Nell'industria mineraria e di lavorazione dei minerali moderna, una delle sfide più persistenti è rappresentata dalle melme, particelle ultrafini tipicamente inferiori a 44 micron che possono compromettere seriamente i processi di recupero a valle -7 -9 . Il ciclone desliming, un idrociclone specializzato, si è affermato come una soluzione indispensabile per rimuovere queste particelle fini problematiche prima che raggiungano la flottazione, la separazione per gravità o altre fasi di arricchimento -3 . Questo articolo esplora i principi di funzionamento, le applicazioni e l'impatto trasformativo dei cicloni desliming nelle operazioni minerarie in tutto il mondo.

Che cos'è un ciclone desliming?

Un ciclone desliming è un dispositivo di classificazione che utilizza la forza centrifuga per separare le particelle in base alle dimensioni e alla densità. La sospensione viene alimentata tangenzialmente nella sezione superiore cilindrica, creando un vortice a spirale. Le particelle più grossolane e pesanti vengono spinte verso l'esterno e verso il basso lungo la parete del cono, scaricandosi attraverso il flusso inferiore (apice). Le particelle più fini e leggere, ovvero i fanghi, si muovono verso l'interno e verso l'alto con il vortice centrale, uscendo attraverso il flusso superiore -22.

A differenza degli idrocicloni convenzionali utilizzati per la classificazione dei circuiti di macinazione, i cicloni di deslimatura sono specificamente progettati per effettuare tagli estremamente fini, spesso da 30 a 44 micron, dove la vagliatura diventa antieconomica e inefficiente -7 -9 . Il loro design compatto, l'elevata capacità e la semplicità operativa li rendono la scelta preferita per le applicazioni di deslimatura nell'industria mineraria -22.

Perché la rimozione del calcare è importante

I fanghi non sono semplici rifiuti inerti; degradano attivamente le prestazioni dei processi di lavorazione dei minerali. Nei circuiti di flottazione, i fanghi possono consumare i reagenti di flottazione senza apportare valore al processo di recupero e possono aumentare il contenuto di umidità del prodotto finale -3 . Nei sistemi di separazione per gravità come quelli a spirale, i fanghi ostacolano il processo di separazione -3 . Nella preparazione del carbone, la frazione inferiore a 44 micron spesso contiene un contenuto di ceneri superiore al 30%, rendendo il suo recupero economicamente non conveniente -9.

La posta in gioco a livello economico è considerevole. Nell'impianto di minerale di ferro Vargem Grande 2 di Vale in Brasile, le perdite di fanghi ammontavano in media a circa il 18% in peso del minerale totale estratto, equivalenti a 1.9 milioni di tonnellate di ferro perse annualmente -16 – . Ciò rappresenta non solo una perdita di fatturato, ma anche un aumento dei costi di gestione degli scarti e delle responsabilità ambientali.

Principali applicazioni nel settore minerario

Arricchimento del minerale di ferro

I cicloni di deslimatura svolgono un ruolo fondamentale nella lavorazione del minerale di ferro, soprattutto quando le riserve di alto grado si esauriscono e gli operatori si rivolgono a minerali di grado inferiore -5 . I sottoprodotti di scarto a grana fine, tipicamente composti da ferro, allumina e silice, presentano notevoli difficoltà di lavorazione a causa della loro dimensione delle particelle estremamente fine e della complessa mineralogia -5.

Le recenti innovazioni hanno migliorato drasticamente le prestazioni di desliming. L'idrociclone CAVEX® 2 CVD di Weir Minerals, dotato di un ingresso a spirale laminare LIG+™ avanzato che riduce la turbolenza, ha ottenuto un aumento di 9 punti percentuali nel recupero di massa presso l'impianto VGR2 di Vale, portando il recupero al 56% -16 -18 . Il nuovo design ha anche aumentato la capacità volumetrica di circa il 30%, consentendo a cinque cicloni operativi di sostituire sette unità occupando la stessa superficie -16 -18.

Nella miniera di Khonbond della Tata Steel in India, dove il minerale limonitico produce fanghi ultrafini (≤30 μm) con buoni valori di ferro, l'ammodernamento con idrocicloni CAVEX® 2 400CVD ha permesso all'impianto di raggiungere un obiettivo di resa del ferro dell'8% che in precedenza era irraggiungibile con le apparecchiature convenzionali -5.

