MOLIENDA:CICLONES

Los ciclones se usan para clasificar, o separar, material sobre la base del tamaño. Se usan en un concentrador para clasificar partículas minerales finas contenidas en una pulpa. Los ciclones consisten en una sección cilíndrica y una sección cónica. Generalmente están orientados de modo que el extremo cónico esté debajo del extremo cilíndrico. La pulpa ingresa tangencialmente, por el costado, a través de una tubería de alimentación en la sección cilíndrica.

Fig.1 Partes de un ciclón

Luego, la pulpa desciende, forzada por la nueva alimentación que viene detrás. El ingreso tangencial fuerza la pulpa a un movimiento en espiral, el cual crea fuerzas centrífugas que hacen que las partículas sólidas se muevan hacia la pared exterior. Este movimiento desplaza líquido, el cual es forzado hacia el centro del ciclón, llevando con él las partículas sólidas finas. A medida que la pulpa continúa descendiendo hacia el ápice (el punto de descarga inferior) del ciclón, el ahusamiento del cono restringe el flujo. Las partículas más gruesas y pesadas en suspensión en el exterior del ciclón continúan acelerando y salen a través del ápice. Gran parte del líquido y partículas finas son ahora forzadas hacia adentro y hacia arriba. Esta fracción de la pulpa sale en un vórtice a través de la salida de rebalse en la parte superior. Un localizador de vórtice (una tubería que sobresale dentro de la sección cilíndrica del ciclón) sirve para proteger el vórtice contra la perturbación de la nueva alimentación que ingresa y guiar la corriente clasificada hacia afuera por la parte superior del ciclón. El material más fino y gran parte del líquido que salen por la parte superior se denomina rebose, y el material más grueso que emerge a través del ápice se denomina descarga.

Siempre debe haber una columna central de aire para mantener el vórtice. Si el ciclón se llenase completamente con pulpa, la acción en espiral cesará y el ciclón ya no clasificará apropiadamente. Se pierde aire en el rebose, pero la columna de aire es reemplazada continuamente con aire arrastrado hacia arriba dentro del ciclón desde el ápice. 

El ciclón requiere altas velocidades de pulpa para generar las fuerzas internas necesarias para un funcionamiento apropiado. Las altas velocidades resultan en una alta resistencia al flujo y requieren de una alimentación presurizada. Hay dos variables que el operador puede controlar y que determinan principalmente el tamaño de las partículas finas que fluyen a través del rebalse y el tamaño de las partículas que fluyen por el ápice. Estas variables son:

-La densidad, o porcentaje de sólidos, de la pulpa alimentada al ciclón.

-La diferencia de presión medida entre la pulpa que alimenta al ciclón y la pulpa que sale con la descarga. 

A medida que la densidad de la alimentación disminuye (menor porcentaje de sólidos) y/o la diferencia de presión aumenta (aumentando la presión de alimentación), el tamaño promedio de las partículas en la descarga del ciclón tiende a ser más fina. El tamaño que separa aproximadamente la partícula de sobretamaño promedio de la partícula de bajotamaño promedio se denomina tamaño de corte. El tamaño real de las partículas en la descarga varía alrededor de un promedio, o media. Sin embargo, la práctica normal consiste en especificar el tamaño de tamiz a través del cual el 80 por ciento de las partículas pasarán, abreviado P₈₀.

Durante la operación de un ciclón, mientras los sólidos descargan del ápice, la fuerza centrífuga que actúa sobre ellos tiende a hacer que estos giren hacia afuera. Por ello, la forma de los sólidos descendentes se abocina a medida que descargan del ápice.

Fig.2 Características de descarga del ciclón 

Vea el diagrama arriba. A medida que disminuye la cantidad de pulpa bombeada dentro del ciclón, disminuyen las fuerzas descendentes sobre la pulpa y aumenta el ángulo de abocinamiento. Esto se denomina rociado y ocurre si la densidad es ligera. Resulta en un rebose fino. A medida que aumenta el volumen de pulpa, disminuye el ángulo de abocinamiento. Un bajo ángulo de abocinamiento indica una baja eficiencia del ciclón porque las fuerzas de separación (centrífugas) son relativamente bajas. El caso extremo ocurre cuando el ciclón está groseramente sobrecargado y la pulpa desciende verticalmente desde el ápice del ciclón. Esta situación se denomina acordonamiento ya que la descarga se tuerce en un espiral—como una cuerda de múltiples hebras. El acordonamiento indica que ya no existe vórtice; la columna central de aire no está presente. En este caso, el ciclón ya no está clasificando apropiadamente la alimentación. Cuando el ciclón está operando según fue diseñado, el ángulo de descarga refleja aproximadamente al ángulo de ahusamiento del ciclón. 

Los ciclones generalmente están dispuestos en baterías para ahorrar espacio y asegurar una distribución pareja de la alimentación a cada ciclón. La pulpa de la bomba de alimentación de ciclones ingresa al fondo de un distribuidor de alimentación cilíndrico, alrededor del cual las tuberías de alimentación de ciclones están dispuestas simétricamente. Las válvulas de alimentación que conducen a cada ciclón pueden operarse o cerrarse independientemente. La descarga de cada ciclón va hacia una canaleta circular instalada alrededor de la tubería de alimentación. Otra canaleta circular recolecta el rebose.  

Una animación simple (haga clic sobre el icono Animación del ciclón) ilustra la operación de un ciclón típico

Fig.3 Batería de ciclones