Operaciones unitarias

Industrias I 72.02

SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE SÓLIDOS

SEPARACIÓNES HIDRAULICAS

SEPARACIÓN DE SÓLIDOS DE LIQUIDOS

72.02-Industrias I Separación de sólidos en sólidos

2

4 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 ................................................................................. 17

4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo) ....................................................... 18

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

72.02-Industrias I Separación de sólidos en sólidos

3

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 .................................................................................................. 55

4.11.1 Teoría de la centrifugación .............................................................................. 55

4.11.2 Equipos ............................................................................................................. 55

4.12 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 58

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

METODO DE

SEPARACIÓN

TIPOS DE

APARATOS

> 200 mm. Manual Parrillas

de 200 a 1 mm. Mecánico Parrillas vibratorias

Cribas de tambor

< 2 mm. Hidráulico Separadores hidráulicos

< 1,5 mm. Neumático Separadores de aire

de 50 a 1 mm. Electro magnético Separadores electromagnéticos

4.2 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

72.02 Industrias I Separación de Fases Sólido - Liquido

5

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

Tejidos Metálicos Rejilla metálica con orificios cuadrados

Rejilla metálica con orificios rectangulares

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.

Agujeros

Mallas

Vista en Corte

Alambres


6

4.2.3.1 Zaranda de Inercia

La zaranda de inercia esta compuesta de una especie de cajón (armazón) que cuenta con 1,2 o 3

pisos de tejidos metálicos (tamices). El tejido de diámetro mas grande es el superior y el de menor

diámetro (tamaño de malla) es el inferior. (Figura Nº3)

El marco (cajón) de la zaranda esta montado sobre 3 pares de resortes y esta 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 esta 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 mas abajo. El material que no pasa

sale por el extremo del tejido opuesto al que entro. De esta forma se consigue, si hay 3 pisos de

tejido metálico, separar el material en 4 tamaños.

El mas fino, que pasa por todos los tejidos, el que le sigue que pasa dos pisos pero sale por el

extremo del inferior, el que le sigue que pasa solo un piso y el que no pasa el primer piso.

Al material que no pasa un tejido metálico (tamiz) se lo denomina rechazo.


7

Figura Nº3. Zaranda de Inercia

VIS

TA

EN

CO

RT

E

VIS

TA

LA

TE

RA

L

1.-

Res

ort

e

3

.- M

arco

5.-

Eje

7.-

Pole

a

2.-

Tam

ices

4

.-B

asti

dor

6

.- V

ola

nte

Ma

teria

l G

rue

so

Ma

teria

l F

ino

Alim

en

tació

n

3

3

7

2

1 4

5 6


8

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 esta unida al marco de la zaranda.

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, 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 r.p.m y con un motor de 2,5 HP.

Por su bajo rendimiento, unido a un costo de mantenimiento elevado, estas cribas han ido

desapareciendo de canteras y lavaderos de minerales que era donde mas 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.

Electroimán

Interruptor

Resorte

Bastidor

Armadura


9

Figura Nº5. Cribas de Tambor 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 aumenta las características magnéticas del

mineral sometiéndolos a procesos de tostación o calcinación (PIRITAS –FeS2- y SIDERITAS –

CO3.Fe-). Un mineral sumamente apto para concentrarlo 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.

Material

medio

Material

fino Material

grueso

Cilindro

Material de

rechazo

Motor

Rodillos

de apoyo

Corona

Piñón

Vista Lateral

Pestaña

de llanta

Rodillo

de Empuje

Rodillos

de apoyo

Corte A - A

A

A


10

4.2.6 Separadores Magnéticos

Entre los separadores magnéticos dos son 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, con la mitad del mismo que tiene 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


11

4.2.6.2 Separadores de Cinta

El separador de cinta es similar a una cinta transportadora, cuneta con dos poleas una motora y otra

conducida. La cinta tiene, además, salientes en su superficie.

La polea conductora (izquierda de la Figura) esta 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.- Material a concentrar

2.- Polea Motora

(Magnetizada)

3.- Polea Conducida

4.- Cinta

5.- Material no magnético

6.- Material magnético

Figura Nº8. Separador de Cinta

4.3 SEPARACIONES HIDRÁULICAS

4.3.1 Generalidades

Las separaciones hidráulicas comprenden las separaciones de sólidos de líquidos (tema que se

estudia en la materia Industrias II), y las separaciones de dos o más sólidos entre sí.

SEPARACIONES

HIDRÁULICAS

1

3

4

2

5 6

Separación de líquidos de líquidos

Separación de 2 o más sól. entre sí

Sedimentación

Filtración

Clasif. Hidráulica

Concentración


12

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 . 1 = D2 . 2 = constante (donde D: diámetro partícula y : densidad)

La expresión que da la velocidad límite fue planteada por Stokes de la siguiente forma:

U1 = k . (s – 1) . Ds

1


13

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

Donde: s densidad sólido Ds diámetro partícula sólido

1 densidad líquido 1 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 la velocidad alcanzada es U1, a partir de ese

momento la velocidad se mantendrá constante.

Figura Nº 9

Ul

1

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

3. Si U líquido > U1 la partícula es arrastrada hacia la parte superior del recipiente a velocidad

U1<Uliq

Figura Nº 10


14

Por consiguiente, para separar partículas sólidas de dos tamaños distintos en corriente ascendente

de líquido deberá cumplirse:

U1 < U liquido < U1'

U1 v U1’ son velocidades límites de partículas de distintos tamaños, siendo la U1’ la

correspondiente al sólido de mayor tamaño.

En la Figura N°11 se puede observar las representaciones gráficas del caso planteado.

Cuando la caída no es en líquido ascendente (Y aún en ese caso), se puede expresar la ecuación de

la velocidad relativa en términos vectoriales:

Ur = U líquido + U1

Y ésta expresión que plantea el caso más generalizado permite calcular Ur por composición de

vectores.

4.4 APARATOS APLICADOS EN LA CLASIFICACIÓN HIDRÁULICA

Entre los aparatos aplicados veremos los siguientes:

Separadores de polvos

Cajas de sedimentación

Cajas piramidales

Clasificadores de cono (sencillo y doble)

Clasificador Dorr (de artesa o rastrillo)

Mesa de sacudidas (o mesa de minero)

Hidrociclones

Ds

Ds

Figura Nº 11

U


15

4.4.1.1 Separadores de Polvo

Son aparatos que se utilizan para separar el polvo fino (finos) del material grueso. Se aplican como

complemento de los molinos, para retirar los finos de dicho aparato.

Como se observa en la Figura es un aparato en forma de recipiente cilíndrico, que termina en la

parte inferior en forma de cono.

Mediante un eje hueco, accionado por un motores da movimiento a una paleta y un disco

distribuidor de los polvos que penetran por dicho eje.

Cuenta además con deflectores, y en la parte inferior, concéntrico al cono, tiene una especie de

embudo. Las paletas, al girar, generan una corriente de aire, tal como se indica en la Figura. Esa

corriente arrastra a los finos que salen por la parte inferior del cono. El material grueso, que no es

arrastrado por la corriente de aire, cae directamente por el embudo. Este material vuelve al molino

para ser nuevamente molido.

Un separador de 3,70 de diámetro puede clasificar 18ton/hera de material y utiliza para ellos una

potencia de 12 HP.

4.4.1.2 Cajas de sedimentación

1. Entrada suspensión

2. Salida líquido claro

3. Partículas gruesas

4. Partículas medias

5. Partículas finas

6. Caja de sedimentación

1. Sólidos a separar

2. Material grueso

3. Material fino

4. Caja cilíndrica

5. Embudo para material grueso

6. Pantalla deflectora

7. Eje hueco

8. Disco distribuidor

9. Paletas

10. Corriente de aire

Figura Nº 12

Figura Nº 13


16

Las cajas de sedimentación son clasificadores que se usan en minería, para separar los materiales

en tres tamaños distintos.

Como se observa en la Figura se trata de un recipiente que cuenta en su parte inferior con tabiques

separadores de baja altura. La suspensión penetra por un extremo a una cierta velocidad. En el

recipiente, las partículas van sedimentando, naturalmente primero las más gruesas, luego las

medias y por último las finas.

El líquido claro sale por el extremo opuesto a la entrada.

Las cajas de pesca son un tipo de caja de sedimentación, formadas por un canal de madera o

ladrillo, de 2 m. De largo, 0,40 m. De ancho y 0,20 m. De profundidad. Estos aparatos hoy sólo se

emplean en explotaciones mineras de poca importancia.

4.4.1.3 Cajas Piramidales (Spitzkasten)

Este aparato es de funcionamiento análogo al anterior. Se utiliza para la clasificación de partículas

de tamaño que se encuentran entre 0,25mm. Y 1,25 mm. Son también utilizadas en minería y

permiten clasificar partículas de cuatro clases distintas.

