Hidrosiklonlar

Hidrosiklonlarkonik silindirik bir şekle sahiptir, silindirik bölüme teğetsel bir besleme girişi ve her eksende bir çıkış vardır. Silindirik bölümdeki çıkışa girdap bulucu denir ve doğrudan girişten gelen kısa devre akışını azaltmak için siklona doğru uzanır. Konik uçta ikinci çıkış, musluk bulunur. Boyut ayrımı için, her iki çıkış da genellikle atmosfere açıktır. Hidrosiklonlar genellikle musluk alt uçta olacak şekilde dikey olarak çalıştırılır, bu nedenle kaba ürün alt akış ve ince ürün olarak adlandırılır ve girdap bulucuyu taşma olarak bırakır. Şekil 1, tipik birhidrosiklon: iki girdap, teğetsel besleme girişi ve eksenel çıkışlar. Teğetsel girişin hemen yakın bölgesi hariç, siklon içindeki akışkan hareketi radyal simetriye sahiptir. Çıkışlardan biri veya her ikisi atmosfere açıksa, düşük basınç bölgesi iç girdabın içinde dikey eksen boyunca bir gaz çekirdeğine neden olur.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

Şekil 1. Hidrosiklonun temel özellikleri.

Kapalı öğütme devrelerinde (<200 µm) ince parçacık boyutlarıyla uğraşırken, hidrosiklonlar sınıflandırmaya hakim hale gelmiştir. Ancak, elek teknolojisindeki son gelişmeler (Bölüm 8), öğütme devrelerinde elek kullanımına olan ilgiyi yenilemiştir. Elekler boyuta göre ayrılır ve besleme minerallerindeki yoğunluk yayılımından doğrudan etkilenmezler. Bu bir avantaj olabilir. Eleklerin ayrıca bir baypas kesri yoktur ve Örnek 9.2'nin gösterdiği gibi, baypas oldukça büyük olabilir (bu durumda %30'un üzerinde). Şekil 9.8, siklonlar ve elekler için bölme eğrisindeki farkın bir örneğini göstermektedir. Veriler, Peru'daki El Brocal konsantratöründen alınmıştır ve öğütme devresinde hidrosiklonlar bir Derrick Stack Sizer® (bkz. Bölüm 8) ile değiştirilmeden önce ve sonra değerlendirmeler yapılmıştır (Dündar ve diğerleri, 2014). Beklentilerle tutarlı olarak, siklona kıyasla elek daha keskin bir ayrılmaya (eğrinin eğimi daha yüksektir) ve çok az baypasa sahipti. Ekran uygulandıktan sonra daha yüksek kırılma oranları nedeniyle öğütme devresi kapasitesinde artış bildirildi. Bu, bypass'ın ortadan kaldırılmasına, öğütme değirmenlerine geri gönderilen ince malzeme miktarının azaltılmasına ve bu da parçacık-parçacık darbelerini yastıklama eğiliminde olmasına bağlandı.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

Şekil 9.8. El Brocal konsantratöründeki öğütme devresindeki siklonlar ve elekler için bölme eğrileri.

(Dündar ve diğerleri (2014)’den uyarlanmıştır)

Tipik bir spiral akış düzenindeki geometri ve çalışma koşullarıhidrosiklonŞekil 8.13'te açıklanmıştır. İşletimsel değişkenler hamur yoğunluğu, besleme akış hızı, katı özellikleri, besleme giriş basıncı ve siklon boyunca basınç düşüşüdür. Siklon değişkenleri besleme girişi alanı, girdap bulucu çapı ve uzunluğu ve musluk deşarj çapıdır. Sürükleme katsayısının değeri şekilden de etkilenir; bir parçacık küresellikten ne kadar çok değişirse şekil faktörü o kadar küçük ve çökme direnci o kadar büyük olur. Kritik gerilim bölgesi 200 mm kadar büyük bazı altın parçacıklarına kadar uzanabilir ve bu nedenle aşırı geri dönüşümü ve bunun sonucunda oluşan çamur birikimini azaltmak için sınıflandırma sürecinin dikkatli bir şekilde izlenmesi önemlidir. Tarihsel olarak, 150'nin geri kazanımına çok az dikkat edildiğindeμm altın tanecikleri, balçık fraksiyonlarındaki altın taşınmasının, birçok altın yerleştirme işleminde %40-60'a kadar yüksek oranlarda kaydedilen altın kayıplarından büyük ölçüde sorumlu olduğu görülmektedir.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

