Hidrosiklon

Keterangan

HidrosiklonBerbentuk kerucut-silinder, dengan saluran masuk umpan tangensial ke bagian silinder dan saluran keluar di setiap sumbu. Saluran keluar di bagian silinder disebut pencari pusaran dan memanjang ke dalam siklon untuk mengurangi aliran sirkuit pendek langsung dari saluran masuk. Di ujung kerucut terdapat saluran keluar kedua, yaitu keran. Untuk pemisahan ukuran, kedua saluran keluar umumnya terbuka ke atmosfer. Hidrosiklon umumnya dioperasikan secara vertikal dengan keran di ujung bawah, sehingga produk kasar disebut aliran bawah dan produk halus, yang keluar dari pencari pusaran, disebut aliran atas. Gambar 1 secara skematis menunjukkan aliran utama dan fitur desain dari hidrosiklon tipikal.hidrosiklon: dua pusaran, saluran masuk umpan tangensial dan saluran keluar aksial. Kecuali untuk wilayah terdekat dari saluran masuk tangensial, gerakan fluida di dalam siklon memiliki simetri radial. Jika salah satu atau kedua saluran keluar terbuka ke atmosfer, zona tekanan rendah menyebabkan inti gas di sepanjang sumbu vertikal, di dalam pusaran bagian dalam.

Prinsip kerjanya sederhana: fluida yang membawa partikel tersuspensi memasuki siklon secara tangensial, berputar spiral ke bawah, dan menghasilkan medan sentrifugal dalam aliran pusaran bebas. Partikel yang lebih besar bergerak melalui fluida ke bagian luar siklon dalam gerakan spiral, dan keluar melalui keran dengan sebagian kecil cairan. Karena area keran yang terbatas, pusaran bagian dalam, yang berputar searah dengan pusaran luar tetapi mengalir ke atas, terbentuk dan meninggalkan siklon melalui pencari pusaran, membawa sebagian besar cairan dan partikel yang lebih halus bersamanya. Jika kapasitas keran terlampaui, inti udara ditutup dan aliran keluar keran berubah dari semprotan berbentuk payung menjadi 'tali' dan terjadi kehilangan material kasar ke saluran luapan.

Diameter bagian silinder merupakan variabel utama yang memengaruhi ukuran partikel yang dapat dipisahkan, meskipun diameter saluran keluar dapat diubah secara independen untuk mengubah pemisahan yang dicapai. Meskipun para peneliti awal bereksperimen dengan siklon sekecil 5 mm, diameter hidrosiklon komersial saat ini berkisar dari 10 mm hingga 2,5 m, dengan ukuran pemisahan untuk partikel dengan densitas 2700 kg m−3 sebesar 1,5–300 μm, yang menurun seiring dengan peningkatan densitas partikel. Penurunan tekanan operasi berkisar dari 10 bar untuk diameter kecil hingga 0,5 bar untuk unit besar. Untuk meningkatkan kapasitas, beberapa siklon kecil dapat digunakan.hidrosiklondapat disalurkan melalui manifold dari satu saluran suplai tunggal.

Meskipun prinsip kerjanya sederhana, banyak aspek pengoperasiannya masih kurang dipahami, dan pemilihan serta prediksi hidrosiklon untuk operasi industri sebagian besar bersifat empiris.

Klasifikasi

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Wills' Mineral Processing Technology (Edisi Kedelapan), 2016

