Вплив режимних і конструктивних параметрів гідроциклона на ефективність класифікації тонких фракцій

Тетяна Олійник Євген Безсмертний
Отримано 05.08.2025, Доопрацьовано 03.12.2025, Прийнято 24.12.2025
Анотація

Метою дослідження було вивчення роботи батареї гідроциклонів ГЦ-500, яка експлуатується у циклі третьої стадії класифікації на збагачувальній фабриці гірничо-збагачувального підприємства Криворізького залізорудного басейну, з метою оцінки її ефективності та оптимізації процесу поділу частинок. Основну увагу зосереджено на аналізі впливу тиску живлення, щільності пульпи, діаметра зливного патрубка та діаметра піскової насадки на номінальну крупність розділення, ефективність класифікації та розподіл фракції -0,033 мм між пісковим і зливним продуктами. Дослідження виконано з використанням фактичних виробничих даних і теоретичного моделювання процесу класифікації. Методика дослідження базувалась на розрахунку масового балансу, визначенні ефективності класифікації за параметром Хенкока та застосуванні теоретичної моделі Бредлі для оцінки номінальної крупності розділення і побудови кривої розподілу частинок за крупністю. Встановлено, що фактична ефективність класифікації фракції -0,033 мм становить 39,27  %, а результати теоретичного моделювання узгоджуються з промисловими даними з абсолютною похибкою менш як 2 %, що підтверджує коректність застосованого підходу для інженерних розрахунків. Показано, що підвищення тиску та щільності живлення призводить до зростання номінальної крупності розділення та зниження ефективності класифікації внаслідок зміни гідродинамічного режиму роботи гідроциклона. Водночас збільшення діаметра зливного патрубка сприяє зменшенню граничної крупності розділення та підвищенню ефективності процесу, однак супроводжується зростанням вмісту тонкої фракції у пісковому продукті. Зміна діаметра піскової насадки істотно впливає на розподіл тонких частинок і селективність процесу класифікації. На підставі отриманих результатів обґрунтовано раціональні параметри роботи гідроциклонів, які забезпечують компроміс між ефективністю класифікації та якістю продуктів і можуть бути використані для оптимізації режимів роботи гідроциклонних батарей на збагачувальних фабриках

Ключові слова:
номінальна крупність розділення; ефективність класифікації; щільність пульпи; зливний патрубок; піскова насадка

