Industrias I 72.02 – 92.02

SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS SEPARACIÓNES HIDRAULICAS SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE LIQUIDOS (V. 1/2015)

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Separación de sólidos en sólidos

SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS ....................................................... 4

4.1 SEPARACIÓN DE MATERIALES ..................................................................................... 4 4.2 CLASIFICACIÓN MECÁNICA ......................................................................................... 4 4.2.1 Parrillas .............................................................................................................. 4 4.2.2 Cribas (Zarandas) o Tamices ............................................................................. 5 4.2.3 Zarandas (cribas) Vibratorias ............................................................................ 5 4.2.3.1 Zaranda de Inercia .......................................................................................... 6 4.2.3.2 Zaranda Vibratoria Electromagnética............................................................. 8 4.2.4 Cribas de Tambor (TROMMELS) ...................................................................... 8 4.2.5 Separación Magnética ........................................................................................ 9 4.2.6 Separadores Magnéticos .................................................................................. 10 4.2.6.1 Separadores de Tambor ................................................................................ 10 4.2.6.2 Separadores de Cinta .................................................................................... 11 4.3 SEPARACIONES HIDRÁULICAS ................................................................................... 11 4.3.1 Generalidades ................................................................................................... 11 4.3.2 Fundamentos de las separaciones hidráulicas................................................. 12 4.3.2.1 Sedimentación .............................................................................................. 12 4.3.2.2 Caída en Corriente de Liquido ..................................................................... 13 4.4 APARATOS APLICADOS EN LA CLASIFICACIÓN HIDRÁULICA ..................................... 14 4.4.1.1 Separadores de Polvo ................................................................................... 15 4.4.1.2 Cajas de sedimentación ................................................................................ 15 4.4.1.3 Cajas Piramidales (Spitzkasten) ................................................................... 16 4.4.1.4 Clasificadores de Cono ................................................................................. 18 4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo) ....................................................... 19 4.4.1.6 Mesa de sacudidas (Mesa del minero) .......................................................... 19 4.4.1.7 Hidrociclones ................................................................................................ 20 4.5 SEPARACIONES HIDRAULICAS – FLOTACION .............................................. 22 4.5.1 Definición y Generalidades del Método ........................................................... 22 4.5.2 Campos de Aplicación de la Flotación............................................................. 22 4.5.3 Flotación por Espuma ...................................................................................... 22 4.5.3.1 Formación de Espumas ................................................................................. 23 4.5.3.2 Factores Físicos y Químicos en la flotación ................................................. 24 4.5.4 Reactivos o Agentes de Flotación..................................................................... 26 4.5.4.1 Espumantes ................................................................................................... 26 4.5.4.2 Colectores ..................................................................................................... 26 4.5.4.3 Modificadores ............................................................................................... 27 4.5.4.4 Floculantes (Coagulantes) ............................................................................ 28 4.5.5 Aplicación de la Flotación en la Industria Minera .......................................... 28 4.5.6 Maquinas de Flotación ..................................................................................... 29 4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación ...................................................... 30 4.5.7.1 Condiciones de una Buena Máquina de Flotación ....................................... 30 4.5.8 Clasificación de las Máquinas de Flotación según su Función en el Proceso 30 4.5.8.1 Combinación de Máquinas de Flotación para la Concentración de Sulfuros 31 4.5.9 Descripción de Aparatos de Flotación por Espumas ....................................... 31 2

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Separación de sólidos en sólidos

4.5.9.1 Cuba de Flotación Callow ............................................................................ 31 4.5.9.2 Cuba de flotación Callow – Mas Intosh ....................................................... 32 4.5.10 Esquemas de Instalaciones de Flotación ......................................................... 33 4.6 SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LIQUIDO ................................................................. 35 4.6.1 Introducción ..................................................................................................... 35 4.7 SEDIMENTACIÓN ........................................................................................................ 35 4.7.1 Teoría de la sedimentación .............................................................................. 35 4.7.1.1 Velocidad de sedimentación ......................................................................... 37 4.8 EQUIPOS .................................................................................................................... 37 4.8.1 Espesadores ...................................................................................................... 37 4.9 CLARIFICADORES....................................................................................................... 39 4.10 FILTRACIÓN ........................................................................................................... 40 4.10.1 Teoría de la filtración ....................................................................................... 40 4.10.2 Regímenes de filtración: ................................................................................... 40 4.10.3 Clasificación de filtros ..................................................................................... 42 4.10.4 Equipos ............................................................................................................. 43 4.11 CENTRIFUGACIÓN .................................................................................................. 54 4.11.1 Teoría de la centrifugación .............................................................................. 54 4.11.2 Equipos ............................................................................................................. 54 4.12 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 57

