คำอธิบาย
ไฮโดรไซโคลนไฮโดรไซโคลนมีรูปทรงกรวยทรงกระบอก โดยมีช่องป้อนวัสดุเข้าสู่ส่วนทรงกระบอกในแนวสัมผัส และมีช่องระบายออกที่แต่ละแกน ช่องระบายออกที่ส่วนทรงกระบอกเรียกว่าตัวค้นหากระแสน้ำวน (vortex finder) และยื่นเข้าไปในไซโคลนเพื่อลดการไหลลัดวงจรโดยตรงจากช่องป้อนวัสดุ ที่ปลายด้านกรวยจะมีช่องระบายออกที่สอง เรียกว่าท่อระบาย (spigot) สำหรับการแยกขนาด โดยทั่วไปแล้วช่องระบายออกทั้งสองจะเปิดสู่บรรยากาศ ไฮโดรไซโคลนโดยทั่วไปจะทำงานในแนวตั้งโดยมีท่อระบายอยู่ที่ปลายด้านล่าง ดังนั้นผลิตภัณฑ์หยาบจึงเรียกว่าของเหลวไหลลง (underflow) และผลิตภัณฑ์ละเอียดที่ออกจากตัวค้นหากระแสน้ำวนเรียกว่าของเหลวไหลขึ้น (overflow) ภาพที่ 1 แสดงแผนผังการไหลหลักและคุณลักษณะการออกแบบของไฮโดรไซโคลนทั่วไปไฮโดรไซโคลน: กระแสน้ำวนสองกระแส ช่องทางเข้าแบบสัมผัส และช่องทางออกตามแนวแกน ยกเว้นบริเวณใกล้เคียงกับทางเข้าแบบสัมผัส การเคลื่อนที่ของของเหลวภายในไซโคลนจะมีสมมาตรตามแนวรัศมี หากช่องทางออกหนึ่งหรือทั้งสองช่องเปิดสู่บรรยากาศ บริเวณความดันต่ำจะทำให้เกิดแกนก๊าซตามแนวแกนตั้งภายในกระแสน้ำวนด้านใน
รูปที่ 1. คุณสมบัติหลักของไฮโดรไซโคลน
หลักการทำงานนั้นง่ายมาก: ของเหลวที่พาอนุภาคแขวนลอยอยู่จะไหลเข้าสู่ไซโคลนในแนวสัมผัส หมุนวนลงด้านล่าง และสร้างสนามแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในรูปแบบการไหลวนอิสระ อนุภาคขนาดใหญ่จะเคลื่อนที่ผ่านของเหลวไปยังด้านนอกของไซโคลนในลักษณะการหมุนวน และออกจากไซโคลนผ่านทางท่อจ่ายพร้อมกับของเหลวเพียงบางส่วน เนื่องจากพื้นที่จำกัดของท่อจ่าย จึงเกิดกระแสน้ำวนภายในขึ้น ซึ่งหมุนไปในทิศทางเดียวกับกระแสน้ำวนภายนอกแต่ไหลขึ้นด้านบน และออกจากไซโคลนผ่านทางตัวค้นหากระแสน้ำวน โดยพาของเหลวส่วนใหญ่และอนุภาคที่ละเอียดกว่าไปด้วย หากความจุของท่อจ่ายเกินขีดจำกัด แกนอากาศจะถูกปิด และการปล่อยของเหลวจากท่อจ่ายจะเปลี่ยนจากละอองน้ำรูปทรงร่มเป็น "เชือก" และวัสดุหยาบจะไหลลงสู่ส่วนล้น
เส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนทรงกระบอกเป็นตัวแปรหลักที่มีผลต่อขนาดของอนุภาคที่สามารถแยกได้ แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของทางออกจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยอิสระเพื่อปรับเปลี่ยนการแยกที่ได้ ในขณะที่นักวิจัยในยุคแรกๆ ทดลองใช้ไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเพียง 5 มม. ปัจจุบันไฮโดรไซโคลนเชิงพาณิชย์มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 10 มม. ถึง 2.5 ม. โดยมีขนาดการแยกสำหรับอนุภาคที่มีความหนาแน่น 2700 กก./ลบ.ม. อยู่ที่ 1.5–300 ไมโครเมตร ซึ่งจะลดลงเมื่อความหนาแน่นของอนุภาคเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมในการทำงานมีตั้งแต่ 10 บาร์สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กไปจนถึง 0.5 บาร์สำหรับหน่วยขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มกำลังการผลิต สามารถใช้ไซโคลนขนาดเล็กหลายๆ ตัวมาต่อกันได้ไฮโดรไซโคลนอาจต่อพ่วงจากท่อส่งหลักเพียงท่อเดียว
