طبقهبندی(Classification)
طبقهبندی روشی است كه مخلوط كانیها را به دو يا چند محصول، بر پايه سرعت سقوط دانهها در يـك سيال تقسيم میكند.
چون بازدهی سرندها برای ذرات ريز مناسب نيست، در صنعت كانهآرايی از طبقـهبنـدی كـردن مـواد درآب استفاده میشود.
چون سرعت ذرات در يك سيال نه تنها به اندازه آنها بلكه به وزن مخصوص و شـكل آنهـا بسـتگي دارد، اصول طبقهبندی در پرعياركنندههای ثقلي نيز اهميت دارد.
طبقهبندی كنندهها(Classifiers)
كلاسيفايرها اساساً از ستون جداكنندهای كه در آن يك سيال با يـك نـرخ ثابـت بـالا مـیآيـد، تشـكيل شدهاند.
انواع كلاسيفايرها :
كلاسيفايرها بر اساس نوع جريان به دو دسته كلي تقسيم میشوند:
- كلاسيفايرهای با جريان افقی، مانند كلاسيفايرهای مكانيكی كه مكانيزم غالب در آنها تهنشينی آزاد بوده و تأثير اندازه ذرات بارز است.
- كلاسيفايرهای با جريان عمودی، مانند كلاسيفايرهای هيدروليكی كه مكانيزم آنها تهنشينی با مـانع بوده و دانسيته در جدايش تأثير زيادی دارد.
طبقهبندی كنندههای مارپيچی(Spiral Classifiers)
ذرات با سرعت تهنشينی كم در مايع، به سرريز منتقل میشوند.
ذرات با سرعت تهنشينی زياد در ته ظرف رسوب میكنند و در جهت خلاف جريـان آب توسـط مـارپيچ بالا كشيده میشوند.
حركت مارپيچ باعث آزاد شدن نرمه شده و از ورود آنها به خروجی بالا (ذرات درشت) جلوگيری میكند.
هيدروسيكلون(The Hydrocyclone)
در هيدروسيكلون از نيروي گريز از مركز برای شتاب دادن به سرعت تهنشينی ذرات استفاده میشود.
هيدروسيكلون مهمترين وسيله برای طبقـهبنـدی ذرات در ابعـاد ريـز در صـنعت كانـهآرايـی مـیباشـد.
ذرات با سرعت تهنشينی زياد به سمت ديواره حركت میكنند و از دهانه ته ريز بيرون ميروند.
به دليل عمل نيروی مقاومت سيال، ذرات با سرعت تهنشينی كم به سـمت منطقـه كـم فشـار در امتـداد محور حركت میكنند و به طرف بالا از طريق ديافراگم به سر ريز حمل میشوند.
بر هر ذره دو نيرو وارد میشود: نيروی گريز از مركز در جهت خارج و نيـروی مقاومـت سـيال در جهـت داخل.
ذرات روی منطقه با سرعت عمودی صفر (Envelope of zero vertical velocity)، دارای احتمـال مسـاوی برای انتقال به سرريز و يا خروج از ته ريز میباشند.
داخل سيكلون از نظر توزيع ابعاد ذرات ممكن است به چهار ناحيه تقسيم شود.
خوراك طبقه بندی نشده در ناحيه باريكی حوالی ناحيه A وارد شده و به ديواره و سقف سيكلون برخورد میكند. ناحيه B قسمت خيلی بزرگی از مخروط سيكلون را اشـغال مـیكنـد و حـاوی تمـامي ذرات درشـت طبقهبندی شده میباشد، برای درك بهتر، توزيع دانهبندی آن شبيه محصول دانه درشـت تـهريـز مـیباشـد.
مشابهاً، تمام ذرات ريز دانهبندی شده در ناحيه C تجمع پيدا میكنند، ناحيه بـاريكی كـه از پيرامـون دهانـه سرريز (Vortex) شروع شده و نهايتاً در راستای محور سيكلون به طرف پايين كشيده میشود. تنها در ناحيـهD عمل طبقه بندی انجام میشود. در عرض اين ناحيه توزيع دانهبندی شعاعی میباشـد، همـانطور كـه ابعـادذرات كاهش پيدا میكند فاصله شعاعی از محور كم میشود.
