Hidrociclons

Descripció

Hidrociclonstenen forma conocilíndrica, amb una entrada d'alimentació tangencial a la secció cilíndrica i una sortida a cada eix. La sortida a la secció cilíndrica s'anomena cercador de vòrtex i s'estén cap al cicló per reduir el flux de curtcircuit directament des de l'entrada. A l'extrem cònic hi ha la segona sortida, la billa. Per a la separació de la mida, ambdues sortides generalment estan obertes a l'atmosfera. Els hidrociclons generalment funcionen verticalment amb la billa a l'extrem inferior, per la qual cosa el producte gruixut s'anomena subflux i el producte fi, deixant el cercador de vòrtex, el sobreeixidor. La figura 1 mostra esquemàticament les principals característiques de flux i disseny d'un típichidrocicló: els dos vòrtexs, l'entrada d'alimentació tangencial i les sortides axials. Excepte per la regió immediata a l'entrada tangencial, el moviment del fluid dins del cicló té simetria radial. Si una o ambdues sortides estan obertes a l'atmosfera, una zona de baixa pressió provoca un nucli de gas al llarg de l'eix vertical, dins del vòrtex interior.

El principi de funcionament és simple: el fluid, que porta les partícules en suspensió, entra tangencialment al cicló, gira en espiral cap avall i produeix un camp centrífug en flux de vòrtex lliure. Les partícules més grans es mouen a través del fluid cap a l'exterior del cicló en un moviment en espiral i surten per la aixeta amb una fracció del líquid. A causa de l'àrea limitant de l'aixeta, s'estableix un vòrtex interior, que gira en la mateixa direcció que el vòrtex exterior però flueix cap amunt, i surt del cicló a través del cercador de vòrtex, portant amb ell la major part del líquid i les partícules més fines. Si se supera la capacitat de l'aixeta, el nucli d'aire es tanca i la descàrrega de l'aixeta canvia d'un ruixat en forma de paraigua a una "corda" i una pèrdua de material gruixut al sobreeixidor.

El diàmetre de la secció cilíndrica és la variable principal que afecta la mida de la partícula que es pot separar, tot i que els diàmetres de sortida es poden canviar independentment per alterar la separació aconseguida. Mentre que els primers investigadors van experimentar amb ciclons de fins a 5 mm de diàmetre, els diàmetres comercials dels hidrociclons actualment oscil·len entre 10 mm i 2,5 m, amb mides de separació per a partícules de densitat 2700 kg m−3 d'1,5–300 μm, que disminueixen amb l'augment de la densitat de partícules. La caiguda de pressió de funcionament oscil·la entre 10 bar per a diàmetres petits i 0,5 bar per a unitats grans. Per augmentar la capacitat, es poden utilitzar múltiples diàmetres petits.hidrociclonses pot connectar des d'una única línia d'alimentació.

Tot i que el principi de funcionament és simple, molts aspectes del seu funcionament encara es coneixen malament, i la selecció i predicció d'hidrociclons per al funcionament industrial són en gran part empíriques.

Classificació

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., a Wills' Mineral Processing Technology (vuitena edició), 2016

9.4.3 Hidrociclons versus pantalles

Els hidrociclons han arribat a dominar la classificació quan es tracta de mides de partícules fines en circuits de mòlta tancats (<200 µm). Tanmateix, els desenvolupaments recents en la tecnologia de cribratge (Capítol 8) han renovat l'interès en l'ús de cribratge en circuits de mòlta. Els cribratges se separen en funció de la mida i no estan directament influenciats per la dispersió de densitat en els minerals d'alimentació. Això pot ser un avantatge. Els cribratges tampoc tenen una fracció de derivació i, com ha demostrat l'Exemple 9.2, la derivació pot ser força gran (més del 30% en aquest cas). La Figura 9.8 mostra un exemple de la diferència en la corba de partició per a ciclons i cribratges. Les dades provenen del concentrador El Brocal al Perú amb avaluacions abans i després que els hidrociclons fossin substituïts per un Derrick Stack Sizer® (vegeu el Capítol 8) al circuit de mòlta (Dündar et al., 2014). D'acord amb l'expectativa, en comparació amb el cicló, el cribratge tenia una separació més nítida (el pendent de la corba és més alt) i poc derivació. Es va informar d'un augment en la capacitat del circuit de mòlta a causa de taxes de trencament més altes després d'implementar el cribratge. Això es va atribuir a l'eliminació de la derivació, la qual cosa va reduir la quantitat de material fi enviat de tornada als molins de mòlta, la qual cosa tendeix a esmorteir els impactes partícula-partícula.

