Industrias I
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SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS
SEPARACIÓNES HIDRAULICAS
SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE LIQUIDOS
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4.5.9.1 Cuba de Flotación Callow ......................................
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4.1 SEPARACIÓN DE MATERIALES
La separación de materiales sólidos se hace con el objeto ...
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 Fijas: Se utilizan para separación previa de trozos grandes qu...
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4.2.3.1 Zaranda de Inercia
La zaranda de inercia esta compuesta ...
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Figura Nº3. Zaranda de Inercia
VISTAENCORTEVISTALATERAL
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4.2.3.2 Zaranda Vibratoria Electromagnética
La vibración se hace...
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Figura Nº5. Cribas de Tambor Figura Nº6. Apoyos cribas de Tambor...
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4.2.6 Separadores Magnéticos
Entre los separadores magnéticos d...
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4.2.6.2 Separadores de Cinta
El separador de cinta es similar a...
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Representación de la velocidad de caída de una partícula sólida...
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Por consiguiente, para separar partículas sólidas de dos tamaño...
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4.4.1.1 Separadores de Polvo
Son aparatos que se utilizan para ...
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Las cajas de sedimentación son clasificadores que se usan en mi...
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4.4.1.4 Clasificadores de Cono
Estos aparatos se utilizan para ...
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/hora, para un diámetro...
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Estos aparatos pueden tener 1, 2 o 4 rastrillos y una capacidad...
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1. Mesa
2. Listones
3. Sentido del vaivén de la mesa
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(Feed). En la parte superior presentan una tubería de rebose pa...
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4.5 SEPARACIONES HIDRAULICAS – FLOTACION
4.5.1 Definición y Gen...
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4.5.3.1 Formación de Espumas
Para obtener la formación de espum...
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Al reunirse el mineral a flotar con las burbujas de aire se dis...
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a) Menor rendimiento, al disminuir la probabilidad de contacto,...
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4.5.4 Reactivos o Agentes de Flotación
Son sustancias que se ag...
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Los principales colectores son:
a) Xantatos (xantogenatos): son...
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b) Agentes reflotadores (activadores): favorece al mineral para...
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4.5.6 Maquinas de Flotación
Estas máquinas constan, esencialmen...
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4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación
Se clasifican ...
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4.5.8.1 Combinación de Máquinas de Flotación para la Concentrac...
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0,25, se extrae por un extremo del canal, el opuesto a la alime...
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ALIMENTACION ESPUMA ESPUMA
RESIDUOS
FINOS
CANAL COLECTOR
DE ESP...
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6) Bomba
7) Mezclador
8) Células de flotación acabadoras
9) Cél...
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4.6 SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LIQUIDO
4.6.1 Introducción
Los ...
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cantidad pequeña de partículas suspendidas y producir un efluen...
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forma de pequeños surtidores y el espesor de esta zona disminuy...
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descarga del fondo. El lodo se extrae con una bomba de diafragm...
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de tuberías. Se desborda el liquido claro por el compartimiento...
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4.10 FILTRACIÓN
4.10.1 Teoría de la filtración
La filtración es...
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41
V = volumen acumulado de sólidos
p = Cte.
t = tiempo
b) A filtr...
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4.10.3 Clasificación de filtros
PRESION DE
FILTRACION
TIPOS DE
...
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4.10.4 Equipos
a) Filtro de arena
Está formado por un depósito ...
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44
b) Filtro nutcha
El material filtrante se deposita sobre la pla...
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c) Filtro rotatorio de tambor
Los filtros de vacío rotatorios s...
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46
d) Filtro de discos
El funcionamiento de estos filtros es simil...
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47
f) Filtro prensa de placas y marcos
El funcionamiento de estos ...
72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido
48
El PISTON (D) hidráulico empuja la PLACA de acero (E) contra la...
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49
Estos filtros tienen la ventaja con respecto al de cámaras que ...
72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido
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Figura Nº 43
La placa no lavadora y la placa lavadora se dispon...
72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido
51
Por lo expuesto hasta ahora podemos mencionar las siguientes ve...
72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido
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Se utilizan especialmente para la contaminación ambiental pues ...
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exterior además admite trabajar con todo tipo de filtrantes com...
Figura Nº 44
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4.11 CENTRIFUGACIÓN
4.11.1 Teoría de la centrifugación
Las part...
72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido
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Figura Nº 46
c) Supercentrifugas
Son sedimentadores rápidos mas...
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Figura Nº 47
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4.12 BIBLIOGRAFÍA
 “Preparación mecánica de minerales y carbon...
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  1. 1. Industrias I 72.02 SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS SEPARACIÓNES HIDRAULICAS SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE LIQUIDOS
  2. 2. 72.02-Industrias I Separación de sólidos en sólidos 2 4 SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS.......................................................4 4.1 SEPARACIÓN DE MATERIALES .....................................................................................4 4.2 CLASIFICACIÓN MECÁNICA .........................................................................................4 4.2.1 Parrillas..............................................................................................................4 4.2.2 Cribas (Zarandas) o Tamices.............................................................................5 4.2.3 Zarandas (cribas) Vibratorias............................................................................5 4.2.3.1 Zaranda de Inercia ..........................................................................................6 4.2.3.2 Zaranda Vibratoria Electromagnética.............................................................8 4.2.4 Cribas de Tambor (TROMMELS) ......................................................................8 4.2.5 Separación Magnética........................................................................................9 4.2.6 Separadores Magnéticos ..................................................................................10 4.2.6.1 Separadores de Tambor ................................................................................10 4.2.6.2 Separadores de Cinta ....................................................................................11 4.3 SEPARACIONES HIDRÁULICAS ...................................................................................11 4.3.1 Generalidades...................................................................................................11 4.3.2 Fundamentos de las separaciones hidráulicas.................................................12 4.3.2.1 Sedimentación ..............................................................................................12 4.3.2.2 Caída en Corriente de Liquido .....................................................................13 4.4 APARATOS APLICADOS EN LA CLASIFICACIÓN HIDRÁULICA .....................................14 4.4.1.1 Separadores de Polvo ...................................................................................15 4.4.1.2 Cajas de sedimentación ................................................................................15 4.4.1.3 Cajas Piramidales (Spitzkasten) ...................................................................16 4.4.1.4 Clasificadores de Cono.................................................................................17 4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo).......................................................18 4.4.1.6 Mesa de sacudidas (Mesa del minero)..........................................................19 4.4.1.7 Hidrociclones................................................................................................20 4.5 SEPARACIONES HIDRAULICAS – FLOTACION ..............................................22 4.5.1 Definición y Generalidades del Método...........................................................22 4.5.2 Campos de Aplicación de la Flotación.............................................................22 4.5.3 Flotación por Espuma ......................................................................................22 4.5.3.1 Formación de Espumas.................................................................................23 4.5.3.2 Factores Físicos y Químicos en la flotación.................................................24 4.5.4 Reactivos o Agentes de Flotación.....................................................................26 4.5.4.1 Espumantes...................................................................................................26 4.5.4.2 Colectores.....................................................................................................26 4.5.4.3 Modificadores...............................................................................................27 4.5.4.4 Floculantes (Coagulantes) ............................................................................28 4.5.5 Aplicación de la Flotación en la Industria Minera..........................................28 4.5.6 Maquinas de Flotación.....................................................................................29 4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación......................................................30 4.5.7.1 Condiciones de una Buena Máquina de Flotación .......................................30 4.5.8 Clasificación de las Máquinas de Flotación según su Función en el Proceso 30 4.5.8.1 Combinación de Máquinas de Flotación para la Concentración de Sulfuros 31 4.5.9 Descripción de Aparatos de Flotación por Espumas.......................................31
  3. 3. 72.02-Industrias I Separación de sólidos en sólidos 3 4.5.9.1 Cuba de Flotación Callow ............................................................................31 4.5.9.2 Cuba de flotación Callow – Mas Intosh .......................................................32 4.5.10 Esquemas de Instalaciones de Flotación .........................................................33 4.6 SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LIQUIDO.................................................................35 4.6.1 Introducción .....................................................................................................35 4.7 SEDIMENTACIÓN........................................................................................................35 4.7.1 Teoría de la sedimentación ..............................................................................35 4.7.1.1 Velocidad de sedimentación.........................................................................37 4.8 EQUIPOS ....................................................................................................................37 4.8.1 Espesadores......................................................................................................37 4.9 CLARIFICADORES.......................................................................................................39 4.10 FILTRACIÓN...........................................................................................................40 4.10.1 Teoría de la filtración.......................................................................................40 4.10.2 Regímenes de filtración:...................................................................................40 4.10.3 Clasificación de filtros .....................................................................................42 4.10.4 Equipos.............................................................................................................43 4.11 CENTRIFUGACIÓN..................................................................................................55 4.11.1 Teoría de la centrifugación ..............................................................................55 4.11.2 Equipos.............................................................................................................55 4.12 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................58
  4. 4. 4 SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS 4.1 SEPARACIÓN DE MATERIALES La separación de materiales sólidos se hace con el objeto de clasificar las partículas de materia de acuerdo a sus tamaños o de acuerdo a sus características. Ejemplos de los primeros son la separación de rocas en distintos rangos de tamaños (por zarandeo, tamizado, separaciones hidráulicas o neumáticas); y, de los segundos, la separación de minerales de su ganga (por separación magnética o concentración hidráulica). Según el tamaño y características del material a separar se utilizan distintos tipos de aparatos para la separación de materiales sólidos; en la tabla siguiente se da una clasificación de dichos aparatos. TAMAÑO DE GRANO METODO DE SEPARACIÓN TIPOS DE APARATOS > 200 mm. Manual Parrillas de 200 a 1 mm. Mecánico Parrillas vibratorias Cribas de tambor < 2 mm. Hidráulico Separadores hidráulicos < 1,5 mm. Neumático Separadores de aire de 50 a 1 mm. Electro magnético Separadores electromagnéticos 4.2 CLASIFICACIÓN MECÁNICA La clasificación mecánica se realiza por tamizado de la mezcla a través de parrillas o cribas. 4.2.1 Parrillas Se fabrican de barrotes de acero de sección trapecial con la base menor hacia abajo, o con rieles que se instalan con el patín hacia arriba. Pueden ser fijas u oscilante (Figura Nº1). Barrotes Rieles Figura Nº1. Parrillas
  5. 5. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 5  Fijas: Se utilizan para separación previa de trozos grandes que sobrepasan la abertura de la carga de la trituradora o a la entrada de los transportadores (elevadores, tornillos, etc.) para retener trozos demasiado grandes.  Oscilantes: La oscilación se produce por el giro de un eje y una excéntrica, donde las parrillas se encuentran desfasadas a 180º y están suspendidas en la parte inferior. 4.2.2 Cribas (Zarandas) o Tamices Se hacen con planchas perforadoras o tejido metálico. Planchas Perforadoras : Son de acero de espesores entre 0.5 y 12 mm. Tejido Metálico : Alambre de acero blando, bronce, latón, cobre, zinc, etc. En la Figura Nº2 se pueden ver los distintos tipos de planchas y tejidos. Chapas Perforadas Aberturas cuadradas Aberturas redondas Aberturas hexagonales Tejidos Metálicos Rejilla metálica con orificios cuadrados Rejilla metálica con orificios rectangulares Figura Nº2. Planchas y Tejidos 4.2.3 Zarandas (cribas) Vibratorias Existen varios tipos de zarandas, entre las que merecen destacarse, dentro de las vibratorias, las de inercia y las electromagnéticas. Agujeros Mallas Vista en Corte Alambres
  6. 6. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 6 4.2.3.1 Zaranda de Inercia La zaranda de inercia esta compuesta de una especie de cajón (armazón) que cuenta con 1,2 o 3 pisos de tejidos metálicos (tamices). El tejido de diámetro mas grande es el superior y el de menor diámetro (tamaño de malla) es el inferior. (Figura Nº3) El marco (cajón) de la zaranda esta montado sobre 3 pares de resortes y esta atravesado, transversalmente, por un eje, con una polea (en un extremo) al que se acopla un motor a través de correas trapezoidales. El eje cuenta, además, con dos volantes de contrapeso. El movimiento del eje, y los contrapesos de los volantes hace que vibre todo el marco (cajón) de la zaranda. El tejido metálico esta inclinado unos 20º respecto de la horizontal y el material a clasificar ingresa al piso superior y merced a la vibración e inclinación del tejido metálico el material va avanzando y si es de tamaño inferior al tamaño de la malla pasa al piso mas abajo. El material que no pasa sale por el extremo del tejido opuesto al que entro. De esta forma se consigue, si hay 3 pisos de tejido metálico, separar el material en 4 tamaños. El mas fino, que pasa por todos los tejidos, el que le sigue que pasa dos pisos pero sale por el extremo del inferior, el que le sigue que pasa solo un piso y el que no pasa el primer piso. Al material que no pasa un tejido metálico (tamiz) se lo denomina rechazo.
