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Sedimentación,

Clasificación y

Ciclones

Angel M. Meléndez

Sedimentación de partículas

Separación por sedimentación de partículas

Gra

do

de

e

spe

sad

o

Agua clarificada

Flujo superior

agua turbia

Cono clasificador de sedimentación simple

<60˚

Industria de áridos: deslamado de arena gruesa

Clasificación

• Es la separación de partículas según su rapidez de asentamiento en un fluido: agua o aire.

• Corriente de respuesta positiva: Contiene las partículas de asentamiento más rápido, también es conocida como pesados, arenas, producto de descarga inferior, hundidos o sobretamaño.

• Corriente de respuesta negativa: contiene las partículas de asentamiento lento, también es conocida como ligeros, lamas, rebose, derrame o subtamaño.

Clasificación

• A pesar que la clasificación es una operación desarrollada para la separación de partículas de acuerdo con su tamaño, el efecto que tiene la diferencia de densidad aparente entre las diferentes especies involucradas y otros factores que influyen en el proceso, hacen que en algunos casos esta sea una operación más de selección que de clasificación.

Clasificación

• Controlar la molienda en un circuito cerrado.• Separación de tamaños finos y gruesos, que no

puede ser realizada por cribado por que son demasiado finos.

• Dividir una distribución de tamaños de intervalo grande en varias fracciones.

• Restringir la distribución de las partículas que van a entrar a un proceso de concentración.

• Efectuar una concentración de las partículas más pesadas y pequeñas de las más grandes y ligeras.

Tipos de clasificadores

• De acuerdo con la forma de descarga de los sobretamaños:

–Clasificadores de descarga mecánica

–Hidrociclones

–Ciclones neumáticos

Hidroseparador

Espesadores o clarificadores

Hidroseparador

Clasificadores mecánicos

Clasificador de tornillo (Akins)

4t/h < T < 350 t/hPasado: molienda de minerales en circuito cerrado por vía húmeda. Actualmente: lavador-decantador o espesador en preparación de arenas, caolín.


Clasificador de rastrillo (Dorr)

Similar al clasificador de tornillo.

Fondo inclinado liso (9˚-14˚).

El corte está restringido para tamaños inferiores a 80 m.


• Decantadora Noria:

– Lavado de arenas y gravas.

– Las arenas decantadas son elevadas y separadas en cangilones.

Clasificadores hidráulicos de contracorriente

• Principio:

Clasificador hidráulico simple

• Clasificador de corriente ascendente.

• Descarga: 75-80% en peso de sólido.

• Regulación de corte (1-0.075 mm) velocidad de ascenso.

Clasificador hidráulico múltiple

• Doble fondo con chapa perforada para el paso de agua a presión.

• Las perforaciones decrecen a lo largo de lo compartimentos.

• Varios compartimentos.

Clasificador hidráulico múltiple

• Capacidad: hasta 400 t/h.

• Empleo: plantas de obtención de arenas.

Clasificación hidráulica

• La clasificación hidráulica, que emplea sólo la acción de la gravedad, es importante en aquellas aplicaciones donde se exigen cortes granulométricos comprendidos entre 50 m y 2 mm.

• Cuando la clasificación hidráulica o neumática se ayuda también de la aceleración centrífuga. Los cortes granulométricos, que permiten las máquinas, pueden bajar a órdenes de algunas micras (40-400 m y 5-1000 m).


Gra

do

de

e

spe

sad

o

Agua clarificada

Flujo superior

agua turbia

Hidrociclones

• Los mismos fenómenos ocurren en una suspensión en rotación, sólo que las fuerzas centrífugas (hasta 10000 g) producen los efectos de separación por aumento del grado de sedimentación.

• Los equipos que normalmente se emplean son las centrífugas con camisa maciza.

Ciclones• Una pulpa o un gas de

partículas entra tangencial cerca de la tapa del ciclón.

• El flujo de la pulpa o el gas es forzado en un espiral hacia abajo.

• Cerca del fondo del ciclón, la pulpa o el gas invierte su espiral y se mueve hacia arriba en un espiral interno más pequeño.

• Las partículas finas salen a través del “vortex findertube”. Descarga inferior

Rebose: Partículas de asentamientolento.

Partículas de asentamientorápido

Vórticeprimario

Conductode entradatangencial

Alimentación

Hidrociclones

• La aceleración centrífuga en el vórtice secundario, es más alta que en el primario.

Hidrociclones

• Las grandes fuerzas de separación impiden que las partículas floculen, limitando la cantidad de sólidos recuperados.

• Lo anterior es compensado por la eficacia del tamaño de separación en comparación con los clasificadores hidráulicos.

Hidrociclones

La forma de las partículas

• Partículas muy planas, como la mica, tienden a irse hacia el flujo superior, aún cuando sean relativamente pesadas.

• No es posible predecir resultados, basándose simplemente en los cálculos.

Hidrociclones

• Dependiendo del grado

de recuperación de

sólidos deseado en el flujo

inferior (underflow), el

hidrociclón puede actuar

como clarificador o

clasificador.

Hidrociclones• Se fabrican en acero, imponiéndose en muchas

aplicaciones los materiales plásticos.

• Interiormente están revestidos de material cerámico, NiHard, poliuretano, neopreno, entre otros.

