Hidrocikloni su među najjednostavnijim dijelovima opreme za preradu minerala, često rade bez potrebe za održavanjem ili pažnjom od bilo koga u radu. Cikloni ostaju vrlo učinkoviti alati za odvajanje uprkos svojim zamršenim fluidnim mehanizmima i strukturnim konfiguracijama koje utiču na performanse odvajanja. Ovaj članak će dati pregled njihovog rada kao i moguće korake za rješavanje problema kada ne rade kako je dizajnirano.
Oni odvajaju grube čestice
Hidrocikloni’ glavna svrha je odvajanje grubih od finih čestica. Centrifugalna sila primijenjena na njegovu unutrašnju strukturu osigurava ovo razdvajanje; teže čestice imaju tendenciju da se kreću prema dolje u njegov vrtložni tok dok se sitnije pomiču više prema njegovom rubu, s grubim česticama koje se na kraju ispuštaju kroz donji otvor ili vrh, dok se sitnije kreću prema prelivu i u gornju preljevnu komoru.
Karakteristike kretanja unutar hidrociklona određuju njegov efekat razdvajanja, a istraživači su istražili ovaj aspekt kako bi ga povećali. Istraživači, koju vodi Zhang, proveli opsežne testove kako bi razumjeli ponašanje kretanja čestica kako bi poboljšali efekat odvajanja ovog ciklona. Zhang je to otkrio u uvjetima hranjenja visoke koncentracije, fine i srednje čestice male gustine mogle bi lako ući u preljev, dok bi fine i grube čestice velike gustine mogle ući kroz unutrašnje vrtložne tokove i ispuštati se kroz njegov izlaz kao prelivanje.
Vazdušno jezgro se formira u centru ciklona kada se tečnost unese tangencijalno u njegovu cilindričnu komoru, stvarajući intenzivan vrtložni vrtlog. Ciklon ima aksijalni donji izlaz s ograničenim pristupom koji ograničava istjecanje cijele tekućine osim dijela. Jednom unutra, njegov tok u suprotnom smjeru prema gornjem izlazu stvara vazdušno jezgro u jezgru.
Veličina sekundarnog cilindričnog preseka hidrociklona ima značajan uticaj na oblast protoka čestica i performanse odvajanja, sa vrijednostima savršenstva koje monotono opadaju kako prečnik ove sekcije raste. Zbog više grubih čestica koje kruže unutar vrtložnog toka ciklona, dolazi do pogrešnog postavljanja ovih čestica, što dovodi do njihovog širenja na većem području. Obuhvatanje više grubih čestica smanjuje performanse odvajanja i inhibira stvaranje efikasnog kružnog toka unutar ciklona, i ometa njegove sposobnosti razdvajanja. Postignuti učinak odvajanja je zadovoljavajući; međutim, vrijednosti savršenstva ne ispunjavaju očekivanja zbog otpora rotacije i viskoziteta ciklonske tekućine koji utječe na raspodjelu brzine čestica i putanju kretanja.
Oni odvajaju fine čestice
Hidrocikloni koriste centrifugalnu silu i diferencijalni protok fluida za efikasno odvajanje finih od grubih čestica. Centrifugalna sila nastaje usmjeravanjem ulaznog fluida tangencijalno prema zidu cilindra, stvarajući kružno kretanje unutar tečnosti koje uzrokuje da se teške čestice kreću prema van i agregiraju prije nego što se lakše zavoje niz njegov zid i izađu iz gornjeg preljevnog otvora hidrociklona.
Efikasnost odvajanja hidrociklona u velikoj mjeri ovisi o dizajnu njegove strukture, uključujući dimenzije njegovog pronalazača vrtloga, prelivni i donji otvori i veličina ciklona. Nadalje, veći prečnici generalno daju bolje performanse odvajanja.
Hidrocikloni se često koriste u mineralnim aplikacijama, kao što je proizvodnja pijeska za beton C-33, za kontrolu materijala koje veličine izlazi iz kruga usitnjavanja. Različite vrste rude imaju različite veličine oslobađanja koje se moraju pažljivo pratiti kako bi se stvorio ekonomski izvodljiv proizvod.
Pad pritiska, količina energije koja je potrebna česticama da se kreću kroz hidrociklon, je sastavni dio njegove kontrole. Promjenom njegovog ulaznog pritiska može dramatično promijeniti efikasnost odvajanja – na primjer, ako je pritisak postavljen niži od ciljnog, više finih će se javiti u donji tok koji vodi do grubljih tačaka rezanja; obrnuto, ako pritisak premašuje cilj, više finoća će se javiti u prelivanje što dovodi do smanjenih vrijednosti d50 i finijeg odvajanja.
Gustina sirovine može imati ogroman uticaj na hidrociklonsko odvajanje. Veća gustoća može rezultirati grubljim rezovima, dok manja gustoća proizvodi finije rezove; za odabir rješenja optimalne gustine hrane stoga je bitno razumjeti cilj njihove primjene i odabrati gustoću hrane u skladu s tim.
