Diseño de celdas de flotacion

Tabla de contenido CAPITULO I .................................................................................................................................... 2 DISEÑO DE REACTORES ................................................................................................................. 2 Clasificación de reactores.......................................................................................................... 2 Reactores ideales ...................................................................................................................... 3 Reactor de mezcla perfecta ...................................................................................................... 3 Reactor del flujo en pistón ........................................................................................................ 3 FLOTACIÓN .................................................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 4 IMPORTANCIA DE LA FLOTACIÓN ............................................................................................. 6 CIRCUITO DE FLOTACIÓN .......................................................................................................... 7 A)

Celdas Rougher.................................................................................................................. 7

B)

Celdas Limpiadoras............................................................................................................ 7

C)

Celdas Scavenger ............................................................................................................... 7

TIPOS DE CELDA DE FLOTACIÓN................................................................................................ 7 

Celdas forrester ................................................................................................................. 8



Celdas Denver.................................................................................................................... 8



Celdas agitair ..................................................................................................................... 8



Celdas weining................................................................................................................... 8



Celdas fagergren................................................................................................................ 8

CALCULO DE NUMERO DE CELDAS............................................................................................ 8 CALCULO DEL TIEMPO DE FLOTACIÓN. ..................................................................................... 8 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 9

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CAPITULO I

DISEÑO DE REACTORES Como su propio nombre indica, el diseño de reactores es la ciencia y el arte de seleccionar, crear y diseñar reactores químicos con un propósito específico: llevar reactivos a productos de la forma más eficiente posible. Probablemente esta disciplina es la que establece a la ingeniería química como una rama independiente de la ingeniería. Para tal fin es necesario conocer tanto la cinética como la termodinámica de las reacciones de interés. Otras disciplinas importantes para el diseño de reactores son la mecánica de fluidos, la estequiometria, la transferencia de materia y la transmisión de calor.

Clasificación de reactores Existen varios criterios a la hora de clasificar a los reactores químicos. En función del número de fases presentes en el reactor, pueden distinguirse:  Reactores homogéneos: Son aquellos en los que tanto reaccionantes como productos se encuentran en la misma fase (gas, o líquido en general)  Reactores heterogéneos: Son aquellos en los que hay más de una fase. También pueden clasificarse según la forma en la que operan:  Reactores continuos: Son aquellos que trabajan en estado estacionario; es decir, aquellos en que en cada instante se introduce alimentación fresca.  Reactores discontinuos: Trabajan por lotes; es decir, se carga una cantidad de alimentación y se deja reaccionar durante un tiempo. Una vez transcurrido el tiempo de reacción se carga de nuevo otra cantidad de alimentación, y así sucesivamente.  Reactores semicontinuos:

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Una fase del reactor se comporta de forma continua mientras que otra lo hace de forma discontinua. Página

Dependiendo del tipo de flujo pueden clasificarse en:  Reactores ideales:

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Son aquellos en los que el tipo de flujo es ideal (teórico). Se distinguen dos tipos, el reactor de mezcla perfecta y el reactor de flujo en pistón.  Reactores reales: Son aquellos que no son ideales.

Reactores ideales Reactor discontinuo perfectamente agitado Es el reactor en que su contenido está perfectamente agitado y su composición es igual en todo el reactor. La composición varía con el tiempo hasta alcanzar una conversión final o de equilibrio del reactivo para las condiciones establecidas (temperatura, concentraciones iniciales de reactivos, presencia de inertes). Una vez detenida la reacción (velocidad de reacción tendiente a cero), se debe vaciar total o parcialmente el reactor e incorporar nueva corriente de entrada si se quiere seguir produciendo productos de reacción.

