ES2856088T3 - Hidrociclón - Google Patents

Abstract

Un hidrociclón (10) que incluye: - un cuerpo que encierra una cámara de separación (15) que generalmente tiene forma cónica y que se extiende axialmente desde un primer extremo hasta un segundo extremo de área de sección transversal relativamente más pequeña que el primer extremo; y - la cámara de separación que incluye al menos una entrada de gas, dicha entrada que comprende una pluralidad de aberturas dispuestas en una relación separada entre sí alrededor de una pared circunferencial interior de dicha cámara, en uso las aberturas para la admisión de gas en la cámara en un región ubicada entre el primer y segundo extremo; en donde la entrada de gas comprende un dispositivo receptor de gas anular (60); y en donde la entrada de gas comprende además un dispositivo de descarga de gas (74) que está en comunicación de fluidos con el dispositivo receptor de gas y también con la cámara de separación; el dispositivo de descarga de gas tiene forma anular; un la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas tiene una pluralidad de aberturas (82) a través de las que el gas fluye hacia la cámara en uso; y en donde las aberturas son aberturas formadas en la pared circunferencial interior (80).

Description

DESCRIPCIÓN

Hidrociclón

Campo Técnico

Esta descripción se refiere generalmente a los hidrociclones y más particularmente, pero no exclusivamente, a hidrociclones adecuados para su uso en las industrias de procesamiento de minerales y productos químicos. La descripción también se refiere a una modificación del diseño y operación de un hidrociclón como un medio de optimizar tanto su rendimiento, como el rendimiento de los equipos de procesamiento de minerales conectados operativamente.

Antecedentes de la descripción

Los hidrociclones se usan para separar la materia suspendida llevada en un líquido que fluye, como una suspensión mineral, en dos corrientes de descarga al crear fuerzas centrífugas dentro del hidrociclón a medida que la suspensión pasa a través de una cámara de forma cónica. Básicamente, los hidrociclones incluyen una cámara de separación cónica, una entrada de alimentación que generalmente es tangencial al eje de la cámara de separación y se dispone en el extremo de la cámara de mayor dimensión de la sección transversal, una salida de flujo inferior en el extremo más pequeño de la cámara, y una salida de desbordamiento en el extremo más grande de la cámara. La entrada de alimentación se adapta para entregar la suspensión en la cámara de separación del hidrociclón, y la disposición es tal que la materia pesada (por ejemplo, más densa y gruesa) tiende a migrar hacia la pared exterior de la cámara y hacia y hacia afuera a través de la salida de flujo inferior ubicada centralmente. El material más ligero (menos denso o de tamaño de partículas más finas) migra hacia el eje central de la cámara y hacia afuera a través de la salida de desbordamiento. Los hidrociclones pueden usarse para la separación por tamaño de las partículas sólidas suspendidas o por densidad de partículas. Los ejemplos típicos incluyen tareas de clasificación de sólidos en aplicaciones mineras e industriales.

Para permitir la operación eficiente de los hidrociclones es importante la configuración geométrica interna del extremo más grande de la cámara por donde entra el material de alimentación y de la cámara de separación cónica. En operación normal estos hidrociclones desarrollan una columna de aire central, que es típica de la mayoría de los diseños de hidrociclones aplicados industrialmente. La columna de aire se establece tan pronto como el fluido en el eje hidrociclón alcanza una presión por debajo de la presión atmosférica. Esta columna de aire se extiende desde la salida de flujo inferior hasta la salida de desbordamiento y simplemente conecta el aire inmediatamente debajo del hidrociclón con el aire en la parte superior. La estabilidad y el área de sección transversal del núcleo de aire es un factor importante para influir en la condición de descarga por desbordamiento y flujo inferior, para mantener la operación normal del hidrociclón.

Durante la operación "estable" normal, la suspensión entra a través de una entrada superior de una cámara de separación de hidrociclón en forma de cámara cónica invertida para separarse limpiamente. Sin embargo, la estabilidad de un hidrociclón durante una operación puede fácilmente interrumpirse, por ejemplo, por el colapso del núcleo de aire debido a la sobrealimentación del hidrociclón, lo que resulta en un proceso de separación ineficaz, de manera que un exceso de partículas finas sale a través de la salida inferior o partículas más gruesas a través de la salida superior. Si las partículas más gruesas informan en la corriente de desbordamiento, será perjudicial para los procesos de clasificación aguas abajo.

Otra forma de operación inestable se conoce como "cableado", de manera que la tasa de sólidos que se descargan a través de la salida inferior aumenta a un punto donde el flujo se ve afectado. Si no se adoptan medidas correctivas oportunamente, la acumulación de sólidos a través de la salida se acumulará en la cámara de separación, el núcleo de aire interno colapsará y la salida inferior descargará un flujo en forma de cuerda de sólidos gruesos.

Las condiciones de funcionamiento inestables pueden tener graves impactos en los procesos aguas abajo, a menudo requieren un tratamiento adicional (que, como se apreciará, puede tener un gran impacto en los beneficios) y también resultar en un desgaste acelerado del equipo. La optimización del diseño del hidrociclón es deseable para que un hidrociclón pueda hacer frente a cambios en la composición y viscosidad de la suspensión de entrada, cambios en el caudal de fluido que entra en el hidrociclón, y otras inestabilidades operativas. El documento US 2010/012595 A1 describe un hidrociclón provisto de medios de inyección de fluido en la sección inferior de la cámara de separación.

Resumen

La invención se define en las reivindicaciones independientes 1 y 12 y las modalidades preferidas se establecen en las reivindicaciones dependientes. En un primer aspecto, se describe un hidrociclón que incluye: un cuerpo que encierra una cámara de separación que generalmente tiene forma cónica y que se extiende axialmente desde un primer extremo hasta un segundo extremo de área de sección transversal relativamente más pequeña que el primer extremo; y la cámara de separación que incluye al menos una entrada de gas, dicha entrada que comprende una pluralidad de aberturas dispuestas en una relación separada entre sí alrededor de una pared circunferencial interior de dicha cámara, en uso las aberturas para la admisión de gas en la cámara en un región ubicada entre el primer y segundo extremos.

