Hidrosiklon

Penerangan

Hidrosiklonberbentuk kono-silinder, dengan salur masuk suapan tangen ke dalam bahagian silinder dan saluran keluar pada setiap paksi. Saluran keluar pada bahagian silinder dipanggil pencari vorteks dan memanjang ke dalam siklon untuk mengurangkan aliran litar pintas terus dari salur masuk. Di hujung kon ialah saluran keluar kedua, iaitu keran. Untuk pemisahan saiz, kedua-dua saluran keluar biasanya terbuka ke atmosfera. Hidrosiklon biasanya dikendalikan secara menegak dengan keran di hujung bawah, oleh itu hasil kasar dipanggil aliran bawah dan hasil halus, meninggalkan pencari vorteks, iaitu limpahan. Rajah 1 secara skematik menunjukkan ciri aliran dan reka bentuk utama sesuatu yang tipikalhidrosiklon: dua vorteks, salur masuk suapan tangen dan salur keluar paksi. Kecuali kawasan terdekat salur masuk tangen, gerakan bendalir dalam siklon mempunyai simetri jejari. Jika satu atau kedua-dua salur keluar terbuka ke atmosfera, zon tekanan rendah menyebabkan teras gas di sepanjang paksi menegak, di dalam vorteks dalam.

Prinsip operasinya mudah: bendalir, yang membawa zarah-zarah terampai, memasuki siklon secara tangensial, berpusing ke bawah dan menghasilkan medan emparan dalam aliran vorteks bebas. Zarah-zarah yang lebih besar bergerak melalui bendalir ke luar siklon dalam gerakan berpusing, dan keluar melalui keran dengan sebahagian kecil daripada cecair. Disebabkan oleh kawasan keran yang mengehadkan, vorteks dalaman, yang berputar pada arah yang sama dengan vorteks luar tetapi mengalir ke atas, terbentuk dan meninggalkan siklon melalui pencari vorteks, membawa kebanyakan cecair dan zarah yang lebih halus bersamanya. Jika kapasiti keran melebihi kapasiti, teras udara akan tertutup dan pelepasan keran berubah daripada semburan berbentuk payung kepada 'tali' dan kehilangan bahan kasar ke limpahan.

Diameter keratan silinder merupakan pembolehubah utama yang mempengaruhi saiz zarah yang boleh diasingkan, walaupun diameter saluran keluar boleh diubah secara bebas untuk mengubah pemisahan yang dicapai. Walaupun pekerja awal bereksperimen dengan siklon sekecil diameter 5 mm, diameter hidrosiklon komersial kini berkisar antara 10 mm hingga 2.5 m, dengan saiz pemisahan untuk zarah berketumpatan 2700 kg m−3 iaitu 1.5–300 μm, berkurangan dengan peningkatan ketumpatan zarah. Penurunan tekanan operasi berkisar antara 10 bar untuk diameter kecil hingga 0.5 bar untuk unit besar. Untuk meningkatkan kapasiti, pelbagai saiz kecilhidrosiklonboleh dimanifold daripada satu saluran suapan.

Walaupun prinsip operasinya mudah, banyak aspek operasinya masih kurang difahami, dan pemilihan serta ramalan hidrosiklon untuk operasi perindustrian sebahagian besarnya adalah empirikal.

Pengelasan

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Teknologi Pemprosesan Mineral Wills (Edisi Kelapan), 2016

