Octubre 2012 RELATOR: OSCAR CASTRO
TALLER TEÓRICO - PRÁCTICO: DISEÑO Y OPERACIÓN DE SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN EN HIDROCICLONES
GENERALIDADES
•
Apagar el celular o mantenerlo en silencio
•
No fumar en la sala de clases
•
No ingerir alimentos en la sala de clases
•
Mantener una conducta acorde con la actividad
GENERALIDADES
•
Apagar el celular o mantenerlo en silencio
•
No fumar en la sala de clases
•
No ingerir alimentos en la sala de clases
•
Mantener una conducta acorde con la actividad
REGLAMENTO OTEC 1.
Respetar horarios de clases de acuerdo al programa: • • • •
Duración curso: Hora Ho raririo: o: Café mañana: Café tarde:
16 horas 9:00 9: 00 a1 a13: 3:00 00 y 14 14:0 :000 a 18 18:0 :000 11:00 a 11:20 16:00 a 16:20
2.
Al finalizar la jornada, a cada asistente le será enviado un diploma de asistencia
3.
Informar con anticipación al relator cualquier tipo de problema
4.
Todo reclamo o inquietud, se puede realizar a través del relator, personal del OTEC o vía e-mail (atomcapacitaciones @gmail.com). Se solicita solicita indicar nombre del participante, teléfono de contacto y e-mail.
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
La Clasificación en un circuito de Molienda persigue eliminar del circuito, el mineral que ha alcanzado el tamaño de liberación y con esto aumentar la capacidad del circuito y reducir la sobremolienda.
EL CONCEPTO DE LA LIBERACIÓN
El Material valioso de extraer, generalmente está asociado a material que no tiene valor comercial.
FRACTURA-LIBERACIÓN El proceso de fractura al cual es sometido la mena mineral a través de los explosivos y los procesos de chancado y molienda, generan partículas de diferentes tamaños incluyendo una proporción de tamaños finos ya liberados, que quitan capacidad a los equipos de reducción de tamaño, como los molinos.
EL PORQUÉ DE LA CLASIFICACIÓN Por lo anterior se necesita un equipo que separe los finos de los gruesos antes de entrar al molino, así: • •
•
Se evita la sobre molienda Se aumenta la capacidad de los molinos Se reduce en forma importante los costos de producción, AUMENTANDO las utilidades.
EVOLUCIÓN DE LOS CLASIFICADORES
EVOLUCIÓN DE LOS CLASIFICADORES
Desde el Clasificador de rastras al Hidrociclón Los primeros Clasificadores utilizados: Clasificador de espiral Clasificador de Rastras • Producen un producto grueso con bajo contenido de finos • El primero produce ciertos desclasificados gruesos en el rebalse • El Clasificador de Rastras empieza a desplazarlo ya que soluciona este problema
EVOLUCIÓN DE LOS CLASIFICADORES
Clasificador de Rastras Movimiento
Rebose (finos)
Arrastre (gruesos)
CLASIFICADOR ESPIRAL (1950)
APLICACIÓN INDUSTRIAL HIDROCICLÓN (1960)
EVOLUCIÓN DE LOS CLASIFICADORES
Clasificador Espiral: Problema más común es la purga Variación Cíclica de: !
!
!
Tonelaje Tamaño de Corte Densidad de la pulpa
Los Hidrociclones desplazaron casi completamente a los clasificadores mecanicos por: !
!
!
Alta Capacidad por unidad de volumen Tamaños de Corte muchos finos Baja inversión
APLICACIÓN DE LOS HIDROCICLONES •
Circuitos cerrados de molienda-clasificación
•
Relaves
•
Deslamado y separación de ultrafinos (caolín, alúmina, etc.)
•
Dependiendo de la aplicación industrial en la cual se desempeñe el Hidrociclón, se debe seleccionar su relación geométrica.
•
Típicamente los hidrociclones pequeños sirven para clasificar material muy fino, a medida que el tamaño del producto requerido aumenta, también aumentael diámetro y el ángulo del Hidrociclón.
CARACTERÍSTICAS DEL HIDROCICLÓN
CARACTERÍSTICAS DEL HIDROCICLÓN •
Es un dispositivo de forma cilindrocónica con una entrada y dos salidas.
•
Utiliza la fuerza centrífuga para acelerar la tasa de sedimentación de las partículas.
•
El propósito común, es separar partículas de acuerdo a su tamaño.
•
Separa las partículas de acuerdo a su tasa relativa de decantación.
