Hidrocikloni so med najlažjimi deli opreme za predelavo mineralov, pogosto delujejo, ne da bi potrebovali vzdrževanje ali pozornost kogarkoli, ki deluje. Cikloni ostajajo zelo učinkovita orodja za ločevanje kljub svojim zapletenim mehanizmom tekočin in strukturnim konfiguracijam, ki vplivajo na učinkovitost ločevanja. Ta članek bo podal pregled njihovega delovanja in možne korake za odpravljanje težav, ko ne delujejo, kot je bilo načrtovano..
Ločujejo grobe delce
Hidrocikloni’ glavni namen je ločevanje grobih od drobnih delcev. To ločitev zagotavlja centrifugalna sila, ki deluje na njegovo notranjo strukturo; težji delci se ponavadi premikajo navzdol v njegov vrtinčasti tok, medtem ko se finejši delci premikajo bolj proti njegovemu robu, z grobimi delci, ki se sčasoma izpraznijo skozi spodnjo oblogo nastavka ali konico, medtem ko se drobni delci premaknejo proti prelivu in v zgornjo prelivno komoro.
Značilnosti gibanja znotraj hidrociklona določajo njegov ločevalni učinek, in raziskovalci so raziskali ta vidik, da bi ga povečali. Raziskovalci, vodi Zhang, izvedli obsežne teste za razumevanje obnašanja gibanja delcev, da bi izboljšali učinek ločevanja tega ciklona. Zhang je odkril, da v pogojih hranjenja z visoko koncentracijo, drobni in srednji delci z majhno gostoto bi zlahka vstopili v preliv, medtem ko bi lahko drobni in grobi delci z veliko gostoto vstopili skozi notranje vrtinčaste tokove in se izpraznili skozi izhod kot preliv.
Zračno jedro se oblikuje v središču ciklona, ko se tekočina tangencialno uvede v njegovo cilindrično komoro, proizvajajo intenziven vrtinčasti vrtinec. Ciklon ima aksialni spodnji izpust z omejenim dostopom, ki omejuje iztekanje vse tekočine razen dela. Ko sem noter, njegov protitočni tok proti njegovemu zgornjemu izhodu povzroči nastanek zračnega jedra v jedru.
Velikosti sekundarnega cilindričnega odseka hidrociklonov pomembno vplivajo na območje toka kroženja delcev in učinkovitost ločevanja, z vrednostmi popolnosti, ki se monotono zmanjšujejo, ko premer tega odseka raste. Zaradi več grobih delcev, ki krožijo v vrtinčastem toku ciklona, pride do napačne postavitve teh delcev, kar vodi v njihovo razpršitev po večjem območju. Vključevanje več grobih delcev zmanjša učinkovitost ločevanja in zavira nastanek učinkovitega vzorca krožnega toka znotraj ciklona, in ovira njegove zmožnosti ločevanja. Dosežena zmogljivost ločevanja je zadovoljiva; vendar, vrednosti popolnosti ne izpolnjujejo pričakovanj zaradi rotacijskega upora in viskoznosti ciklonske tekočine, ki vpliva na porazdelitev hitrosti delcev in trajektorijo gibanja.
Ločujejo drobne delce
Hidrocikloni uporabljajo centrifugalno silo in diferencialni pretok tekočine za učinkovito ločevanje drobnih od grobih delcev. Centrifugalna sila se ustvari z usmerjanjem vstopne tekočine tangencialno proti steni cilindra, ustvarjanje krožnega gibanja v njegovi tekočini, ki povzroči, da se težki delci premaknejo navzven in se združijo, preden se lažji spiralno spustijo po njegovi steni in ven iz zgornje prelivne odprtine hidrociklona.
Učinkovitost ločevanja hidrociklonov je močno odvisna od njegove strukture, vključno z dimenzijami iskalnika vrtincev, prelivne in podtočne odprtine ter velikost ciklona. Nadalje, večji premeri na splošno zagotavljajo boljšo učinkovitost ločevanja.
Hidrocikloni se pogosto uporabljajo v mineralnih aplikacijah, kot je proizvodnja peska za beton C-33, za nadzor velikosti materiala, ki izstopa iz drobilnega kroga. Različne vrste rude imajo različne velikosti sproščanja, ki jih je treba natančno spremljati, da ustvarimo ekonomsko izvedljiv izdelek.
Padec tlaka, količina energije, ki je potrebna za premikanje delcev skozi hidrociklon, je sestavni del njegovega nadzora. Spreminjanje vstopnega tlaka lahko močno spremeni učinkovitost ločevanja – na primer, če je tlak nastavljen nižje od ciljnega, bo več finih obremenitev poročalo o prenizkem toku, kar bo povzročilo bolj grobe rezalne točke; nasprotno, če tlak preseže cilj, bo več drobnih delcev prišlo do prelivanja, kar bo povzročilo zmanjšane vrednosti d50 in finejše ločevanje.
