Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 4 (спецвып.12)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 4
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 12

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ
ПРОЦЕССА
ГИДРОЦИКЛОНИРОВАНИЯ
ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ
ПУЛЬПЫ

А.В. Першина
А.О. Ромашев

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

П 26 

622.7-9 
П 26 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
 
 
 
Першина А.В., Ромашев А.О. 

Интенсификация процесса гидроциклонирования железоруд
ной пульпы. Отдельные статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 4
(специальный выпуск 12). — 16 с. — М.: Издательство «Горная 
книга» 
ISSN 0236-1493 
Представлены результаты исследования по влиянию изменения 
свойств исходного питания на параметры разделения в гидроциклоне. В 
ходе анализа экспериментальных данных установлено, что крупность
граничного зерна d50 пропорциональна показателю вязкости пульпы в
степени 0,44. Было установлено, что большее содержание твердого приводит к уменьшению скоростей радиального движения твердых частиц, 
таким образом, законы свободного центробежного осаждения меняются 
на законы стесненного осаждения. Вблизи песковой насадки образуется 
более высокая и плотная постель из крупных зерен твердой фазы. Вследствие этого крупные зерна попадают в слив, и крупность граничного зерна d50 увеличивается. 

УДК 622.7-9

©  А.В. Першина, А.О. Ромашев, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

УДК 622.7-9 
 А.В. Першина, А.О. Ромашев, 2015 

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ  
ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ПУЛЬПЫ  
И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ  
ГИДРОЦИКЛОНА НА ПОКАЗАТЕЛИ  
РАБОТЫ ОПЕРАЦИИ  
ГИДРОЦИКЛОНИРОВАНИЯ 

Представлены результаты исследования по влиянию изменения свойств исходного питания на параметры разделения в гидроциклоне. В ходе анализа экспериментальных данных установлено, что крупность граничного зерна d50 пропорциональна показателю вязкости пульпы в степени 0,44. Было установлено, что 
большее содержание твердого приводит к уменьшению скоростей радиального 
движения твердых частиц, таким образом, законы свободного центробежного 
осаждения меняются на законы стесненного осаждения. Вблизи песковой насадки образуется более высокая и плотная постель из крупных зерен твердой фазы. 
В следствие этого крупные зерна попадают в слив, и крупность граничного зерна 
d50 увеличивается. На основании полученных кривых эффективности процесса 
гидроклассификации, сделан вывод об увеличении крупности граничного зерна d50 
при уменьшении диаметра песковой насадки, при этом данные изменения мало 
сказываются на производительности гидроциклона. 
Ключевые слова: гидроциклон, гидроклассификация, граничное зерно, песковая 
насадка, вязкость, железная руда, кривые эффективности. 
 
По мере совершенствования технологии обогащения и повышения комплексности использования сырья применение гидроциклонов как классифицирующих аппаратов значительно расширяется [1]. 
Как показывает практика его использования, аппарат достаточно 
чувствителен к изменениям режима работы мельницы, что в свою 
очередь существенно сказывается на показателях работы не только 
самого классификатора, но и всего рудоподготовительного цикла. 
Учитывая высокую стоимость процесса измельчения стабилизация 
работы сопряженного классифицирующего оборудования является 
одной из приоритетных задач на производстве. 
Зачастую случаи снижения эффективности разделения в гидроциклонах возникают за счет изменения физических свойств пульпы 
(плотность, вязкость, температура и др.), вызванных сезонными изменениями рабочих условий, а также колебаниями технологических параметров. Таким образом, задача минимизации влияния отклонения 
технологических условий от оптимальных в процессе гидроциклони

рования требует проведения соответствующих исследований для повышения надежности эксплуатации гидроциклонов в производственных циклах обогатительных фабрик. В случае гидроциклонирования 
за критерий оптимизации целесообразно использовать параметр — 
граничное зерна d50, являющиеся комплексным показателем характеризующий работу и эффективность работы аппарата в целом. 
Разработано большое количество математических моделей, позволяющих оценить зависимость влияния крупности граничного 
зерна от условий работы гидроциклона и его геометрии [4]. Основной базовой моделью является уравнение Линча [5] и Рао (1), которое было получено в результате сложения индивидуальных (количественных) зависимостей каждой переменной с d50. Опыты показали, 
что d50 является функцией крупности частиц и геометрии циклона. 








