Sedimentacin

Industrial

Introduccin

Con el proceso de flotacin, hemos terminado el estudio de la parte principal

de la concentracin de minerales que es la obtencin de los concentrados; sin

embargo estos concentrados constituidos por espumas y mezclas de sulfuros

valiosos contienen mucha agua, es necesario quitar todo el agua que sea

posible mediante las siguientes operaciones sucesivas:

- En el espesamiento se comienza la eliminacin de la mayor cantidad de

agua contenida en las espumas, aqu se incrementa la densidad de la pulpa.

- Con la filtracin, procuramos quitar todo lo que se pueda del agua que ha

quedado despus del espesamiento, hasta obtener un producto de 8 a 10 % de

agua.

Alimentacin

ConcentradoPb y Zn

Relave

Esquema general - Metalrgica

Filtracin

Espesamiento

Molienda

Trituracin

Flotacin

Qu es la sedimentacin?

Es la separacin de partculas slidas en suspensin de un lquido, que se verifica por asentamiento gravitacional. Tales operaciones pueden dividirse en espesamiento y clarificacin. Aunque se rigen por principios semejantes, estos procesos difieren en cuanto al objetivo.

ESPESAMIENTO: Tiene como objetivo primario incrementar la concentracin de slidos y se caracteriza por tener una interfase lquido claro/sedimento definida.

CLARIFICACIN: Sirve para separar los slidos de una corriente relativamente diluida, no hay una interfase claramente definida entre el lquido limpio y el sedimento.

Mecanismo de sedimentacin

Una partcula slida, aislada, en un fluido de menor densidad, tiende a caer

aumentando su velocidad hasta llegar a una velocidad de equilibrio entre las

fuerzas de gravedad y las fuerzas de resistencia del fluido. Esta velocidad de

equilibrio se denomina velocidad de sedimentacin.

La velocidad de sedimentacin es funcin de:

Dimetro de la partcula que sedimenta (d).

Peso especfico relativo entre el slido y el fluido (s).

Viscosidad del fluido (m).

V = V(d, s, m)

Las partculas no son esfricas

Existe una banda granulomtrica de tamao de partcula. Existe interaccin entre partculas.

Para el flujo de pulpas de el procesamiento de minerales, la velocidad de

sedimentacin debera ser calculada considerando los siguientes

efectos:

Teora de Sedimentacin:

Teora de Sedimentacin:

Para altas concentraciones de slidos. Existen dos tipos de

interaccin entre partculas

Sedimentacin Obstruida

FloculacinAumenta la

velocidad de

sedimentacin

Disminuye la

velocidad de

sedimentacin

Determinadas suspensiones muy diluidas no sepueden espesar o clarificar sin la adicin de un

agente floculante, el cual junta y coagula el

material fino.

En muchos casos, donde la suspensin muestrauna buena cualidad para sedimentar, el uso de un

floculante puede aumentar la velocidad de

sedimentacin y mejorar la clarificacin en

forma notoria.

9CONCEPTOS DE FLOCULACIN

Si las fuerza repelentes dominan, el agrupamiento de las

partculas slidas no ocurre, mientras que si actan las

fuerzas atrayentes ocurre el agrupamiento y asentamiento

de los flculos mas grandes.

Para el caso de suspensiones o pulpas, las partculas de

minerales tienen casi generalmente cargas superficial

negativas, excepto en pocos casos en donde el pH de la

pulpa es muy bajo.

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CONCEPTOS DE FLOCULACION

Para lograr una sedimentacin ms rpida de partculas

slidas suspendidas, se agrega a la suspensin o pulpa,

floculante, el cual es un polmero con cargas positivas

que acta formando redes polimricas, con el fin de

lograr un agrupamiento electroesttico de las partculas

finas slidas cargadas negativamente.

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CONCEPTOS DE FLOCULACION (Cont.)

