OPERACIONES DE SEPARACION SOLIDO – LIQUIDO
PRESENTADO POR: MIRIAN TICLLAHUANACO MACHACADOCENTE:ING. LUIS SALAZAR
INTRODUCCIÓNla separación solido - liquido
SE USA EN:
PLANTAS HIDROMETALURGICAS
PLANTAS CONCENTRADORAS DE
MINERAL
la eliminación o disminución de
contenido de agua en las pulpas (solido – liquido)
de los relaves y concentrados finales
obtenidos de la flotación
las soluciones de lixiviación deben pasar por una etapa de clarificación (espesadores – clarificadores) para luego ser enviados a procesos posteriores, aquí es necesario para la recuperación de soluciones importantes con el menos contenido de solidos en suspensión para que no pueda afectar en el proceso.
Las operaciones requeridas son:
sedimentación
clarificación
filtrado
Secado.
Equipos usados son:
Espesadores
Filtros.
Tanques circulares de gran diámetro y altura corta
equipos encargados de disminuir más el % de agua
Los factores con mayor influencia en una separación solido – liquido son: Concentración de solidos:En equipos de filtración: a mayor concentración es mejor y simple el proceso.En equipos de sedimentación: a menor concentración mayor eficacia y simplicidad Distribución granulométrica: mientras las partículas
sean más finas será más difícil el proceso. Relación solido/líquido y grado de saturación o
concentración de la solución: es conveniente obtener concentraciones altas por sus ventajas económicas.
Claridad de la solución enriquecida: en conveniente obtener una una solución lo más clara posible, lo cual influye en la calidad del sólido y en la recuperación total de solubles.
Capitulo I
SEDIMENTACION
SEDIMENTACIONEs la separación de partículas solidas en suspensión de un líquido, que se realiza por asentamiento.Esta operación se puede dividir en espesamiento y clarificación
EspesamientoPor sedimentación.
Objetivo incrementar la
concentración de solidos
Clarificacion: por sedimentacion
Objetivo clarificar la solucion menor
contenido de solido
sedimentación
Sedimentación en función del tiempo
sedimentacionLa sedimentación por gravedad es la técnica de desaguado más usada en el procesamiento de minerales , porque es un proceso de alta capacidad y relativamente económico, esta se realiza en los sedimentadores
TIPOS DE SEDIMENTACI
ON
Dependiendo de como se realice la
sedimentación
Según el movimiento de las
partículas que sedimentan Sedimentación por
zonas
Sedimentación Libre
Sedimentación intermitente
Sedimentación continua
CLASIFICACIÓN DE LA SEDIMENTACIÓN
Descripción de la pulpa
Descripción de la sedimentación
ejemplos Método de prueba
Diluida (clarificación)
Las partículas se asientan independientemente al comienzo sin interface definida, la sedimentación depende del tamaño de partícula o floculo y de la concentración
Agua turbia, desechos comerciales.
Tubo largo
Intermedia Clarificación
Zona superior de hundimiento independiente de las partículas. Zona inferior de hundimiento colectivo
Pulpas metalúrgicas, químicas, aguas negras crudas.
Tubo largo curvas de flujo kynch
Concentrada Espesamiento
La pulpa se asienta con interfase definido. idealmente el asentamiento está en función de la concentración únicamente
Pulpas químicas y metalúrgicas, lodos activados
Ciarvas de flujo de Kynch.
ComprensibleEspesamiento
Se asienta inicialmente con una interfase definida, depende también del tiempo
Especialmente pulpas floculadas
Curvas extendidas de flujo de Kynch
Originando dos flujosRebose Overflow. El de descarga Underflow
ELIMINACIÓN DEL AGUAEsta recurre de varias etapas Espesado, elimina alrededor de 70 a 80
% de agua Filtrado, que elimina entre 15 % a 25 %
de agua residual. Secado, disminuye el contenido de
humedad por debajo del 8% en peso.
