Les hydrocyclones font partie des équipements de traitement des minéraux les plus simples, fonctionnant souvent sans avoir besoin d'entretien ou d'attention de la part de quiconque en opération. Les cyclones restent des outils de séparation très efficaces malgré leurs mécanismes fluides complexes et leurs configurations structurelles qui affectent les performances de séparation.. Cet article donnera un aperçu de leur fonctionnement ainsi que des étapes de dépannage possibles lorsqu'ils ne fonctionnent pas comme prévu..
Ils séparent les grosses particules
Hydrocyclones’ l'objectif principal est la séparation des particules grossières et fines. La force centrifuge appliquée à sa structure interne assure cette séparation; les particules les plus lourdes ont tendance à se déplacer vers le bas dans son flux tourbillonnant tandis que les plus fines se déplacent davantage vers son bord., les particules grossières s'écoulant finalement à travers un revêtement de robinet inférieur ou un sommet, tandis que les plus fines se déplacent vers un trop-plein et dans une chambre de trop-plein supérieure.
Les caractéristiques de mouvement au sein d'un hydrocyclone déterminent son effet de séparation, et les chercheurs ont exploré cet aspect pour l'augmenter. Chercheurs, dirigé par Zhang, mené des tests approfondis pour comprendre le comportement du mouvement des particules afin d’améliorer l’effet de séparation de ce cyclone. Zhang a découvert que dans des conditions d'alimentation à haute concentration, les particules fines et moyennes de faible densité pourraient facilement pénétrer dans le trop-plein, tandis que les particules fines et grossières de grande densité pourraient entrer par des flux tourbillonnants intérieurs et être évacuées par sa sortie sous forme de trop-plein..
Un noyau d'air se forme au centre d'un cyclone lorsque du liquide est introduit tangentiellement dans sa chambre cylindrique, produisant un vortex tourbillonnant intense. Un cyclone a une sortie inférieure axiale avec un accès restreint qui empêche tout le liquide, sauf une partie, de s'écouler.. Une fois à l'intérieur, son écoulement à contre-courant vers sa sortie supérieure donne naissance à un noyau d'air au niveau du noyau.
La taille des sections cylindriques secondaires des hydrocyclones a une influence significative sur la région d'écoulement de circulation des particules et les performances de séparation., avec des valeurs de perfection diminuant de façon monotone à mesure que le diamètre de cette section augmente. En raison de particules plus grossières circulant dans le flux tourbillonnant d’un cyclone, un mauvais placement de ces particules se produit, conduisant à leur dispersion sur une zone plus vaste. Le fait d'englober des particules plus grossières réduit les performances de séparation et inhibe la formation d'un flux circulaire efficace à l'intérieur du cyclone., et entrave ses capacités de séparation. Les performances de séparation obtenues sont satisfaisantes; cependant, les valeurs de perfection ne répondent pas aux attentes en raison de la résistance à la rotation et de la viscosité du liquide cyclonique qui influencent la distribution de la vitesse des particules et la trajectoire du mouvement.
Ils séparent les fines particules
Les hydrocyclones utilisent la force centrifuge et le débit différentiel du fluide pour séparer efficacement les particules fines des grosses particules.. La force centrifuge est créée en dirigeant le fluide d'entrée tangentiellement vers la paroi du cylindre., créant un mouvement circulaire dans son liquide qui provoque le déplacement et l'agrégation des particules lourdes vers l'extérieur avant que les plus légères ne descendent en spirale le long de sa paroi et ne sortent par l'ouverture de trop-plein supérieure de l'hydrocyclone.
L'efficacité de la séparation par hydrocyclone dépend fortement de la conception de sa structure, y compris les dimensions de son chercheur de vortex, ouvertures de trop-plein et de sous-plein et taille du cyclone. En outre, des diamètres plus grands donnent généralement de meilleures performances de séparation.
Les hydrocyclones sont souvent utilisés dans les applications minérales, comme produire du sable à béton C-33, pour contrôler la taille du matériau qui sort du circuit de broyage. Différents types de minerais ont des tailles de libération différentes qui doivent être surveillées de près afin de créer un produit économiquement réalisable..
Chute de pression, la quantité d'énergie nécessaire aux particules pour se déplacer dans un hydrocyclone, fait partie intégrante de son contrôle. Faire varier sa pression d'entrée peut modifier considérablement l'efficacité de la séparation – par exemple, si la pression est réglée à un niveau inférieur à la cible, davantage de fines seront signalées sous le débit, ce qui entraînera des points de coupe plus grossiers.; à l'inverse, si la pression dépasse la cible, davantage de fines seront signalées dans le débordement, ce qui entraînera une réduction des valeurs d50 et une séparation plus fine..
La densité de la matière première peut avoir un effet énorme sur les séparations par hydrocyclone. Une densité plus élevée peut entraîner des coupes plus grossières tandis que des densités plus faibles produisent des coupes plus fines.; pour sélectionner une solution d’alimentation à densité optimale, il est donc essentiel de comprendre l’objectif de leur application et de choisir une densité d’alimentation en fonction de celle-ci..
