Hydrocyclonen behoren tot de gemakkelijkste apparatuur voor de verwerking van mineralen, werken vaak zonder onderhoud of aandacht van wie dan ook. Cyclonen blijven zeer effectieve scheidingsinstrumenten ondanks hun ingewikkelde vloeistofmechanismen en structurele configuraties die de scheidingsprestaties beïnvloeden. Dit artikel geeft een overzicht van de werking ervan, evenals mogelijke stappen voor probleemoplossing wanneer ze niet presteren zoals ontworpen.
Ze scheiden grove deeltjes
Hydrocyclonen’ hoofddoel is de scheiding van grove van fijne deeltjes. De middelpuntvliedende kracht die op de binnenstructuur wordt uitgeoefend, zorgt voor deze scheiding; Zwaardere deeltjes hebben de neiging naar beneden te bewegen in de wervelende stroom, terwijl fijnere deeltjes meer naar de rand toe bewegen, waarbij grove deeltjes uiteindelijk via een onderste kraanvoering of top worden afgevoerd, terwijl fijnere deeltjes naar een overloop en in een bovenste overloopkamer bewegen.
Bewegingskarakteristieken binnen een hydrocycloon bepalen het scheidingseffect, en onderzoekers hebben dit aspect onderzocht om het te vergroten. Onderzoekers, onder leiding van Zhang, voerde uitgebreide tests uit om het bewegingsgedrag van deeltjes te begrijpen en zo het scheidingseffect van deze cycloon te verbeteren. Zhang ontdekte dat onder voedingsomstandigheden met een hoge concentratie, fijne en middelgrote deeltjes met een kleine dichtheid kunnen gemakkelijk in de overloop terechtkomen, terwijl fijne en grove deeltjes met een hoge dichtheid via inwendige wervelende stromingen kunnen binnendringen en via de uitlaat als overloop kunnen worden afgevoerd.
Een luchtkern vormt zich in het midden van een cycloon wanneer vloeistof tangentiaal in de cilindrische kamer wordt geïntroduceerd, waardoor een intens wervelende draaikolk ontstaat. Een cycloon heeft een axiale bodemuitlaat met beperkte toegang, waardoor op een gedeelte na niet alle vloeistof naar buiten kan stromen. Eenmaal binnen, de stroom in tegenstroom naar de bovenste uitlaat geeft aanleiding tot een luchtkern in de kern.
De secundaire cilindrische sectiegroottes van hydrocyclonen hebben een aanzienlijke invloed op het stromingsgebied van de deeltjescirculatie en de scheidingsprestaties, waarbij perfectiewaarden monotoon afnemen naarmate de diameter van dit gedeelte groter wordt. Omdat er grovere deeltjes in de wervelende stroom van een cycloon circuleren, verkeerde plaatsing van deze deeltjes optreedt, waardoor ze zich over een groter gebied verspreiden. Het omsluiten van grovere deeltjes vermindert de scheidingsprestaties en verhindert de vorming van een effectief cirkelvormig stromingspatroon in de cycloon, en belemmert de scheidingsmogelijkheden ervan. Het bereikte scheidingsvermogen is bevredigend; Echter, perfectiewaarden voldoen niet aan de verwachtingen vanwege de rotatieweerstand en viscositeit van de cycloonvloeistof die de deeltjessnelheidsverdeling en het bewegingstraject beïnvloeden.
Ze scheiden fijne deeltjes
Hydrocyclonen gebruiken middelpuntvliedende kracht en differentiële vloeistofstroom om fijne van grove deeltjes effectief te scheiden. Centrifugaalkracht wordt gecreëerd door inlaatvloeistof tangentieel naar de wand van de cilinder te richten, het creëren van een cirkelvormige beweging in de vloeistof die ervoor zorgt dat zware deeltjes naar buiten bewegen en samenklonteren voordat lichtere deeltjes langs de wand naar beneden spiraalsgewijs naar buiten de bovenste overloopopening van de hydrocycloon stromen.
De efficiëntie van de hydrocycloonscheiding hangt sterk af van het structuurontwerp, inclusief de afmetingen van de vortexzoeker, overloop- en onderstroomopeningen en grootte van de cycloon. Verder, grotere diameters leveren over het algemeen betere scheidingsprestaties op.
Hydrocyclonen worden vaak gebruikt in minerale toepassingen, zoals het produceren van C-33 betonzand, om te bepalen welke maat materiaal het verkleiningscircuit verlaat. Verschillende soorten erts hebben verschillende vrijgavegroottes die nauwlettend moeten worden gevolgd om een economisch haalbaar product te creëren.
Drukval, de hoeveelheid energie die deeltjes nodig hebben om door een hydrocycloon te bewegen, is een integraal onderdeel van de controle ervan. Het variëren van de inlaatdruk kan de scheidingsefficiëntie dramatisch veranderen – Als de druk bijvoorbeeld lager wordt ingesteld dan de doelstelling, zullen er meer boetes in de onderstroom terechtkomen, wat leidt tot grovere snijpunten; omgekeerd, als de druk de doelstelling overschrijdt, zullen er meer boetes in overloop terechtkomen, wat leidt tot lagere d50-waarden en een fijnere scheiding.
De dichtheid van het voedingsmateriaal kan een enorm effect hebben op Hydrocycloon-scheidingen. Een hogere dichtheid kan resulteren in grovere sneden, terwijl lagere dichtheden fijnere sneden opleveren; Om een voeroplossing met optimale dichtheid te selecteren, is het daarom essentieel dat men het doel van hun toepassing begrijpt en een voerdichtheid kiest die hierop aansluit..