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4 SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS 4.1

SEPARACIÓN DE MATERIALES

La separación de materiales sólidos se hace con el objeto de clasificar las partículas de materia de acuerdo a sus tamaños o de acuerdo a sus características. Ejemplos de los primeros son la separación de rocas en distintos rangos de tamaños (por zarandeo, tamizado, separaciones hidráulicas o neumáticas); y, de los segundos, la separación de minerales de su ganga (por separación magnética o concentración hidráulica). Según el tamaño y características del material a separar se utilizan distintos tipos de aparatos para la separación de materiales sólidos; en la tabla siguiente se da una clasificación de dichos aparatos.

TAMAÑO DE GRANO > 200 mm. de 200 a 1 mm.

METODO DE SEPARACIÓN Manual Mecánico

< 2 mm. < 1,5 mm. de 50 a 1 mm.

Hidráulico Neumático Electro magnético

4.2

TIPOS DE APARATOS Parrillas Parrillas vibratorias Cribas de tambor Separadores hidráulicos Separadores de aire Separadores electromagnéticos

CLASIFICACIÓN MECÁNICA

La clasificación mecánica se realiza por tamizado de la mezcla a través de parrillas o cribas.

4.2.1 Parrillas Se fabrican de barrotes de acero de sección trapecial con la base menor hacia abajo, o con rieles que se instalan con el patín hacia arriba. Pueden ser fijas u oscilante (Figura Nº1).

Barrotes

Rieles

Figura Nº1. Parrillas

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Separación de Fases Sólido - Líquido

•

Fijas: Se utilizan para separación previa de trozos grandes que sobrepasan la abertura de la carga de la trituradora o a la entrada de los transportadores (elevadores, tornillos, etc.) para retener trozos demasiado grandes.

•

Oscilantes: La oscilación se produce por el giro de un eje y una excéntrica, donde las parrillas se encuentran desfasadas a 180º y están suspendidas en la parte inferior.

4.2.2 Cribas (Zarandas) o Tamices Se hacen con planchas perforadoras o tejido metálico. Planchas Perforadoras: Son de acero de espesores entre 0.5 y 12 mm. Tejido Metálico: Alambre de acero blando, bronce, latón, cobre, zinc, etc. En la Figura Nº2 se pueden ver los distintos tipos de planchas y tejidos. Chapas Perforadas Aberturas cuadradas Aberturas redondas Aberturas hexagonales

Agujeros Alambres Tejidos Metálicos Rejilla metálica con orificios cuadrados Rejilla metálica con orificios rectangulares

Vista en Corte

Mallas Figura Nº2. Planchas y Tejidos 4.2.3 Zarandas (cribas) Vibratorias Existen varios tipos de zarandas, entre las que merecen destacarse, dentro de las vibratorias, las de inercia y las electromagnéticas.

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Separación de Fases Sólido - Líquido

4.2.3.1 Zaranda de Inercia La zaranda de inercia está compuesta de una especie de cajón (armazón) que cuenta con 1,2 o 3 pisos de tejidos metálicos (tamices). El tejido de diámetro más grande es el superior y el de menor diámetro (tamaño de malla) es el inferior. (Figura Nº3) El marco (cajón) de la zaranda está montado sobre 3 pares de resortes y está atravesado, transversalmente, por un eje, con una polea (en un extremo) al que se acopla un motor a través de correas trapezoidales. El eje cuenta, además, con dos volantes de contrapeso. El movimiento del eje, y los contrapesos de los volantes hace que vibre todo el marco (cajón) de la zaranda. El tejido metálico está inclinado unos 20º respecto de la horizontal y el material a clasificar ingresa al piso superior y merced a la vibración e inclinación del tejido metálico el material va avanzando y si es de tamaño inferior al tamaño de la malla pasa al piso más abajo. El material que no pasa sale por el extremo del tejido opuesto al que entró. De esta forma se consigue, si hay 3 pisos de tejido metálico, separar el material en 4 tamaños. El más fino, pasa por todos los tejidos, el que le sigue pasa dos pisos pero sale por el extremo del inferior, el que le sigue pasa solo un piso y el restante no pasa el primer piso. Al material que no pasa un tejido metálico (tamiz) se lo denomina rechazo.

