PERFECCIONAMIENTOS DE Y RELACIONADOS CON HIDROCICLONES
CAMPO DE LA INVENCIÓN El presente invento se refiere en general a separadores de ciclón para separar o clasificar materiales y sus componentes . En una aplicación particular preferida, este invento tiene que ver con hidrociclones para la separación o clasificación de, lechada en la industria de procesamiento de mineral .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los hidrociclones generalmente incluyen un recipiente que tiene un eje, longitudinal central y que incluye una cabeza de entrada, que tiene una cámara de alimentación con una pared lateral interna y una pared final, un puerto de entrada para que la cámara de alimentación reciba la lechada que contiene material que debe ser separado, una salida de rebalse en la pared final y un buscador de vórtice que se extiende a la cámara de alimentación en dirección del eje longitudinal y que está conectado a la salida del cebarse. El hidrociclón incluye además una sección de separación que desciende de la cabeza de, entrada que, tiene una cámara de separación con una pared interior en forma cónica, y una salida de, flujo inferior al final de la sección de separación.
Una importante medición para hidrociclones que está en operación y que se usa en la industria para comparar el funcionamiento relativo de los hidrociclones es la de "tamaño de corte d50" . Este término se refiere al tamaño de la partícula donde el 50% del tamaño de esa partícula se separa hacia la corriente de flujo inferior debido a la acción del hidrociclón. Por ejemplo un "tamaño de corte d50" indica que el 50% de las partículas de 0.024 mm. de tamaño se separa hacía la corriente de flujo inferior. De manera similar, se puede, decir que la eficiencia centrifuga del hidrociclón es de 50% para las partículas de 0.024 mm. Podría esperarse que teniendo partículas muy pequeñas, digamos de 0.001 mm. de tamaño, serán todo dirigidas a la salida de rebalse y como tal para dichas partículas el hidrociclón tiene 100% de rendimiento hacia el rebalse. En la práctica, sin embargo, este no es el caso. Las partículas muy pequeñas tienden a ser dirigidas a la salida de rebalse y a la salida de flujo inferior en más o menos la misma proporción en que se divide el agua. Esto pasa porque el hidrociclón por sí mismo no actúa en algunas de estas partículas tan pequeñas. En las partículas grandes, digamos de 2.0 mm de tamaño, podría decirse que tiene 100% de rendimiento hacia la corriente de flujo inferior. La Figura 1 es un gráfico sacado del documento
"El Hidrociclón" de D. Bradley, que ilustra el efecto de la longitud del buscador de vórtice en el rendimiento centrífugo y el "tamaño de corte d50" . El rendimiento centrífugo es una medida de las partículas que se recuperan a la salida del flujo inferior. El trazado del rendimiento centrífugo de cada partícula presente en la lechada resulta en una curva de rendimiento típicamente en forma de "S" en el hidrociclón que se, comenta y el 50% de grado trazado en la curva corresponde al "tamaño de corte d50" . En el desarrollo de los hidrociclones la meta, común es reducir el "tamaño de corte d50" desplazando la curva "S" hacia la izquierda, mientras se obtiene una curva de, rendimiento en forma de "S" igual o mejorado que define el desempeño relativo del hidrociclón. Del gráfico se puede apreciar que el electo de acortar la longitud del buscador de vértice expresada como una relación del diámetro De de la cámara de alimentación del hidrociclón en cada casa, produce un consiguiente conjunto de curvas de desempeño en forma de "S" numeradas 1 - 5. Las características preferidas que buscan los diseñadores para la curva "S" de un hidrociclón deben tener una pendiente empinada como en la curva N°2 pero retener el funcionamiento del extremo superior como en la curva 4 que minimiza la cantidad de partículas gruesas que se mueven más allá del buscador de
vértice y hacia la corriente de rebalsa. Puede apreciarse que la curva "S" N°2, que representa una longitud de, buscador de vórtice muy corta, es más brusca en el tamaño de corte d50 y por lo tanto el rendimiento centrífugo en este punto de la curva es muy bueno. Sin embargo, la curva N°2 tiene un comportamiento no deseado al aplanarse en el extremo superior en rendimientos centrífugos menores en comparación con las curvas 3 y 4 que se aplanan en rendimientos centrífugos mayores. El pobre rendimiento del extremo superior de la curva 2 proporciona partículas gruesas no deseadas en la corriente de rebalse y es la primera razón por la cual los buscadores de vórtice cortos no se usan en la industria. Estas pruebas se realizaron con hidrociclones con cabezales de entrada estándar. Otro adelanto de un cabezal de entrada se describe en la Especificación Internacional de Patente WO. 2005/021162 (PCT/AU2004/001152 ) a nombre de Weir Warman Ltd. La forma comercial de la entrada objeto de la patente mencionada anteriormente se vende bajo la marca CAVEX que es una marca comercial de Weir Warman Ltd.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Según uno de los aspectos del presente inventó, se proporciona un cabezal de, entrada para ciclón, el cabezal de entrada incluye una cámara de alimentación que