9.4.3 Hidrosiklon Versus Saringan

Hidrosiklon telah mendominasi klasifikasi ketika berurusan dengan ukuran partikel halus dalam sirkuit penggilingan tertutup (<200 µm). Namun, perkembangan terbaru dalam teknologi saringan (Bab 8) telah memperbarui minat untuk menggunakan saringan dalam sirkuit penggilingan. Saringan memisahkan berdasarkan ukuran dan tidak dipengaruhi secara langsung oleh penyebaran densitas dalam mineral umpan. Ini bisa menjadi keuntungan. Saringan juga tidak memiliki fraksi bypass, dan seperti yang ditunjukkan pada Contoh 9.2, bypass bisa cukup besar (lebih dari 30% dalam kasus tersebut). Gambar 9.8 menunjukkan contoh perbedaan kurva partisi untuk siklon dan saringan. Data tersebut berasal dari konsentrator El Brocal di Peru dengan evaluasi sebelum dan sesudah hidrosiklon diganti dengan Derrick Stack Sizer® (lihat Bab 8) dalam sirkuit penggilingan (Dündar dkk., 2014). Sesuai dengan harapan, dibandingkan dengan siklon, saringan memiliki pemisahan yang lebih tajam (kemiringan kurva lebih tinggi) dan sedikit bypass. Peningkatan kapasitas sirkuit penggilingan dilaporkan terjadi karena tingkat penghancuran yang lebih tinggi setelah penerapan saringan. Hal ini dikaitkan dengan penghapusan jalur pintas, mengurangi jumlah material halus yang dikirim kembali ke penggilingan yang cenderung meredam benturan antar partikel.

Namun, peralihan bukanlah satu arah: contoh terbaru adalah peralihan dari penyaringan ke siklon, untuk memanfaatkan pengurangan ukuran tambahan dari mineral yang lebih padat (Sasseville, 2015).

Proses dan desain metalurgi

Eoin H. Macdonald, dalam Buku Pegangan Eksplorasi dan Evaluasi Emas, 2007

Hidrosiklon

Hidrosiklon adalah unit yang disukai untuk memisahkan ukuran atau menghilangkan lumpur dalam volume bubur besar secara murah dan karena hanya membutuhkan sedikit ruang lantai atau ruang atas. Unit ini beroperasi paling efektif ketika diberi umpan dengan laju aliran dan kepadatan bubur yang merata dan digunakan secara individual atau berkelompok untuk mendapatkan kapasitas total yang diinginkan pada pembagian yang dibutuhkan. Kemampuan pemisahan ukuran bergantung pada gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh kecepatan aliran tangensial tinggi melalui unit. Pusaran utama yang dibentuk oleh bubur yang masuk bekerja secara spiral ke bawah di sekitar dinding kerucut bagian dalam. Padatan terlempar keluar oleh gaya sentrifugal sehingga saat bubur bergerak ke bawah, kepadatannya meningkat. Komponen vertikal kecepatan bekerja ke bawah di dekat dinding kerucut dan ke atas di dekat sumbu. Fraksi lumpur yang kurang padat yang terpisah secara sentrifugal dipaksa ke atas melalui pencari pusaran untuk keluar melalui lubang di ujung atas kerucut. Zona atau selubung perantara antara kedua aliran memiliki kecepatan vertikal nol dan memisahkan padatan yang lebih kasar yang bergerak ke bawah dari padatan yang lebih halus yang bergerak ke atas. Sebagian besar aliran mengalir ke atas di dalam pusaran bagian dalam yang lebih kecil dan gaya sentrifugal yang lebih tinggi mendorong partikel-partikel halus yang lebih besar ke luar sehingga memberikan pemisahan yang lebih efisien pada ukuran partikel yang lebih halus. Partikel-partikel ini kembali ke pusaran luar dan kembali ke pengumpan jig.

Geometri dan kondisi operasi dalam pola aliran spiral pada sistem tipikal.hidrosiklondijelaskan pada Gambar 8.13. Variabel operasional adalah densitas pulp, laju aliran umpan, karakteristik padatan, tekanan masuk umpan, dan penurunan tekanan melalui siklon. Variabel siklon adalah luas saluran masuk umpan, diameter dan panjang vortex finder, dan diameter saluran keluar spigot. Nilai koefisien hambatan juga dipengaruhi oleh bentuk; semakin bervariasi suatu partikel dari bentuk bulat, semakin kecil faktor bentuknya dan semakin besar resistensi pengendapannya. Zona tegangan kritis dapat meluas ke beberapa partikel emas sebesar 200 mm dan pemantauan yang cermat terhadap proses klasifikasi sangat penting untuk mengurangi daur ulang yang berlebihan dan penumpukan lumpur yang dihasilkan. Secara historis, ketika sedikit perhatian diberikan pada pemulihan 150μButiran emas berukuran m, terbawanya emas dalam fraksi lumpur tampaknya menjadi penyebab utama kehilangan emas yang tercatat setinggi 40–60% di banyak operasi penambangan emas aluvial.