  7. 7. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 7 Figura Nº3. Zaranda de Inercia VISTAENCORTEVISTALATERAL 1.-Resorte3.-Marco5.-Eje7.-Polea 2.-Tamices4.-Bastidor6.-Volante MaterialGrueso MaterialFino Alimentación 3 3 7 2 1 4 5 6
  8. 8. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 8 4.2.3.2 Zaranda Vibratoria Electromagnética La vibración se hace con un sistema electromagnético que se esquematiza en la Figura Nº4. La armadura es atraída por un electroimán hasta que toca el interruptor de corriente; al hacerlo, se interrumpe la corriente y actúan los resortes, que tiran hacia abajo la armadura. De esta forma se logran 1800 vibraciones por minuto. La armadura esta unida al marco de la zaranda. Figura Nº4. Zaranda Vibratoria Electromagnética 4.2.4 Cribas de Tambor (TROMMELS) Pueden ser cilíndricas, cónicas, prismáticas, piramidales, etc. Las más comunes son las cilíndricas (Figura Nº5). Son giratorias, se encuentran inclinadas respecto de la horizontal de 5º a 7º. Las mallas más pequeñas se ubican del lado de la entrada del material y las más grandes a la salida. Para un D: diámetro de 0,10 m. y L: longitud de 1,6 m. se pueden producir 50 ton / hora de material clasificado, a una velocidad de 25 r.p.m y con un motor de 2,5 HP. Por su bajo rendimiento, unido a un costo de mantenimiento elevado, estas cribas han ido desapareciendo de canteras y lavaderos de minerales que era donde mas se las usaba. Se usan aun en el cribado de basuras urbanas, por el acondicionamiento de la materia provocado por el batido enérgico que produce. Los apoyos de estas cribas se detallan en la Figura Nº6. Electroimán Interruptor Resorte Bastidor Armadura
  9. 9. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 9 Figura Nº5. Cribas de Tambor Figura Nº6. Apoyos cribas de Tambor 4.2.5 Separación Magnética Es un método muy utilizado para concentrar minerales que poseen una propiedad, conforme a su naturaleza, de atracción magnética. En algunos casos se aumenta las características magnéticas del mineral sometiéndolos a procesos de tostación o calcinación (PIRITAS –FeS2- y SIDERITAS – CO3.Fe-). Un mineral sumamente apto para concentrarlo por este método es la magnetita (Fe3O4 ). Considerando la escala de fuerza de atracción magnética, para un valor 100 del hierro metálico, le corresponde 40 a la magnetita. La hematita (Fe2O3) que tiene valor 2, se torna fuertemente magnética cuando se la tuesta. Material medio Material fino Material grueso Cilindro Material de rechazo Motor Rodillos de apoyo Corona Piñón Vista Lateral Pestaña de llanta Rodillo de Empuje Rodillos de apoyo Corte A - A A A
  10. 10. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 10 4.2.6 Separadores Magnéticos Entre los separadores magnéticos dos son los que se destacan, los de tambor y los de cinta. 4.2.6.1 Separadores de Tambor Cuenta con dos tambores, uno fijo interno, con la mitad del mismo que tiene un campo magnético (zona rayada del esquema). El tambor exterior es concéntrico al primero y gira. En su superficie cuenta con salientes. Ambos tambores se encuentran en el interior de una caja que tiene en su parte superior una boca de entrada para el material a separar y en la inferior dos bocas de salida saliendo por una de ellas el material no magnético (ganga) y por el otro el magnético (mineral). El material a separar ingresa al aparato y cae sobre el tambor, el no magnético, por gravedad cae y sale por la boca de descarga (a la de la derecha en Figura Nº7), el magnético se adhiere al tambor ( por efecto del campo magnético) y va girando con el tambor exterior hasta que abandona el campo magnético, lugar donde cae por gravedad saliendo por la otra boca de descarga. El tamaño del material a clasificar debe de ser de 1 a 20 mm.; la capacidad de producción es de 50 ton / hora, para un tambor de 0,90 m. de diámetro y 1,10 m. de longitud, utilizando una potencia de 1,5 HP. Figura Nº7. Separadores de Tambor
  11. 11. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 11 4.2.6.2 Separadores de Cinta El separador de cinta es similar a una cinta transportadora, cuneta con dos poleas una motora y otra conducida. La cinta tiene, además, salientes en su superficie. La polea conductora (izquierda de la Figura) esta magnetizada. El material no magnético cae, por gravedad, el magnético queda adherido por el campo magnético. Cuando la cinta abandona la polea cesa el campo magnético y el material magnético cae por gravedad. El tamaño del material a separar debe ser de 5 a 50 mm. La producción es de 10 ton / hora, para un polea de 0,45 m. de diámetro y 0,60 m. de ancho. El aparato trabaja a una velocidad de 50 r.p.m y utiliza un motor de 1,5 HP. de potencia. 1.- Material a concentrar 2.- Polea Motora (Magnetizada) 3.- Polea Conducida 4.- Cinta 5.- Material no magnético 6.- Material magnético Figura Nº8. Separador de Cinta 4.3 SEPARACIONES HIDRÁULICAS 4.3.1 Generalidades Las separaciones hidráulicas comprenden las separaciones de sólidos de líquidos (tema que se estudia en la materia Industrias II), y las separaciones de dos o más sólidos entre sí. SEPARACIONES HIDRÁULICAS 1 3 4 2 5 6 Separación de líquidos de líquidos Separación de 2 o más sól. entre sí Sedimentación Filtración Clasif. Hidráulica Concentración
  12. 12. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 12 La clasificación hidráulica de dos o más sólidos se prefiere al tamizado, cuando la materia a separarse se ha de elaborar en grandes tonelajes, o cuando los tamices son ineficaces por el grado de división de las partículas a separarse. La concentración de minerales que se verá en este capítulo es el método denominado de flotación por espumas. 4.3.2 Fundamentos de las separaciones hidráulicas Las separaciones hidráulicas, se basan fundamentalmente en los fenómenos de sedimentación de partículas y caída de partículas en corriente de líquidos. Las neumáticas se sustentan en análogos fenómenos, para el caso de fluidos (aire). Si bien en este curso no se ha de profundizar en el aspecto teórico de estos fenómenos, ya que son temas de Mecánica de Fluidos, a continuación se hará una breve descripción de los aspectos básicos. 4.3.2.1 Sedimentación Si en un líquido se dejan caer simultáneamente partículas de un mismo material (de peso específico mayor que el líquido) y distintos tamaños, se formarán capas, tal como puede observarse en la Figura N°9. Las partículas más grandes (3) quedarán en el fondo del recipiente, las intermedias (2), encima de ellas, y de las más finas (1), en la parte superior. Las partículas caen por la fuerza de gravedad, a la que se ponen, la fuerza de flotación y la de rozamiento. Las dos primeras con constantes, pero la de rozamiento va creciendo a medida que aumenta la velocidad. En determinado momento, la velocidad de caída se mantiene constante, y se llama dicha velocidad: velocidad límite (U1). A partir del momento en que se establece la velocidad límite se verifica: (Figura N°10) Peso partícula = Fuerza flotación + Fuerza rozamiento La separación de las partículas se realiza en el lapso de tiempo en que las partículas alcanzan su velocidad límite, lo que dura fracciones de segundo, luego siguen con la U1, ya ordenadas por tamaño, hasta depositarse. Los granos que integran una capa, es decir que han caído con igual velocidad, se denominan isódromos (o equidescentes). Partículas isódramas de distintos materiales cumplen la siguiente condición: D1 . 1 = D2 . 2 = constante (donde D: diámetro partícula y : densidad) La expresión que da la velocidad límite fue planteada por Stokes de la siguiente forma: U1 = k . (s – 1) . Ds 1
  13. 13. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 13 Representación de la velocidad de caída de una partícula sólida en un líquido. Donde: s densidad sólido Ds diámetro partícula sólido 1 densidad líquido 1 viscosidad líquido En la Figura N°10 se ha representado la velocidad de caída de una partícula sólida en un medio líquido. Se puede observar que luego de un tiempo  la velocidad alcanzada es U1, a partir de ese momento la velocidad se mantendrá constante. Figura Nº 9 Ul 1 Figura Nº 10 4.3.2.2 Caída en Corriente de Liquido Supongamos ahora que una partícula cae en una corriente de líquido ascendente. Cuando la partícula alcanza su velocidad límite se establece una velocidad relativa Ur que será: Ur = U líquido – U1 Ulim = Uliq – Urel De esta expresión surgen tres alternativas: 1. Si U líquido = U1 la partícula sólida queda suspendida en el fluido. 2. Si U líquido < U1 la partícula cae al fondo del recipiente con velocidad Ur<U1 3. Si U líquido > U1 la partícula es arrastrada hacia la parte superior del recipiente a velocidad U1<Uliq
  14. 14. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 14 Por consiguiente, para separar partículas sólidas de dos tamaños distintos en corriente ascendente de líquido deberá cumplirse: U1 < U liquido < U1' U1 v U1’ son velocidades límites de partículas de distintos tamaños, siendo la U1’ la correspondiente al sólido de mayor tamaño. En la Figura N°11 se puede observar las representaciones gráficas del caso planteado. Cuando la caída no es en líquido ascendente (Y aún en ese caso), se puede expresar la ecuación de la velocidad relativa en términos vectoriales: Ur = U líquido + U1 Y ésta expresión que plantea el caso más generalizado permite calcular Ur por composición de vectores. 4.4 APARATOS APLICADOS EN LA CLASIFICACIÓN HIDRÁULICA Entre los aparatos aplicados veremos los siguientes:  Separadores de polvos  Cajas de sedimentación  Cajas piramidales  Clasificadores de cono (sencillo y doble)  Clasificador Dorr (de artesa o rastrillo)  Mesa de sacudidas (o mesa de minero)  Hidrociclones Ds  Ds  Figura Nº 11 U
  15. 15. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 15 4.4.1.1 Separadores de Polvo Son aparatos que se utilizan para separar el polvo fino (finos) del material grueso. Se aplican como complemento de los molinos, para retirar los finos de dicho aparato. Como se observa en la Figura es un aparato en forma de recipiente cilíndrico, que termina en la parte inferior en forma de cono. Mediante un eje hueco, accionado por un motores da movimiento a una paleta y un disco distribuidor de los polvos que penetran por dicho eje. Cuenta además con deflectores, y en la parte inferior, concéntrico al cono, tiene una especie de embudo. Las paletas, al girar, generan una corriente de aire, tal como se indica en la Figura. Esa corriente arrastra a los finos que salen por la parte inferior del cono. El material grueso, que no es arrastrado por la corriente de aire, cae directamente por el embudo. Este material vuelve al molino para ser nuevamente molido. Un separador de 3,70 de diámetro puede clasificar 18ton/hera de material y utiliza para ellos una potencia de 12 HP. 4.4.1.2 Cajas de sedimentación 1. Entrada suspensión 2. Salida líquido claro 3. Partículas gruesas 4. Partículas medias 5. Partículas finas 6. Caja de sedimentación 1. Sólidos a separar 2. Material grueso 3. Material fino 4. Caja cilíndrica 5. Embudo para material grueso 6. Pantalla deflectora 7. Eje hueco 8. Disco distribuidor 9. Paletas 10. Corriente de aire Figura Nº 12 Figura Nº 13