9.4.3 Hidrosiklon Berbanding Skrin

Hidrosiklon telah mendominasi pengelasan apabila berurusan dengan saiz zarah halus dalam litar pengisaran tertutup (<200 µm). Walau bagaimanapun, perkembangan terkini dalam teknologi skrin (Bab 8) telah memperbaharui minat dalam menggunakan skrin dalam litar pengisaran. Skrin diasingkan berdasarkan saiz dan tidak dipengaruhi secara langsung oleh penyebaran ketumpatan dalam mineral suapan. Ini boleh menjadi satu kelebihan. Skrin juga tidak mempunyai pecahan pintasan, dan seperti yang ditunjukkan oleh Contoh 9.2, pintasan boleh menjadi agak besar (melebihi 30% dalam kes itu). Rajah 9.8 menunjukkan contoh perbezaan dalam lengkung pembahagian untuk siklon dan skrin. Data adalah daripada penumpu El Brocal di Peru dengan penilaian sebelum dan selepas hidrosiklon digantikan dengan Derrick Stack Sizer® (lihat Bab 8) dalam litar pengisaran (Dündar et al., 2014). Selaras dengan jangkaan, berbanding dengan siklon, skrin mempunyai pemisahan yang lebih tajam (cerun lengkung lebih tinggi) dan pintasan yang sedikit. Peningkatan dalam kapasiti litar pengisaran dilaporkan disebabkan oleh kadar kerosakan yang lebih tinggi selepas melaksanakan skrin. Ini disebabkan oleh penghapusan laluan pintasan, mengurangkan jumlah bahan halus yang dihantar kembali ke kilang pengisar yang cenderung untuk mengurangkan hentaman zarah-zarah.

Walau bagaimanapun, pertukaran bukanlah satu cara: contoh terbaru ialah pertukaran daripada skrin kepada siklon, untuk memanfaatkan pengurangan saiz tambahan bagi mineral berbayar yang lebih padat (Sasseville, 2015).

Proses dan reka bentuk metalurgi

Eoin H. Macdonald, dalam Buku Panduan Penerokaan dan Penilaian Emas, 2007

Hidrosiklon

Hidrosiklon merupakan unit pilihan untuk mensaiz atau menghilangkan keliman isipadu buburan yang besar dengan murah dan kerana ia menempati ruang lantai atau ruang kepala yang sangat kecil. Ia beroperasi paling berkesan apabila disuap pada kadar aliran dan ketumpatan pulpa yang sekata dan digunakan secara individu atau dalam kelompok untuk mendapatkan jumlah kapasiti yang diingini pada pecahan yang diperlukan. Keupayaan pensaiz bergantung pada daya emparan yang dihasilkan oleh halaju aliran tangen yang tinggi melalui unit. Pusaran utama yang dibentuk oleh buburan yang masuk bertindak secara berpilin ke bawah di sekitar dinding kon dalam. Pepejal dilontar ke luar oleh daya emparan supaya apabila pulpa bergerak ke bawah, ketumpatannya meningkat. Komponen menegak halaju bertindak ke bawah berhampiran dinding kon dan ke atas berhampiran paksi. Pecahan lendir yang dipisahkan secara emparan yang kurang tumpat dipaksa ke atas melalui pencari vorteks untuk keluar melalui bukaan di hujung atas kon. Zon atau sampul pertengahan antara kedua-dua aliran mempunyai halaju menegak sifar dan memisahkan pepejal yang lebih kasar bergerak ke bawah daripada pepejal yang lebih halus bergerak ke atas. Sebahagian besar aliran mengalir ke atas dalam vorteks dalaman yang lebih kecil dan daya emparan yang lebih tinggi melemparkan zarah yang lebih besar daripada zarah yang lebih halus ke luar, justeru memberikan pemisahan yang lebih cekap dalam saiz yang lebih halus. Zarah-zarah ini kembali ke vorteks luar dan melaporkan sekali lagi kepada suapan jig.

Geometri dan keadaan operasi dalam corak aliran lingkaran bagi suatuhidrosiklondihuraikan dalam Rajah 8.13. Pembolehubah operasi ialah ketumpatan pulpa, kadar aliran suapan, ciri-ciri pepejal, tekanan salur masuk suapan dan penurunan tekanan melalui siklon. Pembolehubah siklon ialah luas salur masuk suapan, diameter dan panjang pencari vorteks, dan diameter pelepasan keran. Nilai pekali seretan juga dipengaruhi oleh bentuk; semakin banyak zarah berbeza daripada kesferaan, semakin kecil faktor bentuknya dan semakin besar rintangan mendapannya. Zon tegasan kritikal boleh meluas kepada beberapa zarah emas sebesar 200 mm dan pemantauan yang teliti terhadap proses pengelasan adalah penting untuk mengurangkan kitar semula yang berlebihan dan pengumpulan lendir yang terhasil. Dari segi sejarah, apabila sedikit perhatian diberikan kepada pemulihan 150μDalam butiran emas m, pengaliran emas dalam pecahan lendir nampaknya sebahagian besarnya bertanggungjawab terhadap kehilangan emas yang direkodkan setinggi 40–60% dalam banyak operasi peletakan emas.

