What are the factors affecting the efficiency of hydrocyclones?

Como um tipo de equipamento de separação de alta eficiência, o hidrociclone tem sido amplamente utilizado em diversas áreas, como processamento de minerais, petróleo, indústria química, proteção ambiental, entre outras, devido à sua ausência de partes móveis, estrutura simples, grande capacidade de produção por unidade de volume, tamanho compacto, alta eficiência de classificação e tamanho de classificação fina, entre outras vantagens. Na indústria de processamento de minerais, é responsável principalmente pela classificação, triagem, concentração e deslamagem, entre outras tarefas importantes; na indústria de petróleo, pode ser usado para desidratação de petróleo bruto, desareamento e outras operações; na indústria química, pode realizar separação sólido-líquido, classificação de produtos e outras funções; na indústria de proteção ambiental, pode ser usado para tratamento de águas residuais, desidratação de lodo, entre outras.

No entanto, no processo operacional real, a eficiência operacional do hidrociclone será afetada por uma combinação de fatores. Um estudo aprofundado desses fatores de influência é de vital importância para otimizar o desempenho do equipamento, melhorar a eficiência da produção, reduzir os custos de produção e alcançar o uso eficiente dos recursos.

一.Fatores que afetam a eficiência dos hidrociclones

1. Propriedades do minério

(1)Densidade

A densidade do minério tem um efeito significativo no tamanho das partículas de classificação do hidrociclone. Quando a densidade do minério é alta, com a mesma força centrífuga e resistência do fluido, a força centrífuga sobre as partículas de minério é relativamente maior, facilitando a superação da resistência do fluido e o movimento em direção à parede, de modo a obter a separação de partículas finas, resultando em um tamanho de classificação mais fino. Por outro lado, se a densidade do minério for baixa, a força centrífuga sobre as partículas de minério é relativamente fraca, dificultando a separação eficaz, e o tamanho de classificação se tornará mais grosso.

(2)Composição do tamanho das partículas

A composição granulométrica do minério é um dos principais fatores que afetam a eficiência do hidrociclone. Se o teor de grãos grossos no minério de alimentação for alto, o hidrociclone precisará processar mais partículas grandes, o que aumentará a carga de processamento do equipamento. Para garantir um melhor efeito de classificação, é necessário aumentar adequadamente a pressão de alimentação, a fim de aumentar a vazão da polpa e aumentar a força centrífuga na separação de partículas grossas. Ao mesmo tempo, o tamanho da porta de alimentação também deve ser ajustado adequadamente, aumentando adequadamente a relação entre a porta de alimentação e o diâmetro do hidrociclone, geralmente controlado em 0,16-0,20, para que os materiais de grãos grossos possam entrar no ciclone suavemente para separação.

Pelo contrário, se o conteúdo de grãos finos no minério de alimentação for alto, a pressão de alimentação pode ser reduzida adequadamente para evitar o esmagamento excessivo de materiais de grãos finos, a proporção da abertura de alimentação para o diâmetro do hidrociclone é geralmente mantida em 0,14 – 0,16, porque materiais de grãos finos na pressão de alimentação menor e no tamanho apropriado da abertura de alimentação podem ser mais eficazes na força centrífuga e no papel da resistência para atingir a classificação do fluido para evitar que a pressão de alimentação seja muito grande ou a abertura de alimentação não seja do tamanho certo Evite muita pressão ou tamanho inadequado da abertura de alimentação, resultando em efeito de classificação ruim de materiais de grãos finos.

(3)Concentração de lama

A concentração da polpa tem um efeito complexo na eficiência do hidrociclone. Quando a concentração da polpa é alta, a viscosidade e a densidade da polpa aumentam, o que aumenta significativamente a resistência ao movimento das partículas na polpa. Nesse caso, as partículas finas são difíceis de separar efetivamente das partículas grossas sob o efeito da força centrífuga, resultando em granulometria grosseira. Ao mesmo tempo, a alta concentração de polpa também pode levar à turbulência no campo de fluxo interno do ciclone, afetando o efeito de separação.

Por outro lado, uma concentração de polpa muito baixa, embora propícia à separação de partículas finas e à obtenção de uma granulometria mais fina, reduz a capacidade de produção do equipamento e aumenta os custos de produção. Uma concentração de polpa muito baixa reduz a quantidade de material sólido que entra no ciclone por unidade de tempo, o que reduz a eficiência de processamento do equipamento. Portanto, a concentração adequada de polpa geralmente precisa ser determinada com precisão por meio de ensaio de beneficiamento de minério, de acordo com as propriedades específicas do minério e os requisitos de produção.

