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CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA

RAMÓN ÁVILA1, HECTOR OLIVERA1, NICOLÁS PAIS1, GONZALO SEPULVEDA 1 (1) Departamento de Ingeniería Ingeniería en Metalurgia, Universidad Universidad de Santiago de Chile.

RESUMEN  En este trabajo se realizó realizó la descripción descripción e ilustración ilustración del fenómeno de separación electrostática electrostática discriminando entre sus funcionamientos y aplicaciones. También se pudo constatar la forma en cómo es afectada la separación mediante mediante la electrostática y el aprovechamiento de este  fenómeno en la concentración concentración de las partículas partículas de interés.

INTRODUCCIÓN

La concentración electrostática o bien llamada separación electrostática, se centra e n el hecho de que si uno de los materiales en una mezcla de partículas puede recibir una carga superficial al entrar a un campo electrostático, las partículas de este material serán repelidas por uno de los electrodos y atraídas hacia el otro, dependiendo del signo de la carga de las partículas. Las técnicas comúnmente utilizadas en la separación electrostática emplean las fuerzas desarrolladas entre partículas cargadas y los electrodos de campo para establecer trayectorias, y a  partir de este fenómeno llevar a cabo la separación. La ciencia de la concentración electrostática se  basa en la habilidad de cargar de manera selectiva una o más especies de minerales que componen una mezcla, tornando las de comportamiento diferente en el campo eléctrico. La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un  pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitoso. Es frecuente combinarla con separación gravitacional y magnética para tratar minerales no sulfurados. La mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio.

METODOLOGÍA

Componentes de la Concentración Electrostática. Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes: Un mecanismo de carga y descarga. Un campo eléctrico externo. Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas. Un sistema de colección para la alimentación y productos. • • • •

Los mecanismos de carga y descarga resultan de una de las siguientes categorías de distribución de carga: Partículas de dos especies diferentes entran en un campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto. Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa. Partículas entran en la zona de separación, de modo que partículas de diferentes especies llevan carga del mismo signo, pero la magnitud de la carga eléctrica es significativamente diferente. Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos bipolares significativamente diferentes. •

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Se requiere un campo eléctrico, el cual es definido por alguna configuración de límites equipotenciales y una fuente de alto voltaje. Los rangos de potencial eléctrico son del orden de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales.

Mecanismos para Cargar Partículas Car gado de partícul as median te electr ificación por contacto

La electrificación por contacto es conocida también como electrificación por roce. En esta forma de cargado eléctrico, partícula contra partícula, el área de contacto es normalmente muy  pequeña tornándose necesario promover a través de la acción mecánica el revolvimiento de estas  partículas, generando de esta forma apreciable carga media superficial. Si el material está constituido de partículas levemente conductoras, la densidad de carga resultante frecuentemente se torna suficiente para ser utilizada en un mecanismo de separación eléctrica. Si no hay un intenso contacto de partículas unas contra otras, la separación no es verificable.

Figura 1. Separador electrostático de caída libre basado en le cargado mediante electrificación por contacto.

Cargado por corona  –  E l separador de alta tensión

En este tipo de separación electrostática todas las partículas, conductoras y no conductoras, son cargadas debido al alto campo eléctrico producido por el electrodo de corona ionizado que genera un flujo de iones. La separación electrostática de cargado por corona, llamada separación por corona, se puede aplicar para la separación de partículas con diferentes conductividades debido al fuerte campo eléctrico aplicado. En los separadores de alta tensión la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, lejos de la superficie del rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor.

Figura 2. Separador electrostático de alta tensión.

Cargado por in ducción

Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a tierra en la presencia de un campo eléctrico, la partícula desarrollará rápidamente una carga superficial por inducción En el cargado por inducción la mezcla de minerales a ser separada se alimenta a un tambor que rota y pasa a través de un campo eléctrico generado por un electrodo tubular de alto voltaje. Las  partículas conductoras obtienen carga por inducción por un periodo corto de tiempo, dependiendo de su superficie conductiva. La carga inducida tiene una polaridad inversa a la del electrodo de alto voltaje. Por lo tanto, una fuerza atractiva se originará hacia el electrodo con respecto a las partículas conductoras, con lo cual las partículas serán dirigidas desde la superficie del rotor en dirección del electrodo. Las partículas no conductoras no se cargarán significativamente durante su residencia en el rotor y su carga será pequeña para afectar un movimiento hacia el electrodo de alto voltaje.

Figura 3. Partículas cargadas por inducción.

