NO803440L - Syklonseparator. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører hydrosykloner og spesielt

en luftspylt hydrosyklon og en fremgangsmåte for partikkelseparasjon.

Betegnelsen "størrelsesreduksjon" gjelder alle metoder ved hjelp av hvilke faste partikler kuttes eller brytes ned til mindre stykker. Findeling er en fellesbe-tegnelse for størrelsesreduksjon, og det fins forskjellige typer av findelingsutstyr. Hensikten med findelingsutstyr er å fremstille små partikler av større, idet de mindre partiklene enten er ønskelige på grunn av deres store over-flatearealer eller på grunn av dere form, størrelse, antall m.v. Reduksjon av partikkelstørrelse har den fordel at den øker faste partiklers reaktivitet, gjør det mulig å fraskille uønskede bestanddeler ved mekaniske metoder og reduserer størrelsen av fibermateriale slik at dette blir lettere å håndtere. I industrien blir faste stoffer findelt ved forskjellige metoder for forskjellige formål. Stykker av råmalm blir f.eks. knust til bearbeidbar størrelse, synte-tiske kjemikalier blir malt til pulver, plastfolier blir kuttet til ørsmå partikler, slik at de geometriske egenskaper av partiklene, både for seg og i blandinger blir viktige ved vurdering av produktet fra findelingsutstyret. Dessuten

må kommersielle produkter ofte oppfylle strenge krav hva angår størrelsen, og av og til formen av partiklene de inneholder.

Under størrelsesreduksjon blir partiklene i råmaterialet først deformert. Det nødvendige arbeid for de-formering av partiklene blir midlertidig lagret i det faste stoff som mekanisk spenningsenergi, på samme måte som mekanisk energi kan lagres i en spiralfjær. Når ytterligere kraft utøves mot de belastede partikler, blir de deformert ut over styrkegrensen, inntil de plutselig brister i fragmenter og skaper en ny overflate. Forholdet mellom det over flateareal som skapes ved knusing og den energi som absorberes av det faste stoff, er et mål på knuseeffekten. Energieffekten av findelingsoperasjonen kan således måles

på den nye overflate som fremkommer ved størrelsesreduk-

sjonen. I motsetning til et ideelt system gir det tilgjenge-lige findelingsutstyret ikke et jevnt produkt, uansett om det tilførte materiale har jevn størrelse. Produktet består alltid av en blanding av partikler, som i størrelse spenner fra et bestemt maksimum til et minimum som ligger under mikroskopisk størrelse. Enkelte maskiner, særlig oppmalingsanordninger, er utformet slik at de styrer stør-relsen av de største partiklene i produktene, mens det er liten styring med de fine størrelsene. I andre oppmalingsanordninger reduseres produksjonen av små størrelser til

et minimum, men elimineres aldri.

Drifts- og kapitalomkostningene i forbindelse med størrelsesreduksjon er de høyeste av alle driftsenhetsom-kostninger i mineralbearbeidingsindustrien og energiomkost-ningene utgjør en hoveddel av driftsomkostningene. Den relative størrelse av driftsenhetsomkosningene i mineral-bear beidingsanlegg er som følger: knusing, 15%, maling 45%, konsentrasjon 25%, faststoff/væske-separasjon 5%, material-transport 5% og diverse 5%. Av disse omkostninger er den mest betydningsfulle omkostningen for drift av oppmalings-kretsen, særlig med henblikk på energiforbruket. Det anslås at mer enn en prosent av USA's energiforbruk går til proses-ser for størrelsesreduksjon. Følgelig utgjør de lukkede oppmalingskretssystemer en av de viktigste driftsenheter i mineralbearbe idingsindustrien, og det er ofret mye oppmerksomhet på bedring av denne bestemte operasjons effektivitet. Svært ofte vil den økonomiske suksess av et helt anlegg begrenses av dets evne til å male opp materialet til den nød-vendige størrelse med ønsket hastighet.

Oppmaling i lukket krets antas å omfatte størrel-sesreduksjon (f.eks. i en knusetrommel e.l.) og størrelses-separasjon (f.eks. et sorteringsanlegg). De grove partiklene fra sorteringen blir resirkulert til størrelsesreduk-sjonsutstyret, derfor betegnelsen "oppmaling i lukket krets". Det benyttes i prinsippet to typer av oppmaling i lukket krets. Ved den første type passerer det tilførte råmateriale til størrelsesreduksjonsanordningen (knusetrommelen) etterfulgt av størrelses-separasjon (sortering) og resir-kulasjon av de grove partiklene til råmaterialet. I den andre type kommer råmaterialet først til sorteringsanordningen sammen med det grove produkt som passerer til stør-relsesreduksjon og etter størrelsesreduksjon føres sammen med innkommende råmateriale for ytterligere sortering.

Disse kretser drives generelt slik at det oppnås maksimal produksjon av et produkt med spesielle spesifika-sjoner. Det er godt dokumentert i litteraturen at økt kapasitet kan oppnås ved drift med sirkulerende laster på

20% eller mer, slik at driftsanleggene vanligvis følger denne praksis. Et annet forsøk på å øke oppmalingskretsens kapasitet er oppmaling ved høyere faststoffprosent i anlegget, slik at omsatt materiale øker uten økning i energiforbruk. Endelig prøver mange ingeniører å optimalisere og styre driften av lukkede oppmalingskretser for å øke kapasiteten. Hver av de nevnte teknikker har vært gjennomført med veksl-ende hell når det gjelder bedret oppmalingskrets-kapasitet, mens man har ofret forholdsvis lite oppmerksomhet på siter-ingsteknikken og effektiviteten av størrelses-separasjon, slik den vanligvis praktiseres i industrien.