CARACTERÍSTICAS DEL HIDROCICLÓN
Ventajas – Versátiles en términos de sus aplicaciones – Mecánicamente simples y baratos – Pequeños comparados con otros clasificadores – Tiempos de residencia cortos – Altos esfuerzos de cizalle, pseudoplásticos – Alta capacidad por unidad de volumen
CARACTERÍSTICAS DEL HIDROCICLÓN
Desventajas – De cierta forma un tanto inflexibles una vez instalados – Problemas con la Eficiencia de su rendimiento • Bajo índice de nitidez • Alto corto circuito de finos – Sujetos a problemas de abrasión
CARACTERÍSTICAS DEL HIDROCICLÓN Rebalse
Partes del Hidrociclón
Tubería de rebalse Cámara de alimentación
Alim entació n
•
Inlet: área de entrada
•
Apex: descarga del Ciclón
•
Vortex: rebalse del Ciclón
Sección cónica superior
•
Diámetro
Revestimiento de goma
•
Cabezal de Entrada
•
Cono intermedio
Revestimiento de goma
•
Cono Inferior
Revestimiento de goma
•
Ángulo
Buscador de vórtice Revestimiento de goma
Sección cónica inferior
Apex Anillo de ajuste
Descarga
FUNCIONAMIENTO DEL HIDROCICLÓN Descarga de finos y agua
1. Entrada tangencial de pulpa a alta presión
4. El líquido se mueve hacia el centro y hacia arriba en un movimiento de vórtice
2. Rotación de la pulpa genera altas fuerzas centrífugas en el ciclón
3. Los sólidos en suspensión son conducidos hacia la pared y hacia abajo en una espiral acelerada
Descarga de sólidos gruesos
TIPOS HIDROCICLONES
TIPOS DE HIDROCICLONES
Cónico
Fondo Plano
Doble Clasificación
PRINCIPIO FÍSICO DE FUNCIONAMIENTO
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN ¿Cómo Opera el Hidrociclón? •
El hidrociclón básicamente transforma la energía lineal, en movimiento en Vórtice.
•
La velocidad del flujo al interior del ciclón, se integra de tres componentes: tangencial, axial y radial. Las cuales presentan un perfil característico dependiendo de la sección del ciclón.
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Equilibrio Orbital Las partículas de un cierto tamaño y densidad forman un equilibrio específico en una posición orbital Fuerza Centrifuga (Fc) = Fuerza de Arrastre (Fd) Si Fc > Fd, alta probabilidad de la partícula de salir por la descarga del hidrociclón Si Fd > Fc, alta probabilidad de la partícula de salir por el rebalse del hidrociclón
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Equilibrio Orbital La fuerza Centrífuga que actúa sobre el hidrociclón, aplicada sobre una partícula esférica de diámetro “d”, es expresada por: 3
F c
( # ! )V
" d ! s =
6 r
2
t
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Equilibrio Orbital
Flujo Laminar – La fuerza bajo lavado se puede expresar: F d
=
3! d µ V r
En el equilibrio y cuando el tamaño de la partícula es d50, se puede obtener la siguiente expresión para el d50: d 50
18 µ V ! f r =
( ! s " ! )V t
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Teoría del Tiempo de Residencia !
!
El tiempo de residencia de la partícula en un hidrociclón no es suficiente para alcanzar la condición del equilibrio. Cuando la partícula con el diámetro d = d50, viajará una distancia radial igual a la mitad del diámetro de la abertura de la descarga, durante el tiempo restante en el hidrociclón. t
! 0
V r d t
=
1 D 2 i
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Teoría de Empaquetamiento
Según Fahlstrom, la eficacia de la clasificación es determinada por la probabilidad que las partículas tienen de ser evacuadas a través de la descarga (Ápex). Por lo tanto, el tamaño del corte, es definido por la capacidad del diámetro de la descarga y por la distribución de tamaño de alimentación.
TEORÍAS DE CLASIFICACIÓN Teoría de Empaquetamiento
La masa y la densidad de la partícula determina la probabilidad de la partícula para pasar a través de la descarga (Ápex). Las partículas gruesas y pesadas tienen más probabilidad de salir por el agujero de descarga, en comparación a las partículas pequeñas y más ligeras. d 50c
=
f (R s )
Donde Rs es la recuperación de sólidos en la descarga.