Hidrociclones

Curva de partición:

• Se obtiene relacionando el porcentaje de la fracción de alimentación en peso de la descarga inferior versus el tamaño de partícula correspondiente a dicha fracción.

Hidrociclones

• El tamaño de corte (tamaño de separación), d50, es el tamaño al cual las partículas sólidas son igualmente repartidas en la descarga y rebose. Su precisión depende del d25 y el d75.

• La eficacia de la clasificación (imperfección) está dada por la pendiente:

Hidrociclones

• Si la descarga ocurre en cordón, el hidrociclón trabaja como espesador(70% de sólidos).

• Si ocurre en forma de paraguas, el hidrociclón funciona como clasificador

(40-60% de sólidos)

Hidrociclones

• Si se desea un buen “desarenado” en el flujo superior junto con un buen deslamado en el flujo inferior, se requieren dos etapas, conexión X,

OPERACIÓN DE UN HIDROCICLÓN

La descarga

• El flujo de descarga permite al operador experto conocer el estado del hidrociclón.

• Una operación en cordón no es necesariamente síntoma de una mala operación.


La descarga

• Una descarga en paraguas muy abierto es generalmente signo de una boquilla demasiado grande, lo que implica un flujo muerto o by-pass.

• Una descarga en paraguas es un estado deseado por el operador.


El rebose

• El flujo del rebose debe ser uniforme.

• La discontinuidad en el flujo denota que el hidrociclón opera a baja presión o con caudal insuficiente.


El ruido y la vibración

• Una concentración de sólidos muy elevada lleva a un detenimiento de las corrientes .

• Tendencias al bloqueo de la descarga o aire en exceso se traducen en vibraciones anómalas.

La presión


La descarga

• Una descarga intermitente pasando de cordón a paraguas puede deberse a una presión ligeramente baja o un diámetro de boquilla al límite.

• Ambas provocan la sedimentación en la parte final del cono, el cual desaparece una vez que aumenta la presión en el interior.


Tamaño de separación

• Actualmente existen instrumentos bastante fiables para determinar en tiempo real el tamaño de partícula en una pulpa con sólidos en suspensión, sin embargo dado su elevado costo tan sólo las plantas de gran tonelaje o muy automatizadas poseen estos equipos.



Determinación práctica:

• Se toma 1 L de muestra de la pulpa con las partículas a determinar (generalmente el rebose del hidrociclón), y se pesa para determinar la densidad de la pulpa p.

• Se determina la masa de sólidos en suspensión en el volumen de muestra tomado, J1:



• l.y s son la densidad del líquido y el sólido.

• Se vierte la muestra sobre el tamiz de control y se realiza el tamizado con agua limpia.

• La fracción retenida se coloca en el recipiente para la toma de una nueva muestra y se completa hasta el nivel con agua.

• Se repite el procedimiento con la nueva muestra para calcular J2.



• La relación de ambas masas de sólidos J2/J1

corresponde al porcentaje de partículas más gruesas que el tamaño del tamiz de control elegido.

• Este procedimiento es más exacto cuanto mayor sea el número de partículas gruesas retenidas.

• Los errores con éste método son menores al 10 %.


Principales aplicaciones de hidrociclones

1 Espesado, clarificación.

2 Deslamado (clarificación parcial).

3 Desarenado, refinado, eliminación del sobretamaño.

4 Circuitos cerrados de molienda.

5 Clasificación selectiva (separación).

6 Recuperación de sólidos (rechazo).

7 Fraccionamiento, clasificación.

8 Pre-concentración (separación).

9 Recuperación de líquidos (clarificación).

10 Lavado en contra corriente.

Distribución granulométrica para la aplicación del hidrociclón

refinado

clasificación

deslamado

clarificación

Forma de hidrociclones y su aplicación

Otros usos de los ciclones

• Las aplicaciones de los ciclones incluyen cualquier ámbito de separación para productos pulverulentos de alto valor y condiciones de trabajo críticas.

• Para la recuperación de productos sensibles, los ciclones son equipos insustituibles porque pueden capturar el material directamente, evitando la captación de material en los filtros y evitando la contaminación provocada por las bolsas de los filtros de mangas, la contaminación cruzada de productos y la degradación del producto con la temperatura. Además se evita la pérdida del producto.


• Dispositivos industriales de limpieza.

• Industrias de proceso:

– Recuperar y reciclar ciertos catalizadores en refinerías del petróleo .

– Recuperar el café liofilizado en plantas de la transformación de los alimentos.


• Dispositivos industriales de limpieza.• Industrias químicas de proceso:

– Recuperación catalítica (recuperar y reciclar ciertos catalizadores en refinerías del petróleo).

– Recuperar el café liofilizado en plantas de la transformación de los alimentos.

– Secadores farmacéuticos.– Química fina.– Nanopartículas.– Aceites y grasas.– Procesos de calcinación.– Procesos de separación a alta temperatura.

Desventajas

• Bajos rendimientos (especialmente para las partículas muy pequeñas).

• Altos gastos debido a la energía requerida para superar la caída de presión.

Clasificadores neumáticos

• La clasificación por aire o neumática tiene un campo limitado en el procesamiento de minerales, ya que es necesario que los productos estén secos.

• Industria del carbón, el cemento, y aquellos minerales que no requieren etapas posteriores y/o previas por vía húmeda.

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