50
0
1
logd
4,18
5,43
3,04

0,0319
3,6
0,0042 %
420












U

М S F
V
F

D
D
D

C
Q
 



0,0004 % 53 .


 
(1) 

где CMS(F) – % твёрдого по массе в питании; QV(F) – объёмный расход 
питания, м3/с; С+420- % + 420 мкм в питании; С-53 – % –53 мкм в питании; DO, DI, DU – диаметры входного, сливного и пескового отверстий, м; d50 – граничное зерно в мкм. 
Используя чистые кремниевые суспензии Плитт 3, а позднее 
Артербёрн 2, разработали модифицированные модели, связанные с 
технологическими переменными и крупностью разделения. Эта модель была выведена эмпирически на гидроциклонах лабораторного 
масштаба и известна как модель Плитта (2): 




0,46
0,6
1,21
1
(
)
50
0,71
0,38
0,45
0,5
(
)

exp 0,063

(
)

  

C
I
O
V S F

U
VF
V F
S
L

k D
D
D
C
d
D
L
Q
, 
 (2) 

где LVF – свободная высота сливной трубы (расстояние от конца 
сливной трубы до пескового отверстия), м; DC – диаметр цилиндра, 
м; DO, DI, DU – диаметры сливного, входного и пескового отверстий, 
м; QV(F) – объёмный расход питания, м3/с; CVS(F)- % твёрдого по объёму в питании; d50 – крупность разделения, мкм; S, L- плотность 
твёрдой и жидкой фаз соответственно, кг/м3; k1 — коэффициент, зависящий от геометрических параметров гидроциклона. 
Приведенные модели получили широкое распространение при 
проектировании циклов измельчения [6]. Между тем в них отсутст

вуют показатели, характеризующие вязкость пульпы. Игнорирование данного физического свойства может в значительной мере понизить точность рассчитанного значения. 
С целью выявления зависимостей характеризующих показатели 
работы гидроциклона от физических свойств пульпы был проведен 
ряд экспериментов в на опытной установке AKW-Laborant ZLF 50ch 
производства AKW Apparate + Verfahren GmbH (Германия), на кафедре «Обогащение полезных ископаемых» Национального минерально-сырьевого университета «Горный». Внешний вид установки 
представлен рис. 1. 
Экспериментальная установка состоит из полиуретанового гидроциклона типа AKW A+V поз.1, резервуара для загрузки исходного 
питания поз. 2, которое с помощью центробежного насоса тангенциально подается в гидроциклон (имеется возможность установки гидроциклонов диаметром 80, 55 и 35 мм с вариациями диаметра песковой насадки), при этом по ходу движения пульпы к входному отверстию гидроциклона в специально установленном контролирующем 
устройстве (поз. 3) измеряется ее плотность, температура, а также 
объемный расход. Давление на входе в гидроциклон измеряется манометром поз. 4, установленном на питающем патрубке. 
Для проведения экспериментальных исследований была подготовлена смесь, состоящая из 65% магнетита и 
35% кварца, крупностью -1+0 мм и плотностью 3810 кг/м3, которая смешивалась с водой в необходимом соотношении на основании требуемого процента твердого в питании. Общий объем питания составлял 40 л. 
В ходе проведения эксперимента отобранные пробы, после предварительной обработки, анализировались при помощи лазерного дифракционного анализатора крупности Malvern Mastersizer 2000 HydroS. В 
ходе анализа данных кривых эффективности 
сделан вывод об увеличении крупности граничного зерна d50 при уменьшении диаметра песковой насадки, при этом данные изменения мало сказываются на удельной 
производительности гидроциклона. Гидроциклоны меньшего диаметра позволяют получить более мелкий слив, а при уменьше
1 