Door de diameter van de kraan aan te passen, kunt u de bypass-boetes aanpassen die rechtstreeks naar de overloop worden gestuurd, het vergroten of verkleinen van hun stroom er rechtstreeks naartoe en het verminderen van wat teruggaat naar de cycloon voor verdere verwerking.
Ze scheiden vloeistoffen
Hydrocyclonen scheiden vloeistoffen van fijne deeltjes door een wervelende beweging te creëren die zwaarder materiaal tegen de binnenwand van een cilinder gooit, terwijl lichter materiaal naar buiten en naar beneden beweegt. Deze scheidingsmethode werkt het beste als vaste stoffen een diameter hebben groter dan 10 micron en zijn bolvormig; Echter, hun efficiëntie varieert afhankelijk van de omstandigheden; bijvoorbeeld, Naarmate de concentratie van de slurry toeneemt, neemt ook de weerstand tegen centrifugaalkrachten van deeltjes toe die groter en talrijker worden.
Vloeistof die vanuit een pomp de cycloon binnenkomt, moet de weerstand overwinnen; dit veroorzaakt drukdalingen en een toename van de radiale drukgradiënt, wat uiteindelijk resulteert in interferentie-sedimentatietoestanden tussen deeltjes en vloeistof. Daarom, het gebruik van boorvloeistof met een lage viscositeit is belangrijk – Hierdoor kunnen deeltjes van verschillende groottes in hun eigen tempo bezinken zonder vast te komen te zitten tussen vloeistof en deeltjes.
De voedingsdichtheid is een ander cruciaal element waarmee rekening moet worden gehouden bij de prestaties van hydrocyclonen. Om aan de beoogde snijmaten te voldoen, De invoerdichtheid moet samenvallen met de beoogde snijgrootte, wat kan worden bereikt door de dichtheid van de voeding te veranderen of door de druk bij de inlaat te veranderen – lagere druk zorgt ervoor dat meer boetes overstromen, waardoor een grovere snijgrootte ontstaat; hogere druk zorgt ervoor dat de fijne deeltjes in de onderstroom terechtkomen voor fijnere sneden.
Hydrocyclonen worden op grote schaal gebruikt om te bepalen welke materiaalgrootte de verkleiningscircuits verlaat voor toepassingen in hard gesteente en edelmetaal. Wanneer toegepast in deze contexten, De onmiddellijke vloeistofinstroom naar een hydrocycloon is gelijk aan de totale onmiddellijke stroom van lichte deeltjes plus de stroom van zware deeltjes; zware deeltjes zullen sneller bewegen dan lichte en zich ophopen in de bovenste overloop van de hydrocycloon.
Zware materialen kunnen vervolgens uit het systeem worden verwijderd. Eventueel achtergebleven vloeistofmengsel in de cycloon wordt vervolgens via de bodemuitlaat naar buiten gepompt, bekend als een Apex, via een vortexzoekbuis.
Ze scheiden oliën
Hydrocyclonen zijn een innovatieve oplossing geworden voor de uitdaging om olieachtige deeltjes van grof materiaal te scheiden. Er is een speciale vorm van de apparatuur ontworpen die gebruik maakt van schuifkracht om oliedruppels van vloeibaar medium te scheiden. Deze technologie kan worden toegepast in de metaalbewerking om smeermiddelen uit koelwater te scheiden of bij boorwerkzaamheden om zand en klei uit modder te verwijderen.
Hydrocyclonen verschillen van andere apparatuur voor de verwerking van mineralen doordat ze weinig bewegende delen hebben en afhankelijk zijn van de geometrie en vloeistofdruk om scheidingsprocessen uit te voeren. Ze zijn ontworpen als eenvoudige maar betrouwbare machines die vaak jarenlang meegaan zonder veel onderhoudskosten – toch weten veel gebruikers niet hoe ze problemen met een hydrocycloon moeten oplossen als er iets niet gaat zoals verwacht.
Een van de belangrijkste uitdagingen in verband met hydrocyclonen is meesleuren. Wanneer grof materiaal wordt gescheiden van fijn materiaal, sommige zwaardere materialen zullen in de overloop worden getransporteerd, terwijl andere onder de stroom blijven hangen vanwege het complexe interne stromingsveld van een hydrocycloon. Het met elkaar verbinden van meerdere cyclonen kan dit probleem helpen oplossen, maar hiervoor zijn extra pompen nodig, pijpleidingen en investeringskosten.
Als zodanig, het is van cruciaal belang dat men begrijpt hoe een hydrocycloon werkt en hoe het scheidingsmechanisme werkt. Dat een deeltje via de overloop naar buiten komt en in de onderstroom terechtkomt, ze moeten migreren naar posities waar de middelpuntvliedende kracht groter is dan de sleepkracht – deze drie gebieden kunnen worden geïdentificeerd op radiale snelheidscontouren binnen de hydrocycloon zelf; eerst nabij de zijwand waar de axiale snelheid negatief is, zodat vloeistof naar beneden stroomt naar de onderstroom.
Het tweede gebied ligt in het midden van het conische gedeelte, waar de axiale snelheid positief is en de vloeistof naar boven beweegt in een overloop. Hier vindt de meeste scheiding plaats. Eindelijk, aan de top van de kegel is er een negatieve axiale snelheid die weer naar buiten wordt afgevoerd en schuifeffecten helpen de zware fasen te concentreren die erdoorheen worden vrijgegeven.