Separaciones - Universidad de Buenos Aires

Industrias I
72.02 – 92.02
SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS
SEPARACIÓNES HIDRAULICAS
SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE LIQUIDOS
(V. 1/2015)
72.02 - 92.02 - Industrias I
4
Separación de sólidos en sólidos
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 ................................................................................. 18
4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo) ....................................................... 19
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
2
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Separación de sólidos en sólidos
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 .................................................................................................. 54
4.11.1
Teoría de la centrifugación .............................................................................. 54
4.11.2
Equipos ............................................................................................................. 54
4.12 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 57
3
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
> 200 mm.
de 200 a 1 mm.
METODO DE
SEPARACIÓN
Manual
Mecánico
< 2 mm.
< 1,5 mm.
de 50 a 1 mm.
Hidráulico
Neumático
Electro magnético
4.2
TIPOS DE
APARATOS
Parrillas
Parrillas vibratorias
Cribas de tambor
Separadores hidráulicos
Separadores de aire
Separadores electromagnéticos
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
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Separación de Fases Sólido - Líquido
•
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
Agujeros
Alambres
Tejidos Metálicos
Rejilla metálica con orificios cuadrados
Rejilla metálica con orificios rectangulares
Vista en Corte
Mallas
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.
5
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Separación de Fases Sólido - Líquido
4.2.3.1 Zaranda de Inercia
La zaranda de inercia está compuesta de una especie de cajón (armazón) que cuenta con 1,2 o 3
pisos de tejidos metálicos (tamices). El tejido de diámetro más grande es el superior y el de menor
diámetro (tamaño de malla) es el inferior. (Figura Nº3)
El marco (cajón) de la zaranda está montado sobre 3 pares de resortes y está 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 está 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 más abajo. El material que no pasa
sale por el extremo del tejido opuesto al que entró. De esta forma se consigue, si hay 3 pisos de
tejido metálico, separar el material en 4 tamaños.
El más fino, pasa por todos los tejidos, el que le sigue pasa dos pisos pero sale por el extremo del
inferior, el que le sigue pasa solo un piso y el restante no pasa el primer piso.
Al material que no pasa un tejido metálico (tamiz) se lo denomina rechazo.
6
VISTA LATERAL
VISTA EN CORTE
3
3
5
7
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Figura Nº3. Zaranda de Inercia
Alimentación
Material Grueso
2
6
1
4
1.- Resorte
2.- Tamices
3.- Marco
4.-Bastidor
5.- Eje
6.- Volante
7.- Polea
Separación de Fases Sólido - Líquido
Material Fino
7
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Separación de Fases Sólido - Líquido
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 está unida al marco de la zaranda.
Electroimán
Interruptor
Armadura
Resorte
Bastidor
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 y 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 rpm y con un motor de 2,5 HP.
Por su bajo rendimiento y elevado costo de mantenimiento, estas cribas han ido desapareciendo de
canteras y lavaderos de minerales que eran donde más 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.
8
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
Cilindro
Material de
rechazo
Material
fino
Material
medio
Material
grueso
A
Piñón
Pestaña
de llanta
Motor
Rodillo
de Empuje
Corona
Rodillos
de apoyo
A
Vista Lateral
Figura Nº5. Cribas de Tambor
Rodillos
de apoyo
Corte A - A
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 aumentan las características magnéticas
del mineral sometiéndolos a procesos de tostación o calcinación (PIRITAS –FeS2- y SIDERITAS
–CO3.Fe-). Un mineral sumamente apto para ser concentrado 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.
9
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Separación de Fases Sólido - Líquido
4.2.6 Separadores Magnéticos
Son dos 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, la mitad del mismo sometida a 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
10
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Separación de Fases Sólido - Líquido
4.2.6.2 Separadores de Cinta
El separador de cinta es similar a una cinta transportadora, cuenta con dos poleas, una motora y
otra conducida. La cinta tiene, además, salientes en su superficie.