8.13. Bir hidrosiklonun normal geometrisi ve çalışma koşulları.

Şekil 8.14 (Warman Seçim Tablosu), 9–18 mikrondan 33–76 mikrona kadar çeşitli D50 boyutlarında ayırma için siklonların ön seçimidir. Bu tablo, siklon performansının diğer benzer tablolarında olduğu gibi, belirli bir tipte dikkatlice kontrol edilen bir beslemeye dayanmaktadır. Seçim için ilk kılavuz olarak suda 2.700 kg/m3'lük bir katı içeriği varsayar. Daha büyük çaplı siklonlar kaba ayırmalar üretmek için kullanılır ancak düzgün çalışması için yüksek besleme hacimleri gerektirir. Yüksek besleme hacimlerinde ince ayırmalar, paralel olarak çalışan küçük çaplı siklon kümeleri gerektirir. Yakın boyutlandırma için nihai tasarım parametreleri deneysel olarak belirlenmelidir ve operasyonların başında gerekebilecek herhangi bir küçük ayarlamanın yapılabilmesi için aralığın ortasında bir siklon seçmek önemlidir.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

8.14. Warman ön eleme tablosu.

CBC (dolaşımlı yatak) siklonunun, 5 mm çapa kadar alüvyonlu altın besleme malzemelerini sınıflandırdığı ve alt akıştan sürekli olarak yüksek bir jig beslemesi elde ettiği iddia edilmektedir. Ayırma yaklaşık olarakD2,65 yoğunluklu silikaya dayalı 50/150 mikron. CBC siklon alt akışının, nispeten düzgün boyut dağılım eğrisi ve ince atık parçacıklarının neredeyse tamamen giderilmesi nedeniyle jig ayırmaya özellikle uygun olduğu iddia edilmektedir. Ancak, bu sistemin nispeten uzun boyut aralığı beslemesinden (örneğin mineral kumları) tek geçişte yüksek dereceli birincil konsantre eşit ağır mineraller ürettiği iddia edilse de, ince ve pullu altın içeren alüvyonlu besleme malzemesi için böyle bir performans rakamı mevcut değildir. Tablo 8.5, AKW için teknik verileri verirhidrosiklonlar30 ile 100 mikron arasındaki kesme noktaları için.

Tipik bir hidrosiklon (Şekil 8.12a), tepesinde veya alt akışında açık olan konik şekilli bir kaptan oluşur ve teğetsel bir besleme girişi olan silindirik bir bölüme birleştirilmiştir. Silindirik bölümün tepesi, eksenel olarak monte edilmiş bir taşma borusunun geçtiği bir plaka ile kapatılmıştır. Boru, girdap bulucu olarak bilinen kısa, çıkarılabilir bir bölümle siklonun gövdesine uzatılır ve bu, beslemenin doğrudan taşmaya kısa devre yapmasını önler. Besleme, hamura dönen bir hareket veren teğetsel girişten basınç altında sokulur. Bu, Şekil 8.12b'de gösterildiği gibi, siklonda dikey eksen boyunca düşük basınçlı bir bölge ile bir girdap oluşturur. Eksen boyunca, normalde tepe açıklığından atmosfere bağlı olan, ancak kısmen düşük basınçlı bölgede çözeltiden çıkan çözünmüş hava tarafından oluşturulan bir hava çekirdeği gelişir. Merkezkaç kuvveti parçacıkların çökme hızını hızlandırır, böylece parçacıkları boyut, şekil ve özgül ağırlığa göre ayırır. Daha hızlı çöken parçacıklar hızın en düşük olduğu siklonun duvarına hareket eder ve tepe açıklığına (alt akış) göç eder. Sürükleme kuvvetinin etkisi nedeniyle, daha yavaş çöken parçacıklar eksen boyunca düşük basınç bölgesine doğru hareket eder ve girdap bulucudan yukarı doğru taşmaya taşınır.

 

Şekil 8.12. Hidrosiklon (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) ve hidrosiklon pili. Cavex hidrosiklon genel bakış broşürü, https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx.