DEFINICIONES CONCEPTUALES
EFICIENCIA DE CLASIFICACIÓN •
•
La Eficiencia de Clasificación se acostumbra medir mediante una curva de partición o curva de Eficiencia Real. La curva de Eficiencia, identifica en función del tamaño, la fracción en peso de partículas que pasan desde la alimentación a la descarga, bajo condiciones de operación estacionarias.
EFICIENCIA DE CLASIFICACIÓN La selectividad o c l a s i f i c a c i ó n r e a l , s o n parámetros, que describen cómo se divide el flujo de la alimentación, por cada tamaño de partícula, en la descarga y el rebalse. Ra
=
Dd i
R, ri
F, fi
Ff i
Ra: eficiencia de clasificación real. D, di
EFICIENCIA DE CLASIFICACIÓN ¿Cuántas Partículas se van a La Descarga?
CURVA TROMP, CURVA DE PARTICIÓN O CURVA DE SELECTIVIDAD 1,0
Eficiencia de clasificación Eficiencia real Eficiencia corregida
0,8
1 / o , a i c n e i c i f E
0,6
0,4
d50 corregido
0,2
0,0 10
100
1000
Tamaño de partícula, !m
10000
100000
TAMAÑO DE CORTE (d50) Y BY-PASS DE FINOS (Bp) 1,0
Eficiencia de clasificación Eficiencia real Eficiencia corregida
0,8
1 / o , a i c n e i c i f E
0,6
0,4
d50 corregido
0,2
0,0 10
100
1000
Tamaño de partícula, !m
10000
100000
ÍNDICE DE NITIDEZ (SI) Es un parámetro que entrega una medida de la inclinación de la curva de clasificación. S . I .
d 25 =
d 75
S.I.= 1, para una clasificación ideal S.I.= 0, cuando no hay clasificación y el equipo actúa como un partidor de muestras.
¿CÓMO SE CONSTRUYE CONST RUYE LA CURVA CURVA DE DISTRIBUCIÓN? •
Procedimiento de Muestreo
VARIABLES DE OPERACIÓN Y CONTROL
VARIABLES GEOMÉTRICAS
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO !
Tamaño de Corte (d50 corregido, (d50c)) - Se utiliza la Teoría de Equilibrio orbital (fuerza de fricción contra fuerza centrífuga)
!
By-Pass (Bp) - Se utiliza el concepto de la mezcla en movimiento (de la base y del vórtice de aire)
!
Agudeza de la separación (a) - La constante para un mineral dado y el diseño de un ciclón específico (medida experimental)
!
Lynch - Rao Modelos de Eficiencia de Clasificación
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo Afecta el Diámetro del Vortex al Tamaño de Corte?
Vortex más Grande
Vortex más Pequeño
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo Afecta el Diámetro del Apex al Tamaño de Corte? El diámetro del apex controla la partición de flujo hacia el underflow, es decir cuánto flujo del que ingresa por la alimentación se va a la descarga del hidrociclón. Un apex más pequeño enviará menos flujo de pulpa al underflow y por ende más partículas de la alimentación se irán al re ba lse, aumentando el tamaño de corte.
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo Afecta el Diámetro del Hidrociclón al Tamaño de Corte? •
El tamaño del hidrociclón normalmente es proporcional al tamaño de corte.
•
Es así como un hidrociclón grande generará un tamaño de corte mayor.
•
Esto es válido para ciclones geométricamente similares a las mismas condiciones de operación
Según Rirtema (teoría del equilibrio orbital) d 50 ( " s 2
) L # P
$ "
µ " Q
=
18V z Dc
! V t Di
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo se Afecta el Área de Entrada al Tamaño de Corte d50c?
Menor Caudal Se considera la teoría de equilibrio orbital
Mayor Caudal
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo se Afecta el Ángulo de Cono Tamaño de Corte d50c? •
Un ángulo de cono más cerrado genera un tamaño de corte más reducido,
•
Esto habitualmente se puede explicar con el hecho que el hidrociclón se alarga, incrementándose el tiempo de residencia.
VARIABLES OPERACIONALES
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Aumento Paulatino en la Presión
! "
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto de la Presión en la Descarga •
La presión es inversamente proporcional al caudal en la descarga del ciclón. Es decir, al tener una baja presión todo el caudal se reportará al ápex.
•
A medida que se aumenta la presión, el caudal reportado en la descarga del ciclón, irá en descenso, puesto que la pulpa se comenzará a reportar en el rebalse del ciclón.
