SOLUCIONES MEDIOAMBIENTALES

PARA LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE

MINERALES NO METÁLICOS

SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MINERALÚRGIA, TECSUP

Lima, Perú Agosto 2002

Juan Luis Bouso Eral, Equipos y Procesos, S. A.

Madrid, España jlbouso@eralgroup.com

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SOLUCIONES MEDIOAMBIENTALES PARA LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE

MINERALES NO METÁLICOS

SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MINERALÚRGIA, TECSUP

Lima, Perú Agosto 2002

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN 2. TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS 3. HIDROCICLONES Y FILTROS VIBRANTES 4. TANQUES CLARIFICADORES-ESPESADORES 5. FILTROS PRENSA AUTOMÁTICOS

Juan Luis Bouso

Eral, Equipos y Procesos, S. A. Madrid, España

jlbouso@eralgroup.com

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1. INTRODUCCIÓN

El mundo de los minerales industriales o no metálicos, en el que incluimos los áridos para la construcción, es bastante peculiar y distinto del de los metálicos. La principal diferencia, salvo excepciones puntuales, viene marcada por la capacidad de tratamiento de las plantas productivas, que mientras en los no metálicos, suele oscilar entre 25 t/h y 500 t/h con un valor medio de 200 t/h, en la minería metálica lo hace entre 200 t/h y 4.000 t/h con un valor medio sobre las 1.000 t/h. Otra diferencia importante viene de la naturaleza y génesis de los minerales tratados en cada caso, y consiguientemente de la de los estériles sólidos producidos, que mientras en la minería metálica consisten en partículas de roca triturada, en el caso de los minerales industriales son básicamente arcillas y limos, de características completamente distintas. Por último, una tercera distinción, no de menor importancia, viene del concepto de diseño de las instalaciones de tratamiento, condicionadas por el tipo de mercado y las inversiones acordes al mismo, así como por el número y capacitación de los operadores, y el significado en estas plantas del mantenimiento preventivo, en las que una parada imprevista no tiene la misma repercusión económica que en la minería metálica. En ambos casos, la mayoría de los procesos son vía húmeda, con algunas excepciones entre los minerales no metálicos cuando éstos son de gran pureza, y consiguientemente no requieren etapas de enriquecimiento, como pudiera ser el caso del carbonato cálcico, caolín, atapulgita, sepiolita, etc. El tratamiento húmedo de los minerales industriales genera efluentes líquidos con sólidos en suspensión, que en una proporción elevada son de naturaleza arcillosa, lo que dificulta en gran manera las etapas de clarificación de aguas y filtración de lodos, necesarias para evitar la tan temida contaminación ambiental. Además, la mayoría de este tipo de explotaciones son de carácter familiar o pertenecientes a pequeños grupos industriales, lo que hoy conocemos como PYMES, mucho más expuestas a la presión de las autoridades ambientales, que no pueden poner, como escudo, grandes masas laborales que al ver en peligro su supervivencia puedan generar conflictos sociales. En definitiva, son empresas vulnerables que no gozan de algunos privilegios, como sus hermanas mayores de la minería metálica, y por tanto más “inclinadas” voluntaria o involuntariamente a dar un tratamiento integral a sus efluentes. En las explotaciones de minerales no metálicos y áridos, la emisión de efluentes está cada vez más restringida, y se priman las actividades en que los residuos son producidos en fase sólida, gracias a etapas finales de clarificación y filtración. En esta dirección, y como reconocimiento a este tipo de actuaciones, se creó recientemente en Europa un premio anual de restauración de explotaciones, que las empresas que lo alcanzan citan con orgullo en sus documentos, figura 1. Existen además, en ciertos países europeos, ayudas de la administración para empresas que propongan planes de tratamiento integral de estériles, con aportaciones a fondo perdido y financiamiento a medio y largo plazo, que facilitan este tipo de soluciones ambientales.