La admisión de gas en la cámara de hidrociclón se ha descubierto para producir algunos resultados metalúrgicos beneficiosos durante su operación, medida por varios parámetros de clasificación estándar. Estos resultados beneficiosos incluyen una reducción tanto en la cantidad de agua, como en la cantidad de partículas finas, que evitan la etapa de clasificación y que se llevan incorrectamente en la corriente de descarga del flujo inferior de partículas gruesas del ciclón, en lugar de informar a la corriente de desbordamiento de partículas finas como debería ser el caso durante la operación óptima del ciclón. También se observó una reducción en el tamaño promedio de corte de partícula (d50%) en la corriente de desbordamiento de la etapa de clasificación, como consecuencia de más partículas más finas que ahora informan a la corriente de desbordamiento de partículas finas.

Los inventores suponen que el gas que fluye hacia la cámara de separación del ciclón ayuda en la separación de las partículas finas de las partículas más gruesas por elutriación, puede permitir ventajas operativas en los procesos relacionados. Por ejemplo, el efecto de la entrada de gas en el hidrociclón durante su operación puede conducir a una mejora en el rendimiento de recuperación en un proceso de flotación aguas abajo. Un aumento en la cantidad de partículas finas en la alimentación de flotación puede conducir a una mejor liberación y separación de flotación de materiales valiosos en una etapa posterior del proceso. Además, reducir la cantidad de carga recirculante de material de partículas en el circuito de fresado y separación de ciclones puede evitar el exceso de molienda de partículas que ya están suficientemente finamente molidas, así como también aumentar la capacidad del circuito de molienda porque una molienda innecesaria desperdicia energía en el circuito de fresado. En general, los inventores esperan que el uso de gas en la etapa de separación del hidrociclón maximice el rendimiento del producto en términos de, por ejemplo, tonelaje por hora, y mantenga los parámetros del proceso de separación física a un nivel estable.

En algunas modalidades, la cámara de separación comprende al menos dos secciones del cuerpo, y la al menos entrada de gas se ubica entre las secciones. En una modalidad adicional, la al menos una entrada de gas admite gas en el segundo extremo de la cámara de separación.

La entrada de gas comprende un dispositivo receptor de gas anular. La entrada de gas comprende además un dispositivo de descarga de gas que está en comunicación de fluidos con el dispositivo receptor de gas y también con la cámara de separación. El dispositivo de descarga de gas tiene forma anular.

La pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas tiene una pluralidad de aberturas a través de las cuales el gas fluye hacia la cámara en uso. Las aberturas son hendiduras formadas en la pared circunferencial interior.

En algunas modalidades, las hendiduras son alargadas, y se extienden desde la pared circunferencial interior hasta el cuerpo anular del dispositivo de descarga de gas. En una modalidad particular, cada hendidura se dispone en alineación generalmente paralela con una hendidura adyacente.

En algunas modalidades, se define un ángulo entre un eje de cada hendidura alargada, y una línea radial que se extiende desde un punto en el eje central del dispositivo de descarga de gas hasta un punto en un extremo terminal de la hendidura que se ubica dentro del cuerpo anular. En una modalidad particular, dicho ángulo es un ángulo agudo. En una forma de esto, dicho ángulo es de aproximadamente 45 grados de ángulo.

En algunas modalidades, cada hendidura alargada se orienta en un ángulo de manera que, en uso, cuando un flujo de gas se descarga desde el dispositivo de descarga de gas y en la cámara de separación, la dirección de descarga de dicho flujo generalmente se alinea con un flujo rotacional, o espiral, de materiales de alimentación que se mueven tangencialmente alrededor de la pared circunferencial interior de la cámara de separación.

En algunas modalidades, al menos algunas de estas hendiduras tienen lados paralelos para definir un ancho transversal sustancialmente constante. En una modalidad particular, el ancho transversal de dichas hendiduras es equivalente al ancho de dichas aberturas a través de las cuales el gas fluye hacia la cámara en uso.

En algunas modalidades, la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas se alinea al ras con una porción adyacente de la superficie interior de la cámara de separación.

En algunas modalidades, las aberturas en la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas se disponen separadas sustancialmente de manera uniforme.

En algunas modalidades, el dispositivo receptor de gas se conecta operativamente a una fuente de gas de entrada. En algunas modalidades, el recipiente receptor de gas y el recipiente de descarga de gas se colocan entre dos secciones adyacentes del cuerpo por un par de juntas.

En algunas modalidades, el gas usado es aire, de una fuente de aire comprimido.

En un segundo aspecto, se describe un dispositivo de entrada de gas para su uso con un hidrociclón, el dispositivo que incluye al menos un miembro en forma anular que se proporciona con una pluralidad de aberturas de flujo de gas dispuestas en una relación separada entre sí alrededor de un interior pared circunferencial de dicho miembro, dichas aberturas se disponen en uso para admitir gas en una cámara interior del hidrociclón cuando se instala en el mismo.

En algunas modalidades, el dispositivo de entrada de gas comprende un dispositivo receptor de gas en forma anular, y un dispositivo de descarga de gas que, cuando está en uso, está en comunicación de fluidos tanto con el dispositivo receptor de gas, y también con la cámara interior a través de dichas aberturas.

En algunas modalidades, el dispositivo de descarga de gas tiene forma anular.

En algunas modalidades, las aberturas son hendiduras formadas en la pared circunferencial interior.

En algunas modalidades, las hendiduras del segundo aspecto son de cualquier otra manera como se definen en el primer aspecto.

En algunas modalidades, el dispositivo receptor de gas se conecta operativamente a una fuente de entrada de gas. En algunas modalidades, el gas usado es aire, de una fuente de aire comprimido.

En algunas modalidades, el dispositivo receptor de gas tiene uno o más puertos laterales en una pared periférica exterior del mismo que pueden conectarse a conductos de gas.

En algunas modalidades, cuando se instala en el hidrociclón en uso, una pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas se alinea al ras con una porción adyacente de una pared lateral de la cámara interior.