แม้ว่าหลักการทำงานจะเรียบง่าย แต่หลายแง่มุมของการทำงานยังคงไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ และการเลือกใช้และการคาดการณ์ประสิทธิภาพของไฮโดรไซโคลนสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ยังคงอาศัยประสบการณ์เป็นหลัก
การจำแนกประเภท
Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., ในหนังสือ Wills' Mineral Processing Technology (ฉบับที่แปด), 2016
9.4.3 ไฮโดรไซโคลนเทียบกับตะแกรงกรอง
ไฮโดรไซโคลนได้กลายเป็นเครื่องมือหลักในการคัดแยกอนุภาคขนาดเล็กในระบบบดแบบปิด (<200 µm) อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเทคโนโลยีตะแกรงกรองในปัจจุบัน (บทที่ 8) ได้จุดประกายความสนใจในการใช้ตะแกรงกรองในระบบบดอีกครั้ง ตะแกรงกรองจะแยกอนุภาคตามขนาดและไม่ได้รับผลกระทบโดยตรงจากความหนาแน่นของแร่ที่ป้อนเข้า ซึ่งถือเป็นข้อดี นอกจากนี้ ตะแกรงกรองยังไม่มีส่วนที่ผ่านเข้ามาโดยไม่ผ่าน และดังที่ตัวอย่างที่ 9.2 แสดงให้เห็น ส่วนที่ผ่านเข้ามาโดยไม่ผ่านอาจมีขนาดใหญ่มาก (มากกว่า 30% ในกรณีนั้น) รูปที่ 9.8 แสดงตัวอย่างความแตกต่างของเส้นโค้งการแบ่งส่วนระหว่างไซโคลนและตะแกรงกรอง ข้อมูลมาจากโรงงานผลิตแร่ El Brocal ในประเทศเปรู โดยมีการประเมินก่อนและหลังการเปลี่ยนไฮโดรไซโคลนเป็น Derrick Stack Sizer® (ดูบทที่ 8) ในระบบบด (Dündar et al., 2014) สอดคล้องกับความคาดหวัง เมื่อเปรียบเทียบกับไซโคลนแล้ว ตะแกรงมีประสิทธิภาพในการแยกที่ดีกว่า (ความชันของเส้นโค้งสูงกว่า) และมีการไหลผ่านน้อยกว่า มีการรายงานว่ากำลังการผลิตของวงจรการบดเพิ่มขึ้นเนื่องจากอัตราการแตกหักที่สูงขึ้นหลังจากติดตั้งตะแกรง ซึ่งเป็นผลมาจากการกำจัดปัญหาการไหลผ่าน ทำให้ปริมาณวัสดุละเอียดที่ส่งกลับไปยังเครื่องบดลดลง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะช่วยลดแรงกระแทกระหว่างอนุภาค
รูปที่ 9.8. เส้นโค้งการแบ่งส่วนสำหรับไซโคลนและตะแกรงในวงจรการบดที่โรงงานแปรรูปแร่เอลโบรคัล
(ดัดแปลงมาจาก Dündar และคณะ (2014))
อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนผ่านไม่ได้มีเพียงวิธีเดียว ตัวอย่างล่าสุดคือการเปลี่ยนจากตะแกรงร่อนเป็นไซโคลน เพื่อใช้ประโยชน์จากการลดขนาดเพิ่มเติมของแร่ที่มีความหนาแน่นสูงกว่า (Sasseville, 2015)
กระบวนการและออกแบบทางโลหะวิทยา
อีออน เอช. แมคโดนัลด์ ในหนังสือคู่มือการสำรวจและประเมินทองคำ ปี 2007
ไฮโดรไซโคลน
เครื่องแยกอนุภาคแบบไฮโดรไซโคลนเป็นอุปกรณ์ที่นิยมใช้ในการแยกขนาดหรือกำจัดตะกอนในสารละลายปริมาณมากได้อย่างประหยัด และใช้พื้นที่น้อยมาก การทำงานจะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อป้อนสารละลายด้วยอัตราการไหลและความหนาแน่นที่สม่ำเสมอ และสามารถใช้งานได้ทั้งแบบเดี่ยวหรือแบบกลุ่ม เพื่อให้ได้กำลังการผลิตรวมตามต้องการ ความสามารถในการแยกขนาดอาศัยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากความเร็วการไหลสัมผัสสูงภายในเครื่อง กระแสน้ำวนหลักที่เกิดจากสารละลายที่ไหลเข้ามาจะหมุนวนลงด้านล่างรอบผนังด้านในของกรวย ของแข็งจะถูกเหวี่ยงออกไปด้านนอกด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ทำให้ความหนาแน่นของสารละลายเพิ่มขึ้นเมื่อไหลลงด้านล่าง