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La industria minera incluye hoy día la protección al medio ambiente como uno de sus principales objetivos, y es de esperar que en un futuro cercano, una vez extraídos los elementos útiles, los estériles o relaves se depositen definitivamente en el mismo lugar de donde salieron. En esta utopía, la extracción de minerales, absolutamente legítima y necesaria para la sociedad, provocará un mínimo daño a la naturaleza. 2. TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS El tratamiento de las aguas residuales en este tipo de explotaciones consiste, básicamente y a título general, en una primera etapa de recuperación de partículas sólidas de tamaño medio, la cual se lleva a cabo mediante Hidrociclones, una segunda fase de clarificación de las aguas entregadas por los hidrociclones, mediante Tanques Clarificadores, y una etapa final de filtración de los lodos obtenidos en la etapa previa de clarificación, mediante Filtros Prensa, figura 2. Dada la naturaleza de los sólidos estériles producidos por este tipo de minerales y el tipo y tamaño de las plantas de tratamiento, los equipos utilizados difieren ligeramente de los usados en la minería metálica, con diseños que incluyen modificaciones específicas para esta actividad. Seguidamente se indican las principales peculiaridades constructivas de los equipos empleados en el tratamiento de los efluentes provenientes del procesamiento de minerales industriales y áridos. 3. HIDROCICLONES Y FILTROS VIBRANTES Los efluentes generados por las plantas de tratamiento de minerales industriales y áridos, contienen sólidos en suspensión, con un tamaño máximo de partículas que en la mayoría de las ocasiones es del orden de las 150 micras. A diferencia de lo que sucede en el tratamiento de minerales metálicos, las partículas con granulometrías entre 30 micras y 150 micras, que en adelante denominaremos “arenas ultrafinas”, pueden, en multitud de ocasiones, tener un valor económico de obtenerse limpias, es decir, exentas de las fracciones más finas, arcillas y limos. La posibilidad de mercado de dicha fracción granulométrica, además de representar un valor económico añadido al tratamiento, trae como ventaja adicional el simplificar las etapas de clarificación y filtración de estos efluentes. Recuperar esta fracción ultrafina, significa reducir la masa sólida en el efluente, es decir disminuir su concentración de sólidos, lo cual se traduce, generalmente, en una reducción del tamaño de los equipos

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de clarificación y preparación de floculante, y lo que es más importante de los equipos de filtrado. El equipo por excelencia para la recuperación de partículas en este rango granulométrico, es sin duda el hidrociclón, el cual además de su bajo costo de inversión y de operación, presenta la ventaja añadida de su sencillez y flexibilidad de operación. En un gran número de los procesos de tratamiento vía húmeda, uno de los productos obtenidos suele tener una granulometría entre 0,1 mm y 4 mm, lo que vulgarmente conocemos como “arenas”, y la etapa final de tratamiento suele consistir en una etapa de hidrociclonado, consistente en un conjunto de hidrociclón y escurridor que realiza la función de desaguado antes de su almacenamiento definitivo. Los hidrociclones empleados en estas etapas, dados los elevados tonelajes a tratar, suelen ser de gran diámetro con tamaños comprendidos entre 325 mm y 1.000 mm. El rebose de estas primeras etapas de hidrociclonado suele representar una gran parte del volumen total del efluente y es por tanto éste, el flujo a tratar cuando se desea recuperar estas “arenas ultrafinas”. Una planta de hidrociclonado para recuperación de “arenas ultrafinas” consiste en una cuba receptora del efluente, desde donde una bomba centrífuga alimenta al hidrociclón. A diferencia de las etapas previas de “arenas” y dado el tamaño de corte requerido, en el entorno de las 30 micras (400 mallas), en este tipo de trabajo suelen emplearse hidrociclones con diámetros entre 100 mm y 325 mm, de capacidad relativamente baja, por lo cual es necesario emplear baterías con un número variable entre 2 y 8 unidades, dependiendo del caudal a tratar y el diámetro del hidrociclón seleccionado, figura 3.