Взято з Том 59, № 2, 2025

Сторінки 56–70

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Bradley, D. (1965). The hydrocyclone. Oxford: Pergamon Press.
  2. Costa, B.S., Bergerman, M.G., & Delboni Júnior, H. (2024). Comparing the performance of hydrocyclones and high-frequency screens in an industrial grinding circuit: Part I – size separation assessments. Minerals, 14(7), article number 707. doi: 10.3390/min14070707.
  3. Hou, D., Cui, B., Zhao, Q., Wei, D., Song, Z., & Feng, Y. (2021). Research on the structure of the cylindrical hydrocyclone spigot to mitigate the misplacement of particles. Powder Technology, 387, 61-71. doi: 10.1016/j. powtec.2021.04.013.
  4. Jankovic, A. (2022). Comminution and classification technologies of iron ore. In L. Lu (Ed.), Iron ore: Mineralogy, processing and environmental sustainability (pp. 269-308). Cambridge: Woodhead Publishing. doi: 10.1016/ B978-0-12-824055-7.00021-0.
  5. Li, J., Kuang, S., & Yu, A. (2019). Numerical investigation of hydrocyclone feed inlet configurations for mitigating particle misplacement. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(36), 16823-16833. doi: 10.1021/acs. iecr.9b01203.
  6. Lima, J.L., Roberto, J.B., Leite, I.A., de Sá, D.V., Antunes, T.P.M., Matos, V.F., & Oliveira, G.S. (2023). Increased mass recovery from desliming at Vargem Grande 2 using the new model Cavex 2 (CVD) hydrocyclone. In Anais do 22º simpósio de mineração (pp. 142-151). São Paulo: Editora Blucher. doi: 10.5151/2594-357X-39698.
  7. Liu, P., Wang, X., Jiang, L., Zhang, Y., Yang, X., Li, X., & Wang, H. (2023a). Effect of spiral vanes width on the separation performance of a hydrocyclone. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 59(6), article number 173563. doi: 10.37190/ppmp/173563.
  8. Liu, P., Wang, X., Jiang, L., Zhang, Y., Yang, X., Li, X., & Wang, H. (2023b). Flow field characteristics and separation performance of prismatic hydrocyclone. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 61(2), article number 203011. doi: 10.37190/ppmp/203011.
  9. Mahat, M.M., Husain, H., & Mohamad, N.S. (2023). Separation efficiency analysis of multiphase flow inside hydrocyclone using CFD. Journal of Applied Engineering Design and Simulation, 3(1), 51-65. doi: 10.24191/jaeds. v3i1.62.
  10. Narasimha, M., Brennan, M., & Holtham, P.N. (2006). Large eddy simulation of hydrocyclone – prediction of air-core diameter and shape. International Journal of Mineral Processing, 80(1), 1-14. doi: 10.1016/j. minpro.2006.01.003.
  11. Padhi, M., Mangadoddy, N., Sreenivas, T., Vakamalla, T.R., & Mainza, A.N. (2019). Study on multi-component particle behaviour in a hydrocyclone classifier using experimental and computational fluid dynamics techniques. Separation and Purification Technology, 229, article number 115698. doi: 10.1016/j.seppur.2019.115698.
  12. Palaniandy, S.K., Yahyaei, M., & Powell, M. (2017). Assessment of hydrocyclone operation in gravity induced stirred mill circuits. Minerals Engineering, 108, 83-92. doi: 10.1016/j.mineng.2017.01.002.
  13. Plitt, L.R. (1976). A mathematical model of the hydrocyclone classifier. Montreal: Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum.
  14. Rao, T.C., Nageswararao, K., & Lynch, A.J. (1976). Influence of feed inlet diameter on the hydrocyclone behaviour. International Journal of Mineral Processing, 3(4), 357-363. doi: 10.1016/0301-7516(76)90023-5.
  15. Su, T., & Zhang, Y. (2022). Effect of the vortex finder and feed parameters on the short-circuit flow and separation performance of a hydrocyclone. Processes, 10(4), article number 771. doi: 10.3390/pr10040771.
  16. Svarovsky, L. (1984). Hydrocyclones. London: Holt, Rinehart & Winston.
  17. Uysal, M.T., Enisoglu, F., & Kara, Y. (2024). Investigation of hydrocyclone modernization in Küre copper ore regrinding circuit and its effect on grinding performance. In Proceedings of the 10th world congress on mechanical, chemical, and material engineering (MCM’24) (article number MMME 109). Barcelona: International ASET Inc. doi: 10.11159/mmme24.109.
  18. Zhang, C., & Lu, S. (2023). CFD study on the influences of size distribution and density of magnetite ore particles on hydrocyclone classification process. Powder Technology, 427, article number 118711. doi: 10.1016/j. powtec.2023.118711.
  19. Zhao, Q., Cui, B., Ji, A., Song, T., & Shen, Y. (2024). Experimental and numerical study of the effect of particle size distribution on hydrocyclone classification. Advanced Powder Technology, 35, article number 104398. doi: 10.1016/j.apt.2024.104398.
  20. Zhou, W., Wang, S., Cai, C., Liu, L., & Zhu, J. (2022). Experimental research and practice of mineral separation from flotation tailings based on self-spinning hydrocyclones. Processes, 10(8), article number 1478. doi: 10.3390/ pr10081478.
Oliіnyk, T., & Bezsmertnyi, Ye. (2025). The influence of operating and design parameters of a hydrocyclone on the efficiency of fine fraction classification. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 59(2), 56-70. https://doi.org/10.31721/2306-5435-2025-2-56-70
uk