Lab 3° - Sedimentacion (Proce Ii)

 

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

LABORATORIO N°03 – SEDIMENTACION SEDIMENTACION   CURSO: PROCESAMIENTO PROCESAMIEN TO DE MINERALES II

PROFESOR:  MARTINEZ AGUILAR, DAVID PEDRO

 ALUMNO: GALICIA GRIGORIEVA, JUAN DIEGO

20081237K  20081237 K  

FIGMM

2014-II

 

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3° Laboratorio de Procesamiento de Minerales II SEDIMENTACION

0 

 

 

INTRODUCCION

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2

OBETIVOS

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2

FUNDAMENTO TEORICO

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3

PROCEDIMIENTO

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9

CONCLUSIONES

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12

RECOMENDACIONES RECOMENDACI ONES

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BIBLIOGRAFIA

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Uno de los procesos más ampliamente usados en la industria minera y tratamiento de agua es la sedimentación. Se entiendo por sedimentación a la remoción, por efecto gravitacional, de las partículas en suspensión en un fluido, y que tengan peso específico mayor que el fluido. En un determinado intervalo intervalo de tiempo no todas las part partículas ículas en suspensión sedimentan. sedimentan. A las que sedimentan e en n un intervalo de tiempo elegido se les llama lla ma “solidos sedimentables”  sedimentables”  La sedimentación como tal, es en esencia un fenómeno netamente físico. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. A menudo se utiliza para designar a la sedimentación los términos de: clarificación, cuando hay un especial interés en el fluido clarificado y espesamiento, cuando el interés está en la suspensión concentrada. c oncentrada. La sedimentación es una operación unitaria que consiste en la separación por medio de la acción de la gravedad de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el e l del agua. Es lla a operación unitaria más utilizada en el tratamiento de aguas residuales y en la mayoría de los casos el objetivo principal es la obtención de  un efluente clarificado en función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: discreta, floculenta, retardada (Zonal) y por compresión. Es en este tema donde se van a abordar las aplicaciones del flujo externo, que son las operaciones de separación sólido fluido, como son la sedimentación. Sin embargo, estas operaciones de separación son, en gran medida, discontinuas. Por ejemplo, en la sedimentación, no puede abordarse como la simple caída de sólidos en el seno de un líquido, ya que, con el tiempo, estos se acumulan en la parte interior, y producirá un aumento de concentración de sólidos que hará que disminuya la velocidad de caída de sólidos, si n contar con la formación de un sedimento espeso. Esta discontinuidad de operación, aunque existan equipos donde la operación sea continua requieren un análisis riguroso del flujo externo.

 

Determinar la velocidad de sedimentación de un concentrado de Pb-Cu-Zn, sin floculante y con floculante.

 

Observar la diferencia de sedimentación de una pulpa sin floculante y una a la que se le agrega floculante.





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2 

 

 

FLOCULACION Floculación es la operación unitaria en donde a través de un polímero orgánico denominado “Floculante Floculante”” es posible agrupar las partículas finas suspendidas en una pulpa o suspensión, provocándose una sedimentación artificial de ellas. Este fenómeno físico se denomina “Floculación”.  “Floculación”.   Estos polímeros orgánicos son de la familia de las “Poliacrilamidas” con un alto peso molecular. Se encuentran disponible en el mercado en una amplia variedad. En una suspensión o pulpa de minerales, pueden existir partículas muy grandes que sedimentan rápidamente en forma natural, mientras que las partículas muy finas, tienden a quedar suspendidas, sin sedimentar en forma natural. Estas partículas muy finas deben ser agrupadas entre sí para que aumenten su peso y puedan sedimentar. La velocidad de sedimentación de cualquier partícula solida depende de: Su tamaño y peso.   El pH de la suspensión o pulpa.   La viscosidad del medio que la suspende.   La densidad relativa del medio que la suspende.   Las fuerzas que interactúan entre las partículas suspendidas, ya sean atrayentes o repelentes.   Si las fuerzas repelentes  repelentes  dominan, el agrupamiento de las partículas sólidas no ocurre, mientras que si actúan las fuerzas atrayentes ocurre atrayentes  ocurre el agrupamiento y asentamiento de los flóculos más grandes. Para el caso de suspensiones o pulpas, las partículas de minerales tienen casi generalmente cargas superficial negativas, excepto en pocos casos en donde el pH de la pula es muy bajo. Para lograr una sedimentación más rápida de partículas sólidas suspendidas, se agrega a la suspensión o pulpa, floculante, el cual es un polímero con cargas positivas que actúa formando redes poliméricas, con el fin de lograr un agrupamiento electrostático de las partículas finas solidas cargadas negativamente. Considerando que las partículas sólidas de minerales tienen casi en su mayoría cargas negativas, los floculantes más usados en la minería son los aniónicos de alto peso molecular. m olecular. En las siguientes dos figuras se muestra el mecanismo de floculación de partículas sólidas con un polímero.