Men en av de viktigste faktorer ved bestemmelse

av en lukket oppmalingskrets' kapasitet er effektiviteten av størrelses-separasjonen. Størrelses-separasjonen (sorteringen) oppnås gjerne med mekaniske sorteringsanlegg eller hydrosykloner, idet de sistnevnte foretrekkes i nye anlegg. Det er innlysende at dersom feilplassert materiale med den ønskede størrelse returneres sammen med grovt materiale til størrelsesreduksjon, vil knuserkapasiteten reduseres til-svarende. Under disse omstendigheter vil knuseren male opp materialet om igjen, som allerede har hensiktsmessig stør-relse. Hvis det fine materiale på den annen side ikke feil-plasseres i den grove materialstrøm, vil knuseren ha større kapasitet og tilførselen av råmateriale kan øke.

Virkningen av sorteringseffektiviteten på oppmalingskretsens effektivitet er undersøkt i minst to compu-torsimuleringsprogremmer. I en analyse viser en undersøkelse av resultatene at oppmalingskretsens effektivitet kunne

økes med så mye som 50% ved bedret sorteringseffekt. Resul-tatet av en annen simulering tyder på at oppmalingskretsens kapasitet kunne økes med så mye som 64%, hvis det var mulig å oppnå perfekt sortering etter størrelse. Med henblikk på at effektiviteten (målt ved separasjonskoeffisienten, som representerer den fraksjon av råmaterialet som er ideelt separert) av de fleste hydrosykloner, selv under de beste forhold bare er 50%, og at effektiviteten av mekaniske sort-er ingsanordninger er enda lavere, kan det oppnås betydelig bedring av oppmalingskretsers kapasitet ved en effektiv bedring av sorteringsanordningen.

Mange publikasjoner beskriver driften av hydrosykloner som er en sylindrisk-konisk anordning til hvilken en partikkelsuspensjon pumpes under moderat trykk (f.eks. 0,7 kp/cm ). Suspensjonen mates tangensialt gjennom en innmatingsport, slik at suspensjonen kommer i rotasjon. Suspensjonsstrømningen består av en nedaddreiende, ytre spiral når syklonens vegg og en oppaddreiende, indre spiral langs hydrosyklonens akse, når denne er vertikalt orientert. Partikler i suspensjonen avsetter seg radialt i sentrifugal-feltet og de partikler som har større masse føres ned av den ytre spiral og tømmes gjennom konusens spisse åpning.

Hoveddelen av væsken og de fine partikler (grove partikler sammen med rester av fine partikler er fjernet i ytre spiral) tvinges til å forlate syklonen gjennom over-løpsdysen eller hvirvelfinner i den oppaddreiende indre spiral langs syklonens akse. Inne i den indre spiral dannes et lavtrykk som skaper en hvirvel som samler all luft som er ført inn i form av bobler eller oppløst i fødevannet. Denne synlige luftkjerne er fokusert og stabilisert av hvirvelfinneren som forløper en fastsatt strekning inn i hydrosyklonens sylindriske parti. På grunn av økningen av den indre spirals omkretshastighet, dannes høyere sentrifugalkrefter som bidrar til å avholde store partikler fra å tre inn i suspensjonens indre spiral, slik at disse større partikler ideelt ville hindres fra iblanding i det fine pro-

dukt som samles i overløpet.

Det er innlysende at egenskapene av en oppslemming som mates til syklonen påvirker separasjonsstørreisen. Par-tikkelstørrelsesfordelingen i oppslemmingen bestemmer forholdet mellom de relative mengder av grovt produkt og fint produkt som oppnås. Den effektive oppslemmingsviskositet påvirker også separasjonsstørreisen og bestemmes av faststoffene i det tilførte materiale. Større oppslemmingskon-sentrasjoner vil derfor skape grovere skiller enn lavere kon-sentrasjoner. Denne virkning kan også beskrives som forhin-dret avleiring, fordi bevegelsen av de grovere partikler hindres av sonen av mindre partikler, gjennom hvilken de grovere partikler må passere. Selve væskens viskositet virker på samme måte. Videre er forskjellen i spesifik vekt

av de forskjellige partikler og forskjellen i spesifik vekt av partikler og væske av betydning. Også partiklenes form er viktig. Svært flate partikler, som mica,tenderer til å gå til overløpet, selv om de er forholdsvis grove. Overløps-og nedløps-størrelsesfordelingene kan også påvirkes av andre faktorer, som mekanisk slitasje som kan forårsake stadig endring av syklonens adferd. Forutsigelser om adferd, basert på beregninger ut fra primære prinsipper er derfor meget vanskelige.

For å pressisere egenarten av strømningen i hydrosyklonen, utsettes partiklene i suspensjonen for en sentrifugalkraft, som får dem til å bevege seg med en radial hastighet, som avhenger av deres masse og andre faktorer, som nevnt ovenfor, mot hydrosyklonens vegg. Denne radiale "avleirings"-hastigheten av partiklene motvirkes av den radiale strømning av væsken mot aksen; ideelt vil partiklene dermed bli fordelt radialt etter deres masse. Den relative størrelse av disse hastighetsfor hold vil bestemme den radiale plassering av partikler med en gitt størrelse og tetthet. Mellom den oppaddreiende, indre spiral og den nedaddreiende, ytre spiral, foreligger en flate med null aksial (langs-eller vertikalt rettet) hastighet. De partikler som ligger innenfor flaten med null aksial hastighet (de mindre partik ler) vil bli transportert gjennorn hvirvelfinneren til over-løpet. De grovere partiklene vil bli plassert utenfor flaten med null aksial hastighet, noen av dem vil kastes mot hydrosyklonens vegg og vil følgelig transporteres gjennom spissen til nedre utløp. Som følge av disse forhold skjer en sortering etter størrelse mellom partikler med gitt spesifik vekt.