En algunas modalidades, el al menos un miembro en forma anular se disponen entre un par de juntas anulares que se disponen para extenderse sobre las caras extremas de dicho miembro en forma anular.

Otros aspectos, características y ventajas se harán evidentes de la siguiente descripción detallada cuando se toman junto con los dibujos adjuntos, que forman parte de esta descripción y que ilustran, a manera de ejemplo, los principios de las invenciones descritas.

Descripción de las Figuras

Los dibujos adjuntos facilitan la comprensión de las diversas modalidades que se describirán:

La Figura 1 es una vista esquemática, despiezada de un hidrociclón de acuerdo con una primera modalidad de la presente descripción;

La Figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una porción del hidrociclón de acuerdo con la Figura 1; La Figura 3 es una vista en perspectiva de un dispositivo de entrada de gas adecuado para su uso con un hidrociclón (al instalarse en una cámara de alimentación del hidrociclón), de acuerdo con una modalidad adicional de la presente descripción;

La Figura 4 es una vista en perspectiva del dispositivo de entrada de gas de la Figura 3 en combinación con un hidrociclón), de acuerdo con una modalidad adicional de la presente descripción;

La Figura 5 es una perspectiva esquemática, vista superior de un dispositivo de entrada de gas para su uso con un hidrociclón de acuerdo con la modalidad que se muestra en la Figura 1;

La Figura 6 es una perspectiva esquemática, vista inferior del dispositivo de entrada de gas de la Figura 5; La Figura 7 es una vista lateral de la perspectiva, esquemática y despiezada del dispositivo de entrada de gas de la Figura 5;

La Figura 8A es una vista en planta de un dispositivo de descarga de gas que forma parte de un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con la modalidad mostrada en la Figura 5, a su vez para su uso con un hidrociclón de acuerdo con la modalidad que se muestra en la Figura 1. En esta modalidad, las hendiduras de gas de salida eran de un ancho fijo de 1,0 mm;

La Figura 8B es una vista detallada de una porción superior del dispositivo de descarga de gas de la Figura 8A; La Figura 8C es una vista posterior lateral del dispositivo de descarga de gas de la Figura 8A;

La Figura 8D es una vista superior en perspectiva del dispositivo de descarga de gas de la Figura 8A;

La Figura 9A es una vista en planta de una modalidad adicional de un dispositivo de descarga de gas que forma parte de un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con la modalidad que se muestra en la Figura 5, a su vez para uso con un hidrociclón de acuerdo con la modalidad que se muestra en la Figura 1. En esta modalidad, las hendiduras de gas de salida eran de un ancho fijo de 2,0 mm;

La Figura 9B es una vista detallada de una porción superior del dispositivo de descarga de gas de la Figura 9A; La Figura 9C es una vista posterior lateral del dispositivo de descarga de gas de la Figura 9A;

La Figura 9D es una vista superior en perspectiva del dispositivo de descarga de gas de la Figura 9A;

Descripción Detallada

Esta descripción se refiere a las características de diseño de un hidrociclón del tipo que facilita la separación de una mezcla sólido-líquido en dos fases de interés. El hidrociclón tiene un diseño que permite una operación estable, con un rendimiento maximizado y buenos parámetros del proceso de separación física.

Un hidrociclón, cuando se usa, normalmente se orienta con su eje central X-X siendo dispuesto en posición vertical, o cerca de estar vertical. Con referencia a la Figura 1, se muestra un esquema despiezado de un hidrociclón 10 que comprende un cuerpo principal 12 con una cámara 13 definida en ella. La cámara 13 incluye una cámara de entrada (o alimentación) 14 y una cámara de separación cónica 15. El hidrociclón 10 incluye un puerto de entrada de alimentación cilíndrico 17 de sección transversal circular, en uso para alimentar una mezcla de partículas en forma de suspensión de partículas en la porción de la cámara de alimentación de entrada 14 de la cámara 13.

La cámara de separación cónica 15 del hidrociclón 10 incluye dos segmentos 32, 34, cada uno de una forma troncocónica, y unido de extremo a extremo por tuercas 36 y tornillos 38 ubicados en bridas circunferenciales de acoplamiento 40, 42 dispuestas en un extremo respectivo de los dos segmentos troncocónicos 32, 34. Los dos segmentos troncocónicos 32, 34 son de forma similar pero uno 32 es más grande que el otro 34, de manera que el diámetro interno del extremo más estrecho 44 del segmento más grande 32 es similar al diámetro interno del extremo más grande 46 del segmento más pequeño 34. Además, el diámetro interno del extremo más grande 48 del segmento más grande 32 es similar al diámetro de la región de extremo abierto inferior 30 de la sección de entrada 14.

Al unir los dos segmentos troncocónicos 32, 34 de extremo a extremo forma una cámara de separación generalmente cónica 15 que tiene un eje central X-X, y que se une en su parte superior en uso al extremo superior al extremo abierto inferior 30 de la cámara de alimentación adyacente 14, para formar el cuerpo principal 12 del hidrociclón 10.

En la modalidad que se muestra en las Figuras, la cámara de separación 15 también incluye un dispositivo de entrada de gas 60 que en uso admite gas en la cámara en una región ubicada entre los dos segmentos troncocónicos 32, 34. Dicho dispositivo de entrada de gas 60 puede venderse y suministrarse por separado para su adaptación a una sección cónica de hidrociclón existente, o como parte de un nuevo kit de hidrociclón. Mientras que las modalidades que se muestran en los dibujos indican que el dispositivo de entrada de gas 60 es un elemento discreto que se adjunta o sujeta entre los segmentos troncocónicos 32, 34, en otras modalidades el dispositivo de entrada de gas también puede formarse como parte integral de la región final de uno u otro de los segmentos troncocónicos 32, 34. Está dentro del alcance de esta descripción que el área en el centro abierto del dispositivo de entrada de gas 60 forma de este modo una parte de la cámara de separación 15, si el dispositivo de entrada de gas 60 es discreto o formada como parte de uno de los componentes 32, 34.

