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CONCENTRAINING Módulo Básico de Operación

Fase 2 ESPESADORES

Grupo Concentradora

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ESPESAMIENTO DE PULPAS METALURGICAS Definición: 1.0 Teoría de Espesamiento 1.1 Sedimentación Discontinua 1.2 Sedimentación Continua 2.0 Teoría de Floculación 2.1 Floculación 2.2 Coagulación 2.3 Tipos de Floculantes 2.3.1 Floculantes minerales 2.3.2 Floculantes naturales 2.3.3 Floculantes sintéticos 2.3.3.1 Floculantes cationicos 2.3.3.2 Floculantes aniónicos 2.3.3.3 Floculantes neutros 2.3.3.4 Estructura de los floculantes sintéticos 2.4 Mecanismos de la floculación 2.5 Preparación y Aplicaciones Industriales 2.6 Efecto de la adición de floculante sobre las pulpas metalúrgicas 3.0 Diseño de Espesadores 3.1 Pruebas de sedimentación discontinuas 3.2 Determinación del área de espesador 3.3 Determinación de la altura del espesador 3.4 Elementos de un espesador continuo y su mecanismo de movimiento y control 3.5 Tipos de espesadores 3.5.1 Convencionales 3.5.2 Alta Capacidad (Hi – Rate) 3.5.3 Clarificadores 4.0 Control Operacional de un espesador: 4.1 Balance de Productos 4.2 Consumo de floculante 4.3 Sistema de Control Lógico - Operativo de un Espesador 4.4 Cuidados con el Espesador 4.4.1 En la operación 4.4.2 En la parte Mecánica 4.4.3 En la parte de Seguridad 4.5 Instrucciones Finales de Operación

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ESPESAMIENTO DE PULPAS METALURGICAS Definición: La Sedimentación viene definido como “ la separación de una suspensión en un fluido claro que sobrenade y un lodo bastante denso que contenga una alta concentración de sólidos” 1.0 Teoría de Espesamiento Espesamiento: Consiste en la sedimentación de una determinada suspensión de sólidos por efectos de la gravedad para conseguir un producto de mayor porcentaje de sólidos que la suspensión original en el espesamiento continuo se distinguen 4 zonas bien definidas como una zona de clarificación, transición y las zonas de sedimentación y compactación. En algunos casos en el espesado en el que se debe obtener concentraciones bajas en el underflow, el overflow no tiene mucha importancia ya que este puede ser enviado a un clarificador antes de ser descargado. El espesado puede ser llevado a cabo en soluciones entre 15 y 35% de sólidos en peso. 1.1 Sedimentación Discontinua (Batch) La finalidad de hacer un estudio del espesamiento es la de obtener un método para diseñar un espesador continuo de la información obtenida de sedimentaciones discontinuas realizadas en el laboratorio, ya que el proceso de sedimentación se describe mucho mejor por pruebas de sedimentación discontinuas en probetas de vidrio (Fig. 1). La sedimentación discontinua consiste en llenar una probeta graduada y partir que la fase sólida se separa de la fase liquida por la influencia de la gravedad. Compresión Pulpa en compresión

Libre Asentamiento

Inicio, Tiempo

Final

cero

 A  A. Líquido claro B. Pulpa C. Sólidos asentados

B

B

D 1

Pulpa alcanza densidad final

2

A

A

B

B

D

D

3

4

A

D 5

6

Fig. 1 Sedimentación Batch: mostrando  Alturas de interfases a diferentes diferentes tiempos de asentamiento

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El test de sedimentación discontinua se caracteriza por la formación de una interfase entre el liquido claro en suspensión en la parte superior de la probeta. La velocidad de descenso de la altura de interfase se denomina velocidad de sedimentación. La altura de la interfase puede ser graficada como una función del tiempo (Fig. 2).

Fig. 2 Velocidad de Sedimentación  Al comienzo de la sedimentación discontinua, dis continua, la concentración de d e sólidos es uniforme en toda la probeta, poco después de comenzado la prueba se logra el movimiento uniforme de las las partículas y caen en el seno del fluido con su velocidad límite bajo las condiciones reinantes de sedimentación obstaculizada. Hay que tener presente que la claridad de la interfase entre el liquido claro que sobrenada (zona  A) y el de la pulpa (zona B) depende principalmente de la distribución granulométrica de las partículas y la concentración inicial de la pulpa. Las partículas próximas al fondo comienzan acumularse una encima de otra formando un lodo concentrado (zona D), como se muestra en la figura 1, la interfase entre las zonas B y D no siempre es bien definida pero la cantidad de concentrado aumenta durante la sedimentación. Como las dos interfases de separación están bastante separadas, las partículas sólidas de la zona B continúan descendiendo a su velocidad máxima Módulo : Mineroducto y Espesadores

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constante, y no varia la velocidad de sedimentación. En la Fig. 3B (Curvas de Sedimentación Batch – Archivo Excel) se han representado la posición de la altura de la interfase entre la zona A y B, en la parte inferior la de la interfase entre la zona B y el punto en donde las dos curvas se cortan corresponden a las condiciones de la Fig. 1 y se logra el punto critico, la zona B mantiene su composición constante porque la altura de la interfase entre la zona A y B se aproxima a la altura de la interfase de las zonas B y D hasta lograr el punto critico, luego la velocidad de sedimentación decrece, debido a que aumenta la densidad y viscosidad de la suspensión que rodea a cada partícula en descenso, esta velocidad continuara disminuyendo durante un periodo llamado transición, transcurrido el tiempo la zona de precipitación habrá ya desaparecido y el cual ofrece un aspecto como en la zona D. A partir de este momento el proceso de sedimentación solamente consistirá en un lento apelmazado del sólido de la zona D por compresión y se considera que el liquido fluye a través de una capa porosa de permeabilidad decreciente. Estas pruebas de sedimentación en el laboratorio son la base para el diseño de los espesadores discontinuos, el funcionamiento de un espesador continuo, las condiciones son similares, excepto en un aspecto. En la sedimentación discontinua, las condiciones y zonas de separación varían con el tiempo, mientras que en la sedimentación continua se establece un régimen permanente en el que existen las mismas zonas que en la sedimentación discontinua, pero su posición y concentración son constantes en el tiempo.

1.2 Sedimentación Continua: De acuerdo a la Fig. 3 sedimentación continua se realiza en unos aparatos llamados espesadores que son esencialmente tanques cilíndricos tiene un fondo cónico con pendiente suave y van equipados con rastrillos que barren los lodos hacia la descarga central interior, la pulpa el cual va hacer separado por sedimentación es conocida como alimentación a un recipiente alimentados (feedwell) situado en la parte superior y central del cilindro, el material sedimentado tiene un contenido de sólidos mucho mas alto que el de la alimentación y es denominado lodo o underflow, el cual es descargado por el fondo, el liquido clarificado fluye por los bordes del espesador y es descargado por rebose a una canaleta periférica al cilindro del espesador a este liquido también se le conoce como overflow. Los espesadores son recomendables cuando se manejan grandes cantidades de volúmenes a causa de su bajo costo y la sencillez de su operación, como desventajas se incluyen el gran espacio que ocupan y la lentitud de su marcha, pero la gran capacidad de estos aparatos, debido al tiempo prolongado de residencia del material en el mismo, los hace bien aptos para el almacenaje y la regulación de la carga entre diverso procesos.

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Fig. 3 Zonas de Espesamiento Las cuatros zonas antes estudiadas en la sedimentación discontinua deben estar presentes como muestran la Fig. 3 en la parte superior esta la parte A (Rebose) en el cual esta el liquido claro que es overflow, y este se extiende desde el nivel de alimentación hasta el nivel del overflow, la zona B ( sedimentación) consiste de una pulpa de concentración uniforme el cual es igual a la concentración de la alimentación, se extiende desde la parte superior de la zona de transición hasta el nivel donde la alimentaciones introducido fondo del feedwell. La zona C (transición) es un estado intermedio en el cual la pulpa esta esta en una condición de transición entre la sedimentación y la compresión. La zona D muestra la pulpa en compresión, donde el desaguado ocurre por compresión de los sólidos y fuerza al liquido a salir por los espacios intersticiales entre los floculos. En un espesador continuo, considerando que la zona C y D comprenden la zona de compresión, vemos que ocurre dos fenómenos naturales bien claros la sedimentación y la compresión ya que son dos etapas del mismo proceso pasando de otra con el transcurrir del tiempo. Inicialmente, las partículas o floculos caen libremente y por separado, con el liquido que se desplaza ascendiendo entre las partículas, esta constituyen la sedimentación, luego las partículas descansan unas sobre otras entonces la pulpa se encuentra en compresión. Con un espesador continuo en funcionamiento para un caso real los limites de separación de una zona a otra, para las zonas B,C,D no son fácilmente visibles excepto para concentraciones altas de sólidos, por lo tanto la descripción anterior es mas académica que realista.