La descarga de los hidrociclones, máxime cuando tratan partículas de pequeña granulometría, suele ser bastante diluida por lo que requieren de la ayuda complementaria de un filtro vibrante, equipo conocido en el sector como escurridor, el cual recibe la descarga del hidrociclón o hidrociclones, y gracias a su vibración de alta frecuencia y baja amplitud y a las mallas de fisuras con las que va equipado, produce un producto sólido “queque”, con una reducida humedad, fácilmente manejable y apilable, figura 4. No obstante, el escurridor genera un filtrado que lógicamente lleva partículas sólidas que atraviesan las mallas, por lo cual y a fin de no perderlas, dicho filtrado es reciclado a la cuba de recepción y desde allí al hidrociclón, que las recupera descargándolas nuevamente sobre el escurridor, figura 5. Se genera así un circuito cerrado en el que finalmente las partículas finas van quedando atrapadas en el “queque” producido por el escurridor, y de este modo es posible filtrar productos con granulometrías tan finas como

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30 micras, con escurridores provistos de mallas con luces entre 0’3 mm y 0’8 mm, figura 6. A menudo, al momento de invertir en este tipo de plantas, se plantea la duda de su rentabilidad frente a la inevitable inversión en filtración. Está absolutamente demostrado que su costo es muchísimo menor que el que se requeriría posteriormente en la fase de filtrado, con el agravante de que en ese caso no se dispondría de otro producto comercializable, lo que, además de mejorar la rentabilidad global de la instalación, contribuiría a reducir el volumen final de residuos, simplificando los problemas de vertido y el impacto ambiental de la explotación.

4. TANQUES CLARIFICADORES - ESPESADORES Los tanques clarificadores - espesadores de alto rendimiento recogen los últimos desarrollos en la sedimentación forzada, con un diseño derivado del tanque convencional, pero teniendo en cuenta los espectaculares avances habidos en instrumentación y control, y el empleo de los floculantes de última generación, que son los que realmente han permitido su desarrollo. Básicamente estos clarificadores son, en cuanto a su diseño mecánico, como un tanque convencional con la principal diferencia de que la alimentación se realiza por el fondo del tanque, al contrario que los convencionales, los cuales se alimentan por la zona superior. De este modo la pulpa de alimentación, que ya entra al tanque parcialmente floculada, se introduce a través del lecho fluido (sólido) creado en el fondo del tanque, forzándose la mezcla íntima de las partículas sólidas con el floculante, y multiplicándose así el efecto del mismo, figura 7.

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A diferencia de los tanques convencionales, en los de Alto Rendimiento no existe más que una interfase lecho fluido-líquido clarificado, y es la regulación de ese nivel de interfase lo que permite su funcionamiento automático. Las aguas clarificadas, en su trayectoria hacia la superficie superior, deben atravesar el lecho fluido, actuando el mismo como un filtro que retiene las partículas sólidas, de modo que se obtiene un agua de rebose de extrema claridad. El efecto de filtrado del lecho fluido es más elevado cuanto mayor es la altura del mismo, quedando ésta limitada por la altura del tanque y por el par de giro del accionamiento del sistema de rastras de extracción de lodos. Como se mencionaba, los sólidos en suspensión en los efluentes producidos en el tratamiento de los minerales industriales suelen ser de naturaleza arcillosa, con bajo peso específico y muy fina granulometría, lo que marca la gran diferencia con los procesos de la minería metálica, en los que las etapas de clarificación-espesamiento, tanto de estériles como de concentrados, reciben sólidos de alto peso específico, de granulometría media, no plásticos, que sedimentan con relativa facilidad. La naturaleza plástica de los sólidos espesados, y su peculiar reología una vez espesados en el fondo del tanque, ha conducido a un diseño específico de los clarificadores empleados, y de su sistema de control. El fondo del tanque en los espesadores convencionales es prácticamente plano, mientras que éstos tienen un fondo con una pendiente acusada a fin de ayudar e “inducir” a los lodos hacia el cono central de descarga, para facilitar su evacuación, lo cual añade una carga adicional al sistema de rastras de extracción, figura 8. En un gran número de ocasiones sucede que toda la masa sólida sedimentada en el fondo se mueve conjuntamente con el sistema de rastras, generando un aumento del par de giro que obliga a mantener el lecho fluido en niveles inferiores a lo normal. En otras ocasiones, el grado máximo de espesamiento es muy inferior a los valores comunes, por debajo del 30 %, y las rastras se deslizan dentro del lecho fluido formado, lo cual se traduce en que el par de accionamiento permanece casi invariable, independientemente del nivel de la interfase sólido-líquido.