tiene una pared lateral interior, una pared superior o final en un extremo de la pared lateral, un extremo abierto en el otro extremo de la pared lateral, el extremo abierto es de corte transversal circular con un eje central, un puerto de entrada adyacente en la pared superior o final para entregar a la cámara alimentadora una corriente entrante de material a ser separado, una salida de rebalse en la pared superior o final que es coaxial con el eje central, un buscador de vórtice que se extiende hacia la cámara alimentadora en dirección al eje central a través del cual pasa hacia la salida de rebalse una corriente de cebarse de material separado, el buscador de vórtice incluye una porción con un extremo libre que está configurada de tal forma para que con un buscador de vórtice de longitud seleccionada el rendimiento del hidrociclón aumente. De preferencia, el buscador de vórtice incluye un cuerpo generalmente tubular que tiene una pared lateral con una superficie exterior de pared lateral y Un corredor que Pe extiende a través del cuerpo, el corredor tiene una superficie interior de pared lateral y una cara terminal en la porción con el extremo libre. De acuerdo a otro de los aspectos del presente se proporciona un cabezal de entrada para ciclón, el cabezal de entrada incluye una cámara alimentadora que tiene una pared lateral interior, una pared superior o
final en un extremo de la pared lateral, un extremo abierto en el otro extremo de la pared lateral, el extremo abierto es de corte transversal circular con un eje central, un puerto de entrada adyacente a la pared superior o final para la entrega a la cámara de alimentación de una corriente entrante de material a ser separado, una salida de rebalse en la pared superior o final que es coaxial con el eje central, un buscador de vórtice que se extiende hacia la cámara de alimentación en dirección del eje central a través del cual pasa hacia la salida de rebalse una corriente de rebalse de material separado, el buscador de vórtice incluye un cuerpo generalmente tubular que tiene una pared lateral con una superficie exterior de la pared lateral y sin corredor que incluye un termina ¡ de entrada y un termina; de salid¿¡, el corredor extendiéndose a través del cuerpo, el corredor tiene una superficie, de pared interior interna y una cara terminal caracterizado en que la cara terminal es generalmente de forma anular y está curvada hacia afuera desde la superficie de la pared interior hacia la superficie de la pared lateral exterior y hacia el otro extremo. En un modelo la superficie de la pared lateral exterior del buscador de vórtice tiene un borde libre y la cara terminal o final puede estar generalmente en forma convexa cuando se la mita en corte transversal
axial extendiéndose más allá del borde libre de la superficie exterior de la pared lateral hacia la. superficie interior de la pared lateral. En otro modelo el buscador de vórtice puede, incluir una pestaña en la sección de la pared lateral interior en la zona de la rara terminal, incluyendo la pestaña secciones laterales que se extienden desde la superficie de la pared lateral y terminando in una parte, distante del centro. Las secciones laterales de la pestaña pueden estar curvadas formando una de ellas la cara terminal. De preferencia las secciones laterales de la pestaña son generalmente de forma cóncava cuando se miran en corte transversal axial. La superficie exterior de la pared lateral puede incluir una primera sección alejada del sector del extremo libre y una segunda sección entre la primera sección y el sector del extremo libre, siendo la dimensión de la sección transversal de la segunda sección más pequeña que la de la primera sección. El buscador de vórtice está especialmente adaptado para usarse con un cabezal de entrada que incluye una zona de entrada de alimentación en la pared lateral interior de la cámara de alimentación que tiene un extremo ascendente adyacente al puerto de entrada y un extremo descendiente, siendo la zona de la entrada de alimentación en toma de voluta con el eje de la voluta
extendiéndose alrededor de la pared laderas interior y que incluye un primer sector donde el eje de la voluta está por lo general en ángulos rectos respecto del eje central y un segundo sector donde el eje de la voluta se extiende alrededor de la pared lateral generalmente en dirección del eje central alejado de la pared terminal donde la distancia desde el eje de la voluta al eje central disminuye con la progresión de la voluta desde el puerto de entrada. De preferencia el puerto de entrada tiene una altura de alimentación Hl en la dirección del eje central y el buscador de vórtice se extiende hacia la cámara de alimentación en la dirección del eje central a una distancia Ll desde la pared tope o terminal, siendo la distancia Ll menor que la dimensión de altura Hl . El puerto de, entrada es generalmente de preferencia rectangular en la sección transversal. La distancia es preferentemente menor que 0.95 de la altura Hl. El primer sector puede progresar horizontalmente desde el puerto de entrada alrededor de la pared lateral interior en un ángulo al que alcanza de 0° a 100°. El segundo sector desciende preferentemente desde el plano horizontal y se extiende en dirección del eje central en una distancia D que alcanza desde 0.25 x Hl hasta 1 x Hl por cada 90° de progresión alrededor de la pared lateral interior.
