Parte teórica de funcionamiento de concentradores centrífugos


 

 

 

 

Doctor  Sergey Afanasenko
Autor de artículo y Inventor
Gerente general de ZAO ITOMAK Rusia


El desarrollo de métodos de concentración por gravedad de la materia prima aurífera en los últimos 20 años está estrechamente relacionada con el desarrollo e implementación de concentradores centrífugos.

Común a todos es el uso de concentradores centrífugos giratorios alrededor de su eje, en un cuenco cilíndrico de velocidad constante o forma cónica con las ranuras en las paredes laterales que sirven para la acumulación de partículas pesadas de material enriquecido. El enriquecimiento en concentradores centrífugos se produce en un medio acuoso, como material de partida alimentado al enriquecimiento como una suspensión con un contenido de sólidos de 10 a 50% en volumen. Además, los concentradores de  fluidizado hechas de alimentación adicional (fluidización) de agua en la zona de separación a través de las aberturas de las ranuras de la taza.

Entre los concentradores centrífugos más populares debe hacer notar primer aparato ZAO «ITOMAK» (Novosibirsk) Rusia, ZAO «Polymetal» (San Petersburgo) Rusia, ZAO «Grant» (Naro-Fominsk) Rusia, «Knelson» y «Falcón» (Canadá), así como «Orokon» (Australia), y otras empresas menos conocidas. Todos estos concentradores tiene  diferentes formas de romper el  mineral.

Una característica común de todos los concentradores, excepto equipos ITOMAK está trabajando rotación cono concentrador alrededor del eje vertical y la descarga de concentrado a través de los agujeros en la parte inferior del cono de trabajo.

Más extendido concentradores con cama se llama «fluidizado» en el que se produce la segregación bajo la acción centrífuga y las fuerzas hidrodinámicas (generado mediante la inyección de agua en las ranuras de los concentradores de cono de trabajo).

Dados los parámetros estructurales de un equipo de  fluidizado en disposición vertical del eje principal de rotación y parámetros, centrífugas son las fuerzas hidrodinámicas. Cuando la sustitución de partículas de luz ranuras más pesados en el material de sellado cono de trabajo comienza, lo que lleva a una disminución en el efecto de la acción de fuerzas hidrodinámicas.

Con disposición horizontal del eje de rotación de la parte activa de la acción sobre la partícula tiene un vector de gravedad que gira con una velocidad angular igual a la frecuencia de rotación del trabajo del cono, y tiene una clase «suspendido» acción fuerza periódica de partículas, lo que contribuye a una relajación adicional de la cama mineral.

La principal diferencia entre estos concentradores, es el proceso de impacto en una capa enriquecida de  fuerzas materiales que contribuyen a su aireación y la segregación de partículas.

Una característica distintiva de los cencentradores de ITOMAK es la disposición  del eje de cono de rotación en el plano (o inclinada) horizontal.

Esta disposición del eje de rotación  simplificará  significativamente el diseño, para facilitar la descarga de concentrado, aumentar la fiabilidad de funcionamiento y mejora de las condiciones de funcionamiento de los principales conjuntos de concentrador.

Para ver los fundamentos teóricos del concentradores  de enriquecimiento centrífugo, paramos en el estudio de los dispositivos con la capa «fluidizado».

Cuando el enriquecimiento centrífuga en estos dispositivos partículas en el material que se procesa, la fuerza siguiente (Figura 1):

Ffc = ρтω2Vтr;

Fc = ρω2Vтr;

Fgd = ψρd2vт2;

G’= ρVтg;

G = ρтVтg,

Donde   Ffc – fuerza centrífuga

ρt – densidad de sólidos

ω – velocidad de rotación angular del flujo de fluido

Vt – volumen de la partícula

r – radio de rotación

Fc la fuerza centrípeta

ρ – densidad del líquido

Fgd – hidrodinámico fuerza – resistencia a la fuerza que actúa sobre la partícula en el flujo

ψ – coeficiente de resistencia

d – diámetro de partícula

vt – velocidad de la partícula en relación con el fluido

– la fuerza de Arquimedes

g – aceleración de la caída libre

G – gravedad

Figura 1. El balance de fuerzas que actúan sobre una partícula en una disposición vertical del eje del rotor de rotación

 

Consideremos el equilibrio de las fuerzas que actúan sobre una partícula en un campo centrífugo. Al considerar, se tendrá en cuenta que en el caso del enriquecimiento centrífugo ρт > ρ. Dado que las acciones de un par de fuerzas Ffc  y Fc, también G y tienen la dirección opuesta, vamos a operar con fuerzas igualmente actores:

Ffcc = Ffc – Fc = ω2 Vт r ( ρт ρ );

G = G – G´ = Vт g ( ρт ρ ),

Donde Ffcc  – la resultante de las fuerzas centrífuga y centrípeta;

G – resultante de la gravedad y Arquímedes;

Además, G no tiene una influencia significativa en este proceso, ya que actúa en un plano perpendicular al plano de acción de las fuerzas principales.