Rajah 8.14 (Carta Pemilihan Warman) ialah pemilihan awal siklon untuk pemisahan pada pelbagai saiz D50 daripada 9–18 mikron sehingga 33–76 mikron. Carta ini, seperti carta prestasi siklon yang lain, adalah berdasarkan suapan yang dikawal dengan teliti bagi jenis tertentu. Ia mengandaikan kandungan pepejal sebanyak 2,700 kg/m3 dalam air sebagai panduan pertama untuk pemilihan. Siklon berdiameter lebih besar digunakan untuk menghasilkan pemisahan kasar tetapi memerlukan isipadu suapan yang tinggi untuk fungsi yang betul. Pemisahan halus pada isipadu suapan yang tinggi memerlukan kelompok siklon berdiameter kecil yang beroperasi secara selari. Parameter reka bentuk akhir untuk saiz yang hampir mesti ditentukan secara eksperimen, dan adalah penting untuk memilih siklon di sekitar pertengahan julat supaya sebarang pelarasan kecil yang mungkin diperlukan boleh dibuat pada permulaan operasi.

Siklon CBC (alas beredar) didakwa mengklasifikasikan bahan suapan emas aluvium berdiameter sehingga 5 mm dan memperoleh suapan jig yang tinggi secara konsisten daripada aliran bawah. Pemisahan berlaku pada kira-kiraD50/150 mikron berdasarkan silika berketumpatan 2.65. Aliran bawah siklon CBC didakwa sangat sesuai untuk pemisahan jig kerana lengkung taburan saiznya yang agak lancar dan penyingkiran zarah sisa halus yang hampir lengkap. Walau bagaimanapun, walaupun sistem ini didakwa menghasilkan pekatan primer gred tinggi bagi mineral berat yang sama dalam satu laluan daripada suapan julat saiz yang agak panjang (cth. pasir mineral), tiada angka prestasi sedemikian tersedia untuk bahan suapan aluvium yang mengandungi emas halus dan serpihan. Jadual 8.5 memberikan data teknikal untuk AKWhidrosiklonuntuk titik potong antara 30 dan 100 mikron.

Jadual 8.5. Data teknikal untuk hidrosiklon AKW

Jenis (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Kapasiti		Titik potong (mikron)
Jenis (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Bubur (m3/jam)	Pepejal (t/j maks).	Titik potong (mikron)
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 dalam teknologi pemecahan dan pengelasan bijih besi

A. Jankovic, dalam Bijih Besi, 2015

8.3.3.1 Pemisah hidrosiklon

Hidrosiklon, juga dirujuk sebagai siklon, ialah peranti pengelasan yang menggunakan daya emparan untuk mempercepatkan kadar pengendapan zarah buburan dan mengasingkan zarah mengikut saiz, bentuk dan graviti tentu. Ia digunakan secara meluas dalam industri mineral, dengan kegunaan utamanya dalam pemprosesan mineral adalah sebagai pengelas, yang telah terbukti sangat cekap pada saiz pemisahan halus. Ia digunakan secara meluas dalam operasi pengisaran litar tertutup tetapi telah menemui banyak kegunaan lain, seperti penyahlekatan, penyahkisaran dan penebalan.