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Fig. 4

OVERFLOW

ALIMENTACION FEEDWELL

ZONA DE ZONA DE

SEDIMENTACION

COMPRESION

Figura 5

UNDERFLOW

En la Fig. 4 y 5 se muestra lo que realmente ocurre en un espesador continuo la pulpa es alimentada al feedwell feedwell después se nota la zona de sedimentación y la zona de compresión para luego ser descargados por el cono de descarga de lodos. En cada una de las zonas antes estudiadas existe una gradiente de concentración de las partículas a medida que las partículas descienden, el grado de sedimentación disminuye debido a la influencia de la caída obstaculizada.  Al mismo tiempo la cantidad del liquido asociado con la partícula también va siendo menor y se va eliminando en un nivel mas alto del espesador. Por lo tanto, el Módulo : Mineroducto y Espesadores

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caudal del liquido ascendente y grado de sedimentación de la partícula disminuyen a medida que la partícula llega al fondo del tanque, como puede observarse en la Fig. 6 Fig. 6

2.0 Teoría de Floculación Las pulpas metalúrgicas se caracterizan por su amplio rango granulométrico y presentan problemas en el espesado por causa de la clasificación por tamaño que tiene lugar en una operación de sedimentación, cuando una pulpa contiene partículas de tamaños diferentes incluso algunas muy finas, entonces las partículas mayores se depositaran mas rápidamente y la línea de demarcación no resultara clara, por lo que el liquido que sobrenada aparecerá turbio o lechoso. Como en las pulpas metalúrgicas las partículas finas imponen una limitación en el grado de su sedimentación, en tales casos se emplean reactivos químicos conocidos como floculantes y coagulantes, estos permiten que los sólidos formen floculos grandes que se depositan mas rápidamente y producen líquidos más claros en el overflow. 2.1 Floculación: Es la aglomeración de partículas en unidades más grandes llamados floculos, dentro de un floculo se encuentra liquido intersticial así como se puede ver en la Fig. 7 que muestra la estructura de un floculo

Fig. 7 Estructura Microscopica Módulo : Mineroducto y Espesadores

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Cuando un floculo se mueve a través de un liquido envolvente en él liquido intersticial que contiene no hay movimiento relativo correspondiente con respecto a las partículas. En efecto el movimiento relativo del liquido intersticial es tan pequeño que puede despreciarse y se puede considerar él floculo como si fuera una sola partícula. La floculación también se define como la desestabilización de las suspensiones por medio de polímeros naturales o sintéticos que adsorben las partículas formando puentes entre sí, provocando la formación de floculos.

2.2 Coagulación: Se define como la desestabilización de suspensiones mediante la reducción de la carga potencial en la interfase sólido – liquido, para permitir su efecto a las fuerzas de Van Der Walls que causan la unión de partículas en coágulos. Los coagulantes son productos que reducen el potencial electrocinetico de las partículas de la suspensión y como consecuencia las fuerzas de repulsión entre estas disminuyen y bajo las fuerzas de cohesión se forman los coágulos. Como coagulantes para la suspensión puede ser cualquier electrolito, los mas empleados son: la cal, sulfato de alúmina, ácido sulfúrico y muriático, yeso y otros. 2.3 Tipos de Floculantes Se pueden clasificarse en: 2.3.1 Floculantes minerales:  Son compuestos muy coloidales que reaccionan por absorción o por neutralización de las cargas de las partículas en suspensión, sílice activada, bentonita, hidróxido ferrico, etc. 2.3.2 Floculantes naturales: Son polímeros solubles en agua, los más comunes son: los derivados amiláceos, los polisacáridos, los alginatos (extractos de algas). 2.3.3 Floculantes sintéticos:  Son polímeros sintéticos de peso molecular muy alto, solubles en agua, los floculantes sintéticos incluyen tipos noiónicos, aniónicos y cationicos, de varios tamaños de moléculas todo ello para proporcionar un rendimiento optimo en cualquier tipo de suspensión. 2.3.3.1 Floculantes cationicos:  Un floculante cationico reaccionara con una suspensión electronegativa (potencial zeta negativo), estos son particularmente eficientes en los sistemas que contienen sólidos orgánicos o con un pH bajo. 2.3.3.2 Floculantes aniónicos:  Un floculante aniónico reaccionara con una suspensión electropositiva (potencial zeta positivo), estos son eficientes en las mayorías de las suspensiones que contienen minerales u otros sólidos inorgánicos, particularmente bajo condiciones neutras o alcalinas. Estas reglas no son absolutas, ya que no solo la variación del potencial zeta tiene importancia en el proceso de floculación, ya que las fuerzas de Van Der Walls pueden ser más importantes. Módulo : Mineroducto y Espesadores

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2.3.3.3 Floculantes neutros: La calidad neutra es un floculante sumamente adaptable para fines generales y de especial interés en la industria minera – metalúrgica, se usan con pulpas ácidas, neutras o alcalinas. El Floculante usado en nuestra planta es un Poliacrilamida No- Iónico (Magnafloc 351) de cadena larga con un peso molecular muy alto y alta densidad de carga. El polímero no- iónico tiene la siguiente estructura química: 2.3.3.4 Estructura de los floculantes sintéticos:  Estos floculantes (poliacrilamida)son hechos por polimerización en el sistema de oxidación-reducción del compuesto de la acrilamida, la serie de productos alcanza un rango amplio de pesos moleculares, incluyendo materiales cationicos, esencialmente no-iónicos y aniónicos. Todos los productos, sin embargo, se basan en la poliacrilamida con la formula general:

2.4 Mecanismos de la floculación: El mecanismo de la floculación aun no se conoce con precisión, pero como las moléculas de los floculantes sintéticos tienen gran longitud y elevada afinidad por las superficies sólidas, la floculación se produce por quedar la molécula larga absorbida, parcialmente en una partícula sólida y parcialmente en otra, para de esta forma formar un puente que mantiene las partículas unidas entre sí. Con varias moléculas de polímeros en solución, esta acción da como resultado inmediato la aglomeración y floculación floculación rápida e irreversible de las partículas en suspensión. 2.5 Preparación y Aplicaciones Industriales:  Antes del uso practico del producto conviene preparar soluciones madre o stock al 1% de sólido en peso o menos, la rápida absorción del floculante sintético y lo irreversible de los floculos que se forman hacen que sea necesaria una completa y perfecta distribución del material en toda la pulpa, las técnicas de aplicación que se recomiendan para lograr la máxima eficiencia son las siguientes:  Agregue el floculante sintético como una solución muy diluida se recomienda concentraciones de menos de 0.1% de sólido en peso.  Agregue los mas cerca posible al punto en donde se requiere la floculación. Una vez añadido el floculante a la alimentación es necesario proveer un periodo de tiempo de contacto mecánico para permitir que los flóculos crezcan a un tamaño de rápida sedimentación y además coagular las partículas finas hacia los flóculos más grandes. Si el % de sólidos en la •

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alimentación original es muy diluido no es posible hacer crecer flóculos de tamaño útil y un buen flóculo podría requerir que sean recirculados sólidos adicionales a la corriente de alimentación para incrementar los sólidos.  Agregue en puntos con turbulencia localizada.  Agregue por partes en diferentes puntos para darle mayor acondicionamiento con la pulpa.  Agregue a través de todo el ancho del flujo. Evítese la turbulencia luego de haberse formado los floculos. Tienen una gran importancia las formas de introducción y agitación del floculante con la suspensión, es recomendable la introducción del floculante por etapas en 2 o 3 puntos, los floculos formados debido debido a la acción del floculantes sintéticos se destruyen con facilidad al mezclarse intensivamente por lo tanto, durante el tratamiento con floculantes se recomienda realizar una agitación pausada, pero bastante completa con la pulpa, de acuerdo al diagrama propuesto en la Fig. 8 • •