  16. 16. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 16 Las cajas de sedimentación son clasificadores que se usan en minería, para separar los materiales en tres tamaños distintos. Como se observa en la Figura se trata de un recipiente que cuenta en su parte inferior con tabiques separadores de baja altura. La suspensión penetra por un extremo a una cierta velocidad. En el recipiente, las partículas van sedimentando, naturalmente primero las más gruesas, luego las medias y por último las finas. El líquido claro sale por el extremo opuesto a la entrada. Las cajas de pesca son un tipo de caja de sedimentación, formadas por un canal de madera o ladrillo, de 2 m. De largo, 0,40 m. De ancho y 0,20 m. De profundidad. Estos aparatos hoy sólo se emplean en explotaciones mineras de poca importancia. 4.4.1.3 Cajas Piramidales (Spitzkasten) Este aparato es de funcionamiento análogo al anterior. Se utiliza para la clasificación de partículas de tamaño que se encuentran entre 0,25mm. Y 1,25 mm. Son también utilizadas en minería y permiten clasificar partículas de cuatro clases distintas. Es una serie de recipientes en forma piramidal, cuyo tamaño es creciente desde el extremo de entrada de la suspensión (primera caja) al de salida del líquido claro. En la primer caja sedimentan las partículas gruesas, en la segunda las medias y densas, en la tercera las medias y livianas y en la cuarta las finas. El aparato trabaja con un cierto nivel de líquido, el que es regulado mediante el agregado, a las cajas, de agua desde las tuberías, que se observan en la parte superior. Naturalmente el caudal de agua que se envía de las tuberías a las cajas depende del caudal de suspensión tratado. Las partículas formando un barro salen por la parte inferior de las cajas, a través de un tubo acedado, por la presión hidrostática que distribuyen a la misma en forma pareja en toda la sección del aparato. El líquido claro sale por el extremo opuesto a la entrada de suspensión a través de un canal. Como dato ilustrativo, a continuación, se suministran datos del tamaño de estos aparatos. Para un caudal de 100 litros/min. De suspensión entrada, las dimensiones de las cajas serán: 1ª caja – ancho 70 mm. Largo 500mm. 2ª caja – ancho 70 mm y largo 50% más que la 1ª 3ª caja – ancho 70 mm y largo 50% más que la 2ª 4ª caja – ancho 70 mm y largo 50% más que la 3ª Inclinación de las paredes de las cajas 50°. Agua de inyección: 30 litros/min. por cada 100 litros/min. de suspensión entrada.
  17. 17. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 17 4.4.1.4 Clasificadores de Cono Estos aparatos se utilizan para separar mediante una corriente de líquido ascendente partículas finas de gruesas.  Clasificador de cono sencillo (Figura N°15) Este aparato es una especie de embudo con un canal en la parte superior, para la descarga de los finos. La suspensión penetra por la parte superior, y el material grueso desciende por el embudo hasta salir por el fondo. El material fino, es arrastrado hacia la parte superior mediante una corriente de agua que asciende desde la parte inferior del embudo, descargándose por un canal circular. 1. Suspensión 2. Mat. Grueso y denso 3. Mat. Medio y denso 4. Mat. Medio y liviano 5. Mat. Fino y liviano 6. Líquido claro 7. Entrada de agua 8. Cajas piramidales Cañería de agua 10-deflectores. Figura Nº 14
  18. 18. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 18 Estos clasificadores; pueden trata 20m3 /hora, para un diámetro del cono de 1 metro.  Clasificador de Doble Cono Este aparato es de funcionamiento análogo al anterior, con la diferencia de que cuenta con dos conos concéntricos. Por el interior, por la parte superior, penetra la suspensión y en sus parte inferior encuentra un conito derivador (que distribuye uniformemente a la misma). Una corriente ascendente de agua arrastra hacia la parte superior a los finos, por el espacio comprendido entre ambos conos. Las partículas gruesas, con su mayor peso, caen por el fondo del embudo. Este aparato permite modificar la posición del embudo interior, con lo que se puede regular la velocidad de la corriente de agua ascendente en el espacio entre conos y, por consiguiente, el tamaño de partículas a separar. 1. Suspensión 2. Material grueso 3. Corriente ascedente de agua 4. Material fino 5. Canal conector de finos 6. Cono distribuidor 4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo) Este clasificador consta de una caja con plano inclinado (9° a 14°),y un rastrillo (o artesa), que se desplaza de abajo hacia arriba rascando el plano inclinado, y vuelve hacia abajo pero levantado, es decir separado del plano inclinado, y vuelve hacia abajo pero levantado, es decir separado del plano inclinado. En su movimiento ascendente el rastrillo eleva las partículas más gruesas que salen por la parte superior del plano inclinado. Las partículas finas se mantienen en suspensión y salen por rebose por el extremo opuesto. La entrada de la suspensión se hace, como se observa en la Figura, cerca de la parte inferior del aparato por una abertura lateral. Figura Nº 16 1 54 3 2 6 3 1. Suspensión 2. Material grueso 3. Material fino 4. Corriente ascendente de agua 3 1 4 2 Figura Nº 15
  19. 19. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 19 Estos aparatos pueden tener 1, 2 o 4 rastrillos y una capacidad de producción de 2000 toneladas/24 horas. Las dimensiones del producto sólido a clasificar se encuentran entre 10 y 200 mallas. La capacidad puede duplicarse respecto a la citada, en aparatos de 4 rastrillos. El aparato consume potencias bajas, de 2 a 5 HP, y el número de rastrilladas por minuto alrededor de 12 a 30 (las más rápidas para partículas más gruesas). El ancho de las cajas varía entre 1,20 m. y 4,80 m. (4 rastrillos), con una longitud de 6 a 9 metros. 1. Caja 2. Rastrillo 3. Plano inclinado 4. Mecanismo de movim. del rastrillo 5. Entrada suspensión 6. Salida material fino 7. Salida de material grueso 8. Perfil “U” 9. Perfil “L” 4.4.1.6 Mesa de sacudidas (Mesa del minero) Es una mesa de madera (habitualmente recubierta de linoleum) con listones de longitud creciente, formando ranuras en sentido longitudinal. La mesa es impulsada, con un movimiento de vaivén mediante un excéntrico y con la ayuda de amortiguadores se consigue que dicho movimiento sea rápido hacia delante (sentido de la flecha) y lento al retroceder. El aparato cuenta con un distribuidos de agua que realiza un barrido en sentido perpendicular al movimiento de la mesa. La combinación del movimiento de la mesa y la corriente de agua permite separar las partículas sólidas en cuatro clases. El movimiento de la mesa (la sacudida) es predominante sobre la corriente de agua para las partículas gruesas y densas que por su peso se ubican en el fondo de las ranuras. En tanto la corriente de agua predomina sobre la sacudida para las partículas finas a las que arrastra perpendicularmente al eje longitudinal de la mesa. Así, esta combinación de movimientos permite separar las partículas en cuatro clases, las que se reciben en recipientes dispuestos al borde de la mesa. La mesa tiene una ligera inclinación respecto al plano horizontal de 2,5°. Las parte más elevada se encuentra del lado del distribuidor de agua. Los listones de madera se encuentran espaciados a unos 30 mm. La altura de los listones va disminuyendo desde la parte más elevada a la inferior. La altura de los mayores es de 15 mm. Figura Nº 17
  20. 20. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 20 1. Mesa 2. Listones 3. Sentido del vaivén de la mesa 4. Suspensión 5. Agua de barrido 6. Materiales finos y livianos 7. Materiales medios y livianos 8. Materiales medios y densos 9. Materiales gruesos y densos 4.4.1.7 Hidrociclones DESCRIPCIÓN Los hidrociclones, también conocidos como ciclones, son una clase importante de equipos destinados principalmente a la separación de suspensiones sólido – (actualmente también sólido – sólido, líquido – líquido y gas –líquido) por medio de la fuerza centrífuga que se desarrolla en su interior, con gran capacidades de producción (25 tn/h hasta 500 tn/h) y alta eficiencia (80-90%). Están conformados de una parte cónica seguida por una cámara cilíndrica (cámara de alimentación), en la cual existe una entrada tangencial para la suspensión de la alimentación
  21. 21. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 21 (Feed). En la parte superior presentan una tubería de rebose para la salida de la suspensión diluida (overflow) y en la parte inferior existe un orificio de salida de la suspensión concentrada (underflow). El ducto de alimentación se denomina inlet, el tubo de salida de la suspensión diluida se denomina vortex, y el orificio de salida del concentrado se denomina ápex, como se puede ver en la siguiente figura: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO La suspensión es bombeada bajo presión y entra al hidrociclón a través del tubo de alimentación, donde la suspensión describe un movimiento espiral descendente debido a la forma del equipo y a la fuerza de gravedad. Debido a dicho movimiento, en el eje del equipo se genera una zona de muy baja presión, desarrollándose un núcleo de aire. A medida que la sección transversal disminuye en la parte cónica, se superpone una corriente interior que genera un flujo ascendente también de tipo espiral a lo largo del eje central, de modo que el flujo de la suspensión diluída encuentra su camino hacia el Vortex que actúa como rebose. Las partículas en el seno del fluido se ven afectadas en el sentido radial por dos fuerzas opositoras: una hacia la periferia del equipo debido a la aceleración centrífuga y la otra hacia el interior del equipo debido al arrastre que se mueve a través del hidrociclón. Consecuentemente, la mayor parte de las partículas finas abandonarán el equipo a través del Vortex, y el resto de las partículas, mayoritariamente los gruesos, que tienen mayor energía cinética, chocan contra las paredes y salen a través del Apex. USOS Su utilización industrial comenzó en la industria del procesamiento de minerales y es uno de los campos con mayor aplicación. También tienen un gran uso en la industria del cemento. Actualmente, también se emplean en la industria química, metalúrgica, textil, papel, petroquímica y otras.
