Os hidrociclones estão entre os equipamentos de processamento mineral mais fáceis de usar, muitas vezes operando sem a necessidade de manutenção ou atenção de qualquer pessoa em operação. Os ciclones continuam sendo ferramentas de separação altamente eficazes, apesar de seus intrincados mecanismos de fluidos e configurações estruturais que afetam o desempenho da separação. Este artigo fornecerá uma visão geral de sua operação, bem como possíveis etapas de solução de problemas quando eles não funcionarem conforme projetado.
Eles separam partículas grosseiras
Hidrociclones’ principal objetivo é a separação de partículas grossas de finas. A força centrífuga aplicada à sua estrutura interna garante esta separação; partículas mais pesadas tendem a se mover para baixo em seu fluxo giratório, enquanto as mais finas se movem mais em direção à sua borda, com partículas grossas eventualmente descarregando através de um revestimento inferior ou ápice, enquanto as mais finas se movem em direção a um transbordamento e para uma câmara de transbordamento superior.
As características de movimento dentro de um hidrociclone determinam seu efeito de separação, e pesquisadores exploraram esse aspecto para aumentá-lo. Pesquisadores, liderado por Zhang, conduziu testes extensivos para compreender o comportamento do movimento das partículas, de modo a melhorar o efeito de separação deste ciclone. Zhang descobriu que sob condições de alimentação de alta concentração, partículas finas e médias com pequenas densidades poderiam facilmente entrar no transbordamento, enquanto partículas finas e grossas de grande densidade poderiam entrar através de fluxos giratórios internos e ser descarregadas através de sua saída como transbordamento.
Um núcleo de ar se forma no centro de um ciclone quando o líquido é introduzido tangencialmente em sua câmara cilíndrica., produzindo um intenso vórtice rodopiante. Um ciclone tem uma saída inferior axial com acesso restrito que restringe o fluxo de todo o líquido, exceto uma parte.. Uma vez dentro, seu fluxo em contracorrente em direção à saída superior dá origem a um núcleo de ar no núcleo.
Os tamanhos das seções cilíndricas secundárias dos hidrociclones têm uma influência significativa na região de fluxo de circulação de partículas e no desempenho de separação, com valores de perfeição diminuindo monotonicamente à medida que o diâmetro desta seção aumenta. Devido a partículas mais grossas circulando dentro do fluxo turbulento de um ciclone, ocorre o extravio dessas partículas, levando à sua dispersão por uma área maior. A inclusão de partículas mais grossas reduz o desempenho de separação e inibe a formação de um padrão de fluxo circular eficaz dentro do ciclone, e dificulta suas capacidades de separação. O desempenho de separação alcançado é satisfatório; no entanto, os valores de perfeição não atendem às expectativas devido à resistência rotacional e à viscosidade do líquido do ciclone, influenciando a distribuição da velocidade das partículas e a trajetória do movimento.
Eles separam partículas finas
Os hidrociclones usam força centrífuga e fluxo diferencial de fluido para separar efetivamente partículas finas de partículas grossas. A força centrífuga é criada direcionando o fluido de entrada tangencialmente em direção à parede do cilindro, criando um movimento circular dentro de seu líquido que faz com que as partículas pesadas se movam para fora e se agreguem antes que as mais leves desçam em espiral pela parede e saiam pela abertura de transbordamento superior do hidrociclone.
A eficiência da separação do hidrociclone depende muito do projeto de sua estrutura, incluindo as dimensões do seu localizador de vórtice, aberturas de overflow e underflow e tamanho do ciclone. Além disso, diâmetros maiores geralmente produzem melhor desempenho de separação.
Hidrociclones são frequentemente utilizados em aplicações minerais, como produzir areia de concreto C-33, para controlar o tamanho do material que sai do circuito de cominuição. Diferentes tipos de minério têm diferentes tamanhos de liberação que devem ser monitorados de perto para criar um produto economicamente viável.
Queda de pressão, a quantidade de energia necessária para as partículas se moverem através de um hidrociclone, é um componente integral do seu controle. Variar a pressão de entrada pode alterar drasticamente a eficiência da separação – por exemplo, se a pressão for definida abaixo da meta, mais finos reportarão ao underflow, levando a pontos de corte mais grosseiros; inversamente, se a pressão exceder o alvo, mais finos reportarão transbordamento, levando a valores reduzidos de d50 e separação mais fina.