Mecanismo de floculación

En la primera etapa se agrega el floculante a la suspensión o pulpa con partículas sólidas. Posteriormente comienza la adsorción (electrostática) del polímero con las partículas sólidas. Finalmente, ocurre el puenteo o unión de cargas contrarias atrayentes, formándose los flóculos o redes poliméricas, que al aumentar su peso sedimentaran en forma más rápida. En la siguiente figura se aprecia el efecto filtro que ocurre cuando una partícula sólida no floculada es atrapada en la red polimérica de partículas sólidas perfectamente floculadas. Al formarse una red polimérica floculada de partículas finas suspendidas, esta aumenta su fuerza-peso produciéndose una sedimentación más rápida.

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Efecto filtro en la floculación

Pruebas y preparación de floculantes La selección del floculante adecuado se realiza en base empírica con el soporte de la experiencia práctica del operador. El criterio de selección de un floculante se basa en: el costo, velocidad de sedimentación, claridad del sobrenadante y requerimientos de compactación o concentración de sólidos en la descarga. Considerando que las condiciones de proceso pueden cambiar en el tiempo, se deben hacer periódicamente pruebas de floculación, bajo distintas condiciones de proceso. Usualmente los floculantes son usados más eficientemente a concentraciones diluidas, de entre 0.01 a 0.05% (0.1 a 0.5 g/L). Es recomendable agregar el floculante en distintos puntos de la canaleta o tubería de alimentación al espesador, cuidando no destruir los flóculos por la agitación o turbulencia natural de la pulpa al entrar al feedwell.

Tipos de floculantes En el mercado de reactivos químicos existen tres tipos de floculantes sintéticos más usados: Floculantes aniónicos: aniónicos: Son los más usados en la sedimentación de pulpas de minerales y concentrados, tales como Cu, C, Pb, Zn, etc. Los consumos o dosificaciones típicos varían entre 2 a 50 g/Ton (gramos de floculante por tonelada de solidos secos). También pueden usarse como ayuda filtrante. Floculantes no-iónicos: Son no-iónicos: Son también usados en la sedimentación de pulpas de minerales y concentrados, especialmente en lamas de mineral de Fe, y flotación de Oro etc., son muy efectivos en pulpas acidas. Los consumos o dosificaciones varían entre 1 a 50 g/Ton. También pueden usarse como ayuda filtrante. Floculantes catiónicos: son catiónicos: son principalmente usados en la sedimentación de desperdicios de carbón, lamas de mineral de hierro y concentrados de minerales, etc. Los consumos o dosificaciones típicos varían entre 25 a 250 g/Ton. Son también efectivos para la clarificación de las aguas extraídas de la mina, en dosificaciones de entre 5 a 50 g/Ton.

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SEDIMENTACION La sedimentación es la operación unitaria, consistente en separar por gravedad, desde una suspensión o pulpa, un fluido claro que sobrenada y un lodo de mayor contenido de sólido, utilizando la velocidad de sedimentación de las partículas sólidas. La sedimentación se puede acelerar mediante el uso de floculantes, los cuales forman redes poliméricas que atrapan las partículas sólidas finas y aceleran la sedimentación.

Curva de sedimentación

Usos Clarificación: Clarificación: Obtener  Obtener fase líquida sin sólidos en suspensión suspara pensión (poroperación ejemplo: tratamiento de(por aguas) Espesamiento:  Espesamiento:   Obteneruna una pulpa declara, densidad adecuada alguna subsiguiente ejemplo: pulpa para filtrado).

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  Variables en la sedimentación: pH de la pulpa.     Temperatura de la pulpa Dosis y tipo de floculantes.   Gravedad especifica del sólido.   Viscosidad de la pulpa.   Granulometría del mineral.   % de Solido en la alimentación y descarga.   Se pueden distinguir cuatro tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento al movimiento de las partículas que sedimentan: Sedimentación discreta: Ocurre en suspensiones diluidas, las partículas tienen muy poca interacción con otras   mientras sedimentan. Las partículas sedimentan de acuerdo a la Ley de Stocks Sedimentación floculante: las floculante: las partículas floculan conforme sedimentan. La velocidad de los flóculos se incrementan   con el tiempo. Sedimentación libre:  libre:  Se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción La  interacción entre partículas   puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad su  velocidad de de caída  caída libre en el fluido. Sedimentación por zonas: Se zonas: Se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las   partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación. Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos:   Sedimentación intermitente o discontinua: el discontinua: el flujo volumétrico total de materia de  materia fuera del sistema del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. Sedimentación continua:  continua:  la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una   segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen estacionario.