Gambar 8.14 (Bagan Seleksi Warman) adalah seleksi awal siklon untuk pemisahan pada berbagai ukuran D50 dari 9–18 mikron hingga 33–76 mikron. Bagan ini, seperti bagan kinerja siklon lainnya, didasarkan pada umpan yang dikontrol dengan cermat dari jenis tertentu. Bagan ini mengasumsikan kandungan padatan 2.700 kg/m3 dalam air sebagai panduan awal untuk seleksi. Siklon berdiameter lebih besar digunakan untuk menghasilkan pemisahan kasar tetapi membutuhkan volume umpan yang tinggi agar berfungsi dengan baik. Pemisahan halus pada volume umpan tinggi membutuhkan kelompok siklon berdiameter kecil yang beroperasi secara paralel. Parameter desain akhir untuk ukuran yang mendekati harus ditentukan secara eksperimental, dan penting untuk memilih siklon di sekitar tengah rentang sehingga penyesuaian kecil yang mungkin diperlukan dapat dilakukan pada awal operasi.

Siklon CBC (circulating bed) diklaim mampu mengklasifikasikan material umpan emas aluvial hingga diameter 5 mm dan memperoleh umpan jig yang konsisten dan berkualitas tinggi dari aliran bawah. Pemisahan terjadi pada sekitarD50/150 mikron berdasarkan silika dengan densitas 2,65. Aliran bawah siklon CBC diklaim sangat cocok untuk pemisahan jig karena kurva distribusi ukurannya yang relatif halus dan hampir sepenuhnya menghilangkan partikel limbah halus. Namun, meskipun sistem ini diklaim menghasilkan konsentrat primer bermutu tinggi dari mineral berat equant dalam satu kali proses dari umpan dengan rentang ukuran yang relatif panjang (misalnya pasir mineral), tidak ada angka kinerja seperti itu yang tersedia untuk bahan umpan aluvial yang mengandung emas halus dan berbentuk serpihan. Tabel 8.5 memberikan data teknis untuk AKW.hidrosiklonuntuk titik potong antara 30 dan 100 mikron.

Tabel 8.5. Data teknis untuk hidrosiklon AKW

Tipe (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Kapasitas		Titik potong (mikron)
Tipe (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Lumpur (m3/jam)	Padatan (t/jam maks).	Titik potong (mikron)
tahun 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

Perkembangan teknologi penghancuran dan klasifikasi bijih besi

A. Jankovic, dalam Bijih Besi, 2015

8.3.3.1 Pemisah hidrosiklon

Hidrosiklon, juga disebut siklon, adalah alat pengklasifikasi yang menggunakan gaya sentrifugal untuk mempercepat laju pengendapan partikel bubur dan memisahkan partikel berdasarkan ukuran, bentuk, dan berat jenis. Alat ini banyak digunakan dalam industri mineral, dengan penggunaan utamanya dalam pengolahan mineral sebagai pengklasifikasi, yang terbukti sangat efisien pada ukuran pemisahan halus. Alat ini banyak digunakan dalam operasi penggilingan sirkuit tertutup tetapi telah menemukan banyak kegunaan lain, seperti penghilangan lumpur, penghilangan pasir, dan pengentalan.