Es una serie de recipientes en forma piramidal, cuyo tamaño es creciente desde el extremo de

entrada de la suspensión (primera caja) al de salida del líquido claro. En la primer caja sedimentan

las partículas gruesas, en la segunda las medias y densas, en la tercera las medias y livianas y en la

cuarta las finas. El aparato trabaja con un cierto nivel de líquido, el que es regulado mediante el

agregado, a las cajas, de agua desde las tuberías, que se observan en la parte superior.

Naturalmente el caudal de agua que se envía de las tuberías a las cajas depende del caudal de

suspensión tratado.

Las partículas formando un barro salen por la parte inferior de las cajas, a través de un tubo

acedado, por la presión hidrostática que distribuyen a la misma en forma pareja en toda la sección

del aparato.

El líquido claro sale por el extremo opuesto a la entrada de suspensión a través de un canal.

Como dato ilustrativo, a continuación, se suministran datos del tamaño de estos aparatos.

Para un caudal de 100 litros/min. De suspensión entrada, las dimensiones de las cajas serán:

1ª caja – ancho 70 mm. Largo 500mm.

2ª caja – ancho 70 mm y largo 50% más que la 1ª



Inclinación de las paredes de las cajas 50°.

Agua de inyección: 30 litros/min. por cada 100 litros/min. de suspensión entrada.


17

4.4.1.4 Clasificadores de Cono

Estos aparatos se utilizan para separar mediante una corriente de líquido ascendente partículas

finas de gruesas.

Clasificador de cono sencillo (Figura N°15)

Este aparato es una especie de embudo con un canal en la parte superior, para la descarga de los

finos. La suspensión penetra por la parte superior, y el material grueso desciende por el embudo

hasta salir por el fondo. El material fino, es arrastrado hacia la parte superior mediante una

corriente de agua que asciende desde la parte inferior del embudo, descargándose por un canal

circular.

1. Suspensión

2. Mat. Grueso y denso

3. Mat. Medio y denso

4. Mat. Medio y liviano

5. Mat. Fino y liviano

6. Líquido claro

7. Entrada de agua

8. Cajas piramidales

Cañería de agua

10-deflectores.

Figura Nº 14


18

Estos clasificadores; pueden trata 20m3/hora, para un diámetro del cono de 1 metro.

Clasificador de Doble Cono

Este aparato es de funcionamiento análogo al anterior, con la diferencia de que cuenta con dos

conos concéntricos. Por el interior, por la parte superior, penetra la suspensión y en sus parte

inferior encuentra un conito derivador (que distribuye uniformemente a la misma). Una corriente

ascendente de agua arrastra hacia la parte superior a los finos, por el espacio comprendido entre

ambos conos.

Las partículas gruesas, con su mayor peso, caen por el fondo del embudo.

Este aparato permite modificar la posición del embudo interior, con lo que se puede regular la

velocidad de la corriente de agua ascendente en el espacio entre conos y, por consiguiente, el

tamaño de partículas a separar.

1. Suspensión

2. Material grueso

3. Corriente ascedente de agua

4. Material fino

5. Canal conector de finos

6. Cono distribuidor

4.4.1.5 Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo)

Este clasificador consta de una caja con plano inclinado (9° a 14°),y un rastrillo (o artesa), que se

desplaza de abajo hacia arriba rascando el plano inclinado, y vuelve hacia abajo pero levantado, es

decir separado del plano inclinado, y vuelve hacia abajo pero levantado, es decir separado del

plano inclinado. En su movimiento ascendente el rastrillo eleva las partículas más gruesas que

salen por la parte superior del plano inclinado. Las partículas finas se mantienen en suspensión y

salen por rebose por el extremo opuesto. La entrada de la suspensión se hace, como se observa en

la Figura, cerca de la parte inferior del aparato por una abertura lateral.

Figura Nº 16

1

5 4

3

2

6

3

1. Suspensión

2. Material grueso

3. Material fino

4. Corriente ascendente de

agua

3

1

4

2

Figura Nº 15


19

Estos aparatos pueden tener 1, 2 o 4 rastrillos y una capacidad de producción de 2000 toneladas/24

horas. Las dimensiones del producto sólido a clasificar se encuentran entre 10 y 200 mallas.

La capacidad puede duplicarse respecto a la citada, en aparatos de 4 rastrillos. El aparato consume

potencias bajas, de 2 a 5 HP, y el número de rastrilladas por minuto alrededor de 12 a 30 (las más

rápidas para partículas más gruesas).

El ancho de las cajas varía entre 1,20 m. y 4,80 m. (4 rastrillos), con una longitud de 6 a 9 metros.

1. Caja

2. Rastrillo

3. Plano inclinado

4. Mecanismo de movim. del rastrillo

5. Entrada suspensión

6. Salida material fino

7. Salida de material grueso

8. Perfil “U”

9. Perfil “L”

4.4.1.6 Mesa de sacudidas (Mesa del minero)

Es una mesa de madera (habitualmente recubierta de linoleum) con listones de longitud creciente,

formando ranuras en sentido longitudinal. La mesa es impulsada, con un movimiento de vaivén

mediante un excéntrico y con la ayuda de amortiguadores se consigue que dicho movimiento sea

rápido hacia delante (sentido de la flecha) y lento al retroceder. El aparato cuenta con un

distribuidos de agua que realiza un barrido en sentido perpendicular al movimiento de la mesa.

La combinación del movimiento de la mesa y la corriente de agua permite separar las partículas

sólidas en cuatro clases. El movimiento de la mesa (la sacudida) es predominante sobre la corriente

de agua para las partículas gruesas y densas que por su peso se ubican en el fondo de las ranuras.

En tanto la corriente de agua predomina sobre la sacudida para las partículas finas a las que

arrastra perpendicularmente al eje longitudinal de la mesa. Así, esta combinación de movimientos

permite separar las partículas en cuatro clases, las que se reciben en recipientes dispuestos al borde

de la mesa. La mesa tiene una ligera inclinación respecto al plano horizontal de 2,5°. Las parte más

elevada se encuentra del lado del distribuidor de agua. Los listones de madera se encuentran

espaciados a unos 30 mm. La altura de los listones va disminuyendo desde la parte más elevada a

la inferior. La altura de los mayores es de 15 mm.

Figura Nº 17


20

1. Mesa

2. Listones

3. Sentido del vaivén de la mesa

4. Suspensión

5. Agua de barrido

6. Materiales finos y livianos

7. Materiales medios y livianos

8. Materiales medios y densos

9. Materiales gruesos y densos

4.4.1.7 Hidrociclones

DESCRIPCIÓN

Los hidrociclones, también conocidos como ciclones, son una clase importante de equipos

destinados principalmente a la separación de suspensiones sólido – (actualmente también sólido –

sólido, líquido – líquido y gas –líquido) por medio de la fuerza centrífuga que se desarrolla en su

interior, con gran capacidades de producción (25 tn/h hasta 500 tn/h) y alta eficiencia (80-90%).

Están conformados de una parte cónica seguida por una cámara cilíndrica (cámara de

alimentación), en la cual existe una entrada tangencial para la suspensión de la alimentación

Figura Nº 18


21

(Feed). En la parte superior presentan una tubería de rebose para la salida de la suspensión diluida

(overflow) y en la parte inferior existe un orificio de salida de la suspensión concentrada

(underflow). El ducto de alimentación se denomina inlet, el tubo de salida de la suspensión diluida

se denomina vortex, y el orificio de salida del concentrado se denomina ápex, como se puede ver

en la siguiente figura:

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La suspensión es bombeada bajo presión y entra al

hidrociclón a través del tubo de alimentación, donde la

suspensión describe un movimiento espiral descendente

debido a la forma del equipo y a la fuerza de gravedad.

Debido a dicho movimiento, en el eje del equipo se genera

una zona de muy baja presión, desarrollándose un núcleo

de aire.

A medida que la sección transversal disminuye en la parte

cónica, se superpone una corriente interior que genera un

flujo ascendente también de tipo espiral a lo largo del eje

central, de modo que el flujo de la suspensión diluída

encuentra su camino hacia el Vortex que actúa como

rebose.

Las partículas en el seno del fluido se ven afectadas en el sentido radial por dos fuerzas opositoras:

una hacia la periferia del equipo debido a la aceleración centrífuga y la otra hacia el interior del

equipo debido al arrastre que se mueve a través del hidrociclón.

Consecuentemente, la mayor parte de las partículas finas abandonarán el equipo a través del

Vortex, y el resto de las partículas, mayoritariamente los gruesos, que tienen mayor energía

cinética, chocan contra las paredes y salen a través del Apex.