Som tidligere nevnt, er effektiviteten av denne separasjon langt fra perfekt, og det er gjort en rekke for-søk på å bedre kvaliteten av størrelsessorter ingen. Bedret effekt kan selvsagt oppnås ved en totrinns separasjon, en teknikk som i enkelte tilfelle blir praktisert. Det er også foreslått et system med flere innganger for råmaterialet for bedring av hydrosyklonens effekt. Enkelte forskere har konstruert hydrosykloner som gir tangensial vanninn-sprøyting gjennom porter i det koniske parti, og bedret effekt er observert, sannsynligvis som følge av oppslernming av fine partikler fra produktet som går til nedre utløp.

En hydrosyklon i likhet med disse siste utførelser er mar-kedsført av Krebs Engineers, Menlo Park, California, USA, i endel år, men har ikke slått særlig an i mineralbearbeidingsindustrien. Det virker som om vanninnsprøyting har minst to ulemper, dvs. økt vanskelighet med balansering av vannstrøm-ninger for spesifiserte masseprodukt-tettheter og en begren-set mengde vanninnsprøyting for at strømningsmønsteret i hydrosyklonen ikke skal ødelegges. Det er viktig å merke seg at optimal funksjoner ing av en hydrosyklon avhenger av konstante r årriater ialf orhold , særlig den volumetriske strøm-ningshastighet. Det er f.eks. hittil antatt å være viktig at luft ikke må suges inn i systemet av fødepumpen, idet slike fluktuasjoner ville tendere til å ødelegge opprettede strømningsmønstre og endre den etablerte jevne tilstand.

Det finnes et stort antall publikasjoner som beskjeftiger seg med mineralbehandlingsanlegg, oppmalingskretser og teori, anvendelse og drift av hydrosykloner, av hvilke noen nevnes nedenfor:

1. A.L. Mular og R.B. Bhappu, Mineral Process-

ing Plant Design, SME/AIME, s. 101 (1978).

2. A.B. Cummins og I.A. Given, red., SME

Mining' Eng i ne er ing' Handbook, 2 , s. 31-31 (1973).

3. L.G. Augustin og P.T. Luckie, "Grinding Equations and the Bond Work Index", SME/ AIME Trans. 252, s. 259 (1972) . 4. J.A. Herbst, G.A. Grandy og D.W.Fuerstenau, "Population Balance Models for the Design of Continuous Grinding Mills", X International Mineral Processing Congress, Institution of Mining Metallurgy, London Paper 19, (1973).. 5. D.A, Dahlstrom, "Fundamentals and Applications of the Liquid Cyclone", Chemical Engineering Prog. Symp. Serial no. 15, 50, s. 41-61 (1954). 6. D.F.Kelsall, "A Study of the Motion of Solid Particles in a Hydraulic Cyclone", Trans. Institute of Chemical Engineering, 30, s. 87-108 (1952). 7. H. Travinski, "Theory, Applications and Practical Operation of Hydrocyclones", Eng. Min. J., s. 115-127, Sept. (1976).

8. D. Bradley, The Hydrocyclone, Pergamon

Press, 330 s. (1965).

9. A.J. Lynch,' Developments in Mineral Processing , Mineral Crushing and Grinding, Elsevier, s.87-120

(1977) .

10. M.D. Brayshaw, "Use of a Numerical Model

to Charpen the Hydrocyclone Efficiency Curve", Ph.D. Thesis, Department Chemical Engineering, University of Natal, Durban, South Africa (1978).

11. D.A.Dahlstrom, "High Efficiency Desliming

by Use of Hydraulic Water Additions to the Liquid-Solid Cyclone",' Mining Engineer ing and AIME Transactions, s. 188, August (1952). 12. D.F.Kelsall og J.A.Holmes, "Improvement of Classification Efficiency in Hydraulic Cyclones by Water Injection",' V International Mineral Processing Congress, Institution of Mining and Metallurgy, London, s. 159,

(1960) .

Med henblikk på den ovennevnte, ville det være

en forbedring på området å tilveiebringe en ny hydrosyklon og en ny fremgangsmåte for bedring av separasjonen av fine partikler fra grove partikler i hydrosyklonen. En annen

forbedring ville være å tilveiebringe en ny og bedret hydrosyklon og en fremgangsmåte, hvor det innføres en luftspyling i hydrosyklonen som bidrar til separasjon av de fine partikler fra de grove partiklene, slik at det kan oppnås en mer

effektiv uttagning av fine partikler i overløpet.

