Post on 08-Nov-2015
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Sedimentacin
Industrial
Introduccin
Con el proceso de flotacin, hemos terminado el estudio de la parte principal
de la concentracin de minerales que es la obtencin de los concentrados; sin
embargo estos concentrados constituidos por espumas y mezclas de sulfuros
valiosos contienen mucha agua, es necesario quitar todo el agua que sea
posible mediante las siguientes operaciones sucesivas:
- En el espesamiento se comienza la eliminacin de la mayor cantidad de
agua contenida en las espumas, aqu se incrementa la densidad de la pulpa.
- Con la filtracin, procuramos quitar todo lo que se pueda del agua que ha
quedado despus del espesamiento, hasta obtener un producto de 8 a 10 % de
agua.
Alimentacin
ConcentradoPb y Zn
Relave
Esquema general - Metalrgica
Filtracin
Espesamiento
Molienda
Trituracin
Flotacin
Qu es la sedimentacin?
Es la separacin de partculas slidas en suspensin de un lquido, que se verifica por asentamiento gravitacional. Tales operaciones pueden dividirse en espesamiento y clarificacin. Aunque se rigen por principios semejantes, estos procesos difieren en cuanto al objetivo.
ESPESAMIENTO: Tiene como objetivo primario incrementar la concentracin de slidos y se caracteriza por tener una interfase lquido claro/sedimento definida.
CLARIFICACIN: Sirve para separar los slidos de una corriente relativamente diluida, no hay una interfase claramente definida entre el lquido limpio y el sedimento.
Mecanismo de sedimentacin
Una partcula slida, aislada, en un fluido de menor densidad, tiende a caer
aumentando su velocidad hasta llegar a una velocidad de equilibrio entre las
fuerzas de gravedad y las fuerzas de resistencia del fluido. Esta velocidad de
equilibrio se denomina velocidad de sedimentacin.
La velocidad de sedimentacin es funcin de:
Dimetro de la partcula que sedimenta (d).
Peso especfico relativo entre el slido y el fluido (s).
Viscosidad del fluido (m).
V = V(d, s, m)
Las partculas no son esfricas
Existe una banda granulomtrica de tamao de partcula. Existe interaccin entre partculas.
Para el flujo de pulpas de el procesamiento de minerales, la velocidad de
sedimentacin debera ser calculada considerando los siguientes
efectos:
Teora de Sedimentacin:
Teora de Sedimentacin:
Para altas concentraciones de slidos. Existen dos tipos de
interaccin entre partculas
Sedimentacin Obstruida
FloculacinAumenta la
velocidad de
sedimentacin
Disminuye la
velocidad de
sedimentacin
Determinadas suspensiones muy diluidas no sepueden espesar o clarificar sin la adicin de un
agente floculante, el cual junta y coagula el
material fino.
En muchos casos, donde la suspensin muestrauna buena cualidad para sedimentar, el uso de un
floculante puede aumentar la velocidad de
sedimentacin y mejorar la clarificacin en
forma notoria.
9CONCEPTOS DE FLOCULACIN
Si las fuerza repelentes dominan, el agrupamiento de las
partculas slidas no ocurre, mientras que si actan las
fuerzas atrayentes ocurre el agrupamiento y asentamiento
de los flculos mas grandes.
Para el caso de suspensiones o pulpas, las partculas de
minerales tienen casi generalmente cargas superficial
negativas, excepto en pocos casos en donde el pH de la
pulpa es muy bajo.
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CONCEPTOS DE FLOCULACION
Para lograr una sedimentacin ms rpida de partculas
slidas suspendidas, se agrega a la suspensin o pulpa,
floculante, el cual es un polmero con cargas positivas
que acta formando redes polimricas, con el fin de
lograr un agrupamiento electroesttico de las partculas
finas slidas cargadas negativamente.
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CONCEPTOS DE FLOCULACION (Cont.)