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Fig. 8 Sistema de Acondicionamiento de pulpa

2.6 Efecto de la adición del floculante sobre las pulpas metalúrgicas: Los floculantes sintéticos de alto peso molecular precipitan las suspensiones mucho más rápido (diez y cien veces) que los electrolitos inorgánicos y los coloides. La cantidad de floculante añadido debe ser lo suficiente para la formación de floculos, pero no debe ser en exceso, para evitar la estabilización de la suspensión, una adición de floculante en exceso hace la velocidad de sedimentación se vuelva asintótica y a su vez genera problemas en el transporte del concentrado al incrementar la viscosidad de los lodos, por lo resulta antieconómico. El peso molecular del floculante debe ser lo suficientemente estable y grande para unir las partículas de la suspensión a cuenta de formación de puentes, los compuestos de bajo peso molecular no pueden contribuir a la formación de floculos grandes a causa de sus pequeñas dimensiones. •

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La composición y el tamaño de la molécula pueden controlarse y variarse cuidadosamente dentro de su proceso de fabricación. Los floculantes sintéticos proporcionan una correcta floculación en sistemas de levada acidez, alcalinidad elevado contenido de sales para todos los tipos de partículas, tanto a bajas como altas concentraciones de sólidos. Los reactivos floculantes se utilizan en cantidades muy pequeñas y al tener elevada afinidad por las superficies sólidas quedan eliminados por completo en los sólidos floculados, dichos reactivos no se acumulan en los líquidos (overflow) sometidos a un proceso por lo que no pueden dar lugar a efectos secundarios no deseados. En resumen la floculación con floculantes sintéticos proporciona coeficientes más elevados de sedimentación de los sólidos traducido a un mayor rendimiento total, mayor claridad de la fase liquida, sedimentos de mas elevada densidad que poseen mejores características de manipulación.

3.0 Diseño de Espesadores 3.1 Pruebas de sedimentación discontinuas Un método empírico para el diseño practico de espesadores, basado en los resultados de pruebas de asentamiento batch de minerales, fue desarrollado por Cloe y Clevenger en 1916. Aunque ha habido modificaciones con el transcurso de los años; sin embargo ni el procedimiento ni los resultados finales han sido marcadamente mejorados. Este método involucra la determinación experimental del volumen de pulpa asentada en un periodo de tiempo, comenzando por un volumen conocido de pulpa, en reposo en un recipiente transparente; y terminando con una consolidación final de la pulpa. Las lecturas de la interfase entre la solución clarificada y los sólidos asentados, se toman en intervalos regulares. Luego se plotean estos resultados, graficando el tiempo como abcisas y las alturas correspondientes de los sólidos sobre la base del recipiente, como ordenada. Dicho grafico normalmente consiste de una porción superior casi vertical, una porción inferior horizontalmente inclinada y una curva relativamente suave o llana uniendo las dos porciones. La disminución gradual en la gradiente de la porción intermedia, refleja el incremento en la aglomeración de partículas. De la porción superior de la curva, es posible tener un Módulo : Mineroducto y Espesadores

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rate de sedimentación para la masa de pulpa como un todo y relacionar dicho rate a la regla o principio del área. Para un problema de diseño de un espesador, se requiere una serie de pruebas de sedimentación; cada una realizada a diferentes densidades de pulpa; oscilando desde la densidad del alimento hasta de la pulpa mas espesa que se observa en la sedimentación libre. Adicionalmente se requiere las lecturas de los rates de asentamiento en la zona de sedimentación obstaculizada (compresión), que se extiende sobre un periodo de tiempo prolongado. Las pruebas de sedimentación relacionan velocidades de sedimentación libre, densidades de pulpa y áreas superficiales. Las pruebas de compresión relacionan los tiempos de retención y las densidades correspondientes del underflow de la pulpa.

3.2 Determinación del área de espesador Calculo del área de sedimentación libre y de la profundidad de compresión requerida. Con los términos de referencia indicados arriba y asumiendo que la velocidad del agua ascendente a través de cualquier nivel de la zona de libre sedimentación, es igual o menor que la velocidad de sedimentación de la parte superior de los sólidos, en una prueba de sedimentación de pulpa, es posible calcular el área del tanque y la profundidad de la zona de compactación requerida para: 1. Cualquier grado de alimentación especifico. 2. A cualquier densidad de de alimentación dada. 3. A cualquier densidad del underflow (U/F) requerida.  Área de sedimentación libre: Comenzando con el principio o regla del área.  A = Qw / Vt e-1 Donde: Qw = Volumen de agua ascendente por unidad de tiempo en pie3 Vt = rate de sedimentación sedimentación de la parte superior de los sólidos en la prueba en pies por hora (interfase A – B de Fig. 3) Lf = dilución del alimento expresada con el radio de peso de H2O, por unidad de peso de sólidos en la pulpa alimentada. Lu = dilución del underflow expresada como el radio de peso de H2O por unidad de peso de sólidos en la descarga (U/F) Wf = peso de sólidos en libras alimentadas al espesador, durante un tiempo T horas. Wf/T = peso de sólidos en libras, alimentadas al espesador por unidad de tiempo. Es posible escribir un balance de materiales para el agua que ingresa y sale del espesador como sigue:  Agua que ingresa al espesador por unidad de tiempo. = Lf (Wf / T) lbs/hr por Wf / T lbs de sólidos / hora e - 2  Agua que sale del espesador por unidad de tiempo. ( en el Underflow) Módulo : Mineroducto y Espesadores

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= Lu (Wf / T) lbs/hr

por

Wf / T lbs de sólidos / hora

e–3

 Agua que sale del espesador por unidad de tiempo, como rebose limpio: = Q pie3/hora = 62.5 Q lbs / hora e–4 Cuando se ha alcanzado las condiciones estables, el flujo de agua ingresante al espesador es igual al flujo de agua saliente del espesador. 62.5 Q lbs/hora + Lu ( Wf/T ) lbs/hora por (Wf / T) lbs de solido / hora = Lf (Wf / T) lbs/hr por (Wf / T) lbs de sólido / hora de donde: Q = (Wf / T) (Lf – Lu)/62.5 pie3/hora por Dado que:  A = Q / Vt ,

Q = A * Vt

(Wf / T) lbs de sólido / hora

reemplazando

 A * Vt = (Wf / T) (Lf – Lu)/62.5 pie3 por (Wf / T) lbs de sólido / hora  A = (Wf / 62.5 T) * {(Lf – Lu) / Vt} pie2 por (Wf / T) lbs de solido/hora (ec 9A) Cuando Wf = 2000 lbs, T = 24 horas  A = 2000/( 24 * 62.5) * {(Lf – Lu) / Vt} pie2 por ton. Por 24 horas = 1.333 * {(Lf – Lu) / Vt} pie2 por ton. Por Por 24 horas. De este modo, el valor de A en pies2; es el área requerida para la sedimentación libre, por cada tonelada de sólidos alimentado en un periodo de 24 horas; desde una dilución Lf hasta una dilución del underflow (descarga) Lu. Las unidades están en pies por hora (velocidad), pies 2 (área) y una tonelada por 24 hrs. (promedio de alimentación de sólidos). Ya que un espesador debe tener por lo menos suficiente área para permitir a los sólidos bajar a través de cualquier capa de concentración que tenga la menor capacidad de manipuleo de sólidos, es necesario establecer valores para Vt desde tres a cinco zonas de diferente densidad. De esta manera se selecciona un valor máximo de A.