كارآيی سيكلون(Cyclone Efficiency)
متداولترين روش نمايش بازدهی جدايش سيكلون توسط منحنی جدايش میباشد.
حد جدايش، (Cut point) ، يك سيكلون معمولاً بصورت نقطهای روی منحنی جدايش كه در آن 50% ذرات به ته ريز منتقل میشود، مشخص میگردد.
هرچه شيب قسمت ميانی منحنی جدايش بيشتر باشد، كارآيی بالاتر است.
شيب منحنی با مشخص كردن نقاطی كه در آنها 75% و 25% ذرات خوراك به تهريـز منتقـل مـیشـود.
در سيكلون ايده آل، ضريب نقص برابر با صفر است.
در آبي كه به ته ريز منتقل میشود، ذراتی نيز بطور غير انتخابي خارج ميشود كه معمـولاً مقـدار آن بـه نسبت آب منتقل شده خوراك به ته ريز فرض میشود.
عوامل مؤثر در كارآيی سيكلون
برای رسيدن به حد جدايش مطلوب پارامترهايي مانند ورودی خوراك، انـدازه ديـافراگم، دهانـه تـه ريـز،فشار پالپ و نسبت رقت بايستی تنظيم شوند.
يكی از پارامترهای مهم سيكلون، افت فشار در آن (بين دهانه ورودي و خروجي سرريز) ميباشد. توصـيه میشود كه هيدروسيكلون به نحوی تنظيم شود كه فشار سرريز آن نزديك فشار جو باشد. در اينصـورت افـت فشار، معادل افت فشار پالپ در دهانه ورودی است.
افزايش در دبی خوراك يا فشار، نيروی گريز از مركز را افزايش میدهد و در نتيجه ذرات ريز بـه تـه ريـز منتقل ميشوند. به عبارت ديگر، d50(c) كاهش میيابد.
با افزايش درصد جامد پالپ، تهنشين شدن با مانع و مقاومت در برابر حركت چرخشی بيشتر مـیشـود ودرنتيجه ذرات درشت به سرريز راه پيدا میكنند.
برای جدايش در اندازههای ريز بايستی درصد جامد كم (كمتر از 30%) و فشار زياد باشد.
اساسیترين پارامتر هيدروسيكلون قطر آن است و با افزايش آن حد جدايش افزايش میيابد.
با افزايش قطر دهانه سرريز، حد جدايش افزايش میيابد. قطر دهانه سرريز تقريباً 45/0-25/0 برابر قطر دهانه ورودی سيكلون است.
بازدهی جدايش هيدروسيكلونها از كلاسيفايرهای مكانيكی بيشتر است.
حد جدايش سيكلون هوايی 50-5 میلیمتر است. ظرفيت اين نوع سـيكلونهـا زيـاد ولـی بـازدهی آنهـا كـم میباشد.
مناطق خروجی سيكلون بصورت زير تعريف میشوند:
- منطقه a: اگر عمليات بطور صحيح صورت گيرد، بوجـود خواهـد آمـد. مخـروط تشـكيل شـده بـا زاويـه °30-20 خواهد بود.
- منطقه b: دهانه ته ريز كوچك باعث ايجاد طناب شدگي شده و غلظت پالپ خيلي زياد مـیشـود. از بـين رفتن مغزه هوا باعث منتقل شدن ذرات درشت به سرريز میشود.
- منطقه c: دهانه ته ريز بزرگ باعث رقيق شدن بيش از حد ته ريز میشود، در نتيجه مواد طبقهبندی نشده به همراه آب به ته ريز منتقل میشوند.
تأثير اندازه دهانه تهريز روی محصول تهريز
براي بالا بردن ظرفيت از چند سيكلون بطور موازی استفاده میشود. در اين سري سيكلونها، زاويـه قـرار آنها عمودی نيست. اين كار به دو دليل انجام میشود: بالا بردن كـارآيی و هـدايت آسـانتر مـواد تـه ريـز بـه خروجی نهايی.