Le réglage du diamètre du robinet permet d'ajuster les fines de dérivation envoyées directement au trop-plein, augmenter ou diminuer leur flux directement vers lui et diminuer ce qui retourne dans le cyclone pour un traitement ultérieur.
Ils séparent les liquides
Les hydrocyclones séparent les liquides des particules fines en créant une action tourbillonnante qui projette les matériaux plus lourds contre la paroi interne d'un cylindre tandis que les matériaux plus légers se déplacent vers l'extérieur et vers le bas.. Cette méthode de séparation fonctionne mieux lorsque les solides ont des diamètres supérieurs à 10 microns et sont de forme sphérique; cependant, leur efficacité varie selon les conditions; par exemple, à mesure que la concentration du lisier augmente, la résistance aux forces centrifuges des particules augmentant leur taille et leur nombre augmente également.
Le fluide entrant dans le cyclone à partir d'une pompe doit surmonter la résistance; cela provoque des chutes de pression et une augmentation du gradient de pression radial, aboutissant finalement à des états de sédimentation interférentiels entre les particules et le fluide. Donc, il est important d'utiliser un fluide de forage à faible viscosité – cela permet aux particules de différentes tailles de se déposer à leur propre rythme sans se retrouver coincées entre le fluide et les particules.
La densité d'alimentation est un autre élément essentiel à prendre en compte dans les performances de l'hydrocyclone. Pour répondre aux tailles de coupe cibles, la densité d'alimentation doit coïncider avec la taille de coupe cible, ce qui peut être accompli soit en modifiant la densité de l'alimentation, soit en modifiant la pression à l'entrée – une pression plus basse envoie plus de fines dans le trop-plein, créer une taille de coupe plus grossière; une pression plus élevée envoie les fines dans le sous-verse pour des coupes plus fines.
Les hydrocyclones sont largement utilisés pour contrôler la taille des matériaux qui sortent des circuits de broyage pour les applications de roches dures et de métaux précieux.. Lorsqu'il est appliqué dans ces contextes, l'afflux instantané de fluide dans un hydrocyclone est égal au flux total instantané de particules légères plus le flux de particules lourdes; les particules lourdes se déplaceront plus rapidement que les particules légères et s'accumuleront au niveau du trop-plein supérieur de l'hydrocyclone.
Les matériaux lourds peuvent ensuite être retirés du système. Tout mélange fluide restant dans le cyclone sera ensuite pompé par sa sortie inférieure., connu sous le nom d'Apex, via un tube chercheur de vortex.
Ils séparent les huiles
Les hydrocyclones sont devenus une solution innovante au défi de séparer les particules huileuses des matériaux grossiers. Une forme spéciale de l'équipement a été conçue pour utiliser la force de cisaillement pour séparer les gouttelettes d'huile du milieu liquide.. Cette technologie peut être appliquée dans le travail des métaux pour séparer les lubrifiants de l'eau de refroidissement ou dans les opérations de forage pour éliminer le sable et l'argile de la boue..
Les hydrocyclones diffèrent des autres équipements de traitement des minéraux en ce sens qu'ils comportent peu de pièces mobiles et dépendent de la géométrie et de la pression du fluide pour effectuer les processus de séparation.. Ils sont conçus pour être des machines simples mais fiables qui fonctionnent souvent pendant des années sans trop de coûts de maintenance. – Pourtant, de nombreux utilisateurs ne savent pas comment dépanner un hydrocyclone lorsque quelque chose ne se passe pas comme prévu..
L'un des principaux défis associés aux hydrocyclones est l'entraînement. Lorsque les matières grossières sont séparées des fines, certains matériaux plus lourds seront entraînés dans le trop-plein tandis que d'autres resteront pris sous le trop-plein en raison du champ d'écoulement interne complexe d'un hydrocyclone.. Connecter plusieurs cyclones ensemble peut aider à résoudre ce problème, mais nécessite des pompes supplémentaires, les pipelines et les coûts d’investissement également.
En tant que tel, il est d'une importance vitale de comprendre comment fonctionne un hydrocyclone et son mécanisme de séparation.. Pour qu’une particule sorte par son trop-plein et soit déchargée dans son sous-verse, ils doivent migrer vers des positions où la force centrifuge dépasse la force de traînée – ces trois zones peuvent être identifiées sur les contours de vitesse radiale à l'intérieur de l'hydrocyclone lui-même; d'abord près de sa paroi latérale où la vitesse axiale est négative afin que le liquide s'écoule vers le bas vers son sous-versement.
La deuxième zone se situe au milieu de la section conique, où la vitesse axiale est positive et le liquide monte vers un trop-plein. C'est ici que se produit la plupart des séparations. Enfin, au sommet du cône, une vitesse axiale négative est évacuée et les effets de cisaillement aident à concentrer les phases lourdes à libérer à travers lui.