3.3 Determinación de la altura del espesador ( Profundidad de Compresión) Pruebas de compresión muestran el tiempo Tc durante el cual la pulpa debe ser retenida en la zona de compresión (después que la sedimentación libre ha terminado), con el objeto de alcanzar el underflow de dilución o densidad requerida. Para que se disponga de este tiempo de retención, se debe tener debajo de la zona de libre asentamiento, un volumen de tanque igual al volumen de sólido alimentado al espesador durante el tiempo Tc; mas el volumen promedio de agua, que acompaña este volumen de sólido durante su permanencia en la zona de compresión. Considerando, Módulo : Mineroducto y Espesadores

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Vf = volumen de sólido alimentado espesador por hora Vs = volumen de sólido que debe ser acomodado en la zona de compresión Vc = volumen de la pulpa en la zona de compresión. Lc = promedio de diluciones (agua: sólidos) de la zona más densa de libre sedimentación y el underflow Lu. Tc = tiempo que la pulpa es retenida en compresión, es decir, el tiempo requerido desde la terminación de la sedimentación libre, hasta alcanzar la densidad final del underflow. SG = gravedad especifica de los sólidos secos Luego se tiene: Vs = Vf Tc pie3 = {(Wf) / (62.5 * Sg * T)} Tc pies3 El volumen promedio de agua que acompañara los sólidos de volumen Vs, en la zona de compresión, se calcula de la siguiente manera: Wf / T = peso en lbs, de solidos por hora (Wf / T) Tc = peso de sólidos en Tc horas y el peso de agua que acompaña a los sólidos = (Wf / T) Tc * Lc lbs. Donde Lc = dilución promedio en la zona de compresión. Volumen de H2O = (Wf / T) * {(Tc * Lc)/62.5} De acuerdo a esto, el volumen total de la pulpa en la zona de compresión, es igual al total de sólidos alimentados en un tiempo Tc, mas el agua que acompaña a los sólidos: Vc = Vs + VH2O = {(Tc/62.5 * SG)*(Wf / T)} * { (Tc * Lc)/62.5 Lc)/62.5 * (Wf / T)} pies3 El valor de Lc, la dilución promedio en la zona de compresión se calcula como sigue: Si x = volumen promedio de los sólidos en un pie cúbico de pulpa en la zona de compresión. Entonces 1 – x volumen promedio de agua asociada con x pie3 de sólidos. Se tiene: Lc = {(1 – x) * 62.5 / (x * SG) 62.5} = (1 – x)/ (x * SG) es decir peso de liquido peso de sólidos ahora, si el promedio de gravedad especifica de la pulpa en la zona de compresión se denota por SGp, entonces: (x) 62.5 (SG) + (1 – x) 62.5 = (1) (SGp) 62.5 x = (SGp – 1) / (SG – 1) Sustituyendo el valor de x de la ecuación 5 en la ecuación 4, se tiene: Lc = {(1 – (SGp – 1/SG – 1)) / ( SG(SGp – 1) / (SG – 1)} Lc = (SG – SGp) / (SG( SGp – 1))  Ahora sustituyendo el valor de Lc encontrado en la ecuación 6, en la ecuación 3, tendremos: Vc = {(Wf * Tc)/ (62.5* T)} * { 1/SG + ((SG – SGp) / SG(SGp – 1)) = {(Wf * Tc)/ (62.5* SG* T)} {(SG – 1)/(SGp-1)} ecua 7 Módulo : Mineroducto y Espesadores

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si la profundidad de la zona de compresión, se representa como Hc entonces:  A * Hc = Vc Sustituyendo el valor de A de la ecuación 9 A Vc = (Wf / T) * {(Lf – Lu) / 62.5 Vt} Hc pies3 por ton. Por 24 horas ec 8 Igualando las ecuaciones ( 7 y 8) Wf * Tc (Sg – 1) = Wf (Lf – Lu) Hc 62.5 * SG* T (SGp – 1) T 62.5 * Vt Hc =

Tc * Vt * (SG – 1) pie ecu 9 SG (SGp – 1)(Lf – Lu)

EJEMPLO: En una prueba llevada a cabo en una suspensión que contiene 6 libras de agua por libra de sólido, para espesar a una una densidad del underflow de 1,12 libras de agua por libra de sólido, se obtuvo la siguiente información PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN LIBRE Radio Lf Rate de sedimentación de sólidos H2O : Sólidos pies por hora 6.0 : 1.00 2.180 4.94 : 1.00 1.190 4.00 : 1.00 0.893 3.51 : 1.00 0.758 3.00 : 1.00 0.600 PRUEBAS DE ZONA DE COMPRESIÓN Tiempo de Espesamiento Radio Fluido: Sólido Radio Fluido: Sólido horas Determinado Promedio Calculado 0 1.81 : 1 1.70 : 1 1.70 : 1 2 4 1.59 : 1 1.47 : 1 9 1.35 : 1 1.275 : 1 14 1.20 : 1 1.16 : 1 19 1.12 : 1 Calcular: 1. El área del espesador requerida por ton de sólido por 24 horas. 2. Profundidad del espesador Solución: Paso 1. De las pruebas de sedimentación libre y la formula del área.  A = 1.333 (Lf – Lu) pie2 por ton de alim por 24 hrs. Vc Para la zona de 6.0 H2O: 1.0 sólidos.  A = 1.333 (6.0 – 1.12) = 3.0 pie 2 por ton. de sol por 24 horas 2.18 Módulo : Mineroducto y Espesadores

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Cálculos similares para cada zona de densidad de sedimentación libre se tiene:

6.0 : 1.0 4.94 : 1.0 4.00 : 1.0 3.51 : 1.0 3.00 : 1.00

PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN LIBRE Dilución  AREA DE SEDIMENTACIÓN H2O : Sólidos Pies2 por ton de sólidos por 24 horas 3.00 4.27 4.31 área máxima 4.22 4.18

Consecuentemente, el área unitaria máxima es aquella requerida cuando la pulpa se asienta en la zona de sedimentación libre; de dilución 4.0 de agua a 1.0 de sólidos, y proveerá 4.31 pie2 de área por cada ton de sólidos alimentados cada 24 horas. Paso 2 De las pruebas en la zona de compresión, calculamos la densidad de pulpa SGp en cada una de las zonas de compresión. En el volumen V de la pulpa, podemos escribir: Wsólidos + W liquido = Wpulpa

y

Vsólidos + Vliquido = V pulpa Vsólido = Wsólidos = (62.5) SG Vlíquido = Wlíquido (62.5)

Ws 62.5 * 2.7

=

Vpulpa = Wpulpa = 62.5 * SGp

Wl 62.5 Wp 62.5 * SGp

Se nos ha dado el radio Wl / Ws para cada una de las diferentes zonas en la prueba de compresión, Y = Wl / Ws ó Wl = WsY Haciendo uso del balance de materiales Vs + Vl = Vp y sustituyendo tenemos: Ws + (62.5) 2.7

YWs 62.5

=

Ws + Wi 62.5 SGp

=

Ws + YWs 62.5 * SGp

del cual: Módulo : Mineroducto y Espesadores

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SGp (densidad de pulpa) =

1 + Y 1 + Y 2.7

Para el radio liquido – solido 1.7 :1, el cual es el promedio de las primeras cuatro horas de consolidación =

1 + 1.7 1 + 1.7 2.7

= 2.7 = 1.304 2.07

Paso 3. Calcular Hc Tiempo – hrs En Compresión

Radio Liq : Sol Determinado pruebas

0 2 4 9 14 19

1.81 1.70 1.59 1.35 1.20 1.12

Radio Liq : Sol promedio

Densidad Pulpa promedio

1.70 1.47 1.275 1.160

1.304 1.340 1.382 1.412

de

Peso de la Pulpa Lb. Por pie3

Lbs. de sólido contenido en 2 pie 3 de pulpa

81.3 83.8 86.5 88.4

30.0 34.0 38.0 41.0

La ultima columna de la tabla se calcula como sigue: Vs + Vl = Vp = 1pie3 de pulpa Ws + Wl = (2.7) 62.5 62.5 Wl = YWs

1

Ws + YWs YWs = 62.5 2.7 Ws = 62.5 = 1+Y 2.7 Cuando Y = 1.70 Ws =

62.5 0.37 + Y

62.5 = 30.2 lbs de sólido / pie3 de pulpa 0.37 + 1.70

Para la primera zona de cuatro horas de tiempo de retención ( horas de 0 a 4), donde el promedio de gravedad especifica de la pulpa es 1.304, se puede sustituir en la ecuación 9

