Принцип сепарации тяжелых и средних гидроциклонов: анализ процессов образования газовой колонны и высокоэффективной сепарации по плотности 

Гидроциклон с тяжелой средой — это устройство для обогащения угля, которое отличается простой конструкцией, отсутствием движущихся частей и высокой эффективностью сепарации. Из-за отсутствия движущихся компонентов процесс сепарации полностью зависит от гибкого сочетания собственных конструктивных параметров и внешних рабочих параметров для достижения оптимальной точности сепарации — это ключевая отличительная особенность метода обогащения угля на основе гидроциклона по сравнению с другими подходами.

Во время сепарации в гидроциклоне с тяжелой средой материал и суспензия вводятся тангенциально под определенным давлением, создавая сильный вихрь. Поток жидкости начинается на входе, образуя нисходящую внешнюю спираль вдоль внутренней стенки гидроциклона, в то время как восходящая внутренняя спираль развивается вблизи оси оборудования. Воздух втягивается отрицательным давлением, создаваемым внутренним спиральным потоком, образуя воздушную колонну вдоль оси гидроциклона. Чистый уголь в подаваемом материале движется вверх вместе с внутренним спиральным потоком и выгружается через переливной выход, в то время как пустая порода движется вниз вместе с внешним спиральным потоком и выгружается через нижний выход.

Механизм образования воздушной колонны следующий: поскольку нижний и верхний трубопроводы непосредственно выходят в атмосферу, двухфазный поток, поступающий в гидроциклон, создает интенсивные спиральные вихри. Когда тангенциальная скорость достигает критического уровня, на каждом выпуске возникает сопротивление, создавая внутреннее вращающееся поле потока и генерируя осевое отрицательное давление. Воздух, поступающий в гидроциклон через переливную и нижнюю трубы, постепенно образует непрерывную воздушную колонну под совместным воздействием осевого отрицательного давления и конвекции жидкости.

Когда плотность частиц превышает плотность суспензии, результирующая сила, действующая на частицы в радиусе от суспензии, становится положительной, проталкивая их во внешний вихревой поток; наоборот, частицы направляются во внутренний вихревой поток. Таким образом, частицы, плотность которых превышает плотность среды, отделяются от менее плотных. В гидроциклоне центробежные силы превышают силы тяжести в несколько раз, что значительно ускоряет скорость сепарации и повышает эффективность сепарации.