Bruken av sykloner for tette medier er velkjent på området, særlig når det gjelder behandling av kull. Denne separasjon baserer seg på forskjellen i spesifik vekt mellom komponentene i en spesiell blanding, snarere enn på størrelse. Utstyret og de grunnleggende strømningsmønstre er i det vesentlige de samme som omtalt ovenfor. Det gjøres visse modifikasjoner for aksentuering av en separasjon basert på spesifik vekt, snarere enn størrelsen. Den viktigste modifikasjon er en langt større konusvinkel for hydrosyklonene. For oppnåelse av denne separasjon blir en fin dispersjon av magnetitt eller ferrosilisium tilsatt systemet for opprettelse av en effektiv flytende fase, hvis den spesifike vekt ligger mellom de spesifike vekter av råmaterialets to komponenter. Den komponent i råmaterialet som har lavere spesifik vekt blir fjernet i overløpet, mens den komponent i råmaterialet som har høyere spesifik vekt fjernes ved nedre utløp. Det tette medium gjenvinnes og re-sirkuleres .

Konvensjonelle hydrosykloner benyttes på denne måten for å separere kull fra avfall på samme måte som andre syklonanordninger som markedsføres spesielt som sykloner for tette medier, f.eks. Dyna Whirlpool. En omtale av noen trekk ved disse kommersielle modeller står i "Coal Preparation", 3. utg. Leonard and Mitchell, red. SME/AIME, New York, 1968.

Det vil således bety ytterligere et fremskritt

på området å tilveiebringe en ny luft-spylt hydrosyklon og en fremgangsmåte for bruk av den i en utførelse for. separa-

sjon av tette medier, for fremmelse av separasjon som baserer seg på forskjellen i spesifik vekt mellom komponentene i oppslemmingen._

SkumfIotasjon omfatter ansamling av luftbobler

og mineralpartikler i et vanndig medium med etterfølgende løfting av boble-partikkel-ansamlingene og overføring til skumfasen. Det foreligger forskjellige publikasjoner om dette emne. Dannelse av boblefiksering og ansamling avhenger av den utstrekning partikkeloverflaten vætes av vannet. Når overflaten viser liten affinitet for vann, kalles overflaten hydrofob (vannavvisende) og en luftboble vil festne seg til overflaten. Følgelig er separasjonen basert på styrte forskjeller i partiklenes hydrofobi.

Vann som foreligger ved en hydrofob overflate kan erstattes av luft som følge av de relative størrelser av overflate-energi som foreligger i systemet. Følgelig opprettes en kontaktvinkel som gir et mål på overflatens hydrofobisitet. Ettersom vann er et polart molekyl, vil det bare hydratisere eller væte en polar overflate og en hydrofob overflate re-flekterer mangel på overflatepolaritet.

Stabiliteten av luftboblens fiksering måles

ved den kontaktvinkel som utvikles mellom de tre fasene.

Når luftboblen ikke fortrenger den vanndige fase, er kon-taktvinkelen null. Fullstendig fortrengning av vann representerer på den annen side en kontaktvinkel på 180°. Kon-taktvinkelverdier mellom disse to ytterpunkter gir en an-tydning om graden av overflatehydratisering eller de hydrofobe egenskaper av overflaten. Det kjennes ingen faste stoffer som viser større kontaktvinkel enn ca. 105°, som er den verdi som oppnås med parafin. Det finnes få naturlig hydrofobe mineraler (kull, molybdenitt, svovel, talkum, pyrofyllitt) som alle viser kontaktvinkler under 105°. De fleste mineraler er hydrofile og må få sin hydrofobe egenart ved absorbsjon av over flateaktive stoffer, kalt kollektorer, for oppnåelse av selektive skumfIotasjons-separasjoner.

Få mineraler er naturlig hydrofobe. De fleste mineraler viser polare overflater, som lett vætes med vann når mineralene brister eller brytes i stykker. Disse partikler kan selektivt gjøres hydrofobe ved over flatekjemiske reaksjoner med fIotasjonsreaktanter. Disse reaktanter inneholder ofte polare og ikke-polare grupper for oppnåelse av den ønskede hydrofobisitet.

Blandt de fIotasjonsreaktanter som benyttes finnes slike som generelt kalles kollektorer og skumdannere. En kollektor er en reaktant som absorberer i grenseflaten mellom væske og faststoff på en slik måte at den hindrer en hydrofob overflate. En skumdanner er en reaktant som absorberer ved luft-vann-grenseflaten. Den resulterende reduksjon av overflatespenning medfører skumfasen og denne foreligger.ofte som alkoholderivat. Aktivatorer og dempere identifiseres også som skumdannere, vanligvis uorganiske,

og bidrar til å modifisere systemets adferd. En aktivator muliggjør f.eks. adsorbsjon av kollektoren og er i seg selv som regel ute av stand til å danne en hydrofob overflate.

En demper hindrer adsorbsjon av kollektoren og bidrar således til å opprettholde selektiviteten.

Den konvensjonelle fIotasjonscelle er i prinsippet en reaktor i form av en omrørt tank med utstyr for luft-innsprøyting, luftdispergeringsmekanismer og skumfjerning. Konvensjonelle skumfptasjonskretser omfatter en grovere avdeling, en renseavdeling•og en finrenseavdeling som kan identifiseres i ethvert sett av "fIotasjonsceller. Den grovere avdeling er utformet for opprettelse av god gjenvinning med ringe hensyn til kvaliteten av det oppnådde produkt.

En renseavdeling er utformet for å plukke opp det som måtte ha passert den grovere avdeling med enda mindre hensyn til kvalitet. Finrenseavdelingen er utformet for produksjon av et produkt som har den ønskede kvalitet.

Blandt de vanlige separasjoner som oppnås ved skumfIotasjon nevnes separasjon av forskjellige sulfidert-ser, som bly-sinkerts og kopperporfyr og separasjon av ikke-sulfidmaterialer, som kull, jernmalm, fosfat og potaske.