Reactor de mezcla perfecta Necesitan ser mezclados La composición de la corriente de salida es igual a la composición dentro de cualquier punto del reactor, esta composición no varía en el tiempo, por lo que se considera en ESTADO ESTACIONARIO. Este tipo de reactores son ideales para estudios cinéticos o de diseño experimental de reactores puesto que son de sencilla construcción en el laboratorio y además en su cálculo de diseño ofrecen la posibilidad de relacionar el grado de conversión requerido (X), la velocidad de reacción(r), el volumen (V) y las concentraciones iniciales de reactivos (Co), todo en una expresión resultante de un balance de masa, sin necesidad de integrar, puesto que el reactor se halla en estado estacionario respecto a la posición dentro del reactor y con respecto al tiempo. Ecuación de diseño: V/FA0=XA / (-rA)

Reactor del flujo en pistón

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En los reactores de flujo pistón isotérmicos la temperatura no varía con la posición en el reactor. Además, no varía con el tiempo por tratarse de un reactor de flujo pistón en estado estacionario. La velocidad de reacción será sólo función de la conversión (o de la concentración) En realidad los reactores de flujo en pistón son reactores tubulares que tienen la particularidad de que en ellos se supone que no existe retro mezcla (backmixing) y que cada porción de corriente de entrada que ingresa no se mezcla para nada con su inmedita posterior, la composición de cada diferencial de volumen va variando respecto a la longitud del reactor.

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CAPITULO II

FLOTACIÓN INTRODUCCIÓN Los procesos de flotación son usados para separar o concentrar minerales y otras especies químicas. La separación por flotación es el resultado de muchos procesos fisicoquímicos complejos que ocurren en las interfaces sólido/líquido, líquido/gas y sólido/gas. La flotación depende de la probabilidad de unión de la partícula a la burbuja en la celda de flotación, la cual es determinada por la hidrofobicidad de la superficie de la partícula. En la mayoría de los sistemas de flotación, la superficie de la partícula se torna hidrofóbica por la adsorción selectiva de los surfactantes llamados colectores. La flotación es una técnica de concentración que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral, o especies de valor, y la ganga. Se basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de gas generadas en la pulpa por algún medio externo, en la celda de flotación. Las burbujas de aire transportan los sólidos a la superficie donde son recolectados y recuperados como concentrado. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituye la cola o relave. De este modo, la condición de flotabilidad es una fuerte adhesión entre las partículas útiles y las burbujas, las cuales deben ser capaces de soportar la agitación y turbulencia en la celda. Estas partículas se dicen hidrofóbicas, o repelentes al agua, al contrario de las partículas que constituyen el relave o cola, que son hidrofílicas. Para lograr una buena concentración en la etapa de limpieza del concentrado se requiere que las especies útiles que constituyen la mena estén separadas o liberadas, está la liberación de las partículas útiles no es necesaria en la etapa primaria de flotación (etapa rougher). La liberación de las partículas se consigue con etapas de molienda o remolienda. Para la mayoría de los minerales se alcanza un adecuado grado de liberación moliendo la mena a tamaños del orden de –100 μm o –74 μm.

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La propiedad que permite la separación en un proceso de flotación es la naturaleza hidrofóbica (o aerofílica) de las especies mineralógicas que componen la mena, cuyas características hacen que las superficies presenten afinidad por el aire o por el agua.

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El proceso de flotación, de esta forma, está gobernado por una gran cantidad de variables las que interactúan entre sí, y cuyo conocimiento contribuirá a comprender mejor el proceso en sí y obtener finalmente un mejor rendimiento en las aplicaciones prácticas.

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Al contrario de otros métodos de concentración, en la flotación es posible variar la diferencia entre las propiedades útiles y la ganga, modificando el ambiente químico y electroquímico del sistema mediante la adecuada selección de los reactivos químicos adicionados: colectores, espumantes, activadores, depresores o modificadores de pH. Colector es un surfactante, que tiene la propiedad de adsorberse selectivamente en la superficie de un mineral y lo transforma en hidrofóbico. Las burbujas de aire se adhieren así, preferentemente sobre estas superficies, atrapando las partículas. Espumante es un surfactante que se adiciona a la pulpa con el objetivo de estabilizar la espuma, en la cual se encuentra el mineral de interés. Modificadores se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores sobre la superficie mineral. Para que la flotación de minerales sea efectiva, se consideran los siguientes aspectos: Reactivos químicos: colectores, espumantes, activadores, depresores, modificadores de pH. Componentes del equipo de flotación: diseño de la celda, sistema de agitación, forma en que se dispersa el flujo de aire, configuración de los bancos de celdas, control de los bancos de celdas. Componentes de la operación: flujo de alimentación, mineralogía de la mena, granulometría de la mena, densidad de la pulpa, temperatura. En la figura 1.1. Se muestra la adsorción del colector sobre la superficie de un mineral, mientras que, la acción de un espumante se presenta en la figura 1.2. Por otra parte, en la figura 1.3 se muestra la estructura química de dos colectores (etil xantato de sodio y oleato de sodio).