ส่วนประกอบแนวตั้งของความเร็วจะกระทำลงด้านล่างใกล้กับผนังกรวย และขึ้นด้านบนใกล้กับแกน ส่วนของตะกอนที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าซึ่งแยกออกมาด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะถูกผลักขึ้นด้านบนผ่านตัวดักกระแสน้ำวนเพื่อไหลออกทางช่องเปิดที่ปลายด้านบนของกรวย บริเวณหรือเขตกลางระหว่างกระแสทั้งสองมีอัตความเร็วในแนวตั้งเป็นศูนย์ และแยกอนุภาคขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ลงด้านล่างออกจากอนุภาคขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ขึ้นด้านบน กระแสส่วนใหญ่ไหลผ่านขึ้นไปด้านบนภายในกระแสน้ำวนด้านในที่มีขนาดเล็กกว่า และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่สูงกว่าจะเหวี่ยงอนุภาคขนาดใหญ่กว่าออกไปด้านนอก ทำให้เกิดการแยกขนาดอนุภาคที่ละเอียดกว่าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อนุภาคเหล่านี้จะกลับไปยังกระแสน้ำวนด้านนอกและไหลกลับไปยังระบบป้อนของจิ๊กอีกครั้ง
รูปทรงเรขาคณิตและสภาวะการทำงานภายในรูปแบบการไหลแบบเกลียวของแบบทั่วไปไฮโดรไซโคลนรายละเอียดต่างๆ แสดงในรูปที่ 8.13 ตัวแปรการทำงาน ได้แก่ ความหนาแน่นของเยื่อกระดาษ อัตราการไหลของสารป้อน คุณลักษณะของของแข็ง ความดันขาเข้าของสารป้อน และความดันลดลงผ่านไซโคลน ตัวแปรของไซโคลน ได้แก่ พื้นที่หน้าตัดของทางเข้าสารป้อน เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของตัวค้นหากระแสน้ำวน และเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อระบาย ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านยังได้รับผลกระทบจากรูปร่างด้วย ยิ่งอนุภาคเบี่ยงเบนจากทรงกลมมากเท่าใด ค่าตัวประกอบรูปร่างก็จะยิ่งน้อยลง และความต้านทานการตกตะกอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น บริเวณความเค้นวิกฤตอาจขยายไปถึงอนุภาคทองคำขนาดใหญ่ถึง 200 มม. ดังนั้นการตรวจสอบกระบวนการคัดแยกอย่างระมัดระวังจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อลดการรีไซเคิลที่มากเกินไปและการสะสมของตะกอนที่เกิดขึ้น ในอดีต เมื่อให้ความสนใจกับการกู้คืน 150 น้อยมากμจากปริมาณทองคำในเม็ดแร่ การปนเปื้อนของทองคำในส่วนของตะกอนดูเหมือนจะเป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียทองคำ ซึ่งมีการบันทึกไว้ว่าสูงถึง 40-60% ในเหมืองแร่ทองคำแบบเปิดหลายแห่ง
8.13. รูปทรงเรขาคณิตปกติและสภาวะการทำงานของเครื่องแยกอนุภาคแบบไซโคลน
รูปที่ 8.14 (แผนภูมิการเลือกของ Warman) เป็นการเลือกไซโคลนเบื้องต้นสำหรับการแยกอนุภาคขนาด D50 ต่างๆ ตั้งแต่ 9–18 ไมครอน จนถึง 33–76 ไมครอน แผนภูมินี้ เช่นเดียวกับแผนภูมิประสิทธิภาพของไซโคลนอื่นๆ อิงตามการป้อนวัสดุที่ควบคุมอย่างระมัดระวัง โดยสมมติว่ามีปริมาณของแข็ง 2,700 กก./ลบ.ม. ในน้ำ เป็นแนวทางเบื้องต้นในการเลือก ไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่กว่าใช้สำหรับการแยกหยาบ แต่ต้องการปริมาณการป้อนสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างเหมาะสม การแยกละเอียดที่ปริมาณการป้อนสูงต้องใช้กลุ่มของไซโคลนขนาดเล็กที่ทำงานขนานกัน พารามิเตอร์การออกแบบขั้นสุดท้ายสำหรับการแยกขนาดที่ใกล้เคียงกันจะต้องกำหนดโดยการทดลอง และสิ่งสำคัญคือต้องเลือกไซโคลนที่อยู่ตรงกลางของช่วง เพื่อให้สามารถปรับแต่งเล็กน้อยที่อาจจำเป็นได้ตั้งแต่เริ่มต้นการทำงาน