Ved denne prosess har den langsomme drenering av feilplasserte hydrofile partikler fra skumflaten i stor grad skylden for separasjonens ineffektivitet. Følgelig gjennom-føres separasjonen i flere trinn for at det skal oppnås bedre separasjon. Selv da kan en standard fIotasjonscelle

(reaktor med omrørt tank og med utstyr for luftdispergering)

være utilstrekkelig til fremstilling av den ønskede separa-sjonskvalitet. Følgelig er disse celler blitt modifisert av forskjellige produsenter i forsøk på å oppnå bedrede re-sultater. Dessuten er det foreslått og utprøvet andre teknikker, som kolonnefIotasjon.

Det finnes et stort antall publikasjoner på området, og to av de nyere bøker er: 1. D.W. Furstenau, red. Froth Flotation, 50th Aniversary Volume, SME/AIME, s. 677 (1962), og 2. M.C.Furstenau, red. Flotation, A. M. Gaudin Memorial, bd 1 og 2, SME/AIME, s. 1341 (1976).

Med henblikk på dette ville det være et enda større fremskritt på området å tilveiebringe en ny luftspylt hydrosyklon ved hjelp av hvilken hydrofobe partikler kunne separeres fra de hydrofile i en suspensjon. Et slikt nytt apparat og en slik ny fremgangsmåte er beskrevet nedenfor.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny hydrosyklon og en fremgangsmåte hvor en del av hydrosyklonen er til-passet for å omfatte et luftspylesystem, og hvor luftspylesystemet innfører en luftstrøm i hydrosyklonen, enten for å bedre styringen med separasjonen etter størrelse, eller for å separere hydrofobe partikler fra hydrofile partikler i et sentrifugalfelt. Luftspylesystemet er anbrakt som et ringformet overtrykkskammer som omgir en del av hydrosyk-lonlegemet med en porøs vegg som gir den nødvendige passasje for luftspredning i hydrosyklonen.

Det er således et generelt formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe bedringer i hydrosyklontekno-logien.

Mer spesielt er det et formål med oppfinnelsen

å tilveiebringe en bedret fremgangsmåte for separasjon av faste stoffer med en hydrosyklon.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveie-

bringe et luftspylesystem for en hydrosyklon.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe bedret effekt og styring med separasjon etter stør-relse i hydrosykloner.

Oppfinnelsen går videre ut på å tilveiebringe en luftspylt hydrosyklon for separasjon av hydrofobe partikler fra hydrofile partikler i en suspensjon.

Disse og andre formål og trekk ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå tydeligere av nedenstående beskriv-else av et utførelseseksempel som er vist i tegningen. Fig. 1 er en gjengivelse i perspektiv av den bedrede hydrosyklon ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et tverrsnitt i større målestokk av en del av luftspyleavdelingen for fig. 1, som viser effekten av en luftstrømning for fremmelse av separasjon etter stør-relse . Fig. 3 er et tverrsnitt i større målestokk av luftspylesonen i den nye hydrosyklon ifølge oppfinnelsen,

og viser den selektive fiksering av luftbobler ved de hydrofobe partikler (triangler) for separasjon av disse fra de hydrofile partikler (firkanter).

Oppfinnelsen vil lettest forstås under henvisning til tegningen, hvor li,ke deler er betegnet med samme hen-visningstall i samtlige figurer.

En hensikt med den luftspylte hydrosyklon er å bedre effektiviteten av separasjonen etter størrelsen, og hydrosyklonen ifølge oppfinnelsen ble utviklet på basis av forståelsen av prinsippene for den konvensjonelle hydrosyklon. Ineffektivitet i sorteringen ved hydrosyklon oppstår delvis som følge av nærvær av hvirvelstrømmer i det øvre, sylindriske parti. Disse hvirvelstrømmer tenderer til å kortslutte grove partikler direkte til overløps- (det fine) produkt. Ineffektivitet når det gjelder separasjon etter størrelse oppstår også på grunn av at fine partikler fanges og transporteres langs syklonens vegg i et grensesjikt mot spissen og til nedre utløp for grovt produkt. Den luftspylte hydrosyklon ble konstruert for å hemme overføring av disse fine partikler ved opprivning av grensesjiktet og ved at de normale væskekrefter får påvirke de fine partikler som er blitt fanget i grensesjiktet. I tillegg var det forven-tet at konstruksjonen ville dempe ned noen av hvirvelstrøm-mene og hemme transport av grove partikler til overløpet. Ved at det ene eller begge disse formål ble oppnådd, ville effektiviteten av separasjon etter størrelse bedres vesent-lig..

Konstruksjonen av den nye luftspylte hydrosyklon ifølge oppfinnelsen tillater at gass (f.eks. luft) innsprøy-tes gjennom en porøs vegg fra et ringformet kammer, som omgir hele eller en del av den sylindriske del, den koniske del eller spissen av hydrosyklonen. De kadialt spylte bobler bryter opp grensesjiktet av partikler og væske ved syklonveggen og tillater at de små partikler unnviker. Konstruksjonen og de tilhørende fenomener er skjematisk gjen-gitt i fig. 2 og 3, og vil bli nærmere omtalt nedenfor. Etter oppbryting av partikkelsjiktet nærmest veggen, beveger boblene seg aksialt ned og radialt inn, inntil de når flaten med null aksial hastighet. På dette punkt vil de stige med den oppadbevegede overløpsstrømmen og tømmes gjennom hvirvelfinneren. Dette fenomen ble tydelig observert i en prototyp av glass av den luftspylte hydrosyklon. Noen av boblene kan fanges opp av hvirvelstrømmene og fortrenge grovere partikler for til slutt eventuelt å danne en luftlomme under hydrosyklonens tak og derved hemme transport av grovere partikler til overløpsstrømmen.

