros de saída possam ser alterados independentemente para alterar a separação alcançada. Enquanto os primeiros trabalhadores experimentaram ciclones tão pequenos quanto 5 mm de diâmetro, os diâmetros comerciais de hidrociclona atualmente variam de 10 mm a 2,5 m, com tamanhos de separação para partículas de densidade 2700 kg M -3 de 1,5-300 μm, diminuindo com aumento da densidade de partículas. A queda de pressão operacional varia de 10 bar para pequenos diâmetros a 0,5 bar para unidades grandes. Para aumentar a capacidade, múltiplo pequenohidrociclonespode ser se manifestado de uma única linha de alimentação.

Embora o princípio da operação seja simples, muitos aspectos de sua operação ainda são pouco compreendidos, e a seleção e previsão de hidrociclones para operação industrial são amplamente empíricas.

Classificação

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Em Wills 'Mineral Processing Technology (Oitava Edição), 2016

9.4.3 Hidrociclones versus telas

Os hidrociclones passaram a dominar a classificação ao lidar com tamanhos de partículas finas em circuitos de moagem fechada (<200 µm). No entanto, desenvolvimentos recentes na tecnologia de tela (capítulo 8) renovaram o interesse em usar telas nos circuitos de moagem. As telas se separam com base no tamanho e não são diretamente influenciadas pela densidade espalhada nos minerais de alimentação. Isso pode ser uma vantagem. As telas também não têm uma fração de desvio e, como o Exemplo 9.2 mostrou, o desvio pode ser bastante grande (mais de 30% nesse caso). A Figura 9.8 mostra um exemplo da diferença na curva de partição para as telas de ciclones e. Os dados são do concentrador El Brocal no Peru com avaliações antes e depois que os hidrociclones foram substituídos por um Derrick Stack Sizer® (consulte o Capítulo 8) no circuito de moagem (Dündar et al., 2014). Consistente com a expectativa, em comparação com o ciclone, a tela teve uma separação mais nítida (a inclinação da curva é maior) e pouco desvio. Um aumento na capacidade do circuito de moagem foi relatado devido a taxas de quebra mais altas após a implementação da tela. Isso foi atribuído à eliminação do desvio, reduzindo a quantidade de material fino enviado de volta ao moinho de moagem tende a amortecer impactos de partículas -partículas.

A mudança não é uma maneira, no entanto: um exemplo recente é uma mudança da tela para o ciclone, para aproveitar a redução de tamanho adicional dos payminerals mais denses (Sasseville, 2015).

Processo e design metalúrgico

Eoin H. MacDonald, no Manual de Exploração e Avaliação de Ouro, 2007

Hidrociclones

Os hidrociclones são unidades preferidas para dimensionar ou desmoronar grandes volumes de chorume baratos e porque ocupam muito pouco espaço ou espaço para o chão. Eles operam com mais eficácia quando alimentados em uma taxa de fluxo uniforme e densidade da polpa e são usados individualmente ou em clusters para obter capacidades totais desejadas nas divisões necessárias. As capacidades de dimensionamento dependem das forças centrífugas geradas por altas velocidades de fluxo tangencial através da unidade. O vórtice primário formado pelos atos de pasta de entrada em espiral para baixo ao redor da parede do cone interno. Os sólidos são arremessados para fora pela força centrífuga, de modo que, à medida que a polpa se move para baixo, sua densidade aumenta. Os componentes verticais da velocidade agem para baixo perto das paredes do cone e para cima perto do eixo. A fração de lodo separada centrifugalmente menos densa é forçada para cima através do localizador de vórtice a desmaiar pela abertura na extremidade superior do cone. Uma zona intermediária ou envelope entre os dois fluxos tem uma velocidade vertical zero e separa os sólidos mais grossos que se movem para baixo dos sólidos mais finos que se movem para cima. A maior parte do fluxo passa para cima dentro do vórtice interno menor e das forças centrífugas mais altas lançam a maior das partículas mais finas para fora, fornecendo uma separação mais eficiente nos sizings mais finos. Essas partículas retornam ao vórtice externo e relatam mais uma vez à alimentação do gabarito.

A geometria e as condições operacionais dentro do padrão de fluxo em espiral de um típicohidrociclonesão descritos na Fig. 8.13. As variáveis operacionais são a densidade da polpa, a taxa de fluxo de alimentação, as características dos sólidos, a pressão da entrada de alimentação e a pressão da pressão através do ciclone. As variáveis de ciclone são área de entrada de alimentação, diâmetro e comprimento do localizador de vórtice e diâmetro da descarga de spigot. O valor do coeficiente de arrasto também é afetado pela forma; Quanto mais uma partícula varia da esfericidade, menor é o seu fator de forma e maior a resistência de sedimentação. A zona de estresse crítica pode se estender a algumas partículas de ouro de até 200 mm de tamanho e monitoramento cuidadoso do processo de classificação é essencial para reduzir a reciclagem excessiva e o acúmulo resultante de slimes. Historicamente, quando pouca atenção foi dada à recuperação de 150μM GRUINOS DE OURO, O transportador de ouro nas frações de lodo parece ter sido amplamente responsável por perdas de ouro que foram registradas em 40 a 60% em muitas operações de ouro.