En un modelo de preferencia el cabezal de entrada es del tipo a que se refiere la marca CAVEX mencionada anteriormente. Según otro aspecto del presente invento se proporciona un hidrociclón que incluye un cabezal de entrada como se describe anteriormente, una sección de separación que tiene una pared lateral interior que se adelgaza hacia adentro alejándose del cabezal de entrada, y una salida de flujo inferior al otro extremo de la sección de separación distanciada del cabezal de entrada. De preferencia la salida de rebalse, y la salida de flujo inferior están por lo general alineado axialmente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación se describirán las versiones preferidas del invento haciendo referencia ay en los dibujos que se acompañan. La Figura 1 es un gráfico que ilustra el efecto de la longitud del buscador de vórtice en el rendimiento centrífugo y tamaño de corte, usando cabezales de entrada estándar; La Figura 2 es una ilustración esquemática de un hidrociclón típico; La Figura 3 es una elevación lateral de la sección transversal axial de un buscador de vórtice convencional ;
La Figura 4 es una elevación lateral de la sección transversal axial de un buscador de vórtice de acuerdo a una versión del presente invento; Las Figuras 5 (a) y S (b) son elevaciones laterales de la sección transversal axial de buscadores de vórtice de acuerdo a otra versión del presente invento ; , La Figura 6 es una vista esquemática de la lección transversal axial de un cabezal de entrada para hidrociclón que está especialmente adaptada para uso en el presente invento, y La Figura 7 es una vista en planta del cabezal de entrada que se muestra en la Figura
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA
INVENCIÓN En relación con la Figura 2, se ilustra un ciclón 10, que cuando está en uso normalmente se orienta con su eje central 12 dispuesto hacia arriba, El ciclón 10 incluye un cabezal de entrada 20, que tiene una cámara de alimentación 21 con una pared lateral interior 22 y una pared superior 23. Un puerto de entrada 24 permite la entrega de material a la cámara de alimentación 21 para ser separado. Se tiene una salida de rebalse 25 en la pared superior 23 y un buscador de vórtice 26 se extiende hacia la cámara de alimentación 21. Del cabezal de
entrada 20 hay una sección descendiente de separación 30 que tiene una cámara de separación 32 con una pared interior 33 en reina cónica. Se proporciona una salida de flujo inferior o espita 35 al final de la sección de separación 30. Las Figuras 6 y 7 muestran una forma preferida de] cabezal de entrada. El cabezal de entrada incluye un puerto de entrada 24 que, en corte, transversal es generalmente, rectangular y tiene una altura de Hl en la dirección del eje central. La entrada de alimentación a la cámara de alimentación 21 es generalmente tangencial a la pared lateral interior 27. F-1 buscador de vórtice 26 se extiende hacia la cámara de alimentación a una distancia Ll desde la superficie interior de la pared superior. El cabezal de entrada 20 incluye una zona de entrada de alimentación 70 que se extiende desde el puerto de entrada 24. La zona de entrada 70 se encuentra en forma de voluta que tiene un eje en espiral 71 e incluye un primer sector SI que por lo general está dispuesto horizontalmente y se extiende, a lo largo de la pared lateral en un ángulo al y un segundo sector S2 hacia abajo del primer sector SI, extendiéndose el segundo sector alrededor de la pared lateral en un ángulo a.2 y descendiendo en dirección del eje central a una distancia D por cada 90° de progresión alrededor de la
pared lateral. Tal como se muestra la distancia desde el eje en espiral 71 al eje central 12 disminuye progresivamente desde el puerto de entrada 24. Además, la longitud Ll del buscador de vórtice es menor que la dimensión Hl . Se ha descubierto que, la fracción F de Ll a Hl puede variar de 0 a 0.95. Es deseable que D sea de 0.25 Hl a Hl por cada 90° de progresión de la voluta. Además, la variación del radio generatriz de la voluta SI más S2 con el ángulo a debe disminuir continuamente; esto es, no contiene puntos singulares y de preferencia es una línea recta o una curva. El ángulo a2 de preferencia varía de 200° a 380°. El buscador de vórtice del presente invento está especialmente adaptado para uso con un cabezal de entrada del tipo que se describe anteriormente e incluso el tipo de cabezal de entrada CAVEX mencionado primeramente. La Figura 3 ilustra un buscador de vórtice convencional, El buscador de vórtice 80 incluye un cuerpo principal 82 generalmente, cilindrico y tiene una entrada 86 en un extremo y una salida 98 en el otro. La rara fiscal de la entrada tiene una superficie arqueada que, se, adelgaza hacia adentro. El fluido que entra al cabezal de entrada contiene, mesa mezcla de partículas gruesas y de partículas más finas. Parte de esta mezcla forma una capa delimitadora de flujo de fluido a lo largo de la superficie lateral exterior del buscador de