Sedimentación por zonas  En la figura 1 se representa el proceso el proceso de sedimentación por zonas en una probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el sólido, que se encuentra con una concentración inicial x0 (figura 1a), comienza a sedimentar (figura 1b), estableciéndose una interfase 1 entre la superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que queda en la parte superior ( zona  zona A). A). La zona por debajo del líquido clarificado se denomina denomina zona  zona interfacial ( zona  zona B). B). La concentración de sólidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentación puede calcularse a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase 1 frente al tiempo. al  tiempo.   Simultáneamente a la formación de la interfase 1 y de la zona interfacial, se produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada  zona de compactación ( zona  zona D). D). En esta zona la concentración de sólidos en suspensión es también uniforme y la interfase que bordea esta zona , interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V.

Fig.1 Proceso de sedimentación por zonas

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  Entre la zona interfacial y la zona de compactación se encuentra la zona la  zona de transición ( zona  zona C ). ). En esta zona la velocidad de sedimentación de los sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la  densidad de la suspensión, cambiando la concentración de sólido gradualmente entre la correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactación. Las zonas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse, produciéndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crítico tc, tc, desapareciendo la  zona de transición  transición  (figura 1c). En este momento el sólido sedimentado tiene una concentración uniforme Xc uniforme  Xc o concentración crítica, crítica, comenzando la compactación y alcanzándose, posteriormente, la concentración final Xu final  Xu (figura  (figura 1d). La velocidad de sedimentación en el momento tc corresponde tc corresponde a un valor un valor Vc Vc dado  dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentación en el punto C, tal y como se indica en la figura 2 donde Vc < Vs. Vs.

Fig. 2 Representación gráfica de la altura frente al tiempo

Sedimentación discontinua Para explicar cómo se desarrolla esta operación se recurrirá a describir un posible experimento de sedimentación discontinua efectuado en un cilindro de vidrio a fin de poder observar a través de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensión. La suspensión puede ser no floculenta o incompresible, cuando las partículas no forman flóculos (probablemente ocurrirá en tamaños grandes, superior a 1 mm) o floculenta o compresible, cuando las partículas forman flóculos, con líquido en su interior.

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  Las zonas de sedimentación y la del líquido claro crecen a expensas de las zona de concentración uniforme hasta que desaparece (punto crítico). Hasta este punto, las partículas sedimentan libremente, chocando eventualmente debido a la concentración Después del punto crítico, las partículas descansan una sobre otra produciéndose una compresión final. Esto ocurre debido al peso de la columna hidrostática. La única interfase nítida es la existente entre el agua clara y la pul pa. La variación de esta altura respecto del tiempo se utiliza para caracterizar la sedimentación batch. La velocidad de desplazamiento se calcula mediante la pendiente de la curva. La curva presenta tres zonas típicas: Recta al principio, en que la velocidad de la interfase es constante   

  



Tramo curvo, cuando desaparece la zona de concentración constante Asintótica, después del punto crítico

Sedimentador continuo El diseño de un sedimentador continuo puede realizarse a partir de los datos obtenidos en experimentos en  experimentos discontinuos. La sedimentación continua se realiza industrialmente en tanques cilíndricos a los que se alimenta constantemente la suspensión inicial con un caudal inicial Q 0 y una concentración inicial C 0 (figura 3). Por la parte inferior se extrae un lodo con un caudal Qu y una concentración Cu, normalmente con ayuda de rastrillos giratorios, y por la parte superior del sedimentador continuo se obtiene un líquido claro que sobrenada las zonas de clarificación (A), sedimentación (B-C) y compresión (D) que pueden distinguirse en la figura 3. En un sedimentador continuo, estas tres zonas permanecen estacionarias.

Fig. 3 Sedimentador continuo

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La prueba de sedimentación se realizó con un %S de 15%, entonces la cantidad de mineral m ineral a utilizar se calcula mediante: =

 

+

(100%− %) %

 

Donde:  = 1000ml  = peso de muestra a hallar   = 2.743 % = 15%

Reemplazando:  = 165.8 

SEDIMENTACIÓN SIN FLOCULANTE Se llena la probeta hasta aprox. 800ml con agua, luego adicionamos el mineral y finalmente enrazamos con agua hasta 1000ml. Se mide la altura desde la base de la probeta hasta el tope de 1000ml, este será nuestro    Con ayuda de un agitador se homogeniza la pulpa por un minuto, luego del cual se retira el agitador. Se realizan marcas con ayuda de una cinta, cada minuto se marca la posición tope de material solido sedimentando. Con las marcas se mide las alturas y se construye una curva ““altura altura de sedimento vs tiempo”. tiempo”.  