8.14. แผนภูมิการคัดเลือกเบื้องต้นของวอร์แมน
ไซโคลน CBC (circulating bed) อ้างว่าสามารถคัดแยกวัสดุทองคำจากตะกอนน้ำพาที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 5 มม. และได้ปริมาณทองคำที่ป้อนเข้าเครื่องแยกอนุภาคจากกระแสน้ำด้านล่างอย่างสม่ำเสมอ การแยกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณDขนาดอนุภาค 50/150 ไมครอน โดยอิงจากซิลิกาที่มีความหนาแน่น 2.65 มีการกล่าวอ้างว่าของเหลวที่ไหลออกมาจากไซโคลน CBC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแยกด้วยเครื่องแยกแบบจิ๊ก เนื่องจากมีเส้นโค้งการกระจายขนาดที่ค่อนข้างเรียบและกำจัดอนุภาคของเสียขนาดเล็กได้เกือบทั้งหมด อย่างไรก็ตาม แม้ว่าระบบนี้จะอ้างว่าสามารถผลิตแร่หนักที่มีอนุภาคขนาดเท่ากันคุณภาพสูงได้ในรอบเดียวจากวัสดุป้อนที่มีช่วงขนาดค่อนข้างกว้าง (เช่น ทรายแร่) แต่ก็ไม่มีตัวเลขประสิทธิภาพดังกล่าวสำหรับวัสดุป้อนจากตะกอนน้ำพาที่มีทองคำละเอียดและเป็นเกล็ด ตารางที่ 8.5 แสดงข้อมูลทางเทคนิคสำหรับ AKWไฮโดรไซโคลนสำหรับจุดตัดระหว่าง 30 ถึง 100 ไมครอน
ตารางที่ 8.5 ข้อมูลทางเทคนิคสำหรับไฮโดรไซโคลน AKW
| ประเภท (KRS) | เส้นผ่านศูนย์กลาง (มม.) | การลดลงของความดัน | ความจุ | จุดตัด (ไมครอน) | |
|---|---|---|---|---|---|
| สารละลายข้น (ลบ.ม./ชม.) | ของแข็ง (ตัน/ชั่วโมง สูงสุด) | ||||
| 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 |
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการบดและการคัดแยกแร่เหล็ก
เอ. แยนโควิช ใน แร่เหล็ก, 2015
8.3.3.1 เครื่องแยกไฮโดรไซโคลน
ไฮโดรไซโคลน หรือที่เรียกอีกอย่างว่า ไซโคลน เป็นอุปกรณ์คัดแยกที่ใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพื่อเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาคในสารละลาย และแยกอนุภาคตามขนาด รูปร่าง และความหนาแน่นจำเพาะ มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแร่ โดยการใช้งานหลักในกระบวนการแปรรูปแร่คือการคัดแยก ซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในการแยกขนาดอนุภาคละเอียด มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในกระบวนการบดแบบวงปิด แต่ก็มีการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การกำจัดตะกอน การกำจัดกรวด และการเพิ่มความเข้มข้น
ไฮโดรไซโคลนทั่วไป (รูปที่ 8.12a) ประกอบด้วยภาชนะรูปทรงกรวย เปิดที่ส่วนยอดหรือส่วนไหลลงด้านล่าง เชื่อมต่อกับส่วนทรงกระบอกที่มีทางเข้าป้อนแบบสัมผัส ส่วนบนของส่วนทรงกระบอกปิดด้วยแผ่นซึ่งมีท่อระบายน้ำล้นที่ติดตั้งตามแนวแกนผ่าน ท่อนี้ยื่นเข้าไปในตัวไซโคลนโดยส่วนสั้นๆ ที่ถอดได้ เรียกว่าตัวค้นหากระแสน้ำวน ซึ่งป้องกันการลัดวงจรของสารป้อนโดยตรงไปยังท่อระบายน้ำล้น สารป้อนถูกป้อนเข้ามาภายใต้แรงดันผ่านทางทางเข้าแบบสัมผัส ซึ่งทำให้เยื่อกระดาษหมุนวน ทำให้เกิดกระแสน้ำวนในไซโคลน โดยมีโซนความดันต่ำตามแนวแกนตั้ง ดังแสดงในรูปที่ 8.12b แกนอากาศจะเกิดขึ้นตามแนวแกน