Modifiseringen av eksisterende, handelsførte hydrosykloner er en forholdsvis enkel sak, idet hydrosyklonen kan demonteres til et parti som omfatter den tagensiale fødeport og hvirvelfinneren, et sylindrisk parti og et konisk parti som omfatter spissen. Disse partier er forsynt med flenser og boltes sammen, slik at hydrosyklonen er lett å montere.

I den preliminære konstruksjon av den luftspylte hydrosyklon ble den sylindriske del erstattet av en modifisert, sylindrisk del med et ringformet kammer. Innerveggen av det ringformede kammer i den første luftspylte hydrosyklon, en 15,24 cm hydrosyklon, ble konstruert av et egnet porøst materiale som tillot spredning av luft inn i hydrosyklonen for oppbrytning av grensesjiktet. Denne modifikasjon og andre mulige modifikasjoner, som luftspyling i den koniske del eller spissen, danner grunnlaget for konstruksjonen av den enestående luftspylte hydrosyklon ifølge foreliggende oppfinnelse.

I dette spesielle eksempel er ytterveggen av det ringformede kammer boret opp for tre porter, med 120° av-stand, rundt omkretsen av midten av den modifiserte sylindriske del. Luft fordeles under trykk likt til alle disse porter og den totale luftstrømingshastighet blir målt og styrt på en hensiktsmessig måte.

Separasjonsstørrelsen for konvensjonelle hydrosykloner bestemmes hovedsakelig av syklonens diameter og modifiseres av endringer i hvirvelfinnerens diameter og-spissens diameter, likesom av endringer i driftsvariabler, f.eks. trykkfall og faststoffandelen i råmaterialet. Som følge av disse kompliserte gjensidige påvirkninger av konstruksjons- og driftsvariabler, er det vanskelig å styre separasjonsstørrelsen når konstruksjonens kapasitet er fastsatt. Endringer i driftsvariabler for å få til en endring av separasjonsstørrelsen kan medføre vannbalanse-problemer. Ved en luftspylt hydrosyklon kan separasjons-størrelsen styres av luftstrømningshastigheten, uavhengig av øvrige konstruksjons- og driftsvariabler. Større separa-sjonsstørrelse ville selvsagt forventes ved høyere luft-strømningshastigheter, og mindre separasjonsstørreiser ved lavere luftstrømningshastigheter ville begrenses av konstruk-sjonsspesifikasjonene for hydrosyklonen.

I tillegg til partikkelstørrelsessorter ingen, kan fIotasjonsseparasjon oppnås samtidig og kan under bestemte forhold skje alene. Tradisjonell partikkelseparasjon ved fIotasjonsteknikk baserer seg på den selektive dannelse av en hydrofob overflate og etterfølgende separasjon av de hydrofobe partikler fra andre partikler som følge av opp-driften av boblepartikkel-ansamlinger i et tyngdekraftfelt. En modifikasjon av denne teknikk for oppnåelse av separasjonen i et sentrifugalkraftfelt er nå mulig med den luftspylte hydrosyklon og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. De dispergerte luftbobler transporteres radialt til syklonaksen sammen med vedheftede hydrofobe partikler (med langt lavere avhengighet av partikkelstørreise enn ved partikkelsorter ing ved konvensjonelle metoder i en hydrosyklon) og fjernes gjennom hvirvelfinneren. Hydrofile partikler med tilstrekkelig masse kastes mot veggen av sen-trifugalkraften og tømmes gjennom spissen. Denne oppfinnelse muliggjør således en annen form for fIotasjonsseparasjon enn normalt oppnådd ved konvensjonelle fIotasjonsteknikker.

Under henvisning spesielt til fig. 1, er den nye,

luftspylte hydrosyklon ifølge oppfinnelsen generelt betegnet med 10 og omfatter et syklonlegeme 12, omfattende et innløps-parti 14, et sylindrisk parti 16, et konusparti 18, et spiss-parti 20 og en hvirvelfinner 30. Et innmatingsparti 26 er koblet til innløpspartiet 14 via en sirkulær flens 23 med et overgangsparti 22 som er koblet sammen med et evolvent inntak 24 for endring av strømningsprofilen for råmateriale fra sirkulært til rektangulært, og et tangensialt orientert, evolvent inntak. Det . evolvente inntak 24 som er opprettet gjennom apparatet innfører en tangensial oppslemmingsstrøm 38, samtidig som oppslemmingens, 38, turbulens ved inngangen til syklonlegemet 12 reduseres. Den minimale turbulens i syklonens øvre inntaksparti 14 tillater finseparasjon ved å opprette en tilnærmet laminær strømning av oppslemrningen 38 ved at turbulensen i strømningen reduseres, idet slik turbulens forårsaker uønsket blanding av oppslemrningen 38.

En hvirvelfinner 28 forløper aksialt i syklonens legeme 12 over en fastsatt strekning, som er basert på vel-kjente prinsipper på området. Overløpsproduktet, som er skjematisk antydet ved pilen 32, passerer opp gjennom et utløp 30 som er utformet som en forlengelse av hvirvelfinneren 28.

