UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR MAYOR DE SAN S AN MARCOS
E.A.P. INGENIERIA METALURGICA SEPARACION SOLIDO - LIQUIDO
SEDIMENTACION Vladimir A. Arias Arce
SEPARACIÓN SÓLIDO / LÍQUIDO El procesamiento de minerales utiliza importantes volúmenes de agua. Operaciones realizadas en pulpa: flotación y lixiviación requieren separar los sólidos del agua. MÉTODOS Sedimentación Filtración Secado térmico •
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MINERAL PROVENIENTE DE LA MINA
Chancado Molienda
Retorno de gruesos
Partículas de tamaño final
Clasificación por tamaño
Flotación Concentrado de galena
Relaves
Espesamiento y filtración
Cancha de relaves
Concentrado seco
SEDIMENTACIÓN Consiste en la separación, por acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua.
Se
utiliza para: - Eliminación de arenas - Eliminación de materia en suspensión: en aguas residuales y para potabilización flóculo biológico en los decantadores secundarios de los procesos de lodos activados flóculos químicos cuando se emplea coagulación. - Concentración de los sólidos en los espesadores.
En función de la concentración y de la tendencia a la inter-acción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: 1 Discreta (Tipo 1): Sedimentación de partículas en una suspensión con concentración de sólidos baja. Las partículas sedimentan como entidades individuales, sin haber interacción con partículas vecinas. 2 Floculenta (Tipo 2): Sedimentación de partículas de una solución diluída, que floculan durante el proceso. Al aglomerarse, aumentan su tamaño y su masa, por lo tanto también su velocidad de sedimentación.
Continuacion …
3 Retardada (llamada en bloque o zonal) (Tipo3): Corresponde a una suspensión de concentración intermedia, en la cual las fuerzas interpartículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas, haciéndolas sedimentar como una sola unidad. 4 Por compresión (Tipo 4): Cuando la concentración de partículas es tal que éstas forman una estructura, la sedimetación sólo puede darse por compresión, debido al peso de las partículas que se van añadiendo.
Zona de agua clarificada Zona de sedimentación discreta (Tipo 1) d a d i d n u f o r P
Zona de sedimentación floculenta (Tipo 2)
Zona de sedimentación retardada (Tipo 3) Zona de compresión (Tipo 4)
TIEMPO
Probeta
Reconocer las operaciones de los procesos de separación sólido-líquido.
OBJETIVOS
Identificar los efectos que las variables ejercen sobre la sedimentación y filtración de los minerales. Reconocer los equipos más comunes utilizados durante el espesamiento y la filtración.
ETAPA DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO •
Una vez que hemos obtenido los concentrados a partir de la flotación éstos contienen sulfuros muy valiosos que a la vez contienen espumas y éstas a la vez agua, que tenemos que quitársela para poder transportar y manipular estos concentrados de manera más fácil para las siguientes operaciones que se han de realizar.
CONCENTRADOS SULFUROS ESPUMAS AGUA
ESPESAMIENTO Y FILTRACIÓN
DEFINICIÓN
En el procesamiento de minerales, la operación unitaria de separación sólido - líquido consiste en la eliminación de agua de los productos finales o intermedios de una planta concentradora
OPERACIONES PRINCIPALES ESPESAMIENTO Que comienza con la eliminación de la mayor cantidad de agua contenida en las espumas.
OPERACIONES PRINCIPALES DE LA SEPARACIÓN SÓLIDO LÍQUIDO
LA FILTRACIÓN En la que procuramos quitar todo lo que se pueda del agua que ha quedado después del espesamiento.
SECADO Consiste en retirar al 100% el agua del concentrado.
SEDIMENTACIÓN •
Sedimentación: Eficiente cuando hay buena diferencia en densidad entre sólidos y líquido.
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Una rápida sedimentación de sólidos produce un líquido claro a ser decantado, produciendo una pulpa densificada, con 50 a 60 % sólidos. Partículas muy finas sedimentan lentamente y requieren sedimentación centrífuga o floculación.
LEYES •
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La sedimentación obedece a leyes de Stokes y Newton, según el tamaño de partícula.