  22. 22. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 22 4.5 SEPARACIONES HIDRAULICAS – FLOTACION 4.5.1 Definición y Generalidades del Método La flotación es un método para concentrar minerales finamente molidos. Consiste en separar el mineral de la ganga, haciendo flotar las partículas del primero, mediante burbujas de aire y hundir las del segundo, en un líquido de densidad inferior a ambos. Existen dos métodos de flotación: a) Flotación de superficie b) Flotación por espuma  Flotación de superficie: La misma se realiza colocando las partículas del mineral delicadamente sobre la superficie de un líquido (sin agitación); las partículas metálicas tienden a flotar, por la tensión superficial del líquido, mientras que la ganga, que se moja, tiende a hundirse. Las sustancias que se agregan para mejorar la flotabilidad de los minerales son aceites, ácidos o ambos. Este método ha caído en desuso, siendo desplazado por el de flotación de espumas.  Flotación por espuma: La misma se realiza por dispersión de las partículas en la masa de un líquido (lo que se denomina “pulpa”) al que se le agregan sustancias que actúan sobre la superficie del mineral y lo hacen unir a burbujas de aire (producidas por la agitación y/o inyección de aire a la mezcla) las que llevan el mineral a la superficie del líquido y se reúnen formando una espuma. Este procedimiento logra una flotación más rápida, completa y selectiva y con mejores rendimientos que la de superficie. 4.5.2 Campos de Aplicación de la Flotación Aún cuando hasta hace poco el uso de la flotación estaba limitado a la industria minera, en la actualidad su empleo se está extendiendo a otras tales como la separación de semillas de diferentes especies vegetales y la remoción de tinta de la pulpa de papel recuperado. 4.5.3 Flotación por Espuma En adelante se profundizará el estudio de este procedimiento por tratarse del más importante. Como consecuencia de las diferentes propiedades superficiales de los sólidos a separar, algunos pueden mojarse fácilmente por el líquido en el que está suspendido y otros adsorben aire, disminuyendo su densidad aparente y tendiendo a flotar.
  23. 23. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 23 4.5.3.1 Formación de Espumas Para obtener la formación de espumas (cargada de mineral), es decir, la adherencia entre las partículas de los minerales deseados a las burbujas de aire, se debe formar una película superficial hidrofóbica (que repele el agua), sobre las partículas a flotar y una película superficial hidrofílica (que tiene afinidad por el agua) sobre las otras partículas. Esto se consigue por el agregado a la pulpa de sustancias denominadas colectores y modificadores. La superficie del mineral a flotar adsorbe a las moléculas del colector, la que consta de una parte polar y otra no polar, de acuerdo al esquema siguiente (Figura N° 20) Molécula del colector Parte polar Figura N° 20 Parte no polar La parte no polar (formada, generalmente, por radicales alcohólicos) le da al mineral las características hidrófobas. Además es necesario que las burbujas de aire, que se unirán al mineral a flotar, tengan una dureza tal que no sean destruidas durante el proceso, para ello se agregan sustancias denominadas espumantes. Los espumantes tienen, también, sus moléculas con dos partes bien diferenciadas, una polar y la otra no polar. Se disponen en la burbuja de aire de acuerdo al siguiente esquema (Figura N° 21). Parte polar Parte no polar Molécula de espumante Figura N° 21 Aire
  24. 24. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 24 Al reunirse el mineral a flotar con las burbujas de aire se disponen de la siguiente manera (Figura N°22). Ascendiendo hasta la superficie de la pulpa donde al reunirse con las otras burbujas forman la espuma. Figura N°22 4.5.3.2 Factores Físicos y Químicos en la flotación a) Factores Físicos  Temperatura de la pulpa Influye sobre la adsorción. Para cada mineral es necesario buscar la temperatura óptima mediante ensayos que verifiquen la mejora de flotación.  Tamaño de los granos de mineral Suponiendo igualdad de propiedades superficiales, a mayor densidad de un mineral, menor tamaño de partícula flotable, de manera de permitirla estabilidad de su unión con la burbuja de espuma. La práctica señala que el tamaño máximo de flotación industrial varía entre 0,3 y 0,5 mm., con un máximo de 3 mm para el carbón. Análisis granulométricos realizados, han determinado que los máximos de rendimiento, enriquecimiento y separación se obtienen para partículas comprendidas entre 100 y 10  lo que indica que el máximo rendimiento en flotación depende más de las particularidades físicas que la composición química del mineral. Las partículas de tamaños inferiores a 10  ofrecen las siguientes desventajas: Mineral Aire Aire Aire Aire
  25. 25. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 25 a) Menor rendimiento, al disminuir la probabilidad de contacto, en la pulpa, con una burbuja, favoreciéndose, además, la oxidación. b) Mayor consumo de reactivos. c) Aumenta la mojabilidad del mineral, al recubrirse de ganga, impidiendo la flotación. Las partículas de mineral menores de 5  deben flotarse agregando coagulantes (floculantes), que provocan su aglomeración.  Tamaño de burbuja Deben cumplir con las siguientes condiciones: a) Para un volumen determinado de aire, deberá éste encontrarse lo más finamente dividido en la pulpa. De manera de aumentar la probabilidad de contacto con las partículas minerales. b) Las burbujas cargadas de mineral deberán tener una densidad menor que la pulpa, para poder flotar y formar la espuma. b) Factores Químicos  Adsorción química  Solubilidad de las sustancias Es importante conocer la solubilidad de las sustancias intervinientes en el proceso por la influencia que ejerce sobre las transformaciones superficiales de los minerales y las modificaciones que, las sales disueltas, pueden producir en los reactivos.  pH El carácter ácido o básico de la pulpa tiene gran importancia pues de él depende el rendimiento de la flotación. La flotación, generalmente, se realiza en medios ligeramente ácidos o alcalinos, con pH que varía entre 4 y 10. A efectos de evitar la alteración del pH que suelen agregarse soluciones “buffer” (amortiguadoras) para regularlo durante el proceso.  Potencial Redox En la pulpa existen siempre reacciones Redox, las que pueden afectar el rendimiento en producto flotado.
  26. 26. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 26 4.5.4 Reactivos o Agentes de Flotación Son sustancias que se agregan a la pulpa para producir la flotación. Se clasifican de la siguiente manera: a) ESPUMANTES b) COLECTORES c) MODIFICADORES (reguladores) 4.5.4.1 Espumantes Estas sustancias tienen por objeto la formación de espumas. Las condiciones que deben reunir son las siguientes: a) Formar espuma de duración y persistencia para soportar la carga de mineral. b) Producir espuma por el agregado de la cantidad más pequeña posible. c) Repartirse en la pulpa completa y fácilmente. d) Tener escasa sección sobre la superficie de los minerales. e) La espuma formada deberá deshacerse fácilmente una vez retirada de la máquina de flotación. Los espumantes utilizados son compuestos orgánicos heteropolares que contienen grupos funcionales alcohol (OH), carboxilo (CO.OH), amidas (CONH2), etc. Los espumantes comerciales más importantes incluyen: C5H11OH Alcohol amílico CH3-C6H4-OH Cresol (en ácido cresílico) C10-H17-OH Terpinol (en aceite de pino) 4.5.4.2 Colectores El objeto de estas sustancias es unir las burbujas de aire a las partículas minerales que deben flotar y producir el enriquecimiento de la espuma en mineral. Hay sustancias que poseen propiedades espumantes y colectoras. Las moléculas de los colectores contienen un grupo no polar, constituido por radicales alcohólicos, generalmente, y un grupo polar.
  27. 27. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 27 Los principales colectores son: a) Xantatos (xantogenatos): son sales de metales alcalinos con el ácido xántico. Los xantatos de potasio responden a la siguiente fórmula: S R - O – C SK (R: radical alcohólico) Los xantatos disueltos en agua se disocian: S S - + R - O – C (R – O – C) + K SK S Anión xántico La acción colectora de los xantatos se basa en los aniones xánticos que es adsorbido con el grupo polar hacia el mineral a flotar y el radical alcohólico hacia el agua. Los xantatos son los colectores más enérgicos para los sulfuros (buen poder colector) y su consumo se encuentra entre 25 g. y 100 g. por tonelada tratada. Son muy solubles, lo que permite realizar una buena dosificación. Pueden trabajar como colectores selectivos (buena selectividad), agregados paulatinamente, van actuando sobre cada uno de los minerales a flotar a lo largo del proceso, además poseen sólo acción colectora, por lo que no tienen influencia sobre la espuma. Se emplean los etilxantatos alcalinos para los sulfuros de CU, Pb, Zn, Mo y Fe. b) Ditiofosfatos: estos compuestos tiene propiedades semejantes a los xantatos y responden a la fórmula: R – O SK P R – O S (R: Radical alcohólico) 4.5.4.3 Modificadores Estas sustancias en presencia de colectores y espumantes actúan sobre las propiedades superficiales del mineral modificando su flotabilidad. Se clasifican según el resultado que se consigue por su agregado a la pulpa, en: a) Deprimentes: reducen la flotabilidad de los minerales que no quieren flotarse. Ejemplos de estos son: cianuros, sulfitos y álcalis.