USOS

Su utilización industrial comenzó en la industria del procesamiento de minerales y es uno de los

campos con mayor aplicación. También tienen un gran uso en la industria del cemento.

Actualmente, también se emplean en la industria química, metalúrgica, textil, papel, petroquímica

y otras.


22

4.5 SEPARACIONES HIDRAULICAS – FLOTACION

4.5.1 Definición y Generalidades del Método

La flotación es un método para concentrar minerales finamente molidos. Consiste en separar el

mineral de la ganga, haciendo flotar las partículas del primero, mediante burbujas de aire y hundir

las del segundo, en un líquido de densidad inferior a ambos.

Existen dos métodos de flotación: a) Flotación de superficie

b) Flotación por espuma

Flotación de superficie: La misma se realiza colocando las partículas del mineral

delicadamente sobre la superficie de un líquido (sin agitación); las partículas metálicas tienden

a flotar, por la tensión superficial del líquido, mientras que la ganga, que se moja, tiende a

hundirse. Las sustancias que se agregan para mejorar la flotabilidad de los minerales son

aceites, ácidos o ambos.

Este método ha caído en desuso, siendo desplazado por el de flotación de espumas.

Flotación por espuma: La misma se realiza por dispersión de las partículas en la masa de un

líquido (lo que se denomina “pulpa”) al que se le agregan sustancias que actúan sobre la

superficie del mineral y lo hacen unir a burbujas de aire (producidas por la agitación y/o

inyección de aire a la mezcla) las que llevan el mineral a la superficie del líquido y se reúnen

formando una espuma.

Este procedimiento logra una flotación más rápida, completa y selectiva y con mejores

rendimientos que la de superficie.

4.5.2 Campos de Aplicación de la Flotación

Aún cuando hasta hace poco el uso de la flotación estaba limitado a la industria minera, en la

actualidad su empleo se está extendiendo a otras tales como la separación de semillas de diferentes

especies vegetales y la remoción de tinta de la pulpa de papel recuperado.

4.5.3 Flotación por Espuma

En adelante se profundizará el estudio de este procedimiento por tratarse del más importante.

Como consecuencia de las diferentes propiedades superficiales de los sólidos a separar, algunos

pueden mojarse fácilmente por el líquido en el que está suspendido y otros adsorben aire,

disminuyendo su densidad aparente y tendiendo a flotar.


23

4.5.3.1 Formación de Espumas

Para obtener la formación de espumas (cargada de mineral), es decir, la adherencia entre las

partículas de los minerales deseados a las burbujas de aire, se debe formar una película superficial

hidrofóbica (que repele el agua), sobre las partículas a flotar y una película superficial hidrofílica

(que tiene afinidad por el agua) sobre las otras partículas.

Esto se consigue por el agregado a la pulpa de sustancias denominadas colectores y modificadores.

La superficie del mineral a flotar adsorbe a las moléculas del colector, la que consta de una parte

polar y otra no polar, de acuerdo al esquema siguiente (Figura N° 20)

Molécula del colector

Parte polar

Figura N° 20 Parte no polar

La parte no polar (formada, generalmente, por radicales alcohólicos) le da al mineral las

características hidrófobas.

Además es necesario que las burbujas de aire, que se unirán al mineral a flotar, tengan una dureza

tal que no sean destruidas durante el proceso, para ello se agregan sustancias denominadas

espumantes. Los espumantes tienen, también, sus moléculas con dos partes bien diferenciadas, una

polar y la otra no polar. Se disponen en la burbuja de aire de acuerdo al siguiente esquema (Figura

N° 21).

Parte polar

Parte no polar

Molécula de espumante

Figura N° 21

Aire


24

Al reunirse el mineral a flotar con las burbujas de aire se disponen de la siguiente manera (Figura

N°22). Ascendiendo hasta la superficie de la pulpa donde al reunirse con las otras burbujas forman

la espuma.

Figura N°22

4.5.3.2 Factores Físicos y Químicos en la flotación

a) Factores Físicos

Temperatura de la pulpa

Influye sobre la adsorción. Para cada mineral es necesario buscar la temperatura óptima mediante

ensayos que verifiquen la mejora de flotación.

Tamaño de los granos de mineral

Suponiendo igualdad de propiedades superficiales, a mayor densidad de un mineral, menor tamaño

de partícula flotable, de manera de permitirla estabilidad de su unión con la burbuja de espuma.

La práctica señala que el tamaño máximo de flotación industrial varía entre 0,3 y 0,5 mm., con un

máximo de 3 mm para el carbón.

Análisis granulométricos realizados, han determinado que los máximos de rendimiento,

enriquecimiento y separación se obtienen para partículas comprendidas entre 100 y 10 lo que

indica que el máximo rendimiento en flotación depende más de las particularidades físicas que la

composición química del mineral.

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

Mineral

Aire

Aire

Aire

Aire


25

a) Menor rendimiento, al disminuir la probabilidad de contacto, en la pulpa, con una burbuja,

favoreciéndose, además, la oxidación.

b) Mayor consumo de reactivos.

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

Las partículas de mineral menores de 5 deben flotarse agregando coagulantes (floculantes),

que provocan su aglomeración.

Tamaño de burbuja

Deben cumplir con las siguientes condiciones:

a) Para un volumen determinado de aire, deberá éste encontrarse lo más finamente dividido en la

pulpa. De manera de aumentar la probabilidad de contacto con las partículas minerales.

b) Las burbujas cargadas de mineral deberán tener una densidad menor que la pulpa, para poder

flotar y formar la espuma.

b) Factores Químicos

Adsorción química

Solubilidad de las sustancias

Es importante conocer la solubilidad de las sustancias intervinientes en el proceso por la influencia

que ejerce sobre las transformaciones superficiales de 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 el rendimiento de

la flotación.

La flotación, generalmente, se realiza en medios ligeramente ácidos o alcalinos, con pH que varía

entre 4 y 10.

A efectos de evitar la alteración del pH que suelen agregarse soluciones “buffer” (amortiguadoras)

para regularlo durante el proceso.

Potencial Redox

En la pulpa existen siempre reacciones Redox, las que pueden afectar el rendimiento en producto

flotado.


26

4.5.4 Reactivos o Agentes de Flotación

Son sustancias que se agregan a la pulpa para producir la flotación.

Se clasifican de la siguiente manera:

a) ESPUMANTES

b) COLECTORES

c) MODIFICADORES (reguladores)

4.5.4.1 Espumantes

Estas sustancias tienen por objeto la formación de espumas.

Las condiciones que deben reunir son las siguientes:

a) Formar espuma de duración y persistencia para soportar la carga de mineral.

b) Producir espuma por el agregado de la cantidad más pequeña posible.

c) Repartirse en la pulpa completa y fácilmente.

d) Tener escasa sección sobre la superficie de los minerales.

e) La espuma formada deberá deshacerse fácilmente una vez retirada de la máquina de flotación.

Los espumantes utilizados son compuestos orgánicos heteropolares que contienen grupos

funcionales alcohol (OH), carboxilo (CO.OH), amidas (CONH2), etc.

Los espumantes comerciales más importantes incluyen:

C5H11OH Alcohol amílico

CH3-C6H4-OH Cresol (en ácido cresílico)

C10-H17-OH Terpinol (en aceite de pino)

4.5.4.2 Colectores

El objeto de estas sustancias es unir las burbujas de aire a las partículas minerales que deben flotar

y producir el enriquecimiento de la espuma en mineral.

Hay sustancias que poseen propiedades espumantes y colectoras.

Las moléculas de los colectores contienen un grupo no polar, constituido por radicales alcohólicos,

generalmente, y un grupo polar.


27

Los principales colectores son:

a) Xantatos (xantogenatos): son sales de metales alcalinos con el ácido xántico. Los xantatos de

potasio responden a la siguiente fórmula:

S

R - O – C

SK (R: radical alcohólico)

Los xantatos disueltos en agua se disocian:

S S - +

R - O – C (R – O – C) + K

SK S

Anión xántico

La acción colectora de los xantatos se basa en los aniones xánticos que es adsorbido con el grupo

polar hacia el mineral a flotar y el radical alcohólico hacia el agua.

Los xantatos son los colectores más enérgicos para los sulfuros (buen poder colector) y su

consumo se encuentra entre 25 g. y 100 g. por tonelada tratada. Son muy solubles, lo que permite

realizar una buena dosificación. Pueden trabajar como colectores selectivos (buena selectividad),

agregados paulatinamente, van actuando sobre cada uno de los minerales a flotar a lo largo del

proceso, además poseen sólo acción colectora, por lo que no tienen influencia sobre la espuma.

