Humphreys Spiral, juga dikenal sebagai spiral concentrator, adalah alat pemisahan gravitasi yang pertama kali muncul sebagai unit produksi pada tahun 1943 untuk memisahkan pasir yang mengandung krom di Oregon, Amerika Serikat. Alat ini telah menjadi standar dalam industri pasir mineral Australia sejak tahun 1950-an. Pengembangan Humphreys Spiral dimulai dari kebutuhan untuk mengolah bijih berkadar rendah dan mineral industri dalam bentuk slurry, dengan desain yang sederhana namun efektif untuk pemisahan berdasarkan densitas partikel. Dalam konteks metalurgi, metode ini banyak digunakan untuk konsentrasi mineral berat seperti monazit, ilmenit, rutil, zirkon, dan garnet dari pasir pantai, serta peningkatan konsentrat kromit.
Prinsip operasi Humphreys Spiral didasarkan pada aliran laminer gravitasi kontinu menurun pada permukaan miring, yang memanfaatkan gaya sentrifugal ringan untuk stratifikasi partikel. Slurry dimasukkan di bagian atas spiral, mengalir ke bawah melalui saluran heliks yang melingkar di sekitar kolom pusat. Partikel berat dan kasar cenderung tetap di bagian dalam saluran, sementara partikel ringan dan halus terdorong ke luar. Pemisahan dicapai melalui splitter yang dapat disesuaikan untuk memisahkan konsentrat, middlings, dan tailing, kadang dengan tambahan air pencuci untuk membantu proses. Studi simulasi menggunakan smoothed particle hydrodynamics (SPH) menunjukkan dinamika aliran partikel dalam spiral ini, yang membantu dalam pemahaman distribusi kesalahan pada back-calculation parameter fungsi breakage untuk proses penggilingan mineral.
Aplikasi Humphreys Spiral dalam pengolahan mineral meliputi pengolahan aluvial halus dan tailing, pemisahan mineral bebas pada ukuran kasar, serta pemulihan batubara halus. Contohnya, penggunaan dalam pemulihan batubara ukuran halus dari limbah pencucian tambang bawah tanah di Alabama, serta dalam sirkuit pemulihan gravitasi scheelite di King Island. Selain itu, spiral ini efektif untuk konsentrasi emas aluvial, di mana partikel berat bergerak ke profil dalam spiral sementara partikel ringan ke luar, menghasilkan tiga produk: konsentrat, middlings, dan tailing. Dalam pembersihan batubara dan limbah halus, spiral ini telah dibahas secara khusus untuk meningkatkan efisiensi.
Keuntungan utama dari Humphreys Spiral termasuk kapasitas tinggi dengan biaya rendah, konstruksi sederhana yang memerlukan sedikit perawatan, biaya modal dan operasional rendah, serta tidak memerlukan reagen atau media padat. Spiral modern menawarkan konsumsi daya yang rendah, kebutuhan personel operasional minimal, dan jejak yang lebih kecil, membuatnya mudah dioperasikan dan direlokasi. Selain itu, tidak ada kehilangan media padat, dan prosesnya lebih murah karena tahapan pengolahan yang lebih sedikit. Peningkatan desain, seperti penyesuaian geometri penampang melintang pada zona partikel campuran, dapat meningkatkan efisiensi pemisahan hingga 83,26% untuk hematit dan kuarsa berukuran kasar, dengan optimalisasi kemiringan segmen garis untuk mempromosikan migrasi inward hematit dan mengurangi migrasi outward kuarsa.
Studi terbaru menunjukkan inovasi pada separator spiral untuk kromit, dengan desain baru yang meningkatkan tingkat pemulihan hingga 41,67% dan mengurangi limbah hingga 50%, menggunakan pemodelan matematis canggih seperti persamaan Navier-Stokes dan efek Bagnold. Desain ini dapat disesuaikan untuk berbagai jenis mineral, mendukung praktik berkelanjutan dalam pengolahan kromit. Pendekatan seperti wide-range initial value search (WRIVS) dalam back-calculation juga membantu mengurangi kebutuhan eksperimen, meningkatkan efisiensi desain proses penggilingan mineral yang terkait dengan spiral concentrator.
Referensi
Jihoe. (2021). Investigation of Error Distribution in the Back-Calculation of Breakage Function Model Parameters via Nonlinear Programming. Minerals. DOI: https://doi.org/10.3390/min11040425
Spyridon. (2023). Evolution of Alluvial Gold Mining Technologies. Mater. Proc. DOI: https://doi.org/10.3390/materproc2023015070