ESPESAMIENTO
Se basa en el proceso de sedimentación. Es la separación de partículas sólidas en suspensión de un líquido, que se produce por el asentamiento a la gravedad.
Su objetivo es incrementar la concentración de sólidos.
Se usan floculantes como auxiliares para la sedimentación para incrementar la velocidad de asentamiento.
La floculación o agrupamiento de las partículas aumenta la velocidad de asentamiento bien definido.
LA DECANTACION
El espesamiento
es una operación unitaria, que tiene como fin separar una solución acuosa claro que sobre nada y la parte bastante densa que se deposita , es sinónimo de sedimentación pero la diferencia es que en la decantación el sobrenadante será de utilidad.
es una operación de separación por sedimentación para obtener una pulpa de mayor densidad (underflow) y el liquido clarificado (overflow).En la sedimentación las partículas de 10 -4 cm sedimentan naturalmente, pero, las mas finas quedan suspendidas por lo que se necesitan de la floculación
La floculación
Primera etapa: de coagulación donde el reactivo usado afecta disminuyendo o eliminando las cargas electroestáticas de las partículas suspendidas, de modo que las fuerzas de separación entre ellas disminuya y puedan juntarse formando floculo.
Segunda etapa: de floculación, donde estos floculos se unen para formar partículas de mayor peso específico que el del medio liquido en el que esta (agua).
Coagulación La coagulación es un proceso fisicoquímico tendiente a formar partículas mas grandes y de mayor peso por unidad de volumen (mayor densidad o peso específico). La coagulación consiste en la dosificación de compuestos químicos que provocan la formación de polímeros que atrapan o encapsulan las partículas coloidales (partículas de muy pequeño tamaño), que por si mismas nunca lograrían separarse del líquido que las contiene. Se emplean coagulantes muy diversos entre ellos
tenemos: Sulfato de Aluminio Sulfato Ferroso Sulfato Férrico
COAGULACION Otros agentes que también se emplean para coagular y
que se les llama auxiliares de la coagulación son: la cal o hidróxido de calcio y el carbonato de sodio. Estos compuestos favorecen la coagulación al ajustar el valor del pH a un valor óptimo para la formación del polímero que atrapa las partículas o para incrementar la alcalinidad del agua y favorecer la aparición del coagulo.
Se puede decir que la carga eléctrica sobre la superficie de la partículas son negativas en suspensiones acuosas de pH superior a 4 y serán positivas en soluciones fuertemente acidas.
Con la adición de estas sales floculantes [Al13O3(OH)24]7+
como esta, cuyas cargas positivas neutralizan las cargas negativas de las partículas , permitiendo que se una y formen aglomerados llamados floculos.
COAGULACION
FLOCULACION Se basa en la formación de agregados a través de los floculantes que actúan como puentes entre las partículas, dando lugar a agrupaciones de partículas que sedimentaran mas rápido.
FLOCULACION Como sabemos la sedimentación será afectada por el diámetro de la partículas a espesar, a la viscosidad del fluido y a la diferencia del peso específico de la parte sólida y de la parte liquida de la pulpa.Los factores que afectan en el espesamiento son el tiempo de sedimentación, tipo de solido en suspensión.Tipos de floculantes Floculantes minerales: sílice activada, bentonita,
hidróxido férrico, etc Floculantes naturales: derivados amiláceos,
polisacáridos, etc Floculantes sintetitos: no ionicos, catiónicos, anionicos. Floculantes catiónicos: reacciona con una suspensión
electro negativa Floculantes anicónicos: reacciona con una suspensión
electro positiva.
FACTORES QUE INFLUYEN EN TODOS LOS PASOS DE SEPARACIÓN LIQUIDO – SOLIDO
Tamaño de partícula y granulometría. Concentración de sólidos. Forma de partícula, densidad relativa y
características superficiales Viscosidad y densidad relativa del liquido.
VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN
Propiedades del solido:
Propiedades de la fase liquida
Propiedades de la mezcla
Densidad.Forma.Rugosidad superficial.Condición eléctrica de su superficie.Distribución granulométrica.
