Οι υδροκυκλώνες είναι από τα πιο εύκολα κομμάτια εξοπλισμού επεξεργασίας ορυκτών, Συχνά λειτουργούν χωρίς να χρειάζονται συντήρηση ή προσοχή από κανέναν σε λειτουργία. Οι κυκλώνες παραμένουν εξαιρετικά αποτελεσματικά εργαλεία διαχωρισμού παρά τους περίπλοκους μηχανισμούς ρευστού και τις δομικές τους διαμορφώσεις που επηρεάζουν την απόδοση διαχωρισμού. Αυτό το άρθρο θα δώσει μια επισκόπηση της λειτουργίας τους καθώς και πιθανά βήματα αντιμετώπισης προβλημάτων όταν δεν λειτουργούν όπως έχουν σχεδιαστεί.
Διαχωρίζουν τα χονδροειδή σωματίδια
Υδροκυκλώνες’ κύριος σκοπός είναι ο διαχωρισμός των χονδροειδών από τα λεπτά σωματίδια. Η φυγόκεντρη δύναμη που εφαρμόζεται στην εσωτερική του δομή εξασφαλίζει αυτόν τον διαχωρισμό; τα βαρύτερα σωματίδια τείνουν να κινούνται προς τα κάτω στην στροβιλιζόμενη ροή του ενώ τα λεπτότερα κινούνται περισσότερο προς την άκρη του, με χοντρά σωματίδια που τελικά εκκενώνονται μέσω μιας κάτω επένδυσης ή κορυφής, ενώ τα λεπτότερα κινούνται προς μια υπερχείλιση και σε έναν άνω θάλαμο υπερχείλισης.
Τα χαρακτηριστικά κίνησης μέσα σε έναν υδροκυκλώνα καθορίζουν το αποτέλεσμα διαχωρισμού του, και οι ερευνητές έχουν εξερευνήσει αυτήν την πτυχή για να την αυξήσουν. Ερευνητές, με επικεφαλής τον Zhang, διεξήγαγε εκτεταμένες δοκιμές για την κατανόηση της συμπεριφοράς της κίνησης των σωματιδίων έτσι ώστε να βελτιωθεί το αποτέλεσμα διαχωρισμού αυτού του κυκλώνα. Ο Zhang ανακάλυψε ότι σε συνθήκες σίτισης υψηλής συγκέντρωσης, λεπτά και μεσαία σωματίδια με μικρές πυκνότητες θα μπορούσαν εύκολα να εισέλθουν στην υπερχείλιση ενώ τα μεγάλης πυκνότητας λεπτά και χονδροειδή σωματίδια θα μπορούσαν να εισέλθουν μέσω εσωτερικών στροβιλιστικών ροών και να εκκενωθούν μέσω της εξόδου του ως υπερχείλιση.
Ένας πυρήνας αέρα σχηματίζεται στο κέντρο ενός κυκλώνα όταν το υγρό εισάγεται εφαπτομενικά στον κυλινδρικό του θάλαμο, παράγοντας μια έντονη περιδινητική δίνη. Ένας κυκλώνας έχει μια αξονική κάτω έξοδο με περιορισμένη πρόσβαση που περιορίζει τη ροή όλων εκτός από ένα μέρος του υγρού του. Μόλις μπει μέσα, Η ροή του αντίθετα προς την άνω έξοδο του δημιουργεί έναν πυρήνα αέρα στον πυρήνα.