Hidrosiklon biasa (Rajah 8.12a) terdiri daripada bekas berbentuk kon, terbuka pada puncaknya, atau aliran bawah, yang disambungkan ke bahagian silinder, yang mempunyai saluran masuk suapan tangen. Bahagian atas bahagian silinder ditutup dengan plat yang melaluinya paip limpahan yang dipasang secara paksi. Paip tersebut dipanjangkan ke dalam badan siklon oleh bahagian pendek yang boleh ditanggalkan yang dikenali sebagai pencari vorteks, yang menghalang litar pintas suapan terus ke dalam limpahan. Suapan dimasukkan di bawah tekanan melalui saluran masuk tangen, yang memberikan gerakan berpusar kepada pulpa. Ini menghasilkan vorteks dalam siklon, dengan zon tekanan rendah di sepanjang paksi menegak, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8.12b. Teras udara terbentuk di sepanjang paksi, biasanya disambungkan ke atmosfera melalui bukaan puncak, tetapi sebahagiannya dicipta oleh udara terlarut yang keluar dari larutan di zon tekanan rendah. Daya emparan mempercepatkan kadar pengenapan zarah, dengan itu memisahkan zarah mengikut saiz, bentuk dan graviti tentu. Zarah-zarah yang lebih cepat mendap bergerak ke dinding siklon, di mana halajunya terendah, dan berhijrah ke bukaan puncak (aliran bawah). Disebabkan oleh tindakan daya seretan, zarah-zarah yang lebih perlahan mendap bergerak ke arah zon tekanan rendah di sepanjang paksi dan dibawa ke atas melalui pencari vorteks ke limpahan.

Hidrosiklon hampir digunakan secara universal dalam litar pengisaran kerana kapasiti dan kecekapan relatifnya yang tinggi. Ia juga boleh dikelaskan dalam julat saiz zarah yang sangat luas (biasanya 5–500 μm), unit diameter yang lebih kecil digunakan untuk pengelasan yang lebih halus. Walau bagaimanapun, aplikasi siklon dalam litar pengisaran magnetit boleh menyebabkan operasi yang tidak cekap disebabkan oleh perbezaan ketumpatan antara magnetit dan mineral buangan (silika). Magnetit mempunyai ketumpatan tentu kira-kira 5.15, manakala silika mempunyai ketumpatan tentu kira-kira 2.7. Dalamhidrosiklon, mineral padat terpisah pada saiz potongan yang lebih halus daripada mineral yang lebih ringan. Oleh itu, magnetit yang terbebas tertumpu dalam aliran bawah siklon, dengan akibatnya magnetit terkikis berlebihan. Napier-Munn et al. (2005) menyatakan bahawa hubungan antara saiz potongan yang dibetulkan (d50c) dan ketumpatan zarah mengikuti ungkapan bentuk berikut bergantung pada keadaan aliran dan faktor lain:

d50c∝ρs−ρl−n

di manaρs ialah ketumpatan pepejal,ρl ialah ketumpatan cecair, dannadalah antara 0.5 dan 1.0. Ini bermakna kesan ketumpatan mineral terhadap prestasi siklon boleh menjadi agak ketara. Contohnya, jikad50c magnetit ialah 25 μm, makad50c zarah silika akan menjadi 40–65 μm. Rajah 8.13 menunjukkan lengkung kecekapan pengelasan siklon untuk magnetit (Fe3O4) dan silika (SiO2) yang diperoleh daripada tinjauan litar pengisaran magnetit kilang bebola perindustrian. Pemisahan saiz untuk silika adalah lebih kasar, dengand50c untuk Fe3O4 sebanyak 29 μm, manakala untuk SiO2 ialah 68 μm. Disebabkan oleh fenomena ini, kilang pengisaran magnetit dalam litar tertutup dengan hidrosiklon kurang cekap dan mempunyai kapasiti yang lebih rendah berbanding litar pengisaran bijih logam asas yang lain.

Teknologi Proses Tekanan Tinggi: Asas dan Aplikasi

MJ Cocero PhD, dalam Perpustakaan Kimia Industri, 2001

Peranti pengasingan pepejal

•

Hidrosiklon

Ini adalah salah satu jenis pemisah pepejal yang paling mudah. Ia merupakan peranti pemisahan berkecekapan tinggi dan boleh digunakan untuk menyingkirkan pepejal secara berkesan pada suhu dan tekanan tinggi. Ia menjimatkan kerana ia tidak mempunyai bahagian yang bergerak dan memerlukan sedikit penyelenggaraan.

