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CAPÍTULO VCONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA

POR:MSc. INGº. NATANIEL LINARES

GUTIÉRREZDOCENTE ESME/FAME – UNJBG

TACNA - PERÚ2012

nlinaresg6@hotmail.comMSc. Ing. Nataniel Linares G

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OBJETIVO

• Al concluir el estudio de este capítulo el estudiante debe estar capacitado para entender los principios básicos en los que se sustenta la operación de separación electrostática. En consecuencia, estará capacitado para realizar estudios de investigación, diseño, evaluación y operación de circuitos de esta naturaleza en una Planta de Procesamiento de Minerales

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INTRODUCCIÓN

• La separación electrostática es un método de separación basado en la diferente atracción o repulsión de partículas cargadas bajo la influencia de un campo eléctrico. La aplicación de una carga electrostática a las partículas es un paso necesario antes de que su separación pueda tener lugar.

• Es frecuente combinarla con separación gravimétrica y magnética para tratar minerales no sulfuros.

• La mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio.

• La separación electrostática es uno de los procesos físicos menos conocidos que se utilizan en el beneficio de minerales. Sin embargo, millones de toneladas de menas de titanio, menas de hierro, sales y otros minerales se procesan cada año en forma económica, eficiente y segura. En estos 20 últimos años, han ocurrido los mayores avances en separación electrostática y su aplicación.

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CONCENTRACIÓN O SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA

• La separación eléctrica o electroforética se realiza exclusivamente en seco, lo cual es importante para su aplicación en zonas áridas.

• La separación eléctrica denominada también

separación de alta tensión utiliza la diferencia en la conductividad eléctrica entre los varios minerales en la mena alimentada a un separador, donde las fuerzas de origen eléctrico se ejercen, dentro de un campo eléctrico, sobre las partículas cargadas eléctricamente y sobre partículas que tienen una constante dieléctrica diferente de la del medio en que se encuentran. La separación eléctrica de minerales se efectúa en dos fases:

1. Cargado de las partículas, que debe ser

selectivo, debiendo las partículas adquirir cargas de diferente magnitud y de preferencia, de signo opuesto.

2. La separación en dos o más productos, de acuerdo a las cargas adquiridas.

Cargado de las partículas

Cortador de flujo

Electro

do

Neg

ativo

Electro

do

Po

sitivo

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MECANISMOS DE LA SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA

En la separación electrostática hay tres etapas distintas que deben considerarse. Estas son:

La carga de las partículas.

La separación de una superficie

puesta a tierra, y

La separación causada por la

trayectoria de las partículas.

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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.

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ELECTROFORESIS

• La electroforesis es el movimiento de un cuerpo o partícula cargada bajo la influencia de un campo eléctrico, donde si ponemos simplemente cargas iguales se repelen y cargas desiguales se atraen unas a otras, tal como se muestra en la figura. La separación electrostática de minerales utiliza la electroforesis cuando la fuerza actuante sobre una partícula es debida a la interacción de un campo eléctrico y una partícula cargada. El campo eléctrico puede ser generado por un alto voltaje o el campo eléctrico es el propio de las partículas cargadas.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

++ +

+--

+

+

Campo eléctrico uniforme Campo eléctrico no uniforme

D.C

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MECANISMOS DE CARGA Y DESCARGA

Los mecanismos de carga y descarga resultan de uno de las siguientes categorías de distribución de carga :

Partículas de dos especies diferentes entran a una campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto.

Partículas de dos especies diferentes entran a una zona de separación donde sólo un tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa.

Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos dipolares significativamente diferentes.

Se requiere un campo eléctrico.

Los rangos de potencial eléctrico son de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales.

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MECANISMO DE CARGADO DE LAS PARTICULAS

El mecanismo de cargado de las partículas puede ocurrir en tres formas:

Por bombardeo

iónico.

Por inducción conductiva, y

Por contacto o

triboeléctrico.

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CARGA POR BOMBARDEO DE IONES

• El cargado y separación de mineral seco por bombardeo iónico es la forma más común de separación electrostática. Millones de toneladas de mineral se procesan cada año por este método, donde este bombardeo de iones o electrones, no es más que la conducción de electricidad por el aire. En la separación por bombardeo iónico, el material granular se alimenta a un cilindro de metal giratorio y cargado por la corona producida por un electrodo ubicado arriba de la superficie del rodillo, tal como se observa en las figuras.

+ +++

+ + +++

+

Electrodo

A tierra

AlimentoElectrodo

ConductoresNo conductores

Rodillo metálico

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CARGADO POR INDUCCIÓN CONDUCTIVA• Si se coloca una partícula de

mineral sobre una superficie conductora conectada a tierra en presencia de un campo eléctrico, rápidamente la partícula adquirirá una carga superficial por inducción. La partícula conductora pierde su carga negativa y se carga positivamente, es decir, tendrá una superficie equipotencial en contacto con la superficie conductora conectada a tierra; mientras que la partícula no conductora conserva su carga y permanece eléctricamente neutra o polarizada.

