Hydrocyclones là một trong những thiết bị chế biến khoáng sản dễ dàng nhất, thường hoạt động mà không cần bảo trì hoặc chú ý từ bất kỳ ai đang vận hành. Lốc xoáy vẫn là công cụ phân tách hiệu quả cao mặc dù cơ chế chất lỏng phức tạp và cấu hình cấu trúc ảnh hưởng đến hiệu suất phân tách. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về hoạt động của chúng cũng như các bước khắc phục sự cố có thể xảy ra khi chúng không hoạt động như thiết kế.
Họ tách các hạt thô
Hydrocyclones’ Mục đích chính là tách hạt thô khỏi hạt mịn. Lực ly tâm tác dụng lên cấu trúc bên trong của nó đảm bảo sự phân tách này; các hạt nặng hơn có xu hướng di chuyển xuống phía dưới dòng xoáy của nó trong khi các hạt mịn hơn di chuyển nhiều hơn về phía rìa của nó, với các hạt thô cuối cùng thải ra qua lớp lót hoặc đỉnh có vòi ở phía dưới trong khi các hạt mịn hơn di chuyển về phía tràn và vào buồng tràn phía trên.
Đặc điểm chuyển động trong hydrocyclone xác định hiệu quả phân tách của nó, và các nhà nghiên cứu đã khám phá khía cạnh này để tăng nó. nhà nghiên cứu, do Zhang lãnh đạo, đã tiến hành các thử nghiệm rộng rãi để hiểu hành vi chuyển động của hạt nhằm cải thiện hiệu ứng phân tách của cơn bão này. Zhang phát hiện ra rằng trong điều kiện cho ăn nồng độ cao, các hạt mịn và trung bình có mật độ nhỏ có thể dễ dàng xâm nhập vào dòng tràn trong khi các hạt thô và mịn có mật độ lớn có thể xâm nhập qua dòng xoáy bên trong và được thải ra qua cửa xả của nó khi tràn.
Lõi không khí hình thành ở tâm lốc xoáy khi chất lỏng được đưa tiếp tuyến vào buồng hình trụ của nó, tạo ra một cơn lốc xoáy dữ dội. Lốc xoáy có một lối thoát hướng trục ở đáy với khả năng tiếp cận hạn chế nhằm hạn chế tất cả ngoại trừ một phần chất lỏng của nó chảy ra ngoài. Một khi đã vào trong, dòng chảy ngược dòng về phía cửa ra trên cùng của nó tạo ra lõi không khí ở lõi.
Kích thước mặt cắt hình trụ thứ cấp của hydrocyclones có ảnh hưởng đáng kể đến vùng dòng tuần hoàn hạt và hiệu suất phân tách, với các giá trị hoàn hảo giảm dần khi đường kính của phần này tăng lên. Do có nhiều hạt thô hơn lưu thông trong dòng xoáy của lốc xoáy, sự lệch vị trí của các hạt này xảy ra, dẫn đến sự phân tán của chúng trên một khu vực rộng lớn hơn. Bao gồm nhiều hạt thô hơn làm giảm hiệu suất phân tách và ức chế sự hình thành mô hình dòng chảy tròn hiệu quả bên trong lốc xoáy, và cản trở khả năng phân tách của nó. Hiệu suất tách đạt được là thỏa đáng; Tuy nhiên, giá trị hoàn hảo không đáp ứng được mong đợi do lực cản quay và độ nhớt của chất lỏng lốc xoáy ảnh hưởng đến sự phân bố vận tốc hạt và quỹ đạo chuyển động.
Họ tách các hạt mịn
Hydrocyclones sử dụng lực ly tâm và dòng chất lỏng vi sai để tách hạt mịn khỏi hạt thô một cách hiệu quả. Lực ly tâm được tạo ra bằng cách hướng chất lỏng vào tiếp tuyến với thành xi lanh, tạo ra chuyển động tròn bên trong chất lỏng khiến các hạt nặng di chuyển ra ngoài và tập hợp lại trước khi các hạt nhẹ hơn xoắn ốc xuống thành và thoát ra khỏi lỗ tràn phía trên của hydrocyclone.