A Figura 8.14 (gráfico de seleção de Warman) é uma seleção preliminar de ciclones para se separar em vários sizings D50 de 9 a 18 mícrons de até 33-76 microns. Este gráfico, como em outros gráficos do desempenho do ciclone, é baseado em uma alimentação cuidadosamente controlada de um tipo específico. Ele assume um conteúdo de sólidos de 2.700 kg/m3 na água como um primeiro guia para a seleção. Os ciclones de diâmetro maior são usados para produzir separações grosseiras, mas requerem altos volumes de alimentação para a função adequada. Separações finas em altos volumes de alimentação requerem grupos de ciclones de pequeno diâmetro que operam em paralelo. Os parâmetros de design final para o dimensionamento próximo devem ser determinados experimentalmente e é importante selecionar um ciclone no meio do intervalo, para que quaisquer pequenos ajustes que possam ser necessários possam ser feitos no início das operações.

O ciclone CBC (leito circulante) é reivindicado para classificar materiais de alimentação de ouro aluvial de até 5 mm de diâmetro e obter uma alimentação de gabarito consistentemente alta do subfluxo. A separação ocorre aproximadamenteD50/150 mícrons baseados na sílica de densidade 2,65. O fluxo de ciclone da CBC é considerado particularmente passível de separação de gabaritos devido à sua curva de distribuição de tamanho relativamente suave e à remoção quase completa de partículas de resíduos finos. No entanto, embora este sistema deva produzir um concentrado primário de alto grau de minerais pesados e equantes em uma passagem de uma alimentação de alcance de tamanho relativamente longo (por exemplo, areias minerais), esses números de desempenho estão disponíveis para material de alimentação aluvial contendo ouro fino e escamosa. Tabela 8.5 Give os dados técnicos para AKWhidrociclonesPara pontos de corte entre 30 e 100 mícrons.

Tabela 8.5. Dados técnicos para hidrociclones AKW

Tipo (KRS)	Diâmetro (mm)	Queda de pressão	Capacidade		Ponto de corte (microns)
Tipo (KRS)	Diâmetro (mm)	Queda de pressão	Pasta (m3/h)	Sólidos (t/h max).	Ponto de corte (microns)
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

Desenvolvimentos em tecnologias de cominuição e classificação de minério de ferro

A. Jankovic, em minério de ferro, 2015

8.3.3.1 Separadores de hidrociclona

O hidrociclone, também chamado de ciclone, é um dispositivo de classificação que utiliza força centrífuga para acelerar a taxa de liquidação das partículas de slurriy e separar partículas de acordo com o tamanho, a forma e a gravidade específica. É amplamente utilizado na indústria de minerais, com seu principal uso no processamento mineral como um classificador, o que se mostrou extremamente eficiente em tamanhos de separação finos. É amplamente utilizado em operações de moagem de circuito fechado, mas encontrou muitos outros usos, como desmimação, degradação e espessamento.

Um hidrociclone típico (Figura 8.12a) consiste em um vaso de formato credicamente, aberto em seu ápice ou subfluxo, unido a uma seção cilíndrica, que possui uma entrada de alimentação tangencial. A parte superior da seção cilíndrica é fechada com uma placa através da qual passa um tubo de transbordamento montado axialmente. O tubo é estendido para o corpo do ciclone por uma seção curta e removível, conhecida como Finder Vortex, que impede o curto-circuito da alimentação diretamente no transbordamento. A alimentação é introduzida sob pressão através da entrada tangencial, que confere um movimento em turbilhão à polpa. Isso gera um vórtice no ciclone, com uma zona de baixa pressão ao longo do eixo vertical, como mostrado na Figura 8.12b. Um núcleo de ar se desenvolve ao longo do eixo, normalmente conectado à atmosfera através da abertura do ápice, mas em parte criada pelo ar dissolvido saindo da solução na zona de baixa pressão. A força centrífuga acelera a taxa de liquidação das partículas, separando as partículas de acordo com o tamanho, a forma e a gravidade específica. As partículas de sedimentação mais rápidas se movem para a parede do ciclone, onde a velocidade é mais baixa e migra para a abertura do ápice (subfluxo). Devido à ação da força de arrasto, as partículas mais lentas se movem em direção à zona de baixa pressão ao longo do eixo e são transportadas para cima através do localizador de vórtice para o transbordamento.

