Hidrosiklon

Keterangan

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

Prinsip operasinya sederhana: fluida yang membawa partikel tersuspensi memasuki siklon secara tangensial, berputar ke bawah, dan menghasilkan medan sentrifugal dalam aliran pusaran bebas. Partikel yang lebih besar bergerak melalui fluida ke luar siklon dalam gerakan spiral, dan keluar melalui spigot dengan sebagian kecil cairan. Karena luas spigot yang terbatas, pusaran 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. Jika kapasitas spigot terlampaui, inti udara tertutup dan debit spigot berubah dari semprotan berbentuk payung menjadi 'tali', dan material kasar pun terbuang ke limpasan.

Diameter penampang silinder merupakan variabel utama yang memengaruhi ukuran partikel yang dapat dipisahkan, meskipun diameter outlet dapat diubah secara independen untuk mengubah hasil pemisahan. Meskipun para peneliti awal bereksperimen dengan siklon sekecil 5 mm, diameter hidrosiklon komersial saat ini berkisar antara 10 mm hingga 2,5 m, dengan ukuran pemisah untuk partikel dengan densitas 2700 kg m−3 sebesar 1,5–300 μm, yang menurun seiring dengan peningkatan densitas partikel. Penurunan tekanan operasi berkisar antara 10 bar untuk diameter kecil hingga 0,5 bar untuk unit besar. Untuk meningkatkan kapasitas, beberapa unit kecilhidrosiklondapat dimanifestasi dari satu jalur umpan tunggal.

Meskipun prinsip operasinya sederhana, banyak aspek operasinya 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 Teknologi Pengolahan Mineral Wills (Edisi Kedelapan), 2016

9.4.3 Hidrosiklon Versus Layar

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

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

Proses dan desain metalurgi

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

Hidrosiklon

Hidrosiklon merupakan unit pilihan untuk pengukuran atau desliming volume bubur yang besar dengan biaya rendah dan karena hanya membutuhkan sedikit ruang lantai atau ruang bebas. Unit ini beroperasi paling efektif ketika diumpankan pada laju alir dan kepadatan pulp yang merata, dan digunakan secara individual atau berkelompok untuk mendapatkan kapasitas total yang diinginkan pada pemisahan yang dibutuhkan. Kemampuan pengukuran bergantung pada gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh kecepatan aliran tangensial tinggi yang melalui unit. Pusaran primer yang dibentuk oleh bubur yang masuk bergerak secara spiral ke bawah di sekitar dinding kerucut bagian dalam. Padatan terlempar keluar oleh gaya sentrifugal sehingga ketika bubur bergerak ke bawah, kepadatannya meningkat. Komponen vertikal kecepatan bergerak ke bawah di dekat dinding kerucut dan ke atas di dekat sumbu. Fraksi lendir yang kurang padat yang dipisahkan secara sentrifugal didorong ke atas melalui pencari pusaran untuk keluar melalui lubang di ujung atas kerucut. Zona perantara atau selubung di 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 melemparkan partikel-partikel halus yang lebih besar ke luar, sehingga menghasilkan pemisahan yang lebih efisien dalam ukuran-ukuran yang lebih halus. Partikel-partikel ini kembali ke pusaran luar dan kembali lagi ke umpan jig.

Geometri dan kondisi operasi dalam pola aliran spiral yang khashidrosiklondijelaskan pada Gambar 8.13. Variabel operasionalnya adalah densitas pulp, laju alir umpan, karakteristik padatan, tekanan masuk umpan, dan penurunan tekanan melalui siklon. Variabel siklon adalah luas masuk umpan, diameter dan panjang pencari vortex, serta diameter pelepasan spigot. Nilai koefisien hambatan juga dipengaruhi oleh bentuk; semakin besar variasi partikel dari kesferisannya, semakin kecil faktor bentuknya dan semakin besar pula hambatan pengendapannya. Zona tegangan kritis dapat meluas hingga beberapa partikel emas berukuran hingga 200 mm, sehingga pemantauan yang cermat terhadap proses klasifikasi sangat penting untuk mengurangi daur ulang yang berlebihan dan penumpukan lendir yang dihasilkan. Secara historis, ketika sedikit perhatian diberikan pada pemulihan 150μbutiran emas, terbawanya emas dalam fraksi lendir tampaknya menjadi penyebab utama hilangnya emas yang tercatat setinggi 40–60% dalam banyak operasi penempatan emas.

Gambar 8.14 (Bagan Seleksi Warman) adalah pemilihan 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 secara cermat dari jenis tertentu. Asumsinya adalah kandungan padatan 2.700 kg/m3 dalam air sebagai panduan awal pemilihan. 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 kluster siklon berdiameter kecil yang beroperasi secara paralel. Parameter desain akhir untuk pengukuran yang rapat harus ditentukan secara eksperimental, dan penting untuk memilih siklon di sekitar pertengahan rentang tersebut sehingga penyesuaian kecil yang mungkin diperlukan dapat dilakukan di awal operasi.

