Hydrosykloner er blant de enkleste delene av mineralbehandlingsutstyr, fungerer ofte uten å trenge vedlikehold eller oppmerksomhet fra noen i drift. Sykloner forblir svært effektive separasjonsverktøy til tross for deres intrikate væskemekanismer og strukturelle konfigurasjoner som påvirker separasjonsytelsen. Denne artikkelen vil gi en oversikt over driften deres, samt mulige feilsøkingstrinn når de ikke fungerer som planlagt.
De skiller grove partikler
Hydrosykloner’ Hovedformålet er separering av grove og fine partikler. Sentrifugalkraft påført dens indre struktur sikrer denne separasjonen; tyngre partikler har en tendens til å bevege seg nedover i sin virvlende strøm, mens finere beveger seg mer mot kanten, med grove partikler som til slutt slipper ut gjennom en bunntappforing eller apex mens finere beveger seg mot et overløp og inn i et øvre overløpskammer.
Bevegelsesegenskaper i en hydrosyklon bestemmer dens separasjonseffekt, og forskere har utforsket dette aspektet for å øke det. Forskere, ledet av Zhang, utført omfattende tester for å forstå partikkelbevegelsesadferd for å forbedre denne syklonens separasjonseffekt. Zhang oppdaget det under fôringsforhold med høy konsentrasjon, fine og mellomstore partikler med liten tetthet kan lett komme inn i overløpet, mens fine og grove partikler med stor tetthet kan komme inn gjennom indre virvlende strømmer og slippes ut gjennom utløpet som overløp.
En luftkjerne dannes i sentrum av en syklon når væske introduseres tangentielt inn i dets sylindriske kammer, produserer en intens virvlende virvel. En syklon har et aksialt bunnutløp med begrenset tilgang som hindrer alt unntatt en del av væsken i å strømme ut. En gang inne, dens strømning i motstrøm mot topputløpet gir opphav til en luftkjerne ved kjernen.
Hydrosykloner sekundær-sylindriske seksjonsstørrelser har en betydelig innflytelse på partikkelsirkulasjonsstrømningsområdet og separasjonsytelsen, med perfeksjonsverdier som avtar monotont ettersom diameteren til denne delen vokser. På grunn av mer grove partikler som sirkulerer i den virvlende strømmen til en syklon, feilplassering av disse partiklene oppstår, fører til at de spres over et større område. Omfatter flere grove partikler reduserer separasjonsytelsen og hemmer dannelsen av et effektivt sirkulært strømningsmønster inne i syklonen, og hemmer dens separasjonsevner. Den oppnådde separasjonsytelsen er tilfredsstillende; imidlertid, perfeksjonsverdier oppfyller ikke forventningene på grunn av rotasjonsmotstand og viskositet til syklonvæske som påvirker partikkelhastighetsfordeling og bevegelsesbane.
De skiller fine partikler
Hydrosykloner bruker sentrifugalkraft og differensiell væskestrøm for å effektivt skille fine fra grove partikler. Sentrifugalkraft skapes ved å rette innløpsvæsken tangentielt mot sylinderens vegg, skaper sirkulær bevegelse i væsken som får tunge partikler til å bevege seg utover og samle seg før de lettere spirerer nedover veggen og ut den øvre overløpsåpningen til hydrosyklonen.
Hydrosyklonseparasjonseffektiviteten avhenger sterkt av strukturdesignen, inkludert dimensjonene til virvelsøkeren, overløps- og underløpsåpninger og størrelse på syklon. Videre, større diametre gir generelt bedre separasjonsytelse.
Hydrosykloner brukes ofte i mineralapplikasjoner, som å produsere C-33 betongsand, for å kontrollere hvilken størrelse materiale som kommer ut av sønderdelingskretsen. Ulike malmtyper har forskjellige frigjøringsstørrelser som må overvåkes nøye for å skape et økonomisk gjennomførbart produkt.
Trykkfall, mengden energi det tar for partikler å bevege seg gjennom en hydrosyklon, er en integrert del av kontrollen. Å variere innløpstrykket kan dramatisk endre separasjonseffektiviteten – for eksempel hvis trykket er satt lavere enn målet, vil flere fine partikler rapportere til underflyt som fører til grovere kuttpunkter; omvendt hvis trykket overskrider målet vil flere finstoffer rapportere til overløp som fører til reduserte d50-verdier og finere separasjon.
Tetthet av fôrmateriale kan ha en enorm effekt på hydrosyklonseparasjoner. En høyere tetthet kan resultere i grovere kutt mens lavere tettheter gir finere kutt; for å velge en fôrløsning med optimal tetthet er det derfor viktig at man forstår formålet med applikasjonen og velger en fôrtetthet i henhold til dette.