2 

3

4 

 
Рис. 1. Гидроциклонная установка AKW-Laborant 

нии диаметра песковой насадки наблюдалось увеличение выхода слива и, соответственно, уменьшение выхода 
пескового продукта. Так же 
ранее было установлено (4), 
что максимальное извлечение крупных твердых частиц 
в гидроциклоне зависит от 
формы разгрузки пескового 
продукта. Максимальное извлечение твердого и высокое 
содержание крупных твердых частиц в песках обеспечивается при 
работе в критической переходной точке от разгрузки пескового продукта в виде каната к разгрузке в виде открытого зонта (рис. 2). Когда разгрузка пескового продукта принимает форму каната (рис. 2, а), 
крупные твердые частицы накапливаются в конусе гидроциклона и 
вынуждены уходить в слив. По сравнению с разгрузкой в виде каната, разгрузка пескового продукта в виде открытого зонта (рис. 2, в) 
обеспечивает формирование воздушного ядра внутри конуса гидроциклона, из-за действия центробежных сил воздух проникает к песковой насадке, тем самым, обеспечивая обильное попадание мелочи 
в песковый продукт и снижая содержание твердого в песках гидроциклона. 
Работа в оптимальном режиме по критерию формы разгрузки 
пескового продукта наблюдалась на гидроциклоне диаметром 80 
мм в комбинации с 6 мм песковой насадкой. Стоит отметить, что 
именно при использовании данного гидроциклона для классификации пульпы была достигнута максимальная эффективность 
разделения (48% по классу –50 мкм). 
Исследование влияния плотности пульпы в питании гидроциклона на эффективность классификации проводилось при содержании твердого 10–40% с шагом 5%. С увеличением содержания твердого в питании, соответственно, увеличивается и плотность пульпы. 
В ходе исследований было установлено, что большее содержание 
твердого приводит к уменьшению скоростей радиального движения 
твердых частиц, таким образом, законы свободного центробежного 
осаждения меняются на законы стесненного осаждения. Вблизи песковой насадки образуется более высокая и плотная постель из крупных зерен твердой фазы [4]. Вследствие этого крупные зерна попа
а 
б 
в 

Рис. 2. Режимы разгрузки продукта: а — 
канатом; б — переходный в) зонтом 

дают в слив, и крупность граничного зерна d50 увеличивается. Также отмечалось незначительное увеличение производительности гидроциклона при увеличении плотности пульпы, не смотря на постоянное давление на входе в гидроциклон, при этом эффективность 
классификации понижалась. 
С целью оценить влияние повышения вязкости, не связанного с 
увеличением содержания твердого в питании, была проведена серия 
опытов с модификатором вязкости среды. Концентрация модификатора варьировалась от 0 до 50% по массе пульпы. Опыты проведены 
при постоянном содержании твердого в питании 10 % и температуре 
с небольшим диапазоном варьирования: 20–23 С. В ходе проведения 
эксперимента оценивалось влияние вязкости пульпы на крупность 
граничного зерна d50. 
Полученные данные (рис. 3) доказывают сильную взаимосвязь 
(по шкале Чеддока) между d50 и значением вязкости. Регрессионный анализ результатов позволил установить наличие степенной зависимости, стоит отметить, что зависимость такого вида полностью 
соответствует физической сущности протекающих процессов. 
Полученная в ходе экспериментальных исследований зависимость крупности граничного зерна от вязкости пульпы в последствие была введена в описанную выше модель Плитта (2). Таким образом, получена модифицированная модель Плитта (3), учитывающая 
влияние вязкости пульпы на крупность граничного зерна: 




0,46
0,6
1,21
0,44
2
(
)
50
0,71
0,38
0,45
0,5
(
)

exp 0,063

(
)



  

C
I
O
V S F

U
VF
V F
S
L

k D
D
D
C
d
D
L
Q
, 
(3) 

где k2 – коэффициент, зависящий от реологических свойств пульпы и 
геометрических параметров гидроциклона;  — вязкость пульпы, мПа·с. 
 