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Figura 1.1. Adsorción de un colector en la superficie de un mineral.

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Figura 1.2. Acción de un espumante.

Figura 1.3. Estructura química de dos colectores (etil xantato de sodio y oleato de sodio).

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Después de haber chancado y molido el mineral previamente, la siguiente etapa es la más importante en una planta concentradora la cual es la etapa de flotación en la cual se obtendrá el concentrado.

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IMPORTANCIA DE LA FLOTACIÓN

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CIRCUITO DE FLOTACIÓN Se sabe que la flotación es una operación destinada a seleccionar los minerales valiosos contenidos en una pulpa y rechazar la ganga como relave. Pero resulta casi imposible hacer esta operación en una sola celda y conseguir un concentrado limpio y un relave igualmente limpio; es necesario que las espumas de las primeras celdas pasen a un nuevo grupo de celdas que se encarguen de limpiar los elementos indeseables que hayan logrado flotar con la parte valiosa. Lo mismo ocurre con los relaves de la primera máquina ya que aún tienen apreciable cantidad de sulfuros valiosos que se pueden perder y es necesario recuperarlos en otro grupo de celdas. Por esta razón, en la sección de flotación tenemos tres tipos de máquinas o equipos para llevar a cabo la flotación A. Rougher o de cabeza (desbastadoras) B. Cleaners o limpiadoras C. Scavengers

A) Celdas Rougher El trabajo de estos equipos es la de recepcionar la pulpa de cabeza procedentes de los acondicionadores o de los molinos. Aquí flota la mayor parte de los sulfuros valiosos. Pero en estas celdas solo obtendremos concentrados y relaves “provisionalmente”. La espuma obtenida en las desbastadoras aun no es un concentrado final porque su contenido es aun con impurezas.

B) Celdas Limpiadoras Estas celdas sirven para quitar la mayor cantidad de las impurezas contenidas en las espumas de las roughers. Y nos dan finalmente un concentrado. Entre las limpiadoras existen varias celdas de limpieza las cuales podrían ser 1er cleaner, 2do cleaner y como el 3er cleaner; así podrían existir varias etapas de limpieza.

C) Celdas Scavenger El trabajo de estas celdas, recepcionar como carga el relave de las roughers y tratan de hacer flotar el resto de los minerales valiosos que aún no han podido flotar en las celdas de cabeza, ya sea por falta de tiempo, deficiente cantidad de reactivos, o por efectos mecánicos. Pero las espumas que obtenemos en estas celdas no las podemos mandar al espesador porque están sucias, pero tampoco las podemos votar porque contiene mucho material valioso, lo que se realiza es el retorno hacia el circuito.

TIPOS DE CELDA DE FLOTACIÓN Página

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Los equipos o celdas, usados en la flotación son las siguientes:

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 Celdas forrester  Celdas Denver  Celdas agitair  Celdas weining  Celdas fagergren

CALCULO DE NUMERO DE CELDAS Para determinar el número de celdas requeridas o a utilizar, se aplica la siguiente formula:

⁄

Donde:     

T: tiempo de flotación, Ton/día: tonelada tratada por día. V: volumen de pulpa en ft3 contenidos en 1 tonelada de mineral seco. v: volumen de la celda en ft3. D: minutos por día.

CALCULO DEL TIEMPO DE FLOTACIÓN.

Donde:

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 T: tiempo de flotación en minutos.  V: volumen de celda en ft3.  F: flujo de la pulpa en ft3/min.

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BIBLIOGRAFIA Calculo en plantas concentradores – Pedro Zea Espinoza.

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Apuntes de concentración de minerales – Universidad de atacama facultad de ingeniería departamento de metalurgia

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http://www.quimicanalitica.net/reactores/ http://www.wikipedia.com/reactores/reactorquimico.php

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