Τα μεγέθη δευτερογενούς κυλινδρικής διατομής υδροκυκλώνων έχουν σημαντική επίδραση στην περιοχή ροής της κυκλοφορίας των σωματιδίων και στην απόδοση διαχωρισμού, με τις τιμές τελειότητας να μειώνονται μονότονα όσο μεγαλώνει η διάμετρος αυτού του τμήματος. Λόγω περισσότερων χονδροειδών σωματιδίων που κυκλοφορούν μέσα στην στροβιλιζόμενη ροή ενός κυκλώνα, συμβαίνει λάθος τοποθέτηση αυτών των σωματιδίων, οδηγώντας στη διασπορά τους σε μια μεγαλύτερη περιοχή. Η συμπερίληψη περισσότερων χονδροειδών σωματιδίων μειώνει την απόδοση διαχωρισμού και αναστέλλει τον σχηματισμό ενός αποτελεσματικού σχεδίου κυκλικής ροής μέσα στον κυκλώνα, και παρεμποδίζει τις ικανότητες διαχωρισμού του. Η απόδοση διαχωρισμού που επιτυγχάνεται είναι ικανοποιητική; ωστόσο, οι τιμές τελειότητας δεν ανταποκρίνονται στις προσδοκίες λόγω της περιστροφικής αντίστασης και του ιξώδους του υγρού κυκλώνα που επηρεάζει την κατανομή της ταχύτητας των σωματιδίων και την τροχιά κίνησης.
Διαχωρίζουν τα λεπτά σωματίδια
Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν φυγόκεντρη δύναμη και διαφορική ροή ρευστού για να διαχωρίσουν αποτελεσματικά τα λεπτά από τα χονδροειδή σωματίδια. Η φυγόκεντρος δύναμη δημιουργείται κατευθύνοντας το ρευστό εισόδου εφαπτομενικά προς το τοίχωμα του κυλίνδρου, δημιουργώντας κυκλική κίνηση μέσα στο υγρό του που αναγκάζει τα βαριά σωματίδια να κινηθούν προς τα έξω και να συσσωματωθούν πριν τα ελαφρύτερα σπειροειδώς κατεβούν το τοίχωμά του και βγουν από το άνω άνοιγμα υπερχείλισης του υδροκυκλώνα.
Η απόδοση διαχωρισμού υδροκυκλώνων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον σχεδιασμό της δομής του, συμπεριλαμβανομένων των διαστάσεων του ανιχνευτή δίνης του, ανοίγματα υπερχείλισης και υπορροής και μέγεθος κυκλώνα. Επί πλέον, Οι μεγαλύτερες διάμετροι αποδίδουν γενικά καλύτερη απόδοση διαχωρισμού.
Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούνται συχνά σε ορυκτές εφαρμογές, όπως η παραγωγή άμμου από σκυρόδεμα C-33, για να ελέγξετε το μέγεθος του υλικού που εξέρχεται από το κύκλωμα θρυμματισμού. Διαφορετικοί τύποι μεταλλεύματος έχουν διαφορετικά μεγέθη απελευθέρωσης τα οποία πρέπει να παρακολουθούνται στενά προκειμένου να δημιουργηθεί ένα οικονομικά εφικτό προϊόν.
Πτώση πίεσης, την ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για να κινηθούν τα σωματίδια μέσα από έναν υδροκυκλώνα, αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο του ελέγχου του. Η μεταβολή της πίεσης εισόδου του μπορεί να αλλάξει δραματικά την απόδοση διαχωρισμού – Για παράδειγμα, εάν η πίεση ρυθμιστεί χαμηλότερα από τον στόχο, περισσότερα λεπτά θα αναφερθούν σε υπορροή που οδηγεί σε πιο χονδροειδή σημεία κοπής; αντίστροφα, εάν η πίεση υπερβαίνει τον στόχο, περισσότερα λεπτά θα αναφερθούν σε υπερχείλιση που οδηγεί σε μειωμένες τιμές d50 και λεπτότερο διαχωρισμό.
Η πυκνότητα του υλικού τροφοδοσίας μπορεί να έχει τεράστια επίδραση στους διαχωρισμούς υδροκυκλώνων. Μια υψηλότερη πυκνότητα μπορεί να οδηγήσει σε χονδρότερες κοπές ενώ οι χαμηλότερες πυκνότητες δημιουργούν λεπτότερες κοπές; Για να επιλέξετε μια λύση τροφοδοσίας βέλτιστης πυκνότητας, είναι επομένως σημαντικό να κατανοήσετε τον στόχο της εφαρμογής τους και να επιλέξετε μια πυκνότητα τροφοδοσίας σύμφωνα με αυτό.
