Factorial design and statistical analysis of smectite clay treatment by hydrocyclone

• Published in: Cerâmica 2018-03, Vol.64 (369), p.57-63
• Main Authors: Gama, A. J. A., Figueirêdo, J. M. R., Brito, A. L. F., Gama, M. A., Neves, G. A., Ferreira, H. C.
• Format: Magazinearticle
• Language: eng ; por
• Subjects: Bentonite; Clay; Clay minerals; Computer simulation; Confidence intervals; Contaminants; Cristobalite; Equivalence; Factorial design; Feldspars; hydrocyclone; Hydrocyclones; Industrial applications; Kaolinite; MATERIALS SCIENCE, CERAMICS; Mica; modeling; Optimization; Particle size distribution; Process variables; Reduction; simulation; smectite; Statistical analysis; Vortices
• ISSN: 0366-6913; 1678-4553; 1678-4553
• DOI: 10.1590/0366-69132018643692196

Abstract Bentonite clays are materials composed by one or more smectite clay minerals and some accessory minerals, mainly quartz, cristobalite, mica, feldspars and other clay minerals such as kaolinite. These contaminants present in clays have a large distribution of particle sizes which severely restrict their industrial applications, with the use of hydrocyclone as a likely solution for their reduction. This study aims to analyze the treatment of smectite clays from the state of Paraíba using modeling, simulation and optimization of the variable average particle diameter in relation to various process variables related to the hydrocyclone. In this study, the average diameter of smectite clays was evaluated as a function of the factors: pressure, apex diameter and vortex diameter of the hydrocyclone. Complete factorial design and addition in the central points were used to model the hydrocycloning process. The results evidenced reduction in equivalent average particle size of approximately 19.2%. Regarding the simulations, the optimum point with the lowest value was found for the average diameter of 4.033 µm, with a pressure of 4.3 bar, apex opening of 5.3 mm, and vortex opening of 6.3 mm, all at a 95% confidence level. Resumo As argilas bentoníticas são materiais constituídos por um ou mais argilominerais esmectíticos e alguns minerais acessórios, principalmente quartzo, cristobalita, micas, feldspatos e outros argilominerais, como a caulinita. Esses contaminantes presentes nas argilas apresentam larga distribuição de tamanhos de partículas que restringem em muito suas aplicações industriais, o que aponta como provável solução para sua redução o uso do hidrociclone. Este trabalho tem como objetivo estudar o tratamento de argilas esmectitícas do estado da Paraíba utilizando modelagem, otimização e simulação da variável diâmetro médio de partículas em relação a diversas variáveis de processo relativas ao hidrociclone. Neste estudo, o diâmetro médio das argilas esmectíticas foi avaliado em função dos fatores pressão, diâmetro do apex e diâmetro do vortex do hidrociclone. Foi utilizado o planejamento fatorial completo e adição nos pontos centrais para modelar o processo de hidrociclonagem. Os resultados evidenciaram redução do tamanho médio equivalente das partículas de aproximadamente 19,2%. Em relação às simulações, o ponto ótimo de menor valor foi para o diâmetro médio de 4,033 µm para pressão de 4,3 bar, abertura do apex de 5,3 mm, abertura do vortex de