تعتبر الأعاصير المائية من بين أسهل قطع معدات معالجة المعادن, تعمل في كثير من الأحيان دون الحاجة إلى صيانة أو اهتمام من أي شخص في العملية. تظل الأعاصير أدوات فصل فعالة للغاية على الرغم من آليات السوائل المعقدة والتكوينات الهيكلية التي تؤثر على أداء الفصل. ستقدم هذه المقالة نظرة عامة على عملها بالإضافة إلى خطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها المحتملة عندما لا تعمل كما هو مصمم.
يفصلون الجزيئات الخشنة
الهيدروكلونات’ الغرض الرئيسي هو فصل الجزيئات الخشنة عن الجزيئات الدقيقة. قوة الطرد المركزي المطبقة على هيكلها الداخلي تضمن هذا الفصل; تميل الجسيمات الأثقل إلى التحرك نحو الأسفل في التدفق الدوامي بينما تتحرك الجسيمات الدقيقة نحو حافتها, مع تفريغ الجزيئات الخشنة في نهاية المطاف من خلال بطانة حنفية سفلية أو قمة بينما تتحرك الجسيمات الدقيقة نحو الفائض وإلى غرفة الفائض العلوية.
تحدد خصائص الحركة داخل الإعصار المائي تأثير الانفصال, وقد بحث الباحثون في هذا الجانب للزيادة فيه. الباحثون, بقيادة تشانغ, أجرى اختبارات مكثفة لفهم سلوك حركة الجسيمات لتحسين تأثير فصل هذا الإعصار. اكتشف تشانغ ذلك في ظل ظروف التغذية عالية التركيز, يمكن أن تدخل الجسيمات الدقيقة والمتوسطة ذات الكثافات الصغيرة بسهولة إلى الفائض بينما يمكن أن تدخل الجزيئات الناعمة والخشنة ذات الكثافة الكبيرة من خلال التدفقات الدوامة الداخلية ويتم تفريغها من خلال منفذها كفائض.
يتكون قلب الهواء في وسط الإعصار عندما يتم إدخال السائل بشكل عرضي إلى حجرته الأسطوانية, إنتاج دوامة دوامة مكثفة. يحتوي الإعصار المخروط على منفذ سفلي محوري مع وصول مقيد يمنع كل سائله باستثناء جزء منه من التدفق إلى الخارج. مرة واحدة في الداخل, يؤدي تدفقه بشكل معاكس نحو منفذه العلوي إلى ظهور قلب هوائي في القلب.
إن أحجام المقاطع الأسطوانية الثانوية للأسيكلونات المائية لها تأثير كبير على منطقة تدفق دوران الجسيمات وأداء الفصل, مع انخفاض قيم الكمال بشكل رتيب مع نمو قطر هذا القسم. بسبب وجود المزيد من الجزيئات الخشنة المتداولة داخل التدفق الدوامي للإعصار, يحدث في غير موضعها من هذه الجزيئات, مما يؤدي إلى انتشارهم عبر مساحة أكبر. إن احتواء المزيد من الجزيئات الخشنة يقلل من أداء الفصل ويمنع تكوين نمط تدفق دائري فعال داخل الفرازة المخروطية, ويعيق قدراتها الانفصالية. أداء الفصل الذي تم تحقيقه مرضي; لكن, قيم الكمال لا تلبي التوقعات بسبب مقاومة الدوران ولزوجة السائل الإعصاري الذي يؤثر على توزيع سرعة الجسيمات ومسار الحركة.
إنهم يفصلون الجزيئات الدقيقة
تستخدم الأعاصير المائية قوة الطرد المركزي وتدفق السوائل التفاضلي لفصل الجسيمات الدقيقة عن الجسيمات الخشنة بشكل فعال. يتم إنشاء قوة الطرد المركزي عن طريق توجيه السائل الداخل بشكل عرضي نحو جدار الأسطوانة, خلق حركة دائرية داخل سائلها مما يتسبب في تحرك الجزيئات الثقيلة للخارج والتجمع قبل أن تلتف الجزيئات الأخف وزنًا أسفل جدارها وتخرج من فتحة الفائض العلوية للإعصار المائي.