Hiệu suất tách hydrocyclone phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế cấu trúc của nó, bao gồm cả kích thước của công cụ tìm xoáy của nó, các lỗ tràn và tràn và kích thước của lốc xoáy. Hơn nữa, đường kính lớn hơn thường mang lại hiệu suất tách tốt hơn.
Hydrocyclones thường được sử dụng trong các ứng dụng khoáng sản, như sản xuất cát bê tông C-33, để kiểm soát kích thước vật liệu thoát ra khỏi mạch nghiền. Các loại quặng khác nhau có kích thước giải phóng khác nhau phải được theo dõi chặt chẽ để tạo ra sản phẩm khả thi về mặt kinh tế.
Giảm áp suất, lượng năng lượng cần thiết để các hạt di chuyển qua hydrocyclone, là một thành phần không thể thiếu trong việc kiểm soát của nó. Thay đổi áp suất đầu vào của nó có thể thay đổi đáng kể hiệu quả tách – ví dụ: nếu áp suất được đặt thấp hơn mục tiêu, nhiều hạt mịn hơn sẽ báo cáo dòng chảy thấp hơn dẫn đến điểm cắt thô hơn; ngược lại, nếu áp suất vượt quá mục tiêu, nhiều hạt mịn hơn sẽ báo tràn dẫn đến giá trị d50 giảm và khả năng phân tách mịn hơn.
Mật độ của nguyên liệu thức ăn có thể có ảnh hưởng rất lớn đến việc phân tách Hydrocyclone. Mật độ cao hơn có thể dẫn đến vết cắt thô hơn trong khi mật độ thấp hơn tạo ra vết cắt mịn hơn; để chọn giải pháp cấp liệu mật độ tối ưu, do đó điều cần thiết là người ta phải hiểu mục tiêu ứng dụng của họ và chọn mật độ cấp liệu theo điều này.
Việc điều chỉnh đường kính vòi cho phép điều chỉnh lượng tiền phạt được gửi trực tiếp đến tràn, tăng hoặc giảm dòng chảy của chúng trực tiếp về phía nó và giảm những gì quay trở lại lốc xoáy để xử lý tiếp.
Họ tách chất lỏng
Hydrocyclones tách chất lỏng khỏi các hạt mịn bằng cách tạo ra chuyển động xoáy ném vật liệu nặng hơn vào thành trong của hình trụ trong khi vật liệu nhẹ hơn di chuyển ra ngoài và đi xuống. Phương pháp tách này hoạt động tốt nhất khi chất rắn có đường kính lớn hơn 10 micron và có dạng hình cầu; Tuy nhiên, hiệu quả của chúng thay đổi theo điều kiện; ví dụ, khi nồng độ của bùn tăng lên thì khả năng chống lại lực ly tâm từ các hạt cũng tăng kích thước và số lượng của chúng.
Chất lỏng đi vào lốc xoáy từ máy bơm phải vượt qua lực cản; điều này làm giảm áp suất và tăng gradient áp suất hướng tâm, cuối cùng dẫn đến trạng thái lắng đọng giao thoa giữa các hạt và chất lỏng. Vì thế, sử dụng dung dịch khoan có độ nhớt thấp là quan trọng – điều này cho phép các hạt có kích thước khác nhau lắng xuống theo tốc độ riêng của chúng mà không bị mắc kẹt giữa chất lỏng và các hạt.