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VISTA LATERAL

VISTA EN CORTE

3 3

5 7

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Figura Nº3. Zaranda de Inercia

Alimentación

Material Grueso 2

6

1 4

1.- Resorte 2.- Tamices

3.- Marco 4.-Bastidor

5.- Eje 6.- Volante

7.- Polea

Separación de Fases Sólido - Líquido

Material Fino

7

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4.2.3.2 Zaranda Vibratoria Electromagnética La vibración se hace con un sistema electromagnético que se esquematiza en la Figura Nº4. La armadura es atraída por un electroimán hasta que toca el interruptor de corriente; al hacerlo, se interrumpe la corriente y actúan los resortes, que tiran hacia abajo la armadura. De esta forma se logran 1800 vibraciones por minuto. La armadura está unida al marco de la zaranda. Electroimán Interruptor

Armadura

Resorte Bastidor

Figura Nº4. Zaranda Vibratoria Electromagnética

4.2.4 Cribas de Tambor (TROMMELS) Pueden ser cilíndricas, cónicas, prismáticas, piramidales, etc. Las más comunes son las cilíndricas (Figura Nº5). Son giratorias y se encuentran inclinadas respecto de la horizontal de 5º a 7º. Las mallas más pequeñas se ubican del lado de la entrada del material y las más grandes a la salida. Para un D: diámetro de 0,10 m. y L: longitud de 1,6 m. se pueden producir 50 ton / hora de material clasificado, a una velocidad de 25 rpm y con un motor de 2,5 HP. Por su bajo rendimiento y elevado costo de mantenimiento, estas cribas han ido desapareciendo de canteras y lavaderos de minerales que eran donde más se las usaba. Se usan aun en el cribado de basuras urbanas, por el acondicionamiento de la materia provocado por el batido enérgico que produce. Los apoyos de estas cribas se detallan en la Figura Nº6.

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Cilindro

Material de rechazo Material fino

Material medio

Material grueso

A Piñón

Pestaña de llanta

Motor Rodillo de Empuje

Corona

Rodillos de apoyo

A

Vista Lateral Figura Nº5. Cribas de Tambor

Rodillos de apoyo

Corte A - A Figura Nº6. Apoyos cribas de Tambor

4.2.5 Separación Magnética Es un método muy utilizado para concentrar minerales que poseen una propiedad, conforme a su naturaleza, de atracción magnética. En algunos casos se aumentan las características magnéticas del mineral sometiéndolos a procesos de tostación o calcinación (PIRITAS –FeS2- y SIDERITAS –CO3.Fe-). Un mineral sumamente apto para ser concentrado por este método es la magnetita (Fe3O4). Considerando la escala de fuerza de atracción magnética, para un valor 100 del hierro metálico, le corresponde 40 a la magnetita. La hematita (Fe2O3), que tiene valor 2, se torna fuertemente magnética cuando se la tuesta.

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4.2.6 Separadores Magnéticos Son dos los que se destacan, los de tambor y los de cinta. 4.2.6.1 Separadores de Tambor Cuenta con dos tambores, uno fijo interno, la mitad del mismo sometida a un campo magnético (zona rayada del esquema). El tambor exterior es concéntrico al primero y gira. En su superficie cuenta con salientes. Ambos tambores se encuentran en el interior de una caja que tiene en su parte superior una boca de entrada para el material a separar y en la inferior dos bocas de salida saliendo por una de ellas el material no magnético (ganga) y por el otro el magnético (mineral). El material a separar ingresa al aparato y cae sobre el tambor, el no magnético, por gravedad cae y sale por la boca de descarga (a la de la derecha en Figura Nº7), el magnético se adhiere al tambor (por efecto del campo magnético) y va girando con el tambor exterior hasta que abandona el campo magnético, lugar donde cae por gravedad saliendo por la otra boca de descarga. El tamaño del material a clasificar debe de ser de 1 a 20 mm.; la capacidad de producción es de 50 ton / hora, para un tambor de 0,90 m. de diámetro y 1,10 m. de longitud, utilizando una potencia de 1,5 HP.