Det sylindriske parti 16 er forbundet med innløps-partiet med en flens 15 og er utformet som et luftspyle parti og omfatter et overtrykkskammer 40 for luft, dannet mellom en porøs vegg 42 og et luftkammerhus 17. Komprimert luft som er skjematisk antydet ved pilene 36 og 37, inn-føres i overtrykkskammeret 40 gjennom inntaksportene 34, hhv. 35. Luftspylepartiets 16 drift vil bli nærmere omtalt nedenfor i forbindelse med fig. 2 og 3.

Det koniske parti 18 strekker seg ned fra det sylindriske parti 16 og har en fastsatt konvergeringsvinkel for opprettelse av passende separasjon av de produkter som behandles i den luftspylte hydrosyklon 10. Teknologien i forbindelse med det koniske partiets 18 profil er kjent på området, og er derfor ikke nærmere omtalt her.

Spissen omfatter en åpning (ikke vist), som er utformet slik at de grove faststoffer som separeres av den luftspylte hydrosyklon 10 tømmes gjennom den. Teknologien i forbindelse med åpningsutførelsen i spissen 20 er også velkjent og trenger ingen nærmere omtale, skjønt spissåpn-ingen må være stor nok til at de grove faststoffer kan tøm-mes, samtidig som den tillater luftinntak langs syklonlegemets 12 akse for opprettelse av en luftkjerne. Særlig vil den høye vinkelhastighet av massen som omgir luftkjernen (ikke vist) danne et undertrykk som vil trekke luft inn i syklonlegemet 12 gjennom åpningen (ikke vist) i spissen 20. All luft som trer inn i syklonhuset 12 vil tømmes med syklonoverløpet 32. En for liten spissåpning vil danne en spiralformet, fast nedløpsstrøm, som ofte kalles "tauutløp", og som fører til at noen grove partikler som burde tømmes som nedre utløp 44 tvinges ut med overløpet 32. På den annen side vil en for stor spissåpning forårsake et større, hulkonusmønster med den følge at nedre utløp 44 vil bli særdeles vått, og det ekstra medfølgende vann vil føre med seg fine partikler som ellers ville gå til overløpet 33. Tilpasningen av luftspyleteknikken til syklonseparatorer der det ikke dannes en luftkjerne kan også være mulig.

Spesielt i fig. 2, er det vist en del av luft-spylepartiet 16 i en større målestokk og med partiets funk-sjon skjematisk antydet. Trykkluft i lufttrykkammeret 40 er skjematisk antydet med pilene 36a-36c, som passerer gjennom den porøse vegg 42, hvor de resulterende bobler 50 bryter opp komprimeringen av partikler 51 og 52, og gjør det mulig for syklonvirkningen, som skjematisk antydet ved pilen 39, å gi en mer gjennomgående separasjon av de forskjellige partiklene. Særlig tenderer grove partikler 52 og fine partikler 51 til å komprimeres nær innløpsveggen for innløpshuset 14 som følge av sentrifugalkreftene som virker der. Denne "komprimering" fører til mekanisk inn-fangning av fine partikler 51 hos de grove partiklene 52, idet begge utsettes for sentrifugalkrefter når de trer inn i syklonlegemet 12. Dette problem er illustrert skjematisk ved øvre del av fig. 2, og antas å være en av hovedårsakene til den relativt ineffektive separasjon av partikler 51 og 52 i konvensjonelle hydrosykloner. Men ved øvre ende av den porøse vegg 42, vil luft under trykk som passerer gjennom den porøse vegg 42 danne bobler 50 som bryter opp komprimeringen av partikler 51 og 52 og sørger for at de tvinges bort fra den porøse vegg 42, med den følge at syk-lonvir kningen 39 kan fange opp en større andel av fine partikler 51 og føre disse til overløpet 32 (fig. 1). Følgelig vil de radialt innsprøytede bobler 50 fra luftstrømmen 36a-36c bryte opp grensesjiktet av partikler 51 og 52 i væsken og tillate de mindre partikler 51 å unnvike. c Etter oppbryting av dette partikkelsjikt nærmest veggen, beveger boblene seg ned aksialt og også radialt innad, inntil de når flaten med null aksial hastighet, hvor de vil stige med den oppadbevegede overløpsstrøm og tømmes gjennom hvirvelfinneren 38 som overløpsstrøm 32. Noen av boblene 50 som passerer gjennom den porøse veggen 42 blir fanget opp av hvirvelstrømmer og fortrenger kortsluttede grove partikler 52 og danner også muligens en luftlomme. under taket 26, hvilken luftlomme ytterligere hemmer transporten av grove partikler 52 til overløpsstrømmen 32.

På en fordelaktig og overraskende måte er den

nye luftspylte hydrosyklon 10 ifølge oppfinnelsen særlig hensiktsmessig for separasjon av hydrofobe partikler ved

blanding med passende fIotasjonsreaktanter, når dette er nødvendig, med innløpsstrømmen 38. Spesielt i fig. 3 ses at luftbobler 60 som kommer inn gjennom den porøse veggen 42 fester seg til og dermed fører hydrofobe partikler 62 (skjematisk antydet som trekantformer) bort fra den porøse veggen 42 og lar dem fjernes med overløpsstrømmen 32 (fig. 1). Følgelig tillater tilførselen av luft sterkere separasjon av de hydrofobe partikler under sentrifugalkreftene med resulterende overføring av ellers tyngre, hydrofobe partikler til overløpet 32. Representative anvendelser av denne fremgangsmåte er behandling av kopperporfyrmalm, hvor den luftspylte hydrosyklon 10 vil benyttes i oppmal-ingsprosessen med lukket krets som en for-separasjons-prosess. En annen anvendelse er separasjon av kull fra en oppslemming av kull og avfall. Ettersom kull er naturlig hydrofobt og har lavere spesifik vekt og lavere masse, blir det lett separert ved bruk av den nye, luftspylte hydrosyklon ifølge oppfinnelsen. Andre anvendelser kan lett forutsies, basert på det nye luftspyle-system ifølge oppfinnelsen .