Se emplean los etilxantatos alcalinos para los sulfuros de CU, Pb, Zn, Mo y Fe.

b) Ditiofosfatos: estos compuestos tiene propiedades semejantes a los xantatos y responden a la

fórmula:

R – O SK

P

R – O S (R: Radical alcohólico)

4.5.4.3 Modificadores

Estas sustancias en presencia de colectores y espumantes actúan sobre las propiedades

superficiales del mineral modificando su flotabilidad. Se clasifican según el resultado que se

consigue por su agregado a la pulpa, en:

a) Deprimentes: reducen la flotabilidad de los minerales que no quieren flotarse. Ejemplos de

estos son: cianuros, sulfitos y álcalis.


28

b) Agentes reflotadores (activadores): favorece al mineral para que se forme con el colector la

película polar – no polar necesaria para la flotación. Pueden también dar flotabilidad a los

minerales que previamente fueron deprimidos. Ejemplos de estos son: (Cu++

.SO3Na2) y

SO3HNa.

c) Precipitadores: precipitan a los iones existentes en la pulpa que perjudican la flotación.

4.5.4.4 Floculantes (Coagulantes)

Son sustancias que se agregan a la pulpa y cuya función es reunir (colectar) las partículas

minerales en forma de flóculos. Esto favorece la flotación porque la carga de mineral de las

burbujas se hace por adherencia de flóculos, lo que da una carga mayor por unidad de superficie

que la se obtendría por la adherencia de granos aislados.

4.5.5 Aplicación de la Flotación en la Industria Minera

Los minerales flotables pueden clasificarse en cuatro grupos:

a) Minerales nativos: Oro, plata y platino.

b) Minerales sulfurados: Sulfuros, telulruros, seleniuros y antimoniuros.

Estos minerales flotan generalmente bien con xantatos.

Para la flotación de sulfuros se usa la flotación selectiva o diferencial. La misma se basa en que

mediante el agregado de reactivos adecuados se separan paso a paso los distintos componentes de

un mineral complejo. Primero se flota el sulfuro más flotable, deprimiéndose los restantes, luego

otro sulfuro y así, sucesivamente los demás.

c) Minerales oxidados: óxidos, hidróxidos, sulfatos, carbonatos, etc. Estos poseen una gran

tendencia a la mojabilidad, lo que hace su flotación tan débil como la ganga. Para flotarlos se

usan dos métodos, el primero consiste en la sulfuración, reemplazando las moléculas de

oxígeno de los minerales por azufre, y flotándose posteriormente como sulfuros, o empleando

colectores cuya parte no polar sea la cadena larga, revistiendo al mineral para que la atracción

entre el mineral y el agua no se produzca. Para este segundo método se usan, preferiblemente,

como colectores sales alcalinas de ácidos grasos superiores.

d) Minerales no metalíferos (pétreos o térreos): magnesita, espato-flúor, fosfato de calcio,

calcita, bauxita, diamante, grafito, lignito antracita, hullas, etc. Estos se clasifican en minerales

polares, que se flotan en forma similar a los minerales oxidados y minerales no polares que son

de fácil flotabilidad y para los que se usan aceites como espumantes.


29

4.5.6 Maquinas de Flotación

Estas máquinas constan, esencialmente de los siguientes elementos. (Figura N° 23).

a) Cuba ó cámara, recipiente donde se coloca la pulpa para su tratamiento

b) Hélice, con la que se provoca la agitación de las pulpa

c) Entrada de aire, para producir el aireo del mineral a flotar

d) Espumadera, para retirar la espuma formada durante la flotación

e) Entrada, para la pulpa a la cuba

f) Salida, para el estéril (parte de la pulpa no flotada)

Figura N° 23. Cuba de Flotación Denver (de Laboratorio)

Espuma

Aire Espumadera

Burbujas de Recipiente que recibe

espuma

Aire y mineral

Cuba Hélice Salida Rompeolas

Estéril


30

4.5.7 Clasificación de las máquinas de flotación

Se clasifican de acuerdo al siguiente cuadro:

a) Máquinas sin agitación

(para flotación de

superficies).

1) Aparatos con agitadores

que aspiran aire por acción

mecánica de ellos

Maquinas de Flotación 2) Aparatos con agitadores y

aire introducido a presión

b) Maquinas con Agitación

de la Pulpa

3) Aparatos con agitación

producida por inyección de

aire comprimido

4) Aparatos con aireo de la

pulpa por depresión

producida en la cámara de

flotación

4.5.7.1 Condiciones de una Buena Máquina de Flotación

Las condiciones que debe cumplir una buena máquina de flotación son:

a) Construcción fuerte y económica

b) Poco consumo de energía

c) Fácil de realizar el mantenimiento

d) De operación fácil y mínimo requerimiento de personal

4.5.8 Clasificación de las Máquinas de Flotación según su Función en el Proceso

Generalmente la flotación no se realiza haciendo pasar todo el mineral por todas las células

disponibles, el trabajo se divide en los siguientes grupos de células:

a) Desbastadoras: Estas células tienen por objeto preparar un concentrado que debe seguir

tratándose.

b) Acabadoras: Trabajan alimentadas con el concentrado proveniente de las desbastadoras dando

un concentrado definitivo o un segundo concentrado.

c) Reacabadoras: Trabajan alimentadas con el segundo concentrado, dando el concentrado

definitivo.


31

4.5.8.1 Combinación de Máquinas de Flotación para la Concentración de Sulfuros

A continuación se esquematiza un proceso para la concentración de galena.

En el proceso se utilizan máquinas desbastadoras, acabadoras y reacabadoras. Las desbastadoras

son aparatos de agitación, las acabadoras y reacabadoras aparatos de aire comprimido (Figura N°

24).

ALIMENTACION

(Mena con Pb: 4%; Zn: 6%)

DESBASTADORAS Salida a la flotación de Zn

(donde da concentrado de

blenda

Zn: 58%; Pb: 1,1% y

estéril: Pb: 0,5%; Zn: 0,9%).

ACABADORAS

2° concentrado

Figura N° 24

REACABADORAS

Concentrado definitivo de galena (Pb: 72%; Zn: 3%).

4.5.9 Descripción de Aparatos de Flotación por Espumas

Dentro de los aparatos de flotación, seguidamente, describiremos dos de los más característicos

como son la cuba de flotación CALLOW y la CALLOW - Mas INTOSH. Otra importante es la

DENVER, de la cual, en el punto 5.5, se describe y esquematiza una de laboratorio.

4.5.9.1 Cuba de Flotación Callow

La cuba de flotación Callow, es un aparato con agitación producida por inyección de aire

comprimido. Consta, como se observa en la figura, de una cámara que en su parte inferior tiene un

distribuidor de aire. Básicamente es un canal de anchos que varían entre 0,60 y 0,90 m. Y una

altura de 0,45 a 0,65 m. Y de la longitud requerida según el proceso. El fondo del canal está

recubierto por lonas (sobre marcos de hierro). El aire, se sopla a una presión de 0,3 Kg./cm² y un

caudal de 2,5 a 3 m³/m²-min.

Se aplica a materiales fácilmente flotables.

La alimentación del material a flotar penetra por un costado del canal (lado izquierdo del

esquema), y la espuma, que se forma en la parte superior de la cuba y alcanza un espesor de 0,20 a

concentrado


32

0,25, se extrae por un extremo del canal, el opuesto a la alimentación. El estéril (las colas) se

eliminan por el costado de la cuba opuesto a la alimentación, saliendo los finos por la parte

superior y los gruesos por la parte inferior.

La misma se esquematiza en la Figura Nº 25.

4.5.9.2 Cuba de flotación Callow – Mas Intosh

Esta cuba mejora las condiciones de la anterior, ya que el aire soplado se lo introduce a la cuba a

través de un eje hueco, agujereado, giratorio, colocado en la cuba en el sentido longitudinal de la

misma. En el esquema se observa una vista en corte transversal. El eje hueco al girar, impide el

depósito del material sólido sobre la superficie del cilindro, y que de lo contrario, haría detener

periódicamente detener la operación a efectos de su eliminación. El tubo citado tiene un diámetro

de 10”, y gira a una velocidad de 15 r.p.m., cuenta con dos perfiles opuestos soldados que

levantan el material de la parte inferior de la cuba. La alimentación penetra por uno de los

extremos de la cuba y la espuma se descarga por rebose por los costados de la misma. Las colas

salen de la cuba por la parte inferior y el extremo opuesto de la alimentación.

El ancho del aparato es de 0,6; 0,9 ó 1,20 m. El largo de estas cubas varía entre 3,6 y 9 m. En este

último caso, el tubo por donde se sopla el aire (que es un tubo de acero sin costura). Está dividido

en dos partes.

La misma se esquematiza en la Figura Nº 26.


