9.3. Гидроциклоны

Гидроциклоны заняли прочное место среди аппаратов для классификации тонкоизмельченных материалов по крупности. В гидроциклонах процесс классификации значительно ускоряется за счет центробежной силы, создаваемой при вращении пульпы в гидроциклоне. В практике обогащения гидроциклоны применяются, прежде всего, при классификации измельченных материалов, иногда для обесшламливания и обезвоживания, а также для обогащения некоторых типов руд в тяжелых суспензиях.

Гидроциклон (рис. 9.1) состоит из конической и цилиндрической частей.

Рис. 9.1 Гидроциклон

1 – сливной патрубок; 2 – сменные вкладыши; 3 – цилинтрическая часть; 4 – конусы; 5 – конус из колец; 6 – песковая насадка; 7 – питаюший патрубок; 8 – резиновая диафрагма; 9 – разделительная диафрагма; 10 – манометр

Цилиндрическая часть имеет прямоугольный патрубок для подачи исходного материала, который поступает под давлением по касательной к внутренней поверхности этой части. Входящая струя пульпы получает вращение по часовой стрелке при правом расположении питающего патрубка, или против часовой стрелки при левом расположении патрубка. Под действием центробежной силы, которая во много раз превышает силу тяжести, крупные и тяжелые частицы отбрасываются к стенке гидроциклона и нисходящим потоком пульпы, движущимся вниз по спирали, разгружаются в нижней части гидроциклона через песковую насадки в виде песков. Мелкие и легкие частицы вместе с водой за счет конусности конической части образуют внутренний восходящий поток, вращающийся в направлении противоположном вращению наружного потока, поднимаются вверх и разгружаются через сливной патрубок в виде слива.

В отверстие питающего патрубка вставляются сменные вкладыши, при помощи которых устанавливается необходимая площадь сечения ратрубка. В верхней цилиндрической части гидроциклона расположен сливной патрубок, который в зависимости от положения трубопровода для слива может быть повернут вокруг своей оси через каждые 90º.

Коническая часть классифицирующих гидроциклонов, имеющая угол конусности 20º, состоит из разъемных конусов или делаются литыми. Диаметр основания конуса соответствует типоразмеру гидроциклона. В вершине конической части гидроциклона находится сменная песковая насадка для разгрузки песков. Песковые насадки изготовляются из отбеленного чугуна или износостойкой резины в виде съемных насадок конической формы с цилиндрическими отверстиями. Диаметр насадки устанавливается в зависимости от требуемой крупности разделения. Футеруются песковые насадки металлокерамическими сплавами, карбидами металлов и корундом.

Пульпа в гидроциклон подается насосами под давлением 0,3…2,5 кгс/см² ( 5…50 Н/см² ), которое измеряется манометром, устанавливаемым на питающем трубопроводе.

Для борьбы с износом внутренняя поверхность корпуса и съемные детали футеруются износостойкими материалами: резиной, каменным литьем, легированным чугуном, керамикой, твердыми сплавами. Гидроциклоны небольшого диаметра изготовляются цельнолитыми, например, из винипласта.

Производительность гидроциклона и эффективность классификации материала в нем зависят, прежде всего, от гранулометрического состава материала, плотности пульпы, содержания шламов, диаметра гидроциклона, диаметра питающего и сливного патрубков, диаметра песковой насадки, соотношения диаметра сливного патрубка и диаметра песковой насадки, давления в питающем патрубке и т.п.

Основным фактором, определяющим показатели работы гидроциклона, является отношение диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка. С увеличением этого соотношения увеличивается выход песков, понижается их крупность и содержание твердого, одновременно уменьшается крупность слива и его и его выход. Максимальная эффективность классификации имеет при соотношении 0,5…0,6. Оптимальный диаметр сливного патрубка обычно составляет 0,2…0,4 диаметра гидроциклона.

Угол конусности гидроциклона (20º) является оптимальным для классифицирующих гидроциклонов. Увеличение угла конусности приводит к увеличению крупности слива. Для классификации разжиженных тонкодисперных пульп с получением весьма тонкого слива гидроциклоны диаметром менее 100 мм имеют угол конусности 5…10º. В короткоконусных гидроциклонах, применяемых при гравитационном обогащении золотосодержащих руд, угол конусности составляет 60, 90 и 120^º.

Содержание твердого в питании гидроциклонов, работающих в цикле измельчения, составляет 30…60% в зависимости от стадии измельчения. Так, в I стадии измельчения оно составляет 55-57%. Во II стадии – 50%, а в III – 40-45%. Содержание твердого в песках гидроциклонов в зависимости от стадии измельчения, в которой они работают, колеблется от 75…80% до 65…70%. Содержание твердого в сливе зависит от выхода слива, диаметра гидроциклона и содержания класса минус 0,074 мм в сливе. Так при содержании класса минус 0,074 мм 75…80% содержание твердого в сливе составляет, например, для свинцовой руды 32-35%. Увеличение содержания твердого в питании увеличивает нагрузку на песковую насадку и повышает плотность пульпы, что в свою очередь увеличивает содержание твердого в песках и крупность материала в сливе.

В практике обогащения для получения тонкого слива и обесшламливания обычно применяются батарейные гидроциклоны, когда в одной батарее в зависимости от диаметра гидроциклонов устанавливается 6-8 гидроциклонов, в которые питание подается в питающие патрубке из центральной трубы. Сливы всех гидроциклонов собираются в одном приемнике, а пески в другом. Широкое распространение в циклах измельчения получили автоматизированные гидроциклонные установки.

За рубежом наиболее широкое распространение получили гидроциклоны фирмы Warman типа CVX диаметром от 40 до 800 мм и производительностью до 1100 м³/ч.

Помимо двухпродуктовых гидроциклонов в практике обогащения применяются трехпродуктовые (рис. 9.2), состоящие из двух цилиндров, расположенных один в другом и конической части.

Рис.9.2. Трехпродуктовый гидроциклон

1 – цилиндрическая часть; 2 – сливная насадка; 3 – задвижка; 4 – труба; 5 – промпродуктовый патрубок; 6 – песковая насадка; 7 – коническая часть; 8 - питающий патрубок

При обогащении в тяжелых суспензиях в этих гидроциклонах тяжелая суспензия и руда при поступлении в гидроциклон расслаиваются по плотности. Тяжелая фракция с суспензией разгружается через песковое отверстие, а легкая фракция и менее плотная суспензия - через сливное и промпродуктовое отверстие.