Gostota polnilnega materiala ima lahko ogromen vpliv na ločevanje hidrociklona. Večja gostota lahko povzroči grobejše reze, manjša gostota pa bolj fine reze; da bi izbrali rešitev za krmo z optimalno gostoto, je zato bistveno, da razumete cilj njihove uporabe in izberete gostoto krme v skladu s tem.
Prilagoditev premera nastavka omogoča prilagajanje obvodnih drobcev, poslanih neposredno v preliv, povečanje ali zmanjšanje njihovega toka neposredno proti njej in zmanjšanje tistega, kar gre nazaj v ciklon za nadaljnjo obdelavo.
Ločujejo tekočine
Hidrocikloni ločijo tekočine od drobnih delcev tako, da ustvarijo vrtinčasto delovanje, ki vrže težji material ob notranjo steno valja, medtem ko se lažji material premika navzven in navzdol.. Ta metoda ločevanja najbolje deluje, če imajo trdne snovi premer večji od 10 mikronov in so sferične oblike; vendar, njihova učinkovitost je odvisna od pogojev; na primer, ko se koncentracija gnojevke poveča, se poveča tudi odpornost proti centrifugalnim silam delcev, ki povečajo njihovo velikost in število.
Tekočina, ki vstopa v ciklon iz črpalke, mora premagati upor; to povzroči padce tlaka in povečanje radialnega gradienta tlaka, kar na koncu povzroči interferenčna sedimentacijska stanja med delci in tekočino. Zato, uporaba vrtalne tekočine z nizko viskoznostjo je pomembna – to omogoča delcem različnih velikosti, da se usedejo z lastnimi hitrostmi, ne da bi ostali ujeti med tekočino in delci.
Gostota krme je še en kritičen element, ki ga je treba upoštevati pri delovanju hidrociklona. Za doseganje ciljnih velikosti rezanja, gostota krme mora sovpadati s ciljno velikostjo reza, kar je mogoče doseči bodisi s spreminjanjem gostote krme bodisi s spreminjanjem tlaka na vstopu – nižji tlak pošlje več drobnih delcev v preliv, ustvarjanje večje velikosti reza; višji tlak pošlje drobne delce v spodnji del za natančnejše reze.
Hidrocikloni se pogosto uporabljajo za nadzor velikosti materiala, ki izstopa iz krogotokov drobljenja za uporabo v trdih kamninah in plemenitih kovinah.. Ko se uporablja v teh kontekstih, trenutni dotok tekočine v hidrociklon je enak skupnemu trenutnemu pretoku lahkih delcev plus pretoku težkih delcev; težki delci se bodo premikali hitreje kot lahki in se kopičili na zgornjem prelivu hidrociklona.
Težke materiale lahko nato odstranite iz sistema. Vsa preostala tekoča mešanica v ciklonu bo nato izčrpana skozi njegov spodnji izpust, znan kot Apex, preko vrtinčne iskalne cevi.
Ločujejo olja
Hidrocikloni so postali inovativna rešitev za izziv ločevanja oljnatih delcev od grobega materiala. Oblikovana je bila posebna oblika opreme, ki uporablja strižno silo za ločevanje kapljic olja iz tekočega medija. To tehnologijo je mogoče uporabiti pri obdelavi kovin za ločevanje maziv od hladilne vode ali pri vrtanju za odstranjevanje peska in gline iz blata.
Hidrocikloni se od druge opreme za predelavo mineralov razlikujejo po tem, da imajo malo gibljivih delov in so odvisni od geometrije in tlaka tekočine za izvajanje postopkov ločevanja. Zasnovani so kot preprosti, a zanesljivi kosi strojev, ki pogosto delujejo več let brez večjih stroškov vzdrževanja – vendar mnogi uporabniki ne vedo, kako odpraviti težave s hidrociklonom, ko nekaj ne gre po pričakovanjih.
Eden od ključnih izzivov, povezanih s hidrocikloni, je odnašanje. Ko se grobi material loči od drobnega, nekateri težji materiali bodo odneseni v preliv, drugi pa bodo ostali ujeti pod tokom zaradi zapletenega notranjega pretočnega polja hidrociklona. Povezovanje več ciklonov skupaj lahko pomaga rešiti to težavo, vendar zahteva dodatne črpalke, cevovodov in investicijskih stroškov.
Kot taka, zelo pomembno je, da razumemo, kako hidrociklon deluje in deluje njegov ločevalni mehanizem. Da delec izstopi skozi njegov preliv in se izpusti v njegov spodnji tok, migrirati morajo proti položajem, kjer centrifugalna sila presega silo upora – ta tri področja je mogoče prepoznati na konturah radialne hitrosti znotraj samega hidrociklona; najprej blizu njegove stranske stene, kjer je aksialna hitrost negativna, tako da tekočina teče navzdol proti njenemu spodnjemu toku.
Drugo območje leži na sredini stožčastega dela, kjer je aksialna hitrost pozitivna in se tekočina premika navzgor v preliv. Tukaj se največ loči. Končno, na vrhu stožca je negativna aksialna hitrost, ki se sprosti nazaj, strižni učinki pa pomagajo koncentrirati težke faze, ki se sprostijo skozi to.