Hydrocyclonen

Hydrocyclonenhebben een cono-cilindrische vorm, met een tangentiële toevoer naar het cilindrische gedeelte en een uitlaat op elke as. De uitlaat in het cilindrische gedeelte wordt de wervelzoeker genoemd en loopt door in de cycloon om kortsluitstroom direct vanuit de inlaat te verminderen. Aan het conische uiteinde bevindt zich de tweede uitlaat, de spigot. Voor scheiding van de deeltjesgrootte zijn beide uitlaten over het algemeen open naar de atmosfeer. Hydrocyclonen worden over het algemeen verticaal bediend met de spigot aan de onderkant; het grove product wordt daarom de onderstroom genoemd en het fijne product, dat de wervelzoeker overlaat, de overstroom. Figuur 1 toont schematisch de belangrijkste stromings- en ontwerpkenmerken van een typische hydrocycloon.hydrocycloon: de twee wervelingen, de tangentiële toevoer en de axiale uitlaten. Met uitzondering van de directe omgeving van de tangentiële toevoer, is de vloeistofbeweging binnen de cycloon radiaal symmetrisch. Als een of beide uitlaten open zijn naar de atmosfeer, veroorzaakt een lagedrukzone een gaskern langs de verticale as, binnen de binnenste werveling.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 1. Belangrijkste kenmerken van de hydrocycloon.

Hydrocyclonen zijn de classificatiemethode gaan domineren voor het werken met fijne deeltjesgroottes in gesloten maalcircuits (<200 µm). Recente ontwikkelingen in zeeftechnologie (hoofdstuk 8) hebben echter geleid tot hernieuwde belangstelling voor het gebruik van zeven in maalcircuits. Zeven scheiden op basis van grootte en worden niet direct beïnvloed door de dichtheidsspreiding in de mineralen die worden toegevoerd. Dit kan een voordeel zijn. Zeven hebben ook geen bypassfractie, en zoals voorbeeld 9.2 heeft aangetoond, kan de bypass vrij groot zijn (in dat geval meer dan 30%). Figuur 9.8 toont een voorbeeld van het verschil in partitiecurve voor cyclonen en zeven. De gegevens zijn afkomstig van de El Brocal-concentrator in Peru, met evaluaties vóór en na vervanging van de hydrocyclonen door een Derrick Stack Sizer® (zie hoofdstuk 8) in het maalcircuit (Dündar et al., 2014). In overeenstemming met de verwachting had het scherm, vergeleken met de cycloon, een scherpere scheiding (de helling van de curve is hoger) en een geringere bypass. Er werd een toename in de capaciteit van het maalcircuit gemeld als gevolg van hogere breukpercentages na de implementatie van de zeef. Dit werd toegeschreven aan de eliminatie van de bypass, waardoor er minder fijn materiaal terug naar de maalmolens werd gestuurd, wat de impact van deeltjes op elkaar dempt.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 9.8. Verdelingscurven voor cyclonen en schermen in het maalcircuit van de concentrator El Brocal.

(Aangepast overgenomen van Dündar et al. (2014))

De geometrie en bedrijfsomstandigheden binnen het spiraalvormige stromingspatroon van een typischehydrocycloonworden beschreven in figuur 8.13. Operationele variabelen zijn de pulpdichtheid, de toevoersnelheid, de eigenschappen van de vaste stoffen, de druk bij de toevoer en de drukval door de cycloon. Cycloonvariabelen zijn het oppervlak van de toevoer, de diameter en lengte van de vortexzoeker en de diameter van de afvoer. De waarde van de luchtweerstandscoëfficiënt wordt ook beïnvloed door de vorm; hoe meer een deeltje afwijkt van de sfericiteit, hoe kleiner de vormfactor en hoe groter de bezinkingsweerstand. De kritische spanningszone kan zich uitstrekken tot gouddeeltjes van wel 200 mm groot. Zorgvuldige monitoring van het classificatieproces is daarom essentieel om overmatige recycling en de daaruit voortvloeiende slibvorming te verminderen. Vroeger, toen er weinig aandacht werd besteed aan het terugwinnen van 150μm goudkorrels, lijkt de overdracht van goud in de slijmfracties grotendeels verantwoordelijk te zijn geweest voor goudverliezen die in veel goudplaatsingsoperaties opliepen tot wel 40–60%.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

