Гидроциклон

ГИДРОЦИКЛОН (от греч. hydor — вода и kyklon — кружащийся, вращающийся * а. hydrocyclon; н. Hydrozyklone, Wasserzyklone; ф. hydrocyclone; и. hidrociclon) — аппарат для разделения в жидкой среде зернистых материалов, различающихся плотностью или крупностью составляющих частиц.

Гидроциклон применяют: для классификации материалов по крупности (классификаторы); отделения избытка воды и шламов от зернистого материала (сгустители); обогащения полезных ископаемых по плотности, в том числе в тяжёлых жидкостях или утяжелённых тонкозернистых минеральных суспензиях (сепараторы); очистки жидкости от твёрдых частиц (осветлители). Впервые гидроциклоны использованы в 1939 на углеобогатительной фабрике в Нидерландах, в СССР — в начале 50-х гг. Благодаря несложной конструкции, малым размерам, простоте эксплуатации и высокой эффективности гидроциклоны находят широкое применение в различных областях промышленности, в том числе в качестве классификаторов и сепараторов в горнорудной, как осветлители в химической и нефтехимической промышленности, гидрометаллургии. В последнем качестве гидроциклоны используют также для регенерации и очистки глинистого раствора от выбуренной породы (в процессе бурения нефтяных и газовых скважин), а также в технологических операциях, связанных с эксплуатацией нефтяных скважин и с внутрипромысловым сбором и транспортом нефти.

В зависимости от давления на входе различают напорные гидроциклоны — избыточное давление на входе свыше 100 кПа, низконапорные — меньше 100 кПа и вакуумные — давление на входе меньше атмосферного. Гидроциклон (рис.) состоит из короткой цилиндрической (верхней) части с патрубком для тангенциального ввода пульпы (по касательной к поверхности цилиндра) и конической (нижней) части с отверстием в вершине конуса для разгрузки песков (грубозернистой, сгущённой или тяжёлой фракции пульпы).

Угол конусности для классификации и сгущения 10-20°, осветления 10-20°, обогащения в тяжёлых суспензиях 30-45°, обогащения в воде 90-120°. Верхняя часть цилиндра закрывается крышкой, в центре которой установлен сливной патрубок, служащий для разгрузки тонкозернистого, разжиженного, менее плотного, чем исходная пульпа, материала.

Тангенциальный ввод исходной пульпы и осевая разгрузка продуктов разделения приводят к вращению пульпы, осевому и радиальному перемещению её от стенок аппарата к сливному и разгрузочному отверстиям. Вращающийся поток в гидроциклоне имеет несколько зон: внешнюю (пристенную) — нисходящую; внутреннюю — восходящую; среднюю — циркуляционную, занимающую основной объём гидроциклона. Более тяжёлые и крупные твёрдые частицы, поступающие с исходной пульпой, отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность цилиндра и увлекаются вращающимся нисходящим потоком вниз. Под действием радиальной составляющей потока (от стенок к центру) и турбулентного характера его движения лёгкие и мелкие зёрна уносятся во внутреннюю зону. Часть опускающегося вниз пристенного вихревого потока в нижней зоне конуса поворачивает вверх, формируя слив.

В отличие от напорных, вакуум-гидроциклон устанавливается на всасывающей линии насоса и работает за счёт создаваемого на его приёме вакуума. Для отделения отсепарированной части пульпы он снабжается дополнительным устройством (обычно гидроэлеватором), создающим перепад разряжения за его песковым отверстием. Установка гидроциклона на всасывающей линии насоса исключает возможность попадания в него твёрдых частиц, что предотвращает абразивный износ рабочих органов насоса. Как правило, каждый насос снабжён индивидуальным гидроциклоном. В ряде случаев гидроциклоны объединяются в батареи по параллельному или последовательному принципу. Регулирование режима работы при изменении качества и количества исходного материала производится с помощью изменения диаметра пескового отверстия путём его диафрагмирования (автоматически) или сменой самих песковых насадок (вручную). Для борьбы с абразивным износом некоторые типы гидроциклонов изнутри футеруются износостойкими материалами (каменное литьё, резина, полиуретан, вулканол и т.д.). Наиболее изнашиваемая часть гидроциклона — песковая насадка — изготовляется из карбидов металлов и металлокерамических материалов.