  28. 28. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 28 b) Agentes reflotadores (activadores): favorece al mineral para que se forme con el colector la película polar – no polar necesaria para la flotación. Pueden también dar flotabilidad a los minerales que previamente fueron deprimidos. Ejemplos de estos son: (Cu++ .SO3Na2) y SO3HNa. c) Precipitadores: precipitan a los iones existentes en la pulpa que perjudican la flotación. 4.5.4.4 Floculantes (Coagulantes) Son sustancias que se agregan a la pulpa y cuya función es reunir (colectar) las partículas minerales en forma de flóculos. Esto favorece la flotación porque la carga de mineral de las burbujas se hace por adherencia de flóculos, lo que da una carga mayor por unidad de superficie que la se obtendría por la adherencia de granos aislados. 4.5.5 Aplicación de la Flotación en la Industria Minera Los minerales flotables pueden clasificarse en cuatro grupos: a) Minerales nativos: Oro, plata y platino. b) Minerales sulfurados: Sulfuros, telulruros, seleniuros y antimoniuros. Estos minerales flotan generalmente bien con xantatos. Para la flotación de sulfuros se usa la flotación selectiva o diferencial. La misma se basa en que mediante el agregado de reactivos adecuados se separan paso a paso los distintos componentes de un mineral complejo. Primero se flota el sulfuro más flotable, deprimiéndose los restantes, luego otro sulfuro y así, sucesivamente los demás. c) Minerales oxidados: óxidos, hidróxidos, sulfatos, carbonatos, etc. Estos poseen una gran tendencia a la mojabilidad, lo que hace su flotación tan débil como la ganga. Para flotarlos se usan dos métodos, el primero consiste en la sulfuración, reemplazando las moléculas de oxígeno de los minerales por azufre, y flotándose posteriormente como sulfuros, o empleando colectores cuya parte no polar sea la cadena larga, revistiendo al mineral para que la atracción entre el mineral y el agua no se produzca. Para este segundo método se usan, preferiblemente, como colectores sales alcalinas de ácidos grasos superiores. d) Minerales no metalíferos (pétreos o térreos): magnesita, espato-flúor, fosfato de calcio, calcita, bauxita, diamante, grafito, lignito antracita, hullas, etc. Estos se clasifican en minerales polares, que se flotan en forma similar a los minerales oxidados y minerales no polares que son de fácil flotabilidad y para los que se usan aceites como espumantes.
  29. 29. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 29 4.5.6 Maquinas de Flotación Estas máquinas constan, esencialmente de los siguientes elementos. (Figura N° 23). a) Cuba ó cámara, recipiente donde se coloca la pulpa para su tratamiento b) Hélice, con la que se provoca la agitación de las pulpa c) Entrada de aire, para producir el aireo del mineral a flotar d) Espumadera, para retirar la espuma formada durante la flotación e) Entrada, para la pulpa a la cuba f) Salida, para el estéril (parte de la pulpa no flotada) Figura N° 23. Cuba de Flotación Denver (de Laboratorio) Espuma Aire Espumadera Burbujas de Recipiente que recibe espuma Aire y mineral Cuba Hélice Salida Rompeolas Estéril
  30. 30. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 30 4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación Se clasifican de acuerdo al siguiente cuadro: a) Máquinas sin agitación (para flotación de superficies). 1) Aparatos con agitadores que aspiran aire por acción mecánica de ellos Maquinas de Flotación 2) Aparatos con agitadores y aire introducido a presión b) Maquinas con Agitación de la Pulpa 3) Aparatos con agitación producida por inyección de aire comprimido 4) Aparatos con aireo de la pulpa por depresión producida en la cámara de flotación 4.5.7.1 Condiciones de una Buena Máquina de Flotación Las condiciones que debe cumplir una buena máquina de flotación son: a) Construcción fuerte y económica b) Poco consumo de energía c) Fácil de realizar el mantenimiento d) De operación fácil y mínimo requerimiento de personal 4.5.8 Clasificación de las Máquinas de Flotación según su Función en el Proceso Generalmente la flotación no se realiza haciendo pasar todo el mineral por todas las células disponibles, el trabajo se divide en los siguientes grupos de células: a) Desbastadoras: Estas células tienen por objeto preparar un concentrado que debe seguir tratándose. b) Acabadoras: Trabajan alimentadas con el concentrado proveniente de las desbastadoras dando un concentrado definitivo o un segundo concentrado. c) Reacabadoras: Trabajan alimentadas con el segundo concentrado, dando el concentrado definitivo.
  31. 31. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 31 4.5.8.1 Combinación de Máquinas de Flotación para la Concentración de Sulfuros A continuación se esquematiza un proceso para la concentración de galena. En el proceso se utilizan máquinas desbastadoras, acabadoras y reacabadoras. Las desbastadoras son aparatos de agitación, las acabadoras y reacabadoras aparatos de aire comprimido (Figura N° 24). ALIMENTACION (Mena con Pb: 4%; Zn: 6%) DESBASTADORAS Salida a la flotación de Zn (donde da concentrado de blenda Zn: 58%; Pb: 1,1% y estéril: Pb: 0,5%; Zn: 0,9%). ACABADORAS 2° concentrado Figura N° 24 REACABADORAS Concentrado definitivo de galena (Pb: 72%; Zn: 3%). 4.5.9 Descripción de Aparatos de Flotación por Espumas Dentro de los aparatos de flotación, seguidamente, describiremos dos de los más característicos como son la cuba de flotación CALLOW y la CALLOW - Mas INTOSH. Otra importante es la DENVER, de la cual, en el punto 5.5, se describe y esquematiza una de laboratorio. 4.5.9.1 Cuba de Flotación Callow La cuba de flotación Callow, es un aparato con agitación producida por inyección de aire comprimido. Consta, como se observa en la figura, de una cámara que en su parte inferior tiene un distribuidor de aire. Básicamente es un canal de anchos que varían entre 0,60 y 0,90 m. Y una altura de 0,45 a 0,65 m. Y de la longitud requerida según el proceso. El fondo del canal está recubierto por lonas (sobre marcos de hierro). El aire, se sopla a una presión de 0,3 Kg./cm² y un caudal de 2,5 a 3 m³/m²-min. Se aplica a materiales fácilmente flotables. La alimentación del material a flotar penetra por un costado del canal (lado izquierdo del esquema), y la espuma, que se forma en la parte superior de la cuba y alcanza un espesor de 0,20 a concentrado
  32. 32. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 32 0,25, se extrae por un extremo del canal, el opuesto a la alimentación. El estéril (las colas) se eliminan por el costado de la cuba opuesto a la alimentación, saliendo los finos por la parte superior y los gruesos por la parte inferior. La misma se esquematiza en la Figura Nº 25. 4.5.9.2 Cuba de flotación Callow – Mas Intosh Esta cuba mejora las condiciones de la anterior, ya que el aire soplado se lo introduce a la cuba a través de un eje hueco, agujereado, giratorio, colocado en la cuba en el sentido longitudinal de la misma. En el esquema se observa una vista en corte transversal. El eje hueco al girar, impide el depósito del material sólido sobre la superficie del cilindro, y que de lo contrario, haría detener periódicamente detener la operación a efectos de su eliminación. El tubo citado tiene un diámetro de 10”, y gira a una velocidad de 15 r.p.m., cuenta con dos perfiles opuestos soldados que levantan el material de la parte inferior de la cuba. La alimentación penetra por uno de los extremos de la cuba y la espuma se descarga por rebose por los costados de la misma. Las colas salen de la cuba por la parte inferior y el extremo opuesto de la alimentación. El ancho del aparato es de 0,6; 0,9 ó 1,20 m. El largo de estas cubas varía entre 3,6 y 9 m. En este último caso, el tubo por donde se sopla el aire (que es un tubo de acero sin costura). Está dividido en dos partes. La misma se esquematiza en la Figura Nº 26.
  33. 33. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 33 ALIMENTACION ESPUMA ESPUMA RESIDUOS FINOS CANAL COLECTOR DE ESPUMAS RESIDUOS EJE HUECO AIRE GRUESOS DISTRIBUIDOR DE AIRE Figura N° 25 Figura N° 26 4.5.10 Esquemas de Instalaciones de Flotación En las Figuras N° 27 y 28 se esquematizan instalaciones de flotación por espumas. Las mismas son suficientemente explícitas por sí mismas, por lo que no se detallará el recorrido de los materiales y las operaciones realizadas en cada máquina. 1) Transportador de mineral (triturado a 6 mm.) 2) Tolva de mineral 3) Distribuidor 4) Molino de bolas 5) Clasificador de partículas (Dorr) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 11 12 14 AIRE AIRE
  34. 34. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 34 6) Bomba 7) Mezclador 8) Células de flotación acabadoras 9) Células de flotación desbastadoras 10) Células de flotación agotadoras (que dan el estéril que sale por 13 y realimentan 9) 11) Espesador de concentrado 12) Filtro desecador 13) Salida de estéril 14) Mineral para expedición Mezclador acondicionador Desbastador Desechos Cono Espesador Acabador Estéril Molino de bolas Figura Nº 28 Concentrado grueso Mesa de Minero Concentrado mixto Concentrado Fino MINERAL: del 3 al 5% en Pb. CONCENTRADO: 50 AL 70% en Pb.