8.13. Normale geometrie en bedrijfsomstandigheden van een hydrocycloon.

Figuur 8.14 (Warman-selectietabel) toont een voorlopige selectie van cyclonen voor scheiding bij verschillende D50-groottes van 9-18 micron tot 33-76 micron. Deze tabel is, net als andere tabellen met cycloonprestaties, gebaseerd op een zorgvuldig gecontroleerde toevoer van een specifiek type. Een vaste-stofgehalte van 2700 kg/m³ in water wordt als eerste richtlijn voor de selectie aangenomen. Cyclonen met een grotere diameter worden gebruikt voor grove scheidingen, maar vereisen hoge toevoervolumes voor een goede werking. Fijne scheidingen bij hoge toevoervolumes vereisen clusters van parallel werkende cyclonen met een kleine diameter. De uiteindelijke ontwerpparameters voor nauwkeurige scheiding moeten experimenteel worden bepaald en het is belangrijk om een ​​cycloon rond het midden van het bereik te selecteren, zodat eventuele kleine aanpassingen aan het begin van de werkzaamheden kunnen worden doorgevoerd.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

8.14. Warman voorlopige selectietabel.

De CBC-cycloon (circulerend bed) zou alluviale goudtoevoermaterialen tot 5 mm diameter classificeren en een consistent hoge jig-toevoer vanuit de onderstroom verkrijgen. De scheiding vindt plaats bij ongeveerD50/150 micron op basis van silica met een dichtheid van 2,65. De CBC-cycloononderstroom zou bijzonder geschikt zijn voor jig-scheiding vanwege de relatief soepele korrelverdelingscurve en de vrijwel volledige verwijdering van fijne afvaldeeltjes. Hoewel dit systeem naar verluidt in één doorgang een hoogwaardig primair concentraat van gelijke zware mineralen produceert uit een toevoer met een relatief groot korrelgroottebereik (bijv. mineraalzand), zijn dergelijke prestatiecijfers niet beschikbaar voor alluviaal toevoermateriaal dat fijn en schilferig goud bevat. Tabel 8.5 geeft de technische gegevens voor AKW weer.hydrocyclonenvoor afsnijpunten tussen 30 en 100 micron.

Een typische hydrocycloon (figuur 8.12a) bestaat uit een conisch gevormd vat, open aan de top, of onderloop, verbonden met een cilindrisch gedeelte met een tangentiële toevoeropening. De bovenkant van het cilindrische gedeelte is afgesloten met een plaat waardoor een axiaal gemonteerde overlooppijp loopt. Deze pijp loopt door tot in het lichaam van de cycloon via een kort, verwijderbaar gedeelte, de zogenaamde wervelzoeker, dat kortsluiting van de toevoer direct in de overloop voorkomt. De toevoer wordt onder druk via de tangentiële inlaat ingebracht, wat een wervelende beweging aan de pulp geeft. Dit genereert een werveling in de cycloon, met een lagedrukzone langs de verticale as, zoals weergegeven in figuur 8.12b. Langs de as ontwikkelt zich een luchtkern, die normaal gesproken via de opening in de top in verbinding staat met de atmosfeer, maar deels wordt gevormd door opgeloste lucht die uit de oplossing in de lagedrukzone komt. De centrifugale kracht versnelt de bezinkingssnelheid van de deeltjes, waardoor ze worden gescheiden op basis van grootte, vorm en soortelijk gewicht. Sneller bezinkende deeltjes bewegen naar de wand van de cycloon, waar de snelheid het laagst is, en migreren naar de topopening (onderstroom). Door de werking van de sleepkracht bewegen de langzamer bezinkende deeltjes langs de as naar de lagedrukzone en worden ze via de wervelzoeker omhoog naar de overstroom gevoerd.

 

Figuur 8.12. Hydrocycloon (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) en hydrocycloonbatterij. Overzichtsbrochure van de Cavex hydrocycloon, https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx.