Lo anteriormente expuesto ha llevado a un sistema de control múltiple para poder cubrir las diferentes situaciones que se presentan con estos sólidos arcillosos:

- Un primer lazo controla el par de accionamiento del sistema de rastras,

mediante un sensor de par, electrónico de última generación, el cual con los valores detectados, actúa sobre el sistema de extracción de lodos manteniendo el nivel de la interfase dentro de los límites soportados por el conjunto de accionamiento, dando además una señal de alarma por par máximo.

- Un segundo bucle controla el nivel de la interfase mediante un flotador que se desplaza sobre una rampa continua de contactos eléctricos, o bien mediante un

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emisor-receptor de ultrasonidos o infrarrojos. Los niveles mínimo y máximo de la interfase actúan automáticamente sobre el sistema de extracción, figura 9.

- En ocasiones también se controla la operación mediante células de carga que miden la presión sobre el fondo del tanque, dando un valor directamente proporcional al nivel de la interfase, interactuando igualmente sobre el sistema de extracción de lodos.

Todos estos dispositivos, junto con los que controlan el sistema de extracción de lodos, bomba centrífuga con velocidad variable y válvulas automáticas, se integran en el armario de control y mando del Clarificador, decidiéndose caso por caso, y en ocasiones alternativamente, cual de los dispositivos se utiliza como control prioritario, figura 10. Cualquiera de los sistemas adoptados, bien el nivel de la interfase o el par de accionamiento, manda una señal proporcional a su altura actuando sobre el sistema de extracción de lodos, bien sea bomba de evacuación o válvula de descarga, figura 11, de modo que la extracción de lodos se trata de mantener continua y uniforme en concentración de sólidos a lo largo del tiempo, lo que permite reducir las pérdidas de aguas con el lodo, al mismo tiempo que se consigue un lodo con una altísima concentración de sólidos en torno al 40-55% en peso, lo que significa una simplificación del sistema de filtración posterior, figura 12.

También puede controlarse la calidad del agua de rebose mediante dispositivos que miden la turbiedad del agua clarificada (turbidímetros) actuando, en función de los valores de turbiedad detectada, sobre la dosificación de floculante, optimizando así el consumo de éste, y paralelamente sobre el sistema de evacuación de lodos, para disminuir el nivel del lecho fluido, mejorando la calidad del agua clarificada de un modo prioritario a la concentración de los lodos, figura 13.

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Las aguas clarificadas obtenidas pueden ser recicladas a las primeras etapas de proceso, o bien ser evacuadas sin problema ambiental alguno, figura 14. 5. FILTROS PRENSA AUTOMÁTICOS En el proceso de clarificación, además de obtener agua clarificada lista para su reutilización o su vertido inocuo, se obtiene simultáneamente la fracción sólida en forma de pulpa espesa. Los lodos obtenidos, pueden ser eventualmente enviados a tranques, mediante transporte por camión o bombeo, y preferiblemente a una etapa final de filtración. En caso de enviarse a tranques de relaves, una vez secos pueden eventualmente ser extraídos y transportados con camiones hasta un lugar final de vertido, para su empleo como material de relleno, preparación de explotaciones agrícolas, etc. El “relleno” con lodos secos de zonas ya explotadas del yacimiento, cantera o gravera, presenta la gran ventaja de disminuir el impacto ambiental de la explotación, pero en ese caso sería una mejor solución ir desde un comienzo a un proceso global de tratamiento de efluentes incluyendo una etapa final de filtración. Esto que de momento es impensable en las explotaciones de minerales metálicos, dados los volúmenes sólidos manejados, no deja de tener sentido en la minería de los no metálicos, y viene a ser hoy día el procedimiento recomendable y aceptado, en esta actividad, aunque existen actualmente varias explotaciones de minerales sulfurados donde se están filtrando estériles. En un futuro, no muy lejano, es previsible que la legislación mundial exija el tratamiento global de dichos lodos a fin de convertirlos en una fase realmente sólida que simplifique su vertido, con lo cual los actuales tranques de clarificación o de relleno de lodos desaparecerán, evitando los desastres ambientales hasta ahora producidos y manteniendo la naturaleza lo más cercana a su situación original, previa a la explotación. De nuevo, como se citaba al hablar de las etapas de sedimentación, dada la naturaleza arcillosa de las partículas sólidas contenidas en los efluentes, así como su muy fina granulometría, el único equipo de filtración, eficaz y económico es el filtro prensa, habiéndose desarrollado últimamente filtros totalmente automáticos. La filtración de estas arcillas presenta dos grandes problemas: por un lado, la dificultad de filtración, que en ocasiones llega a imposibilitarla, siendo imprescindible recurrir a la aportación de un reactivo como la cal y, por otro lado, la pegajosidad de las “tortas” que impide su descarga natural, figura 15, precisándose la ayuda de un operador.