Considerando que las partculas slidas de minerales
tienen casi en su mayora cargas negativas, los
floculantes ms usados en la minera son los aninicos de
alto peso molecular.
En las siguientes dos figuras se muestra el mecanismo de
floculacin de partculas slidas con un polmero.
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Mecanismo de Floculacin
En la primera etapa se agrega el floculante a la
suspensin o pulpa con partculas slidas.
Posteriormente comienza la adsorcin (electroesttica)
del polmero con las partculas slidas.
Finalmente, ocurre el puenteo o unin de cargas
contrarias atrayentes, formndose los flculos o redes
polimricas, que al aumentar su peso sedimentarn en
forma ms rpida.
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Mecanismo de Floculacin
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Mecanismo de Floculacin
En la figura siguiente se aprecia el efecto filtro
que ocurre cuando una partcula slida no
floculadas es atrapada en la red polimrica de
partculas slidas perfectamente floculadas.
Al formarse una red polimrica floculada de
partculas finas suspendidas, sta aumenta su
fuerza-peso producindose una sedimentacin
ms rpida.
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Pruebas y Preparacin de Floculantes
La seleccin del floculante adecuado se realiza en base
emprica con el soporte de la experiencia prctica del
operador.
El criterio de seleccin de un floculante se base en: el
costo, velocidad de sedimentacin, claridad del
sobrenadante y requerimientos de compactacin o
concentracin de slidos en la descarga.
Considerando que las condiciones de proceso pueden
cambiar en el tiempo, se deben hacer peridicamente
pruebas de floculacin, bajo distintas condiciones de
proceso.
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Pruebas y Preparacin de Floculantes
Usualmente los floculantes son usados ms
eficientemente a concentraciones diluidas, de entre
0.01 a 0.05 % (0.1 a 0.5 gr/lt).
Es recomendable agregar el floculante en distintos
puntos de la canaleta o tubera de alimentacin al
espesador, cuidando no destruir los flculos por la
agitacin o turbulencia natural de la pulpa al entrar al
feedwell.
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TIPOS DE FLOCULANTES
En el mercado de reactivos qumicos existen tres tipos
de floculantes sintticos mas usados:
Floculantes Aninicos:
Son los ms usados en la sedimentacin de pulpas de
minerales y concentrados, tales como Cu, C, Pb, Zn,
etc. Los consumos o dosificaciones tpicos varan entre
2 a 50 gr/ton (gramos de floculante por tonelada de
slidos secos). Tambin pueden usarse como ayuda
filtrante.
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TIPOS DE FLOCULANTES
Floculantes No-Inicos:
Son tambin usados en la sedimentacin de pulpas de
minerales y concentrados, especialmente en lamas de
mineral de Fe, y flotacin de Oro etc., son muy
efectivos en pulpas cidas. Los consumos o
dosificaciones tpicos varan entre 1 a 50 gr/ton.
Tambin pueden usarse como ayuda filtrante.
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TIPOS DE FLOCULANTES
Floculantes Catinicos:
Son principalmente usados en la sedimentacin de
desperdicios de carbn, lamas de mineral de hierro y
concentrados de minerales, etc. Los consumos o
dosificaciones tpicos varan entre 25 a 250 gr/ton.
Son tambin efectivos para la clarificacin de las aguas
extradas de la mina, en dosificaciones de entre 5 a 50
gr./ton.
ESPESAMIENTO
Ocurre por sedimentacin de las partculas y se considera como una primera etapa de desaguado.
Produce lodos de 45 75% de slidos y lquidosturbios con menos de 1% de slidos.
La sedimentacin se realiza en equiposdenominados espesadores.
El tipo ms comn es el espesador cilndricocontinuo con brazos mecnicos para el arrastrede lodos.
ESPESADOR
Son unidades intermitentes o continuas y consisten en tanques de relativamente poca
profundidad, desde los cuales se separa el lquido claro por su parte superior (overflow) y la
suspensin espesa queda en el fondo (underflow).