Hidrosiklon tipikal (Gambar 8.12a) terdiri dari bejana berbentuk kerucut, terbuka di puncaknya, atau aliran bawah, yang disambungkan ke bagian silindris, yang memiliki saluran masuk umpan tangensial. Bagian atas bagian silindris ditutup dengan pelat yang dilewati pipa luapan yang dipasang secara aksial. Pipa tersebut diperpanjang ke dalam badan siklon oleh bagian pendek yang dapat dilepas yang dikenal sebagai pencari pusaran, yang mencegah aliran pendek umpan langsung ke luapan. Umpan dimasukkan di bawah tekanan melalui saluran masuk tangensial, yang memberikan gerakan berputar pada bubur. Ini menghasilkan pusaran di dalam siklon, dengan zona tekanan rendah di sepanjang sumbu vertikal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.12b. Inti udara terbentuk di sepanjang sumbu, biasanya terhubung ke atmosfer melalui lubang puncak, tetapi sebagian diciptakan oleh udara terlarut yang keluar dari larutan di zona tekanan rendah. Gaya sentrifugal mempercepat laju pengendapan partikel, sehingga memisahkan partikel berdasarkan ukuran, bentuk, dan berat jenis. Partikel yang mengendap lebih cepat bergerak ke dinding siklon, di mana kecepatannya paling rendah, dan bermigrasi ke lubang puncak (aliran bawah). Karena pengaruh gaya hambat, partikel yang mengendap lebih lambat bergerak menuju zona tekanan rendah di sepanjang sumbu dan terbawa ke atas melalui pencari pusaran ke aliran atas.

Hidrosiklon hampir selalu digunakan dalam sirkuit penggilingan karena kapasitasnya yang tinggi dan efisiensinya yang relatif baik. Hidrosiklon juga dapat mengklasifikasikan partikel dalam rentang ukuran yang sangat luas (biasanya 5–500 μm), dengan unit berdiameter lebih kecil digunakan untuk klasifikasi yang lebih halus. Namun, aplikasi siklon dalam sirkuit penggilingan magnetit dapat menyebabkan operasi yang tidak efisien karena perbedaan densitas antara magnetit dan mineral limbah (silika). Magnetit memiliki densitas spesifik sekitar 5,15, sedangkan silika memiliki densitas spesifik sekitar 2,7.hidrosiklonMineral padat terpisah pada ukuran potongan yang lebih halus daripada mineral yang lebih ringan. Oleh karena itu, magnetit yang terbebas terkonsentrasi di aliran bawah siklon, dengan akibat penggilingan magnetit yang berlebihan. Napier-Munn dkk. (2005) mencatat bahwa hubungan antara ukuran potongan yang dikoreksi (d50c) dan kepadatan partikel mengikuti ekspresi dalam bentuk berikut tergantung pada kondisi aliran dan faktor lainnya:

d50c∝ρs−ρl−n

Di manaρs adalah densitas padatan,ρl adalah densitas cairan, dannnilainya antara 0,5 dan 1,0. Ini berarti bahwa pengaruh kepadatan mineral terhadap kinerja siklon bisa sangat signifikan. Misalnya, jikad50c magnetit adalah 25 μm, makad50c partikel silika akan berukuran 40–65 μm. Gambar 8.13 menunjukkan kurva efisiensi klasifikasi siklon untuk magnetit (Fe3O4) dan silika (SiO2) yang diperoleh dari survei sirkuit penggilingan magnetit pada ball mill industri. Pemisahan ukuran untuk silika jauh lebih kasar, dengand50c untuk Fe3O4 dengan ukuran partikel 29 μm, sedangkan untuk SiO2 adalah 68 μm. Karena fenomena ini, penggiling magnetit dalam sirkuit tertutup dengan hidrosiklon kurang efisien dan memiliki kapasitas lebih rendah dibandingkan dengan sirkuit penggilingan bijih logam dasar lainnya.

Teknologi Proses Tekanan Tinggi: Dasar-Dasar dan Aplikasinya

MJ Cocero PhD, dalam Perpustakaan Kimia Industri, 2001

Perangkat pemisahan padatan

•

Hidrosiklon

Ini adalah salah satu jenis pemisah padatan yang paling sederhana. Ini adalah perangkat pemisahan efisiensi tinggi dan dapat digunakan untuk secara efektif menghilangkan padatan pada suhu dan tekanan tinggi. Perangkat ini ekonomis karena tidak memiliki bagian yang bergerak dan membutuhkan sedikit perawatan.

Efisiensi pemisahan padatan sangat bergantung pada ukuran partikel dan suhu. Efisiensi pemisahan kotor mendekati 80% dapat dicapai untuk silika dan suhu di atas 300°C, sedangkan pada kisaran suhu yang sama, efisiensi pemisahan kotor untuk partikel zirkon yang lebih padat lebih besar dari 99% [29].