Como se muestra en las Figuras, el dispositivo de entrada de gas 60 incluye una cámara receptora de gas anular o en forma de rosquilla 62 que tiene una pluralidad de puertos de entrada de gas orientados externamente 64 ubicados en la pared circunferencial exterior 66 del mismo, a la que las líneas de entrada de gas o mangueras 68 se conectan con tornillos. En uso, estas mangueras 68 y los puertos orientados externamente 64 admiten gas en el interior hueco de la cámara 62 en forma de rosquilla, que a su vez actúa como un colector para igualar la presión y el flujo de gas procedente de las diversas mangueras de entrada de gas 68. La cámara en forma de rosquilla 62 también tiene una serie de puertos de salida de gas orientados internamente 70, ubicados en la pared circunferencial interior 72 de la misma, a través de los que fluye gas desde el interior de la cámara receptora de gas 62 a una cámara de descarga de gas 74, como se describirá ahora.

El dispositivo de entrada de gas 60 también incluye una cámara de descarga de gas anular o en forma de rosquilla 74 que se forma a partir de dos capas paralelas de láminas metálicas delgadas superpuestas 90, 91, por ejemplo hechas de material como acero inoxidable. La cámara de descarga 74 que está así definida tiene una pluralidad de puertos de entrada de gas 76 ubicados en la pared circunferencial exterior 78 de la misma, que en uso se alinean con los respectivos puertos de salida de gas 70 orientados internamente de la cámara receptora de gas 62. El diámetro circunferencial interior de la cámara receptora de gas 62 es concéntrico con el diámetro circunferencial exterior de la cámara de descarga de gas 74, con las respectivas paredes 72, 78 colocadas en una estrecha relación orientada. Un corte o muesca de forma semicircular se encuentra en ocho ubicaciones alrededor de la pared circunferencial 78 de la cámara de descarga de gas 74, y cada uno de estos cortes forma los puertos de entrada de gas 76, que en uso se alinean en uso con los puertos de salida de gas 70 de la cámara receptora de gas 62. El uso de un corte ancho y semicircular facilita la alineación con los puertos de salida de gas 70 durante el montaje de las partes del dispositivo de entrada de gas 60.

En uso, el gas fluye desde los puertos de salida de gas que orientados internamente 70 de la cámara de recepción de gas 62 y directamente a los puertos 76 ubicadas en la pared circunferencial exterior 78 de la cámara de descarga de gas 74. La pared circunferencial interior o el borde 80 de la cámara de descarga de gas 74 se forma de forma circular, y cuenta con una serie de hendiduras alargadas 82 que se extienden hacia dentro durante cierta distancia desde la pared circunferencial interior 80 en el cuerpo anular de la cámara de descarga de gas 74. Estas hendiduras 82 pueden verse más claramente en las Figuras 8A, 8B y 8D, y también en las Figuras 9A, 9B y 9D.

Refiriéndose a las Figuras 8A, 8B y 8D, cada hendidura 82 se muestra dispuesta en alineación generalmente paralela con una hendiduras adyacente 82. No hay un límite específico en cuanto a cuántas hendiduras 82 puede haber alrededor de la pared circunferencial interior 80 de la cámara de descarga de gas 74, ni que tan lejos entre sí que estas hendiduras 82 pueden separarse, aunque la integridad estructural del material que forma la cámara de descarga 74 es relevante para esta determinación. En el caso de una cámara de descarga de acero inoxidable 74, las hendiduras 82 pueden cortarse por láser para mayor precisión, y para poder tener un diámetro de salida predeterminado, en la mayoría de los casos de un ancho fijo como se muestra en los dibujos. En el ejemplo que se muestra en las Figuras 8A, 8B y 8D, cada hendidura 82 se muestra con un ancho de 0,5 mm y separada uniformemente aparte de la siguiente hendiduras adyacente 82 (véase la Figura 8B). En el ejemplo que se muestra en las Figuras 9A, 9B y 9D, cada hendidura 82 se muestra con un ancho de 1,0 mm (véase la Figura 9^b ) y separada uniformemente aparte de la siguiente hendiduras adyacente 82.

El extremo abierto de cada una de estas hendiduras 82 da al interior de la cámara de separación cónica 15 del hidrociclón 10, y el gas se libera a través de estas hendiduras 82 allí. Las hendiduras 82 pueden disponerse uniformemente espaciadas alrededor de la pared circunferencial interior, como se muestra en los dibujos, o en otras disposiciones espaciadas según sea requerido. El uso de hendiduras 82 significa que el gas se libera en forma de una serie de pequeñas burbujas, que se forman continuamente en la abertura final de cada hendidura 82 y luego se liberan de ella. Como consecuencia, el tamaño de la burbuja formada dependerá del diámetro de salida seleccionado de las hendiduras 82 en el punto de descarga cuando se orienta en la cámara de separación cónica 15.

Como se muestra en la Figura 9A, cuando se extrae una línea radial R-R desde un punto en el eje de la línea central del dispositivo de descarga de gas 74 para extenderse hasta un punto en un extremo terminal de la hendiduras 82 (el extremo que se ubica dentro del cuerpo anular de la cámara de descarga de gas 74), el eje alargado de cada hendidura 82, que se muestra por la línea S-S, se subtiende de la línea radial R-R por un ángulo agudo A de aproximadamente 45 grados de ángulo. De hecho, esto indica que en la ubicación del extremo abierto de las hendiduras 82, el flujo de gas liberado de ella se orienta casi tangencial a la forma de la pared circunferencial interior 80 del dispositivo de descarga de gas 74 en ese punto. En la práctica, esto significa que, cuando un flujo de gas se descarga desde las hendiduras 82 y en la cámara de separación cónica 15, la dirección de descarga de ese flujo de gas se alinea (o generalmente es paralela con) la corriente de flujo rotacional, o en espiral, de materiales de alimentación a medida que se mueve alrededor de la pared circunferencial interior de la cámara de separación 15 del hidrociclón 10, como indica la flecha direccional C. En cierto sentido, la corriente de flujo rotacional de material en suspensión que ya ha desarrollado un impulso de flujo en una dirección determinada, atraerá el flujo tangencial de burbujas de gas en él. Además, la orientación de las hendiduras 82 que apuntan en la misma dirección que el flujo de suspensión significa que las hendiduras 82 no se cegarán por las partículas de la suspensión, o dañadas, o afectadas por la formación de escamas, ni se someterán a la agregación y adherencia de partículas finas, que puede surgir en combinación con algunos de los productos químicos que típicamente están presentes en el agua de la planta de procesamiento de minerales (colectores, floculantes y similares).

