Hidrociclones

Hidrociclonessão de formato cono-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 vórtice e se estende até o 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 geralmente são operados verticalmente com a torneira na extremidade inferior, daí o produto grosso ser chamado de underflow e o produto fino, deixando o localizador de vórtice, o overflow. A Figura 1 mostra esquematicamente os principais recursos de fluxo e projeto 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 uma ou ambas as saídas estiverem abertas para a atmosfera, uma zona de baixa pressão causa um núcleo de gás ao longo do eixo vertical, dentro do vórtice interno.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

Figura 1. Principais características do hidrociclone.

Os hidrociclones passaram a dominar a classificação quando se trata de tamanhos de partículas finas em circuitos fechados de moagem (<200 µm). Entretanto, desenvolvimentos recentes na tecnologia de peneiras (Capítulo 8) renovaram o interesse no uso de peneiras em circuitos de retificação. As telas se separam com base no tamanho e não são diretamente influenciadas pela distribuição de densidade nos minerais de alimentação. Isso pode ser uma vantagem. As telas também não possuem uma fração de desvio e, como mostrado no Exemplo 9.2, 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 ciclones e telas. 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 a expectativa, em comparação com o ciclone, a tela teve uma separação mais nítida (a inclinação da curva é maior) e pouco desvio. Foi relatado um aumento na capacidade do circuito de moagem devido às maiores taxas de quebra após a implementação da peneira. Isso foi atribuído à eliminação do desvio, reduzindo a quantidade de material fino enviado de volta aos moinhos, o que tende a amortecer os impactos partícula-partícula.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

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 em espiral de um típicohidrociclonesão descritos na Figura 8.13. As variáveis ​​operacionais são densidade da polpa, vazão de alimentação, características dos sólidos, pressão de entrada de alimentação e queda de pressão através do ciclone. As variáveis ​​do ciclone são área de entrada de alimentação, diâmetro e comprimento do localizador de vórtice e diâmetro de 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 o seu fator de forma e maior é a sua resistência ao assentamento. A zona de tensão crítica pode estender-se a algumas partículas de ouro tão grandes como 200 mm de tamanho e a monitorização cuidadosa do processo de classificação é, portanto, essencial para reduzir a reciclagem excessiva e a resultante acumulação de lamas. Historicamente, quando pouca atenção foi dada à recuperação de 150μm grãos de ouro, o transporte de ouro nas frações de limo parece ter sido em grande parte responsável pelas perdas de ouro que foram registradas em até 40-60% em muitas operações de colocação de ouro.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

8.13. Geometria normal e condições de operação de um hidrociclone.

A Figura 8.14 (Tabela de Seleção Warman) é uma seleção preliminar de ciclones para separação em vários tamanhos D50 de 9–18 mícrons até 33–76 mícrons. Este gráfico, como acontece com outros gráficos de desempenho de ciclones, é baseado em uma alimentação cuidadosamente controlada de um tipo específico. Assume um teor de sólidos de 2.700 kg/m3 em água como primeiro guia para seleção. Os ciclones de maior diâmetro são usados ​​para produzir separações grosseiras, mas requerem grandes volumes de alimentação para funcionar adequadamente. Separações finas em grandes volumes de alimentação requerem grupos de ciclones de pequeno diâmetro operando em paralelo. Os parâmetros finais do projeto para um dimensionamento próximo devem ser determinados experimentalmente, e é importante selecionar um ciclone no meio da faixa para que quaisquer pequenos ajustes que possam ser necessários possam ser feitos no início das operações.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

8.14. Gráfico de seleção preliminar de Warman.

O ciclone CBC (leito circulante) classifica materiais de alimentação de ouro aluvial de até 5 mm de diâmetro e obtém uma alimentação de gabarito consistentemente alta a partir do underflow. A separação ocorre aproximadamenteD50/150 mícrons com base em sílica de densidade 2,65. O underflow do ciclone CBC é considerado particularmente adequado à separação por jig 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 alta qualidade de minerais pesados ​​equivalentes numa só passagem a partir de uma alimentação de gama de tamanho relativamente longo (por exemplo, areias minerais), não existem tais valores de desempenho para matérias-primas aluviais contendo ouro fino e escamoso. . A Tabela 8.5 fornece os dados técnicos do AKWhidrociclonespara 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 underflow, unido a uma seção cilíndrica, que possui uma entrada de alimentação tangencial. O topo da seção cilíndrica é fechado 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 evita curto-circuito da alimentação diretamente no transbordamento. A alimentação é introduzida sob pressão através da entrada tangencial, o que confere um movimento giratório à polpa. Isto gera um vórtice no ciclone, com uma zona de baixa pressão ao longo do eixo vertical, conforme 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 assim as partículas de acordo com o tamanho, forma e gravidade específica. Partículas de sedimentação mais rápida movem-se para a parede do ciclone, onde a velocidade é mais baixa, 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 vórtice até o transbordamento.

 

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

Os hidrociclones são quase universalmente usados ​​em circuitos de moagem devido à sua alta capacidade e relativa eficiência. Eles também podem classificar em uma ampla gama de tamanhos de partículas (normalmente 5–500 μm), sendo usadas 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 resíduos minerais (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, os minerais densos se separam em um tamanho de corte mais fino do que os minerais mais leves. Portanto, a magnetita liberada está sendo concentrada no subfluxo do ciclone, com conseqüente moagem excessiva da magnetita. Napier-Munn et al. (2005) observaram que a relação entre o tamanho de corte corrigido (d50c) e a densidade das partículas segue uma expressão da seguinte forma, dependendo das condições de fluxo e de outros fatores:

ondeρs é a densidade dos sólidos,ρl é a densidade do líquido, enestá entre 0,5 e 1,0. Isto 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 de ciclones para magnetita (Fe3O4) e sílica (SiO2) obtidas a partir do levantamento de um circuito industrial de moagem de magnetita em moinho de bolas. A separação de tamanhos da sílica é muito mais grosseira, com umad50c para Fe3O4 de 29 μm, enquanto que para SiO2 é de 68 μm. Devido a este fenômeno, os moinhos de magnetita em circuitos fechados com hidrociclones são menos eficientes e possuem menor capacidade em comparação com outros circuitos de moagem de metais básicos.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

Figura 8.13. Eficiência do ciclone para magnetita Fe3O4 e sílica SiO2 – pesquisa industrial.

Limpadores ouhidrociclonesremover contaminantes da polpa com base na diferença de densidade entre o contaminante e a água. Esses dispositivos consistem em vasos de pressão cônicos ou cilíndrico-cônicos nos quais a polpa é alimentada tangencialmente na extremidade de grande 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 passa para longe da entrada e em direção ao ápice, ou abertura de subfluxo, ao longo do interior da parede do limpador. 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, 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 descarregar através do localizador de vórtice, localizado na extremidade de grande diâmetro no centro do limpador. O material de maior densidade, por ter ficado 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 de fluxo direto são projetados para remover contaminantes de baixa densidade, como cera, poliestireno e adesivos. Os limpadores reversos são assim chamados porque o fluxo de aceitação é coletado no ápice do limpador enquanto os rejeitos saem no transbordamento. No limpador de fluxo contínuo, os aceites e os rejeitos saem na mesma extremidade do limpador, com os aceites próximos à parede do limpador separados dos rejeitos por um tubo central próximo ao núcleo do limpador, conforme mostrado na Figura 7.

Faça login para baixar a imagem em tamanho real

Figura 7. Esquema de um limpador de fluxo.