A densidade do material de alimentação pode ter um efeito enorme nas separações de hidrociclones. Uma densidade mais alta pode resultar em cortes mais grossos, enquanto densidades mais baixas produzem cortes mais finos; para selecionar uma solução de alimentação com densidade ideal é, portanto, essencial que se entenda o objetivo da sua aplicação e escolha uma densidade de alimentação de acordo com esta.
O ajuste do diâmetro da torneira permite o ajuste dos finos de desvio enviados diretamente para o transbordamento, aumentando ou diminuindo seu fluxo diretamente em direção a ele e diminuindo o que volta ao ciclone para processamento posterior.
Eles separam líquidos
Os hidrociclones separam os líquidos das partículas finas, criando uma ação giratória que joga o material mais pesado contra a parede interna de um cilindro, enquanto o material mais leve se move para fora e para baixo.. Este método de separação funciona melhor quando os sólidos têm diâmetros maiores que 10 mícrons e têm formato esférico; no entanto, sua eficiência varia com as condições; por exemplo, à medida que a concentração da lama aumenta, também aumenta a resistência contra as forças centrífugas das partículas, aumentando seu tamanho e número.
O fluido que entra no ciclone vindo de uma bomba deve superar a resistência; isso causa quedas de pressão e um aumento no gradiente de pressão radial, resultando em estados de sedimentação de interferência entre partículas e fluido. Portanto, usar fluido de perfuração de baixa viscosidade é importante – isso permite que partículas de tamanhos diferentes se assentem em suas próprias taxas sem ficarem presas entre o fluido e as partículas.
A densidade de alimentação é outro elemento crítico a considerar no desempenho do hidrociclone. Para atender aos tamanhos de corte desejados, a densidade de alimentação deve coincidir com o tamanho de corte alvo, o que pode ser conseguido alterando a densidade da alimentação ou alterando a pressão na entrada – pressão mais baixa envia mais finos para o transbordamento, criando tamanho de corte mais grosso; pressão mais alta envia finos para o underflow para cortes mais finos.
Os hidrociclones são amplamente utilizados para controlar o tamanho do material que sai dos circuitos de cominuição para aplicações em rochas duras e metais preciosos.. Quando aplicado nesses contextos, o fluxo instantâneo de fluido para um hidrociclone é igual ao fluxo instantâneo total de partículas leves mais o fluxo de partículas pesadas; partículas pesadas se moverão mais rapidamente do que as leves e se acumularão no transbordamento superior do hidrociclone.
Materiais pesados podem então ser removidos do sistema. Qualquer mistura de fluido restante no ciclone será então bombeada através da saída inferior, conhecido como Apex, através de um tubo localizador de vórtice.
Eles separam os óleos
Os hidrociclones tornaram-se uma solução inovadora para o desafio de separar partículas oleosas de materiais grossos. Foi projetada uma forma especial do equipamento que utiliza força de cisalhamento para separar gotículas de óleo do meio líquido. Esta tecnologia pode ser aplicada em metalurgia para separar lubrificantes da água de resfriamento ou em operações de perfuração para remover areia e argila da lama..
Os hidrociclones diferem de outros equipamentos de processamento mineral por apresentarem poucas peças móveis e dependerem da geometria e da pressão do fluido para realizar processos de separação.. Eles são projetados para serem máquinas simples, mas confiáveis, que geralmente operam por anos sem muitos custos de manutenção. – ainda assim, muitos usuários não sabem como solucionar problemas de um hidrociclone quando algo não sai como esperado.
Um dos principais desafios associados aos hidrociclones é o arrastamento. Quando o material grosso é separado dos finos, alguns materiais mais pesados serão transportados para o transbordamento, enquanto outros permanecerão presos no subfluxo devido ao complexo campo de fluxo interno de um hidrociclone. Conectar vários ciclones pode ajudar a resolver este problema, mas requer bombas adicionais, gasodutos e custos de investimento também.
Como tal, é de vital importância que se entenda como funciona um hidrociclone e seu mecanismo de separação. Para uma partícula sair pelo seu overflow e ser descarregada no seu underflow, eles devem migrar para posições onde a força centrífuga excede a força de arrasto – essas três áreas podem ser identificadas nos contornos de velocidade radial dentro do próprio hidrociclone; primeiro perto de sua parede lateral, onde a velocidade axial é negativa, então o líquido flui para baixo em direção ao seu fluxo inferior.
A segunda área fica no meio da seção cônica, onde a velocidade axial é positiva e o líquido se move para cima em um transbordamento. É aqui que ocorre a maior parte da separação. Finalmente, no ápice do cone há velocidade axial negativa descarregada de volta e os efeitos de cisalhamento ajudam a concentrar as fases pesadas a serem liberadas através dele.