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Hc = Hc =

Tc Vc (SG – 1) (SGp –1) (Lf – Lu) (4) (0.89) (2.7 – 1.0) 2.7 (1.304 –1.0) (4.0 – 1.12)

Hc = 2.56 pies Cálculos similares realizados para las zonas de 4 a 9 horas, 9 a 14 horas y 14 – 19 horas, nos conducen respectivamente a los siguientes resultados: 2.87 pies, 2.57 pies, 2.23 pies. Por lo tanto, la profundidad total requerida en la zona de compresiones igual a 2.56’ + 2.87’ + 2.57’ + 2.23’ o 10.23 pies totales. Estos cálculos pueden ser chequeados por otra línea de razonamiento como sigue: Con el objeto de producir un lodo espesado de 1.12: 1 de densidad final, se necesitaran 19 hrs. de retención. Se ha visto que por cada tonelada de sólidos alimentados por 24 horas, son necesarios 4.31 pies cuadrados de área de espesador es igual a 2000 / 4.31 = 464 libras por 24 horas. El peso de los sólidos alimentados por hora por pie cuadrado es igual a 464 / 24 = 19.4 lbs. Hay cuatro zonas de compresión para cada uno de los cuales, hemos obtenido el peso promedio de los sólidos por pie cúbico. Por ejemplo: Zona 1: La zona 1 de pulpa requiere 4 hrs de tiempo de retención; estos son equivalentes a un almacenamiento sobre una área de un pie2 4 * 19.4 lbs = 77.4 lbs. En esta zona, hemos calculado que un pie de pulpa contiene 30 lbs de sólido. De esto podemos deducir que 77.4/30 pie3 de pulpa tendrá que ser almacenados, equivalente a 2.56 pies3, o a una columna de pulpa o a una profundidad de 2.87 pies sobre una área de 1 pie cuadrado. Zona 2: la zona 2, cinco hrs de tiempo de retención retención significa 5 * 19.4 = 97.0 lbs de sólidos. Estas 97.0 libras de sólidos están contenidas en 97.0/34 = 2.87 pies3 de pulpa o a una profundidad de 2.87 pies sobre un área de 1 pie cuadrado. De una manera similar se puede demostrar que las profundidades de las zonas 3 y 4 son 2.57 y 2.23 pies respectivamente. Paso 4. Sumando nuestros cálculos: Profundidad de la zona de compresión =  Adicionando por: Caja de alimentación  Almacenaje para operación Interrumpida Gradiente del fondo Profundidad total

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10.23 pies 2.0 pies 2.0 pies 2.0 pies 16.20 pies

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3.4 Elementos de un espesador continuo y su mecanismo de movimiento y control Como ya se indico un espesador consiste en un tanque cilíndrico de gran diámetro, un mecanismo de rastrillo y una estructura de soporte. Al ser operada, el espesador contiene pulpa que pasa por el proceso de sedimentación. La nueva pulpa es alimentada continuamente por la parte superior del tanque espesador cerca del centro. El lugar donde ingresa la nueva pulpa de alimentación se denomina cajón de alimentación.  A medida que la pulpa de alimentación ingresa al espesador, el agua a gua clara empieza a separarse de los sólidos para formar una cama o zona de interfase. Los sólidos más gruesos (mas pesados) empiezan asentarse en el espesador, mientras que las partículas finas tienden a irse hacia el perímetro del tanque espesador, y allí se asientan en la parte inferior. Los sólidos se asientan y compactan para formar una zona de interfase o cama.  A medida que los sólidos se asientan, el agua liberada de la pulpa se junta en la parte superior del tanque espesador. Esta agua es más ligera que la pulpa de la cual proviene, por consiguiente flota por encima de la pulpa. Como el tanque del espesador esta lleno de agua y pulpa mientras funciona la nueva pulpa que ingresa fuerza el agua clara que flota en la parte superior del espesador para que rebalse del tanque del espesador. Una canaleta, o canaleta de rebalse, pegada al perímetro del tanque del espesador, recoge el agua que rebosa y la transporta para que vuelva a ser usada en el proceso o para su eliminación. La pulpa espesada que se asienta en la inferior del espesador debe ser eliminada del espesador. De hecho, es vital que la cantidad de sólidos que sale del espesador como pulpa espesada sea igual a la cantidad de sólidos que ingresa al espesador. De lo contrario, los sólidos se acumulan en el espesador, el espesador se sobrecarga con la pulpa espesada, y la pulpa rebalsa en la canaleta de rebalse. El proceso de espesamiento termina cuando esto sucede. La pulpa espesada es eliminada del fondo del espesador por un cono de descarga que se encuentra situada al centro del tanque espesador. Tubos cortos que salen del fondo del espesador permiten que la pulpa espesa salga. Estos tubos se denominan tubos de pulpa espesada, y cuentan con válvulas que pueden ser usadas para detener el flujo de la pulpa espesada. Después de pasar por el fondo del espesador, estas líneas se conectan a las bombas que transportan pulpa espesada a los tanques de almacenamiento o recirculan la pulpa espesada nuevamente al cajón de alimentación. El espesador cuenta con rastrillos que ayudan a direccionar el flujo de la pulpa espesada hacia el cono de descarga de pulpa espesada. Los rastrillos suavemente suavemente agitan la pulpa espesada para liberar el agua. Los brazos de los rastrillos se extienden hacia fuera desde el centro del tanque espesador, y un motor hidráulico rota los rastrillos alrededor del centro. Los rastrillos son paletas anchas unidas a cuatro brazos que se extienden a lo largo del fondo del espesador. Los rastrillos están unidos a la parte inferior de los brazos del rastrillo y están colocados a un cierto ángulo, casi como una paleta del nivelador de carreteras formando un ángulo con el borde de una carretera. Se cuenta con un raspador cónico en el centro de los brazos del rastrillo, el raspador asegura no haya material en el cono. Los brazos del rastrillo accionados desde el centro del espesador por un motor hidráulico se encuentra ubicado por encima del cajón de alimentación, es decir se Módulo : Mineroducto y Espesadores

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encuentra sobre una plataforma la cual esta instalada en la parte superior de del puente del espesador. Se denomina sistema de accionamiento central al motor hidráulico que acciona el eje central. La unidad de potencia hidráulica que suministra energía para girar los rastrillos también suministra aceite hidráulico a los cilindros hidráulicos que levantan y bajan los rastrillos en el espesador. Fig. 9 y 10 Partes de un espesador

Sistema de  Accionamiento Central

Tanque espesador

Cajón de  Alimentación

Tubería de  Alimentación

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Rastrillos

Cono de Descarga

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Fig. 11 Vista de un Espesador

Operación de un Espesador Continuo  Al operar un espesador, se debe tener en cuenta un concepto muy importante: Se deben retirar los sólidos del espesador al mismo ritmo que son alimentados al tanque espesador . Si no se sigue este concepto importante el espesador puede sobrecargarse y sufrir daños. Cuando se opera un espesador se debe seguir varios principios de operación: La pulpa no debe rebalsar el espesador en la canaleta de rebalse. Los sólidos que ingresan al espesador en la pulpa de alimentación son eliminados del espesador como una pulpa espesada. No se debe permitir la acumulación de sólidos en el espesador una vez que la densidad de la pulpa espesada haya alcanzado el valor de diseño. El espesador opera a su densidad de pulpa espesada de diseño regulando el régimen de salida de la pulpa espesada. La parte de los sólidos de la mezcla de pulpa esta conformada por un amplio rango de tamaño de partículas. Las partículas mas gruesas son denominadas a veces arenas, mientras que las partículas más finas se denominan lamas. No existe una clara definición del tamaño por debajo del cual las partículas son lamas. Sin embargo, el termino lamas generalmente se refiere a las partículas que son consideradas más finas que 74 um ( malla # 200 tyler). Las pulpas que contienen una proporción pequeña de partículas mas gruesas, contendrán una proporción mayor de partículas más finas. La fracción de lamas de una pulpa desempeña un papel importante en la • •

