Hydrocykloner är bland de enklaste delarna av mineralbearbetningsutrustning, fungerar ofta utan att behöva underhåll eller uppmärksamhet från någon i drift. Cykloner förblir mycket effektiva separationsverktyg trots sina invecklade vätskemekanismer och strukturella konfigurationer som påverkar separationsprestanda. Den här artikeln kommer att ge en översikt över deras funktion samt möjliga felsökningssteg när de inte fungerar som avsett.
De separerar grova partiklar
Hydrocykloner’ Huvudsyftet är att separera grova och fina partiklar. Centrifugalkraft som appliceras på dess inre struktur säkerställer denna separation; tyngre partiklar tenderar att röra sig nedåt i sitt virvlande flöde medan finare rör sig mer mot dess kant, med grova partiklar som så småningom strömmar ut genom en bottentappsfoder eller spets medan finare partiklar rör sig mot ett bräddavlopp och in i en övre bräddavloppskammare.
Rörelseegenskaper inom en hydrocyklon bestämmer dess separationseffekt, och forskare har utforskat denna aspekt för att öka den. Forskare, ledd av Zhang, genomförde omfattande tester för att förstå partikelrörelsebeteende för att förbättra denna cyklons separationseffekt. Zhang upptäckte att under hög koncentration utfodring förhållanden, fina och medelstora partiklar med små densiteter kan lätt komma in i bräddavloppet medan fina och grova partiklar med stor densitet kan komma in genom inre virvlande flöden och släppas ut genom dess utlopp som bräddavlopp.
En luftkärna bildas i mitten av en cyklon när vätska införs tangentiellt i dess cylindriska kammare, producerar en intensiv virvlande virvel. En cyklon har ett axiellt bottenutlopp med begränsad åtkomst som hindrar allt utom en del av dess vätska från att rinna ut. Väl inne, dess flöde i motström mot dess övre utlopp ger upphov till en luftkärna vid kärnan.
Hydrocyklonernas sekundära-cylindriska sektionsstorlekar har en betydande inverkan på partikelcirkulationsflödesområdet och separationsprestanda, med perfektionsvärden som minskar monotont när diametern på denna sektion växer. På grund av mer grova partiklar som cirkulerar i det virvlande flödet av en cyklon, felplacering av dessa partiklar inträffar, leder till att de sprids över ett större område. Omfattande av mer grova partiklar minskar separationsprestanda och förhindrar bildandet av ett effektivt cirkulärt flödesmönster inuti cyklonen, och hämmar dess separationsförmåga. Den uppnådda separationsprestandan är tillfredsställande; dock, perfektionsvärden uppfyller inte förväntningarna på grund av rotationsmotstånd och viskositet hos cyklonvätska som påverkar partikelhastighetsfördelning och rörelsebana.
De separerar fina partiklar
Hydrocykloner använder centrifugalkraft och differentiellt vätskeflöde för att effektivt separera fina från grova partiklar. Centrifugalkraft skapas genom att inloppsvätskan riktas tangentiellt mot cylinderns vägg, skapar cirkulära rörelser i dess vätska som får tunga partiklar att röra sig utåt och samlas innan de lättare spiralerar nerför dess vägg och ut genom den övre bräddningsöppningen på hydrocyklonen.
Hydrocyklonseparationseffektiviteten beror mycket på dess strukturdesign, inklusive dimensionerna på dess vortexsökare, bräddavlopps- och underflödesöppningar och cyklonens storlek. Dessutom, större diametrar ger i allmänhet bättre separationsprestanda.
Hydrocykloner används ofta i mineraltillämpningar, som att producera C-33 betongsand, för att kontrollera vilken storlek material som lämnar finfördelningskretsen. Olika malmtyper har olika frigöringsstorlekar som måste övervakas noga för att skapa en ekonomiskt genomförbar produkt.
Tryckfall, mängden energi det tar för partiklar att röra sig genom en hydrocyklon, är en integrerad del av dess kontroll. Att variera dess inloppstryck kan dramatiskt förändra separationseffektiviteten – till exempel om trycket ställs in lägre än målet kommer fler fina partiklar att rapportera till underflöde vilket leder till grövre skärpunkter; omvänt, om trycket överskrider målet kommer fler fina partiklar att rapportera till spill, vilket leder till minskade d50-värden och finare separation.
Densitet av fodermaterial kan ha en enorm effekt på hydrocyklonseparationer. En högre densitet kan resultera i grövre snitt medan lägre densiteter ger finare snitt; för att välja en foderlösning med optimal densitet är det därför viktigt att man förstår applikationens mål och väljer en foderdensitet enligt detta.