Sammenfatningsvis kan den nye, luftspylte hydrosyklon og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gi bedre separasjon etter størrelse og bedre separasjon av hydrofobe partikler, hvor disse partikler enten er hydrofobe av na-turen eller er blitt gjort hydrofobe ved konvensjonelle teknikker, Skjønt bare en del av det sylindriske parti 16 er vist omdannet til en luftspylt del ved hjelp av den porøse vegg 42, er utførelseseksemplet ifølge fig. 1 bare ment som en illustrasjon, da det nye luftspylingsparti kan anbringes på ethvert hensiktsmessig sted i en luftspylt hydrosyklon ifølge oppfinnelsen, inklusive f.eks. som en del av det koniske parti 18, og endog som spissen 20.

Oppfinnelsen kan gis andre utførelsesformer innenfor rammen av de spesielle karakteriserende trekk. De om-talte utførelsesformer skal i alle henseende bare tjene som illustrasjon og er ikke ment å begrense oppfinnelsens ramme, som er angitt i de etterfølgende krav.

Claims (14)

1. Syklonseparator, karakterisert ved at den omfatter: et i det vesentlige hult syklonlegeme, inntak for tilførsel av en partikkelblanding i syklonlegemet, hvor partikkelblandingen bæres i en første fluidumfase, og et overløp for fjernelse av et overløpsprodukt fra syklonlegemet, et nedre utløp for fjernelse av et nedløps-produkt fra syklonlegemet og spyleorganer for innføring av et andre fluidum i syklonlegemet som bidrar til separasjon av partikkelblandingen.

2. Syklonseparator som angitt i krav 1, karakterisert ved at spyleorganene omfatter et overtrykkskammer som omgir en del av syklonlegemet, hvor syklonlegemet har et flertall åpninger i fluidumkommunikasjon med over trykkskammeret...

3. Syklonseparator som angitt i krav 1, karakterisert ved at syklonlegemet omfatter et generelt sylindrisk parti og et nedadrettet, konisk parti.

4. Syklonseparator som angitt i krav 3, karakterisert ved at overtrykkskammeret omgir i det minste en del av det sylindriske parti av syklonlegemet.

5. Syklonseparator som angitt i krav 3, karakterisert ved at overtrykkskammeret omgir i det minste en del av det koniske parti av syklonlegemet.

6. Syklonseparator som angitt i krav 3, karakterisert ved at overtrykkskammeret omgir i det minste en del av spissen av det koniske parti.

7. Syklonseparator aom angitt i krav 2, karakterisert ved at luftspylesystemet omfatter en porøs vegg mellom overtrykkskammeret og det indre av syklonlegemet, idet den porøse vegg danner kommunikasjonsåpningene.

8. Syklonseparator som angitt i krav 2, karakterisert ved at overtrykkskammeret omfatter et luftovertrykkskammer og det andre fluidum omfatter luft.

9. Syklonseparator, karakterisert ved at den omfatter et i det vesentlige hult syklonlegeme, men ikke nødvendigvis omfatter et konisk parti som i "Dyna Whirlpool", et innløp for innføring av en oppslemming i syklonlegemet, et overløp for fjernelse av et overløpspro-dukt fra syklonlegemet, et nedre utløp for fjernelse av et nedre utløpsprodukt fra syklonlegemet og spyleorganer for innføring av luft til syklonlegemet, hvor spyleorganene omfatter et luftovertrykkskammer som omgir en del av syklonlegemet, hvor en vegg for syklonlegemet som vender mot luft-overtrykkskammeret omfatter en porøs vegg for å tillate passasje av luft fra overtrykkskammeret til syklonlegemet.

10. Fremgangsmåte for bedring av separasjon av faststoffer karakterisert ved at det dannes en oppslemming av faststoffene, oppslemrningen innføres i hydrosyklonen, som omfatter et overløp og et nedre utløp, at hydrosyklonen spyles med luft ved at luft rettes gjennom hydrosyklonens vegg, slik at luften bryter opp grensesjiktet i hydrosyklonen og derved frigir partikler som er fanget i dette, og at partiklene kan føres til hydrosyklonens overløp, mens resten ledes til nedre utløp.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at dannelsen av en oppslemming videre omfatter dannelsen av en oppslemming som inneholder hydrofobe partikler og hydrofile partikler, og at de hydrofobe partiklene bæres til overløpet med luftbobler som innføres i hydrosyklonen under spyletrinnet.

12. ' Fremgangsmåte for bedring av faststoff-separasjon i en syklon, karakterisert ved at en suspensjon av faststoffer innføres tangensialt i en syklon og at grensesjiktet langs en del av syklonens innervegg brytes opp ved innsprøyting av et fluidum i syklonen gjennom åpninger i nevnte innervegg av syklonen.

13. Syklonseparator, karakterisert ved at den omfatter et hult skall med et nedad avsmalnende nedre parti, inntak for innføring av materiale tangensialt i det hule skall og spyleorganer for innføring av et fluidum i det hule skall.

14. Syklonseparator som angitt i krav 13, karakterisert ved at spyleorganene omfatter en ring rundt det hule skall og et flertall huller inn i det hule skall.