Siklon CBC (circulating bed) diklaim dapat mengklasifikasikan material umpan emas aluvial hingga diameter 5 mm dan menghasilkan umpan jig yang konsisten tinggi dari aliran bawah. Pemisahan berlangsung pada suhu sekitarD50/150 mikron berdasarkan silika dengan densitas 2,65. Underflow siklon CBC diklaim sangat cocok untuk pemisahan jig karena kurva distribusi ukurannya yang relatif halus dan penghilangan partikel limbah halus yang hampir sempurna. Namun, meskipun sistem ini diklaim dapat menghasilkan konsentrat primer mineral berat ekuivalen bermutu tinggi dalam satu lintasan dari umpan dengan rentang ukuran yang relatif panjang (misalnya pasir mineral), tidak ada angka kinerja serupa yang tersedia untuk bahan umpan aluvial yang mengandung emas halus dan serpihan. Tabel 8.5 menyajikan data teknis untuk AKW.hidrosiklonuntuk titik pemotongan 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	Bubur (m3/jam)	Padatan (t/h maks).	Titik potong (mikron)
tahun 2118	100	1–2,5	9.27	5	30–50
tahun 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 penggilingan dan klasifikasi bijih besi

A. Jankovic, dalam Bijih Besi, 2015

8.3.3.1 Pemisah hidrosiklon

Hidrosiklon, juga disebut siklon, adalah alat pengklasifikasi yang memanfaatkan 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 telah terbukti sangat efisien pada ukuran pemisahan yang halus. Alat ini banyak digunakan dalam operasi penggilingan sirkuit tertutup tetapi juga memiliki banyak kegunaan lain, seperti desliming, degritting, dan pengentalan.

Hidrosiklon tipikal (Gambar 8.12a) terdiri dari bejana berbentuk kerucut, terbuka di puncaknya, atau aliran bawah, yang terhubung ke bagian silinder, yang memiliki saluran masuk umpan tangensial. Bagian atas bagian silinder ditutup dengan pelat yang dilalui pipa luapan yang terpasang secara aksial. Pipa ini diperpanjang ke dalam badan siklon oleh bagian pendek yang dapat dilepas yang dikenal sebagai pencari pusaran, yang mencegah arus pendek umpan langsung ke luapan. Umpan dimasukkan di bawah tekanan melalui saluran masuk tangensial, yang memberikan gerakan berputar pada pulp. Hal ini menghasilkan pusaran di dalam siklon, dengan zona bertekanan rendah di sepanjang sumbu vertikal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.12b. Inti udara terbentuk di sepanjang sumbu, biasanya terhubung ke atmosfer melalui bukaan puncak, tetapi sebagian diciptakan oleh udara terlarut yang keluar dari larutan di zona bertekanan 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, tempat kecepatannya paling rendah, dan bermigrasi ke bukaan puncak (underflow). Akibat gaya hambat, partikel yang mengendap lebih lambat bergerak menuju zona bertekanan rendah di sepanjang sumbu dan terbawa ke atas melalui pencari pusaran menuju overflow.

Hidrosiklon hampir secara universal digunakan dalam sirkuit penggilingan karena kapasitasnya yang tinggi dan efisiensinya yang relatif. 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, penggunaan 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 dibandingkan mineral yang lebih ringan. Oleh karena itu, magnetit yang terbebas terkonsentrasi di aliran bawah siklon, yang mengakibatkan penggilingan magnetit secara berlebihan. Napier-Munn dkk. (2005) mencatat bahwa hubungan antara ukuran potongan terkoreksi (d50c) dan kerapatan partikel mengikuti ekspresi bentuk berikut tergantung pada kondisi aliran dan faktor lainnya:

d50c∝ρs−ρl−n

Di manaρs adalah kepadatan padatan,ρl adalah densitas cairan, dannantara 0,5 dan 1,0. Ini berarti bahwa pengaruh kepadatan mineral terhadap kinerja siklon bisa sangat signifikan. Misalnya, jikad50c dari 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 ball mill industri. Pemisahan ukuran untuk silika jauh lebih kasar, dengand50c untuk Fe3O4 sebesar 29 μm, sedangkan untuk SiO2 sebesar 68 μm. Akibat fenomena ini, penggilingan 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: Fundamental dan Aplikasi

MJ Cocero PhD, di Perpustakaan Kimia Industri, 2001

Alat pemisah padatan

•

Hidrosiklon

Ini adalah salah satu jenis pemisah padatan yang paling sederhana. Alat pemisah ini memiliki efisiensi tinggi dan dapat digunakan untuk memisahkan padatan secara efektif pada suhu dan tekanan tinggi. Alat ini ekonomis karena tidak memiliki komponen yang bergerak dan hanya memerlukan sedikit perawatan.

Efisiensi pemisahan untuk padatan merupakan fungsi kuat dari ukuran partikel dan suhu. Efisiensi pemisahan bruto mendekati 80% dapat dicapai untuk silika dan suhu di atas 300°C, sementara pada rentang suhu yang sama, efisiensi pemisahan bruto untuk partikel zirkon yang lebih padat lebih besar dari 99% [29].