DensidadViscosidad.Naturaleza molecular.Substancias disueltas.
Concentración de sólidos.Viscosidad de la mezcla.
Principios de auto – dilución.
La auto – dilución usa el agua de rebose para diluir la alimentación fresca de la pulpa no espesada a niveles donde la floculación pueda empezar
Capitulo IIESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO El espesamiento es un tratamiento de pulpas con un
proceso denominado sedimentación.Como la pulpa asentada tiene una mayor concentración de solidos que la pulpa inicial que ingreso al contenedor, se dice que se ha espesado.
El proceso de espesamiento termina eliminando la pulpa de mayor densidad que se ha recolectado en la parte inferior del contenedor (underflow).
Diferencias entre espesadores y clarificadores
clarificadores espesadores
Meta principal Producen rebalse con muy poco contenido en solidos
Producen pulpa espesada con densidad uniforme relativamente alta
Alimentación Agua sucia o pulpa muy diluida (< 5% de solidos)
Pulpas de densidad baja a media (10 a 25 % de solidos)
Rebalse Muy bajo contenido de solidos < 50 ppm
Se toleran algunos sólidos, la cantidad depende del destino del rebalse
Pulpa espesada Pulpa densidad media , (25 a 40 % de solidos))
Pulpa de alta densidad (50 a 70 % de solidos)
ESPESADORES El flujo que entra a un espesador se denomina
“alimentación” o “influente”, en tanto el rebose se denomina “efluente”, “sobrenadante” u “overflow”. El hundido se llama “lodo” o “underflow”. La terminología depende de la industria donde este instalado.
Espesadores Son tanques de poca profundidad, donde se separa el
líquido claro por su parte superior y la suspensión espesa queda en el fondo.
La pulpa se alimenta en el centro por un pozo de alimentación colocado hasta 1 m debajo de la superficie para causar la menor perturbación posible.
El líquido clarificado se derrama por la parte superior a un canal periférico.
Los sólidos se asientan sobre el fondo del tanque y se descargan como pulpas espesas a través de una salida central.
El interior del tanque tiene 1 o más brazos giratorios radiales.
En cada brazo está suspendida una serie de aspas acondicionadas para arrastrar los sólidos asentados hacia el cono de descarga y mantener la fluidez del material decantado en el fondo.
En unidades grandes el mecanismo se soporta por un pilar construido de acero o concreto.
Partes de un espesador Cuerpo o tanque espesador. Canaleta o tubería de alimentación. Sistema de levante de rastra (hidráulico). Sistema de accionamiento de rastrillo (eléctrico o
hidráulico). Mecanismo de giro (tornamesa central del espesador) Puente Caja de alimentación Rastras de giro Tubo de torque Templadores Deflector Placas deflectoras. Canaleta de rebose del espesador (overflow). Sistema de instrumentación. (panel de control). Tuberías de descarga (Underflow). Válvula de descarga.
Fundamentos de operación El espesador es accionado por motores eléctricos o
hidráulicos, que hacen girar los rastrillos de forma continua y suave desplazando lentamente la pulpa espesada para liberar el agua y ayudar a llevar dicha pulpa al centro del espesador al cono de descarga y el líquido clarificado rebosa por la parte superior, hacia la canaleta de recolección.
Se debe tener en cuenta: La pulpa no debe rebalsar por la canaleta de rebalse. Los sólidos alimentados en la pulpa deben ser
eliminados como pulpa espesada. No se debe permitir la acumulación de solidos una
vez obtenido concentración de solidos requerida. El espesado opera a su densidad de pulpa espesada
de diseño regulando el régimen de salida de pulpa espesada.
Zonas de sedimentación en el espesador Zona de Clarificación.-
comprendida entre la zona de sedimentación y la de rebose
Zona de Sedimentación.- zona donde ingresa la pulpa para su sedimentación, en esta zona la concentración de solidos es la misma que la de alimentación.