Kecekapan pemisahan untuk pepejal adalah fungsi kuat saiz zarah dan suhu. Kecekapan pemisahan kasar hampir 80% boleh dicapai untuk silika dan suhu melebihi 300°C, manakala dalam julat suhu yang sama, kecekapan pemisahan kasar untuk zarah zirkon yang lebih tumpat adalah lebih besar daripada 99% [29].

Kecacatan utama operasi hidrosiklon adalah kecenderungan sesetengah garam untuk melekat pada dinding siklon.

•

Penapisan mikro silang

Penapis aliran silang bertindak dengan cara yang serupa dengan yang biasanya diperhatikan dalam penapisan aliran silang di bawah keadaan ambien: peningkatan kadar ricih dan pengurangan kelikatan bendalir mengakibatkan peningkatan bilangan turasan. Mikropenapisan silang telah digunakan untuk pemisahan garam termendak sebagai pepejal, memberikan kecekapan pemisahan zarah yang biasanya melebihi 99.9%. Goemans.dkk.[30] mengkaji pemisahan natrium nitrat daripada air superkritikal. Di bawah keadaan kajian, natrium nitrat hadir sebagai garam cair dan mampu melintasi penapis. Kecekapan pemisahan diperoleh yang berubah-ubah mengikut suhu, kerana keterlarutan berkurangan apabila suhu meningkat, masing-masing antara 40% dan 85%, untuk 400 °C dan 470°C. Pekerja-pekerja ini menjelaskan mekanisme pemisahan sebagai akibat daripada kebolehtelapan yang berbeza daripada medium penapisan ke arah larutan superkritikal, berbanding dengan garam cair, berdasarkan kelikatannya yang jelas berbeza. Oleh itu, adalah mungkin bukan sahaja untuk menapis garam termendak hanya sebagai pepejal tetapi juga untuk menapis garam takat lebur rendah yang berada dalam keadaan cair.

Masalah operasi terutamanya disebabkan oleh kakisan penapis oleh garam.

Kertas: Kitar Semula dan Bahan Kitar Semula

MR Doshi, JM Dyer, dalam Modul Rujukan Sains Bahan dan Kejuruteraan Bahan, 2016

3.3 Pembersihan

Pembersih atauhidrosiklonmenyingkirkan bahan cemar daripada pulpa berdasarkan perbezaan ketumpatan antara bahan cemar dan air. Peranti ini terdiri daripada bekas tekanan kon atau silinder-kon yang mana pulpa dimasukkan secara tangensial pada hujung berdiameter besar (Rajah 6). Semasa laluan melalui pembersih, pulpa membentuk corak aliran vorteks, serupa dengan siklon. Aliran berputar di sekitar paksi tengah apabila ia keluar dari salur masuk dan ke arah puncak, atau bukaan aliran bawah, di sepanjang bahagian dalam dinding pembersih. Halaju aliran putaran memecut apabila diameter kon berkurangan. Berhampiran hujung puncak, bukaan berdiameter kecil menghalang pelepasan kebanyakan aliran yang sebaliknya berputar dalam vorteks dalaman di teras pembersih. Aliran di teras dalaman mengalir keluar dari bukaan puncak sehingga ia dilepaskan melalui pencari vorteks, yang terletak di hujung berdiameter besar di tengah pembersih. Bahan ketumpatan yang lebih tinggi, yang telah tertumpu di dinding pembersih akibat daya emparan, dilepaskan di puncak kon (Bliss, 1994, 1997).

Pencuci dikelaskan sebagai ketumpatan tinggi, sederhana atau rendah bergantung pada ketumpatan dan saiz bahan cemar yang disingkirkan. Pencuci ketumpatan tinggi, dengan diameter antara 15 hingga 50 cm (6–20 inci) digunakan untuk menanggalkan logam gelandangan, klip kertas dan staples dan biasanya diletakkan sebaik sahaja selepas pulper. Apabila diameter pembersih berkurangan, kecekapannya dalam menanggalkan bahan cemar bersaiz kecil meningkat. Atas sebab praktikal dan ekonomi, siklon berdiameter 75 mm (3 inci) secara amnya merupakan pembersih terkecil yang digunakan dalam industri kertas.