33

ALIMENTACION ESPUMA ESPUMA

RESIDUOS

FINOS

CANAL COLECTOR

DE ESPUMAS

RESIDUOS EJE HUECO

AIRE GRUESOS DISTRIBUIDOR

DE AIRE

Figura N° 25 Figura N° 26

4.5.10 Esquemas de Instalaciones de Flotación

En las Figuras N° 27 y 28 se esquematizan instalaciones de flotación por espumas. Las mismas son

suficientemente explícitas por sí mismas, por lo que no se detallará el recorrido de los materiales y

las operaciones realizadas en cada máquina.

1) Transportador de mineral (triturado a 6 mm.)

2) Tolva de mineral

3) Distribuidor

4) Molino de bolas

5) Clasificador de partículas (Dorr)

1

2

3

4

5

6

7

8 9 10

13

11

12

14

AIRE

AIRE


34

6) Bomba

7) Mezclador

8) Células de flotación acabadoras

9) Células de flotación desbastadoras

10) Células de flotación agotadoras (que dan el estéril que sale por 13 y realimentan 9)

11) Espesador de concentrado

12) Filtro desecador

13) Salida de estéril

14) Mineral para expedición

Mezclador acondicionador

Desbastador

Desechos

Cono

Espesador

Acabador

Estéril

Molino de bolas

Figura Nº 28

Concentrado

grueso

Mesa de

Minero

Concentrado

mixto Concentrado Fino

MINERAL: del 3 al 5% en Pb.

CONCENTRADO: 50 AL 70% en

Pb.


35

4.6 SEPARACIÓN DE FASES SÓLIDO- LIQUIDO

4.6.1 Introducción

Los métodos de separación de fases se clasifican de acuerdo al estado de agregación de los

elementos a separar. Estos a su vez se pueden dividir en métodos químicos, mecánicos,

magnéticos, etc.

Estado de agregación Tipo de separadores

Sólido de sólido Cribas, Separadores hidráulicos, neumáticos y electromagnéticos

Sólido de gas Filtros de aire, filtros de bolsas, ciclones

Liquido de sólido Prensas, extractores centrífugos

Sólido de liquido Espesadores, clarificadores, filtros, centrifugas

Liquido de gas Cámaras de sedimentación, ciclones, precipitadores electroestáticos

Gas de líquido Tanques fijos, rompedores de espuma

Líquido de liquido Decantadores centrífugos, ciclones líquidos

En muchos procesos industriales aparecen mezclas de líquidos y materias sólidas en suspensión. El

tamaño de las partículas sólidas que contienen es muy diverso. Cuanto más pequeñas son las

partículas sólidas, tanto más difícil es su separación del liquido. Los métodos de separación

utilizados son: Decantación (sedimentación), filtración y centrifugación.

La sedimentación es la separación por gravedad de la materia sólida en un líquido. Este método de

separación se utiliza para grandes cantidades de materias en suspensión. La sustancia sólida que

tiene mayor densidad se deposita por gravedad en el fondo del recipiente de decantación. Ej.

potabilización de agua.

La filtración es la separación mecánica de la mezcla de sólidos y líquidos con ayuda de un filtro

que retiene las sustancias sólidas. La fuerza física que actúa es la caída de presión entre la entrada

y la salida del filtro. La filtración se utiliza cuando hay que separar una suspensión fina cuya

velocidad de sedimentación es muy pequeña o cuando es necesario obtener la sustancia sólida con

la menor cantidad de humedad posible, por ejemplo concentrados de cobre.

En la centrifugación la separación de los componentes sólido y líquido de la suspensión se separan

por acción de una fuerza centrífuga que actúa dada la diferencia de densidad de cada uno de los

componentes de la suspensión. Se utiliza para suspensiones finas o turbias puesto que la fuerza

centrífuga puede llegar a ser un múltiplo de la fuerza de gravedad y permite una separación mejor

que con los métodos anteriores.

4.7 SEDIMENTACIÓN

4.7.1 Teoría de la sedimentación

El proceso de sedimentación consiste en la extracción de partículas sólidas suspendidas dentro de

una corriente de líquido mediante el asentamiento por gravedad. El mismo se puede dividir en dos

operaciones: espesamiento y clarificación. El espesamiento consiste en aumentar la concentración

de sólidos suspendidos contenidos dentro de una corriente de alimentación (por ejemplo para

espesar un concentrado de flotación de galena) mientras la clarificación consiste en extraer una


36

cantidad pequeña de partículas suspendidas y producir un efluente claro (por ejemplo para la

recuperación las aguas de proceso y lavado).

Para eliminar arenas relativamente gruesas que poseen velocidades de sedimentación relativamente

grandes, la clasificación por gravedad bajo sedimentación libre resulta satisfactoria. Pero para

separar partículas finas menores de un micrón, las velocidades de sedimentación son muy bajas,

por lo tanto las partículas deben aglomerarse o flocularse para formar partículas mayores con

mejor velocidades de sedimentación. Este proceso es generalmente utilizado en la clarificación.

En la sedimentación las partículas floculadas poseen dos características importantes. La primera es

la complicada estructura de los flóculos, pues los agregados tienen enlaces débiles entre las

partículas y retiene una gran cantidad de agua dentro de sus estructuras que acompañan a los

flóculos cuando sedimentan. La segunda característica es la complejidad de su mecanismo de

sedimentación. En la Figura Nº 29.a se muestra una suspensión floculada distribuida

uniformemente en el líquido y dispuesta para sedimentar. Si no hay arenas en la mezcla, la primera

aparición de sólidos en el fondo del sedimentador se debe a la sedimentación de flóculos

originados en la porción inferior de la suspensión. En la Figura Nº 29.b estos sólidos que están

formados por flóculos que descansan suavemente unos sobre otros forman una capa llamada zona

D. Sobre la zona D se forma otra capa llamada zona C, que es la capa de transición y cuyo

contenido en sólidos varía desde el de la suspensión inicial hasta el de la zona D. Sobre la zona C

está la zona B, constituida por la suspensión homogénea de la misma concentración que la

suspensión original. Sobre la zona B está la zona A, la cual si las partículas han sido

completamente floculadas es un líquido claro. En las suspensiones bien floculadas el límite entre

las zonas A y B es nítido. Si quedan partículas sin aglomerar la zona A es turbia y el límite entre

las zonas A y B es confuso.

A medida que continúa la sedimentación (Figura Nº 29.c), la profundidad de las zonas D y A

aumenta; la de la zona C permanece constante y la de la zona B disminuye. Por último (Figura Nº

29.d) desaparecen las zonas B y C y todo el sólido se encuentra en la zona D; entonces aparece un

nuevo efecto llamado compresión. El momento en que se inicia la compresión se llama punto

crítico. En la compresión una parte del líquido que ha acompañado a los flóculos hasta la zona de

compresión (D) es expulsada cuando el peso del producto depositado rompe la estructura de los

flóculos. Durante la compresión una parte del líquido contenido en los flóculos brota de la zona en

Fig. Nº 29.a

Fig. Nº 29.b Fig. Nº 29.c

Fig. Nº 29.d Fig. Nº 29.e

B B B

D

D

A

A

Figura Nº 29

C


37

forma de pequeños surtidores y el espesor de esta zona disminuye. Finalmente, cuando el peso de

sólido alcanza el equilibrio con la fuerza de compresión de los flóculos, se detiene el proceso de

compresión (Figura Nº 29.e), el proceso total que se representa se llama sedimentación.

4.7.1.1 Velocidad de sedimentación

En la Figura Nº 30 se representa la curva de la altura de las lamas (límite entre las zonas A y B)

frente al tiempo. Durante la primera etapa de sedimentación la velocidad es constante, a medida

que el sólido se acumula en la zona D, la velocidad de sedimentación disminuye y desciende

continuamente hasta que se alcanza la altura final. El punto crítico se alcanza en C.

Las lamas difieren notablemente tanto en velocidades de sedimentación como en las alturas

relativas de las distintas zonas durante la sedimentación. Es necesario un estudio experimental de

cada una para evaluar exactamente sus características de sedimentación.

4.8 EQUIPOS

4.8.1 Espesadores

a) Espesador cilíndrico de compartimento simple

Consiste en un tanque, un medio para introducir la alimentación con un mínimo de turbulencia, un

mecanismo de rastrillo propulsado para mover los sólidos asentados hasta un punto de descarga, un

medio para retirar los sólidos espesados y otro para eliminar el líquido clarificado (Figura Nº 31).