تعتمد كفاءة فصل الأعاصير المائية بشكل كبير على تصميم هيكلها, بما في ذلك أبعاد مكتشف الدوامة, فتحات الفائض والتدفق السفلي وحجم الإعصار. بالإضافة إلى, تؤدي الأقطار الأكبر عمومًا إلى أداء فصل أفضل.
غالبًا ما تستخدم الأعاصير المائية في التطبيقات المعدنية, مثل إنتاج الرمل الخرساني C-33, للتحكم في حجم المادة التي تخرج من دائرة التفتيت. أنواع الخام المختلفة لها أحجام تحرير مختلفة والتي يجب مراقبتها عن كثب من أجل إنشاء منتج مجدي اقتصاديًا.
انخفاض الضغط, كمية الطاقة التي تحتاجها الجزيئات للتحرك خلال الإعصار المائي, جزء لا يتجزأ من سيطرتها. يمكن أن يؤدي تغيير ضغط المدخل إلى تغيير كفاءة الفصل بشكل كبير – على سبيل المثال، إذا تم ضبط الضغط على مستوى أقل من الهدف، فسيتم الإبلاغ عن المزيد من الغرامات إلى التدفق السفلي مما يؤدي إلى نقاط قطع أكثر خشونة; على العكس من ذلك، إذا تجاوز الضغط الهدف، فسيتم الإبلاغ عن المزيد من الغرامات في الفائض مما يؤدي إلى انخفاض قيم d50 وفصل أدق.
يمكن أن يكون لكثافة مادة التغذية تأثير هائل على عمليات فصل الهيدروسيكلون. يمكن أن تؤدي الكثافة الأعلى إلى قطع أكثر خشونة بينما تؤدي الكثافات المنخفضة إلى قطع أكثر دقة; لاختيار حل التغذية ذو الكثافة المثلى، من الضروري أن يفهم الشخص هدف تطبيقه واختيار كثافة التغذية وفقًا لذلك.
يسمح ضبط قطر الحنفية بتعديل الغرامات الالتفافية المرسلة مباشرة إلى الفائض, زيادة أو نقصان تدفقها مباشرة نحوه وتقليل ما يعود إلى السيكلون لمزيد من المعالجة.
يفصلون السوائل
تفصل الأعاصير المائية السوائل عن الجزيئات الدقيقة عن طريق إحداث حركة دورانية ترمي المواد الأثقل على الجدار الداخلي للأسطوانة بينما تتحرك المواد الأخف للخارج وللأسفل. تعمل طريقة الفصل هذه بشكل أفضل عندما يكون قطر المواد الصلبة أكبر من 10 ميكرون وتكون كروية الشكل; لكن, وتختلف كفاءتها باختلاف الظروف; على سبيل المثال, ومع زيادة تركيز الملاط، تزداد أيضًا المقاومة ضد قوى الطرد المركزي الناتجة عن الجسيمات مما يزيد حجمها وعددها.
يجب أن يتغلب السائل الذي يدخل الإعصار من المضخة على المقاومة; يؤدي هذا إلى انخفاض الضغط وزيادة تدرج الضغط الشعاعي, مما يؤدي في النهاية إلى حالات ترسيب التداخل بين الجزيئات والسوائل. لذلك, من المهم استخدام سائل الحفر منخفض اللزوجة – وهذا يسمح للجزيئات ذات الأحجام المختلفة بالاستقرار بمعدلاتها الخاصة دون أن تصبح محاصرة بين السائل والجزيئات.