โดยปกติจะเชื่อมต่อกับบรรยากาศผ่านทางช่องเปิดที่ส่วนยอด แต่ส่วนหนึ่งเกิดจากอากาศที่ละลายอยู่ในสารละลายที่ออกมาจากโซนความดันต่ำ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาค ทำให้เกิดการแยกอนุภาคตามขนาด รูปร่าง และความหนาแน่น อนุภาคที่ตกตะกอนเร็วจะเคลื่อนไปยังผนังของไซโคลน ซึ่งมีความเร็วต่ำที่สุด และเคลื่อนตัวไปยังช่องเปิดด้านบน (ด้านล่าง) ส่วนอนุภาคที่ตกตะกอนช้ากว่าจะเคลื่อนตัวไปยังบริเวณที่มีความดันต่ำตามแนวแกนเนื่องจากแรงต้าน และถูกพัดพาขึ้นไปด้านบนผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวนไปยังด้านบน
รูปที่ 8.12. ไฮโดรไซโคลน (https://www.aeroprobe.com/applications/examples/australian-mining-industry-uses-aeroprobe-equipment-to-study-hydro-cyclone) และชุดไฮโดรไซโคลน โบรชัวร์ภาพรวมไฮโดรไซโคลนของ Cavex https://www.weirminerals.com/products_services/cavex.aspx
ไฮโดรไซโคลนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรการบด เนื่องจากมีกำลังการผลิตสูงและประสิทธิภาพค่อนข้างดี นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกขนาดอนุภาคได้หลากหลายมาก (โดยทั่วไป 5–500 ไมโครเมตร) โดยใช้หน่วยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าสำหรับการจำแนกที่ละเอียดกว่า อย่างไรก็ตาม การใช้งานไซโคลนในวงจรการบดแมกเนไทต์อาจทำให้การทำงานไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างแมกเนไทต์และแร่ธาตุที่เป็นของเสีย (ซิลิกา) แมกเนไทต์มีความหนาแน่นจำเพาะประมาณ 5.15 ในขณะที่ซิลิกามีความหนาแน่นจำเพาะประมาณ 2.7ไฮโดรไซโคลนแร่ที่มีความหนาแน่นสูงจะแยกตัวออกมาที่ขนาดการตัดที่ละเอียดกว่าแร่ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า ดังนั้น แมกเนไทต์ที่แยกตัวออกมาจึงถูกสะสมอยู่ในกระแสน้ำใต้ไซโคลน ส่งผลให้แมกเนไทต์ถูกบดละเอียดเกินไป Napier-Munn et al. (2005) ตั้งข้อสังเกตว่าความสัมพันธ์ระหว่างขนาดการตัดที่แก้ไขแล้ว (d50c) และความหนาแน่นของอนุภาคเป็นไปตามรูปแบบต่อไปนี้ โดยขึ้นอยู่กับสภาวะการไหลและปัจจัยอื่นๆ:
ที่ไหนρs คือความหนาแน่นของของแข็งρl คือความหนาแน่นของของเหลว และnมีค่าอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 1.0 ซึ่งหมายความว่าผลกระทบของความหนาแน่นของแร่ธาตุต่อประสิทธิภาพของไซโคลนนั้นค่อนข้างสำคัญ ตัวอย่างเช่น ถ้าdแมกนีไทต์ 50c มีขนาด 25 μm จากนั้นdอนุภาคซิลิกา 50c จะมีขนาด 40–65 μm รูปที่ 8.13 แสดงเส้นโค้งประสิทธิภาพการแยกด้วยไซโคลนสำหรับแมกเนไทต์ (Fe3O4) และซิลิกา (SiO2) ที่ได้จากการสำรวจวงจรการบดแมกเนไทต์ด้วยเครื่องบดลูกบอลในระดับอุตสาหกรรม การแยกขนาดของซิลิกาจะหยาบกว่ามาก โดยมีdค่า 50c สำหรับ Fe3O4 คือ 29 μm ในขณะที่ค่าสำหรับ SiO2 คือ 68 μm เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ เครื่องบดแมกเนไทต์ในระบบวงปิดที่มีไฮโดรไซโคลนจึงมีประสิทธิภาพและกำลังการผลิตต่ำกว่าเมื่อเทียบกับระบบบดแร่โลหะพื้นฐานอื่นๆ
รูปที่ 8.13 ประสิทธิภาพของไซโคลนสำหรับแมกเนไทต์ Fe3O4 และซิลิกา SiO2 — การสำรวจในระดับอุตสาหกรรม
เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยแรงดันสูง: หลักการพื้นฐานและการประยุกต์ใช้งาน
MJ Cocero ปริญญาเอก ใน Industrial Chemistry Library, 2001
อุปกรณ์แยกของแข็ง
- -
-
ไฮโดรไซโคลน
นี่คือเครื่องแยกของแข็งแบบง่ายที่สุดชนิดหนึ่ง เป็นอุปกรณ์แยกที่มีประสิทธิภาพสูง และสามารถใช้กำจัดของแข็งได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิและความดันสูง ประหยัดค่าใช้จ่ายเนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และต้องการการบำรุงรักษาน้อย
ประสิทธิภาพการแยกของแข็งขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคและอุณหภูมิอย่างมาก ประสิทธิภาพการแยกโดยรวมใกล้เคียง 80% สามารถทำได้สำหรับซิลิกาและอุณหภูมิที่สูงกว่า 300°C ในขณะที่ในช่วงอุณหภูมิเดียวกัน ประสิทธิภาพการแยกโดยรวมสำหรับอนุภาคเซอร์คอนที่หนาแน่นกว่าจะมากกว่า 99% [29]
ข้อจำกัดหลักของการทำงานของไฮโดรไซโคลนคือแนวโน้มที่เกลือบางชนิดจะเกาะติดกับผนังของไซโคลน
- -
-
การกรองไมโครแบบไขว้
ตัวกรองแบบไหลข้าม (Cross-flow filters) มีพฤติกรรมคล้ายคลึงกับที่พบได้ทั่วไปในการกรองแบบไหลข้ามภายใต้สภาวะแวดล้อมปกติ กล่าวคือ อัตราแรงเฉือนที่เพิ่มขึ้นและความหนืดของของเหลวที่ลดลงส่งผลให้จำนวนอนุภาคที่กรองได้เพิ่มขึ้น การกรองแบบไมโครฟิลเทรชันแบบไหลข้ามถูกนำไปใช้ในการแยกเกลือที่ตกตะกอนเป็นของแข็ง โดยให้ประสิทธิภาพในการแยกอนุภาคโดยทั่วไปเกิน 99.9% (Goemans)และคณะ[30] ศึกษาการแยกโซเดียมไนเตรตออกจากน้ำยิ่งยวด ภายใต้เงื่อนไขของการศึกษา โซเดียมไนเตรตอยู่ในรูปของเกลือหลอมเหลวและสามารถผ่านตัวกรองได้ ประสิทธิภาพการแยกที่ได้จะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เนื่องจากความสามารถในการละลายลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยมีค่าอยู่ระหว่าง 40% ถึง 85% สำหรับ 400 °C และ 470 °C ตามลำดับ นักวิจัยเหล่านี้อธิบายกลไกการแยกว่าเป็นผลมาจากความสามารถในการซึมผ่านที่แตกต่างกันของตัวกลางการกรองต่อสารละลายยิ่งยวด เมื่อเทียบกับเกลือหลอมเหลว โดยพิจารณาจากความหนืดที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ไม่เพียงแต่ที่จะกรองเกลือที่ตกตะกอนในรูปของแข็งเท่านั้น แต่ยังสามารถกรองเกลือที่มีจุดหลอมเหลวต่ำที่อยู่ในสถานะหลอมเหลวได้อีกด้วย
ปัญหาในการใช้งานส่วนใหญ่เกิดจากการกัดกร่อนของตัวกรองเนื่องจากเกลือ
กระดาษ: การรีไซเคิลและวัสดุรีไซเคิล
MR Doshi, JM Dyer, ใน Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2016
3.3 การทำความสะอาด
พนักงานทำความสะอาด หรือไฮโดรไซโคลนเครื่องกรองเยื่อกระดาษนี้ใช้หลักการความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างสารปนเปื้อนกับน้ำในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากเยื่อกระดาษ อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยภาชนะรับแรงดันรูปทรงกรวยหรือทรงกระบอกกรวย ซึ่งเยื่อกระดาษจะถูกป้อนเข้าไปทางปลายด้านที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ในแนวสัมผัส (รูปที่ 6) ในระหว่างการไหลผ่านเครื่องกรอง เยื่อกระดาษจะเกิดการไหลวนคล้ายกับไซโคลน การไหลจะหมุนรอบแกนกลางขณะที่ไหลออกจากทางเข้าและไปยังส่วนปลายหรือช่องระบายด้านล่างตามผนังด้านในของเครื่องกรอง ความเร็วของการไหลแบบหมุนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของกรวยลดลง ใกล้กับปลายส่วนปลาย ช่องเปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กจะป้องกันการระบายของกระแสการไหลส่วนใหญ่ ซึ่งจะหมุนวนเป็นกระแสน้ำวนภายในที่แกนกลางของเครื่องกรอง การไหลที่แกนกลางจะไหลออกจากช่องเปิดที่ปลายส่วนปลายจนกระทั่งระบายออกผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวน ซึ่งตั้งอยู่ที่ปลายด้านที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ตรงกลางของเครื่องกรอง วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ซึ่งถูกสะสมอยู่ที่ผนังของเครื่องทำความสะอาดเนื่องจากแรงเหวี่ยง จะถูกปล่อยออกมาที่ปลายกรวย (Bliss, 1994, 1997)
รูปที่ 6. ส่วนประกอบของไฮโดรไซโคลน รูปแบบการไหลหลัก และแนวโน้มการแยกสาร
เครื่องดักจับสิ่งปนเปื้อนแบ่งออกเป็นสามประเภท คือ ความหนาแน่นสูง ความหนาแน่นปานกลาง และความหนาแน่นต่ำ ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและขนาดของสิ่งปนเปื้อนที่ต้องการกำจัด เครื่องดักจับสิ่งปนเปื้อนความหนาแน่นสูง มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 15 ถึง 50 เซนติเมตร (6–20 นิ้ว) ใช้สำหรับกำจัดเศษโลหะ คลิปหนีบกระดาษ และลวดเย็บกระดาษ และมักจะติดตั้งไว้ต่อจากเครื่องบดเยื่อกระดาษทันที ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องดักจับสิ่งปนเปื้อนมีขนาดเล็กลง ประสิทธิภาพในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนขนาดเล็กก็จะยิ่งสูงขึ้น ด้วยเหตุผลด้านความเหมาะสมและประหยัด เครื่องดักจับแบบไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 75 มิลลิเมตร (3 นิ้ว) จึงเป็นเครื่องดักจับสิ่งปนเปื้อนขนาดเล็กที่สุดที่ใช้กันโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมกระดาษ
เครื่องกรองแบบไหลย้อนกลับและเครื่องกรองแบบไหลผ่านได้รับการออกแบบมาเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น ขี้ผึ้ง โพลีสไตรีน และสารเหนียว เครื่องกรองแบบไหลย้อนกลับมีชื่อเรียกเช่นนั้นเพราะกระแสของสารที่รับเข้าไปจะถูกรวบรวมไว้ที่ส่วนปลายสุดของเครื่องกรอง ในขณะที่สารที่ถูกคัดออกจะไหลออกทางส่วนล้น ในเครื่องกรองแบบไหลผ่าน สารที่รับเข้าไปและสารที่ถูกคัดออกจะไหลออกทางปลายด้านเดียวกันของเครื่องกรอง โดยสารที่รับเข้าไปจะอยู่ใกล้ผนังของเครื่องกรองและแยกออกจากสารที่ถูกคัดออกด้วยท่อกลางที่อยู่ใกล้แกนกลางของเครื่องกรอง ดังแสดงในรูปที่ 7
รูปที่ 7 แผนผังแสดงการทำงานของเครื่องทำความสะอาดแบบไหลผ่าน
เครื่องเหวี่ยงแยกแบบต่อเนื่องที่ใช้ในทศวรรษ 1920 และ 1930 เพื่อกำจัดทรายออกจากเยื่อกระดาษถูกยกเลิกไปหลังจากมีการพัฒนาไฮโดรไซโคลน เครื่อง Gyroclean ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ศูนย์เทคนิคกระดาษ เมืองเกรโนเบิล ประเทศฝรั่งเศส ประกอบด้วยทรงกระบอกที่หมุนด้วยความเร็ว 1200–1500 รอบต่อนาที (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002) การรวมกันของเวลาการอยู่ในระบบที่ค่อนข้างนานและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสูง ทำให้สารปนเปื้อนที่มีความหนาแน่นต่ำมีเวลาเพียงพอที่จะเคลื่อนที่ไปยังแกนกลางของเครื่องทำความสะอาด ซึ่งจะถูกกำจัดออกทางช่องระบายแบบหมุนวนตรงกลาง