Es impulsado por un motor mediante una transmisión de engranajes. Se sujetan dos brazos de

rastrillo al eje central, estos brazos tienen suficientes aspas para raspar el fondo dos veces por

revolución y dos brazos cortos adicionales para rastrillar el área interna cuatro veces por

revolución con el fin de retirar las grandes cantidades de partículas gruesas que se asientan cerca

del centro. Los raspadores cónicos atornillados al eje central impiden que se atasque el cono de

Figura Nº 30


38

descarga del fondo. El lodo se extrae con una bomba de diafragma. Se utilizan unidades pequeñas

de aproximadamente 2 metros de diámetro para tratar 100 Kg/ hr. hasta máquinas de 100 metros de

diámetro para tratar 750 TN de sólidos por hora

b)Espesador cilíndrico de bandeja

Son de diámetro más pequeños que los anteriores y consiste en un tanque dividido verticalmente

en compartimientos de acero con la misma alimentación repartida uniformemente entre todos y

cada uno de los compartimentos como se muestra en la Figura Nº 32. Cada bandeja se inclina

hacia el centro del tanque, estas bandejas son zonas poco profundas de sedimentación situadas una

encima de otra. Unos agitadores de rastrillo hacen descender la suspención sedimentada desde una

bandeja hasta la siguiente. Los sólidos espesados descienden ,debido a la gravedad, a través de la

zona central por tubos cilíndricos hasta el compartimiento del fondo de donde se retiran. Cada

bandeja se apoya en miembros estructurales radiales debajo del plato y en las paredes del tanque.

La alimentación para el espesador entra primeramente en una caja divisora ubicada en la parte

superior izquierda del tanque que divide el flujo uniformemente entre los compartimientos a través

Figura Nº 31


39

de tuberías. Se desborda el liquido claro por el compartimiento ubicado en la parte superior

derecha del tanque utilizando las cañerías que se encuentran a la derecha . Cada tubería lleva un

manguito vertical , especie de válvula de ajuste manual, para controlar el nivel del líquido claro en

cada compartimiento.

Estos espesadores se utilizan cuando se dispone de poco espacio y cuando se necesita retención de

calor ( procesos químicos) , pueden disponerse en baterías de varios de ellos y trabajar en paralelo

( aumento de la capacidad de espesado) o en serie (lavado del sólido).

4.9 CLARIFICADORES

En general se utilizan clarificadores continuos con suspensiones diluidas principalmente en

desechos industriales y domésticos y su finalidad primordial es producir un derrame relativamente

claro. Son básicamente idénticos a los espesadores en el diseño general y la disposición con la

excepción que se utiliza un mecanismo de construcción más ligera y cabezal de transmisión con

una capacidad más baja de par motor pues en las aplicaciones de clarificación el lodo espesado que

se produce es de volumen menor y los sólidos son más ligeros; por lo tanto los costos instalados de

un clarificador son de un 5 al 10 % más bajos que para un espesador de igual tamaño de tanque.

Las unidades varían entre 2,5 y 122 metros. En las aplicaciones a desechos se usan unas escobillas

de goma para las aspas raspadoras del brazo del rastrillo para que el fondo se pueda raspar lo mejor

posible para evitar la acumulación de sólidos orgánicos y la descomposición de los mismos.

(Figura Nº 33)

FIG: 3

Figura Nº 32


40

4.10 FILTRACIÓN

4.10.1 Teoría de la filtración

La filtración es la separación de una mezcla de sólidos y fluidos, este puede ser un líquido o

un gas) que incluye el paso de la mayor parte del fluido a través de un medio poroso que retiene la

mayor parte de las partículas sólidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que

permite que pase el fluido mientras retiene la mayor parte de los sólidos, los cuales se acumulan en

una capa sobre la superficie o filtro (torta de filtración) por lo que el fluido pasará a través del

lecho de sólidos y la membrana de retención. La mezcla fluye debido a alguna acción impulsora

como la gravedad, la presión (o el vacío) o la fuerza centrífuga. En general, los filtros se

clasifican de acuerdo con la naturaleza de la fuerza impulsora que provoca la filtración. Los

medios o superficies filtrantes pueden ser polvos granulares como polvo de carbón, amianto, arena,

grava, tierras de variada naturaleza, etc. o fieltros o tejidos. Estos medios deben tener resistencia

química y mecánica.

4.10.2 Regímenes de filtración:

a) A presión constante: se utiliza cuando se filtra un líquido turbio y forma una torta apenas

sensible a la presión el volumen de filtrado decrece pues disminuye la velocidad de filtrado ya que

a medida que crece el espesor de la torta la resistencia a la filtración es mayor. (Figura Nº 34)

Figura Nº 33


41

V = volumen acumulado de sólidos

p = Cte.

t = tiempo

b) A filtración o velocidad constante: Se utiliza cuando se filtra una sustancia de naturaleza

coloidal o gelatinosa muy sensible a la presión, estas pueden apelmazarse tapando los poros de

filtración sino se emplea una cantidad suficiente de coadyuvante.

Los coadyuvantes son sustancias que poseen una gran energía superficial específica

constituyendo lechos que resultan insensibles a la presión. Se emplean añadiéndolos al líquido

turbio que contiene al precipitado difícil de filtrar o se filtra primero agua y coadyuvante y luego

la suspensión (cuando no deseo que la torta se contamine con el coadvuvante). Estas sustancias

pueden ser tierra de diatomeas (Kieselgurhr) constituido por infinidad de esqueletos silicios de

animales marinos, mármol molido, coque, bagazo azucarero, etc. (Figura Nº 35).

A medida que crece el espesor de la torta aumenta la presión para poder mantener el volumen

constante. La desventaja es que en los primeros momentos podría obtenerse grandes volúmenes de

filtrado por ser pequeña la resistencia, por lo tanto disminuye el rendimiento global del filtro.

p

V = cte.

t

c ) A régimen mixto: Se armonizan las ventajas de los dos anteriores para la filtración de las

sustancias sensibles a la presión. En la primera parte se realiza una filtración a velocidad constante

y poca presión hasta que se forme un lecho suficiente sobre el material filtrante luego se va

aumentando la presión hasta un determinado punto en donde la presión es constante y la velocidad

de filtrado decrece.

Figura Nº 34

Figura Nº 35


42

4.10.3 Clasificación de filtros

PRESION DE

FILTRACION

TIPOS DE

FILTRO

FILTRO

CARACTERISTICO APLICACION OBSERVACIONES

Carga

hidrostática del

propio líquido

Gravedad Filtro de arena

Clarificación de

agua con

pequeña

cantidad de

sólidos

Presión

producida por

una succión

practicada por la

parte opuesta del

material filtrante

Vacío

a) discontinuos

b) continuos

Filtro Nutcha

Filtro rotatorio

Filtro de discos

Trabaja a

escalas

pequeñas

Se utilizan en

gran escala

industrial para

lodos con gran

cantidad de

sólidos

Puede hacerse por

gravedad

La suspensión debe

ser espesada para

mejorar el

rendimiento de la

filtración

Presión

adicional por

bomba,

generalmente

centrífuga

Presión

a) prensa

b) de caja

Filtro de cámaras

Filtro de placas y

marcos

Filtro de bolsa

Filtro Sparkler

Se utilizan en

escala industrial

para volúmenes

de producción

menores que los

rotativos

Contaminación

o recolección

de polvos

Clarificación

Son más económicos

que los rotatorios pero

más caros en su

operación porque

necesitan mayor mano

de obra

Separa partículas

sólidas de un gas

La solución puede

calentarse para

aumentar la

viscosidad


43

4.10.4 Equipos

a) Filtro de arena

Está formado por un depósito de fondo perforado cubierto por una capa de aproximadamente 30

cm de rocas trituradas o de grava gruesa para sostener la capa superior de arena porosa (de 0,5 a

1,25 m de altura) a través de la cual pasa el fluido en régimen laminar (Figura Nº 36). A través de

válvulas permite efectuar el lavado del lecho de arena por circulación de agua en sentido opuesto

para arrastrar así a los sólidos acumulados Son filtros de gran tamaño y gran superficie filtrante.

Son muy utilizados en el tratamiento de grandes cantidades de fluidos que sólo contienen pequeñas

proporciones de materiales sólidos en suspensión. Para el tratamiento de agua potable se le agregan

coagulantes como SC4 Fe (So9) 3 Al 2 que liberan los hidroxilos y se utiliza como medio filtrante

arena de cuarzo. El coque de tamaños clasificados cargado en cajas de madera revestidas en

plomo se utiliza par la filtración de ácido sulfúrico y la piedra caliza triturada en tamaños

adecuados se usa par la filtración de líquidos alcalinos. En todos los caso el material de relleno

grueso se dispone sobre el fondo perforado para que sirva de soporte a los más finos. Los

diferentes tamaños de materiales deberán disponerse en capas de modo que las partículas de

tamaños distintos no se mezclen. La arena utilizada para la filtración ha de tener un tamaño

uniforme de partícula para proporcionar la máxima porosidad y la mayor velocidad de filtración.