 
Рис. 3. Зависимость крупности граничного зерна d50 от вязкости пульпы 

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований получены зависимости, описывающие влияние физических свойств 
пульпы и геометрических параметров гидроциклона на показатели 
его работы как классификатора. Эксперементально определен коэффициент, вносящий поправку на вязкость в модель Плитта, позволяющий повысить точность расчета. Полученные результаты являются отличной предпосылкой для создания системы стабилизации 
операции гидроциклонирования при изменении свойств подаваемого 
исходного питания и создания высокэффективных систем автоматического регулирования. 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Чантурия В.А., Вайсберг Л.А., Козлов А.П. Приоритетные направления 
исследований в области переработки минерального сырья // Обогащение руд. 
2014. № 2 (350). С. 3-9. 
2. Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 
1976. -109 c 
3. Kawatra S.K. Rheological Effects in GrindingCircuits / S.K.Kawatra, 
T.C.Eisele // International Journal of Mineral Processing. – 1988 –Vol. 22. – P. 251-259. 
4. Львов В.В. Исследование влияния вязкости пульпы на показатели разделения в гидроциклонах // 6 международная научная школа молодых ученых и 
специалистов ИПКОН РАН. – 2009. – С. 273-276. 
5. Линч А.Дж. Циклы дробления и измельчения. – М.: Недра, 1984. – 343 с 
6. Фадина А.В., Андреев Е.Е., Львов В.В. Причины и значение изгибов в 
кривых эффективности гидроциклона // Записки Горного института. Современные направления развития в химии, металлургии, обогащении, автоматизации и 
управлении. т.202, с. 131. 
 

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ 

Першина А.В. – аспирант, fadina2101@rambler.ru, 
Ромашев А.О. — кандидат технических наук, ассистент, romashevao@yandex.ru, 
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». 
 
 

UDC 622.7-9 
 
EFFECT OF FEED PROPERTIES AND HYDROCYCLONE GEOMETRY ON 
CLASSIFICATION PERFORMANCE 
 
Pershina A.V., post graduate student of Mineral Processing Department National 
Mineral Resources University «Mining», Russia, 
Romashev A.O., assistant of Mineral Processing Department National Mineral Resources University «Mining», St. Petersburg, Russia. 
 

The study results of feed properties changes on classification in hydrocyclones are presented. As 
slurry viscosity increases, the settling rate of particle decreases, causing the d50 size to become 
coarser. From these data it was observed that d50 was proportional to the 0,44th power of the slurry 
viscosity. It is established that high solid content in the feed of classifier makes course particles going 
to overflow and according to this the cutsize is increasing. Analysis of hydrocyclone efficiency curves 
showed that increasing of apex diameter decreases d50, so fine overflow can be processed. 
Key words: hydrocyclone, classification in hydrocyclones, cut size, apex diameter, viscosity, 
iron ore, efficiency curve. 

REFERENCES 
1. Chanturija V.A., Vajsberg L.A., Kozlov A.P. Prioritetnye napravlenija issledovanij v oblasti 
pererabotki mineral'nogo syr'ja (Priorities in the field of mineral processing) // Obogashhenie rud. 
2014. No 2 (350). pp. 3–9. 
2. Povarov A.I. Gidrociklony na obogatitel'nyh fabrikah (Hydrocyclones in beneficiation 
plants). Moscow: Nedra, 1976. 109 p. 
3. Kawatra S.K. Rheological Effects in GrindingCircuits (Rheological Effects in GrindingCircuits) / 
S.K.Kawatra, T.C.Eisele // International Journal of Mineral Processing. 1988. Vol. 22. pp. 251–259. 
4. L'vov V.V. Issledovanie vlijanija vjazkosti pul'py na pokazateli razdelenija v gidrociklonah 
(Study of the influence of the viscosity of the pulp on the performance of separation in hydrocyclones) // 6 
mezhdunarodnaja nauchnaja shkola molodyh uchenyh i specialistov IPKON RAN. 2009. pp. 273-276. 
5. Linch A.Dzh. Cikly droblenija i izmel'chenija (Cycles of crushing and grinding). Moscow: 
Nedra, 1984. 343 p. 
6. Fadina A.V., Andreev E.E., L'vov V.V. Prichiny i znachenie izgibov v krivyh jeffektivnosti 
gidrociklona (Causes and significance of the bends in the curves of the efficiency of the hydrocyclone) 
// Zapiski Gornogo instituta. Sovremennye napravlenija razvitija v himii, metallurgii, obogashhenii, avtomatizacii i upravlenii. t.202, p. 131. 
 