Justering av tappdiametern möjliggör justering av bypass-finmaterial som skickas direkt till brädden, öka eller minska deras flöde direkt mot det och minska det som går tillbaka till cyklonen för vidare bearbetning.
De separerar vätskor
Hydrocykloner separerar vätskor från fina partiklar genom att skapa en virvlande verkan som kastar tyngre material mot den inre väggen av en cylinder medan lättare material rör sig utåt och nedåt. Denna separationsmetod fungerar bäst när fasta ämnen har diametrar större än 10 mikron och är sfäriska till formen; dock, deras effektivitet varierar med förhållandena; till exempel, när koncentrationen av slurry ökar så ökar också motståndet mot centrifugalkrafter från partiklar som ökar deras storlek och antal.
Vätska som kommer in i cyklonen från en pump måste övervinna motståndet; detta orsakar tryckfall och en ökning av den radiella tryckgradienten, vilket slutligen resulterar i interferenssedimentationstillstånd mellan partiklar och vätska. Därför, att använda lågviskös borrvätska är viktigt – detta tillåter partiklar av olika storlekar att sedimentera i sin egen takt utan att fastna mellan vätska och partiklar.
Inmatningstätheten är ett annat kritiskt element att beakta vid hydrocyklonprestanda. För att möta målsnittsstorlekar, matningstätheten måste sammanfalla med målsnittstorleken, vilket kan åstadkommas antingen genom att ändra matningsdensiteten eller ändra trycket vid inloppet – lägre tryck skickar mer finmaterial till spill, skapa grövre skärstorlek; högre tryck skickar finmaterial till underflödet för finare skärningar.
Hydrocykloner används allmänt för att kontrollera vilken storlek material som lämnar finfördelningskretsar för hårdrock och ädelmetallapplikationer. När det tillämpas i dessa sammanhang, momentant vätskeinflöde till en hydrocyklon är lika med totalt momentant flöde av lätta partiklar plus tungt partikelflöde; tunga partiklar kommer att röra sig snabbare än lätta och ackumuleras vid det övre överflödet av hydrocyklonen.
Tungt material kan sedan avlägsnas från systemet. Eventuell kvarvarande vätskeblandning i cyklonen kommer sedan att pumpas ut genom dess bottenutlopp, känd som en Apex, via ett virvelsökarrör.
De separerar oljor
Hydrocykloner har blivit en innovativ lösning på utmaningen att separera oljiga partiklar från grovt material. En speciell form av utrustningen har konstruerats som använder skjuvkraft för att separera oljedroppar från flytande medium. Denna teknik kan användas i metallbearbetning för att separera smörjmedel från kylvatten eller borroperationer för att avlägsna sand och lera från lera.
Hydrocykloner skiljer sig från annan mineralbearbetningsutrustning genom att de har få rörliga delar och är beroende av geometri och vätsketryck för att utföra separationsprocesser. De är designade för att vara enkla men pålitliga maskiner som ofta fungerar i flera år utan mycket underhållskostnader – men många användare vet inte hur man felsöker en hydrocyklon när något inte går som förväntat.
En av de viktigaste utmaningarna förknippade med hydrocykloner är medryckning. När grovt material separeras från fina partiklar, vissa tyngre material kommer att transporteras in i bräddavloppet medan andra förblir uppfångade på grund av det komplexa interna flödesfältet i en hydrocyklon. Att koppla ihop flera cykloner kan hjälpa till att lösa detta problem men kräver ytterligare pumpar, rörledningar och investeringskostnader.
Som sådan, det är mycket viktigt att man förstår hur en hydrocyklon fungerar och dess separeringsmekanism fungerar. För att en partikel ska komma ut genom sitt bräddavlopp och släppas ut i sitt underflöde, de måste migrera mot positioner där centrifugalkraften överstiger dragkraften – dessa tre områden kan identifieras på radiella hastighetskonturer inom själva hydrocyklonen; först nära dess sidovägg där axialhastigheten är negativ så vätska strömmar nedåt mot dess underflöde.
Det andra området ligger i mitten av den koniska sektionen, där axialhastigheten är positiv och vätskan rör sig uppåt till ett bräddavlopp. Det är här som mest separering sker. Slutligen, vid spetsen av konen finns en negativ axiell hastighet som släpps ut igen och skjuvningseffekter hjälper till att koncentrera tunga faser för att frigöras genom den.