Hidrociclones

HidrociclonesOs hidrociclones têm formato cone-cilíndrico, com uma entrada de alimentação tangencial na seção cilíndrica e uma saída em cada eixo. A saída na seção cilíndrica é chamada de localizador de vórtices e se estende para dentro do ciclone para reduzir o fluxo de curto-circuito diretamente da entrada. Na extremidade cônica está a segunda saída, a torneira. Para separação por tamanho, ambas as saídas são geralmente abertas para a atmosfera. Os hidrociclones são geralmente operados verticalmente com a torneira na extremidade inferior, portanto, o produto grosso é chamado de subfluxo e o produto fino, deixando o localizador de vórtices, o transbordamento. A Figura 1 mostra esquematicamente o fluxo principal e as características de projeto de um hidrociclone típico.hidrociclone: os dois vórtices, a entrada de alimentação tangencial e as saídas axiais. Com exceção da região imediata da entrada tangencial, o movimento do fluido dentro do ciclone tem simetria radial. Se uma ou ambas as saídas estiverem abertas para a atmosfera, uma zona de baixa pressão cria um núcleo de gás ao longo do eixo vertical, dentro do vórtice interno.

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Figura 1. Principais características do hidrociclone.

Hidrociclones passaram a dominar a classificação ao lidar com tamanhos de partículas finas em circuitos de moagem fechados (<200 µm). No entanto, desenvolvimentos recentes na tecnologia de peneiras (Capítulo 8) renovaram o interesse no uso de peneiras em circuitos de moagem. As peneiras separam com base no tamanho e não são diretamente influenciadas pela distribuição de densidade nos minerais de alimentação. Isso pode ser uma vantagem. As peneiras também não possuem uma fração de desvio e, como demonstrado no Exemplo 9.2, o desvio pode ser bastante grande (acima de 30% nesse caso). A Figura 9.8 mostra um exemplo da diferença na curva de partição para ciclones e peneiras. Os dados são do concentrador El Brocal, no Peru, com avaliações antes e depois da substituição dos hidrociclones por um Derrick Stack Sizer® (ver Capítulo 8) no circuito de moagem (Dündar et al., 2014). Consistente com o esperado, em comparação com o ciclone, a peneira apresentou uma separação mais acentuada (inclinação da curva maior) e pouco desvio. Foi relatado um aumento na capacidade do circuito de moagem devido a maiores taxas de quebra após a implementação da peneira. Isso foi atribuído à eliminação do bypass, reduzindo a quantidade de material fino enviado de volta aos moinhos, o que tende a amortecer os impactos entre partículas.

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Figura 9.8. Curvas de partição para ciclones e peneiras no circuito de moagem do concentrador El Brocal.

(Adaptado de Dündar et al. (2014))

A geometria e as condições operacionais dentro do padrão de fluxo espiral de um típicohidrociclonesão descritos na Fig. 8.13. As variáveis ​​operacionais são densidade da polpa, vazão de alimentação, características dos sólidos, pressão de entrada da alimentação e queda de pressão através do ciclone. As variáveis ​​do ciclone são área da entrada da alimentação, diâmetro e comprimento do localizador de vórtices e diâmetro da descarga da torneira. O valor do coeficiente de arrasto também é afetado pela forma; quanto mais uma partícula varia em relação à esfericidade, menor é seu fator de forma e maior sua resistência à sedimentação. A zona de tensão crítica pode se estender a algumas partículas de ouro com até 200 mm de tamanho, e o monitoramento cuidadoso do processo de classificação é, portanto, essencial para reduzir a reciclagem excessiva e o acúmulo resultante de lama. Historicamente, quando pouca atenção era dada à recuperação de 150μEm grãos de ouro, o transporte de ouro nas frações de lodo parece ter sido em grande parte responsável pelas perdas de ouro que foram registradas em até 40–60% em muitas operações de aluvião de ouro.

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8.13. Geometria normal e condições operacionais de um hidrociclone.

A Figura 8.14 (Gráfico de Seleção de Warman) apresenta uma seleção preliminar de ciclones para separação em vários tamanhos de D50, de 9 a 18 mícrons até 33 a 76 mícrons. Este gráfico, assim como outros gráficos semelhantes de desempenho de ciclones, baseia-se em uma alimentação cuidadosamente controlada de um tipo específico. Ele pressupõe um teor de sólidos de 2.700 kg/m³ na água como um primeiro guia para a seleção. Os ciclones de maior diâmetro são usados ​​para produzir separações grosseiras, mas requerem altos volumes de alimentação para o funcionamento adequado. Separações finas em altos volumes de alimentação requerem grupos de ciclones de pequeno diâmetro operando em paralelo. Os parâmetros finais de projeto para dimensionamento próximo devem ser determinados experimentalmente, e é importante selecionar um ciclone em torno do meio da faixa para que quaisquer pequenos ajustes que possam ser necessários possam ser feitos no início das operações.

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8.14. Gráfico de seleção preliminar de Warman.