2. Fatores estruturais

(1)Diâmetro e altura da coluna

O diâmetro da coluna é a principal especificação do tamanho do hidrociclone, intimamente relacionado ao tamanho dos demais componentes, e determina o tamanho da separação e a capacidade de produção do equipamento. Quando a relação entre a pressão de alimentação, a abertura de alimentação, a abertura de transbordamento e o diâmetro do ciclone permanece inalterada, a capacidade de produção do hidrociclone aumenta significativamente com o aumento do diâmetro da coluna. Isso ocorre porque o aumento do diâmetro aumenta o volume dentro do ciclone, que pode reter mais polpa, aumentando assim a capacidade por unidade de tempo. No entanto, à medida que o diâmetro da coluna aumenta, o tamanho da separação torna-se correspondentemente mais grosseiro. Isso se deve ao fato de que a velocidade de rotação da polpa dentro do ciclone é relativamente reduzida após o aumento do diâmetro, a força centrífuga é enfraquecida e a capacidade de separação de partículas finas é reduzida.

A altura da coluna afeta principalmente o tempo que a polpa é submetida à força centrífuga no ciclone. De modo geral, quanto maior a altura da coluna, maior o tempo que a polpa permanece no ciclone e maior o tempo que a força centrífuga leva para separar materiais de granulação fina, o que pode tornar a separação de partículas mais finas mais longa. No entanto, quando a altura da coluna excede um certo limite, a perda de pressão de alimentação aumentará significativamente. Isso ocorre porque a polpa flui dentro do corpo mais longo da coluna e a resistência ao atrito com a parede do vaso aumenta, resultando em consumo excessivo de pressão. Quando a perda de pressão é muito grande, o efeito da força centrífuga sobre a polpa é enfraquecido, perdendo assim o efeito de melhorar o tamanho da separação, podendo até mesmo afetar a operação normal do equipamento.

(2)Tamanho do alimentador

O tamanho da abertura de alimentação tem uma influência importante na eficiência operacional e na capacidade de produção do hidrociclone. Uma abertura de alimentação muito grande fará com que a vazão da polpa no ciclone seja muito rápida, resultando em um tempo de residência da polpa muito curto, muito tarde para a classificação completa, aumentando assim o teor de partículas grossas no produto de transbordamento, e o efeito da classificação é ruim. Além disso, uma abertura de alimentação muito grande também pode destruir a estabilidade do campo de fluxo no ciclone, afetando o efeito de separação.

Pelo contrário, uma abertura de alimentação muito pequena limitará a quantidade de entrada de polpa e reduzirá a capacidade de produção do equipamento. Ao mesmo tempo, uma abertura de alimentação muito pequena pode levar ao entupimento da polpa na abertura de alimentação, afetando a operação normal do equipamento. Para diferentes tamanhos de partículas do minério de alimentação, a relação da abertura de alimentação para o diâmetro do hidrociclone precisa ser razoavelmente ajustada. Quando o tamanho da alimentação é grosso, a pressão de alimentação é relativamente baixa, a fim de garantir que os materiais grossos possam entrar no ciclone suavemente, a relação da abertura de alimentação e o diâmetro do hidrociclone podem ser adequadamente aumentados, geralmente 0,16 - 0,20 apropriado; e quando o tamanho da alimentação é fino, a pressão de alimentação é alta, a relação da abertura de alimentação e o diâmetro do hidrociclone é geralmente mantida em 0,14 - 0,16, o que pode fazer os materiais finos no apropriado Isso pode fazer os materiais de granulação fina na taxa de fluxo e pressão apropriadas, no ciclone para obter uma classificação eficaz.

Além disso, o formato da abertura de alimentação (geralmente retangular) e o método de alimentação (tangencial ou evolvente) também afetam a eficiência. A abertura de alimentação retangular pode fazer com que a polpa entre no ciclone de forma mais uniforme do que a abertura de alimentação redonda, reduzindo a turbulência da polpa na entrada e, assim, melhorando a eficiência da classificação. O modo de alimentação tangencial pode fazer com que a polpa entre no ciclone rapidamente, formando um campo de fluxo rotativo e aproveitando ao máximo a força centrífuga para a separação; o modo de alimentação evolvente pode fazer com que a polpa entre no ciclone de forma mais suave, reduzindo o impacto no campo de fluxo interno, o que contribui para melhorar o efeito de separação.