vórtice. Dado que el extremo libre del buscador de vórtice, termina abruptamente la capa delimitadora de flujo del fluido tiende a continuar más allá del extremo libre e interfiere con la corriente de cebarse causando así la integración de algún material grueso a la corriente de rebalse. La Figura 4 ilustra un buscador de vórtice de acuerdo a una versión del presente invento. El buscador de 40 incluye un cuerpo principal 42 que, tiene un pasaje, 44 que de ahí se extiende por un extremo del pasaje que es una entrada 46 y el otro extremo que es una salida 48. El cuerpo principal 42 incluye una pared lateral 50 y una cara terminar 51 que es curva. La configuración callada mejora el rendimiento del hidrociclón influyendo en el comportamiento de la lechada en la capa delimitadora adyacente a la superficie externa del buscador de vórtice. En la Figura 4 la cara terminar está configurada para extenderse más allá del borde libre de la superficie de la pared lateral, curvándose hacia adentro la cara final hacía la superficie interna de la pared lateral. Este arreglo hace que el flujo de fluido de la capa delimitadora se separe el ¡ la región de la cara de borde libre de la superficie de la pared lateral facilitando así la separación efectiva de la corriente de rebalse y de la corriente de la capa delimitadora. Refiriéndonos a las Figuras 5 (a) y 5 (b) según
otra versión del presente inventó el buscador de vórtice 40 incluye un cuerpo principal 42 que tiene un pasaje 44 que de ahí se extiende, por un extremo de] pasaje que es un entrada 46 y el otro extremo que, es una salida 48. El cuerpo principal 42 incluye una pared lateral 50 que tiene una primera sección 52, una segunda sección 54 y una pestaña 56. La primera sección 52 está adyacente a la salida 48 y la segunda sección 54 se extiende desde la primera sección 52 hacia la entrada 46. La segunda sección 54 tiene una dimensión transversal más pequeña que la primera sección 52 para formar un hombro 53 en la unión de la primera y segunda secciones, la pestaña 56 incluye secciones laterales 57 y 58 que se extienden desde la segunda sección 54 y la entrada 46 notoriamente y terminan en una parte 60 distante del centro. Las secciones de la pared lateral 57 y 58 son curvas o arqueadas en configuración con la sección de la pared lateral 58 formando una cara final del cuerpo principal. El buscador de vórtice que se muestra en la Figura 5 (b) es esencialmente igual al quede muestra en la Figura 5 (a) excepto que la longitud de la. segunda sección 54 es más corta. Estos buscadores de vórtice reconfigurados mejoran el rendimiento del hidrociclón mediante la interrupción del funcionamiento de la lechada en la capa delimitadora adyacente al buscador del vórtice. En la versión de las Figuras 5a y 5b, la configuración de la pestaña
intensifica la separación del flujo de fluido de la capa delimitadora y la corriente, de cebarse. También se ha descubierto que al usar uno, configuración de buscador de vórtice del tipo que se describe anteriormente en relación a las Figuras 3 y 4 y particularmente en combinación con un cabezal de entrada como se describe en las Figuras 5 y 6, para un cierto tamaño de hidrociclón es posible aumentar el tamaño del puerto de entrada, del buscador de vórtice, y de la salida de flujo inferior o espita y lograr obtener tamaños de corte equivalentes. De esta manera la capacidad de manejo del rendimiento de un hidrociclón de un cierta tamaño puede ser aumentadas . Cualquier referencia en esta especificación a una publicación anterior (o a información derivada de ella) , o a cualquier materia que sea conocida, no es y no será considerada como un reconocimiento ni aceptación ni sugerencia de ninguna forma de que la publicación anterior (o la información derivada de ella) o la materia conocida forma parte del conocimiento general común en el campo de la perseverancia relacionada con esta especificación. En esta especificación y en las reivindicaciones que siguen, salvo que en el contexto se requiera algo distinto, la palabra "comprender" y variaciones como "comprende" o "comprendiendo" se entenderán que implican
la inclusión de un objeto entero determinado o un intervalo o grupo de, objetos enteros o intervalos pero, no la exclusión de ningún otro objeto entero ni intervalo ni grupo de objetos enteros o intervalos, Finalmente, se debe entender que pueden incorporarse diversos cambios, modificaciones y/o agregados a los diversos montajes y disposición de partes sin apartarse del espíritu o del ámbito del invento.