La fuerza resultante F que actúa sobre una partícula individual será:

F = Ffcc – Fgd = ω2 Vт r ( ρт ρ ) – ψρd2vт2.

La condición de precipitación de partículas de fracción pesada (en las paredes de las depresiones entre copas) es el exceso de Ffcc sobre Fgd dirigido desde la pared al eje de rotación, es decir, F> 0. Cuando se acumula en las depresiones del tazón de partículas pesadas específicas, la acción de Fgd se debilita, lo que conduce a un deterioro del aflojamiento «Lecho» y detener la penetración de las partículas en la zona de deposición. El modo de funcionamiento de tales aparatos se selecciona de manera que para la fracción pesada se satisface la condición anterior, F> 0, y para la fracción ligera F <0, cuando se elimina a lo largo de la superficie interior de la cubeta.

Considere el efecto de las fuerzas sobre el ejemplo de la posición horizontal del rotor con el recipiente (Figura 2).

Teniendo en cuenta que la acción de la fuerza hidrodinámica Fgd en todos los puntos se dirige desde la pared dentro de la cubeta, es decir, el desplazamiento de la partícula desde el rebaje, la fuerza resultante F en este caso será:

F = Ffcc – Fgd+ Gsinωt ,

donde t – tiempo;

Figura 2. Balance de fuerzas que actúan sobre la partícula en posición horizontal del eje de rotación de rotor en los puntos superior e inferior

 

Es obvio que sin ωt con la frecuencia de rotación de la cubeta tomará valores de + 1 a -1, y entonces la fuerza resultante F cambiará periódicamente en el tiempo.

Así, la fuerza resultante F que actúa sobre la partícula y asegura su penetración en la zona de precipitación de la fracción pesada se complementa con la acción de la fuerza periódica debida a la fuerza de gravedad G resultante ya  Arquímedes con la velocidad del rotor con la cubeta.

En los rebajos, el material compactado está expuesto a chorros de agua alimentados a través de agujeros en el fondo de los rebajos. La fuerza del efecto de agua resultante en el material en las cavidades en un estado de acción «ebullición» cuando la acción compensa partículas Fgd y Ffcc y conduce a un estado de equilibrio inestable. Para cierta proporción de partículas (que corresponde al tamaño y la gravedad específica) de la resultante de las fuerzas centrífugas y centrípetas y fuerzas hidrodinámicas Fcc y  Fgd es 0, y G provocará partícula impacto a las vibraciones (vibración), que contribuye a un aflojamiento «cama» más. En este caso, el cambio en la dirección (vector) por fuerza periódica debido G, se convierte en esencial para la separación de partículas de diferente gravedad específica.

Cambio de la dirección de la fuerza periódica causada por G, dependiendo de las dimensiones estructurales y aparatos de rendimiento se produce con una frecuencia de 10 – 30 Hz (frecuencia de rotación del rotor con una taza). El efecto cama aflojamiento adicional expresado al máximo cuando el eje de rotor horizontal con el recipiente y se debilita con su desviación respecto a la horizontal, permaneciendo dentro del ángulo de -10 a + 45 ° cercanas al efecto en la posición horizontal. Con la expansión de estos límites, el efecto de segregación disminuye.

La aplicación en la práctica de concentradores centrífugos ITOMAK ha confirmado la alta eficiencia de su trabajo en la captura de oro fino y oro volador.

Cabe señalar que hasta la fecha se han publicado docenas de artículos en los que se intenta analizar los procesos de separación de productos auríferos en concentradores centrífugos, pero todos ellos tienen un carácter de evaluación. Trabajos prácticamente inéditos con desarrollo detallado del modelo de flujo de un medio bifásico en un rotor de un concentrador centrífugo.

Se puede suponer que los métodos modernos de mecánica del continuo y, en particular, los métodos numéricos de la mecánica de los flujos multifásicos, permiten obtener soluciones que optimicen significativamente los procesos de enriquecimiento centrífugo.