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En el caso de los filtros de última generación, estos van provistos de dispositivos que aseguran la descarga, bien mediante sacudida de las placas, o mediante movimiento de las telas, figura 16. Estos filtros prensa específicos para estos lodos, han evolucionado en varias direcciones. La operación del filtro prensa, es decir el ciclo de filtrado, es controlada a través de un pequeño PLC, fácilmente programable, lo que permite ajustar la filtración a las necesidades de la instalación, tanto en lo que se refiere a la capacidad y ritmo de producción, como a la naturaleza de los lodos, figura 17.

Se han desarrollado nuevos medios filtrantes, tanto placas en polipropileno como telas en fibras sintéticas tratadas, que permiten alcanzar una mayor capacidad de filtración por unidad de superficie y, sobre todo, una mayor facilidad en el despegue de las tortas formadas, lo cual además repercute en un menor mantenimiento de las telas filtrantes, al permanecer éstas limpias mayor tiempo, manteniendo por tanto constante su permeabilidad y consecuentemente su capacidad de filtración. La mecánica del filtro, se ha dirigido al diseño y construcción de equipos de ciclo corto, en los que la apertura de todo el paquete filtrante se efectúa simultáneamente, en una sola maniobra, figura 18. Todas las placas están unidas entre sí, y la apertura se realiza al unísono, a modo de acordeón, figura 19. Una vez abierto el filtro, un mecanismo provoca unas sacudidas en las placas para asegurar la descarga de todas las tortas, en el supuesto de que alguna se hubiese podido quedar pegada, figura 20, e inmediatamente después se produce el cierre de todas las placas, igualmente de una sola vez.

Finalmente, se controla la fase de llenado (filtración) mediante un lazo de control que adecua el caudal aportado por la bomba que alimenta el filtro a la presión de filtración, a fin de acortar al máximo el tiempo de llenado. La bomba, generalmente centrífuga, varía

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su velocidad continua y progresivamente, en función de la presión, empezando el llenado a caudal máximo y presión mínima (filtro vacío), y llegando al final a condiciones de caudal mínimo y presión máxima (filtro lleno). La presión de filtración suele oscilar entre 600 kPa y 900 kPa. Todos estos avances han supuesto poder lograr ciclos totales “llenado-apertura-descarga-cierre”, incluso inferiores a 10 minutos, lo que supone que con filtros de superficie y volumen relativamente pequeños, puedan alcanzarse capacidades de filtración muy elevadas, lo cual es a menudo el caso en instalaciones de filtración de lodos procedentes del lavado de áridos.

Con estos equipos específicamente desarrollados y adaptados al tratamiento de efluentes con sólidos de naturaleza arcillosa, como los producidos en el tratamiento de los minerales no metálicos, y áridos, se logra una operación totalmente automática, sencilla, de alta capacidad y relativo bajo costo, figura 21.