O ciclone CBC (leito circulante) é usado para classificar materiais de alimentação de ouro aluvial de até 5 mm de diâmetro e obter uma alimentação de jig consistentemente alta a partir do fluxo inferior. A separação ocorre em aproximadamenteD50/150 mícrons com base em sílica de densidade 2,65. O subfluxo do ciclone CBC é considerado particularmente adequado à separação por gabarito devido à sua curva de distribuição de tamanho relativamente suave e à remoção quase completa de partículas finas de resíduos. No entanto, embora se afirme que este sistema produz um concentrado primário de alto teor de minerais pesados ​​em uma única passagem a partir de uma alimentação com faixa de tamanho relativamente longa (por exemplo, areias minerais), não há dados de desempenho disponíveis para material de alimentação aluvial contendo ouro fino e em flocos. A Tabela 8.5 apresenta os dados técnicos para o AKW.hidrociclonespara pontos de corte entre 30 e 100 mícrons.

Um hidrociclone típico (Figura 8.12a) consiste em um vaso de formato cônico, 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 dentro do corpo do ciclone por uma seção curta e removível conhecida como localizador de vórtice, que impede o curto-circuito da alimentação diretamente no transbordamento. A alimentação é introduzida sob pressão através da entrada tangencial, o que confere um movimento de turbilhonamento 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 criado pelo ar dissolvido que sai da solução na zona de baixa pressão. A força centrífuga acelera a taxa de sedimentação das partículas, separando-as de acordo com seu tamanho, forma e gravidade específica. As partículas de sedimentação mais rápida movem-se para a parede do ciclone, onde a velocidade é menor, e migram para a abertura do ápice (underflow). Devido à ação da força de arrasto, as partículas de sedimentação mais lenta movem-se em direção à zona de baixa pressão ao longo do eixo e são transportadas para cima, através do localizador de vórtices, até o overflow.

 

Figura 8.12. Hidrociclone (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) e bateria de hidrociclone. Brochura com visão geral do hidrociclone da Cavex, https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx.

Hidrociclones são quase universalmente utilizados em circuitos de moagem devido à sua alta capacidade e eficiência relativa. Eles também podem classificar uma ampla faixa de tamanhos de partículas (tipicamente de 5 a 500 μm), sendo utilizadas unidades de diâmetro menor para uma classificação mais precisa. No entanto, a aplicação de ciclones em circuitos de moagem de magnetita pode causar operação ineficiente devido à diferença de densidade entre a magnetita e os minerais residuais (sílica). A magnetita tem uma densidade específica de cerca de 5,15, enquanto a sílica tem uma densidade específica de cerca de 2,7.hidrociclones, minerais densos separam-se em um tamanho de corte mais fino do que minerais mais leves. Portanto, a magnetita liberada está sendo concentrada no fluxo inferior do ciclone, com consequente moagem excessiva 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 seguinte forma dependendo das condições de fluxo e outros fatores:

ondeρs é a densidade dos sólidos,ρl é a densidade do líquido 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 25 μm, então od50c de partículas de sílica terão 40–65 μm. A Figura 8.13 mostra as curvas de eficiência de classificação ciclônica para magnetita (Fe3O4) e sílica (SiO2) obtidas a partir do levantamento do circuito de moagem de magnetita de um moinho de bolas industrial. A separação por tamanho para a sílica é muito mais grosseira, com umad50c para Fe3O4 de 29 μm, enquanto 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 metais básicos.

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Figura 8.13. Eficiência ciclônica para magnetita Fe3O4 e sílica SiO2 — levantamento industrial.

Limpadores ouhidrociclonesRemovem 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 nos quais a polpa é alimentada tangencialmente na extremidade de maior diâmetro (Figura 6). Durante a passagem pelo limpador, a polpa desenvolve um padrão de fluxo em vórtice, semelhante ao de um ciclone. O fluxo gira em torno do eixo central à medida que se afasta da entrada e em direção ao ápice, ou abertura de underflow, ao longo da parte interna da parede do limpador. A velocidade do fluxo rotacional acelera à medida que o diâmetro do cone diminui. Próximo à extremidade do ápice, a abertura de pequeno diâmetro impede a descarga da maior parte do fluxo, que, em vez disso, gira em um vórtice interno no núcleo do limpador. O fluxo no núcleo interno flui para longe da abertura do ápice até ser descarregado através do localizador de vórtice, localizado na extremidade de maior diâmetro no centro do limpador. O material de maior densidade, tendo sido concentrado na parede do limpador devido à força centrífuga, é descarregado no ápice do cone (Bliss, 1994, 1997).

 

Figura 6. Partes de um hidrociclone, principais padrões de fluxo e tendências de separação.

Os limpadores reversos e os limpadores de fluxo contínuo são projetados para remover contaminantes de baixa densidade, como cera, poliestireno e adesivos. Os limpadores reversos são assim chamados porque o fluxo de aprovações é coletado no ápice do limpador, enquanto os rejeitos saem pelo transbordamento. No limpador de fluxo contínuo, aprovações e rejeitos saem na mesma extremidade do limpador, com as aprovações próximas à parede do limpador separadas das rejeições por um tubo central próximo ao núcleo do limpador, como mostrado na Figura 7.

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Figura 7. Esquema de um limpador de fluxo contínuo.