Separación de sólidosManejo de sól idos y l íquidos

Separación de sólidos

1. Cribado y tamizado (Tamaño)

2. Clasificación (Rapidez asentamiento)

3. Separación en medio denso (gravimétrica en medio denso)

4. Concentración gravimétrica (Densidad)

5. Separación magnética (Susceptibilidad magnética)

6. Flotación (Densidad sol+gas)

7. Separación electrostática (carga electrostática)

1. Cribado y tamizado1.1. Introducción Separación basada en tamaño de partículas, mediante una superficie perforada

uniformemente.

Partículas mas grandes que las aberturas de la superficie son retenidas (sobre-tamaño), mientras que las mas pequeñas son pasan (sub-tamaño).

En ambos procesos es poco probable obtener una separación completa

Cribado es un proceso continuo para escala industrial.

Tamizado es un proceso intermitente que se aplica para pruebas de laboratorio.

1. Cribado y tamizado1.2. Tamizado a nivel de laboratorio Especificación de tamaño de partícula de acuerdo al promedio de la abertura que pasa y

retiene un material.

También es usado para determinar eficiencia de equipos de cribado y análisis de equipos detrituración y molienda.

La mayoría de tamices de laboratorio son mallas de alambre tejidas con aberturas cuadradas.

Cada tela se monta en un armazón cilíndrico que permite ensamblarse con otros tamices enserie desde los tamaños mas grandes (parte superior) hasta los más finos (parte inferior).

Una tapa en la parte superior y un colector en el fondo completan el sistema.

1. Cribado y tamizado1.2. Tamizado a nivel de laboratorio El tamaño de la partícula se obtiene de la media aritmética de las aberturas de los dos tamices

que limitan la fracción. Para partículas irregulares (casi todos los casos) este tamaño es nominal.

Existen diferentes series de tamices para el tamizado de laboratorio que difieren por el tamañode las aberturas y el calibre de los alambres.

La designación de los tamices depende de la malla o número de aberturas por pulgada lineal deltejido, siendo mas importante el tamaño de la abertura.

Las principales series son:

Serie US: Relación de 2 Serie Internacional: Relación de 2 Serie Tyler: Relación de 2

Serie Británica: variable

1. Cribado y tamizado1.2. Tamizado a nivel de laboratorio Es necesario realizar sacudidas a los tamices con el fin de transmitir el movimiento a las

partículas para exponerlas repetidamente en las aberturas y minimiza la obstrucción porpartículas grandes.

Debido a la atracción electrostática o tensión superficial por cantidades de humedad laspartículas se adhieren entre si, disminuyendo la eficiencia del proceso. Se aconseja realizarprimero un Tamizado húmedo utilizando el agua que sea necesaria. Las fracciones obtenidassecan y se tamizan de nuevo.

Otra factor muy importante en este proceso es el tiempo de operación. Existen ecuaciones paraun estimativo de este tiempo.

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado Generalmente se usan para tamaños de partícula mayores a 0.2 mm pues a tamaños menores

no es eficiente el proceso típico. Con procesos modernos (superficies de cribado curvas) hasta50 µm.

Tipos de cribas

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado La superficie de una criba es el medio que contiene las aberturas para el paso del material.

Debe ser suficientemente fuerte para soportar el peso del material y suficientemente flexiblepara ceder las fuerzas vibratorias aplicadas. Los tipos de superficie son:

A su vez, cada superficie se subdivide de acuerdo a su configuración

Placa perforada• Más fuerte y rígida• Más duradera• Separaciones gruesas• Carga grande• Diversos materiales

Tela o malla• Amplia gama aberturas• Alambre redondo o de

sección cuadrada• Trabajo liviano• Cuidado importante en

bordes

Barras perfiladas• Superficie superior lisa• Poco taponamiento

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado Superficie de cribas De placa

Redondas escalonadas

Hexagonales escalonadas

Cuadradas alineadas

Cuadradas escalonadas

De ranura escalonada 1

De ranura escalonada 2

De ranuras alineadas

De barra perfilada

Redonda Triangular Iso De parrilla De patín Inclinada Barras sueltas

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado Superficie de cribas De malla: con dobleces ondulados

Parte superior plana Doble ondulación Ondulación alterna Doble corrugado

De malla: Aberturas

Cuadrados Rectangulares Tercer abertura alargada

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado Para evaluar el rendimiento de las cribas es necesario hablar de capacidad y eficiencia.