Separadores Electrostáticos Separ ador es electrostáti cos electr odi námi cos

Los separadores electrostáticos del tipo electrodinámicos son comúnmente llamados separadores de alta tensión. En estos separadores la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, ellas entonces están bajo la influencia del campo electrostático del electrodo no ionizado y son lanzadas lejos de la superficie del rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor. En estos separadores el tamaño de las partículas alimentadas influye en la acción del separador, ya que la carga en la superficie de las partículas gruesas es menor en relación a su masa, que en las partículas finas. Por lo tanto, una partícula gruesa es más fácilmente lanzada desde la superficie del rotor, en cambio, las partículas conductoras finas tenderán a ser atrapadas por  partículas no conductoras, debido a su menor masa. Así, las partículas finas tienden a concentrarse con la fracción no conductora. Los separadores de alta tensión operan en un rango amplio de tamaños de partículas. Con arenas de playas es posible trabajar en un rango de tamaño de 50-100 micrones, aunque un rango de tamaño menor es deseable y más común. Con menas de hematita, tamaños menores a 1 mm se aceptan, sin embargo, partículas menores que 75 micrones causan problemas.

Figura 4. Separador electrodinámico o de alta tensión.  Separadores electrostáticos “Electro- estáticos” 

Inicialmente los separadores electrostáticos fueron del tipo placa electro-estática. Los separadores de placa de caída libre, en los cuales las partículas caen entre dos placas verticales (una

 placa cargada positivamente y la otra placa cargada negativamente, con un alto gradiente de voltaje entre ellas), ha sido usada para separar silvita desde halita, feldespato desde cuarzo, y fosfato desde cuarzo. Sin embargo, este tipo de separador no se usa mayormente. Hay dos tipos de separadores electro-estáticos que se fabrican: el separador tipo rotor y el separador tipo placa. El separador tipo r otor

El separador electro-estático tipo rotor es similar, en apariencia, al separador de alta tensión. Sin embargo, el separador electro-estático no presenta el electrodo ionizado. En ese lugar hay un solo electrodo largo que produce un campo eléctrico. Aunque la partícula sea conductora o no conductora, ella puede considerarse como una partícula que puede llegar a polarizarse. Sin embargo, una partícula conductora rápidamente llega a tener una superficie equipotencial y tiene el mismo potencial que el del rotor conectado a tierra, por lo cual, será atraído hacia el electrodo. Así, la partícula conductora es lanzada desde la superficie por la atracción con el electrodo, mientras que la partícula no conductora continúa adherida a la superficie del rotor, hasta que la gravedad produzca su caída. De este modo, la separación se alcanza, pero con mecanismos de cargado de la partícula diferente al empleado en el separador de alta tensión.

Figura 5. Separador electro-estático tipo rotor.

El separador tipo placa

Se fabrican dos separadores del tipo placa: el separador electro-estático de placa y el separador electro-estático de malla (harnero). Los principios operacionales son similares. Las  partículas son cargadas por inducción y las conductoras adquieren una carga opuesta al electrodo. De ese modo, las partículas conductoras son atraídas hacia el electrodo. Las no conductoras continúan hacia abajo en la placa o a través del harnero. En los separadores electro-estáticos, las partículas finas son las más afectadas por las fuerzas débiles involucradas, por lo cual, el producto conductor preferentemente contiene partículas conductoras finas. Al mismo tiempo, no hay tendencia para las partículas gruesas no conductoras a entrar en el flujo conductor. Debido a que estos separadores actúan primeramente sobre las  partículas conductoras, ellos son usados, principalmente, para la limpieza de una cantidad pequeña

de partículas conductoras, desde una gran cantidad de partículas no conductoras. En particular, su  principal uso es en la limpieza de pequeñas cantidades de rutilo e ilmenita en concentrados de zircón.

Figura 6. Separador electro-estático de placa.

CONCLUSIONES

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La separación electrostática busca cargar superficialmente uno de los materiales de una mezcla para que este sea repelido y por ende separado de la misma. La limitación que presenta este método de concentración es que no es viable aplicarlo en toda la industria minera debido a variables como la cantidad de mineral a procesar y las características eléctricas de este. A pesar de no ser un método de separación masivo, dentro del área donde se utiliza, es efectiva.

REFERENCIAS

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Wills, B. A. 1987.Tecnología de Procesamiento de Minerales . Ed. Limusa S.A., México, 568 p. Osvaldo, P. Apuntes Concentración de Minerales II . Universidad de Atacama. Lawyer, J. E. General Principles and Types of Electrostatic Separators. In: SME Mineral  Processing Handbook (Weiss, N. L., ed.), SME, New York, Vol. 1, 1985, p. 6- 6.