Sirven para espesar los concentrados y relaves de la flotacin, por el procedimiento de
quitarles parte del agua que contiene.
Objetivos de los Espesadores
Aumentar la concentracin de slidos de la pulpa de la corriente de alimentacin hasta un 60%.
En la clarificacin retirar los slidos de la corriente de alimentacin eliminando aproximadamente un 90% del lquido que contena en la etapa anterior.
El producto debe contener una mnima cantidad de lquido, para reducir el consumo de combustible en el proceso de secado o en el costo de transporte.
El porcentaje de slido logrado en la descarga, debe ser el mximo posible.
La humedad residual debe ser mnima.
Zonas que se forman en un Espesador
1. En el tope, Zona 1, est el agua clara (osolucin clara) que representa el rebose delespesador.
2. En la Zona 2, es donde la alimentacinentra. Esta capa tiene la misma formageneral y consistencia de la alimentacin.
3. Zona 3. Contiene pulpa que estcomenzando a decantarse. Est en trnsito ala zona del fondo.
4. Zona 4 es la pulpa en compresin. Aqu elpeso de los slidos fuerza el agua o solucina elevarse hacia la zona de rebose.
En la figura, el eje vertical representa la dilucin (inverso de laconcentracin). El lado izquierdo del diagrama representa a las partculas quetienen tendencia a la cohesin. El lado derecho representa a las partculas enlas que la cohesin entre partculas es mnima comparada con las fuerzas desedimentacin.
CLARIFICACIN
COMPRESIN
ZONA DE SEDIMENTACIN
BAJO
% SLIDOS
ALTO
% SLIDOS PARTICULADA INTERPARTICULADAS SIN COHESIN FLOCULADAS
TIPOS DE ESPESADORES
1. Espesadores convecionales:
Estos espesadores se dividen en tres tipos, que se
distinguen por el mecanismo de impulso:
- Apoyado un puente
- Apoyado en una columna central
- Con impulso de traccin
El dimetro puede ser tan pequeo como 3m o tan
grande como 120m (10 a 400ft) y est relacionado con
la estructura de apoyo del mecanismo.
La altura de un espesador grande convencional es de
alrededor de 7 metros.
Se puede usar con o sin floculantes, dependiendo de la
aplicacin.
Espesadores convecionales
2. Espesadores de alta velocidad:
Estn diseados especficamente para maximizar la
eficiencia de floculacin y difieren de los espesadores
convencionales en el diseo del pozo de alimentacin,
las dimensiones y la forma de control.
Se deben usar floculantes.
Son generalmente espesadores de tamao medio o
pequeo tipo puente.
El incremento en la eficiencia de floculacin logrado
puede aumentar la velocidad de sedimentacin 2 a 10
veces respecto del espesador convencional.
TIPOS DE ESPESADORES
Espesadores de alta velocidad:
3. Espesadores de alta densidad:
Utiliza un lecho ms profundo para aumentar la
capacidad del espesador.
La altura de un espesador de alta densidad
puede ir de 9 a 15 metros.
Permite tener un nivel ms alto de sedimento y,
por lo tanto, llegar a una mayor concentracin
de slidos en la descarga.
TIPOS DE ESPESADORES
Partes principales de un Espesador
CILINDRO DE ALIMENTACIN
Sirve para orientar la
direccin del chorro de pulpa
de entrada, disminuir su
energa cintica e introducir
el material a una profundidad
adecuada.
Para evitar un exceso de
velocidad, el canal abierto
suele teneruna pendiente no
mayor a 2%
Tipos de alimentacin
en Espesadores
A B
C D
E F
A
B
C
D
E
F
Pozo de alimentacin convencional
Pozo de alimentacin por el fondo
Pozo de alimentacin a contracorriente
Pozo de alimentacin perforado
Alimentacin de manto de lodo mediante pozo de
alimentacin profundo
Alimentacin de manto de lodos por el fondo
TANQUE
Puede ser de acero
inoxidable, madera o de
concreto.