Η προσαρμογή της διαμέτρου της ράβδου επιτρέπει τη ρύθμιση των λεπτών παράκαμψης που αποστέλλονται απευθείας στην υπερχείλιση, αυξάνοντας ή μειώνοντας τη ροή τους απευθείας προς αυτόν και μειώνοντας αυτό που επιστρέφει στον κυκλώνα για περαιτέρω επεξεργασία.
Διαχωρίζουν τα υγρά
Οι υδροκυκλώνες διαχωρίζουν τα υγρά από τα λεπτά σωματίδια δημιουργώντας μια στροβιλιστική δράση που ρίχνει βαρύτερο υλικό στο εσωτερικό τοίχωμα ενός κυλίνδρου ενώ το ελαφρύτερο υλικό κινείται προς τα έξω και προς τα κάτω. Αυτή η μέθοδος διαχωρισμού λειτουργεί καλύτερα όταν τα στερεά έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από 10 μικρά και έχουν σφαιρικό σχήμα; ωστόσο, η αποτελεσματικότητά τους ποικίλλει ανάλογα με τις συνθήκες; για παράδειγμα, καθώς η συγκέντρωση του πολτού αυξάνεται, τόσο αυξάνεται και η αντίσταση στις φυγόκεντρες δυνάμεις από σωματίδια που αυξάνουν το μέγεθος και τον αριθμό τους.
Το υγρό που εισέρχεται στον κυκλώνα από μια αντλία πρέπει να υπερνικήσει την αντίσταση; Αυτό προκαλεί πτώσεις πίεσης και αύξηση της ακτινικής κλίσης πίεσης, καταλήγοντας τελικά σε καταστάσεις καθίζησης παρεμβολής μεταξύ σωματιδίων και ρευστού. Επομένως, Η χρήση υγρού γεώτρησης χαμηλού ιξώδους είναι σημαντική – Αυτό επιτρέπει σε σωματίδια διαφορετικών μεγεθών να καθιζάνουν με τους δικούς τους ρυθμούς χωρίς να παγιδεύονται μεταξύ υγρού και σωματιδίων.
Η πυκνότητα τροφοδοσίας είναι ένα άλλο κρίσιμο στοιχείο που πρέπει να ληφθεί υπόψη στην απόδοση του υδροκυκλώνα. Για την επίτευξη των στοχευόμενων μεγεθών κοπής, Η πυκνότητα τροφοδοσίας πρέπει να συμπίπτει με το στοχευόμενο μέγεθος κοπής, που μπορεί να επιτευχθεί είτε μέσω της αλλαγής της πυκνότητας της τροφοδοσίας είτε της αλλαγής της πίεσης στην είσοδο – Η χαμηλότερη πίεση στέλνει περισσότερα λεπτά σε υπερχείλιση, δημιουργώντας μεγαλύτερο μέγεθος κοπής; Η υψηλότερη πίεση στέλνει τα λεπτά σε υπορροή για λεπτότερες κοπές.
Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούνται ευρέως για τον έλεγχο του μεγέθους του υλικού που εξέρχεται από τα κυκλώματα θρυμματισμού για εφαρμογές σκληρού βράχου και πολύτιμων μετάλλων. Όταν εφαρμόζεται σε αυτά τα πλαίσια, η στιγμιαία εισροή ρευστού σε έναν υδροκυκλώνα ισούται με τη συνολική στιγμιαία ροή ελαφρών σωματιδίων συν τη ροή βαρέων σωματιδίων; τα βαριά σωματίδια θα κινηθούν πιο γρήγορα από τα ελαφριά και θα συσσωρευτούν στην άνω υπερχείλιση του υδροκυκλώνα.