Kendala utama pengoperasian hidrosiklon adalah kecenderungan beberapa garam untuk menempel pada dinding siklon.

•

Mikrofiltrasi silang

Filter aliran silang berperilaku serupa dengan yang biasanya diamati pada filtrasi aliran silang dalam kondisi ambien: peningkatan laju geser dan penurunan viskositas fluida menghasilkan peningkatan jumlah filtrat. Mikrofiltrasi silang telah diterapkan untuk pemisahan garam yang mengendap sebagai padatan, memberikan efisiensi pemisahan partikel yang biasanya melebihi 99,9%. Goemansdkk.[30] mempelajari pemisahan natrium nitrat dari air superkritis. Dalam kondisi penelitian, natrium nitrat hadir sebagai garam cair dan mampu melewati filter. Efisiensi pemisahan yang diperoleh bervariasi dengan suhu, karena kelarutan menurun seiring dengan peningkatan suhu, berkisar antara 40% dan 85%, masing-masing untuk 400 °C dan 470 °C. Para peneliti ini menjelaskan mekanisme pemisahan sebagai konsekuensi dari permeabilitas yang berbeda dari media penyaringan terhadap larutan superkritis, dibandingkan dengan garam cair, berdasarkan viskositasnya yang jelas berbeda. Oleh karena itu, dimungkinkan tidak hanya untuk menyaring garam yang mengendap hanya sebagai padatan tetapi juga untuk menyaring garam titik leleh rendah yang berada dalam keadaan cair.

Masalah operasional terutama disebabkan oleh korosi filter akibat garam.

Kertas: Daur Ulang dan Bahan Daur Ulang

MR Doshi, JM Dyer, dalam Modul Referensi Ilmu Material dan Teknik Material, 2016

3.3 Pembersihan

Pembersih atauhidrosiklonAlat ini menghilangkan kontaminan dari pulp berdasarkan perbedaan densitas antara kontaminan dan air. Perangkat ini terdiri dari bejana tekan berbentuk kerucut atau silinder-kerucut tempat pulp dimasukkan secara tangensial di ujung berdiameter besar (Gambar 6). Selama melewati pembersih, pulp mengembangkan pola aliran pusaran, mirip dengan siklon. Aliran berputar di sekitar sumbu tengah saat melewati saluran masuk dan menuju puncak, atau lubang aliran bawah, di sepanjang bagian dalam dinding pembersih. Kecepatan aliran rotasi meningkat seiring dengan berkurangnya diameter kerucut. Di dekat ujung puncak, lubang berdiameter kecil mencegah keluarnya sebagian besar aliran yang malah berputar dalam pusaran bagian dalam di inti pembersih. Aliran di inti bagian dalam mengalir menjauh dari lubang puncak hingga keluar melalui pencari pusaran, yang terletak di ujung berdiameter besar di tengah pembersih. Material dengan densitas lebih tinggi, yang telah terkonsentrasi di dinding pembersih karena gaya sentrifugal, dikeluarkan di puncak kerucut (Bliss, 1994, 1997).

Pembersih diklasifikasikan sebagai pembersih kepadatan tinggi, sedang, atau rendah tergantung pada kepadatan dan ukuran kontaminan yang dihilangkan. Pembersih kepadatan tinggi, dengan diameter berkisar antara 15 hingga 50 cm (6–20 inci), digunakan untuk menghilangkan logam asing, klip kertas, dan staples, dan biasanya ditempatkan tepat setelah mesin pengolah pulp. Seiring berkurangnya diameter pembersih, efisiensinya dalam menghilangkan kontaminan berukuran kecil meningkat. Untuk alasan praktis dan ekonomis, siklon berdiameter 75 mm (3 inci) umumnya merupakan pembersih terkecil yang digunakan dalam industri kertas.