Su funcin primordial del
tanque es proporcionar el
tiempo de retencin para el
espesamiento y clarificacin
de la pulpa ingresante.
CANAL DE REBOSE
Recoge el rebose clarificado y lo
lleva a su salida correspondiente.
El efluente clarificado se elimina
por medio de un canal perifrico,
localizado dentro o fuera del
tanque.
Es el agua decantada que abandona
el estanque en forma de rebalse u
overflow, con un contenido de
slidos muy dbil o casi nulo.
BRAZOS DE RASTRILLO
Conducen los slidos sedimentados hacia el cono de descarga.
Mantienen la fluidez en el material decantado en el fondo, para asegurar remocin hidralica.
Incrementa el contenido de slidos.
PALETAS
Normalmente en brazosdistintos a los de rastrillosubicados en ngulos de 90respecto a aquellos que sirvenpara remover los slidos en el cono central de descarga y conducir hacia el orificio de salida
MECANISMO DE PROPULSIN DE LOS
RASTRILLOS
Provee el torque que mueve los
brazos contra la resistencia de
los slidos espesados de gran
dimetro.
TIPOS DE MECANISMOS BSICOS
SOPORTADO POR PUENTE
Son generalmente de undimetro superior a los 30metros.
Son capaces de transferircargas a la periferia deltanque.
Son capaces de dar unaconcentracin de efluenteinferior ms consistente.
COLUMNA CENTRAL
Suelen tener un dimetro deunos 20 m o algo ms.
El mecanismo est soportado poruna columna central de acero ode hormign.
Los brazos de arrastre estnunidos a un sistema de impulsoque gira alrededor de la columnacentral.
MECANISMO DE IMPULSO
Suelen ser de engranaje recto de acero
o hierro montado sobre cojinetes,
piones u otro engranaje, transportado
a su vez por cinta de engranaje de
acero endurecido.
Tambin pueden ser sistemas
hidralicos de impulso.
MECANISMO DE ARRASTRE
Ayuda a desplazar los slidos
sedimentados hasta el punto de
descarga.
Ayuda en el espesamiento de la pulpa
al romper los puentes de flculos,
permitiendo la salida del fluido y la
consolidacin de flculos.
DISPOSITIVOS DE EXTRACCION
Los slidos concentrados se eliminan del espesador:
Mediante una bomba centrfuga para precipitados o.
Bien por una bomba de desplazamiento positivo.
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEO DE
ESPESADORES
Los requerimientos del proceso para la calidad del
lquido del rebose.
La calidad de los slidos a ser manejados.
La gravedad especfica de los slidos.
Capacidad de manejar material adicional cuando otros
espesadores estn fuera de servicio.
Condiciones climticas que puedan requerir
consideraciones especiales.
Condiciones de suelo y elevacin del agua.
rea transversal del Espesador
Para cualquier grado de alimentacin, el rea del
equipo de sedimentacin controla el tiempo
permitido para el asentamiento de partculas.
Es el rea necesaria para lograr que las partculas
contenidas en la pulpa alimentada sedimenten y
sean evacuadas por la descarga.
La profundidad controla el tiempo permitido para
espesar el lodo.
Altura del Espesador
Es la altura necesaria
para retener la pulpa
el tiempo suficiente
de modo que la
descarga tenga el
porcentaje de slidos
requerido en la
operacin.
Porcentaje de Slidos en la Alimentacin
y en la Descarga
Costo instalado aproximado de los
espesadores.
Los costos varian mucho
para un dimetro dado
debido a lo muchos tipos
de construccin. Por regla
general, el costo total
instalado ser de,
aproximadamente 2 a 4
veces el costo del
mecanismo de rastrillo
(incluyendo elevador y
cabezal de transmisin)
Uso de Espesador en ANTAMINA