Tanmateix, el canvi no és unidireccional: un exemple recent és el canvi de cribratge a cicló, per aprofitar la reducció addicional de la mida dels minerals més densos (Sasseville, 2015).

Procés i disseny metal·lúrgic

Eoin H. Macdonald, a Manual d'exploració i avaluació d'or, 2007

Hidrociclons

Els hidrociclons són unitats preferides per dimensionar o desllimar grans volums de fangs de manera econòmica i perquè ocupen molt poc espai al terra o alçada. Funcionen de manera més eficaç quan s'alimenten a un cabal i una densitat de polpa uniformes i s'utilitzen individualment o en grups per obtenir les capacitats totals desitjades a les divisions requerides. Les capacitats de dimensionament es basen en forces centrífugues generades per altes velocitats de flux tangencial a través de la unitat. El vòrtex primari format pel fang entrant actua en espiral cap avall al voltant de la paret interior del con. Els sòlids són llançats cap a fora per la força centrífuga, de manera que a mesura que la polpa es mou cap avall, la seva densitat augmenta. Els components verticals de la velocitat actuen cap avall prop de les parets del con i cap amunt prop de l'eix. La fracció de fangs menys densa separada centrífugament es força cap amunt a través del cercador de vòrtex per passar per l'obertura a l'extrem superior del con. Una zona o embolcall intermedi entre els dos fluxos té velocitat vertical zero i separa els sòlids més gruixuts que es mouen cap avall dels sòlids més fins que es mouen cap amunt. La major part del flux passa cap amunt dins del vòrtex interior més petit i les forces centrífugues més altes llancen les partícules més grans i fines cap a fora, proporcionant així una separació més eficient en les mides més fines. Aquestes partícules tornen al vòrtex exterior i tornen a l'alimentació del dispositiu.

La geometria i les condicions de funcionament dins del patró de flux en espiral d'un típichidrociclóes descriuen a la figura 8.13. Les variables operacionals són la densitat de la polpa, el cabal d'alimentació, les característiques dels sòlids, la pressió d'entrada d'alimentació i la caiguda de pressió a través del cicló. Les variables del cicló són l'àrea de l'entrada d'alimentació, el diàmetre i la longitud del cercador de vòrtex i el diàmetre de descàrrega de la boquilla. El valor del coeficient d'arrossegament també es veu afectat per la forma; com més varia una partícula de l'esfericitat, més petit és el seu factor de forma i més gran és la seva resistència a l'assentament. La zona d'estrès crític es pot estendre a algunes partícules d'or de fins a 200 mm de mida i, per tant, és essencial un seguiment acurat del procés de classificació per reduir el reciclatge excessiu i l'acumulació resultant de llims. Històricament, quan es va prestar poca atenció a la recuperació de 150μEn grans d'or, l'arrossegament d'or a les fraccions de llim sembla haver estat en gran part responsable de les pèrdues d'or que es van registrar en un 40-60% en moltes operacions de placer d'or.

La figura 8.14 (Gràfic de selecció de Warman) és una selecció preliminar de ciclons per a la separació a diverses mides D50 de 9 a 18 micres fins a 33 a 76 micres. Aquest gràfic, com altres gràfics similars de rendiment del cicló, es basa en una alimentació acuradament controlada d'un tipus específic. Assumeix un contingut de sòlids de 2.700 kg/m3 en aigua com a primera guia per a la selecció. Els ciclons de diàmetre més gran s'utilitzen per produir separacions gruixudes, però requereixen volums d'alimentació elevats per a un funcionament correcte. Les separacions fines a volums d'alimentació elevats requereixen grups de ciclons de petit diàmetre que funcionen en paral·lel. Els paràmetres de disseny finals per a una mida propera s'han de determinar experimentalment, i és important seleccionar un cicló al voltant de la meitat del rang perquè qualsevol ajust menor que pugui ser necessari es pugui fer a l'inici de les operacions.