•

•

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operación, la cual libra de problemas a los espesadores y tuberías al permitir un manejo seguro de las pulpas, es decir, las partículas finas sirven de amortiguación para evitar un arenamiento de las partículas gruesas. Por su naturaleza las partículas mas gruesas de una pulpa tienden asentarse mas rápidamente en agua o en pulpa. Una vez que estas partículas mas gruesas se asientan en el fondo de un espesador o tubería, tienden a mantenerse derechas cuando caen. Esto puede originar problemas de atoro en tuberías y la formación de camas de arena difíciles de mover que descansan sobre el fondo del espesador. E esfuerzo necesario por los rastrillos del espesador para mover los sólidos asentados a lo largo del fondo del espesador puede ser medido por el mecanismo de accionamiento. El esfuerzo se denomina Torque. Como son más finas, las partículas de lamas tienden atrapar una considerablemente cantidad de agua entre las partículas individuales. La capa de agua evita que se acumulen juntas unas con otras. Por lo tanto el agua tiene una función de lubricación como entre los dedos de una persona. Las partículas de lamas, como los dedos aceitosos, pueden deslizarse el uno sobre el otro con mucha facilidad. Las partículas de lamas tienden a fluir con mucha facilidad. La arena gruesa por si misma no fluye fácilmente. La presencia de partículas muy finas en una pulpa ayuda a los espesadores y tuberías operar suavemente. Asimismo la ausencia de estas partículas tienden a hacer la operación más difícil. Una abundancia de partículas de lama en una pulpa tiende a proporcionar lubricación a toda la pulpa. Las partículas mas gruesas en una pulpa con abundante lama no se asientan tan rápidamente o se ponen juntas tan estrechamente. La presencia de lamas permite que las partículas mas gruesas fluyan con mayor facilidad, haciéndose más fácil de manejar. Cuando la pulpa de alimentación ingresa a un espesador las lamas tienden a viajar por el perímetro del espesador antes de asentarse en el fondo. Las arenas mas gruesas, se asientan casi en línea recta antes de ingresar al cono del espesador. Ello genera una condición durante el arranque del espesador donde las arenas gruesas se asientan en el fondo del espesador esperando que las lamas se asienten y sean rastrilladas al centro del espesador. Hasta que estas lamas lleguen al centro del espesador, se produce muy poca lubricación de las arenas gruesas. Debido a esta condición, el riesgo de sobrecargar el espesador o atorar las tuberías es el mayor riesgo durante el arranque. Este problema potencial existe solo durante el arranque. Posteriormente cuando la operación del espesador se ha estabilizado, las arenas mas gruesas que ingresan al espesador se unen en el fondo del espesador con las lamas que ingresaron varias horas antes y que ahora solo son rastrilladas al centro. Ello da como resultado en una condición balanceada en la que la arena y las lamas están en la proporción correcta en la salida del fondo del espesador.  Agregar agua a una pulpa puede llevar a problemas de atoro porque agregar agua hace que la pulpa sea menos densa. El agua también tiende a lavar las lamas separándolas de las partículas de arena gruesa que rodean. Ello Módulo : Mineroducto y Espesadores

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permite que las partículas de arena gruesa se asienten rápidamente y fluyan fluyan por las tuberías con menos facilidad. Los operadores deben darse cuenta que la dilución de pulpa con agua puede hacer que las líneas se obturen. A pesar de agregar poco agua a una pulpa muy espesa puede hacerla fluir más rápido, agregar demasiada agua o agregar agua en el momento no indicado puede tener efectos negativos. Una dilución de la pulpa de alimentación puede ser beneficioso para incrementar la velocidad de sedimentación. Un exceso de partículas ultrafinas en la pulpa de alimentación puede originar que se pierdan por el rebalse del espesador, esto es importante regularlo en el circuito de remolienda de la sección de flotación.  Adicionalmente estudiaremos algunos a lgunos factores adicionales que influyen en la operación:

Granulometría de la alimentación: Es importante controlarlo debido a partículas gruesas generarían problemas de sedimentaciones bruscas con riesgo de daño en el mecanismo de los rastrillos y desgaste por abrasión en el mineroducto. El tamaño de partícula óptimo es de 44 micrones. Área del espesador:  Debe proveer suficiente tiempo de retención para permitir que la sedimentación de la partícula más lenta alcance el fondo de la unidad. Velocidad de evacuación del rebose:  Debe ser lo más lenta para evitar el arrastre de partículas y enturbiar el rebose. Tiempo de retención:  Debe ser lo suficientemente razonable para permitir la separación de las partículas de sedimentación lentas del rebose, un tiempo de residencia muy largo puede resultar en una sobrecarga en el mecanismo del espesador. Alimentación al espesador:  Debe ser lo más lenta posible, altas velocidades originaría que la zona de sedimentación, transición y compresión se distorsione, el resultado puede ser el descenso de la concentración de sólidos en los lodos y el incremento en el rebose del espesador. 3.5 Tipos de espesadores 3.5.1.- Convencionales: Su descripción y funcionamiento fueron descritos líneas arriba. (Fig. 12)

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Fig. 13 Espesador Convencional de Concentrado

Especificaciones Principales de un espesador Tag del Mecanismo de Accionamiento 0340 – TKF – 067 Tag del Tanque Espesador 0340 – TKF - 067 Marca Delkor Tipo Tipo puente con mecanismo de levantamiento de rastrillos Tamaño del Tanque Espesador 35 mts diámetro * 3 mts de altura Material de construcción del tanque Pared lateral de acero al carbono, fondo forrado con polietileno de alta densidad Motor accionador de los rastrillos 11.3 Kw

3.5.2.- Alta Capacidad (Hi – Rate): Son espesadores que nos permiten espesar pulpas con altas velocidades de sedimentación, la diferencia con los espesadores convencionales radica en su diseño, es decir el area de estos espesadores son menores, el consumo de floculante es mayor que en los convencionales, el principio de sedimentación es el mismo que presenta en un espesador convencional.  Adicionalmente este tipo de espesadores permite trabajar con altos tonelajes de alimentación.  Algunas características de estos equipos que presentan: Bajo Costo de Capital: Optimo diseño La unidades hi – rate reducen el area hasta en 90% Requiere de pruebas para el diseño del tamaño adecuado Bajos Costos de Operación: El sistema de auto dilución minimiza el consumo de floculante •

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El sistema de alimentación (feedwell) asegura una eficiente floculación El sistema de control simple provee una estable operación Performance Garantizada: Las pruebas pilotos proveen datos para garantizar su funcionamiento.  Alta Confiabidad: El sistema “ low drag “ de los brazos reduce el torque en el sistema de accionamiento (drive). Se cuenta con un sistema de levantamiento hidráulico, para tres niveles de torque de protección Fig. 13 Espesador Hi – Rate de Relaves

3.5.3.- Clarificadores: Son equipos de clarificación que a diferencia de los espesadores estudiados líneas arriba, se caracterizan por entregar un rebalse de agua clara. En algunas empresas se usan para capturar las partículas ultra finas que no han sido captadas en los espesadores convencionales, es decir la alimentación a estos espesadores es el rebalse de los espesadores. Estos equipos poseen las mismas características que los espesadores convencionales, pero su capacidad de tratamiento es inferior debido a que se trabajan con bajos toneladas y % de sólidos en la alimentación. Un clarificador no puede ser usado como un espesador convencional por que su mecanismo de trabajo es de menor potencia.(Fig. 14)

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Fig. 14 Clarificador de Concentrados

4.0 Control Operacional de un espesador: 4.1 Balance de Productos Para abarcar este punto y darle la debida importancia en lo referente a la estabilidad operacional del tonelaje alimentado a un espesador y sus principales consecuencias responderemos 3 preguntas: ¿Por qué se sobrecarga un espesador? Un espesador esta sobrecargado cuando tiene en el interior un exceso de carga que dificulta y origina un sobreesfuerzo en los rastrillos los cuales son traducidos en un alto torque de trabajo. En general, la sobrecarga ocurre cuando sale menos carga de la que entra. Esto generalmente ocurre en los siguientes casos: Sedimentación brusca de las partículas Excesivo tiempo de recirculación en el esperador Por atoros mecánicos Mal funcionamiento de las bombas de lodos Descuido operacional en el análisis de las tendencias de las variables de proceso • • • • •

¿Qué se debe hacer cuando se sobrecarga un esperador? Cuando el esperador se sobrecarga por efecto de un atoro en la tubería de descarga o en el cono, hacer lo posible por desatorarlo con adición de agua. •

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Si la sobrecarga se debe a una mala operación, inmediatamente se debe subir la velocidad de la bomba para incrementar al máximo el tonelaje de descarga. Si la sobrecarga se mantiene a pesar de jalar fuerte, será necesario subir los rastrillos hasta que se normalice la sobrecarga, luego ir descendiendo en forma automática los rastrillos.