Zona de Transición.- es la zona donde la pulpa de relave esta en un estado de transición entre sedimentación y compresión (aumento de concentración de solidos).
Zona de Compresión.- la concentración de solidos aumenta al acercarse al afonde del espesador.
Variables de operación de Espesamiento En el espesamiento hay dos variables
importantes que son la sedimentación y la compresión, de estas desprenden otras variables:
Velocidad de sedimentación Densidad del flujo sólido. Presión de poros
Parámetros de Operación de Espesamiento.
Amperaje del motor de la rastra: de esta manera también podremos medir la compresión de la pulpa en el fondo del estanque.
Torque mecánico de rastra: Se produce debido al aumento de fuerza de rastra.
Altura de la rastra: se opera usualmente en casos de sobrecarga .
Amperaje de la bomba de descarga: permite controlar el underflow
Porcentaje de sólidos en el underflow: se muestrea la pulpa saliente manualmente o por medios automáticos.
Nivel de solución clara: se mide su altura la cual debe si es menor a la estimada indica una mala operación de sedimentación, esta indica al operador de se procede a la adición de floculantes.
Presión hidráulica: es la que ejerce las rastras por la pupa no debe exceder lo estipulado.
Tipos de espesadoresMantienen la misma forma estructural y sus elementos. Pueden ser de tres según su tipo operacional: Espesadores convencionales: su bandeja de
alimentación se encuentra en la parte superior del equipo.
Espesadores de alta densidad: se da una alimentación a mayor altura, permitiendo obtener una gran presión sobre el sedimento que descarga el equipo, por lo tanto obtener una mayor concentración de descarga.
Espesadores de alta capacidad: su bandeja de alimentación es muy profunda que descarga bajo el nivel de sedimento.
Desde el punto de vista estructural:
Espesadores de columna: la alimentación se realiza por medio de una columna
Espesadores de puente: todo el mecanismo de rrastras esta sostenido en un puente que cruza todo el largo del espesador.
Espesadores de tracción periférica. Espesadores sin mecanicismos.
Consideraciones prácticas en el diseño de espesadores para una planta de concentración.
Verificar las necesidades del espesador: las pruebas en planta piloto en laboratorio son recomendables, pero la pulpa debe ser la que se tratara, estas pruebas deber ser bien caracterizadas, de las cuales debemos saber sus propiedades de granulometría, concentración de solidos, pH, temperatura.
La velocidad de la alimentación es importante en cuanto al diseño y funcionamiento: verificar el dimensionamiento de equipos y rendimientos, esto implica una simulación de la operación completa.
La velocidad de la alimentación en el espesador debe ser tan baja como sea posible. De 2,5 a 3 m/s.
La entrada de la alimentación al espesador. Es necesario algún dispositivo para eliminar sobre tamaños de la
alimentación Debe controlarse la floculación, que esta se disperse antes de
activarse. Descarga de hundido, en su diseño se debe tener en cuenta la
adicion de purgas o inyección de aire y agua para los atascos. Servicios, para su mantenimiento.
Factores que afectan el diseño del tanque
Cantidad de sólidos, se expresan en solidos secos por día , a menor salida mayor ser el riesgo de atasco.
La cantidad de material mayor a 250 micras (malla +60) en la alimentación.
Peso específico de los sólidos, a mayor sea , más robusto debe ser l accionamiento y el mecanismo
La alimentación y las características de sedimentación del hundido puede hacer necesario de otros dispositivos como paletas por debajo de los brazos para que se introduzcan en los solidos compactos.
Control de espuma y su eliminación. Condiciones climáticas, etc.
Selección del tanque y mecanismo Tanque: Los datos constructivos del tanque deben tener en cuenta
especialmente el tamaño, características de la alimentación, evacuación del hundido y topografía.
El tanque puede fabricarse de acero, de hormigón, o una combinación de estos, madera.