Es diu que el cicló CBC (llit circulant) classifica materials d'alimentació d'or al·luvial de fins a 5 mm de diàmetre i obté una alimentació de plantilla constantment alta del flux inferior. La separació té lloc aproximadament aD50/150 micres basat en sílice de densitat 2,65. Es diu que el flux inferior del cicló CBC és particularment susceptible a la separació amb plantilla a causa de la seva corba de distribució de mida relativament suau i l'eliminació gairebé completa de partícules fines de residus. Tanmateix, tot i que es diu que aquest sistema produeix un concentrat primari d'alta qualitat de minerals pesants equants en una sola passada a partir d'una alimentació de rang de mida relativament llarg (per exemple, sorres minerals), no hi ha disponibles aquestes xifres de rendiment per a material d'alimentació al·luvial que contingui or fi i escamós. La taula 8.5 proporciona les dades tècniques per a l'AKW.hidrociclonsper a punts de tall entre 30 i 100 micres.

Taula 8.5. Dades tècniques dels hidrociclons AKW

Tipus (KRS)	Diàmetre (mm)	Caiguda de pressió	Capacitat		Punt de tall (micres)
Tipus (KRS)	Diàmetre (mm)	Caiguda de pressió	Suspensió (m3/h)	Sòlids (t/h màx.).	Punt de tall (micres)
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

Avenços en tecnologies de trituració i classificació del mineral de ferro

A. Jankovic, a Mineral de ferro, 2015

8.3.3.1 Separadors d'hidrociclons

L'hidrocicló, també conegut com a cicló, és un dispositiu de classificació que utilitza la força centrífuga per accelerar la velocitat de sedimentació de les partícules de la suspensió i separar les partícules segons la mida, la forma i la gravetat específica. S'utilitza àmpliament en la indústria mineral, i el seu ús principal en el processament de minerals és com a classificador, que ha demostrat ser extremadament eficient en mides de separació fines. S'utilitza àmpliament en operacions de mòlta de circuit tancat, però ha trobat molts altres usos, com ara el desllimat, el desarenat i l'espessiment.

Un hidrocicló típic (Figura 8.12a) consisteix en un recipient de forma cònica, obert al seu vèrtex, o flux inferior, unit a una secció cilíndrica, que té una entrada d'alimentació tangencial. La part superior de la secció cilíndrica es tanca amb una placa a través de la qual passa un tub de sobreeiximent muntat axialment. El tub s'estén al cos del cicló mitjançant una secció curta i extraïble coneguda com a cercador de vòrtex, que evita un curtcircuit de l'alimentació directament al sobreeiximent. L'alimentació s'introdueix a pressió a través de l'entrada tangencial, que imparteix un moviment de remolí a la polpa. Això genera un vòrtex al cicló, amb una zona de baixa pressió al llarg de l'eix vertical, com es mostra a la Figura 8.12b. Es desenvolupa un nucli d'aire al llarg de l'eix, normalment connectat a l'atmosfera a través de l'obertura de l'àpex, però en part creat per l'aire dissolt que surt de la solució a la zona de baixa pressió. La força centrífuga accelera la velocitat de sedimentació de les partícules, separant així les partícules segons la mida, la forma i la gravetat específica. Les partícules que s'assenten més ràpidament es mouen cap a la paret del cicló, on la velocitat és més baixa, i migren cap a l'obertura de l'àpex (subflux). A causa de l'acció de la força d'arrossegament, les partícules que s'assenten més lentament es mouen cap a la zona de baixa pressió al llarg de l'eix i són transportades cap amunt a través del cercador de vòrtex fins al sobreeixidor.

Els hidrociclons s'utilitzen gairebé universalment en circuits de mòlta a causa de la seva alta capacitat i eficiència relativa. També poden classificar en una gamma molt àmplia de mides de partícula (normalment de 5 a 500 μm), utilitzant unitats de diàmetre més petites per a una classificació més precisa. Tanmateix, l'aplicació de ciclons en circuits de mòlta de magnetita pot causar un funcionament ineficient a causa de la diferència de densitat entre la magnetita i els minerals residuals (sílice). La magnetita té una densitat específica d'aproximadament 5,15, mentre que la sílice té una densitat específica d'aproximadament 2,7. Enhidrociclons, els minerals densos se separen a una mida de tall més fina que els minerals més lleugers. Per tant, la magnetita alliberada es concentra al subflux del cicló, amb la consegüent sobremòlta de la magnetita. Napier-Munn et al. (2005) van observar que la relació entre la mida de tall corregida (d50c) i la densitat de partícules segueix una expressió de la forma següent en funció de les condicions de flux i altres factors:

d50c∝ρs−ρl−n

onρs és la densitat dels sòlids,ρl és la densitat del líquid, inestà entre 0,5 i 1,0. Això significa que l'efecte de la densitat mineral en el rendiment del cicló pot ser força significatiu. Per exemple, si eld50c de la magnetita és de 25 μm, aleshores eld50c de partícules de sílice seran de 40–65 μm. La figura 8.13 mostra les corbes d'eficiència de classificació de ciclons per a la magnetita (Fe3O4) i la sílice (SiO2) obtingudes de l'estudi d'un circuit de mòlta de magnetita d'un molí de boles industrial. La separació de mida per a la sílice és molt més gruixuda, amb und50c per a Fe3O4 de 29 μm, mentre que per a SiO2 és de 68 μm. A causa d'aquest fenomen, els molins de mòlta de magnetita en circuits tancats amb hidrociclons són menys eficients i tenen una capacitat inferior en comparació amb altres circuits de mòlta de metalls bàsics.

Tecnologia de processos d'alta pressió: fonaments i aplicacions

Doctora MJ Cocero, a la Biblioteca de Química Industrial, 2001

Dispositius de separació de sòlids

•

Hidrocicló

Aquest és un dels tipus més senzills de separadors de sòlids. És un dispositiu de separació d'alta eficiència i es pot utilitzar per eliminar sòlids de manera eficaç a altes temperatures i pressions. És econòmic perquè no té peces mòbils i requereix poc manteniment.

L'eficiència de separació per a sòlids és una funció important de la mida de les partícules i la temperatura. Es poden aconseguir eficiències de separació brutes properes al 80% per a sílice i temperatures superiors a 300 °C, mentre que en el mateix rang de temperatura, les eficiències de separació brutes per a partícules de zircó més denses són superiors al 99% [29].

El principal inconvenient del funcionament dels hidrociclons és la tendència d'algunes sals a adherir-se a les parets del cicló.

•

Microfiltració creuada

Els filtres de flux creuat es comporten de manera similar a la que s'observa normalment en la filtració de flux creuat en condicions ambientals: l'augment de les taxes de cisallament i la reducció de la viscositat del fluid donen lloc a un augment del nombre de filtrats. La microfiltració creuada s'ha aplicat a la separació de sals precipitades com a sòlids, donant eficiències de separació de partícules que normalment superen el 99,9%. Goemansi altres.[30] va estudiar la separació de nitrat de sodi a partir d'aigua supercrítica. En les condicions de l'estudi, el nitrat de sodi era present com a sal fosa i era capaç de creuar el filtre. Es van obtenir eficiències de separació que variaven amb la temperatura, ja que la solubilitat disminueix a mesura que augmenta la temperatura, oscil·lant entre el 40% i el 85%, per a 400 °C i 470 °C, respectivament. Aquests investigadors van explicar el mecanisme de separació com a conseqüència d'una permeabilitat diferent del medi filtrant cap a la solució supercrítica, a diferència de la sal fosa, basant-se en les seves viscositats clarament diferents. Per tant, seria possible no només filtrar les sals precipitades simplement com a sòlids, sinó també filtrar aquelles sals de baix punt de fusió que es troben en estat fos.

Els problemes de funcionament es deuen principalment a la corrosió del filtre per les sals.

Paper: Reciclatge i materials reciclats

MR Doshi, JM Dyer, al Mòdul de Referència en Ciència i Enginyeria de Materials, 2016

3.3 Neteja

Netejadors ohidrociclonseliminen els contaminants de la polpa en funció de la diferència de densitat entre el contaminant i l'aigua. Aquests dispositius consisteixen en un recipient a pressió cònic o cilíndric-cònic al qual s'alimenta la polpa tangencialment a l'extrem de diàmetre gran (Figura 6). Durant el pas pel netejador, la polpa desenvolupa un patró de flux de vòrtex, similar al d'un cicló. El flux gira al voltant de l'eix central a mesura que s'allunya de l'entrada i es dirigeix cap a l'àpex, o obertura de flux inferior, al llarg de l'interior de la paret del netejador. La velocitat del flux de rotació s'accelera a mesura que disminueix el diàmetre del con. Prop de l'extrem de l'àpex, l'obertura de diàmetre petit impedeix la descàrrega de la major part del flux, que en canvi gira en un vòrtex interior al nucli del netejador. El flux al nucli interior flueix lluny de l'obertura de l'àpex fins que descarrega a través del cercador de vòrtex, situat a l'extrem de diàmetre gran al centre del netejador. El material de major densitat, després d'haver-se concentrat a la paret del netejador a causa de la força centrífuga, es descarrega a l'àpex del con (Bliss, 1994, 1997).