¿Cuáles son las consecuencias de las plantadas de los espesadores? Una plantada de un espesador significa que los rastrillos no se mueven y que el sistema de levantamiento de los rastrillos se encuentran 100% elevados. Las consecuencias de esto son: Se puede torcer el eje y las paletas de los rastrillos. Se puede tener alguna fuga del aceite del sistema hidráulico a alta presión. Se puede romper la catalina. Una inminente detención de la planta concentradora y perdidas económicas por falta de producción. Un esfuerzo de trabajo enorme al tratar de desplantar el espesador. La pulpa comienza a salir por rebose del espesador  • •

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¿Qué se origina cuando se descarga más tonelaje del alimentado al espesador? Primeramente se origina que el espesador se esta descargando hasta un punto que la densidad en la descarga se ha diluida generando la formación de islas en la zona de compresión del espesador Este fenómeno que ocurre en el espesador se ve reflejado en la variación constante del torque del espesador ocasionando un movimiento periódico del puente del espesador cada vez que los rastrillos pasan por el punto de la isla, en las tendencias de control se presenta como el efecto serrucho, esto es perjudicial para el sistema de transmisión del espesador.  Ante este e ste problema se s e debe d ebe subir y bajar periódicamente los rastrillos hasta que desaparezcan las islas o su deslizamiento hacia la zona de descarga, se debe estar monitoreando el torque, se puede usar también lanzas de agua a presión o aire. Si fallan los dos intentos se puede usar el reactivo NASH pero controladamente para aflojar la carga en la zona de compresión del espesador. La Fig. 15 posterior es un balance de materiales de un espesador donde se puede apreciar la cantidad de concentrado que ingresa y sale del espesador así como la cantidad de agua que contiene cada uno de los tres flujos principales que se manejan en un espesador. Como se observará al espesador ingresan 152.1 t/h y deben salir las 152.1 t/h para mantener estable y evitar sobrecargar el equipo. El control de la densidad en la descarga y la alimentación del espesador debe ser una constante de medición manual con nuestra balanza Marcy por parte del operador. Este tiene dos objetivos asegurarse que el sensor de densidad este calibrado y que el tonelaje que se muestran en los displays se han los correctos.

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También es importante mantener un adecuado balance de aguas en el equipo debido a que si existen demasiados flujos puede generarse incrementos excesivos en las canaletas de descarga del espesador este exceso genera arrastre de partículas ultra finas, debido a que se disminuye el tiempo de residencia volumétrico del equipo, ocasionando que dichas partículas se escapen por el rebose por lo que se tendría perdidas de concentrado. Fig. 15 Balance de Flujos de un Espesador

20

 Agua De Proceso

Floculante

Concentrado 527.3 152.1

20

644.9

1.18

Sólidos

T/H

Pulpa

M3/H

Rebose

% Sólidos

Lodos

SG

1.0

152.1

59.8

138.6

1.84

4.2 Consumo de floculante Es importante saber cuanto es la cantidad de floculante que se esta adicionando a un espesador. Como todos sabemos el floculante es un reactivo que acelera la sedimentación de las partículas, es beneficioso en una dosificación adecuada pero en en exceso se tiene problemas con la pulpa espesada y ocasionando posteriores asentamiento de carga brusca y atoramiento de las tuberías de descarga. El consumo de floculante relaciona la cantidad de floculante (en gramos) que se adiciona a un espesador por cada tonelada de mineral alimentada al mismo espesador, es tos valores se puede calcular para valores horarios o diarios.

Ejemplo Módulo : Mineroducto y Espesadores

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La planta concentradora esta procesando mineral de Cu (M1), con las siguientes condiciones: Tonelaje alimentado al molino SAG : 4200 tsph Ensayes Químicos de los principales flujos Ley de Cu en la Alimentación : 1.78% Ley de Cu en el Concentrado : 29.60% Ley de Cu en el Relave : 0.10% • •

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Condiciones de la adición de Floculante Concentración en peso: 0.3% Caudal de alimentación: 1000 lt/hr La dilución de floculante es de 3 : 1 (Agua/Floculante)

Calcular: El tonelaje alimentado al espesador bulk tsph Consumo de floculante en gr/ton. Que se usa en ese espesador. Solución: Paso 1 .- Determinamos la alimentación horaria que es alimentada al espesador bulk. Balance de Materiales de la Planta F = C + T ........................... .................................... ......... Ecuac. 1 Balance e contenido metálico por cobre F*f = C*c + T*t ....................... ....................... Ecuac. 2 Donde: F = Tonelaje de alimentación (tsph) y f = % de Cu en la cabeza C = Tonelaje de concentrado producido (tsph) y c = %de Cu en el concentrado T = Tonelaje de relaves producidos (tsph) y t = % de Cu en el relave Desarrollando las ecuaciones y reemplazando la ecuación 1 en 2 se tiene: C = F * ( f – t) ( c - t) Reemplazando valores: C = 4200 tsph * (1.78% - 0.10%) (29.6% - 0.10%) C = 4200 tsph * 0.056949 C = 239.19 tsph alimentadas al espesador bulk. Paso 2.- Calculamos la cantidad de floculante por hr que se alimenta al espesador bulk. Concentración de floculante: 0.3% en peso, es decir para 1 lt de floculante a esa concentración se tiene 3 gr de floculante sólido. Dosificación de floculante gr/hr = Caudal (lt/hr) * Concentración (gr/lt) = 1000 lt/hr * 3 gr/lt = 3000 gr/hr

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Paso 3.- Determinación del consumo de floculante por tonelada de concentrado producido Consumo = Dosificación de floculante (gr/hr) C tonelaje de concentrado (ton/hr) = 3000 .0 gr/hr 239.19 ton/hr = 12.54 gr de floculante floculante por tonelada de concentrado producido

4.3 Sistema de Control Lógico - Operativo del Espesador Para que un espesador opere tal como ha sido diseñado, el operador debe controlar con cuidado ciertas variables de proceso. Estas variables comprenden los parámetros del proceso como presión, velocidad de bomba, nivel de la cama de lodos, cantidad de flujos y densidad. Los espesadores tienen los siguientes modos de control: Control de nivel de la cama de lodo : A la alimentación de pulpa se le agrega floculante en base al nivel de sólidos medidos en la pulpa de alimentación en el fondo del espesador. Mientras más alta sea la cama de lodo mayor será el régimen del espesador. Mientras más alta sea la cama de lodo mayor será el régimen de adición de floculante. El regimen de adición de floculante disminuye a medida que el nivel de la cama de lodo disminuye. El régimen de adición de floculante disminuye a medida. El régimen de adición de floculante se controla mediante una bomba dosificadora de floculante. El floculante se diluye con agua de proceso en un mezclador en línea. El mezclador descarga en el distribuidor múltiple que alimenta floculante a la pulpa alimentada al espesador. Control de densidad de la pulpa espesada del espesador : La velocidad de la bomba de lodos del espesador en la linea varia sobre la base de la medic ion de densidad de pulpa en la linea descarga de la bomba. Si la densidad es muy alta, la bomba se acelera para aumentar la velocidad de retiro de la pulpa desde el espesador. Esto disminuye la densidad de la pulpa. Si la densidad es muy baja, se produce la acción inversa. Estas bombas de pulpa espesada poseen un variador de velocidad minima. Las bombas no deben operar a velocidades por debajo de esta velocidad. Esto evita que se haga funcionar la bomba a una velocidad a la cual las particulars en suspension de la pulpa inicien su asentamiento en las paredes de las tuberías de descarga. Control del Torque de los rastrillos: Este control permite proteger a los brazos de los rastrillos del espesador ante posible daños por efectos de sobrecargas en el espesador. Los rastrillos se elevaran cuando se detecte un valor por encima de 55% de torque, detendrá su levantamiento cuando este sensor detecte un valor inferior a este % de torque e iniciara su proceso de descenso. •