Los inventores también creen que otras ventajas operativas pueden derivarse del uso de la configuración actual de una orientación angular o tangencial de las hendiduras de entrada de gas, en comparación con (i) la introducción directa de un gas en el hidrociclón por medio de una entrada bucal más amplia (como una tubería de gas o una válvula que se proyecta hacia el interior del hidrociclón) o (ii) el uso de una entrada de gas (como una frita, un burbujeador o rociador de metal sinterizado), que se proyecta en el hidrociclón o se monta en una pared interior del mismo. Los inventores creen que el uso de cualquier abertura de gas orientada radialmente, u otra forma de entrada que liberará gas en un patrón de flujo perpendicular a la pared del hidrociclón, generarán turbulencias en la región de la pared de la sección cónica. Esto se debe a que el aire que se inyecta o se introduce de manera no seguirá el movimiento de flujo rotacional natural de la suspensión, que se mueve tangencialmente al interior de la pared de la sección cónica. La creación de turbulencias en tal situación solo interrumpirá el proceso de separación que ocurre en el hidrociclón, y en última instancia servirá para disminuir su eficiencia.

En otras modalidades, las hendiduras no tienen por qué ser todas de la misma forma, por ejemplo, sólo algunas de estas hendiduras pueden tener lados paralelos para definir un ancho transversal sustancialmente constante, y otras no. En algunas modalidades, el ancho transversal de las hendiduras es equivalente al ancho de las aberturas de salida de las hendiduras en el punto de descarga, al orientar la cámara de separación cónica 15, mientras que en otras modalidades, las hendiduras pueden estrecharse o ensancharse en el punto de descarga. Las hendiduras también pueden separarse entre sí en diferentes disposiciones separadas alrededor de la pared circunferencial interior 80 de la cámara de descarga de gas 74, a diferencia del separado uniforme visto alrededor de la pared 80 que puede verse en las Figuras 8A y 9A, por ejemplo.

La pared circunferencial interior 80 de la cámara de descarga de gas 74 en la ubicación de las hendiduras radiales 82 que miran hacia la cámara 13 del hidrociclón 10 se disponen para alinearse al ras con una porción adyacente de una superficie interior de los segmentos troncocónicos 32, 34, que puede, por ejemplo, revestirse de caucho. Esto significa que las burbujas de gas de entrada se liberan de un anillo circunferencial de las hendiduras radiales 82 que se ubican justo en las paredes internas del hidrociclón 10.

A lo largo de esta descripción, cuando se usa el término "hendidura", debe darse una interpretación amplia para incluir también otros términos en uso, por ejemplo, "canales", "brechas" y "ranuras". Una "hendidura" en esta descripción puede referirse a una abertura alargada que se estrecha en ancho a lo largo de su longitud (y generalmente puede ensancharse o estrecharse, o ambas cosas). Una "hendidura" también puede referirse a aberturas alargadas que tienen paredes laterales opuestas que son paralelas (como se asocia más generalmente con el uso de la palabra "ranura"). Una "hendiduras" también puede referirse a otras formas o tamaños de abertura, que pueden no ser simétricas o de una forma geométrica estándar, e incluso a aberturas que usan terminología de forma como "canales" o "brechas".

El dispositivo de entrada de gas 60 se coloca en uso entre los dos segmentos troncocónicos adyacentes 32, 34, por un par de discos metálicos similares 84, 86 que tienen una superficie recubierta de caucho, y que funcionan como una junta para sujetar la cámara receptora de gas 62 y la cámara de descarga de gas 74 entre ellos, con un disco 84, 86 orientado a uno respectivo de cada una de las bridas circunferenciales de acoplamiento 40, 42 que se disponen en los extremos respectivos de los dos segmentos troncocónicos 32, 34. Las tuercas 36 y los tornillos 38 que aseguran las bridas 40, 42 también aseguran los discos recubiertos de caucho 84, 86 en una posición que, a su vez, centra la posición del dispositivo de entrada de gas 60.

En la modalidad que se muestra en las Figuras, la cámara de separación 15 también incluye un segundo dispositivo de entrada de gas 60A que en uso admite gas en la cámara 13 en una región ubicada entre el segmento 34 troncocónico inferior, y una sección de descarga final del hidrociclón 10 conocido como una válvula 55, que es circular en sección transversal y que tiene una abertura de entrada 52 que se une en uso a la salida circular de extremo abierto 22 del segmento troncocónico más pequeño 34 de la cámara de separación 15. La válvula 55 también tiene un eje central X-X y generalmente se alinea axialmente con la cámara de separación 15 del hidrociclón 10. La válvula 55 se une al segmento troncocónico 34 por medio de tuercas y tornillos ubicados en bridas circunferenciales de acoplamiento, una brida 56 dispuesta en un extremo superior de la válvula 55, y la otra brida 43 adyacente al extremo de salida 22 del segmento troncocónico 34. En todos los demás aspectos, el dispositivo de entrada de gas 60A que se muestra en esta posición inferior se construye de la misma manera que el dispositivo de entrada de gas 60 ya descrito y numerado en relación con la Figura 2, por lo que las partes similares que se muestran en las Figuras al usar números similares, con el sufijo "A".

Como fue el caso anteriormente, aunque el segundo dispositivo de entrada de gas 60A se muestra como un dispositivo discreto que se adjunta o sujeta entre el segmento troncocónico 34 y la válvula 55, en modalidades adicionales el segundo dispositivo de entrada de gas puede formarse como una parte integral de un extremo de salida 22 del segmento troncocónico 34, o incluso como parte de un extremo superior de la válvula 55. Es dentro del alcance de esta descripción que el área en el centro abierto del dispositivo de entrada de gas 60A forma de este modo una parte de la cámara de separación 15, si el segundo dispositivo de entrada de gas 60A es discreto o formado como parte de uno de los componentes 34, 55.