Mật độ thức ăn là một yếu tố quan trọng khác cần xem xét trong hiệu suất hydrocyclone. Để đáp ứng kích thước cắt mục tiêu, mật độ thức ăn phải trùng với kích thước cắt mục tiêu, có thể được thực hiện thông qua việc thay đổi mật độ cấp liệu hoặc thay đổi áp suất ở đầu vào – áp suất thấp hơn sẽ khiến nhiều hạt mịn tràn hơn, tạo kích thước cắt thô hơn; áp suất cao hơn sẽ đưa hạt mịn vào dòng chảy bên dưới để cắt mịn hơn.
Hydrocyclones được sử dụng rộng rãi để kiểm soát kích thước vật liệu thoát ra khỏi mạch nghiền cho các ứng dụng đá cứng và kim loại quý. Khi áp dụng trong những bối cảnh này, dòng chất lỏng tức thời đi vào hydrocyclone bằng tổng dòng hạt nhẹ tức thời cộng với dòng hạt nặng; Các hạt nặng sẽ chuyển động nhanh hơn các hạt nhẹ và tích tụ ở phần tràn phía trên của hydrocyclone..
Vật liệu nặng sau đó có thể được loại bỏ khỏi hệ thống. Bất kỳ hỗn hợp chất lỏng còn lại trong lốc xoáy sau đó sẽ được bơm ra ngoài qua cửa thoát đáy của nó, được gọi là Apex, thông qua một ống tìm xoáy.
Họ tách dầu
Hydrocyclones đã trở thành một giải pháp sáng tạo cho thách thức tách các hạt dầu khỏi vật liệu thô. Một dạng thiết bị đặc biệt đã được thiết kế để sử dụng lực cắt để tách các giọt dầu khỏi môi trường lỏng. Công nghệ này có thể được áp dụng trong gia công kim loại để tách chất bôi trơn ra khỏi nước làm mát hoặc hoạt động khoan để loại bỏ cát và đất sét khỏi bùn..
Hydrocyclones khác với các thiết bị xử lý khoáng sản khác ở chỗ chúng có ít bộ phận chuyển động và phụ thuộc vào hình dạng cũng như áp suất chất lỏng để thực hiện các quá trình tách.. Chúng được thiết kế để trở thành những bộ máy đơn giản nhưng đáng tin cậy, thường hoạt động trong nhiều năm mà không tốn nhiều chi phí bảo trì. – Tuy nhiên, nhiều người dùng không biết cách khắc phục sự cố hydrocyclone khi có sự cố không diễn ra như mong đợi.
Một trong những thách thức chính liên quan đến hydrocyclones là sự cuốn theo. Khi vật liệu thô được tách ra khỏi hạt mịn, một số vật liệu nặng hơn sẽ bị cuốn vào dòng chảy tràn trong khi những vật liệu khác vẫn bị giữ lại dưới dòng chảy do trường dòng chảy bên trong phức tạp của hydrocyclone. Việc kết nối nhiều lốc xoáy với nhau có thể giúp giải quyết vấn đề này nhưng cần có thêm máy bơm, đường ống và chi phí đầu tư.
Như vậy, điều cực kỳ quan trọng là người ta phải hiểu cách thức hoạt động của hydrocyclone và cơ chế phân tách của nó.. Để một hạt thoát ra qua dòng chảy tràn của nó và được thải vào dòng chảy bên dưới của nó, chúng phải di chuyển về phía những vị trí mà lực ly tâm lớn hơn lực kéo – ba khu vực này có thể được xác định trên các đường viền vận tốc hướng tâm trong chính hydrocyclone; đầu tiên ở gần thành bên của nó, nơi vận tốc dọc trục âm nên chất lỏng chảy xuống phía dưới của nó.
Khu vực thứ hai nằm ở giữa phần hình nón, trong đó vận tốc dọc trục là dương và chất lỏng di chuyển lên trên và tràn. Đây là nơi diễn ra sự chia ly nhiều nhất. Cuối cùng, tại đỉnh của hình nón có vận tốc hướng trục âm được thải ra ngoài và hiệu ứng cắt giúp tập trung các pha nặng được giải phóng qua nó.