La polea conductora (izquierda de la Figura) está 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
4
3
2
5
1.- Material a concentrar
2.- Polea Motora
(Magnetizada)
3.- Polea Conducida
4.- Cinta
5.- Material no magnético
6.- Material magnético
6
Figura Nº8. Separador de Cinta
4.3
SEPARACIONES HIDRÁULICAS
4.3.1 Generalidades
Las separaciones hidráulicas comprenden las separaciones de sólidos de líquidos y las
separaciones de dos o más sólidos entre sí.
Separación de líquidos de líquidos
SEPARACIONES
HIDRÁULICAS
Separación de 2 o más sól. entre sí
Sedimentación
Filtración
Clasif. Hidráulica
Concentración
11
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Separación de Fases Sólido - Líquido
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 . δ1 = D2 . δ2 = constante (donde D: diámetro partícula y δ: densidad)
La expresión que da la velocidad límite fue planteada por Stokes de la siguiente forma:
U1 = k . (δs – δ1) . Ds
µ1
12
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Separación de Fases Sólido - Líquido
Representación de la velocidad de caída de una partícula sólida en un líquido.
Donde:
δs
δ1
densidad sólido
densidad líquido
Ds
µ1
diámetro partícula sólido
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 θ la velocidad alcanzada es U1, a partir de ese
momento la velocidad se mantendrá constante.
Ul
Figura Nº 9
µ1
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
13
72.02 – 92.02 Industrias I
U
Separación de Fases Sólido - Líquido
Ds ↑
Ds ↓
Figura Nº 11
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
14
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4.4.1.1 Separadores de Polvo
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
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 motor, 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 12. 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
Figura Nº 13
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Entrada suspensión
Salida líquido claro
Partículas gruesas
Partículas medias
Partículas finas
Caja de sedimentación
15
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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 13, 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 salen por la parte inferior de las cajas formando un barro, 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.
16
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
Figura Nº 14
1. Suspensión
2. Material Grueso y denso
3. Material Medio y denso
4. Material Medio y liviano
5. Material Fino y liviano
6. Líquido claro
7. Entrada de agua
8. Cajas piramidales
Cañería de agua
17
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Separación de Fases Sólido - Líquido
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.
Estos clasificadores; pueden tratar 20m3/hora, para un diámetro del cono de 1 metro.
1
1.
2.
3.
4.
3
Suspensión
Material grueso
Material fino
Corriente ascendente de
agua
4
2
Figura Nº 15
•
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 su 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, por 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
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Suspensión
Material grueso
Corriente ascendente de agua
Material fino
Canal conector de finos
Cono distribuidor
5
4
Figura Nº 16
6
3
18
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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. 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.
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.
Figura Nº 17
1.
2.
3.
4.
Caja
Rastrillo
Plano inclinado
Mecanismo de movimiento del rastrillo
5.
6.
7.
8.
9.
Entrada suspensión
Salida material fino
Salida de material grueso
Perfil “U”
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
distribuidor de agua que realiza un barrido en sentido perpendicular al movimiento de la mesa.
19
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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 por 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 por 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°. La 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 18
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Mesa
Listones
Sentido del vaivén de la mesa
Suspensión
Agua de barrido
Materiales finos y livianos
Materiales medios y livianos
Materiales medios y densos
Materiales gruesos y densos
Liquido con partículas
en suspensión
Movimiento de la Mesa
Partículas Gruesas
Partículas Finas
Listón - Corte
4.4.1.7 Hidrociclones
Los hidrociclones son aparatos que aprovechan la fuerza centrífuga y no la gravedad, como en el
caso de los clasificadores anteriormente descriptos, lo que hace que sean aparatos de menor
tamaño.