Figura Nº 36


44

b) Filtro nutcha

El material filtrante se deposita sobre la placa filtrante agujereada. Se lo llama de funcionamiento

discontinuo debido a que el proceso de filtrado se interrumpe cada vez que es necesario reponer el

material filtrante. Es utilizado para trabajos de pequeña escala y pueden adaptarse fácilmente para

como filtros de presión o gravedad. (Figura Nº 37). Los hay del tipo metálico de diámetros

menores o iguales a 2,5 metros y áreas filtrantes de 50 ft2

con una capacidad de 8000 litros y de

tipo cerámicos con diámetros menores a 1 metro, áreas filtrantes de 7 ft2

con capacidad de 400

litros.

Figura Nº 37

Figura Nº 37


45

c) Filtro rotatorio de tambor

Los filtros de vacío rotatorios se utilizan especialmente en trabajos de gran escala, como

concentrados de flotación, pulpa de papel y bagazo de caña de azúcar. El tambor filtrante está

sumergido en la suspensión a tratar (Figura Nº 38). La aplicación de vacío al medio filtrante

origina la formación de un depósito o torta sobre la superficie exterior del tambor, conforme este

va pasando, en su giro, por la suspensión. El tambor está dividido en segmentos cada uno de los

cuales va conectado a la pieza giratoria de la válvula distribuidora, por la cual se aplica el vacío, se

separa el líquido filtrado y los de lavado y llega al aire. Estos sectores tiene normalmente unos 30

cm de ancho y una longitud igual a la generatriz del tambor. El tambor tiene una velocidad de

rotación muy baja de 1 a 2 r.p.m.. Conforme el tambor gira en el sentido de las agujas del reloj

la torta va adquiriendo espesor progresivamente, mientras que el líquido filtrado continúa pasando

hacia el colector principal. La torta se lava por una serie de boquillas de riego montadas sobre

tubos paralelos al eje del tambor llamadas colectores de lavado. Después del lavado la torta puede

sufrir un apisonado mediante un rodillo para aumentar su densidad y disminuir su contenido en

agua. El líquido de lavado se extrae por escurrido y paso del aire. En la última etapa la torta queda

sometida a un soplo de aire a la presión de 0,35 Kg/ cm2

de dentro hacia fuera. Este golpe de aire

afloja la torta separándola del medio filtrante y se desprende con ayuda de un raspador o cuchilla.

La superficie de filtrado varía entre 0,3 m2

y 80 m2.

Figura Nº 38


46

d) Filtro de discos

El funcionamiento de estos filtros es similar a los anteriores con la diferencia que la superficie

filtrante no es el tambor sino las secciones circulares de cada disco por lo que aumenta

considerablemente la superficie filtrante. El filtro está formado por discos filtrantes colocados

sobre un mismo eje. Cada disco tiene su propia fosa donde se coloca la suspensión a filtrar la

filtración se efectúa a través de la superficie del disco. Las superficies de filtrado varían de 2 m2

a

280 m2.

. Los discos pueden cambiarse independientemente sin afectar ni detener el l

funcionamiento de los restantes discos del filtro. Cada disco puede filtrar productos distintos si los

líquidos filtrados pueden mezclarse. Si no pueden mezclarse sólo pueden filtrarse dos productos

independientes debido a que pueden colocarse dos válvulas distribuidoras, una en cada extremo del

eje.

e) Filtro prensa de cámaras

Están formados por un acoplamiento de varias placas cóncavas diseñadas para producir una serie

de cámaras o compartimientos en los que se pueden recoger los sólidos (Figura Nº 39). Las placas

se recubren con un medio filtrante. El sistema cierra mediante la presión ejercida por un pistón

contra la primer placa (asimetría en sentido longitudinal) llamada cabezal. El líquido turbio llega a

las cámaras que se forman mediante una bomba no pulsante para evitar que el precipitado se

apelmace. La suspensión se introduce en cada compartimiento bajo presión; el líquido pasa a

través de la lona y sale a través de una tubería dejando detrás una torta húmeda de sólidos. El

líquido filtrado por cada una de las placas llega por las tuberías a una pileta común que se

encuentra debajo de la máquina de filtrado. Una vez que se llenaron las cámaras se sustituye la

corriente de líquido turbio por el de lavado que sigue la misma trayectoria que el anterior al pasar

por la torta formada en la cámara. Una vez lavado el precipitado se escurre enviando una corriente

de aire por la misma canalización. Terminado el ciclo de filtrado, lavado y escurrido se afloja el

pistón y se sacuden las placas de a una para que el precipitado se desprenda, recogiéndolo en un

depósito en el mismo sitio.


47

f) Filtro prensa de placas y marcos

El funcionamiento de estos filtros es análogo al de los filtros anteriores. En ellos las cámaras están

constituidas por el espacio hueco de los marcos situados entre dos placas. Las placas y marcos se

acoplan alternadamente adaptando telas de filtración sobre los dos lados de cada placa. El conjunto

se mantiene acoplado, formando una unidad, por aplicación del esfuerzo mecánico de un tornillo o

con ayuda de una prensa hidráulica (Figura Nº 40).

El lodo líquido es bombeado a las CAMARAS (A) rodeadas por LONAS filtrantes (B). Al

bombear la presión se incrementa y fuerza al lodo a atravesar las lonas, provocando que los sólidos

se acumulen y formen una PASTA seca (C).

del filtrado

Figura Nº 39


48

El PISTON (D) hidráulico empuja la PLACA de acero (E) contra las PLACAS de polietileno (F)

haciendo la prensa. El CABEZAL (G) y el SOPORTE terminal (H) son sostenidos por rieles de las

BARRAS de soporte (I), diseñados especialmente.

El filtrado pasa a través de las lonas y es dirigido hacia los canales de las placas y PUERTOS de

drenado (J) del cabezal para descarga. La torta es fácilmente removida haciendo retroceder el

pistón neumático, relajando la presión y separando cada una de las placas, para permitir que la

pasta compactada caiga desde la cámara.

En la Figura Nº 41 se esquematiza la sección longitudinal de un filtro prensa de placas y marcos

con alimentación periférica (en oposición a la alimentación central, tratada hasta ahora).

Figura Nº 40

Figura Nº 41


49

Estos filtros tienen la ventaja con respecto al de cámaras que debido a la presencia de los marcos el

volumen de precipitado es mayor. Pero el lavado en este tipo de filtros es defectuoso debido a que

la presión se distribuye irregularmente sobre las caras del precipitado. Debido a esto no es

frecuente su utilización cuando es el precipitado lo que nos interesa recoger como resultado de la

filtración.

Existen dos métodos de lavado, el “simple” y el “completo”. En el simple el líquido de lavado se

introduce por el mismo canal que la suspensión pero, su alta velocidad cerca del punto de entrada

es alta y produce erosión en la torta. Los canales así formados crecen y el lavado que se obtiene

suele ser desigual. Además solo pueden utilizarse cuando el marco no está completamente lleno.

El lavado completo consiste en introducir el líquido de lavado por un canal separado detrás de la

tela filtrante en placas alternadas, llamadas placas de lavado y fluye a través de todo el espesor de

la torta. El líquido de lavado suele descargarse por el mismo canal que el filtrado, aunque a veces

existe una salida separada. A menudo se instalan varias entradas para que el líquido de lavado se

distribuya bien.

En la Figura Nº 42 pueden visualizarse los distintos tipos de placas (I: no lavadoras y III:

lavadoras) y marcos (II) de un filtro prensa de placas y marcos con placas lavadoras.

En la Figura Nº 43 puede verse el circuito del fluido en ciclo de lavado de un filtro de placas y

marcos con placas lavadoras con canales periféricos de alimentación y salida.

En la Figura Nº 44 se muestra en mayor detalle como circula el fluido por las placas.

Figura Nº 42


50

Figura Nº 43

La placa no lavadora y la placa lavadora se disponen en el filtro entre los marcos. Ambas placas se

encuentran recubiertas por un paño filtrante que retiene los polvos. Para evitar la adherencia del

filtro a las placas, estas poseen un cuadriculado en relieve. En el ciclo de filtrado la alimentación

del líquido turbio llena al marco por la periferia y sale por la periferia de las placas tanto la

ordinaria como las lavadoras. En este trayecto el agua turbia debe pasar obligatoriamente por el

paño filtrante que retiene el sólido y deja pasar el líquido.

En el ciclo de lavado (Figura Nº 43) el líquido de lavado llega por la periferia cada dos placas, una

si otra no, y pasa a través de las dos tortas contenidas en cada marco a ambos lados de la placa y

sale por las llaves dispuestas en la placa no lavadora. Todos estos tipos de placas pueden diseñarse

para trabajar a desagüe cerrado (conductos aislados para la separación del líquido de filtrado y del

agua del lavado, los conductos pueden estar situados en las esquinas, centro o lugares intermedios

entre placas y marcos).