  35. 35. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 35 4.6 SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LIQUIDO 4.6.1 Introducción Los métodos de separación de fases se clasifican de acuerdo al estado de agregación de los elementos a separar. Estos a su vez se pueden dividir en métodos químicos, mecánicos, magnéticos, etc. Estado de agregación Tipo de separadores Sólido de sólido Cribas, Separadores hidráulicos, neumáticos y electromagnéticos Sólido de gas Filtros de aire, filtros de bolsas, ciclones Liquido de sólido Prensas, extractores centrífugos Sólido de liquido Espesadores, clarificadores, filtros, centrifugas Liquido de gas Cámaras de sedimentación, ciclones, precipitadores electroestáticos Gas de líquido Tanques fijos, rompedores de espuma Líquido de liquido Decantadores centrífugos, ciclones líquidos En muchos procesos industriales aparecen mezclas de líquidos y materias sólidas en suspensión. El tamaño de las partículas sólidas que contienen es muy diverso. Cuanto más pequeñas son las partículas sólidas, tanto más difícil es su separación del liquido. Los métodos de separación utilizados son: Decantación (sedimentación), filtración y centrifugación. La sedimentación es la separación por gravedad de la materia sólida en un líquido. Este método de separación se utiliza para grandes cantidades de materias en suspensión. La sustancia sólida que tiene mayor densidad se deposita por gravedad en el fondo del recipiente de decantación. Ej. potabilización de agua. La filtración es la separación mecánica de la mezcla de sólidos y líquidos con ayuda de un filtro que retiene las sustancias sólidas. La fuerza física que actúa es la caída de presión entre la entrada y la salida del filtro. La filtración se utiliza cuando hay que separar una suspensión fina cuya velocidad de sedimentación es muy pequeña o cuando es necesario obtener la sustancia sólida con la menor cantidad de humedad posible, por ejemplo concentrados de cobre. En la centrifugación la separación de los componentes sólido y líquido de la suspensión se separan por acción de una fuerza centrífuga que actúa dada la diferencia de densidad de cada uno de los componentes de la suspensión. Se utiliza para suspensiones finas o turbias puesto que la fuerza centrífuga puede llegar a ser un múltiplo de la fuerza de gravedad y permite una separación mejor que con los métodos anteriores. 4.7 SEDIMENTACIÓN 4.7.1 Teoría de la sedimentación El proceso de sedimentación consiste en la extracción de partículas sólidas suspendidas dentro de una corriente de líquido mediante el asentamiento por gravedad. El mismo se puede dividir en dos operaciones: espesamiento y clarificación. El espesamiento consiste en aumentar la concentración de sólidos suspendidos contenidos dentro de una corriente de alimentación (por ejemplo para espesar un concentrado de flotación de galena) mientras la clarificación consiste en extraer una
  36. 36. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 36 cantidad pequeña de partículas suspendidas y producir un efluente claro (por ejemplo para la recuperación las aguas de proceso y lavado). Para eliminar arenas relativamente gruesas que poseen velocidades de sedimentación relativamente grandes, la clasificación por gravedad bajo sedimentación libre resulta satisfactoria. Pero para separar partículas finas menores de un micrón, las velocidades de sedimentación son muy bajas, por lo tanto las partículas deben aglomerarse o flocularse para formar partículas mayores con mejor velocidades de sedimentación. Este proceso es generalmente utilizado en la clarificación. En la sedimentación las partículas floculadas poseen dos características importantes. La primera es la complicada estructura de los flóculos, pues los agregados tienen enlaces débiles entre las partículas y retiene una gran cantidad de agua dentro de sus estructuras que acompañan a los flóculos cuando sedimentan. La segunda característica es la complejidad de su mecanismo de sedimentación. En la Figura Nº 29.a se muestra una suspensión floculada distribuida uniformemente en el líquido y dispuesta para sedimentar. Si no hay arenas en la mezcla, la primera aparición de sólidos en el fondo del sedimentador se debe a la sedimentación de flóculos originados en la porción inferior de la suspensión. En la Figura Nº 29.b estos sólidos que están formados por flóculos que descansan suavemente unos sobre otros forman una capa llamada zona D. Sobre la zona D se forma otra capa llamada zona C, que es la capa de transición y cuyo contenido en sólidos varía desde el de la suspensión inicial hasta el de la zona D. Sobre la zona C está la zona B, constituida por la suspensión homogénea de la misma concentración que la suspensión original. Sobre la zona B está la zona A, la cual si las partículas han sido completamente floculadas es un líquido claro. En las suspensiones bien floculadas el límite entre las zonas A y B es nítido. Si quedan partículas sin aglomerar la zona A es turbia y el límite entre las zonas A y B es confuso. A medida que continúa la sedimentación (Figura Nº 29.c), la profundidad de las zonas D y A aumenta; la de la zona C permanece constante y la de la zona B disminuye. Por último (Figura Nº 29.d) desaparecen las zonas B y C y todo el sólido se encuentra en la zona D; entonces aparece un nuevo efecto llamado compresión. El momento en que se inicia la compresión se llama punto crítico. En la compresión una parte del líquido que ha acompañado a los flóculos hasta la zona de compresión (D) es expulsada cuando el peso del producto depositado rompe la estructura de los flóculos. Durante la compresión una parte del líquido contenido en los flóculos brota de la zona en Fig. Nº 29.a Fig. Nº 29.b Fig. Nº 29.c Fig. Nº 29.d Fig. Nº 29.e B B B D D A A Figura Nº 29 C
  37. 37. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 37 forma de pequeños surtidores y el espesor de esta zona disminuye. Finalmente, cuando el peso de sólido alcanza el equilibrio con la fuerza de compresión de los flóculos, se detiene el proceso de compresión (Figura Nº 29.e), el proceso total que se representa se llama sedimentación. 4.7.1.1 Velocidad de sedimentación En la Figura Nº 30 se representa la curva de la altura de las lamas (límite entre las zonas A y B) frente al tiempo. Durante la primera etapa de sedimentación la velocidad es constante, a medida que el sólido se acumula en la zona D, la velocidad de sedimentación disminuye y desciende continuamente hasta que se alcanza la altura final. El punto crítico se alcanza en C. Las lamas difieren notablemente tanto en velocidades de sedimentación como en las alturas relativas de las distintas zonas durante la sedimentación. Es necesario un estudio experimental de cada una para evaluar exactamente sus características de sedimentación. 4.8 EQUIPOS 4.8.1 Espesadores a) Espesador cilíndrico de compartimento simple Consiste en un tanque, un medio para introducir la alimentación con un mínimo de turbulencia, un mecanismo de rastrillo propulsado para mover los sólidos asentados hasta un punto de descarga, un medio para retirar los sólidos espesados y otro para eliminar el líquido clarificado (Figura Nº 31). Es impulsado por un motor mediante una transmisión de engranajes. Se sujetan dos brazos de rastrillo al eje central, estos brazos tienen suficientes aspas para raspar el fondo dos veces por revolución y dos brazos cortos adicionales para rastrillar el área interna cuatro veces por revolución con el fin de retirar las grandes cantidades de partículas gruesas que se asientan cerca del centro. Los raspadores cónicos atornillados al eje central impiden que se atasque el cono de Figura Nº 30
  38. 38. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 38 descarga del fondo. El lodo se extrae con una bomba de diafragma. Se utilizan unidades pequeñas de aproximadamente 2 metros de diámetro para tratar 100 Kg/ hr. hasta máquinas de 100 metros de diámetro para tratar 750 TN de sólidos por hora b)Espesador cilíndrico de bandeja Son de diámetro más pequeños que los anteriores y consiste en un tanque dividido verticalmente en compartimientos de acero con la misma alimentación repartida uniformemente entre todos y cada uno de los compartimentos como se muestra en la Figura Nº 32. Cada bandeja se inclina hacia el centro del tanque, estas bandejas son zonas poco profundas de sedimentación situadas una encima de otra. Unos agitadores de rastrillo hacen descender la suspención sedimentada desde una bandeja hasta la siguiente. Los sólidos espesados descienden ,debido a la gravedad, a través de la zona central por tubos cilíndricos hasta el compartimiento del fondo de donde se retiran. Cada bandeja se apoya en miembros estructurales radiales debajo del plato y en las paredes del tanque. La alimentación para el espesador entra primeramente en una caja divisora ubicada en la parte superior izquierda del tanque que divide el flujo uniformemente entre los compartimientos a través Figura Nº 31
  39. 39. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 39 de tuberías. Se desborda el liquido claro por el compartimiento ubicado en la parte superior derecha del tanque utilizando las cañerías que se encuentran a la derecha . Cada tubería lleva un manguito vertical , especie de válvula de ajuste manual, para controlar el nivel del líquido claro en cada compartimiento. Estos espesadores se utilizan cuando se dispone de poco espacio y cuando se necesita retención de calor ( procesos químicos) , pueden disponerse en baterías de varios de ellos y trabajar en paralelo ( aumento de la capacidad de espesado) o en serie (lavado del sólido). 4.9 CLARIFICADORES En general se utilizan clarificadores continuos con suspensiones diluidas principalmente en desechos industriales y domésticos y su finalidad primordial es producir un derrame relativamente claro. Son básicamente idénticos a los espesadores en el diseño general y la disposición con la excepción que se utiliza un mecanismo de construcción más ligera y cabezal de transmisión con una capacidad más baja de par motor pues en las aplicaciones de clarificación el lodo espesado que se produce es de volumen menor y los sólidos son más ligeros; por lo tanto los costos instalados de un clarificador son de un 5 al 10 % más bajos que para un espesador de igual tamaño de tanque. Las unidades varían entre 2,5 y 122 metros. En las aplicaciones a desechos se usan unas escobillas de goma para las aspas raspadoras del brazo del rastrillo para que el fondo se pueda raspar lo mejor posible para evitar la acumulación de sólidos orgánicos y la descomposición de los mismos. (Figura Nº 33) Figura Nº 32