Kendala utama pengoperasian hidrosiklon adalah kecenderungan beberapa garam untuk melekat 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 memisahkan garam yang diendapkan sebagai padatan, menghasilkan 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 diperoleh yang bervariasi dengan suhu, karena kelarutan menurun saat suhu meningkat, berkisar antara 40% dan 85%, untuk 400 °C dan 470°C, masing-masing. Para pekerja ini menjelaskan mekanisme pemisahan sebagai konsekuensi dari permeabilitas yang berbeda dari media penyaringan terhadap larutan superkritis, dibandingkan dengan garam cair, berdasarkan viskositas mereka yang jelas berbeda. Oleh karena itu, akan mungkin tidak hanya untuk menyaring garam yang diendapkan hanya sebagai padatan tetapi juga untuk menyaring garam dengan titik leleh rendah yang berada dalam keadaan cair.

Masalah pengoperasian terutama disebabkan oleh korosi filter oleh garam.

Kertas: Daur Ulang dan Bahan Daur Ulang

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

3.3 Pembersihan

Pembersih atauhidrosiklonMenghilangkan kontaminan dari pulp berdasarkan perbedaan densitas antara kontaminan dan air. Alat ini terdiri dari bejana tekan berbentuk kerucut atau silinder-kerucut tempat pulp dialirkan secara tangensial pada ujung berdiameter besar (Gambar 6). Selama melewati pembersih, pulp mengembangkan pola aliran pusaran, mirip dengan siklon. Aliran berputar di sekitar sumbu pusat saat melewati saluran masuk dan menuju puncak, atau bukaan aliran bawah, di sepanjang bagian dalam dinding pembersih. Kecepatan aliran rotasi meningkat seiring dengan mengecilnya diameter kerucut. Di dekat ujung puncak, bukaan berdiameter kecil mencegah keluarnya sebagian besar aliran yang justru berputar dalam pusaran bagian dalam di inti pembersih. Aliran di inti bagian dalam mengalir menjauh dari bukaan 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 akibat gaya sentrifugal, dibuang di puncak kerucut (Bliss, 1994, 1997).

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

Pembersih terbalik dan pembersih aliran tembus dirancang untuk menghilangkan kontaminan berdensitas rendah seperti lilin, polistirena, dan perekat. Pembersih terbalik dinamakan demikian karena aliran masuk dikumpulkan di puncak pembersih sementara limbah yang ditolak keluar di luapan. Pada pembersih aliran tembus, limbah yang diterima dan limbah yang ditolak keluar di ujung pembersih yang sama, dengan limbah yang diterima di dekat dinding pembersih dipisahkan dari limbah yang ditolak oleh tabung pusat di dekat inti pembersih, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Sentrifus kontinyu 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 memberikan waktu yang cukup bagi kontaminan berdensitas rendah untuk bermigrasi ke inti pembersih, tempat kontaminan tersebut dibuang melalui pelepasan pusaran pusat.

MT Thew, dalam Ensiklopedia Ilmu Pemisahan, 2000

Ringkasan

Meskipun zat padat-cairhidrosiklonTelah mapan hampir sepanjang abad ke-20, kinerja pemisahan cair-cair yang memuaskan baru tercapai pada tahun 1980-an. Industri minyak lepas pantai membutuhkan peralatan yang ringkas, kuat, dan andal untuk memisahkan minyak kontaminan yang terdispersi halus dari air. Kebutuhan ini dipenuhi oleh jenis hidrosiklon yang jauh berbeda, yang tentu saja tidak memiliki bagian yang bergerak.

Setelah menjelaskan kebutuhan ini secara lebih lengkap dan membandingkannya dengan pemisahan siklon padat–cair dalam pemrosesan mineral, diberikan keuntungan yang diberikan hidrosiklon dibandingkan jenis peralatan yang dipasang sebelumnya untuk memenuhi tugas tersebut.

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

Lingkungan produksi minyak bumi menimbulkan beberapa kendala terkait material, termasuk masalah erosi partikulat. Material-material umum yang digunakan juga disebutkan. Data biaya relatif untuk berbagai jenis instalasi pemisahan minyak, baik yang modal maupun yang berulang, diuraikan, meskipun sumbernya terbatas. Terakhir, beberapa petunjuk untuk pengembangan lebih lanjut dijelaskan, seiring industri minyak mempertimbangkan peralatan yang dipasang di dasar laut atau bahkan di dasar sumur bor.

Pengambilan Sampel, Kontrol, dan Penyeimbangan Massa

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Teknologi Pengolahan Mineral Wills (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 simpul; contoh ini memberikan, misalnya, nilai awal untuk minimisasi kuadrat terkecil umum. Pendekatan grafis ini dapat digunakan setiap kali terdapat data komponen "berlebih"; pendekatan ini dapat digunakan pada Contoh 3.9.

Contoh 3.15 menggunakan siklon sebagai simpul. Simpul kedua adalah bak penampung: ini adalah contoh dua masukan (umpan segar dan keluaran ball mill) dan satu keluaran (umpan siklon). Ini menghasilkan neraca massa lain (Contoh 3.16).

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

Waktu posting: 07-Mei-2019