Hydrocykloner er blandt de nemmeste dele af mineralbehandlingsudstyr, fungerer ofte uden behov for vedligeholdelse eller opmærksomhed fra nogen i drift. Cykloner forbliver yderst effektive separationsværktøjer på trods af deres indviklede væskemekanismer og strukturelle konfigurationer, der påvirker separationsydelsen. Denne artikel vil give et overblik over deres funktion samt mulige fejlfindingstrin, når de ikke fungerer som designet.
De adskiller grove partikler
Hydrocykloner’ Hovedformålet er adskillelse af grove og fine partikler. Centrifugalkraft påført dens indre struktur sikrer denne adskillelse; tungere partikler har en tendens til at bevæge sig nedad i dens hvirvlende strøm, mens de finere bevæger sig mere mod dens kant, med grove partikler, der til sidst udledes gennem en bundtapforing eller spids, mens de finere bevæger sig mod et overløb og ind i et øvre overløbskammer.
Bevægelsesegenskaber inden for en hydrocyklon bestemmer dens adskillelseseffekt, og forskere har udforsket dette aspekt for at øge det. Forskere, ledet af Zhang, udført omfattende test for at forstå partikelbevægelsesadfærd for at forbedre denne cyklons adskillelseseffekt. Zhang opdagede det under fodringsforhold med høj koncentration, fine og mellemstore partikler med små densiteter kan nemt trænge ind i overløbet, mens fine og grove partikler med stor massefylde kan trænge ind gennem indre hvirvlende strømme og udledes gennem dets udløb som overløb.
En luftkerne dannes i midten af en cyklon, når væske indføres tangentielt ind i dets cylindriske kammer, producerer en intens hvirvlende hvirvel. En cyklon har et aksialt bundudløb med begrænset adgang, der forhindrer alt undtagen en del af dens væske i at strømme ud. En gang indenfor, dens strømning i modstrøm mod dens topudløb giver anledning til en luftkerne ved kernen.
Hydrocyklonernes sekundære-cylindriske sektionsstørrelser har en betydelig indflydelse på partikelcirkulationsstrømningsområdet og separationsydelsen, med perfektionsværdier, der falder monotont, efterhånden som diameteren af dette afsnit vokser. På grund af mere grove partikler, der cirkulerer i den hvirvlende strøm af en cyklon, fejlplacering af disse partikler forekommer, fører til, at de spredes over et større område. Omfatter flere grove partikler reducerer separationsydelsen og hæmmer dannelsen af et effektivt cirkulært strømningsmønster inde i cyklonen, og hæmmer dens adskillelsesevner. Den opnåede separationsydelse er tilfredsstillende; imidlertid, perfektionsværdier opfylder ikke forventningerne på grund af rotationsmodstand og viskositet af cyklonvæske, hvilket påvirker partikelhastighedsfordeling og bevægelsesbane.
De adskiller fine partikler
Hydrocykloner bruger centrifugalkraft og differentiel væskestrøm til effektivt at adskille fine og grove partikler. Centrifugalkraft skabes ved at rette indløbsvæske tangentielt mod cylinderens væg, skaber cirkulære bevægelser inde i dens væske, der får tunge partikler til at bevæge sig udad og samle sig, før de lettere spirerer ned ad dens væg og ud af den øverste overløbsåbning af hydrocyklonen.
Hydrocyklonseparationseffektiviteten afhænger i høj grad af dens strukturdesign, inklusive dimensionerne af dens hvirvelsøger, overløbs- og underløbsåbninger og cyklonens størrelse. Desuden, større diametre giver generelt bedre adskillelsesydelse.
Hydrocykloner bruges ofte i mineralapplikationer, som at producere C-33 betonsand, at kontrollere, hvilken størrelse materiale der forlader findelingskredsløbet. Forskellige malmtyper har forskellige frigørelsesstørrelser, som skal overvåges nøje for at skabe et økonomisk gennemførligt produkt.
Trykfald, mængden af energi det tager for partikler at bevæge sig gennem en hydrocyklon, er en integreret del af dens kontrol. Variering af dets indløbstryk kan dramatisk ændre separationseffektiviteten – hvis trykket for eksempel er sat lavere end målet, vil flere fine partikler rapportere til underløb, hvilket fører til grovere skærepunkter; omvendt, hvis trykket overstiger målet, vil flere fine partikler rapportere til overløb, hvilket fører til reducerede d50-værdier og finere separation.
Densitet af fodermateriale kan have en enorm effekt på hydrocyklonseparationer. En højere densitet kan resultere i grovere snit, mens lavere densiteter giver finere snit; for at vælge en foderløsning med optimal densitet er det derfor vigtigt, at man forstår deres applikations formål og vælger en foderdensitet i henhold til denne.