Considerando que las partculas slidas de minerales

tienen casi en su mayora cargas negativas, los

floculantes ms usados en la minera son los aninicos de

alto peso molecular.

En las siguientes dos figuras se muestra el mecanismo de

floculacin de partculas slidas con un polmero.

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Mecanismo de Floculacin

En la primera etapa se agrega el floculante a la

suspensin o pulpa con partculas slidas.

Posteriormente comienza la adsorcin (electroesttica)

del polmero con las partculas slidas.

Finalmente, ocurre el puenteo o unin de cargas

contrarias atrayentes, formndose los flculos o redes

polimricas, que al aumentar su peso sedimentarn en

forma ms rpida.

13

Mecanismo de Floculacin

14

Mecanismo de Floculacin

En la figura siguiente se aprecia el efecto filtro

que ocurre cuando una partcula slida no

floculadas es atrapada en la red polimrica de

partculas slidas perfectamente floculadas.

Al formarse una red polimrica floculada de

partculas finas suspendidas, sta aumenta su

fuerza-peso producindose una sedimentacin

ms rpida.

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Pruebas y Preparacin de Floculantes

La seleccin del floculante adecuado se realiza en base

emprica con el soporte de la experiencia prctica del

operador.

El criterio de seleccin de un floculante se base en: el

costo, velocidad de sedimentacin, claridad del

sobrenadante y requerimientos de compactacin o

concentracin de slidos en la descarga.

Considerando que las condiciones de proceso pueden

cambiar en el tiempo, se deben hacer peridicamente

pruebas de floculacin, bajo distintas condiciones de

proceso.

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Pruebas y Preparacin de Floculantes

Usualmente los floculantes son usados ms

eficientemente a concentraciones diluidas, de entre

0.01 a 0.05 % (0.1 a 0.5 gr/lt).

Es recomendable agregar el floculante en distintos

puntos de la canaleta o tubera de alimentacin al

espesador, cuidando no destruir los flculos por la

agitacin o turbulencia natural de la pulpa al entrar al

feedwell.

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TIPOS DE FLOCULANTES

En el mercado de reactivos qumicos existen tres tipos

de floculantes sintticos mas usados:

Floculantes Aninicos:

Son los ms usados en la sedimentacin de pulpas de

minerales y concentrados, tales como Cu, C, Pb, Zn,

etc. Los consumos o dosificaciones tpicos varan entre

2 a 50 gr/ton (gramos de floculante por tonelada de

slidos secos). Tambin pueden usarse como ayuda

filtrante.

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TIPOS DE FLOCULANTES

Floculantes No-Inicos:

Son tambin usados en la sedimentacin de pulpas de

minerales y concentrados, especialmente en lamas de

mineral de Fe, y flotacin de Oro etc., son muy

efectivos en pulpas cidas. Los consumos o

dosificaciones tpicos varan entre 1 a 50 gr/ton.

Tambin pueden usarse como ayuda filtrante.

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TIPOS DE FLOCULANTES

Floculantes Catinicos:

Son principalmente usados en la sedimentacin de

desperdicios de carbn, lamas de mineral de hierro y

concentrados de minerales, etc. Los consumos o

dosificaciones tpicos varan entre 25 a 250 gr/ton.

Son tambin efectivos para la clarificacin de las aguas

extradas de la mina, en dosificaciones de entre 5 a 50

gr./ton.

ESPESAMIENTO

Ocurre por sedimentacin de las partculas y se considera como una primera etapa de desaguado.

Produce lodos de 45 75% de slidos y lquidosturbios con menos de 1% de slidos.

La sedimentacin se realiza en equiposdenominados espesadores.

El tipo ms comn es el espesador cilndricocontinuo con brazos mecnicos para el arrastrede lodos.

ESPESADOR

Son unidades intermitentes o continuas y consisten en tanques de relativamente poca

profundidad, desde los cuales se separa el lquido claro por su parte superior (overflow) y la

suspensin espesa queda en el fondo (underflow).