SEDIMENTACIÓN CON FLOCULANTE Hecha la prueba sin floculante, se le agrega a la probeta unos 5-6 ml de un floculante (o combinación de estos), se agita la mezcla por unos 20 segundos. Se retira el agitador y se toman las alturas a diversos tiempos, teniendo cuidado esta vez, ya que la sedimentación es mucho más rápida que en el anterior caso. E igualmente se construye la curva “altura “altura de sedimento vs tiempo”, tiempo ”, y se compara contra la anterior prueba.  prueba.  

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CON FLOCULANTE 2ml "MT4302" + 4ml "Superfloc A-110"

SIN FLOCULANTE tiempo (s)

h (cm)

0

34.5

60

31.4

120

Vs (cm/min)

tiempo (s)

h (cm)

Vs (cm/min)

10

33.65

3.1

20

31.7

11.7

29

2.4

30

30.7

6

180

26.9

2.1

40

29.8

5.4

240

24.4

2.5

50

28.4

8.4

300

21.3

3.1

60

26.9

9

360

18.8

2.5

70

25.6

7.8

420

16.7

2.1

80

24.5

6.6

480

13.9

2.8

90

23.4

6.6

540

11.6

2.3

100

22

8.4

600

9.3

2.3

110

20.3

10.2

660

6.7

2.6

120

19.3

6

720

5.6

1.1

130

17.75

9.3

780

5.25

0.35

140

16

10.5

840

5

0.25

150

14.5

9

900

4.85

0.15

160

12.6

11.4

960

4.75

0.1

170

11

9.6

1020

4.68

0.07

180

9.3

10.2

1080

4.62

0.06

195

8.6

2.8

1380

4.5

0.024

210

8.1

2

1680

4.2

0.06

240

7.6

1

270

7.2

0.8

300

6.9

0.6

360

6.6

0.3

420

6.3

0.3

480 540

6.1 5.95

0.2 0.15

660

5.7

0.125

780

5.5

0.1

900

5.3

0.1

  = 34.5  

Curva de Sedimentación F I G M M 

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Curva de Sedimentación 40 Sin floculante Con floculante

35 30 25

    )    m    c     ( 20    a    r    u    t     l    a

15 10 5 0 0

200

400

600

800

1000 tiempo (s)

SIN FLOCULANTE t (s)

h (cm)

600

9.3

660

6.7

720 780

Vs (cm/min)

1200

1400

1600

1800

CON FLOCULANTE t (s)

h (cm)

Vs (cm/min)

180

9.3

2.6

195

8.6

2.8

5.6

1.1

210

8.1

2

5.25

0.35

240

7.6

1

1.35

270

7.2

0.8

300

6.9

0.6

1.44 Las velocidades de sedimentación son como siguen:

 ((si sin n  . .)) = 1.35 /  (con.) = 1.44 / 

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 

La velocidad de sedimentación como se esperaba, resultó ser mayor con la adición de floculante. El mineral se acentuaba con mayor rapidez habiendo añadido el floculante.

 

En la prueba sin floculante, se observa que la sedimentación ocurre de forma muy lenta, de manera tal que se tiene una velocidad constante recién a partir del minuto 18. En cambio en la prueba con floculante se tiene una velocidad de sedimentación constante a partir del minuto 13 aprox.

 

Para la prueba con floculante se utilizó una mezcla de 2 de estos floculantes, dando como resultado una sedimentación aceptable.

 

Trabajar con cuidado para no cometer errores en el proceso.

 

Es recomendable que 3 personas estén atentas durante el proceso de medición ya que la sedimentación es un proceso que ocurre rápido, además también es necesario saber reconocer la diferencia entre la zona clarificada y la zona con sólidos en suspensión.

 

Tener especial cuidado al trabajar con floculante, ya que la sedimentación ocurre muy rápido, es por eso que se requiere tener buena sincronización y adiestramiento para la medición.

 

Trabajar con la probeta en un lugar con mucha luz de contraste para poder notar mejor las diferentes zonas en la pulpa.









Apuntes y diapositivas del Curso de Procesamiento de Minerales y Materiales II http://es.scribd.com/doc/62959658/Clase-07-Espesamiento-y-Floculacion   http://es.scribd.com/doc/62959658/Clase-07-Espesamiento-y-Floculacion http://www.monografias.com/trabajos82/sedimentacion-y-espesamiento-minerales/sedimentacion-y-espesamientohttp://www.monografias.com/trabajos82/sedimentacion-y-espesamiento-minerales/se dimentacion-y-espesamientominerales2.shtml   minerales2.shtml http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/sho/Sedimentacion.pdf   http://www.bvcooperacion.pe/biblioteca/bitstream/123456789/3938/3/BVCI0003303_5.pdf   

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