Hydrocyclonen worden vrijwel universeel gebruikt in maalcircuits vanwege hun hoge capaciteit en relatieve efficiëntie. Ze kunnen ook een zeer breed bereik aan deeltjesgroottes classificeren (meestal 5–500 μm), waarbij eenheden met een kleinere diameter worden gebruikt voor een fijnere classificatie. Cyclonen in magnetietmaalcircuits kunnen echter inefficiënt werken vanwege het dichtheidsverschil tussen magnetiet en afvalmineralen (silica). Magnetiet heeft een soortelijke massa van ongeveer 5,15, terwijl silica een soortelijke massa heeft van ongeveer 2,7.hydrocyclonenDichte mineralen scheiden zich af bij een fijnere snedegrootte dan lichtere mineralen. Daardoor wordt vrijgekomen magnetiet geconcentreerd in de onderstroom van de cycloon, met als gevolg oververmaling van het magnetiet. Napier-Munn et al. (2005) merkten op dat de relatie tussen de gecorrigeerde snedegrootte (d50c) en de deeltjesdichtheid volgt een uitdrukking van de volgende vorm, afhankelijk van de stromingsomstandigheden en andere factoren:

waarρs is de dichtheid van de vaste stoffen,ρl is de vloeistofdichtheid, ennligt tussen 0,5 en 1,0. Dit betekent dat de invloed van de mineraaldichtheid op de cycloonprestaties aanzienlijk kan zijn. Bijvoorbeeld, als ded50c van de magnetiet is 25 μm, dan is ded50c silicadeeltjes zullen 40-65 μm zijn. Figuur 8.13 toont de efficiëntiecurves van de cycloonclassificatie voor magnetiet (Fe3O4) en silica (SiO2), verkregen uit een onderzoek van een magnetietmaalcircuit in een industriële kogelmolen. De scheiding van silica op grootte is veel grover, met eend50°C voor Fe3O4 van 29 μm, terwijl die voor SiO2 68 μm bedraagt. Door dit fenomeen zijn de magnetietmaalmolens in gesloten circuits met hydrocyclonen minder efficiënt en hebben ze een lagere capaciteit in vergelijking met andere maalcircuits voor basismetaalerts.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 8.13. Cycloonrendement voor magnetiet Fe3O4 en silica SiO2 – industrieel onderzoek.

Schoonmakers ofhydrocyclonenVerwijderen verontreinigingen uit pulp op basis van het dichtheidsverschil tussen de verontreiniging en het water. Deze apparaten bestaan ​​uit een conisch of cilindrisch-conisch drukvat waarin pulp tangentieel wordt toegevoerd aan het uiteinde met de grote diameter (Figuur 6). Tijdens de passage door de reiniger ontwikkelt de pulp een wervelstroompatroon, vergelijkbaar met dat van een cycloon. De stroming roteert om de centrale as terwijl deze van de inlaat afstroomt en langs de binnenkant van de reinigingswand naar de top, of onderstroomopening, stroomt. De rotatiesnelheid neemt toe naarmate de diameter van de kegel afneemt. Nabij het topuiteinde voorkomt de opening met de kleine diameter de afvoer van het grootste deel van de stroming, die in plaats daarvan roteert in een interne werveling in de kern van de reiniger. De stroming in de binnenste kern stroomt weg van de topopening totdat deze door de wervelzoeker stroomt, die zich aan het uiteinde met de grote diameter in het midden van de reiniger bevindt. Het materiaal met de hogere dichtheid, dat zich door de centrifugale kracht aan de wand van de reiniger heeft geconcentreerd, wordt aan de top van de kegel afgevoerd (Bliss, 1994, 1997).

 

Figuur 6. Onderdelen van een hydrocycloon, belangrijkste stromingspatronen en scheidingstrends.

Omgekeerde reinigers en doorstroomreinigers zijn ontworpen om verontreinigingen met een lage dichtheid te verwijderen, zoals was, polystyreen en kleverige deeltjes. Omgekeerde reinigers worden zo genoemd omdat de ontvangen stroom bij de reinigertop wordt opgevangen, terwijl het afgekeurde materiaal via de overloop naar buiten stroomt. In de doorstroomreiniger stromen de ontvangen en afgekeurde materialen aan hetzelfde uiteinde van de reiniger, waarbij de ontvangen stoffen nabij de reinigerwand van het afgekeurde materiaal worden gescheiden door een centrale buis nabij de kern van de reiniger, zoals weergegeven in figuur 7.

Meld u aan om de afbeelding op volledige grootte te downloaden

Figuur 7. Schematische weergave van een doorstroomreiniger.