Els netejadors es classifiquen en alta, mitjana o baixa densitat segons la densitat i la mida dels contaminants que s'eliminen. Un netejador d'alta densitat, amb un diàmetre que oscil·la entre els 15 i els 50 cm (6 i 20 polzades), s'utilitza per eliminar restes de metall, clips i grapes, i normalment es col·loca immediatament després del triturador. A mesura que disminueix el diàmetre del netejador, augmenta la seva eficiència en l'eliminació de contaminants de mida petita. Per raons pràctiques i econòmiques, el cicló de 75 mm (3 polzades) de diàmetre és generalment el netejador més petit que s'utilitza a la indústria paperera.

Els netejadors inversos i els netejadors de flux continu estan dissenyats per eliminar contaminants de baixa densitat com ara cera, poliestirè i substàncies enganxoses. Els netejadors inversos s'anomenen així perquè el corrent d'acceptació es recull a l'àpex del netejador mentre que els rebuigs surten pel sobreeixidor. En el netejador de flux continu, les acceptacions i els rebuigs surten al mateix extrem del netejador, amb les acceptacions prop de la paret del netejador separades dels rebuigs per un tub central prop del nucli del netejador, tal com es mostra a la Figura 7.

Les centrífugues contínues utilitzades a les dècades del 1920 i del 1930 per eliminar la sorra de la pasta de paper es van deixar de fabricar després del desenvolupament dels hidrociclons. El Gyroclean, desenvolupat al Centre Technique du Papier de Grenoble, França, consisteix en un cilindre que gira a 1200-1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). La combinació d'un temps de residència relativament llarg i una força centrífuga elevada permet que els contaminants de baixa densitat tinguin temps suficient per migrar al nucli del netejador, on són rebutjats a través de la descàrrega de vòrtex central.

MT Thew, a Enciclopèdia de Ciències de la Separació, 2000

Sinopsi

Tot i que el sòlid-líquidhidrociclóTot i que s'ha establert durant la major part del segle XX, el rendiment satisfactori de separació líquid-líquid no va arribar fins a la dècada del 1980. La indústria petroliera marina necessitava equips compactes, robustos i fiables per eliminar el petroli contaminant finament dividit de l'aigua. Aquesta necessitat es va satisfer amb un tipus d'hidrocicló significativament diferent, que, per descomptat, no tenia parts mòbils.

Després d'explicar aquesta necessitat més completament i comparar-la amb la separació ciclònica sòlid-líquid en el processament de minerals, es donen els avantatges que l'hidrocicló conferia respecte als tipus d'equips instal·lats anteriorment per complir amb aquesta funció.

Els criteris d'avaluació del rendiment de la separació s'enumeren abans de discutir el rendiment en termes de constitució de l'alimentació, control de l'operador i energia necessària, és a dir, el producte de la caiguda de pressió i el cabal.

L'entorn per a la producció de petroli estableix algunes restriccions per als materials i això inclou el problema de l'erosió de partícules. Es mencionen els materials típics utilitzats. Es descriuen les dades de costos relatius per als tipus de plantes de separació de petroli, tant de capital com recurrents, tot i que les fonts són escasses. Finalment, es descriuen alguns indicadors per a un major desenvolupament, ja que la indústria petroliera busca equips instal·lats al fons marí o fins i tot al fons del pou.

Mostreig, control i equilibri de masses

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., a Wills' Mineral Processing Technology (vuitena edició), 2016

3.7.1 Ús de la mida de partícula

Moltes unitats, com arahidrociclonsi els separadors per gravetat produeixen un grau de separació per mida i les dades de mida de partícula es poden utilitzar per al balanceig de masses (Exemple 3.15).

L'exemple 3.15 és un exemple de minimització del desequilibri de nodes; proporciona, per exemple, el valor inicial per a la minimització dels mínims quadrats generalitzats. Aquest enfocament gràfic es pot utilitzar sempre que hi hagi dades de components "en excés"; a l'exemple 3.9 es podria haver utilitzat.

L'exemple 3.15 utilitza el cicló com a node. Un segon node és el sumidoir: aquest és un exemple de 2 entrades (alimentació fresca i descàrrega del molí de boles) i una sortida (alimentació del cicló). Això dóna un altre balanç de massa (exemple 3.16).

Al capítol 9 tornem a aquest exemple de circuit de mòlta utilitzant dades ajustades per determinar la corba de partició del cicló.

Data de publicació: 07 de maig de 2019