Capacidad: cantidad de material que alimenta la criba por unidad de área y tiempo.

Eficiencia: relación entre la cantidad real separada y la que se separa en proceso perfecto.

Rendimiento de las cribas con material deseado en sub-tamaño:

/ = % ó ñó ñ ó ( ) Rendimiento de las cribas con material deseado en sobre-tamaño:

/ = % ñ ó ( )ó ó ñ

1. Cribado y tamizado1.3. Cribado Factores que afectan el cribado:

Factores del material Factores de la máquina

Densidad global Superficie de la criba

Forma de la curva de distribución de tamaños

Vibración

Forma de las partículas Ángulo de inclinación

Humedad de la superficie Método de alimentación de la criba

2. Clasificación2.1. Introducción La clasificación es el método de separación según la rapidez de asentamiento en un fluido

(principalmente agua).

Los clasificadores producen dos productos, uno de ellos contiene las partículas de asentamientomás rápido (llamadas arenas, productos de descarga inferior o sobre-tamaño) con poca agua;la otra corriente (denominada derrame o lamas) contiene las partículas de asentamiento máslento y el agua restante.

Este proceso se usa típicamente para:

Separación fina entre gruesas o finas.

Concentración de pesadas.

Dividir distribución detamaños para ampliasfracciones.

Controlar molienda.

Restringir distribución depropiedades.

2. Clasificación2.2. Equipo Los clasificadores se caracterizan por el método de descarga del producto arenoso y el

movimiento relativo agua/partícula.

Clasificadores mecánicos: uso de medios mecánicos para retirar producto arenoso.

Clasificadores no mecánicos: descarga de arenas ayudada por fuerzas gravitacionales ocentrifugas.

Clasificadores de sedimentación: el asentamiento de las arenas se lleva a cabo en un cuerpode agua fuera de la corriente de alimentación.

Clasificadores hidráulicos (lecho fluidizado): la partícula se asienta contra corrienteascendente de agua.

Existen gran variedad de equipos, donde el más aceptado es el hidrociclón.

2. Clasificación2.3. Rendimiento del clasificador El rendimiento se especifica definiendo la capacidad y el tamaño de separación.

Los equipos cuentan con curvas de rendimiento de fracción de partículas que van a la descargaen función del tamaño de dichas partículas.

1.0

0.0Tamaño de partícula

Frac

ción

mas

a a

la d

esca

rga

0.5

Tamaño de partícula

Real

d/d50

Corregida Reducida

2. Clasificación2.4. Clasificadores hidrociclónicos

Derrame

Descarga inferior (Arenas)

Alimento

2. Clasificación2.4. Clasificadores hidrociclónicos Existe amplia gama de información empírica para la descripción de los hidrociclones.

Para definir los patrones de flujo dentro del equipo se puede utilizar el numero de Reynolds,flujo general, velocidad vertical, radias y tangencial del líquido.

El numero Re es difícil definir y existen dos: Rep (de partícula) Y Rec (del ciclón). El caso de lapartícula se ha encontrado un asentamiento laminar, mientras que el régimen del ciclón esturbulento.

El flujo general hace referencia al espiral formado dentro del ciclón, debido a la alimentacióntangencial.