Os hidrociclones são quase universalmente usados em circuitos de moagem devido à sua alta capacidade e eficiência relativa. Eles também podem classificar em uma ampla gama de tamanhos de partículas (normalmente de 5 a 500 μm), unidades de diâmetro menor sendo usadas para classificação mais fina. No entanto, a aplicação de ciclone nos circuitos de moagem de magnetita pode causar operação ineficiente devido à diferença de densidade entre magnetita e minerais de resíduos (sílica). A magnetita tem uma densidade específica de cerca de 5,15, enquanto a sílica tem uma densidade específica de cerca de 2,7. Emhidrociclones, minerais densos se separam em um tamanho de corte mais fino que os minerais mais leves. Portanto, a magnetita liberada está sendo concentrada no subfluxo do ciclone, com consequente aumento da magnetita. Napier-Munn et al. (2005) observaram que a relação entre o tamanho de corte corrigido (d50c) e a densidade de partículas segue uma expressão da forma a seguir, dependendo das condições de fluxo e outros fatores:

d50c∝ρs -l -n

ondeρs é a densidade de sólidos,ρl é a densidade líquida enestá entre 0,5 e 1,0. Isso significa que o efeito da densidade mineral no desempenho do ciclone pode ser bastante significativo. Por exemplo, se od50c da magnetita é de 25 μm, então od50c de partículas de sílica serão de 40 a 65 μm. A Figura 8.13 mostra as curvas de eficiência da classificação do ciclone para magnetita (Fe3o4) e sílica (SiO2) obtidas a partir da pesquisa de um circuito de retificação de magnetita de moinho de bolas industrial. A separação de tamanho para sílica é muito mais grossa, com umd50C para Fe3O4 de 29 μm, enquanto o para SiO2 é de 68 μm. Devido a esse fenômeno, os moinhos de moagem de magnetita em circuitos fechados com hidrociclones são menos eficientes e têm menor capacidade em comparação com outros circuitos de moagem de metal de base.

Tecnologia de processo de alta pressão: fundamentos e aplicações

MJ Cores PhD, na Biblioteca de Química Industrial, 2001

Dispositivos de separação de sólidos

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Hidrociclone

Este é um dos tipos mais simples de separadores de sólidos. É um dispositivo de separação de alta eficiência e pode ser usado para remover efetivamente os sólidos em altas temperaturas e pressões. É econômico porque não possui peças móveis e requer pouca manutenção.

A eficiência de separação para sólidos é uma forte função do tamanho de partículas e da temperatura. As eficiências de separação bruta próximas a 80% são alcançáveis para sílica e temperaturas acima de 300 ° C, enquanto na mesma faixa de temperatura, a eficiência de separação bruta para partículas mais densas de zircão é maior que 99% [29].

A principal desvantagem da operação de hidrociclona é a tendência de alguns sais de aderir às paredes do ciclone.

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Microfiltração cruzada

Os filtros de fluxo cruzado se comportam de maneira semelhante à normalmente observada na filtração de fluxo cruzado sob condições ambientais: aumento das taxas de cisalhamento e redução da viscosidade do fluido resultam em um número de filtrado aumentado. A microfiltração cruzada foi aplicada à separação de sais precipitados como sólidos, dando à eficiência de separação de partículas normalmente excedendo 99,9%. Goemanset al.[30] estudaram a separação de nitrato de sódio da água supercrítica. Sob as condições do estudo, o nitrato de sódio estava presente como sal fundido e foi capaz de atravessar o filtro. Obtidos eficiências de separação que variaram com a temperatura, uma vez que a solubilidade diminui à medida que a temperatura aumenta, variando entre 40% e 85%, para 400 ° C e 470 ° C, respectivamente. Esses trabalhadores explicaram o mecanismo de separação como conseqüência de uma permeabilidade distinta do meio de filtragem em direção à solução supercrítica, em oposição ao sal fundido, com base em suas viscosidades claramente distintas. Portanto, seria possível não apenas filtrar os sais precipitados apenas como sólidos, mas também filtrar os sais de baixo ponto de fusão que estão em um estado fundido.

Os problemas operacionais foram principalmente devido à corrosão do filtro pelos sais.

Papel: Reciclagem e Materiais Reciclados

Sr. Doshi, JM Dyer, no módulo de referência em ciência de materiais e engenharia de materiais, 2016

3.3 Limpeza

Limpadores ouhidrociclonesRemova os contaminantes da polpa com base na diferença de densidade entre o contaminante e a água. Esses dispositivos consistem em vasos de pressão cônicos ou cilíndricos-cônicos no qual a polpa é alimentada tangencialmente na extremidade de grande diâmetro (Figura 6). Durante a passagem pelo limpador, a polpa desenvolve um padrão de fluxo de vórtice, semelhante ao de um ciclone. O fluxo gira ao redor do eixo central, à medida que passa da entrada e em direção ao ápice, ou abertura de fluxo, ao longo do interior da parede mais limpa. A velocidade do fluxo rotacional acelera à medida que o diâmetro do cone diminui. Perto da extremidade do ápice, a abertura de pequeno diâmetro impede a descarga da maior parte do fluxo que gira em um vórtice interno no núcleo do limpador. O fluxo no núcleo interno flui a partir da abertura do ápice até que descarregue através do localizador de vórtice, localizado na extremidade de grande diâmetro no centro do limpador. O material de densidade mais alta, tendo sido concentrado na parede do limpador devido à força centrífuga, é descarregado no ápice do cone (Bliss, 1994, 1997).