MT Thew ในสารานุกรมวิทยาศาสตร์การแยกสาร, 2000
เรื่องย่อ
แม้ว่าของแข็ง-ของเหลวไฮโดรไซโคลนแม้ว่าเทคโนโลยีการแยกของเหลวสองชนิดจะถูกพัฒนาขึ้นมาตลอดศตวรรษที่ 20 แต่ประสิทธิภาพการแยกของเหลวสองชนิดที่น่าพอใจนั้นเพิ่งเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 อุตสาหกรรมน้ำมันนอกชายฝั่งมีความต้องการอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด แข็งแรง และเชื่อถือได้ สำหรับการกำจัดน้ำมันปนเปื้อนที่เป็นอนุภาคละเอียดออกจากน้ำ ความต้องการนี้ได้รับการตอบสนองโดยไฮโดรไซโคลนชนิดใหม่ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ซึ่งแน่นอนว่าไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้
หลังจากอธิบายความจำเป็นนี้อย่างละเอียดและเปรียบเทียบกับกระบวนการแยกของแข็ง-ของเหลวด้วยไซโคลนในการแปรรูปแร่แล้ว จะมีการกล่าวถึงข้อดีที่ไฮโดรไซโคลนมีเหนือกว่าอุปกรณ์ประเภทอื่นที่ติดตั้งไว้ก่อนหน้านี้เพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าว
เกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพการแยกจะแสดงไว้ก่อนที่จะกล่าวถึงประสิทธิภาพในแง่ขององค์ประกอบของสารป้อน การควบคุมของผู้ปฏิบัติงาน และพลังงานที่ต้องการ กล่าวคือ ผลคูณของความดันลดลงและอัตราการไหล
สภาพแวดล้อมในการผลิตปิโตรเลียมกำหนดข้อจำกัดบางประการสำหรับวัสดุ ซึ่งรวมถึงปัญหาการกัดกร่อนจากอนุภาค มีการกล่าวถึงวัสดุที่ใช้โดยทั่วไป มีการสรุปข้อมูลต้นทุนเปรียบเทียบสำหรับโรงงานแยกน้ำมันประเภทต่างๆ ทั้งต้นทุนการลงทุนและต้นทุนหมุนเวียน แม้ว่าแหล่งข้อมูลจะมีจำกัดก็ตาม สุดท้ายนี้ มีการกล่าวถึงแนวทางในการพัฒนาเพิ่มเติม เนื่องจากอุตสาหกรรมน้ำมันกำลังมองหาอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนพื้นทะเลหรือแม้กระทั่งที่ก้นหลุมเจาะ
การสุ่มตัวอย่าง การควบคุม และการปรับสมดุลมวล
Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., ในหนังสือ Wills' Mineral Processing Technology (ฉบับที่แปด), 2016
3.7.1 การใช้ขนาดอนุภาค
หน่วยหลายหน่วย เช่นไฮโดรไซโคลนและเครื่องแยกตามแรงโน้มถ่วง จะสร้างการแยกขนาดในระดับหนึ่ง และข้อมูลขนาดอนุภาคสามารถนำมาใช้ในการปรับสมดุลมวลได้ (ตัวอย่าง 3.15)
ตัวอย่าง 3.15 เป็นตัวอย่างของการลดความไม่สมดุลของโหนด ตัวอย่างเช่น มันให้ค่าเริ่มต้นสำหรับการลดค่ากำลังสองน้อยที่สุดแบบทั่วไป วิธีการแบบกราฟิกนี้สามารถใช้ได้ทุกเมื่อที่มีข้อมูลส่วนประกอบ "ส่วนเกิน" ซึ่งในตัวอย่าง 3.9 ก็สามารถใช้วิธีนี้ได้เช่นกัน
ตัวอย่าง 3.15 ใช้ไซโคลนเป็นจุดเชื่อมต่อ จุดเชื่อมต่อที่สองคือบ่อพัก: นี่เป็นตัวอย่างของอินพุต 2 ตัว (วัตถุดิบสดและของเสียจากเครื่องบดลูกบอล) และเอาต์พุต 1 ตัว (วัตถุดิบป้อนเข้าไซโคลน) ซึ่งให้สมดุลมวลอีกแบบหนึ่ง (ตัวอย่าง 3.16)
ในบทที่ 9 เราจะกลับมาใช้ตัวอย่างวงจรการบดนี้อีกครั้ง โดยใช้ข้อมูลที่ปรับปรุงแล้วเพื่อกำหนดเส้นโค้งการแบ่งส่วนของไซโคลน
วันที่โพสต์: 7 พฤษภาคม 2562