Justering af tapdiameteren giver mulighed for justering af bypass-finmaterialer, der sendes direkte til overløbet, øge eller mindske deres flow direkte mod det og mindske det, der går tilbage i cyklonen til yderligere behandling.
De adskiller væsker
Hydrocykloner adskiller væsker fra fine partikler ved at skabe en hvirvlende handling, der kaster tungere materiale mod den indvendige væg af en cylinder, mens lettere materiale bevæger sig udad og nedad. Denne separationsmetode fungerer bedst, når faste stoffer har diametre større end 10 mikron og er kugleformede; imidlertid, deres effektivitet varierer med forholdene; for eksempel, efterhånden som koncentrationen af gylle stiger, øges modstanden mod centrifugalkræfter fra partikler, der øger deres størrelse og antal.
Væske, der kommer ind i cyklonen fra en pumpe, skal overvinde modstand; dette forårsager trykfald og en stigning i radial trykgradient, resulterer i sidste ende i interferens sedimentationstilstande mellem partikler og væske. Derfor, Brug af lavviskositetsborevæske er vigtigt – dette gør det muligt for partikler af forskellig størrelse at sætte sig i deres egen hastighed uden at blive fanget mellem væske og partikler.
Fodertæthed er et andet kritisk element at overveje i hydrocyklonens ydeevne. For at nå målet snitstørrelser, fodertætheden skal falde sammen med den ønskede snitstørrelse, hvilket kan opnås enten ved at ændre foderets tæthed eller ændre trykket ved indløbet – lavere tryk sender flere fine partikler i overløb, skabe grovere snitstørrelse; højere tryk sender fine partikler i underløb for finere snit.
Hydrocykloner bruges i vid udstrækning til at kontrollere, hvilken størrelse materiale der kommer ud af findelingskredsløb til hård rock og ædelmetalapplikationer. Når det anvendes i disse sammenhænge, øjeblikkelig væsketilstrømning til en hydrocyklon er lig med total øjeblikkelig lette partikelstrøm plus tung partikelstrøm; tunge partikler vil bevæge sig hurtigere end lette og akkumulere ved det øverste overløb af hydrocyklonen.
Tunge materialer kan derefter fjernes fra systemet. Enhver resterende væskeblanding i cyklonen vil derefter blive pumpet ud gennem dens bundudløb, kendt som en Apex, via et vortexfinderrør.
De adskiller olier
Hydrocykloner er blevet en innovativ løsning på udfordringen med at adskille olieagtige partikler fra groft materiale. Der er designet en speciel form for udstyret, der bruger forskydningskraft til at adskille dråber af olie fra flydende medium. Denne teknologi kan anvendes i metalbearbejdning for at adskille smøremidler fra kølevand eller boreoperationer for at fjerne sand og ler fra mudder.
Hydrocykloner adskiller sig fra andet mineralbehandlingsudstyr ved, at de har få bevægelige dele og afhænger af geometri og væsketryk for at udføre separationsprocesser. De er designet til at være enkle, men pålidelige maskiner, der ofte fungerer i årevis uden meget i form af vedligeholdelsesomkostninger – alligevel ved mange brugere ikke, hvordan man fejlfinder en hydrocyklon, når noget ikke går som forventet.
En af hovedudfordringerne forbundet med hydrocykloner er medrivning. Når groft materiale adskilles fra fine partikler, nogle tungere materialer vil blive ført ind i overløbet, mens andre forbliver fanget underløb på grund af det komplekse indre strømningsfelt i en hydrocyklon. At forbinde flere cykloner sammen kan hjælpe med at løse dette problem, men det kræver yderligere pumper, rørledninger og investeringsomkostninger.
Som sådan, det er meget vigtigt, at man forstår, hvordan en hydrocyklon fungerer, og dens adskillelsesmekanisme virker. For en partikel at komme ud gennem dens overløb og blive udledt i dens underløb, de skal migrere mod positioner, hvor centrifugalkraften overstiger modstandskraften – disse tre områder kan identificeres på radiale hastighedskonturer i selve hydrocyklonen; først nær dens sidevæg, hvor aksial hastighed er negativ, så væske strømmer nedad mod dens underløb.
Det andet område ligger i midten af den koniske sektion, hvor aksial hastighed er positiv og væske bevæger sig opad i et overløb. Her finder de fleste adskillelse sted. Endelig, ved keglens top er der negativ aksial hastighed, der ledes ud igen, og forskydningseffekter hjælper med at koncentrere tunge faser, der skal frigives gennem den.