Os produtos de limpeza são classificados como densidade alta, média ou baixa, dependendo da densidade e tamanho dos contaminantes que estão sendo removidos. Um limpador de alta densidade, com diâmetro variando de 15 a 50 cm (6 a 20 polegadas) é usado para remover metal tramp, clipes de papel e grampos e geralmente é posicionado imediatamente após o policista. À medida que o diâmetro mais limpo diminui, sua eficiência na remoção de contaminantes de pequeno porte aumenta. Por razões práticas e econômicas, o ciclone de 75 mm (3 pol) é geralmente o menor limpador usado na indústria de papel.

Os limpadores reversos e os limpadores de fluxo são projetados para remover contaminantes de baixa densidade, como cera, poliestireno e stickies. Os produtos de limpeza reversos são assim nomeados porque o fluxo aceita é coletado no ápice mais limpo enquanto os rejeitam a saída no transbordamento. No limpador de fluxo, aceita e rejeita a saída na mesma extremidade do limpador, com aceita perto da parede mais limpa, separada dos rejeitos por um tubo central próximo ao núcleo do limpador, como mostra a Figura 7.

As centrífugas contínuas usadas nas décadas de 1920 e 1930 para remover a areia da polpa foram descontinuadas após o desenvolvimento de hidrociclones. O Gyroclean, desenvolvido no Center Technique du Papier, Grenoble, França, consiste em um cilindro que gira a 1200-1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). A combinação de tempo de permanência relativamente longo e alta força centrífuga permite que os contaminantes de baixa densidade sejam tempo suficientes para migrar para o núcleo do limpador, onde são rejeitados pela descarga do vórtice central.

Mt Thew, na Enciclopédia da Ciência da Separação, 2000

Sinopse

Embora o sólido -líquidohidrocicloneFoi estabelecido durante a maior parte do século XX, o desempenho satisfatório de separação líquido -líquido não chegou até os anos 80. A indústria de petróleo offshore precisava de equipamentos compactos, robustos e confiáveis para remover o óleo contaminante finamente dividido da água. Essa necessidade foi satisfeita por um tipo significativamente diferente de hidrociclone, que obviamente não tinha partes móveis.

Depois de explicar essa necessidade de maneira mais completa e compará -la com a separação ciclônica sólida -líquida no processamento mineral, as vantagens que o hidrociclona conferiu sobre os tipos de equipamentos instalados anteriormente para atender ao dever são dados.

Os critérios de avaliação de desempenho da separação estão listados antes de discutir o desempenho em termos de constituição de alimentação, controle do operador e energia necessária, ou seja, o produto da queda de pressão e da taxa de fluxo.

O ambiente para a produção de petróleo define algumas restrições para materiais e isso inclui o problema da erosão particulada. Os materiais típicos utilizados são mencionados. Dados de custo relativo para tipos de planta de separação de petróleo, capital e recorrente, são descritos, embora as fontes sejam escassas. Finalmente, são descritas algumas dicas para o desenvolvimento, pois a indústria de petróleo procura equipamentos instalados no leito marinho ou mesmo no fundo do furo de poço.

Amostragem, controle e equilíbrio em massa

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Em Wills 'Mineral Processing Technology (Oitava Edição), 2016

3.7.1 Uso do tamanho de partícula

Muitas unidades, comohidrociclonese separadores de gravidade, produzem um grau de separação de tamanho e os dados do tamanho das partículas podem ser usados para balanceamento em massa (Exemplo 3.15).

Exemplo 3.15 é um exemplo de minimização de desequilíbrio do nó; Ele fornece, por exemplo, o valor inicial para a minimização de mínimos quadrados generalizados. Essa abordagem gráfica pode ser usada sempre que houver dados de componentes "em excesso"; No Exemplo 3.9, poderia ter sido usado.

Exemplo 3.15 usa o ciclone como nó. Um segundo nó é o poço: este é um exemplo de 2 entradas (alimentação fresca e encharcation) e uma saída (alimentação do ciclone). Isso fornece outro balanço de massa (Exemplo 3.16).

No capítulo 9, retornamos a este exemplo de circuito de moagem usando dados ajustados para determinar a curva de partição do ciclone.

Hora de postagem: maio-07-2019