Una salida de desbordamiento (en adelante "salida superior") 18 se ubica centralmente en la pared superior (superior) 20 de la cámara 13, la salida de desbordamiento 18 se usa para la descarga de una primera de las fases. Típicamente, esta salida de desbordamiento 18 tiene forma de un cilíndrico, longitud corta de la tubería y se conoce como un buscador de vórtices, que se ambos proyectan hacia fuera desde la pared superior 20, y también se extiende desde la pared superior 20 hasta el interior de la cámara. 13 de la sección de entrada 14.

En el hidrociclón 10 en uso, el material de flujo inferior sale de la cámara 13 cuando entra en la válvula 55, que es una sección adicional del hidrociclón 10 en forma de una longitud cilíndrica de tubería, que en sí mismo tiene una abertura de entrada 52 de diámetro similar y una sección transversal de acoplamiento con el diámetro interno de la salida circular de extremo abierto 22 del segmento troncocónico más pequeño 34.

El hidrociclón 10 se dispone en uso para generar un núcleo de gas interno alrededor del cual circula la suspensión. Durante la operación estable, el hidrociclón 10 opera de manera que una fase sólida más ligera de la suspensión se descarga a través de la salida de desbordamiento superior 18 y una fase sólida más pesada se descarga a través de la válvula 55. El núcleo de gas generado internamente recorre la longitud de la cámara de entrada 14 y la sección de separación cónica 15. La salida 22 de flujo inferior, el buscador de vórtices y la salida de desbordamiento 18 generalmente se alinean axialmente a lo largo del eje central X-X del hidrociclón 10.

Resultados Experimentales

Los inventores han producido resultados experimentales para evaluar la mejor configuración del equipo con el fin de producir resultados metalúrgicamente beneficiosos durante la operación del hidrociclón, en comparación con el caso de referencia (sin la nueva configuración).

Las tablas 1-1 y 1-2 muestran los resultados de varios experimentos en los que se ubica un dispositivo de entrada de gas 60A en un cuerpo de hidrociclón en una posición inferior (es decir, entre el segmento troncocónico inferior 34 y la válvula 55), un dispositivo entrada de gas 60 se ubica en un cuerpo de hidrociclón en una posición superior (es decir, entre los dos segmentos troncocónicos 32, 34 del hidrociclón), y tanto en la posición inferior como en la superior (es decir, entre cada una de las secciones troncocónicas 32, 34, y también entre el segmento troncocónico inferior 34 y la válvula 55).

Los parámetros que se calcularon incluyeron: el porcentaje (%) de cambio en la cantidad de derivación de agua (WBp); y el porcentaje (%) de cambio en la cantidad de partículas finas (Bpf) que omiten la etapa de clasificación. En un hidrociclón que funciona mal, algunas partículas finas y de agua se llevan incorrectamente en la corriente de descarga de flujo inferior de partículas gruesas del ciclón (sobredimensionado), en lugar de informar a la corriente de desbordamiento de partículas finas, como debería ser el caso durante la operación óptima del ciclón. Los parámetros WBp y Bpf proporcionan una medida de esto.

También se observó el porcentaje (%) cambio en el tamaño promedio de corte de partículas (d50) en la corriente de desbordamiento desde la etapa de clasificación, como una medida de si más o menos partículas finas notificaron a la corriente de desbordamiento de partículas finas. Las partículas de este tamaño particular d50, cuando se alimentan al equipo, tienen la misma probabilidad de informar al flujo inferior o al desbordamiento.

También se observó una cuantificación del factor de eficiencia de clasificación del hidrociclón, en comparación con una 'clasificación ideal' calculada. Este parámetro alfa (a) representa la agudeza de la clasificación. Es un valor calculado, que fue desarrollado originalmente por Lynch y Rao (University of Queensland, JK Minerals Research Centre, JKSimMet Manual). La distribución del tamaño de las partículas en una corriente de flujo de alimentación se cuantifica en varias bandas de tamaño, y se mide el porcentaje en cada banda que informa de la corriente de descarga de flujo inferior (sobredimensionado). A continuación se dibuja un gráfico del porcentaje en cada banda que notifica al flujo inferior (como coordenadas, o eje Y) en comparación con el rango de tamaño de partícula del más pequeño al más grande (como abscisa, o eje X). Las partículas más pequeñas tienen el porcentaje más bajo que se reporta a sobredimensionamiento. En el punto d50 del eje Y, la pendiente de la curva resultante proporciona el parámetro alfa (a). Es un número comparativo que puede usarse para comparar clasificadores. Cuanto mayor sea el valor del parámetro alfa, mejor será la eficiencia de separación.

En estos resultados experimentales, el gas usado es aire, de una fuente de aire comprimido.

Mientras que las hendiduras de salida de gas 82 eran de un ancho fijo de 2,0 mm, los datos de la Tabla 1-1 demuestran:

- una reducción en la cantidad de agua que pasa por alto (WBp) la clasificación de hidrociclón al terminar en la corriente de flujo inferior. El reducción porcentual de WBp se maximiza (7,8 %) cuando un dispositivo de entrada de gas 62A se ubica en una posición más baja en el cuerpo del hidrociclón, pero todavía se observa alguna mejora (una reducción porcentual del 4,4 %) cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A se ubica en una posición inferior y superior en el cuerpo del hidrociclón.

- un aumento en la cantidad de partículas finas (Bpf) que pasaron por alto la etapa de clasificación al terminar en la corriente del flujo inferior. Esto ocurrió cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A estaba ubicado en cualquiera de la posición inferior (un aumento del 5,3%) o en la posición superior (un aumento del 18,9%) en el cuerpo del hidrociclón, que en ambos casos fue un resultado inútil. El mejor escenario fue ningún cambio en el Bpf (cambio porcentual cero) cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A se ubicaba en una posición inferior y superior en el cuerpo del hidrociclón.