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto del Porcentaje de Sólidos 400 350 300 250
c 0 5200 d
150 100 50 0
0
5
10
15
20
25
% Sólido en volúmen
30
35
40
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto de la Densidad de Sólidos 180 160 140 c 0 120 5 d
100 80 60 1,7
2,2
2,7
3,2
Densidad del sólido g/cc
3,7
4,2
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto del Diseño del Área de Entrada 5 3
150 80
2 6
45
0 6
20
6 2
150 60
60 R75
R 8 1
150 80 20
179 0 6
150
5 3
45 6 R 8 3 5
150
#
%$ 5
5
150
#$&
3
3
R 9 4
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto del Diseño del Área de Entrada Dr = 2 1/2”
Dd/Dr = 0.6 30
25
% e j a t n e c r o P
20
15
10
5
0 2
4
5
7
9
Presión psi
10
12
15
ANÁLISIS DE CASOS
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto de las Variables de Diseño Para incrementar la capacidad: • • • •
Aumente el diámetro del Hidrociclón Aumente el diámetro del Inlet Aumente el diámetro del Vortex Aumente el largo del hidrociclón: • Aumente el largo del cilindro • Disminuya el ángulo del cono • Disminuya el largo del Vortex
Para reducir el tamaño de corte: • • • •
Disminuya el diámetro del Hidrociclón Disminuya el diámetro del Inlet Disminuya el diámetro del Vortex Aumente el largo del hidrociclón: • Aumente el largo del cilindro • Disminuya el ángulo del cono • Disminuya el largo del Vortex
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto de las Variables de Operación
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efecto del Patrón de Descarga del Hidrociclón en la Eficiencia de Clasificación A. Descarga de SemiRoping o tendiente al Acordonamiento 7 :6 2 * 2
(
B. Descarga de Spray o Paraguas
56 9
' *4 8 /
C. Descarga en Roping o Acordonamiento
. 2
*6
! /6
7 2 5 #
)*+*,- ./ "*01234*
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO ¿Cómo se Afecta el By-Pass de Finos?
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Descarga Correcta del Hidrociclón
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Patrones de Descarga del Hidrociclón
•
Descarga de Spray o Paraguas
•
Descarga de semi- Roping o semi acordonamiento
•
Descarga en roping o acordonamiento
EFECTO DE VARIABLES DE OPERACIÓN Y DISEÑO Efectos de Roping !
!
!
Hidrociclón bloqueado, pérdidas debido a detenciones. Partícula gruesas no clasificadas en el overflow, disminución de la recuperación en la etapa de flotación. Operación inestable.
FUNCIONAMIENTO EN UN CIRCUITO DE MOLIENDA-CLASIFICACIÓN
QUE NOS DICE EL LABORATORIO Variación de la Velocidad de Fractura con el Nivel de Llenado del Molino y la Densidad de Pulpa
CIRCUITO CERRADO DIRECTO (
AB/0?-@
'46+; C6.0-2624:7
%
>7./0?-@
#)*+ #$ '46+;<0/92*
#& '46+; =-467-
Carga Circulante = AM/AF – 1 = (U+O)/O – 1 = U/O
'
CIRCUITO CERRADO INVERSO (
AB/0?-@
'46+; C6.0-2624:7
#,-./$0123+
%
#$
>7./0?-@
#)*+
#& '46+; =-467-
Carga Circulante = AM/AF – 1 = AM/AF – 1 = U/O – 1
'&
EFECTO DEL BY-PASS EN LA CAPACIDAD
PH
(D "*99 EFG G C S R E D R 6 2 * Q * 8
OH
H &H IH
MH
H H
%HH
&HH
MHH
860234*J7K L-*. EFG
IHH
NHH
OHH
EFECTO DEL ÍNDICE DE NITIDEZ EN LA CAPACIDAD PH
T7.62/ ./ U6J./V E "G G C S R E . * . 6 2 * Q * 8
OH
MH
H H
%HH
&HH
MHH
8*0K* 860234*7R/ EFG
IHH
NHH
OHH
RESULTADOS DE SU APLICACIÓN EN PLANTA, CABILDO 120.00
100.00
a g r a c s e d a l a %
80.00
Convencional
60.00
RecyClone1 Recyclone2
40.00
20.00
0.00 1.00
10.00
Tamaño [micrones]
100.00
1000.00
ANÁLISIS DE RESULTADOS CIRCUITO REAL