Hidrosiklonlar, yüksek kapasiteleri ve göreceli verimlilikleri nedeniyle öğütme devrelerinde neredeyse evrensel olarak kullanılır. Ayrıca çok geniş bir parçacık boyutu aralığında (tipik olarak 5–500 μm) sınıflandırma yapabilirler, daha ince sınıflandırma için daha küçük çaplı üniteler kullanılır. Ancak manyetit öğütme devrelerinde siklon uygulaması, manyetit ve atık mineraller (silika) arasındaki yoğunluk farkı nedeniyle verimsiz çalışmaya neden olabilir. Manyetitin özgül yoğunluğu yaklaşık 5,15 iken silikanın özgül yoğunluğu yaklaşık 2,7'dir.hidrosiklonlar, yoğun mineraller daha hafif minerallere göre daha ince bir kesme boyutunda ayrılır. Bu nedenle, serbest kalan manyetit siklon alt akışında yoğunlaşır ve bunun sonucunda manyetitin aşırı öğütülmesi meydana gelir. Napier-Munn ve diğerleri (2005), düzeltilmiş kesme boyutu ile (d50c) ve parçacık yoğunluğu akış koşullarına ve diğer faktörlere bağlı olarak aşağıdaki formdaki bir ifadeyi takip eder:

Neresiρs katıların yoğunluğudur,ρl sıvı yoğunluğudur ven0,5 ile 1,0 arasındadır. Bu, mineral yoğunluğunun siklon performansı üzerindeki etkisinin oldukça önemli olabileceği anlamına gelir. Örneğin, eğerdManyetitin 50c'si 25 μm ise,dSilika parçacıklarının 50c'si 40–65 μm olacaktır. Şekil 8.13, endüstriyel bir bilyalı değirmen manyetit öğütme devresinin araştırmasından elde edilen manyetit (Fe3O4) ve silika (SiO2) için siklon sınıflandırma verimliliği eğrilerini göstermektedir. Silika için boyut ayrımı çok daha kaba olup,dFe3O4 için 29 μm'lik 50c, SiO2 için ise 68 μm'dir. Bu olgudan dolayı hidrosiklonlu kapalı devrelerdeki manyetit öğütme değirmenleri diğer baz metal cevheri öğütme devrelerine kıyasla daha az verimlidir ve daha düşük kapasiteye sahiptir.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

Şekil 8.13. Manyetit Fe3O4 ve silika SiO2 için siklon verimliliği—endüstriyel araştırma.

Temizlikçiler veyahidrosiklonlarKirletici ve su arasındaki yoğunluk farkına göre hamurdan kirleticileri çıkarın. Bu cihazlar, hamurun büyük çaplı uçtan teğetsel olarak beslendiği konik veya silindirik-konik basınç kabından oluşur (Şekil 6). Temizleyiciden geçerken hamur, bir siklonunkine benzer bir girdap akış deseni geliştirir. Akış, girişten uzaklaşırken ve temizleyici duvarının iç kısmı boyunca tepeye veya alt akış açıklığına doğru geçerken merkezi eksen etrafında döner. Koninin çapı azaldıkça dönüş akış hızı hızlanır. Tepe ucuna yakın küçük çaplı açıklık, akışın çoğunun boşaltılmasını önler ve bunun yerine temizleyicinin merkezinde bir iç girdapta döner. İç çekirdekteki akış, temizleyicinin merkezindeki büyük çaplı uçta bulunan girdap bulucudan boşalana kadar tepe açıklığından uzaklaşır. Merkezkaç kuvveti nedeniyle temizleyicinin duvarında yoğunlaşan daha yüksek yoğunluklu malzeme, koninin tepesinden boşaltılır (Bliss, 1994, 1997).

 

Şekil 6. Bir hidrosiklonun parçaları, ana akış desenleri ve ayrılma eğilimleri.

Ters temizleyiciler ve geçişli temizleyiciler, balmumu, polistiren ve yapışkanlar gibi düşük yoğunluklu kirleticileri gidermek için tasarlanmıştır. Ters temizleyiciler, kabul edilen akışın temizleyicinin tepesinde toplanması ve reddedilenlerin taşma noktasından çıkması nedeniyle bu şekilde adlandırılır. Geçişli temizleyicide, kabul edilenler ve reddedilenler temizleyicinin aynı ucundan çıkar ve temizleyicinin çekirdeğine yakın merkezi bir tüp ile temizleyici duvarına yakın kabul edilenler reddedilenlerden ayrılır, Şekil 7'de gösterildiği gibi.

Tam boyutlu resmi indirmek için oturum açın

Şekil 7. Bir akış temizleyicisinin şemaları.