Ley de Stokes:
v = k1d2 (Ds - Df)
Válida para d < 50µ •
Ley de Newton:
v= k2[d (Ds - Df)]1/2
Válida para d > 0.5 cm d = Diámetro de la partícula Ds = Densidad de la partícula Df = Densidad del fluido v = Velocidad terminal
APLICACIONES Relaves: Espesamiento antes del depósito de relave, recuperación de agua Concentrados: Espesamiento antes de filtración . Hidrometalurgia: Filtración cuando la solución tiene alta densidad. Filtración antes de precipitar Au/Ag de solución de cianuración. •
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Esquema General PLANTA CONCENTRADORA Concentrado 25-30 % Sólidos Agua ESPESADOR 55-65 % Sólidos Agua FILTRO Concentrado 6-12 % H2O
Agua decantada Relave 25-30 % Sólidos
ESPESADOR 45-55 % Sólidos
RELAVERA
ESPESAMIENTO •
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Sedimentador de sólidos por gravedad y decantación del agua, en espesadores . Para aumentar la eficiencia se añade floculantes, que aglomeran las partículas formando flóculos. Clarificador de diseño similar al espesador, pero menos robusto, porque recibe pulpas con menor contenido de sólidos. •
ESQUEMA DE UN ESPESADOR Alimentación Zona de agua clara Zona de clarificación Zona de espesamiento
Rebose Agua Sólidos
Descarga de pulpa densificada
Espesadores convencionales
DISEÑO DEL ESPESADOR Método de Coe y Clevenger: A = (F - D)W / RS A = Área del espesador, m2 R = Velocidad de sedimentación, m/hr S = Gravedad específica del líquido, kg/l F = Relación Líquido/Sólido en peso D = Relación Líquido/Sólido en la descarga W = Alimentación de mineral, tm/hr
ESPESADOR DE LAMELAS Utiliza un conjunto de placas inclinadas paralelas que reducen la distancia de sedimentación e incrementan el área efectiva.
El espacio requerido es 20 % de un espesador convencional. El área efectiva de sedimentación es: Aef = nA cos n = número de placas; A = Área de cada placa = ángulo de las placas con la horizontal
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA •
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La velocidad de sedimentación de partículas se incrementa por influencia de fuerza centrífuga La separación centrífuga puede hacerse mediante ciclones o centrífugas. Los ciclones son equipos sencillos y baratos. Su eficiencia baja con partículas pequeñas. Partículas menores de 10µ van de todas maneras al rebose. Son más eficientes en clasificación que en sedimentación.
Centrífuga •
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Más compleja y costosa que el ciclón, pero eficiente en clarificación, más flexible, y da mayores concentraciones de sólidos. El tipo s o l id b o w l s c r o l l es el de más uso en minería debido a que descarga sólidos en forma continua. Consiste en un casco cilindrocónico horizontal giratorio. En su interior hay un transportador de tornillo que gira en el mismo sentido, a velocidad diferente.
ESQUEMA DE CENTRÍFUGA SOLID BOWL SCROLL
Pulpa
Descarga de líquidos
Descarga de sólidos
Centrífuga •
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Velocidad de rotación : 1600 a 8500 rpm Diámetro: 0.15 a 1.50 m Capacidad: 0.50 a 50 m3/hr líquido, o 0.25 a 100 TM sólidos/hr Alimentación: 0.5 a 70 % sólidos Partículas: 12 mm a 2 µ, o más fino con floculación Humedad el producto: 5 a 20 %.
FILTRACIÓN Operación que separa sólidos del líquido mediante un medio poroso que retiene los sólidos y deja pasar el líquido. Tipos de filtro: A vacío: Disco, tambor, circular, faja, hoja A presión: tiene ventajas sobre el filtro a vacío: mayor capacidad, lavado y secado. La mayoría opera en batch. Filtro prensa es el más usado. •
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Filtración ... Factores que afectan la filtración: Caída de presión Área filtrante Viscosidad del filtrado Resistencia de la torta y del medio filtrante •
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Filtración •
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Lamas tienen efecto adverso en la filtración, tupen al medio filtrante. La floculación reduce este efecto y facilita la filtración.
Filtro Medio filtrante: •
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Muy importante para asegurar una buena filtración. Debe retener sólidos sin obstruirse. Debe tener resistencia mecánica y a la corrosión. Debe tener baja resistencia al flujo del líquido. Medios filtrantes: de algodón, lana, lino,yute,nylon, seda, fibra de vidrio, carbón poroso, rayón, cerámica. Deben filtrar sólidos de < 10 µ .
Filtro de Tambor
Filtro de banda horizontal
Filtro prensa de placas verticales
Filtro automático a presión Larox
Diagrama de flujo del Filtro Automático Larox
SECADO •
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Eliminación de humedad mediante evaporación del agua, requiere suministro de calor. La velocidad de evaporación se incrementa con la temperatura. La capa de mineral a secar debe ser lo más delgada posible. Permite reducir el costo de transporte Hay hornos de secado en muchos diseños. El horno horizontal rotatorio: el más común. Diámetro: 1.5 a 2.0 m, largo: 8 a 12 m, inclinación: 1 a 2°. Velocidad: 3 a 8 rpm Gases calientes en contracorriente.
SECCION
ZONA DE CARGA CILINDRO
GASES
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
SÓLIDOS
ESQUEMA DE HORNO ROTATORIO DE SECADO