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Cabe hacer mención que los controles descritos pueden trabajarse en modo manual y modo automático. Se puede apreciar la lógica en la Fig. 15 Módulo : Mineroducto y Espesadores

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Es necesario indicar que nuestros espesadores trabajan en dos modos: Modo Recirculación: en este modo operativo las bombas de lodos del espesador en línea recircula esta pulpa espesada de vuelta al espesador hasta que la densidad aumente a un nivel aceptable, por lo general 63% de sólidos. Este modo también puede escogerse si hay un problema mecánico en algún lugar en los circuitos aguas abajo que impida descarga el espesador. Modo Transferencia: Este modo se usa cuando la densidad de la pulpa espesada alcanzó por encima de 63% de sólidos. En este punto la pulpa se transfiere a los tanques de almacenamiento o filtros de concentrado. Si la pulpa se transfiere a una densidad muy baja, puede que haya un tiempo de retención inadecuado en el tanque espesador o falta de dosificación de floculante. •

•

CONDICIONES OPERATIVAS DEL ESPESADOR Condición del Problema Nivel del Torque Densidad Pulpa de Lodos Estable

Estable

En aumento En aumento En aumento En aumento En descenso En descenso En descenso En descenso Estable

Estable

Estable Estable Estable

En aumento Estable En aumento Estable Estable Estable En descenso En descenso Estable En aumento En aumento

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Solución del Problema Régimen Floculante  Altura del de la rastrillo bomba Estable Mantener Mantener Mantener Estable Estable Estable Estable Aumentar Mantenr Levantar estable Estable Aumentar Mantener Levantar estable En Disminuir Aumentar Mantener descenso estable En  Aumentar Disminuir Levantar aumento Estable Disminuir Mantener Mantener estable estable Disminuy endo Disminuy Disminuir Disminuir Mantener endo estable Disminuy Disminuir Mantener Mas baja endo estable En Disminuir Mantener Mantener descenso estable estable En Disminuir Mantener Mantener descenso estable estable En  Aumentar Disminuir Levantar aumento En Disminuir Aumentar Levantar descenso Pág, 32 de 36

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Fig.16 Diagrama del Sistema de Control Operativo LC ST

Bomba Floculante

LT Feed

Detector de Nivel de Cama

Rebose

Lodos

 VFD

FI

DI

Bomba de Lodos

Fig. 17 Pantalla de Control Operativo

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4.4 Cuidados del Espesador . - Se resumen en 3 grupos principales 4.4.1 En la parte Operacional: Que la alimentación sea constante y la cantidad adecuada. Que el rebose del espesador con la menor cantidad posible de sólidos en suspensión. Constante observación para que no se atore el cono y tuberías de descarga. Evitar en lo posible el uso de aire en el cono de descarga a menos que sea necesario. Controlar la densidad de descarga en forma manual. No abusar de la inyección de agua en el cono de descarga. No permitir que caigan latas, trapos o herramientas que pueden atorar el sistema de descarga. En ocasiones es necesario el levantamiento manual de los rastrillos como una forma de aliviarlos de la carga que puedan tener en las rastras. Verificar que el sistema auto dilución trabaje. Mantener un torque de operación menor a 30% Evitar las tendencias del tipo serrucho en el control del torque. •

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4.4.2 En la parte Mecánica: Verificar que el motor de accionamiento y sistema de levantamiento de los rastrillos no caliente. Lubricación adecuada del sistema de transmisión y engranajes Verificar que no exista ninguna fuga de aceite en el sistema de accionamiento. Verificar que los motores hidráulicos no calienten. Verificar que los manómetros de presión del sistema hidráulico este conforme al porcentaje de torque que indica en el tablero de control. Observar el estado general del tanque espesador. Observar el buen funcionamiento de las bombas de lodos. Lubricación de las válvulas de la tubería descarga del espesador. 4.4.3 En la parte de Seguridad: Verificar las barandas de seguridad para evitar caídas del personal. Chequear las rejillas metálicas para evitar caídas en el puente del espesador. Evitar subir con cosas sueltas a la parte superior del espesador. •

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Verificar que no exista derrames de floculante y aceite por el área.  Al realizar el lavado de la canaleta de rebose hacerlo con arnés de seguridad y en pareja de dos personas. Verificar las mangueras de alta presión del sistema hidráulico. Debe existir una buena iluminación en la plataforma y escaleras del espesador. Verificar que los motores y correas de transmisión estén con sus guardas respectivas. Personal ajeno al área debe tener autorización del operador / supervisor del área de espesadores. Instrucciones Finales de Operación: A)  Arranque de un Espesador: Si el arranque es después de una parad total del equipo se debe llenar el tanque del espesador con agua hasta un nivel de 80% del tanque luego se puede proceder a arrancar el sistema de accionamiento de los rastrillos.  Antes de iniciar la alimentación de pulpa al espesador se debería tener el equipo trabajando con las bombas de lodos en modo recirculación a baja velocidad (65 – 70%). La carga promedio al espesador formará un lecho de contorno cónico estable (conocido también como cama muerta) que seguirá la trayectoria de los rastrillos. A medida que se avanza con el llenado del tanque, los rastrillos deben levantarse una luz de ¾” entre el rastrillo y el primer lecho de sólidos que se forma esto es por el efecto de que un inicio las primeras partículas que sedimentan son las gruesas y esto origina una variación en el torque de operación; una vez que el lecho haya alcanzado una distribución homogénea de partículas los rastrillos bajaran automáticamente. La adición de floculante debe ser gradual conjuntamente se incrementa la cantidad de pulpa al espesador. •

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B) Velocidad de los rastrillos: La velocidad periférica varia de 0 a 0.235 m/s. Con materiales muy finos puede ser necesario disminuir la velocidad de los rastrillos, mientras que con productos gruesos o en donde se usa floculantes puede necesitarse incrementar la velocidad de los rastrillos ara evitarse sobrecargas. En nuestros espesadores de 35 mts * 3 mts normalmente la velocidad de giro debe operar a 1/7.8 rpm, esto quiere decir una revolución por cada 7.8 minutos, este valor puede ser variado por la válvula reguladora de flujo de aceite de los motores hidráulicos. C) Rebose de Pulpa: Existen varias razones que ocasionan reboses turbios en los espesadores: Módulo : Mineroducto y Espesadores

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Si el flujo de alimentación es muy alto; disminuir la alimentación. Si los sólidos sedimentados no son sacados oportunamente: incrementar el volumen de la descarga. Si la velocidad de los rastrillos es muy alta disminuir la velocidad de acuerdo a la sedimentación del mineral. Si la densidad de la alimentación es demasiado alto es preferible diluir la carga para mejorar las propiedades de sedimentación.

D) Levantamiento de los rastrillos: Los rastrillos deben levantarse oportunamente para evitar que ocurran sobrecargas. Retorne los rastrillos a su posición más baja cuando las condiciones de sobrecarga se han corregido. Cuando haya una parada imprevista, como una interrupción eléctrica, deben levantarse los rastrillos antes de arrancar el mecanismo del espesador. Cuando exista una parada programada, entonces no será necesario levantar los rastrillos pero si hay que cortar la carga y mantener en operación el mecanismo de los rastrillos y la bomba de lodos hasta que la pulpa haya sido descargada del espesador. •

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E) Descenso de los rastrillos: Debe tenerse mucho cuidado en bajar los rastrillos para evitar sobrecargar el mecanismo y obstruir la línea de descarga. Normalmente es recomendable bajar los rastrillos en incrementos entre 2% - 5% por revolución cuando se esta cargando el espesador con un flujo normal de alimentación. Cuando se interrumpe la alimentación puede ser posible bajar los rastrillos en incrementos mayores del orden de 10% por revolución •

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