Sirven para espesar los concentrados y relaves de la flotacin, por el procedimiento de

quitarles parte del agua que contiene.

Objetivos de los Espesadores

Aumentar la concentracin de slidos de la pulpa de la corriente de alimentacin hasta un 60%.

En la clarificacin retirar los slidos de la corriente de alimentacin eliminando aproximadamente un 90% del lquido que contena en la etapa anterior.

El producto debe contener una mnima cantidad de lquido, para reducir el consumo de combustible en el proceso de secado o en el costo de transporte.

El porcentaje de slido logrado en la descarga, debe ser el mximo posible.

La humedad residual debe ser mnima.

Zonas que se forman en un Espesador

1. En el tope, Zona 1, est el agua clara (osolucin clara) que representa el rebose delespesador.

2. En la Zona 2, es donde la alimentacinentra. Esta capa tiene la misma formageneral y consistencia de la alimentacin.

3. Zona 3. Contiene pulpa que estcomenzando a decantarse. Est en trnsito ala zona del fondo.

4. Zona 4 es la pulpa en compresin. Aqu elpeso de los slidos fuerza el agua o solucina elevarse hacia la zona de rebose.

En la figura, el eje vertical representa la dilucin (inverso de laconcentracin). El lado izquierdo del diagrama representa a las partculas quetienen tendencia a la cohesin. El lado derecho representa a las partculas enlas que la cohesin entre partculas es mnima comparada con las fuerzas desedimentacin.

CLARIFICACIN

COMPRESIN

ZONA DE SEDIMENTACIN

BAJO

% SLIDOS

ALTO

% SLIDOS PARTICULADA INTERPARTICULADAS SIN COHESIN FLOCULADAS

TIPOS DE ESPESADORES

1. Espesadores convecionales:

Estos espesadores se dividen en tres tipos, que se

distinguen por el mecanismo de impulso:

- Apoyado un puente

- Apoyado en una columna central

- Con impulso de traccin

El dimetro puede ser tan pequeo como 3m o tan

grande como 120m (10 a 400ft) y est relacionado con

la estructura de apoyo del mecanismo.

La altura de un espesador grande convencional es de

alrededor de 7 metros.

Se puede usar con o sin floculantes, dependiendo de la

aplicacin.

Espesadores convecionales

2. Espesadores de alta velocidad:

Estn diseados especficamente para maximizar la

eficiencia de floculacin y difieren de los espesadores

convencionales en el diseo del pozo de alimentacin,

las dimensiones y la forma de control.

Se deben usar floculantes.

Son generalmente espesadores de tamao medio o

pequeo tipo puente.

El incremento en la eficiencia de floculacin logrado

puede aumentar la velocidad de sedimentacin 2 a 10

veces respecto del espesador convencional.

TIPOS DE ESPESADORES

Espesadores de alta velocidad:

3. Espesadores de alta densidad:

Utiliza un lecho ms profundo para aumentar la

capacidad del espesador.

La altura de un espesador de alta densidad

puede ir de 9 a 15 metros.

Permite tener un nivel ms alto de sedimento y,

por lo tanto, llegar a una mayor concentracin

de slidos en la descarga.

TIPOS DE ESPESADORES

Partes principales de un Espesador

CILINDRO DE ALIMENTACIN

Sirve para orientar la

direccin del chorro de pulpa

de entrada, disminuir su

energa cintica e introducir

el material a una profundidad

adecuada.

Para evitar un exceso de

velocidad, el canal abierto

suele teneruna pendiente no

mayor a 2%

Tipos de alimentacin

en Espesadores

A B

C D

E F

A

B

C

D

E

F

Pozo de alimentacin convencional

Pozo de alimentacin por el fondo

Pozo de alimentacin a contracorriente

Pozo de alimentacin perforado

Alimentacin de manto de lodo mediante pozo de

alimentacin profundo

Alimentacin de manto de lodos por el fondo

TANQUE

Puede ser de acero

inoxidable, madera o de

concreto.