3. Fatores operacionais do processo

(1)Pressão de alimentação, concentração, composição do tamanho das partículas

A pressão de alimentação do minério é um fator importante que afeta a vazão do hidrociclone e o tamanho das partículas de classificação. Quando a pressão de alimentação aumenta, a vazão da polpa é acelerada. Isso faz com que a velocidade de rotação da polpa no ciclone aumente e a força centrífuga aumente, de modo que as partículas grossas possam ser separadas de forma mais eficaz e o efeito de classificação do hidrociclone possa ser aprimorado. Ao lidar com materiais de granulação grossa, uma força centrífuga maior é necessária para obter uma separação eficaz devido às partículas grossas. Isso ocorre porque, em pressões mais baixas, não só é possível garantir que as partículas grossas tenham força centrífuga suficiente para serem separadas, mas também para evitar que a alta pressão leve ao aumento do desgaste do equipamento e ao aumento do consumo de energia. Ao lidar com partículas finas e materiais lamacentos, devido à maior dificuldade em separar partículas finas e materiais lamacentos, uma força centrífuga maior é necessária para superar a coesão entre as partículas e a resistência do fluido para melhorar o efeito de classificação.

A concentração do minério de alimentação e sua composição granulométrica estão diretamente relacionadas à concentração e ao tamanho do produto final. Quanto mais grosseiro o tamanho da granulometria, maior a quantidade de lama ou grãos finos no material a ser granulado. Para garantir uma determinada capacidade de produção e efeito de granulometria, a concentração de alimentação deve ser aumentada de acordo. No entanto, com o aumento da concentração do minério, a viscosidade da polpa aumenta, o que aumenta a resistência ao movimento das partículas na polpa, e o tamanho das partículas do produto de transbordamento se torna mais grosseiro.

(2)Descarga de transbordamento e sedimento

A condição ideal de funcionamento do hidrociclone é que a areia submersa seja pulverizada em forma de guarda-chuva, e o ângulo do guarda-chuva não deve ser muito grande, para que possa ser dispersa. Este método de descarga pode fazer com que a areia seja descarregada uniformemente, para evitar entupimentos ou acúmulo de areia no processo de descarga, garantindo a operação estável do equipamento. Quando o hidrociclone é usado para operação de espessamento, a concentração é maior quando a areia é descarregada em forma de corda. Isso ocorre porque o modo de descarga por corda pode fazer com que a água na areia se separe gradualmente no processo de descarga, aumentando assim a concentração da areia. Quando o hidrociclone é usado para operações de desidratação, a areia é descarregada em forma de guarda-chuva maior, e o transbordamento contém a menor quantidade de sólidos. Isso ocorre porque o modo de descarga de guarda-chuva maior pode fazer com que as partículas sólidas na areia sejam mais completamente separadas do líquido, reduzindo a quantidade de partículas sólidas descarregadas com o transbordamento, reduzindo assim o teor de sólidos do transbordamento.

Na produção real, o operador precisa estar atento ao transbordamento e à descarga de areia, e ajustar os parâmetros operacionais do equipamento em tempo hábil para garantir que o método de descarga atenda aos requisitos de trabalho do equipamento. Por exemplo, ajustando parâmetros como pressão de alimentação, concentração de alimentação, diâmetro do bico de afundamento de areia, etc., para controlar o estado de descarga do afundamento de areia, a fim de alcançar a melhor eficiência de trabalho.

Na prática, para melhorar a eficiência do hidrociclone, é necessário considerar todos os aspectos. Para diferentes propriedades do minério, é necessário escolher os parâmetros estruturais adequados do hidrociclone e, por meio de testes de beneficiamento, determinar os melhores parâmetros operacionais do processo. Ao mesmo tempo, os parâmetros são ajustados de acordo com a operação do equipamento, garantindo que o hidrociclone esteja sempre nas melhores condições de funcionamento, melhorando sua eficiência e escopo de aplicação, para que as indústrias relacionadas forneçam um forte suporte à produção eficiente e ao desenvolvimento sustentável.