Son elementos de forma cilíndrico-cónicas (ver Figura N°19) que cuentan con una tubería de
alimentación (1), una cámara de alimentación (2), un tronco de cono (3), una tubería de salida
inferior (4) y una tubería de rebose (5). La suspensión (sólido-líquido de 10 al 20%), se introduce a
presión elevada en la cámara de alimentación (2), mediante una tubería tangencial (1), tomando un
movimiento en torbellino, alrededor de una columna de aire que se forma en el eje del aparato y se
divide en dos corrientes, una que se evacua por el orificio central de rebose (5) arrastrando las
partículas finas. La otra sale por el extremo inferior (4) junto a las partículas más grandes (y
20
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
pesadas) que han perdido energía cinética por el choque contra las paredes y posterior
deslizamiento por las mismas hacia la salida inferior.
Para tener una idea de tamaños y producción de estos aparatos, se puede señalar que un hidrociclón
de 0,60m. de diámetro, puede clasificar alrededor de 200m3/hora de suspensión (con el 25% de
sólidos) y clasificar (levantar) partículas de 150u, para la alimentación de hasta 40mm. Trabaja a
presiones del orden de los 2 barios.
Figura Nº 19
21
72.02 – 92.02 Industrias I
4.5
Separación de Fases Sólido - Líquido
SEPARACIONES HIDRÁULICAS – FLOTACIÓN
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.
22
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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
Parte no polar
Figura N° 20
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
Aire
Parte no polar
Molécula de espumante
Figura N° 21
23
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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.
Aire
Aire
Mineral
Aire
Aire
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 µ y 10 µ, 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 µ ofrecen las siguientes desventajas:
24
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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 µ 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 este 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.
25
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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)
b)
c)
d)
e)
Formar espuma de duración y persistencia para soportar la carga de mineral.
Producir espuma por el agregado de la cantidad más pequeña posible.
Repartirse en la pulpa completa y fácilmente.
Tener escasa sección sobre la superficie de los minerales.
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
CH3-C6H4-OH
C10-H17-OH
Alcohol amílico
Cresol (en ácido cresílico)
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.
26
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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)
SK
+
+
K
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.
27
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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.
28
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
4.5.6 Maquinas de Flotación
Estas máquinas constan, esencialmente de los siguientes elementos. (Figura N° 23).
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Cuba ó cámara, recipiente donde se coloca la pulpa para su tratamiento
Hélice, con la que se provoca la agitación de las pulpa
Entrada de aire, para producir el aireo del mineral a flotar
Espumadera, para retirar la espuma formada durante la flotación
Entrada, para la pulpa a la cuba
Salida, para el estéril (parte de la pulpa no flotada)
Figura N° 23. Cuba de Flotación Denver (de Laboratorio)
Espuma
Aire
Espumadera
Burbujas de
espuma
Aire y mineral
Cuba
Hélice
Recipiente que recibe
Salida
Estéril
Rompeolas
29
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación
Se clasifican de acuerdo al siguiente cuadro:
a) Máquinas sin agitación
(para
flotación
de
superficies).
Maquinas de Flotación
1) Aparatos con agitadores
que aspiran aire por acción
mecánica de ellos
2) Aparatos con agitadores y
aire introducido a presión
b) Maquinas con Agitación 3) Aparatos con agitación
de la Pulpa
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)
b)
c)
d)
Construcción fuerte y económica
Poco consumo de energía
Fácil de realizar el mantenimiento
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.
30
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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%).
concentrado
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
31
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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 φ 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.
32
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
ALIMENTACION
ESPUMA
ESPUMA
RESIDUOS
FINOS
CANAL COLECTOR
DE ESPUMAS
AIRE
AIRE
RESIDUOS
GRUESOS
AIRE
EJE HUECO
DISTRIBUIDOR
DE AIRE
Figura N° 26
Figura N° 25
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.
7
2
4
1
3
13
8
9
10
6
5
11
14
12
1)
2)
3)
4)
5)
Transportador de mineral (triturado a 6 mm.)
Tolva de mineral
Distribuidor
Molino de bolas
Clasificador de partículas (Dorr)
33
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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
Concentrado
grueso
Mesa de
Minero
Concentrado Fino
MINERAL: del 3 al 5% en Pb.
CONCENTRADO: 50 AL 70% en
Pb.