  40. 40. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 40 4.10 FILTRACIÓN 4.10.1 Teoría de la filtración La filtración es la separación de una mezcla de sólidos y fluidos, este puede ser un líquido o un gas) que incluye el paso de la mayor parte del fluido a través de un medio poroso que retiene la mayor parte de las partículas sólidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que permite que pase el fluido mientras retiene la mayor parte de los sólidos, los cuales se acumulan en una capa sobre la superficie o filtro (torta de filtración) por lo que el fluido pasará a través del lecho de sólidos y la membrana de retención. La mezcla fluye debido a alguna acción impulsora como la gravedad, la presión (o el vacío) o la fuerza centrífuga. En general, los filtros se clasifican de acuerdo con la naturaleza de la fuerza impulsora que provoca la filtración. Los medios o superficies filtrantes pueden ser polvos granulares como polvo de carbón, amianto, arena, grava, tierras de variada naturaleza, etc. o fieltros o tejidos. Estos medios deben tener resistencia química y mecánica. 4.10.2 Regímenes de filtración: a) A presión constante: se utiliza cuando se filtra un líquido turbio y forma una torta apenas sensible a la presión el volumen de filtrado decrece pues disminuye la velocidad de filtrado ya que a medida que crece el espesor de la torta la resistencia a la filtración es mayor. (Figura Nº 34) Figura Nº 33
  41. 41. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 41 V = volumen acumulado de sólidos p = Cte. t = tiempo b) A filtración o velocidad constante: Se utiliza cuando se filtra una sustancia de naturaleza coloidal o gelatinosa muy sensible a la presión, estas pueden apelmazarse tapando los poros de filtración sino se emplea una cantidad suficiente de coadyuvante. Los coadyuvantes son sustancias que poseen una gran energía superficial específica constituyendo lechos que resultan insensibles a la presión. Se emplean añadiéndolos al líquido turbio que contiene al precipitado difícil de filtrar o se filtra primero agua y coadyuvante y luego la suspensión (cuando no deseo que la torta se contamine con el coadvuvante). Estas sustancias pueden ser tierra de diatomeas (Kieselgurhr) constituido por infinidad de esqueletos silicios de animales marinos, mármol molido, coque, bagazo azucarero, etc. (Figura Nº 35). A medida que crece el espesor de la torta aumenta la presión para poder mantener el volumen constante. La desventaja es que en los primeros momentos podría obtenerse grandes volúmenes de filtrado por ser pequeña la resistencia, por lo tanto disminuye el rendimiento global del filtro. p V = cte. t c ) A régimen mixto: Se armonizan las ventajas de los dos anteriores para la filtración de las sustancias sensibles a la presión. En la primera parte se realiza una filtración a velocidad constante y poca presión hasta que se forme un lecho suficiente sobre el material filtrante luego se va aumentando la presión hasta un determinado punto en donde la presión es constante y la velocidad de filtrado decrece. Figura Nº 34 Figura Nº 35
  42. 42. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 42 4.10.3 Clasificación de filtros PRESION DE FILTRACION TIPOS DE FILTRO FILTRO CARACTERISTICO APLICACION OBSERVACIONES Carga hidrostática del propio líquido Gravedad Filtro de arena Clarificación de agua con pequeña cantidad de sólidos Presión producida por una succión practicada por la parte opuesta del material filtrante Vacío a) discontinuos b) continuos Filtro Nutcha Filtro rotatorio Filtro de discos Trabaja a escalas pequeñas Se utilizan en gran escala industrial para lodos con gran cantidad de sólidos Puede hacerse por gravedad La suspensión debe ser espesada para mejorar el rendimiento de la filtración Presión adicional por bomba, generalmente centrífuga Presión a) prensa b) de caja Filtro de cámaras Filtro de placas y marcos Filtro de bolsa Filtro Sparkler Se utilizan en escala industrial para volúmenes de producción menores que los rotativos Contaminación o recolección de polvos Clarificación Son más económicos que los rotatorios pero más caros en su operación porque necesitan mayor mano de obra Separa partículas sólidas de un gas La solución puede calentarse para aumentar la viscosidad
  43. 43. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 43 4.10.4 Equipos a) Filtro de arena Está formado por un depósito de fondo perforado cubierto por una capa de aproximadamente 30 cm de rocas trituradas o de grava gruesa para sostener la capa superior de arena porosa (de 0,5 a 1,25 m de altura) a través de la cual pasa el fluido en régimen laminar (Figura Nº 36). A través de válvulas permite efectuar el lavado del lecho de arena por circulación de agua en sentido opuesto para arrastrar así a los sólidos acumulados Son filtros de gran tamaño y gran superficie filtrante. Son muy utilizados en el tratamiento de grandes cantidades de fluidos que sólo contienen pequeñas proporciones de materiales sólidos en suspensión. Para el tratamiento de agua potable se le agregan coagulantes como SC4 Fe (So9) 3 Al 2 que liberan los hidroxilos y se utiliza como medio filtrante arena de cuarzo. El coque de tamaños clasificados cargado en cajas de madera revestidas en plomo se utiliza par la filtración de ácido sulfúrico y la piedra caliza triturada en tamaños adecuados se usa par la filtración de líquidos alcalinos. En todos los caso el material de relleno grueso se dispone sobre el fondo perforado para que sirva de soporte a los más finos. Los diferentes tamaños de materiales deberán disponerse en capas de modo que las partículas de tamaños distintos no se mezclen. La arena utilizada para la filtración ha de tener un tamaño uniforme de partícula para proporcionar la máxima porosidad y la mayor velocidad de filtración. Figura Nº 36
  44. 44. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 44 b) Filtro nutcha El material filtrante se deposita sobre la placa filtrante agujereada. Se lo llama de funcionamiento discontinuo debido a que el proceso de filtrado se interrumpe cada vez que es necesario reponer el material filtrante. Es utilizado para trabajos de pequeña escala y pueden adaptarse fácilmente para como filtros de presión o gravedad. (Figura Nº 37). Los hay del tipo metálico de diámetros menores o iguales a 2,5 metros y áreas filtrantes de 50 ft2 con una capacidad de 8000 litros y de tipo cerámicos con diámetros menores a 1 metro, áreas filtrantes de 7 ft2 con capacidad de 400 litros. Figura Nº 37
  45. 45. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 45 c) Filtro rotatorio de tambor Los filtros de vacío rotatorios se utilizan especialmente en trabajos de gran escala, como concentrados de flotación, pulpa de papel y bagazo de caña de azúcar. El tambor filtrante está sumergido en la suspensión a tratar (Figura Nº 38). La aplicación de vacío al medio filtrante origina la formación de un depósito o torta sobre la superficie exterior del tambor, conforme este va pasando, en su giro, por la suspensión. El tambor está dividido en segmentos cada uno de los cuales va conectado a la pieza giratoria de la válvula distribuidora, por la cual se aplica el vacío, se separa el líquido filtrado y los de lavado y llega al aire. Estos sectores tiene normalmente unos 30 cm de ancho y una longitud igual a la generatriz del tambor. El tambor tiene una velocidad de rotación muy baja de 1 a 2 r.p.m.. Conforme el tambor gira en el sentido de las agujas del reloj la torta va adquiriendo espesor progresivamente, mientras que el líquido filtrado continúa pasando hacia el colector principal. La torta se lava por una serie de boquillas de riego montadas sobre tubos paralelos al eje del tambor llamadas colectores de lavado. Después del lavado la torta puede sufrir un apisonado mediante un rodillo para aumentar su densidad y disminuir su contenido en agua. El líquido de lavado se extrae por escurrido y paso del aire. En la última etapa la torta queda sometida a un soplo de aire a la presión de 0,35 Kg/ cm2 de dentro hacia fuera. Este golpe de aire afloja la torta separándola del medio filtrante y se desprende con ayuda de un raspador o cuchilla. La superficie de filtrado varía entre 0,3 m2 y 80 m2. Figura Nº 38
  46. 46. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 46 d) Filtro de discos El funcionamiento de estos filtros es similar a los anteriores con la diferencia que la superficie filtrante no es el tambor sino las secciones circulares de cada disco por lo que aumenta considerablemente la superficie filtrante. El filtro está formado por discos filtrantes colocados sobre un mismo eje. Cada disco tiene su propia fosa donde se coloca la suspensión a filtrar la filtración se efectúa a través de la superficie del disco. Las superficies de filtrado varían de 2 m2 a 280 m2. . Los discos pueden cambiarse independientemente sin afectar ni detener el l funcionamiento de los restantes discos del filtro. Cada disco puede filtrar productos distintos si los líquidos filtrados pueden mezclarse. Si no pueden mezclarse sólo pueden filtrarse dos productos independientes debido a que pueden colocarse dos válvulas distribuidoras, una en cada extremo del eje. e) Filtro prensa de cámaras Están formados por un acoplamiento de varias placas cóncavas diseñadas para producir una serie de cámaras o compartimientos en los que se pueden recoger los sólidos (Figura Nº 39). Las placas se recubren con un medio filtrante. El sistema cierra mediante la presión ejercida por un pistón contra la primer placa (asimetría en sentido longitudinal) llamada cabezal. El líquido turbio llega a las cámaras que se forman mediante una bomba no pulsante para evitar que el precipitado se apelmace. La suspensión se introduce en cada compartimiento bajo presión; el líquido pasa a través de la lona y sale a través de una tubería dejando detrás una torta húmeda de sólidos. El líquido filtrado por cada una de las placas llega por las tuberías a una pileta común que se encuentra debajo de la máquina de filtrado. Una vez que se llenaron las cámaras se sustituye la corriente de líquido turbio por el de lavado que sigue la misma trayectoria que el anterior al pasar por la torta formada en la cámara. Una vez lavado el precipitado se escurre enviando una corriente de aire por la misma canalización. Terminado el ciclo de filtrado, lavado y escurrido se afloja el pistón y se sacuden las placas de a una para que el precipitado se desprenda, recogiéndolo en un depósito en el mismo sitio.