Στη συνέχεια, τα βαριά υλικά μπορούν να αφαιρεθούν από το σύστημα. Οποιοδήποτε υπόλοιπο υγρού μίγματος στον κυκλώνα θα αντληθεί στη συνέχεια μέσω της κάτω εξόδου του, γνωστό ως Apex, μέσω ενός σωλήνα ανίχνευσης δίνης.
Διαχωρίζουν τα λάδια
Οι υδροκυκλώνες έχουν γίνει μια καινοτόμος λύση στην πρόκληση του διαχωρισμού των ελαιωδών σωματιδίων από το χοντρό υλικό. Έχει σχεδιαστεί μια ειδική μορφή του εξοπλισμού που χρησιμοποιεί δύναμη διάτμησης για να διαχωρίζει σταγονίδια λαδιού από υγρό μέσο. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί στην κατεργασία μετάλλων για τον διαχωρισμό των λιπαντικών από το νερό ψύξης ή τις εργασίες γεώτρησης για την αφαίρεση άμμου και αργίλου από τη λάσπη.
Οι υδροκυκλώνες διαφέρουν από τον άλλο εξοπλισμό επεξεργασίας ορυκτών στο ότι διαθέτουν λίγα κινούμενα μέρη και εξαρτώνται από τη γεωμετρία και την πίεση του ρευστού για την εκτέλεση διεργασιών διαχωρισμού. Έχουν σχεδιαστεί για να είναι απλά αλλά αξιόπιστα μηχανήματα που συχνά λειτουργούν για χρόνια χωρίς πολλά από την άποψη του κόστους συντήρησης – Ωστόσο, πολλοί χρήστες δεν ξέρουν πώς να αντιμετωπίσουν ένα υδροκυκλώνα όταν κάτι δεν πηγαίνει όπως αναμένεται.
Μία από τις βασικές προκλήσεις που σχετίζονται με τους υδροκυκλώνες είναι η συμπαράσταση. Όταν το χοντρό υλικό διαχωρίζεται από τα λεπτά, μερικά βαρύτερα υλικά θα μεταφερθούν στην υπερχείλιση ενώ άλλα παραμένουν παγιδευμένα λόγω του πολύπλοκου πεδίου εσωτερικής ροής ενός υδροκυκλώνα. Η σύνδεση πολλών κυκλώνων μαζί μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση αυτού του προβλήματος, αλλά απαιτεί πρόσθετες αντλίες, αγωγών και το επενδυτικό κόστος.
Ως τέτοια, Είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσει κανείς πώς λειτουργεί ένας υδροκυκλώνας και ο μηχανισμός διαχωρισμού του. Για να βγει ένα σωματίδιο μέσω της υπερχείλισης του και να εκκενωθεί στην υπορροή του, πρέπει να μετακινηθούν προς θέσεις όπου η φυγόκεντρος δύναμη υπερβαίνει τη δύναμη έλξης – Αυτές οι τρεις περιοχές μπορούν να εντοπιστούν σε περιγράμματα ακτινικής ταχύτητας μέσα στον ίδιο τον υδροκυκλώνα; πρώτα κοντά στο πλευρικό του τοίχωμα όπου η αξονική ταχύτητα είναι αρνητική, οπότε το υγρό ρέει προς τα κάτω προς την υπορροή του.
Η δεύτερη περιοχή βρίσκεται στο μέσο του κωνικού τμήματος, όπου η αξονική ταχύτητα είναι θετική και το υγρό κινείται προς τα πάνω σε υπερχείλιση. Εδώ γίνεται ο περισσότερος διαχωρισμός. Τελικά, στην κορυφή του κώνου υπάρχει αρνητική αξονική ταχύτητα που εκκενώνεται προς τα έξω και τα φαινόμενα διάτμησης βοηθούν στη συγκέντρωση βαριών φάσεων που απελευθερώνονται μέσω αυτού.