Hidrociclones ReCyClone Convencionales Capacidad (TMS/H) Carga Circulante, % Granulometría Overflow %-70# %-200% Potencia Molino, KW Consumo Específico Energía KWH/T
28.0
31.5
450
320
90
91.5
61
60
350
350
12.5
11.1
ASPECTOS DE MANTENCIÓN
ASPECTOS DE MANTENCIÓN
ASPECTOS DE MANTENCIÓN Tapado con bola
Desprendimiento Conos intermedios
Resalto Positivo
ASPECTOS DE MANTENCIÓN
MODELACIÓN
DIMENSIONAMIENTO DE HIDROCICLONES •
Modelo de Lynch y Rao –
–
Lynch y Rao, desarrollaron un conjunto de 4 ecuaciones empíricas, válidas para ciclones industriales. El modelo aplica bajo condiciones normales de operación, según las cuales el diámetro del Vortex es considerablemente mayor que el diámetro del Ápex. Capacidad Volumétrica A A alm A ) Caudal A ( P ) (" vortex ) (100 ! %Sol peso Distribución del Agua 1
=
–
–
d50 corregido
0
TPH (under ) agua Ln d 50c
=
C 0
+
3
2
=
C 1 " vortex
B0 +
+
alm B1 TPH agua
+
B2 ! apex
rebalse C 2 " apex ! C 3 P + TPH agua
MÉTODO DE DIMENSIONAMIENTO •
Modelo Gutiérrez Modificado –
Este método incorpora modificaciones al método de Krebs.
–
Está basado en curvas y tablas empíricas.
En primer lugar, se determina el tamaño de corte, d95, que se define como el tamaño en micrones, de separación del ciclón, que garantiza un máximo de 5% en dicha malla de corte, en el producto de rebalse de ciclones.
MÉTODO DE DIMENSIONAMIENTO •
Modelo Gutiérrez Modificado Depende, entre otras del diámetro de la sección cilíndrica del ciclón, y factores correctores para: •
la densidad de sólido alimentado al ciclón,
•
el porcentaje de sólidos en volumen alimentado al ciclón,
•
la presión,
•
la densidad real del sólido y la densidad de la pulpa.
d 95
=
f 2 16.098 f 1
0.467
f 3 Dc
MODELO DE DIMENSIONAMIENTO
f 1
!1, 43
%+, 53 ()"
=
f 2
f 3
'- 53 ! . *$
=
=
! 0 , 28
3,27 "P
&, 1,65 )# $** . - . ''! + s l (
0,5
MÉTODO DE DIMENSIONAMIENTO •
Modelo Gutiérrez Modificado En segundo lugar, se determina la capacidad volumétrica, es decir el caudal de pulpa que alimenta el ciclón. Este depende del diámetro interno del ciclón, y factores correctores para la presión y el sólido en volumen alimentado al ciclón.
f 4
=
& p #
$10 !
0 , 475
Q
=
0.408 f 4
f 5 Dc2.047
1, 28 f 5 = 1 + 0,004461 * %Solids
PROGRAMA PARA EL DIMENSIONAMIENTO •
Datos de Entrada: –
Densidad del sólido
–
Tamaño de corte (d95)
–
Caudal de Alimentación al ciclón
•
Se calcula el factor para la densidad real de sólido alimentada al ciclón, variando el diámetro del ciclón y la presión.
•
Para cada diámetro de alimentación y presión, se calculan los factores correctores para la presión de alimentación dependiente del tamaño de corte, el sólido en volumen (%), el diámetro del ciclón iterativamente.
PROGRAMA PARA EL DIMENSIONAMIENTO •
Se calculan los factores correctores para la presión de alimentación dependiente de la capacidad volumétrica, el factor corrector de la presión dependiente de la capacidad volumétrica, se calcula el caudal unitario y por último se determina el número de ciclones requerido.
FENÓMENO DE ROPING
TÉCNICA DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS Cámara de Video
vortex Imagen núcleo aire
Núcleo de aire
e r i a o n o c
Agua
d
Pulpa
descarga
"0/96:7
IMAGEN DE CONO DE AIRE
IMAGEN DE CONO DE AIRE
RELACIÓN DIÁMETRO CONO DE AIRE Y PRESIÓN Air core diameter v/s Pressure
(D=20"- Do=7.7"- Water -Pilot Plant)
16 14 ) m c 12 ( r e t 10 e m a i 8 d e r 6 o c4 r i A
Du=4.5"
Du=4.25"
Du=4"
Du=5
2 0
0
2
4
6
8
10
12
Pressure (psi)
14
16