  47. 47. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 47 f) Filtro prensa de placas y marcos El funcionamiento de estos filtros es análogo al de los filtros anteriores. En ellos las cámaras están constituidas por el espacio hueco de los marcos situados entre dos placas. Las placas y marcos se acoplan alternadamente adaptando telas de filtración sobre los dos lados de cada placa. El conjunto se mantiene acoplado, formando una unidad, por aplicación del esfuerzo mecánico de un tornillo o con ayuda de una prensa hidráulica (Figura Nº 40). El lodo líquido es bombeado a las CAMARAS (A) rodeadas por LONAS filtrantes (B). Al bombear la presión se incrementa y fuerza al lodo a atravesar las lonas, provocando que los sólidos se acumulen y formen una PASTA seca (C). Figura Nº 39
  48. 48. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 48 El PISTON (D) hidráulico empuja la PLACA de acero (E) contra las PLACAS de polietileno (F) haciendo la prensa. El CABEZAL (G) y el SOPORTE terminal (H) son sostenidos por rieles de las BARRAS de soporte (I), diseñados especialmente. El filtrado pasa a través de las lonas y es dirigido hacia los canales de las placas y PUERTOS de drenado (J) del cabezal para descarga. La torta es fácilmente removida haciendo retroceder el pistón neumático, relajando la presión y separando cada una de las placas, para permitir que la pasta compactada caiga desde la cámara. En la Figura Nº 41 se esquematiza la sección longitudinal de un filtro prensa de placas y marcos con alimentación periférica (en oposición a la alimentación central, tratada hasta ahora). Figura Nº 40 Figura Nº 41
  49. 49. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 49 Estos filtros tienen la ventaja con respecto al de cámaras que debido a la presencia de los marcos el volumen de precipitado es mayor. Pero el lavado en este tipo de filtros es defectuoso debido a que la presión se distribuye irregularmente sobre las caras del precipitado. Debido a esto no es frecuente su utilización cuando es el precipitado lo que nos interesa recoger como resultado de la filtración. Existen dos métodos de lavado, el “simple” y el “completo”. En el simple el líquido de lavado se introduce por el mismo canal que la suspensión pero, su alta velocidad cerca del punto de entrada es alta y produce erosión en la torta. Los canales así formados crecen y el lavado que se obtiene suele ser desigual. Además solo pueden utilizarse cuando el marco no está completamente lleno. El lavado completo consiste en introducir el líquido de lavado por un canal separado detrás de la tela filtrante en placas alternadas, llamadas placas de lavado y fluye a través de todo el espesor de la torta. El líquido de lavado suele descargarse por el mismo canal que el filtrado, aunque a veces existe una salida separada. A menudo se instalan varias entradas para que el líquido de lavado se distribuya bien. En la Figura Nº 42 pueden visualizarse los distintos tipos de placas (I: no lavadoras y III: lavadoras) y marcos (II) de un filtro prensa de placas y marcos con placas lavadoras. En la Figura Nº 43 puede verse el circuito del fluido en ciclo de lavado de un filtro de placas y marcos con placas lavadoras con canales periféricos de alimentación y salida. En la Figura Nº 44 se muestra en mayor detalle como circula el fluido por las placas. Figura Nº 42
  50. 50. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 50 Figura Nº 43 La placa no lavadora y la placa lavadora se disponen en el filtro entre los marcos. Ambas placas se encuentran recubiertas por un paño filtrante que retiene los polvos. Para evitar la adherencia del filtro a las placas, estas poseen un cuadriculado en relieve. En el ciclo de filtrado la alimentación del líquido turbio llena al marco por la periferia y sale por la periferia de las placas tanto la ordinaria como las lavadoras. En este trayecto el agua turbia debe pasar obligatoriamente por el paño filtrante que retiene el sólido y deja pasar el líquido. En el ciclo de lavado (Figura Nº 43) el líquido de lavado llega por la periferia cada dos placas, una si otra no, y pasa a través de las dos tortas contenidas en cada marco a ambos lados de la placa y sale por las llaves dispuestas en la placa no lavadora. Todos estos tipos de placas pueden diseñarse para trabajar a desagüe cerrado (conductos aislados para la separación del líquido de filtrado y del agua del lavado, los conductos pueden estar situados en las esquinas, centro o lugares intermedios entre placas y marcos). Estos filtros suelen construirse de materiales diversos como madera, metales y aleaciones. El material filtrante puede ser lana, seda, nylon, algodón, nitrocelulosa, cloruro de polivinilo, etc. Las medidas de las placas van de 4” x 4” hasta 61” x 71” y marcos con espesores de 0,125” a 8”. El número de placas puede llegar hasta 100 y se trabaja con presiones de 7 a 70 kg/cm2. Son filtros de bajo costo inicial pero con altos costos operativos por la necesidad de mano de obra en la separación del mismo. Se lo puede utilizar tanto para la obtención de sólidos como para la de líquidos pero para volumen no demasiados grandes. Se los utilizan en la industria azucarera para la clarificación de melaza, en la industria de las pinturas para filtración de pigmentos, etc.
  51. 51. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 51 Por lo expuesto hasta ahora podemos mencionar las siguientes ventajas del filtro: Es simple y versátil, el coste de mantenimiento es bajo, proporciona un gran área filtrante en un espacio reducido, las fugas se detectan fácilmente, puede trabajar a elevadas presiones y resulta igualmente adecuado tanto si el producto principal es la torta como si es el líquido. También presenta los siguientes inconvenientes: Funcionamiento intermitente y el armado y desarmado produce desgastes en las telas y el trabajo resulta pesado para tratar grandes cantidades por el gran requerimiento de mano de obra. g) Filtro de bolsa o mangas Consta de un gran depósito cilíndrico o paralelepípedo ,dividido longitudinalmente en dos partes ( una a la derecha del dibujo y otra a la izquierda).Separa partículas sólidas de un gas. El aire cargado de sólidos de polvo penetra en una de las partes ,a, pasa a través de las mangas donde se filtra y sale por la parte superior del aparato arrastrado por un aspirador ,b. Cuando las mangas están muy cargadas de sólidos se las priva de este polvo adherido mediante una corriente de aire que circula a través de las mangas pero en sentido contrario. En la parte baja se recoge el polvo recuperado Mientras una cámara del aparato trabaja en filtración , la otra está en ciclo de recuperación, alternándose en estas funciones. Figura Nº 44
  52. 52. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 52 Se utilizan especialmente para la contaminación ambiental pues retienen los sólidos generados en los distintos procesos industriales liberando el aire limpio. Son equipos de gran eficiencia ya que llegan a capturar partículas de menores de 0,5 micras con 99% de eficiencia. Sus limitaciones son la temperatura y la húmeda ya que no pueden manejar flujos a mas de 200 ºC y deben estar totalmente secos, de lo contrario se queman las bolsas o se apelmaza el polvo y tapan los poros de las bolsas (Figura Nº 43). Se utilizan en diversos procesos industriales donde se generan polvos: molienda, embolsado de cemento, etc. h) Filtro Sparkle Permite toda operación de procesamiento de filtrado, decantación, clarificación, etc.; con ayuda de agentes físicos tales como presión, vacío, frío, calor, etc. Debido al ahorro de tiempo sustituye a los lentos procesos de sedimentación y un ahorro de costos con respecto al filtro prensa. La gran ventaja es que trabaja en circuito totalmente cerrado, limpio y sin contaminación alguna con el Figura Nº 43
  53. 53. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 53 exterior además admite trabajar con todo tipo de filtrantes como tierras activadas, carbón activado, papeles filtrantes, etc. Se fabrican de acero inoxidable y pueden estar revestidos en corcho duro. El filtro consta de una caja cilíndrica y resistente a la presión en cuyo interior se alojan una serie de placas de forma especial, las mismas reciben por un taladro periférico lateral el líquido turbio a presión y luego de filtrado lo descargan a un conducto central común a todas las placas. La placa que va en posición más baja es distinta a las demás pues en realidad es un elemento auxiliar del filtro con llave de vaciado independiente a la canalización de desagüe en general. El objeto de esta placa es poder filtrar hasta las últimas porciones del líquido turbio. La superficie de filtrado puede llegar a 14 m2 y la unidad más pequeña construida tiene 0,1 m2 . En general estos filtros se utilizan cuando los precipitados filtran mal y es necesario emplear presión o calentarlos para disminuir la viscosidad de los mismos. Como necesita para el lavado una menor cantidad de líquido se los utiliza para separar líquidos endientes. Se pueden encontrar filtros Sparkler de platos horizontales en donde el flujo es por gravedad y la torta es estable aún con flujo interrumpido. Son aptos para filtrado fino. Se utiliza como medio filtrante: tela, malla metálica o papel filtrante. Por la posición de los platos (horizontal) no hay peligro de pérdida o resbalamiento de la torta y sólo se necesita una pequeña precapa de ayuda. Las ventajas son: la torta descansa sobre un soporte horizontal por lo que no es necesario aplicar presión para mantenerlo adherido; el espesor de la torta es uniforme puesto que el flujo tiene la dirección de la gravedad; la limpieza es fácil pues es sencillo retirar el cartucho de la cuba y disponiendo un cartucho filtrante de recambio el tiempo es ínfimo. El filtro Sparkler de platos verticales se lo utiliza para servicios pesados con alto rendimiento. Tiene un soporte rígido para el cabezal y el tanque, esto hace innecesario el desarme de las conexiones para abrir el filtro. El tanque tiene una apertura hidráulica que da un perfecto ajuste entre carcaza y cabezal. Tienen una capacidad de 10 ft2 hasta 2000 ft2 de área filtrante y los diámetros del tanque hasta 72”. Los ciclos son mas largos que los de platos horizontales y el agente filtrante debe ser mantenido en posición por presión y comprimido contra la pared (Figura Nº 44).
  54. 54. Figura Nº 44
  55. 55. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 55 4.11 CENTRIFUGACIÓN 4.11.1 Teoría de la centrifugación Las partículas del sólido se separan de las líquidas por medio de la acción de la fuerza centrífuga que e s muy superior a la de sedimentación. Se aplica cuando la cantidad de sólidos es muy grande o muy pequeña, en el primer caso se utilizan las escurridoras o hidroextractores y en el segundo los clarificadores. La fuerza centrífuga impartida es: Fc = m. Vc 2 / r m = masa del líquido, Vc = velocidad periférica de la cesta y r = radio de giro Fc = m. (2 M n r)2 / r = m 4 M2 n2 r n = velocidad de rotación Fc = 4 M2 m n2 r Por lo tanto para aumentar la separación se puedo variar el radio de giro del aparato pero aumenta la fragilidad del mismo por lo tanto es más conveniente variar la velocidad de rotación, esto es lo que caracteriza a los distintos equipos de centrifugación. 4.11.2 Equipos a) Centrifuga de eje vertical Es de funcionamiento discontinuo. Consta de una cesta perforada que gira movida por un eje que puede estar sujeto desde arriba (cestas con diámetros entre 1 y 4 ft) o desde abajo (cestas con diámetros entre 2 y 9 ft). El material filtrante se deposita sobre la cesta . Después de recogido el precipitado se hace una limpieza. (Figura Nº 45). Opera a 1000 revoluciones por minuto. Se los utiliza para la refinación de azúcar y escurrido de telas teñidas. b) Centrifuga de eje horizontal Funciona en forma continua y consta de una cesta protegida de una carcaza que gira impulsada por un eje. La pantalla o cuchilla es un tambor que gira un poco más lento que el filtrante y puede acercarse más o menos a la superficie de la cesta para graduar el espesor de la torta. Su diámetro varía entre 2 a 4 ft y tiene una capacidad de 1 a 24 TN por hora de sólidos secos. Se usa para el secado de cristales (Figura Nº 46).
  56. 56. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 56 Figura Nº 46 c) Supercentrifugas Son sedimentadores rápidos mas que filtros. Son de muy pequeño diámetro pero la fuerza centrífuga desarrollada es de 40 100 rpm. Su capacidad es de 5 a 20 litros y se utiliza como purificador de aceite y en separaciones químicas (Figura Nº 47). . Figura Nº 45
  57. 57. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 57 Figura Nº 47
  58. 58. 72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido 58 4.12 BIBLIOGRAFÍA  “Preparación mecánica de minerales y carbones”. Fernández Miranda  “Operaciones básicas de Ingeniería Química”. Brown  “Elementos de Ingeniería Química”. Vian y Ocon  “Concentración de minerales por el método de flotación por espumas”. N. A. Cinat. (Guía de Trabajos Prácticos). C.E.I.  “Manual de tratamiento de minerales”. Taggart  Manual del Ingeniero Químico. Perry, Green  Operaciones Básicas de la Ingeniería Química- Brown  Operaciones Unitarias I  www.gaudfrin.com  www.ascmedioambiente.com

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