Por la descarga de solidos el tanque puede ser: Elevado sobre el terreno. Con acceso por medio de un túnel si el tanque está a nivel del
suelo Los tanques de hasta 37 m hasta 45 m llevan el mecanismo
sobre el puente. El sistema de columna central resulta económico desde los 28 m
hasta los 183
Selección del tanque y mecanismo Mecanismo:
El mecanismo se debe determinar mediante análisis de las necesidades de trabajo, el cual está relacionado con la demanda de esfuerzo, según la capacidad de accionamiento y del arrastre del mecanismo. Servicios de Lubricación de espesadores:
Los mecanismos de accionamiento de los espesadores son de movimiento lento están expuestos a condiciones climatológicas. Los lubricantes son generalmente los de alta presión EP y son muy viscosos, las temperaturas permiten separar a estos lubricantes en de verano y de invierno,Aceites sintético, equipos acondicionadores móvil lubricación que permite la limpieza y desaguado del aceite mientras que el mecanismo esta en funcionamiento.
Funcionamiento del espesador y control de operación
Se debe controlar y operar dentro de los limites específicos. La selección del procedimiento a operar y el método de control precisa del entendimiento de como funciona la unidad y de la importancia de sus variables.
Norma de funcionamiento:
Si la alimentación es mayor a la descarga esto es igual a acumulación.La excesiva acumulación lleva a una para y limpieza igual a desastreSi se deja que se acumule los sólidos en el espesador sin acción correctiva puede ocurrir lo siguiente: La pulpa empezará a salir por el rebose. El underflow resulta muy espeso para el bombeo. La densidad del hundido llegara a la proximidad de la
alimentación. El sistema de rastrillos llegara a sobrecargarse y será
parado por el control de accionamiento
Control de operación
Nivel de pulpa. Alimentación Hundido (underflow).
Capitulo III
FILTRACION
FILTRACION Es un proceso crucial para una planta
concentradora de minerales , ya que representa la ultima etapa del proceso antes del envió del concentrado.
Es necesario cumplir con un valor máximo de contenido de humedad permisible
FILTRACIONLa filtración es una operación en la que una mezcla heterogénea de un fluido y de solidos se separa en sus componentes mediante un filtro en el que se retienen los solidos en forma e torta o queque de filtración.La capacidad del equipos esta determinada por el área de tela filtrante necesaria para procesar una determinada de cantidad de producto filtrado.La filtracion es esencialmente una operación mecánica , donde el liquido filtrado pasa por tres clases de resistencia en serie, las cuales forman la caída total de presión: La resistencia del filtrado desde que sale del medio
filtrante La resistencia del propio queque. La resistencia asociada al medio filtrante.
filtracion En todos los procesos de filtración la
mezcla o lodo fluye debido a alguna acción impulsora, como la gravedad, la presión o vacío.
1. Gravitacional 2. Centrifug 3. Vacío 4. Presión
Filtración con formación de quequeSe caracteriza por el solido de la pulpa es retenido en el filtro como una capa denominada queque. Esto se produce por que los poros del medio filtrante es menor de tamaño que las partículas, cuando no es asi es necesario buscar un material fibroso.
La velocidad de filtracion de este proceso se ve sujeta a una serie de factores, los cuales son:
factores
Efectos de la presión:
Espesor de la torta
Efecto de viscosidad:
depende del solido que se filtre, en precipitados gruesos cristalinos a
mayor presión mayor velocidad de filtración mayor, en cambio en materiales fangosos estos la
velocidad de filtración será menor.
es un factor de gran importancia la capacidad del filtro y de el depende
el ciclo de funcionamiento. La capacidad del filtro habrá acabado cuando el volumen de la torta en
ella sea cero
a mayor viscosidad menor velocidad de filtracion.
Efecto de la concentración de
solidos:
Efecto del tamaño de las partículas;
a mayor concentración favorecerá a la velocidad de filtración pero también favorecerá al rápido atascamiento del medio filtrante.
en pequeños tamaños de partículas se da la velocidad de filtración baja y un amento de contenido de humedad pero a veces fácil lavado.