Figura Nº7. Separadores de Tambor

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4.2.6.2 Separadores de Cinta El separador de cinta es similar a una cinta transportadora, cuenta con dos poleas, una motora y otra conducida. La cinta tiene, además, salientes en su superficie. La polea conductora (izquierda de la Figura) está magnetizada. El material no magnético cae, por gravedad, el magnético queda adherido por el campo magnético. Cuando la cinta abandona la polea, cesa el campo magnético y el material magnético cae por gravedad. El tamaño del material a separar debe ser de 5 a 50 mm. La producción es de 10 ton / hora, para un polea de 0,45 m. de diámetro y 0,60 m. de ancho. El aparato trabaja a una velocidad de 50 r.p.m y utiliza un motor de 1,5 HP. de potencia. 1

4

3

2

5

1.- Material a concentrar 2.- Polea Motora (Magnetizada) 3.- Polea Conducida 4.- Cinta 5.- Material no magnético 6.- Material magnético

6

Figura Nº8. Separador de Cinta 4.3

SEPARACIONES HIDRÁULICAS

4.3.1 Generalidades Las separaciones hidráulicas comprenden las separaciones de sólidos de líquidos y las separaciones de dos o más sólidos entre sí. Separación de líquidos de líquidos SEPARACIONES HIDRÁULICAS

Separación de 2 o más sól. entre sí

Sedimentación Filtración Clasif. Hidráulica Concentración 11

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La clasificación hidráulica de dos o más sólidos se prefiere al tamizado, cuando la materia a separarse se ha de elaborar en grandes tonelajes, o cuando los tamices son ineficaces por el grado de división de las partículas a separarse. La concentración de minerales que se verá en este capítulo es el método denominado de flotación por espumas. 4.3.2 Fundamentos de las separaciones hidráulicas Las separaciones hidráulicas, se basan fundamentalmente en los fenómenos de sedimentación de partículas y caída de partículas en corriente de líquidos. Las neumáticas se sustentan en análogos fenómenos, para el caso de fluidos (aire). Si bien en este curso no se ha de profundizar en el aspecto teórico de estos fenómenos, ya que son temas de Mecánica de Fluidos, a continuación se hará una breve descripción de los aspectos básicos. 4.3.2.1 Sedimentación Si en un líquido se dejan caer simultáneamente partículas de un mismo material (de peso específico mayor que el líquido) y distintos tamaños, se formarán capas, tal como puede observarse en la Figura N°9. Las partículas más grandes (3) quedarán en el fondo del recipiente, las intermedias (2), encima de ellas, y de las más finas (1), en la parte superior. Las partículas caen por la fuerza de gravedad, a la que se ponen, la fuerza de flotación y la de rozamiento. Las dos primeras con constantes, pero la de rozamiento va creciendo a medida que aumenta la velocidad. En determinado momento, la velocidad de caída se mantiene constante, y se llama dicha velocidad: velocidad límite (U1). A partir del momento en que se establece la velocidad límite se verifica: (Figura N°10) Peso partícula = Fuerza flotación + Fuerza rozamiento La separación de las partículas se realiza en el lapso de tiempo en que las partículas alcanzan su velocidad límite, lo que dura fracciones de segundo, luego siguen con la U1, ya ordenadas por tamaño, hasta depositarse. Los granos que integran una capa, es decir que han caído con igual velocidad, se denominan isódromos (o equidescentes). Partículas isódramas de distintos materiales cumplen la siguiente condición: D1 . δ1 = D2 . δ2 = constante (donde D: diámetro partícula y δ: densidad) La expresión que da la velocidad límite fue planteada por Stokes de la siguiente forma: U1 = k . (δs – δ1) . Ds µ1

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Separación de Fases Sólido - Líquido

Representación de la velocidad de caída de una partícula sólida en un líquido.

Donde:

δs δ1

densidad sólido densidad líquido

Ds µ1

diámetro partícula sólido viscosidad líquido

En la Figura N°10 se ha representado la velocidad de caída de una partícula sólida en un medio líquido. Se puede observar que luego de un tiempo θ la velocidad alcanzada es U1, a partir de ese momento la velocidad se mantendrá constante.

Ul

Figura Nº 9

µ1 Figura Nº 10

4.3.2.2 Caída en Corriente de Liquido Supongamos ahora que una partícula cae en una corriente de líquido ascendente. Cuando la partícula alcanza su velocidad límite se establece una velocidad relativa Ur que será: Ur = U líquido – U1

Ulim = Uliq – Urel

De esta expresión surgen tres alternativas: 1. Si U líquido = U1 la partícula sólida queda suspendida en el fluido. 2. Si U líquido < U1 la partícula cae al fondo del recipiente con velocidad Ur U1 la partícula es arrastrada hacia la parte superior del recipiente a velocidad U1