Estéril
Concentrado
mixto
Molino de bolas
Figura Nº 28
34
72.02 – 92.02 Industrias I
4.6
Separación de Fases Sólido - Líquido
SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LÍQUIDO
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
Sólido de sólido
Sólido de gas
Liquido de sólido
Sólido de liquido
Liquido de gas
Gas de líquido
Líquido de liquido
Tipo de separadores
Cribas, Separadores hidráulicos, neumáticos y electromagnéticos
Filtros de aire, filtros de bolsas, ciclones
Prensas, extractores centrífugos
Espesadores, clarificadores, filtros, centrifugas
Cámaras de sedimentación, ciclones, precipitadores electroestáticos
Tanques fijos, rompedores de espuma
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 líquido. 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
35
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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
A
B
B
C
B
D
Fig. Nº 29.a
D
Fig. Nº 29.b
Fig. Nº 29.d
Fig. Nº 29.e
Fig. Nº 29.c
Figura Nº 29
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
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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.
Figura Nº 30
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
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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
Figura Nº 31
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
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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.
Figura Nº 32
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)
39
72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
Figura Nº 33
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)
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V = volumen acumulado de sólidos
p = Cte.
Figura Nº 34
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
Figura Nº 35
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.
41
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4.10.3 Clasificación de filtros
PRESION DE
FILTRACION
Carga
hidrostática del
propio líquido
TIPOS DE
FILTRO
Gravedad
FILTRO
APLICACION OBSERVACIONES
CARACTERISTICO
Clarificación de
agua con
Filtro de arena
pequeña
cantidad de
sólidos
Vacío
a) discontinuos
Presión
producida por
una succión
b) continuos
practicada por la
parte opuesta del
material filtrante
Filtro Nutcha
Trabaja a
escalas
pequeñas
Puede hacerse por
gravedad
Filtro rotatorio
Filtro de discos
Se utilizan en
gran escala
industrial para
lodos con gran
cantidad de
sólidos
La suspensión debe
ser espesada para
mejorar el
rendimiento de la
filtración
Se utilizan en
escala industrial
para volúmenes
de producción
menores que los
rotativos
Son más económicos
que los rotatorios pero
más caros en su
operación porque
necesitan mayor mano
de obra
Presión
a) prensa
Presión
adicional por
bomba,
generalmente
centrífuga
b) de caja
Filtro de cámaras
Filtro de placas y
marcos
Filtro de bolsa
Filtro Sparkler
Contaminación Separa partículas
o recolección
sólidas de un gas
de polvos
Clarificación
La solución puede
calentarse para
aumentar la
viscosidad
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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.
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.
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Figura Nº 36
Figura Nº 37
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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 tienen 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.
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.
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Figura Nº 38
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 primera 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.
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Figura Nº 39
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).
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72.02 – 92.02 Industrias I
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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.
Figura Nº 40
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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.
Una variedad de este tipo de filtro es el filtro prensa de placas y marcos con placas lavadoras
que posee tres componentes fundamentales: las placas ordinarias (no lavadoras), los marcos y las
placas lavadoras (Figura Nº 41)
Figura Nº 41
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 este proceso 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.
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).
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72.02 – 92.02 Industrias I
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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.
Figura Nº 42
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.
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72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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.
Figura Nº 43
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
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72.02 – 92.02 Industrias I
Separación de Fases Sólido - Líquido
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 carcasa y cabezal. Tienen una capacidad de 10 ft2 hasta 2000 ft2 de área
filtrante y los diámetros del tanque hasta 72”. Los ciclos son más 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).
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8
7
6
Figura Nº 44
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Separación de Fases Sólido - Líquido
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. Vc2 / 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).
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72.02 – 92.02 Industrias I
Figura Nº 45
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Figura Nº 46
c) Supercentrifugas
Son sedimentadores rápidos, más que los 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).
.
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Separación de Fases Sólido - Líquido
Figura Nº 47
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4.12 BIBLIOGRAFÍA
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“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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