Pembersih terbalik dan pembersih aliran terus direka untuk menyingkirkan bahan cemar berketumpatan rendah seperti lilin, polistirena dan bahan melekit. Pembersih terbalik dinamakan sedemikian kerana aliran penerima dikumpulkan di puncak pembersih manakala bahan buangan keluar melalui limpahan. Dalam pembersih aliran terus, penerima dan bahan buangan keluar di hujung pembersih yang sama, dengan penerima berhampiran dinding pembersih dipisahkan daripada bahan buangan oleh tiub pusat berhampiran teras pembersih, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.

Pengempar berterusan yang digunakan pada tahun 1920-an dan 1930-an untuk membuang pasir daripada pulpa telah dihentikan selepas pembangunan hidrosiklon. Gyroclean, yang dibangunkan di Centre Technique du Papier, Grenoble, Perancis, terdiri daripada silinder yang berputar pada 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Gabungan masa kediaman yang agak lama dan daya emparan yang tinggi membolehkan bahan cemar berketumpatan rendah mempunyai masa yang mencukupi untuk berhijrah ke teras pembersih di mana ia ditolak melalui pelepasan vorteks tengah.

MT Thew, dalam Ensiklopedia Sains Pemisahan, 2000

Sinopsis

Walaupun pepejal-cecairhidrosiklontelah diwujudkan untuk sebahagian besar abad ke-20, prestasi pemisahan cecair-cecair yang memuaskan tidak tercapai sehingga tahun 1980-an. Industri minyak luar pesisir memerlukan peralatan yang padat, teguh dan andal untuk menyingkirkan minyak pencemar yang terbahagi halus daripada air. Keperluan ini dipenuhi oleh jenis hidrosiklon yang jauh berbeza, yang sudah tentu tidak mempunyai bahagian yang bergerak.

Selepas menjelaskan keperluan ini dengan lebih lengkap dan membandingkannya dengan pemisahan siklon pepejal-cecair dalam pemprosesan mineral, kelebihan yang diberikan oleh hidrosiklon berbanding jenis peralatan yang dipasang lebih awal untuk memenuhi tugas tersebut diberikan.

Kriteria penilaian prestasi pemisahan disenaraikan sebelum membincangkan prestasi dari segi pembentukan suapan, kawalan operator dan tenaga yang diperlukan, iaitu hasil darab penurunan tekanan dan kadar alir.

Persekitaran untuk pengeluaran petroleum menetapkan beberapa kekangan untuk bahan dan ini termasuk masalah hakisan zarah. Bahan tipikal yang digunakan disebut. Data kos relatif untuk jenis loji pemisahan minyak, baik modal mahupun berulang, digariskan, walaupun sumbernya jarang. Akhir sekali, beberapa petunjuk untuk pembangunan selanjutnya diterangkan, memandangkan industri minyak melihat kepada peralatan yang dipasang di dasar laut atau di dasar telaga.

Pensampelan, Kawalan dan Pengimbangan Jisim

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Teknologi Pemprosesan Mineral Wills (Edisi Kelapan), 2016

3.7.1 Penggunaan Saiz Zarah

Banyak unit, sepertihidrosiklondan pemisah graviti, menghasilkan tahap pemisahan saiz dan data saiz zarah boleh digunakan untuk pengimbangan jisim (Contoh 3.15).

Contoh 3.15 ialah contoh pengurangan ketidakseimbangan nod; ia memberikan, sebagai contoh, nilai awal untuk pengurangan kuasa dua terkecil umum. Pendekatan grafik ini boleh digunakan apabila terdapat data komponen "berlebihan"; dalam Contoh 3.9 ia boleh digunakan.

Contoh 3.15 menggunakan siklon sebagai nod. Nod kedua ialah takungan: ini adalah contoh 2 input (suapan segar dan pelepasan kincir bebola) dan satu output (suapan siklon). Ini memberikan satu lagi imbangan jisim (Contoh 3.16).

Dalam Bab 9 kita kembali kepada contoh litar pengisaran ini menggunakan data terlaras untuk menentukan lengkung pembahagian siklon.

Masa siaran: 07-Mei-2019