Con nuevas tecnologías y nuevas ideas podremos conservar la naturaleza, al menos en su actual estado, e inclusive recuperar daños reversibles. En algún lugar, de cuyo nombre no logro acordarme, leí un día esta frase:

"Dios perdona siempre, el hombre lo hace a veces, la Naturaleza nunca"

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BIBLIOGRAFÍA

El hidrociclón y sus aplicaciones contra la contaminación de las cuencas hidrográficas Bouso Aragonés, J. L. Rocas y Minerales, Junio 1973 Madrid, España Equipos de tratamiento por vía húmeda Bouso Aragonés, J. L. Rocas y Minerales, Mayo/Junio 1981 Madrid, España Lavado y Clasificación hidráulica Bouso Aragonés, J. L. Canteras y Explotaciones, Marzo 1983 Madrid, España El consumo de agua en el lavado de áridos y minerales Bouso Aragonés, J. L. Canteras y Explotaciones, Mayo 1984 Madrid, España Pulpas, mezclas sólido-líquido Bouso Aragonés, J. L. Canteras y Explotaciones, Marzo 1987 Madrid, España Eficiencia de clasificación Bouso Aragonés, J. L. Canteras y Explotaciones, Enero 1994 Madrid, España Tratamiento de aguas y recuperación de finos Bouso Aragonés, J. L. I Jornadas técnicas de áridos ANEFA, Febrero 1994 Madrid, España Nuevos desarrollos en el tratamiento de arenas por vía húmeda Bouso aragonés, J. L. II Jornadas técnicas de áridos, ANEFA, Abril 1996 Madrid, España Tratamiento de aguas residuales Bouso Aragonés, J. L. Minería Chilena, Marzo/Abril 1997 Santiago, Chile El hidrociclón, lo que siempre quiso saber y no encontró en los libros Bouso aragonés, J. L. Americas Mining, Mayo/Junio/Julio/Agosto 1998 Miami, Estados Unidos de América Calculo de la superficie de cribado Bouso Aragonés, J. L. Rocas y Minerales, Junio 1999 El consumo de agua en el lavado de áridos Bouso Aragonés, J. L. Canteras y explotaciones, Febrero 2000 Simple o doble lavado, esa es la pregunta Bouso Aragonés, J. L. Canteras y Explotaciones, Mayo 2001 Madrid, España La filtración de lodos y el impacto ambiental Bouso Aragonés, J. L. Minería Chilena, Junio 2001 Santiago, Chile

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Cantera restaurada en Madrid, premio europeo de restauración ambiental, Readymix Soto Pajares

Figura 2: Instalación completa de tratamiento de efluentes, Río Colorado

Figura 3: Planta de hidrociclonado para recuperación de arenas ultrafinas, Caobar

Figura 4: Acopios de arena silícea, Arevi

Figura 5: Esquema del circuito de plantas de hidrociclonado, normal y ultrafina Figura 6: Detalle del “queque” de un escurridor filtrando arena ultrafinas, Arevi Figura 7: Esquema operativo de un tanque clarificador de alto rendimiento

Figura 8: Vista de un tanque clarificador para minerales no metálicos, Arenas de Jerez

Figura 9: Sistema de flotador con indicación continua, Readymix Almenara

Figura 10: Armario de control de un tanque clarificador, Pétreos

Figura 11: Sistema automático de extracción de lodos con bomba centrífuga, Extransa Figura 12: Descarga de lodos espesos de un tanque clarificador, Fomento de Áridos

Figura 13: Detalle de turbidímetro, Readymix Almenara

Figura 14: Rebose de agua clarificada de un clarificador, en un circuito cerrado, Arenas de Jerez Figura 15: Descarga de filtro asistida por operador, Arevi Figura 16: Filtro Prensa automático con descarga asegurada, Cales de la Plana

Figura 17: PLC para el control de un Filtro Prensa, Cales de la Plana

Figura 18: Filtro Prensa de apertura simultanea, totalmente abierto, Horgesol Figura 19: Filtro Prensa de apertura simultanea, abriendo, Horgesol Figura 20: Sistema de sacudidas de tortas, Torsán

Figura 21: Instalación global de Hidrociclonado, Clarificador y Filtro-Prensa, Cales de la Plana