Efecto de la temperatura
como la viscosidad de mucho líquidos se ve disminuida por la temperatura entonces a mayor
temperatura mayor velocidad de filtración.de la presión:
factores
Torta y traspaso a través del medio filtrante Le membrana usada como medio filtrante
para quitar el agua a las partículas masa duras con tamaño en un rango de 5 mm, en un micro filtro.
TORTA DE LA FILTRACIÓN Y CLARIFICACIÓN
La torta de la filtración y la recuperación de los sólidos se da en la clarificación o limpieza del filtrado de otras impurezas en la operación. Clarificarla significa como filtrarla.
Medios filtrantes Tela de lana: para filtrar soluciones
acidas y en la clarificación de soluciones viscosas, tiene a atascarse.
Tela de yute: se filtra a presión sólidos de granos gruesos.
Telas de algodón: es el mas usado y de bajo costo.
Telas metálicas: generalmente fabricadas de acero .
Existen materiales mas eficaces como poliester. Polietimeno
Tipos de filtros según el tipo de filtración Filtración gravitacional: filtro de arena. F. al vacío: filtro de tambor, de discos,
de bandas y de bandeja. F. a presion: filtro prensa vertical, filtro
prensa horizntal y filtro vela. F. a presión y vacio: filtro hiperbárico
Filtros por gravedadconsisten en un tanque sin fondo que usa medio filtrante, la filtración se da por presión hidrostática, esta presion es baja.Algunas ventajas son: Su gran simplicidad. Pocos accesorios y sensillos. Bajo costo. Se puede construir casi de cualquier material. Algunas desventajas son: Difícil limpieza. Bajas velocidades de filtracion. Costo de mano de obra elevado.Algunos filtros por gravedad mas usados Filtro Nutsche. Filtro por gravedad con lecho filtrante de arena
Filtros a presion: la presión en el filtrado se impone mediante una bomba liquido o gas comprimido. Se la filtración por lotes.Algunas ventajas: Filtraciones relativamente rápidas. Su tamaño compacto proporciona un área de
filtración grande por unidad de espacio de filtro. Costo relativamente bajo.Algunas desventajas: Difíciles de adaptarse a sistemas continuos y
resulta costoso Elevado costo en la mano de obra.
Filtro prensa de placas verticales
Filtros a vacio: funciona a una presión atmosférica.La bomba de vacio es un accesorio importante para este tipo de filtros, puesto que es la fuerza impulsora para la filtracion y el dispositivo de mayor costo. Algunas ventajas: Se puede diseñar como filtros continuos y eficaces Usan poca mano de obra. Como se da a presion atmosférica se puede acceder
a esta abriéndola para cualquier inspección.Algunas desventajas. Deben mantener el sistema al vacio. No se puede usar pulpas con elevadas temperturas
de operación. La mayoría no maneja solidos compresibles por su
difícil filtracion.
Filtros de discos a vacio
Equipos de filtración a presión: Filtro prensa de placas verticales Filtro prensa de placas horizontales Filtro prensa de disco.
FILTRO PRENSA DE PLACAS VERTICALES.
Las placas se comprimen entre si mediante un piston hidráulico que en cuyo extremo se encuentra el cabezal móvil que empuja ordenadamente las placas contra el cabezal fijo.
Filtro prensa de placas horizontales
Filtros de prensa al vacio Hay cuatro tipos e filtros al vacio: el filtro e
tambor, filtro de discos, filtro de bandeja y filtro de banda horizontal.
Los tres primeros producen queques con una humedad el 12 a 18% y en el filtro de bandas puede llegar de 8 a 10 %
Filtro de discos: consiste en un eje central que soporta un numero determinado de discos, los cuales cada uno esta conectado a un equipos de vacio, los discos tienen su parte inferior sumergidos en la suspensión , estos discos esta cubiertos de una tela filtrante.Su ventaja con el filtro tambor es que es su gran superficie por unidad de área de piso ocupada ya que cada disco permite filtrar por ambas caras.