تعد كثافة التغذية عنصرًا مهمًا آخر يجب مراعاته في أداء الأعاصير المائية. لتلبية أحجام القطع المستهدفة, يجب أن تتطابق كثافة التغذية مع حجم القطع المستهدف, والتي يمكن تحقيقها إما من خلال تغيير كثافة التغذية أو تغيير الضغط عند المدخل – انخفاض الضغط يرسل المزيد من الغرامات إلى الفائض, خلق حجم قطع خشنة; يؤدي الضغط العالي إلى إرسال الغرامات إلى التدفق السفلي للحصول على قطع أدق.
تُستخدم الأعاصير المائية على نطاق واسع للتحكم في حجم المواد التي تخرج من دوائر التفتيت لتطبيقات الصخور الصلبة والمعادن الثمينة. عند تطبيقها في هذه السياقات, يساوي تدفق السوائل اللحظي إلى السيكلون المائي إجمالي تدفق الجسيمات الخفيفة اللحظية بالإضافة إلى تدفق الجسيمات الثقيلة; سوف تتحرك الجزيئات الثقيلة بسرعة أكبر من الجسيمات الخفيفة وتتراكم عند الفائض العلوي للإعصار المائي.
ويمكن بعد ذلك إزالة المواد الثقيلة من النظام. سيتم بعد ذلك ضخ أي خليط سائل متبقي في الإعصار من خلال منفذه السفلي, المعروف باسم قمة, عبر أنبوب مكتشف الدوامة.
يفصلون الزيوت
أصبحت الأعاصير المائية حلاً مبتكرًا للتحدي المتمثل في فصل الجزيئات الزيتية عن المواد الخشنة. لقد تم تصميم شكل خاص من المعدات يستخدم قوة القص لفصل قطرات الزيت عن الوسط السائل. ويمكن تطبيق هذه التقنية في الأعمال المعدنية لفصل مواد التشحيم عن مياه التبريد أو عمليات الحفر لإزالة الرمل والطين من الطين.
تختلف الأعاصير الهيدرولية عن معدات معالجة المعادن الأخرى من حيث أنها تتميز بعدد قليل من الأجزاء المتحركة وتعتمد على الهندسة وضغط السوائل لإجراء عمليات الفصل. لقد تم تصميمها لتكون آلات بسيطة ولكن موثوقة تعمل غالبًا لسنوات دون الكثير من تكاليف الصيانة – ومع ذلك، لا يعرف العديد من المستخدمين كيفية استكشاف أخطاء الإعصار المائي وإصلاحها عندما لا تسير الأمور كما هو متوقع.
أحد التحديات الرئيسية المرتبطة بالأعاصير المائية هو التصريف. عندما يتم فصل المواد الخشنة عن الغرامات, سيتم نقل بعض المواد الأثقل إلى الفائض بينما يظل البعض الآخر عالقًا تحت التدفق بسبب مجال التدفق الداخلي المعقد للإعصار المائي. قد يساعد ربط الأعاصير المتعددة معًا في حل هذه المشكلة ولكنه يتطلب مضخات إضافية, خطوط الأنابيب وتكاليف الاستثمار كذلك.
كما, من المهم للغاية أن يفهم المرء كيفية عمل الإعصار المائي وآلية فصله. لكي يخرج الجسيم من خلال الفائض ويتم تفريغه في التدفق السفلي, يجب أن يهاجروا نحو المواقع التي تتجاوز فيها قوة الطرد المركزي قوة السحب – يمكن تحديد هذه المناطق الثلاثة على ملامح السرعة الشعاعية داخل الإعصار المائي نفسه; أولاً بالقرب من جداره الجانبي حيث تكون السرعة المحورية سالبة بحيث يتدفق السائل نحو الأسفل نحو التدفق السفلي.
أما المنطقة الثانية فتقع في منتصف المقطع المخروطي, حيث تكون السرعة المحورية موجبة ويتحرك السائل للأعلى نحو الفائض. هنا يحدث معظم الانفصال. أخيراً, في قمة المخروط توجد سرعة محورية سلبية يتم تفريغها للخارج وتساعد تأثيرات القص على تركيز المراحل الثقيلة التي سيتم إطلاقها من خلالها.