Justering av tappdiameteren gir mulighet for justering i bypass-finstoff sendt direkte til overløpet, øke eller redusere deres flyt direkte mot den og redusere det som går tilbake til syklon for videre behandling.
De skiller væsker
Hydrosykloner skiller væsker fra fine partikler ved å skape en virvlende handling som kaster tyngre materiale mot den indre veggen av en sylinder mens lettere materiale beveger seg utover og nedover. Denne separasjonsmetoden fungerer best når faste stoffer har diametre større enn 10 mikron og er sfæriske i formen; imidlertid, deres effektivitet varierer med forholdene; for eksempel, ettersom konsentrasjonen av slurry øker, øker også motstanden mot sentrifugalkrefter fra partikler som øker deres størrelse og antall.
Væske som kommer inn i syklonen fra en pumpe må overvinne motstand; dette forårsaker trykkfall og en økning i radiell trykkgradient, til slutt resulterer i interferens sedimentasjonstilstander mellom partikler og væske. Derfor, bruk av lavviskositetsborevæske er viktig – dette gjør at partikler av forskjellige størrelser kan sette seg i sin egen hastighet uten å bli fanget mellom væske og partikler.
Fôretetthet er et annet kritisk element å vurdere i hydrosyklonytelse. For å nå målet kuttestørrelser, fôretettheten må falle sammen med målsnittstørrelsen, som kan oppnås enten ved å endre tettheten av fôret eller endre trykket ved innløpet – lavere trykk sender mer finstoff til overløp, skaper grovere kuttstørrelse; høyere trykk sender finstoff til understrøm for finere kutt.
Hydrosykloner er mye brukt for å kontrollere hvilken størrelse materiale som kommer ut av sønderdelingskretser for hard rock og edelt metallapplikasjoner. Når det brukes i disse sammenhengene, øyeblikkelig væskeinnstrømning til en hydrosyklon tilsvarer total momentan strømning av lette partikler pluss strømning av tunge partikler; tunge partikler vil bevege seg raskere enn lette og akkumuleres ved toppoverløpet av hydrosyklonen.
Tunge materialer kan deretter fjernes fra systemet. Eventuell gjenværende væskeblanding i syklonen vil da pumpes ut gjennom bunnutløpet, kjent som en Apex, via et virvelsøkerrør.
De skiller oljer
Hydrosykloner har blitt en innovativ løsning på utfordringen med å skille oljeholdige partikler fra grovt materiale. En spesiell form for utstyret er designet som bruker skjærkraft for å skille dråper olje fra flytende medium. Denne teknologien kan brukes i metallbearbeiding for å skille smøremidler fra kjølevann eller boreoperasjoner for å fjerne sand og leire fra gjørme.
Hydrosykloner skiller seg fra annet mineralbehandlingsutstyr ved at de har få bevegelige deler og er avhengig av geometri og væsketrykk for å utføre separasjonsprosesser. De er designet for å være enkle, men pålitelige maskiner som ofte fungerer i årevis uten mye vedlikeholdskostnader – men mange brukere vet ikke hvordan de skal feilsøke en hydrosyklon når noe ikke går som forventet.
En av hovedutfordringene knyttet til hydrosykloner er medføring. Når grovt materiale skilles fra finstoff, noen tyngre materialer vil bli ført inn i overløpet mens andre forblir fanget understrøm på grunn av det komplekse indre strømningsfeltet til en hydrosyklon. Å koble flere sykloner sammen kan bidra til å løse dette problemet, men krever ekstra pumper, rørledninger og investeringskostnader også.
Som sådan, det er svært viktig at man forstår hvordan en hydrosyklon fungerer og dens skillemekanisme fungerer. For at en partikkel skal komme ut gjennom overløpet og slippes ut i underløpet, de må migrere mot posisjoner der sentrifugalkraften overstiger dragkraften – disse tre områdene kan identifiseres på radielle hastighetskonturer i selve hydrosyklonen; først nær sideveggen der aksialhastigheten er negativ slik at væske strømmer nedover mot understrømmen.
Det andre området ligger i midten av den koniske delen, hvor aksialhastigheten er positiv og væsken beveger seg oppover i et overløp. Det er her mest separasjon finner sted. Endelig, på toppen av kjeglen er det negativ aksialhastighet som slippes ut igjen og skjæreffekter hjelper til med å konsentrere tunge faser for å frigjøres gjennom den.