Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas Filtración
Por: Marcelo Bertoglio Herrera
[email protected] Camila Serrano Araya
[email protected] Ingeniería civil Metalúrgica
Resumen: La experiencia en laboratorio se enfoca en identificar las principales
diferencias entre un filtro de vacío y uno de presión. Se enfatiza en el mecanismo de succión que cada filtro utiliza para conseguir el producto deseado. Considerando la capacidad y velocidad de filtración se concluye que el método de presión es más conveniente en cuanto a tiempo y calidad del producto final obtenido, por ejemplo, con una capacidad de filtración de 6,033 [g/min*cm 2] a una velocidad de 3,609 [mL/min*cm 2], ambas para una concentración de sólidos en peso de 50%. Introducción: El
producto final de las plantas de concentración se obtiene después
de una última etapa de separación de sólido-líquido, que es la filtración. La alimentación a la filtración consiste en una pulpa con un 50 a 60% de contenido de sólidos, proveniente de una etapa de espesamiento, obteniéndose como producto un concentrado con una humedad del orden de 10%. Con esta humedad, el concentrado puede ser manejado adecuadamente en cancha para su posterior carguío, transporte y alimentación a las operaciones siguientes, normalmente en una fundición. El agua recuperada en la filtración se recircula a la planta (Boletín minero, 2016). Con respecto a los equipos, estos se diferencian según la forma de aplicar el gradiente de presión y la magnitud que alcanza, clasificándose en filtros de vacío y filtros de presión. Es importante mencionar que la formación de queque depende de la concentración de sólidos en peso, de la diferencia de presión y del tiempo de succión. Los equipos que utilizan presión en vez de vacío deben usar mecanismos mucho más complicados, especialmente para la alimentación y la descarga, esta ventaja de los filtros de vacío los ha hecho tradicionalmente muy populares en la industria minera y en la la industria de procesos en general. La
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas principal desventaja de los filtros a vacío es la obvia limitación en el máximo gradiente de presión disponible para el proceso, el que depende de la presión atmosférica local (Concha, 2001). Los filtros a presión permiten obtener queques con menor humedad y, con ello, minimizar el requerimiento de secado antes de ser alimentados, por ejemplo, a una fundición (Etcheberrigaray, 2007). Objetivos:
Identificar principales diferencias entre el filtrado de presión y vacío.
Desarrollo experimental:
Los implementos de seguridad necesarios para desarrollar la experiencia son los siguientes: Guantes.
Delantal.
Zapatos de seguridad.
Materiales y equipos que utilizar: Mineral
Agua
medio filtrante
Filtro al vacío
Filtro a presión
Probeta
Cronometro
Balanza
Procedimiento:
Caracterizar el material a utilizar: relave y telas filtrantes.
Preparar 6 pulpas de 1.500 mL con diferentes porcentajes de sólidos: 10,
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Dejar un volumen de 500 [mL] de agua para poder limpiar los restos de sólidos en el recipiente.
Cerrar el filtro herméticamente y verificar que que el despiche este cerrado.
Abrir la válvula del aire verificando la presión marcada por el manómetro, que esté dentro del rango requerido.
Tomar el tiempo de filtración.
Al finalizar el filtrado se despicha para disminuir la presión.
Retirar el queque formado sobre el papel papel filtro, pesar la muestra y determinar la altura promedio de cada queque. Para esto, se realizarán 5 mediciones con un pie de metro. 4 puntos serán tomados desde los puntos cardinales y el quinto será tomado desde el centro del queque
Llevar a la mufla a una temperatura de 105°C
Una vez seco el material retirar de la mufla y pesar
Repetir las pruebas, pero esta vez vez utilizando utilizando un filtro al vacío vacío
Realizar análisis granulométrico a una muestra seca
Resultados y discusiones :
Ecuaciones utilizadas:
= ∗ ∗ = ∗ ∗
Donde: Vf: Velocidad de filtrado (mL/cm2*min.) A: Área del queque (cm) f: Volumen de filtrado (mL)
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas
Tabla 1. Capacidad de filtrado según tipo de filtro a distintas concentraciones de
sólido en alimentación. Capacidad de filtrado [g/min*cm2] Porcentaje de sólidos [%]
Filtro a vacío
Filtro a presión
10
2,101
3,645
30
0,925
5,333
50
0,880
6,032
En Tabla 1 se observa que la capacidad de filtrado disminuye a medida que aumenta la concentración de sólidos en el caso del filtro a vacío esto ocasionado principalmente por el bajo diferencial de presión que genera este método además del alto tiempo de filtración requerido. Este método es usualmente utilizado en el área de tratamientos de agua debido a que estas presentan bajos porcentajes de sólido lo cual mejora en gran medida su desempeño. En cambio, en filtro a presión se puede observar que presenta un aumento en su capacidad de tratamiento al ir aumentando la concentración de sólidos, esto es debido a que genera un mayor diferencial de presión. Además, que requiere de bajos tiempos de filtración. Tiempos de filtrado filtrado pueden ser observados en Tabla 4 (ver apéndice). Este tipo de filtro es principalmente utilizado en la gran minería debido a su alta capacidad de tratamiento y eficiencia. Tabla 2. Velocidad de filtración obtenida para cada tipo de filtro a distintas
concentraciones de solido en alimentación. Velocidad de filtración [mL/min*cm2] Porcentaje de sólidos [%]
Filtro a vacío
Filtro a presión
10
15,206
24,982
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas En Tabla 2 se puede apreciar que la velocidad de filtración es inversamente proporcional a la concentración de sólidos presentes en la pulpa filtrada ya sea en el filtro a vacío como a presión, esto se debe principalmente a que al aumentar la concentración de sólidos, al líquido le lleva más tiempo atravesar el queque de filtrado. Comparando los dos tipos de filtrado el que demostró una mayor velocidad de filtración tanto en presencia de bajas como altas concentraciones de sólido fue el filtro a presión esto se debe a que genera un mayor diferencial de presión entre el queque y el medio filtrante. Cabe destacar que los filtros a presión trabajan usualmente a porcentajes de solido entre los 50-70%
en la la gran minería
provenientes de los esperadores. En base a esto los filtros a presión son los más empleados debido a su efectividad y velocidad de filtración. 7 ] 2 6 ^ m c * n i 5 m / g [ o 4 d a r t l i 3 f e d d a 2 d i c a p a 1 C
Filtro a vacio Filtro a presion
0 0
10
20
30
40
50
60
Concentración de sólidos [%]
Gráfico 1. Efecto de la concentración de sólido sobre la capacidad de filtrado de
distintos métodos de filtración.