Su funcin primordial del

tanque es proporcionar el

tiempo de retencin para el

espesamiento y clarificacin

de la pulpa ingresante.

CANAL DE REBOSE

Recoge el rebose clarificado y lo

lleva a su salida correspondiente.

El efluente clarificado se elimina

por medio de un canal perifrico,

localizado dentro o fuera del

tanque.

Es el agua decantada que abandona

el estanque en forma de rebalse u

overflow, con un contenido de

slidos muy dbil o casi nulo.

BRAZOS DE RASTRILLO

Conducen los slidos sedimentados hacia el cono de descarga.

Mantienen la fluidez en el material decantado en el fondo, para asegurar remocin hidralica.

Incrementa el contenido de slidos.

PALETAS

Normalmente en brazosdistintos a los de rastrillosubicados en ngulos de 90respecto a aquellos que sirvenpara remover los slidos en el cono central de descarga y conducir hacia el orificio de salida

MECANISMO DE PROPULSIN DE LOS

RASTRILLOS

Provee el torque que mueve los

brazos contra la resistencia de

los slidos espesados de gran

dimetro.

TIPOS DE MECANISMOS BSICOS

SOPORTADO POR PUENTE

Son generalmente de undimetro superior a los 30metros.

Son capaces de transferircargas a la periferia deltanque.

Son capaces de dar unaconcentracin de efluenteinferior ms consistente.

COLUMNA CENTRAL

Suelen tener un dimetro deunos 20 m o algo ms.

El mecanismo est soportado poruna columna central de acero ode hormign.

Los brazos de arrastre estnunidos a un sistema de impulsoque gira alrededor de la columnacentral.

MECANISMO DE IMPULSO

Suelen ser de engranaje recto de acero

o hierro montado sobre cojinetes,

piones u otro engranaje, transportado

a su vez por cinta de engranaje de

acero endurecido.

Tambin pueden ser sistemas

hidralicos de impulso.

MECANISMO DE ARRASTRE

Ayuda a desplazar los slidos

sedimentados hasta el punto de

descarga.

Ayuda en el espesamiento de la pulpa

al romper los puentes de flculos,

permitiendo la salida del fluido y la

consolidacin de flculos.

DISPOSITIVOS DE EXTRACCION

Los slidos concentrados se eliminan del espesador:

Mediante una bomba centrfuga para precipitados o.

Bien por una bomba de desplazamiento positivo.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEO DE

ESPESADORES

Los requerimientos del proceso para la calidad del

lquido del rebose.

La calidad de los slidos a ser manejados.

La gravedad especfica de los slidos.

Capacidad de manejar material adicional cuando otros

espesadores estn fuera de servicio.

Condiciones climticas que puedan requerir

consideraciones especiales.

Condiciones de suelo y elevacin del agua.

rea transversal del Espesador

Para cualquier grado de alimentacin, el rea del

equipo de sedimentacin controla el tiempo

permitido para el asentamiento de partculas.

Es el rea necesaria para lograr que las partculas

contenidas en la pulpa alimentada sedimenten y

sean evacuadas por la descarga.

La profundidad controla el tiempo permitido para

espesar el lodo.

Altura del Espesador

Es la altura necesaria

para retener la pulpa

el tiempo suficiente

de modo que la

descarga tenga el

porcentaje de slidos

requerido en la

operacin.

Porcentaje de Slidos en la Alimentacin

y en la Descarga

Costo instalado aproximado de los

espesadores.

Los costos varian mucho

para un dimetro dado

debido a lo muchos tipos

de construccin. Por regla

general, el costo total

instalado ser de,

aproximadamente 2 a 4

veces el costo del

mecanismo de rastrillo

(incluyendo elevador y

cabezal de transmisin)

Uso de Espesador en ANTAMINA