Pembersih aliran balik dan pembersih aliran kontinu dirancang untuk menghilangkan kontaminan dengan densitas rendah seperti lilin, polistirena, dan zat lengket. Pembersih aliran balik dinamakan demikian karena aliran yang diterima dikumpulkan di puncak pembersih sementara aliran yang ditolak keluar di bagian luapan. Pada pembersih aliran kontinu, aliran yang diterima dan yang ditolak keluar di ujung pembersih yang sama, dengan aliran yang diterima di dekat dinding pembersih dipisahkan dari aliran yang ditolak oleh tabung tengah di dekat inti pembersih, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Sentrifugal kontinu yang digunakan pada tahun 1920-an dan 1930-an untuk menghilangkan pasir dari pulp dihentikan setelah pengembangan hidrosiklon. Gyroclean, yang dikembangkan di Centre Technique du Papier, Grenoble, Prancis, terdiri dari silinder yang berputar pada 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinasi waktu tinggal yang relatif lama dan gaya sentrifugal yang tinggi memungkinkan kontaminan dengan densitas rendah memiliki cukup waktu untuk bermigrasi ke inti pembersih di mana mereka dibuang melalui pembuangan pusaran tengah.

MT Thew, dalam Encyclopedia of Separation Science, 2000

Ringkasan

Meskipun padat-cairhidrosiklonMeskipun metode pemisahan cair-cair telah mapan selama sebagian besar abad ke-20, kinerja pemisahan cair-cair yang memuaskan baru muncul pada tahun 1980-an. Industri minyak lepas pantai membutuhkan peralatan yang ringkas, kuat, dan andal untuk menghilangkan minyak kontaminan yang terdispersi halus dari air. Kebutuhan ini dipenuhi oleh jenis hidrosiklon yang sangat berbeda, yang tentu saja tidak memiliki bagian yang bergerak.

Setelah menjelaskan kebutuhan ini secara lebih lengkap dan membandingkannya dengan pemisahan siklon padat-cair dalam pengolahan mineral, keunggulan yang diberikan oleh hidrosiklon dibandingkan jenis peralatan yang dipasang sebelumnya untuk memenuhi tugas tersebut diuraikan.

Kriteria penilaian kinerja pemisahan dicantumkan sebelum membahas kinerja dalam hal komposisi umpan, kontrol operator, dan energi yang dibutuhkan, yaitu hasil perkalian penurunan tekanan dan laju aliran.

Lingkungan produksi minyak bumi menetapkan beberapa batasan untuk material, dan ini termasuk masalah erosi partikulat. Material tipikal yang digunakan disebutkan. Data biaya relatif untuk berbagai jenis pabrik pemisahan minyak, baik modal maupun operasional, diuraikan, meskipun sumbernya terbatas. Terakhir, beberapa petunjuk untuk pengembangan lebih lanjut dijelaskan, karena industri minyak mengupayakan peralatan yang dipasang di dasar laut atau bahkan di dasar lubang sumur.

Pengambilan Sampel, Kontrol, dan Keseimbangan Massa

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Wills' Mineral Processing Technology (Edisi Kedelapan), 2016

3.7.1 Penggunaan Ukuran Partikel

Banyak unit, sepertihidrosiklondan pemisah gravitasi, menghasilkan tingkat pemisahan ukuran dan data ukuran partikel dapat digunakan untuk penyeimbangan massa (Contoh 3.15).

Contoh 3.15 adalah contoh minimisasi ketidakseimbangan node; contoh ini memberikan nilai awal untuk minimisasi kuadrat terkecil umum. Pendekatan grafis ini dapat digunakan setiap kali terdapat data komponen yang "berlebih"; dalam Contoh 3.9, pendekatan ini dapat digunakan.

Contoh 3.15 menggunakan siklon sebagai simpul. Simpul kedua adalah bak penampung: ini adalah contoh 2 masukan (umpan segar dan hasil penggilingan bola) dan satu keluaran (umpan siklon). Ini memberikan neraca massa lainnya (Contoh 3.16).

Pada Bab 9, kita kembali ke contoh sirkuit penggilingan ini menggunakan data yang telah disesuaikan untuk menentukan kurva partisi siklon.

Waktu posting: 7 Mei 2019