- una reducción del tamaño promedio de corte de partículas (d50) en la corriente de desbordamiento de la etapa de clasificación. Se maximiza la reducción porcentual en d50 (10,6 %) cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A se ubica en una posición inferior y superior en el cuerpo del hidrociclón, pero todavía se observó alguna mejora (una reducción porcentual del 5,0 %) cuando un dispositivo de entrada de gas 62A se ubicaba sólo en una posición inferior en el cuerpo hidrociclón.

- un aumento en el parámetro de eficiencia de separación de a cuando se ubica un dispositivo de entrada de gas 62, 62A en la posición inferior (un aumento del 7,0 %) lo cual es útil, pero una disminución en el parámetro de eficiencia de separación de a cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A se ubicó en la posición superior en el cuerpo del hidrociclón (una disminución del 24,4 %), que fue un resultado inútil. No hubo ningún cambio en el parámetro de eficiencia de separación de a (cambio porcentual cero) cuando un dispositivo de entrada de gas 62, 62A se ubicaba en una posición inferior y superior en el cuerpo del hidrociclón.

- En resumen, en general se observaron los mejores resultados cuando un dispositivo de entrada de gas 62A se ubicaba solo en la posición inferior en el cuerpo del hidrociclón, momento en el que hubo una reducción del 7,8 % en la cantidad de agua que desvía (WBp) el hidrociclón y termina en la corriente de flujo inferior, una reducción del 5,0 % en el tamaño promedio de corte de partícula (d50) en la corriente de desbordamiento, y un aumento del 7,0 % en el parámetro de eficiencia de separación a.

Al pasar ahora al efecto de usar las hendiduras de gas de salida 82 de diferentes anchos de 0,3, 0,5 y 1,0 mm, los datos de la Tabla 1-2 demuestran:

- una mejora general en todos los parámetros - una reducción en la cantidad de agua que pasa por alto (WBp) la clasificación de hidrociclón; una reducción en la cantidad de partículas finas (Bpf) que eludió la etapa de clasificación al terminar en la corriente de flujo inferior; y una reducción del tamaño promedio de corte de partículas (d50) en la corriente de desbordamiento desde la etapa de clasificación.

- En resumen, en general se observaron los mejores resultados en términos de reducciones consistentes en cada uno de estos parámetros cuando se ubicó un dispositivo de entrada de gas 62A en la posición inferior en el cuerpo del hidrociclón (primeras 3 líneas de resultados en la Tabla 1-2).

- Además, el mejor rendimiento en cada parámetro se produjo en esa posición inferior cuando la hendidura de gas de salida 82 era de 0,5 mm de ancho. A este tamaño de ancho de hendiduras, el desvío de agua (WBp) cayó un 26,4 %, el desvío de finos (Bpf) cayó un 14,1 %, el tamaño promedio de corte de partículas (d50) cayó un 18,1 % y el parámetro de eficiencia de separación a aumentó en un 16,1 %.

- Un ancho de hendiduras de gas de salida de 0,3 mm o de 1,0 mm produjo resultados más pobres que la hendiduras de gas de salida de 0,5 mm, aunque todos los resultados (cuando un dispositivo de entrada de gas 62A se ubicaba solo en la posición inferior en el cuerpo del hidrociclón) para estos diámetros de hendiduras todavía eran una mejora en comparación con el uso de otras ubicaciones de introducción de gas en el ciclón, o ninguna introducción de gas en absoluto.

Los inventores creen que el gas que fluye hacia la cámara de separación del ciclón ayuda en la separación de partículas finas de partículas más gruesas por elutriación, y los resultados indican que los mejores resultados se producen cuando (a) el gas se introduce al menos en la posición inferior en el cuerpo del hidrociclón, y (b) la hendiduras de gas de salida de gas en el dispositivo de entrada de gas es relativamente pequeña (alrededor de 0,5 mm y no, digamos, 1,0 mm o incluso 2,0 mm de ancho). Los inventores creen que estos parámetros dan lugar a la formación de burbujas relativamente más pequeñas de inferior flotabilidad, y que tienen un tiempo de residencia relativamente largo para subir hacia arriba sobre la altura del hidrociclón desde la entrada de gas inferior.

Los inventores han descubierto que el uso de las modalidades anteriores de un aparato de separación de hidrociclón puede realizar condiciones óptimas (y estables) de funcionamiento en el mismo, y esta configuración física se ha descubierto que:

- promover una mejor liberación de las partículas finas y, por lo tanto, una mejor recuperación en un proceso de flotación aguas abajo, maximizando de esta manera el rendimiento; y

- minimizar la carga de recirculación de material de partículas en el flujo inferior del hidrociclón que se devuelve a una etapa de fresado, y de este modo evitar el exceso de molienda de las partículas, ahorrando de este modo energía.

En la descripción anterior de determinadas modalidades, se ha recurrido a una terminología específica en aras de la claridad. Sin embargo, la descripción no pretende limitarse a los términos específicos así seleccionados, y debe entenderse que cada término específico incluye otros equivalentes técnicos que operan de manera similar para lograr un propósito técnico similar. Términos como "superior" e "inferior", "arriba" y "abajo" y similares se usan como palabras de conveniencia para proporcionar puntos de referencia y no deben interpretarse como términos limitantes. En esta descripción, la palabra "que comprende" debe entenderse en su sentido "abierto", es decir, en el sentido de "que incluye" y, por lo tanto no limitado a su sentido "cerrado", es decir, el sentido de "consistir solo en'. Un significado correspondiente debe atribuirse a las palabras correspondientes "comprender", "que comprende" y "comprende" donde aparecen.

La descripción anterior se proporciona en relación con varias modalidades que pueden compartir funciones y características comunes. Debe entenderse que una o más características de cualquier modalidad pueden combinarse con una o más características de las otras modalidades. Además, cualquier función única o combinación de funciones en cualquiera de las modalidades puede constituir modalidades adicionales.