Podešavanje prečnika otvora omogućava podešavanje sitnih količina bajpasa koji se šalju direktno u preliv, povećanje ili smanjenje njihovog protoka direktno prema njemu i smanjenje onoga što se vraća u ciklon za dalju obradu.
Oni odvajaju tečnosti
Hidrocikloni odvajaju tekućine od finih čestica stvarajući vrtložnu akciju koja baca teži materijal na unutrašnji zid cilindra dok se lakši materijal kreće prema van i prema dolje. Ova metoda odvajanja najbolje funkcionira kada čvrste tvari imaju prečnik veće od 10 mikrona i sfernog su oblika; međutim, njihova efikasnost varira u zavisnosti od uslova; na primjer, kako se koncentracija suspenzije povećava, tako raste i otpor prema centrifugalnim silama čestica koje povećavaju njihovu veličinu i broj.
Tečnost koja ulazi u ciklon iz pumpe mora savladati otpor; ovo uzrokuje pad tlaka i povećanje radijalnog gradijenta tlaka, što na kraju dovodi do stanja sedimentacije interferencije između čestica i tekućine. Stoga, upotreba tečnosti za bušenje niske viskoznosti je važna – ovo omogućava česticama različitih veličina da se talože svojom brzinom bez da budu zarobljene između tekućine i čestica.
Gustina hrane je još jedan kritičan element koji treba uzeti u obzir u performansama hidrociklona. Za postizanje ciljanih veličina rezanja, gustina hrane mora se podudarati sa ciljnom veličinom rezanja, što se može postići bilo promjenom gustine dovoda ili promjenom pritiska na ulazu – niži pritisak šalje više finoće u prelivanje, stvaranje grubljeg rezanja; viši pritisak šalje sitne čestice u donji tok za finije rezove.
Hidrocikloni se naširoko koriste za kontrolu materijala koje veličine izlazi iz krugova usitnjavanja za primjenu tvrdih stijena i plemenitih metala. Kada se primjenjuje u ovim kontekstima, trenutni dotok fluida u hidrociklon jednak je ukupnom trenutnom protoku lakih čestica plus protok teških čestica; teške čestice će se kretati brže od lakih i akumulirati se na gornjem preljevu hidrociklona.
Teški materijali se tada mogu ukloniti iz sistema. Sva preostala mješavina fluida u ciklonu će se zatim ispumpati kroz njegov donji izlaz, poznat kao Apex, preko cijevi za pronalaženje vrtloga.
Oni odvajaju ulja
Hidrocikloni su postali inovativno rješenje za izazov odvajanja uljanih čestica od grubog materijala. Dizajniran je poseban oblik opreme koji koristi silu smicanja za odvajanje kapljica ulja iz tečnog medija. Ova tehnologija se može primijeniti u obradi metala za odvajanje maziva od rashladne vode ili operacijama bušenja za uklanjanje pijeska i gline iz mulja.
Hidrocikloni se razlikuju od druge opreme za preradu minerala po tome što imaju malo pokretnih dijelova i zavise od geometrije i pritiska fluida za obavljanje procesa separacije. Dizajnirani su da budu jednostavni, ali pouzdani dijelovi strojeva koji često rade godinama bez mnogo troškova održavanja – ipak mnogi korisnici ne znaju kako riješiti problem s hidrociklonom kada nešto ne ide kako se očekivalo.
Jedan od ključnih izazova povezanih s hidrociklonima je uvlačenje. Kada se grubi materijal odvoji od sitnih, neki teži materijali će biti odnešeni u preliv, dok drugi ostaju uhvaćeni ispod toka zbog složenog unutrašnjeg polja strujanja hidrociklona. Povezivanje više ciklona zajedno može pomoći u rješavanju ovog problema, ali zahtijeva dodatne pumpe, cjevovode i investicione troškove.
Kao takav, od vitalne je važnosti da se razumije kako hidrociklon radi i njegov mehanizam za odvajanje. Da bi čestica izašla kroz svoj preljev i bila ispuštena u svoj donji tok, moraju migrirati prema pozicijama gdje centrifugalna sila prelazi silu otpora – ove tri oblasti se mogu identifikovati na konturama radijalnih brzina unutar samog hidrociklona; prvo blizu njegove bočne stijenke gdje je aksijalna brzina negativna pa tečnost teče prema dolje prema donjem toku.
Drugo područje leži na sredini konusnog dijela, gdje je aksijalna brzina pozitivna i tekućina se kreće prema gore u preljev. Ovdje se najviše odvaja. Konačno, na vrhu stošca postoji negativna aksijalna brzina koja se vraća nazad i efekti smicanja pomažu koncentrirati teške faze koje se oslobađaju kroz njega.