Estos filtros suelen construirse de materiales diversos como madera, metales y aleaciones. El

material filtrante puede ser lana, seda, nylon, algodón, nitrocelulosa, cloruro de polivinilo, etc. Las

medidas de las placas van de 4” x 4” hasta 61” x 71” y marcos con espesores de 0,125” a 8”. El

número de placas puede llegar hasta 100 y se trabaja con presiones de 7 a 70 kg/cm2.

Son filtros

de bajo costo inicial pero con altos costos operativos por la necesidad de mano de obra en la

separación del mismo. Se lo puede utilizar tanto para la obtención de sólidos como para la de

líquidos pero para volumen no demasiados grandes. Se los utilizan en la industria azucarera para la

clarificación de melaza, en la industria de las pinturas para filtración de pigmentos, etc.


51

Por lo expuesto hasta ahora podemos mencionar las siguientes ventajas del filtro: Es simple y

versátil, el coste de mantenimiento es bajo, proporciona un gran área filtrante en un espacio

reducido, las fugas se detectan fácilmente, puede trabajar a elevadas presiones y resulta igualmente

adecuado tanto si el producto principal es la torta como si es el líquido.

También presenta los siguientes inconvenientes: Funcionamiento intermitente y el armado y

desarmado produce desgastes en las telas y el trabajo resulta pesado para tratar grandes cantidades

por el gran requerimiento de mano de obra.

g) Filtro de bolsa o mangas

Consta de un gran depósito cilíndrico o paralelepípedo ,dividido longitudinalmente en dos partes (

una a la derecha del dibujo y otra a la izquierda).Separa partículas sólidas de un gas. El aire

cargado de sólidos de polvo penetra en una de las partes ,a, pasa a través de las mangas donde se

filtra y sale por la parte superior del aparato arrastrado por un aspirador ,b. Cuando las mangas

están muy cargadas de sólidos se las priva de este polvo adherido mediante una corriente de aire

que circula a través de las mangas pero en sentido contrario. En la parte baja se recoge el polvo

recuperado Mientras una cámara del aparato trabaja en filtración , la otra está en ciclo de

recuperación, alternándose en estas funciones.

Figura Nº 44


52

Se utilizan especialmente para la contaminación ambiental pues retienen los sólidos generados en

los distintos procesos industriales liberando el aire limpio. Son equipos de gran eficiencia ya que

llegan a capturar partículas de menores de 0,5 micras con 99% de eficiencia. Sus limitaciones son

la temperatura y la húmeda ya que no pueden manejar flujos a mas de 200 ºC y deben estar

totalmente secos, de lo contrario se queman las bolsas o se apelmaza el polvo y tapan los poros de

las bolsas (Figura Nº 43). Se utilizan en diversos procesos industriales donde se generan polvos:

molienda, embolsado de cemento, etc.

h) Filtro Sparkle

Permite toda operación de procesamiento de filtrado, decantación, clarificación, etc.; con ayuda de

agentes físicos tales como presión, vacío, frío, calor, etc. Debido al ahorro de tiempo sustituye a

los lentos procesos de sedimentación y un ahorro de costos con respecto al filtro prensa. La gran

ventaja es que trabaja en circuito totalmente cerrado, limpio y sin contaminación alguna con el

Figura Nº 43


53

exterior además admite trabajar con todo tipo de filtrantes como tierras activadas, carbón activado,

papeles filtrantes, etc. Se fabrican de acero inoxidable y pueden estar revestidos en corcho duro. El

filtro consta de una caja cilíndrica y resistente a la presión en cuyo interior se alojan una serie de

placas de forma especial, las mismas reciben por un taladro periférico lateral el líquido turbio a

presión y luego de filtrado lo descargan a un conducto central común a todas las placas. La placa

que va en posición más baja es distinta a las demás pues en realidad es un elemento auxiliar del

filtro con llave de vaciado independiente a la canalización de desagüe en general. El objeto de esta

placa es poder filtrar hasta las últimas porciones del líquido turbio. La superficie de filtrado puede

llegar a 14 m2

y la unidad más pequeña construida tiene 0,1 m2. En general estos filtros se utilizan

cuando los precipitados filtran mal y es necesario emplear presión o calentarlos para disminuir la

viscosidad de los mismos. Como necesita para el lavado una menor cantidad de líquido se los

utiliza para separar líquidos endientes. Se pueden encontrar filtros Sparkler de platos

horizontales en donde el flujo es por gravedad y la torta es estable aún con flujo interrumpido.

Son aptos para filtrado fino. Se utiliza como medio filtrante: tela, malla metálica o papel filtrante.

Por la posición de los platos (horizontal) no hay peligro de pérdida o resbalamiento de la torta y

sólo se necesita una pequeña precapa de ayuda. Las ventajas son: la torta descansa sobre un

soporte horizontal por lo que no es necesario aplicar presión para mantenerlo adherido; el espesor

de la torta es uniforme puesto que el flujo tiene la dirección de la gravedad; la limpieza es fácil

pues es sencillo retirar el cartucho de la cuba y disponiendo un cartucho filtrante de recambio el

tiempo es ínfimo. El filtro Sparkler de platos verticales se lo utiliza para servicios pesados con

alto rendimiento. Tiene un soporte rígido para el cabezal y el tanque, esto hace innecesario el

desarme de las conexiones para abrir el filtro. El tanque tiene una apertura hidráulica que da un

perfecto ajuste entre carcaza y cabezal. Tienen una capacidad de 10 ft2

hasta 2000 ft2 de área

filtrante y los diámetros del tanque hasta 72”. Los ciclos son mas largos que los de platos

horizontales y el agente filtrante debe ser mantenido en posición por presión y comprimido contra

la pared (Figura Nº 44).

8

7

6

Figura Nº 44


55

4.11 CENTRIFUGACIÓN

4.11.1 Teoría de la centrifugación

Las partículas del sólido se separan de las líquidas por medio de la acción de la fuerza centrífuga que

e s muy superior a la de sedimentación. Se aplica cuando la cantidad de sólidos es muy grande o

muy pequeña, en el primer caso se utilizan las escurridoras o hidroextractores y en el segundo los

clarificadores.

La fuerza centrífuga impartida es:

Fc = m. Vc2

/ r

m = masa del líquido,

Vc = velocidad periférica de la cesta y

r = radio de giro

Fc = m. (2 M n r)2

/ r = m 4 M2 n

2 r

n = velocidad de rotación

Fc = 4 M2 m n

2 r

Por lo tanto para aumentar la separación se puedo variar el radio de giro del aparato pero aumenta

la fragilidad del mismo por lo tanto es más conveniente variar la velocidad de rotación, esto es lo

que caracteriza a los distintos equipos de centrifugación.

4.11.2 Equipos

a) Centrifuga de eje vertical

Es de funcionamiento discontinuo. Consta de una cesta perforada que gira movida por un eje que

puede estar sujeto desde arriba (cestas con diámetros entre 1 y 4 ft) o desde abajo (cestas con

diámetros entre 2 y 9 ft). El material filtrante se deposita sobre la cesta . Después de recogido el

precipitado se hace una limpieza. (Figura Nº 45). Opera a 1000 revoluciones por minuto. Se los

utiliza para la refinación de azúcar y escurrido de telas teñidas.

b) Centrifuga de eje horizontal

Funciona en forma continua y consta de una cesta protegida de una carcaza que gira impulsada por

un eje. La pantalla o cuchilla es un tambor que gira un poco más lento que el filtrante y puede

acercarse más o menos a la superficie de la cesta para graduar el espesor de la torta. Su diámetro

varía entre 2 a 4 ft y tiene una capacidad de 1 a 24 TN por hora de sólidos secos. Se usa para el

secado de cristales (Figura Nº 46).


56

Figura Nº 46

c) Supercentrifugas

Son sedimentadores rápidos mas que filtros. Son de muy pequeño diámetro pero la fuerza centrífuga

desarrollada es de 40 100 rpm. Su capacidad es de 5 a 20 litros y se utiliza como purificador de

aceite y en separaciones químicas (Figura Nº 47).

.

FIG. 17

Figura Nº 45


57

Figura Nº 47


58

4.12 BIBLIOGRAFÍA

“Preparación mecánica de minerales y carbones”. Fernández Miranda

“Operaciones básicas de Ingeniería Química”. Brown

“Elementos de Ingeniería Química”. Vian y Ocon

“Concentración de minerales por el método de flotación por espumas”. N. A. Cinat. (Guía de

Trabajos Prácticos). C.E.I.

“Manual de tratamiento de minerales”. Taggart

Manual del Ingeniero Químico. Perry, Green

Operaciones Básicas de la Ingeniería Química- Brown

Operaciones Unitarias I

www.gaudfrin.com

www.ascmedioambiente.com

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Education

Operaciones unitarias