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas comportamiento inversamente proporcional al ir aumentando la concentración de sólidos. En cambio, el filtro a presión posee un comportamiento directamente proporcional al aumentar las concentraciones de sólidos.
Conclusiones:
La velocidad de filtración disminuye a medida que aumenta la concentración de sólidos en peso tanto para el caso del filtro a vacío como el filtro a presión. En el caso del filtro a presión pasa de 24,982 [mL/min*cm 2] a 3,609 [mL/min*cm 2], para una concentración de sólidos en peso de 10 y 50% respectivamente. La capacidad de tratamiento es directamente proporcional al tiempo de filtrado de los distintos métodos de filtrado utilizados. Esto convierte al tiempo de filtrado en un parámetro a tomar en cuenta al querer realizar cambios operacionales. El filtro a presión demostró ser el método con mejor capacidad de tratamiento y velocidades de filtrado, ya sea tratando pulpas con bajo o alto porcentaje de sólidos. Por lo tanto, se cumple con el objetivo de laboratorio. Referencias: [1] Brechas tecnológicas en procesos de molibdenita y filtrado de cobre en planta
de productos comerciales Andina [En línea] [consultado el 02 de septiembre de 2018]. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/88755221/Manual-Filtrado-Larox [2] Fernando Concha A. (2001). Manual de filtración y separación [En línea]
[consultado
el
02
de
Septiembre
de
2018].
Disponible
en:
www.researchgate.net/profile/Fernando_Concha/publication/276409073_Manual_d e_Filtracion_y_Separacion/links/5582ecd508ae8bf4ba6f8412/Manual-deFiltracion-y-Separacion.pdf
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas [3] Boletín Minero, Filtración de concentrados [en línea] [Citado el 2 de septiembre
de
2018].
Disponible
en:
www.fundaciontecnologica.cl/sonami/wp-
content/uploads/2017/05/Art%C3%ADculo-FT-Bolet%C3%ADn-Minero1300_2016_06.pdf [4] Capone, M. (2016). Filtro de prensa para relaves. (Tesis de postgrado).
Universidad de Chile, Santiago. [5] Etcheberrigaray, M., (2007). Diseño de banco de pruebas para placas de
filtración de polietileno de ultra alto peso molecular. (Tesis de postgrado). Universidad de Chile, Santiago. Apéndice:
Ejemplo de cálculo: Caso velocidad de filtración para un filtro de presión con un porcentaje de sólido en alimentación del 10%
60 ∗ (1500−245.88) =24,982 [ ] = 60∗ = ∗ 3,012 ∗1000 ∗ Caso cálculo de capacidad de filtración para un filtro de vacío con un porcentaje
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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas Tabla 3. Datos experimentales, masa de queques en distintos filtros. Peso
Peso
Peso
papel
papel
Peso
húmedo
filtro
filtro
inicial
filtro
presión
vacío
seco [gr]
Presión
[gr]
[gr]
10
15,000
15,000
159,800
262,000
272,000
172,000
183,000
30
15,930
15,640
551,900
665,270
812,660
548,360
543,070
50
15,650
15,870
1083,300
1244,350
1524,130
1100,130
1067,350
Peso Concentración
Peso final Peso final
húmedo
de sólidos [%]
seco seco
filtro
presión vacío [gr]
vacío [gr]
[gr]
[gr]
Tabla 4. Datos experimentales experiencia filtración.
Tiempo de filtrado [min] Concentración de sólidos [%]
Densidad de pulpa [g/cm3]
Filtro a presión
Altura Filtro a vacío queque filtro
Altura queque filtro
presión
Vacío
10
1,066
3,012
8,930
0,268
0,572
30
1,226
6,110
35,560
0,734
1,036
50
1,444
10,616
75,000
1,530
1,943
Tabla 5. Datos experimentales, Volumen del queque por tipo de filtrado.
Concentración de sólidos
Volumen del queque filtro a
Volumen del queque filtro a