Lavorazione del carbone

Nella preparazione del carbone, i cicloni di deslimatura sono in genere posizionati prima dei concentratori a spirale per rimuovere il materiale ultrafine ad alto contenuto di ceneri che non può essere arricchito tramite le spirali . La tendenza del settore è quella di minimizzare il numero di unità operative, con cicloni di diametro maggiore e punti di taglio più grossolani preferiti . Tuttavia, l'attenzione si concentra sempre più sulla riduzione dei punti di taglio per minimizzare la perdita di materiale grossolano nel troppopieno.

I circuiti ciclonici a due stadi si sono dimostrati particolarmente efficaci per la deslimatura del carbone. Un ciclone primario da 500 mm effettua un taglio nominale di 150 micron, mentre un ciclone secondario da 250 mm o 150 mm raggiunge una separazione più fine di 70 micron -9 . Questo approccio sfrutta le caratteristiche intrinseche delle diverse dimensioni dei cicloni per ottenere separazioni più nette rispetto ai sistemi a stadio singolo -9.

Rame e metalli di base

I minerali di ossido di rame spesso contengono un elevato contenuto di fanghi, con minerali di rame soggetti a perdita durante l'arricchimento -4 . Prove industriali hanno dimostrato che l'aggiunta di un sistema di deslimatura a ciclone prima della flottazione può migliorare significativamente il recupero. In un impianto, i residui di flottazione di solfuro di rame trattati attraverso un circuito di deslimatura a ciclone hanno raggiunto un concentrato di ossido di rame con una gradazione complessiva del 24.63% di Cu e un recupero dell'85.55%, superando sostanzialmente la flottazione con solfidizzazione diretta da sola -4.

Fosfati e minerali industriali

Nella lavorazione del minerale di fosfato, la deslimatura è fondamentale per aumentare la selettività nella flottazione a valle -22 . Tuttavia, comporta anche il rischio di perdere minerali contenenti fosforo a causa dei fanghi. Tecniche avanzate di modellazione e simulazione vengono ora applicate per ottimizzare le geometrie dei cicloni e le condizioni operative, bilanciando i benefici della rimozione dei fanghi con le perdite di minerali preziosi -22.

Per la lavorazione dell'ilmenite a grana fine, un diagramma di flusso ciclone desliming+flottazione ha dimostrato un minore consumo di reagenti e gradi di concentrato di titanio superiori rispetto alle alternative di separazione magnetica+flottazione, raggiungendo il 47.06% di TiO₂ con un recupero del 59.03% -1.

Considerazioni sulla progettazione e migliori pratiche

I cicloni di deslimatura hanno in genere un diametro inferiore rispetto ai cicloni di classificazione, spesso da 100 mm a 250 mm, per ottenere punti di taglio più precisi . Tuttavia , quando è necessario gestire portate considerevoli, potrebbe essere richiesto un gran numero di unità . I ​​modelli moderni privilegiano la facilità di manutenzione, con coperchi superiori che consentono di rimuovere i singoli cicloni per la riparazione senza scollegare le tubazioni di alimentazione o di troppo pieno.

Le variabili operative chiave includono la pressione di alimentazione, il diametro dell'apice e il diametro del tubo di uscita del vortice . I cicloni funzionano in modo più efficiente a concentrazioni di solidi più basse, ma gli impianti che cercano di minimizzare il consumo di acqua premono per la massima concentrazione di solidi consentita, un compromesso che richiede un attento bilanciamento.

Un altro aspetto fondamentale da considerare è la durata. I cicloni per la deslimatura sono costruiti con materiali resistenti all'usura come il poliuretano per resistere alla natura abrasiva delle sospensioni minerali . I produttori offrono ora cicloni con diametri da 3 a 42 pollici e portate fino a 5,800 GPM, progettati per un utilizzo intensivo e continuo.

Conclusione

Poiché le operazioni minerarie trattano sempre più minerali di qualità inferiore e devono affrontare normative ambientali più severe, il ruolo dei cicloni di deslimatura non potrà che aumentare di importanza. Questi dispositivi, apparentemente semplici, non sono solo apparecchiature ausiliarie, ma elementi cruciali per un recupero efficiente dei minerali, con un impatto diretto sulla resa dell'impianto, sul consumo di reagenti, sulla qualità del prodotto e sulla gestione degli scarti di lavorazione.3 Grazie alle continue innovazioni nella progettazione dei cicloni e all'applicazione di strumenti di simulazione avanzati per l'ottimizzazione, i cicloni di deslimatura continuano ad evolversi come uno degli strumenti più potenti ed economicamente vantaggiosi nell'arsenale dell'ingegnere di processo minerario.

Per le attività minerarie che mirano a massimizzare il recupero e ridurre al minimo gli sprechi, investire nella giusta tecnologia dei cicloni di deslimatura e nelle pratiche operative adeguate non è un'opzione, ma una necessità.