+ + +++

+ ++++

+

-

Electrodo no ionizante

Partícula conductoraA tierra

+ + +++

+ ++

-

Electrodo no ionizante

Partícula no conductoraA tierra

---

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CARGADO POR CONTACTO O TRIBOELÉCTRICO

• La electrificación por contacto es uno de los métodos antiguos utilizados para separar electrostáticamente minerales no conductores.

• Cuando dos partículas de

minerales diferentes se ponen en contacto y luego se separan, éstas se cargan con signos opuestos debido a la transferencia de electrones de una partícula a la otra a través de la superficie de contacto y ocurre siempre que haya movimiento masivo de las partículas.

+ -

+

-

+

++

+

++ +

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--

--

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-+

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+

+

+

+

+

+

Alimento

Material cargado positivamente

Material cargado negativamente

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TIPOS DE EQUIPOS

Existen dos tipos básicos de separadores electrostáticos que se les puede describir como:

Separadores electrodinámicos,

y

Separadores electroestáticos.

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SEPARADORES ELECTRODINÁMICO

• Se basan en el diseño original de Carpenter. También se les llama separadores de alta tensión

• Estos equipos son capaces de tratar minerales en el rango de 50 a 100 micrones. Hay de varios tamaños, generalmente los diámetros de los tambores van de 150 a 240 mm y las longitudes llegan hasta 3 m. La capacidad que depende de muchos factores, se obtiene capacidades hasta de 2 500 kg/hr m de longitud del tambor con minerales de hierro y aproximadamente de 1000 kg/hr m con minerales de arena de playa.

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VARIABLES DE OPERACIÓN • Las variables de operación para optimizar el

rendimiento del separador son:– La velocidad de alimentación, que puede

aumentarse hasta que la calidad del producto alcance un nivel mínimo aceptable.

– La velocidad del tambor.– La posición del electrodo.– El voltaje, pero dentro de un intervalo

limitado, el intervalo de voltaje de descarga de corona estable es bastante estrecho para cualquier posición del electrodo.

– La posición del repartidor del producto.

• En estos equipos se utilizan descargas de

corona tanto positivas como negativas, pero se prefiere el electrodo negativo, porque puede producir una corona más intensa en antes de que se produzca arco.

• Los separadores se suministran con fuentes de energía de 40 000 voltios CD, y trabajan hasta dicho nivel.

• El paso de corriente es bajo y varía de 5 a 15 mA por metro de longitud del tambor.

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SEPARADORES ELECTROESTÁTICOS

Existen dos tipos de separadores electroestáticos:

Separador electroestático de

tambor.

Separador electroestático de

placas.

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SEPARADOR ELECTROESTÁTICO DE TAMBOR

• El separador electroestático tipo rotor es similar, en apariencia, al separador de alta tensión. Sin embargo, el separador electroestático 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, en este caso, 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 atraída hacia el electrodo. Así, la partícula conductora es lanzada desde el la superficie por la atracción con el electrodo, mientras que la partícula no conductora continua 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.

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SEPARADOR ELECTROESTÁTICO DE PLACAS

• Se fabrican dos separadores del tipo placa :– el separador electroestático de placa

y (a)– el separador electroestático de malla

(harnero) (b). • 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.

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APLICACIÓN

• Los separadores de placa se utilizan para limpiar pequeñas cantidades de no conductores partiendo de una alimentación predominantemente conductora.

• Los separadores de criba o rejilla se utilizan para eliminar pequeñas cantidades de conductores de una alimentación principalmente no conductora.

• Una de las principales aplicaciones de los separadores electrostáticos son para los minerales de hierro y para la explotación de los minerales contenidos en las arenas de playa.

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Minerales conductores y no conductoresMinerales No Conductores Minerales No Conductores Minerales Conductores Minerales Conductores

Se adhieren o fijan al rotor Se adhieren o fijan al rotor Son repelidos del rotor o tambor.

Son repelidos del rotor o tambor.

Azufre Apatita Hematita Casiterita

Baritina Berilo Esfalerita Columbita

Calcita Corindón Limonita Chalcopirita

Diamante Cuarzo Magnetita Cromita

Fluorita Cianita Ferberita Fluorita

Granate Monazita Rutilo Galena

Scheelita Mica Tantalita Franklinita

Sillimanita Turmalina Wolframita Cobre

Circón Yeso Wulfenita Oro

Espinela Kianita Pirita Estibnita

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Minerales característicos de arena de playaMagnéticos Magnéticos

Magnetita T Magnetita T

Hematita T Hematita T

Granate P Granate P

Monazita P Monazita P

T = Repelido de la superficie del separador de alta tensiónP = Adherido o fijado a la superficie del separador de alta tensión.