Las velocidades son importantes porque depende de las magnitudes alcanzadas, unapartícula puede ser llevada al derrame o a la descarga inferior

2. Clasificación2.4. Clasificadores hidrociclónicos Correlaciones del hidrociclón

Es necesario analizar las variables involucradas en el proceso:

Variables de diseño• Diámetro del ciclón (Dc)• Angulo de cono (θ)• Localizador del vórtice (D(-))• Diámetro de alimentación (DI)• Diámetro del ápice (D(+))

Variables de operación• Caída de presión (ΔP)• Concentración de sólidos (R)• Tamaño, forma y densidad de los sólidos• Densidad y viscosidad del fluido• Flujo volumétrico entrada (IV)

2. Clasificación2.4. Clasificadores hidrociclónicos Correlaciones del hidrociclón Correlaciones para d50

Correlaciones para la caída de presión

Correlaciones para la división de corriente

18 · ·− ⁄ 3 × 10 .. − . 3 0.38 1 − ℛ− tan2 ⁄

∆ //2 = − 1 = 1.3 × 10 . . ℱ ,. . . − .ℱ , = 34.3 . . − . . ℱ , / ∆ . .

2. Clasificación2.4. Clasificadores hidrociclónicos Méritos relativos del hidrociclón

Ventajas• Sencillo: carencia de partes móviles• Tamaño reducido• Bajo costo• Tiempos de residencia cortos• Puede ser usado en suspensiones de

alta viscosidad.

Desventajas• Falta de precisión de separación• Cantidad de material que no se clasifica• Material deseado en derrama y viceversa• Tamaño mínimo de partícula de 2µm (a

menores es MUY ineficiente)• Rendimiento continuo requiere de

alimentación continua• Problemas de erosión.

3. Concentración gravimétrica3.1. Introducción La concentración por gravedad es el proceso típicamente mas usado en la industria. Aunque no

es muy preciso en cuanto a tamaños de partículas, es de muy bajo costo.

El método se vale de las diferencias de densidad de las partículas para llevar a cabo laseparación.

Es necesario de un fluido para lograr la separación, siendo el agua el mas utilizado.

Al proceso es necesario imprimirle separación entre partículas para lograr una acomodacióndependiendo de las propiedades del materias, principalmente por oscilaciones, sacudidas o elmismo flujo de la mezcla.

3. Concentración gravimétrica3.2. Equipo a aplicaciones

AplicacionesUsosPrincipioTipo

Equipos gravimetría

De impulsoTamiz arriba y abajo

logra separación por capas

Más usado para limpieza de carbón

Adecuadas para tamaños de part.

Grandes (0.5-200µm)

De superficie de

sacudimiento

Mesa sacudidora. Las sacudidas

logran la separación

Para materiales pesados

Tamaños mas finos (0-75µm) pero baja

capacidad

De películaMezcla fluye en descenso y se

separa

Concentrar arenas y concentrador

primarioPartículas semi-finas

3. Concentración gravimétrica3.3. Rendimiento Cada equipo posee un curva de rendimiento. También depende del tamaño de la partícula a

analizar.

La teoría esta basada en procesos de carbón, puesto que esta separación no se da conpartículas más pesadas.

El hecho de que la eficiencia del proceso dependa del tamaño de la partícula, indica que estetipo de separación no aplica para separación fina, es decir de tamaños muy parecidos.

4. Separación en medio denso 4.1. Introducción Se usa en la concentración de diferentes minerales (ej. Depuración del carbón mineral).

Aplicación restringida a minerales en los que la ganga se libera a valores altos de tamaño.

Proceso relacionado con la concentración por gravedad, que se basan en la diferencia dedensidad de los minerales, pero en este caso es en un medio denso (solución salina osuspensión de sólidos).

Este proceso se conoce también como separación en medio pesado y separación por flotación-hundimiento.

4. Separación en medio denso 4.2. Equipo y aplicaciones La idea final del proceso es obtener dos productos: el flotado (minerales de densidad baja) y el

sumergido o deprimido (minerales de densidad alta).

A veces se obtiene un producto intermedio.

De acuerdo al alimento se pueden diseñar equipos de gravedad o de baño estático paraalimentación gruesa y separadores centrífugos para alimentaciones más finas.