Además, lo anterior describe sólo algunas modalidades de las invenciones, y las alteraciones, modificaciones, adiciones y/o cambios pueden hacerse en las mismas sin apartarse del alcance y el espíritu de las modalidades descritas, al ser las modalidades ilustrativas y no restrictivas. Por ejemplo, la sección cónica del hidrociclón puede formarse por más de dos segmentos troncocónicos, unidos de extremo a extremo. Los medios por los que se unen estos segmentos troncocónicos entre sí pueden no ser simplemente a través de tornillos y tuercas colocados en los bordes de las bridas terminales, sino por otros tipos de medios de sujeción, como algún tipo de abrazadera externa. Los materiales de construcción de las partes del cuerpo del hidrociclón, mientras que típicamente se hacen de plástico duro o metal, también pueden ser de otros materiales como cerámica. El material de revestimiento interior de las partes del hidrociclón puede ser caucho u otro elastómero, o cerámica, formado en la geometría de forma interna requerida de la cámara de alimentación 14 o la cámara de separación cónica 15, como se especifica en la presente descripción.

Además, las invenciones se han descrito en relación con lo que actualmente se considera las modalidades más prácticas y preferidas, debe entenderse que la invención no debe limitarse a las modalidades descritas, sino que, por el contrario, se destina a abarcar diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las invenciones. Además, las diferentes modalidades descritas anteriormente pueden implementarse junto con otras modalidades, por ejemplo, los aspectos de una modalidad pueden combinarse con los aspectos de otra modalidad para realizar otras modalidades. Además, cada función o componente independiente de cualquier conjunto determinado puede constituir una modalidad adicional.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un hidrociclón (10) que incluye:

- un cuerpo que encierra una cámara de separación (15) que generalmente tiene forma cónica y que se extiende axialmente desde un primer extremo hasta un segundo extremo de área de sección transversal relativamente más pequeña que el primer extremo; y

- la cámara de separación que incluye al menos una entrada de gas, dicha entrada que comprende una pluralidad de aberturas dispuestas en una relación separada entre sí alrededor de una pared circunferencial interior de dicha cámara, en uso las aberturas para la admisión de gas en la cámara en un región ubicada entre el primer y segundo extremo; en donde la entrada de gas comprende un dispositivo receptor de gas anular (60); y

en donde la entrada de gas comprende además un dispositivo de descarga de gas (74) que está en comunicación de fluidos con el dispositivo receptor de gas y también con la cámara de separación; el dispositivo de descarga de gas tiene forma anular; un

la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas tiene una pluralidad de aberturas (82) a través de las que el gas fluye hacia la cámara en uso; y

en donde las aberturas son aberturas formadas en la pared circunferencial interior (80).

2. Un hidrociclón de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cámara de separación comprende al menos dos secciones (32,34) del cuerpo, y la al menos una entrada de gas se ubica entre las secciones.

3. Un hidrociclón de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la al menos una entrada de gas admite gas en el segundo extremo de la cámara de separación.

4. Un hidrociclón de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las hendiduras son alargadas y se extienden desde la pared circunferencial interior hasta el cuerpo anular del dispositivo de descarga de gas y, opcionalmente,

en donde cada hendidura se dispone en alineación generalmente paralela con una hendiduras adyacente.

5. Un hidrociclón de acuerdo con la reivindicación 4, en donde se define un ángulo entre un eje de cada hendidura alargada, y una línea radial que se extiende desde un punto en el eje central del dispositivo de descarga de gas hasta un punto en un extremo terminal de la hendiduras que se ubica dentro del cuerpo anular,

y, opcionalmente,

en donde dicho ángulo es un ángulo agudo,

y, opcionalmente,

en donde dicho ángulo es de aproximadamente 45 grados de ángulo.

6. Un hidrociclón de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cada hendidura alargada se orienta en un ángulo de manera que, en uso, cuando un flujo de gas se descarga desde el dispositivo de descarga de gas y en la cámara de separación, la dirección de descarga de dicho flujo se alinea generalmente con un flujo rotacional, o espiral, de materiales de alimentación que se mueven tangencialmente alrededor de la pared circunferencial interior de la cámara de separación.

7. Un hidrociclón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos algunas de estas hendiduras tienen lados paralelos para definir un ancho transversal sustancialmente constante y, opcionalmente,

en donde el ancho transversal de dichas hendiduras es equivalente al ancho de dichas aberturas a través de las que el gas fluye hacia la cámara en uso.

8. Un hidrociclón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas se alinea al ras con una porción adyacente de la superficie interior de la cámara de separación.

9. Un hidrociclón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las aberturas en la pared circunferencial interior del dispositivo de descarga de gas se disponen separadas sustancialmente de manera uniforme en el mismo.

10. Un hidrociclón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo receptor de gas se conecta operativamente a una fuente de gas de entrada.

11. Un hidrociclón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el recipiente receptor de gas y el recipiente de descarga de gas se colocan entre dos secciones adyacentes del cuerpo por un par de juntas (84,86).

12. Un dispositivo de entrada de gas (60) para su uso con un hidrociclón, el dispositivo que incluye al menos un miembro en forma anular que se proporciona con una pluralidad de aberturas de flujo de gas (82) dispuestos en una relación separada entre sí alrededor de una pared circunferencial interior de dicho miembro, dichas aberturas se disponen en uso para admitir gas en una cámara interior del hidrociclón cuando se instala en el mismo;

el dispositivo de entrada de gas comprende además un dispositivo receptor de gas en forma anular, (60) y un dispositivo de descarga de gas (74) que, cuando se usa, está en comunicación de fluidos tanto con el dispositivo receptor de gas, como con la cámara interior a través de dichas aberturas; el dispositivo de descarga de gas tiene forma anular; y

en donde las aberturas son aberturas formadas en la pared circunferencial interior.

13. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el dispositivo receptor de gas se conecta operativamente a una fuente de gas de entrada.

14. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en donde el dispositivo receptor de gas tiene uno o más puertos laterales (64) en una pared periférica exterior de los mismos que pueden conectarse a conductos de gas.

15. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde el al menos un miembro en forma anular se dispone entre un par de juntas anulares (84,86) que se dispone para extenderse sobre las caras extremo de dicho miembro en forma anular.