УДК 622.7-9 
 А.В. Першина, 2015 

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА  
ГИДРОЦИКЛОНИРОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ 
ПРОГНОЗИРУЮЩИХ ПРОГРАММНЫХ 
КОМПЛЕКСОВ 

Представлены результаты интенсификации цикла измельчения при переработке 
железорудного сырья для получения пигмента. В частности, с помощью моделирующего программного обеспеченияJKSimMet осуществлен подбор параметров 
гидроциклона (длина цилиндрической части, количество параллельно работающих гидроциклонов, угол конусности), а также найдены оптимальные параметры размеров входной, сливной и песковой насадок обеспечивающие максимальную 
эффективность при соблюдении требований к качеству получаемого продукта 
Ключевые слова: гидроциклон, моделирование, граничное зерно, эффективность 
классификации, железная руда, разгрузочное отношение. 
 
Вопросам совершенствования процессов обогащения полезных 
ископаемых в настоящее время уделяется все большее внимание. Обусловлено это тем, что в процесс обогащения все чаще вовлекаются ру

ды с низким содержанием полезных ископаемых и со сложным и разнообразным минералогическим составом. Основным инструментом для 
проектирования и эксплуатации обогатительных предприятий являются 
качественно-количественные схемы. Помимо традиционного назначения — качественного и количественного описания технологического 
процесса обогащения — схемы позволяют решать большое количество 
вопросов, прямо или косвенно связанных с повышением эффективности обогащения полезных ископаемых. Комплексный, системный подход к разработке и использованию качественно-количественных схем, 
основанный на применении моделирования и компьютерной техники, 
обеспечивает выход на принципиально новые рубежи. 
Таким образом, в сложившихся условиях актуальным является 
использование компьютерных пакетов для моделирования схем технологических процессов обогащения полезных ископаемых. При 
этом важным и определяющим эффективность моделирования является возможность автоматизации процесса, синтеза моделей и анализа на этих моделях технологических схем обогащения для выбора 
наиболее оптимальной схемы для данного минерального сырья. [1,2] 
Моделирование процессовиспользуютсяна всех переделах фабрики по переработкеполезных ископаемых:отпроцесса разработкии 
проектирования до прекращения работы предприятия, в том числе 
технико-экономические обоснования, проектирование, ввод фабрики 
в эксплуатацию, работу фабрики и моделирование снятия фабрики с 
эксплуатации. С самого началана основе моделирования мы получаем четкое представление о работе и производительностибудущей 
фабрики. Это представление со временем становится все более и более точным, благодаря накоплению данных и знаний, полученных в 
результате лабораторных, полупромышленных и промышленных 
испытаний. Осуществляется непрерывныйобмен междупоказателями реальной фабрики исмоделированной в программном пакете [3]. 
Являясь мощным средством в руках проектировщиков и инженеров компютернаяч симуляция позволяет решать широкий ряд вопросов: проектирования совершенно новых схем до нахождения и 
интенсификации работы уже действующих. Например, в работе [4] 
представлены исследования по разработке экологически чистой технологии получения дефицитного и дорогостоящего красного (по ТУ 
6-10-602-86) железоокисного пигмента из железорудного сырья 
Яковлевского месторождения. В результате проведённых исследований автором рекомендована новая комплексная и экологически 
безопасная технологическая схема обогащения железорудного сырья