El medio de separación depende de la densidad deseada. Lo mas común es la suspensión demagnetita fina (1250-2200 kg/m3), ferrosilicato fino (2900-3400 kg/m3), o su mezcla (2200-3400kg/m3).

Estos componentes son físicamente estables, químicamente inertes, fácilmente separables delos productos, fácilmente recuperables y forman fluidos de baja viscosidad.

4. Separación en medio denso 4.2. Equipo y aplicaciones Uno de los equipos más usados son los separadores de gravedad en medio denso, donde el

alimento y el medio se llevan a un tanque. El material que flota se derrama o se recoge,mientras que el material que se hunde o deprime desciende al fondo para luego ser extraído.

Los separadores centrífugos en medio denso (usados para partículas más finas) imprimenfuerza para lograr la separación. Su diseño es similar a los hidrociclones.

También se ha estudiado la fluidización neumática donde se han logrado separaciones siemprey cuando la densidad efectiva del lecho esté comprendida entre las de los dos componentesflotable y deprimible.

4. Separación en medio denso 4.3. Control y recuperación del medio Dos variables que comúnmente se controlan en este proceso son la densidad y la consistencia

del medio.

La densidad se puede controlar hasta +5 Kg/m3, lo suficiente para densidades de mineralescercanas, mientras que la consistencia se mide según el asentamiento de las partículas quecomponen el medio.

Para la recuperación eficiente y su posterior reciclado se recomienda:

Cribar y lavar la alimentación para eliminar finas

Cribar los dos productos en dos etapas: la primera para recuperar el medio sin dilución y lasegunda con agua agregada por aspersión para lavar las partículas del medio adheridas a losproductos.

El medio diluido se concentra posteriormente por concentración magnética.

5. Separación magnética5.1. Introducción La susceptibilidad magnética es la propiedad que determina la respuesta de un material a un

campo magnético.

Paramagnéticos: atraídos por campo magnéticos

Diamagnéticos: repelidos por campo magnéticos

Los materiales vigorosamente paramagnéticos se les conoce como ferromagnéticos.

Principalmente en la concentración de minerales de hierro.

Hoy en día se usa en diversos minerales y una gran gama de equipos.

5. Separación magnética5.2. Equipo y aplicaciones

Baja intensidad

Usados para materiales

ferromagnéticos

Predomina uso de medio húmedo

Alta intensidad

Usados para materiales

paramagnéticos

Predomina medio seco

5. Separación magnética5.2. Equipo y aplicaciones

Padecería de fierro

• Se usa para proteger equipos usados en procesamiento de minerales

• Depuración en seco (separación de gruesos)

• Eliminación de ganga para obtener magnetita

Separadores de baja intensidad

• Los equipos mas comunes son en medio húmedo

• Tambores rotativas que usan electroimanes o imanes permanentes para atraer partículas.

Separadores de alta intensidad

• La separación húmeda se suele usar una matriz ferromagnética donde se recolectan las partículas.

• En seco se usan separadores inducidos para generar el campo magnético

Floculación magnética

• Para partículas ferromagnéticas finas mediante imanes permanentes

• Usada para concentración de magnetita y depuración de aguas de desecho (acero)

5. Separación magnética5.3. Principios y mecanismos de la separación magnética Separación física de partículas basada en la competencia entre:

Fuerzas magnéticas

Fuerzas gravitacionales, centrífugas, de fricción o de inercia

Fuerzas de atracción o repulsión interpartícula

Las fuerzas determinan además el rendimiento del proceso

5. Separación magnética5.3. Principios y mecanismos de la separación magnética

Campo magnético aplicado, A/m Campo magnético aplicado, A/m

Inte

nsid

ad d

e m

agne

tizac

ión,

A/m

Ferromagnéticos

0

400Paramagnéticos

Diamagnéticos0

2.0 La pendiente de la curva es la susceptibilidad magnética(k)

6. Flotación6.1. Introducción Este proceso a evolucionado notablemente desde su aparición.

Es el método mas utilizado en la concentración de minerales (en casi todos los materialessulfurosos, materiales metálicos y carbón mineral, entre otros).

Es considerado un proceso relativamente selectivo.

Su mecanismo está basado en la química interfacial de las partículas en solución.

6. Flotación6.2. Equipo de flotación Básicamente se dividen en dos: mecánicos y neumáticos.

Se pueden utilizar con un único tanque o acomodación de batería.

Para que el proceso de flotación tenga éxito en la separación es necesario analizar la partequímica (interacción entre los reactivos y las partículas) y la parte mecánica (relacionando lascaracterísticas de la máquina).

El propósito de los equipos es hacer que las partículas (llevadas a un estado hidrofóbicomediante el uso de reactivos) se adhieran a las burbujas de aire hasta la superficie dondepueden ser removidas.

6. Flotación6.3. Factores físicos de la flotación Temperatura de la pulpa:

Influye sobre la adsorción. Para cada mineral es necesario buscar la temperatura óptima mediante ensayosque verifiquen la mejora de flotación.

Tamaño de los granos de mineral:

Las partículas de tamaños inferiores a 10mm ofrecen las siguientes desventajas:

Menor rendimiento, al disminuir la probabilidad de contacto, en la pulpa, con una burbuja,favoreciéndose, además, la oxidación.

Mayor consumo de reactivos.

Aumenta la mojabilidad del mineral, al recubrirse de ganga, impidiendo la flotación.

Las partículas de mineral menores de 5mm deben flotarse agregando coagulantes (floculantes), queprovocan su aglomeración

6. Flotación6.3. Factores físicos de la flotación Tamaño de burbuja:

Deben cumplir con las siguientes condiciones:

Para un volumen determinado de aire, deberá éste encontrarse lo más finamente divididoen la pulpa. De manera de aumentar la probabilidad de contacto con las partículasminerales.

Las burbujas cargadas de mineral deberán tener una densidad menor que la pulpa, parapoder flotar y formar la espuma.

6. Flotación6.3. Factores químicos de la flotación Adsorción química

Solubilidad de las sustancias: Es importante conocer la solubilidad de las sustanciasintervinientes en el proceso por la influencia que ejerce sobre las transformaciones superficialesde 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 elrendimiento de la flotación.

6. Flotación6.3. Máquinas de Flotación Cuba o 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)

6. Flotación6.3. Máquinas de Flotación

7. Separación electrostática 7.1. Introducción Es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin

embargo, donde se aplica, es altamente exitosa. Es frecuente combinarla con separacióngravimétrica y magnética para tratar minerales.

Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes:

1. Un mecanismo de carga y descarga.

2. Un campo eléctrico externo.

3. Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas.

4. Un sistema de colección para la alimentación y productos.

7. Separación electrostática 7.2. Mecanismos de la separación electrostática Tres mecanismos de cargado de partículas son usados en la separación electrostática:

Cargado por electrificación por contacto y fricción

Cargado por bombardeo de iones o electrones

Cargado por inducción conductiva

7. Separación electrostática 7.2. Mecanismos de la separación electrostática Cargado por bombardeo de iones o electrones

es el mecanismo más frecuentemente usado separar partículas de dos especies de materialesdieléctricos.

7. Separación electrostática 7.2. Mecanismos de la separación electrostática

Cargado por inducción conductiva

Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a

tierra en la presencia de un campo eléctrico, la partícula

desarrollará rápidamente una carga superficial por

inducción, la partícula conductora tendrá una superficie

completamente equipotencial. La partícula no conductora

permanecerá polarizada.

Gracias!!Preguntas???

Fin

CRIBAS

Dinámicas

Giratorias

Circular

Oscilantes

Horizontal

Cribadores rotatorios

Reciprocante Giratoria

Agitadores

Vertical

Vibratoria

Horizontal Inclinada De probabilidad

Transportadoras

Parrilla de rodillos

Banda transportadora

Estáticas

De parrilla Superficie curvada

De probabilidad

Movimiento relativo

partícula/criba