Curso espesamiento sqms

FUNDAMENTOS DE

ESPESAMIENTO

MENÚ

1. Objetivos

2. Introducciòn.

3. Teorìa de la sedimentaciòn.

4. Terminologìa y conceptos bàsicos de espesaje.

5. Equipos de sedimentaciòn.

6. Paràmetros y variables en espesadores.

7. Algunos problemas en espesadores.

8. Algunas fallas en los espesadores.

Se denomina espesamiento o espesaje a la operación de separar, mediante el mecanismo de sedimentación, parte del agua de una suspensión, de modo de obtener por una parte, una pulpa de mayor concentración de sólidos en la descarga (underflow) y por la otra, un flujo de agua clara (overflow).

ESPESAMIENTO

INTRODUCCIÓN

AGUA CLARA

SOLIDOS

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Aumentar la concentración de sólidos de

la pulpa de la corriente de alimentación

hasta un 60%.

En la clarificación retirar los sólidos

de la corriente de alimentación

eliminando aproximadamente un 90%

del líquido que contenía en la etapa

anterior.

Objetivos de los espesadores.

INTRODUCCIÓN

El producto debe contener una mínima

cantidad de líquido, para reducir el

consumo de combustible en el proceso

de secado o en el costo de transporte.

El porcentaje de sólido logrado en la

descarga, debe ser el máximo posible.

La humedad residual debe ser mínima.

Objetivos de los espesadores.

INTRODUCCIÓN

Definición.

La sedimentación es la remoción de partículas sólidas que se encuentran suspendidas en un líquido, mediante decantación gravitacional.

INTRODUCCIÓN

CLARIFICACIÓN

ESPESAJE

PROCESO

Aumentar la concentración de sólidos en la descarga

Remover partículas sólidas desde flujos relativamente diluidos

(Overflow)

(Underflow)

1. En el tope, Zona 1, esta el agua clara (o solución clara) que representa el rebose del espesador.

2. En la Zona 2, es donde la alimentación entra. Esta capa tiene la misma forma general y consistencia de la alimentación.

3. Zona 3. Contiene pulpa que esta comenzando a decantarse. Está en transito a la zona del fondo.

4. Zona 4 es la pulpa en compresión. Aquí el peso de los sólidos fuerza el agua o solución a elevarse hacia la zona de rebose.

CARACTERÍSTICA DE LA PULPA

DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO APLICACIÓN

Diluida (clarificación)

Partículas sedimentando inicialmente independientes, sin formación de interfase. La velocidad es función principal del tamaño de las partículas, y de la concentración.

· Clarificación de agua o salmuera.

· Tratamiento de desechos o

contaminantes.

Intermedia (clarificación)

Zona alta de partículas sedimentando independientemente. Zona baja de sedimentación colectiva. Zona de interfase sin forma clara.

· Pulpas de procesos químicos y

metalúrgicos.

Concentrada (espesaje)

Pulpa sedimenta con interfase clara. Idealmente la velocidad de sedimentación es función sólo de la concentración. En la práctica la velocidad aumenta con la formación de flóculos.

· Pulpas y procesos químicos y

metalúrgicos.

Compresible (espesaje)

Sedimentación manual con interfase, posterior sedimentación obstruida de lodos que depende del tiempo y profundidad de la zona obstruida.

· Pulpas especiales con agregado de floculantes (minería metálica).

INTRODUCCIÓN

SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS

TEORÍA DE SEDIMENTACIÓN

El concepto de sedimentación de partículas en suspensión es fundamental en la operación de espesaje, por cuanto es la base de este proceso.Se analizará en primer lugar, las principales características de las fuerzas de sedimentación que participan en la decantación de partículas sólidas. Una partícula sólida, aislada, en un fluido de menor densidad, tiende a caer aumentando su velocidad hasta llegar a una velocidad de equilibrio entre las fuerzas de gravedad y las fuerzas de resistencia del fluido. Esta velocidad de equilibrio se denomina velocidad de sedimentación .

Velocidad de equilibrio

Velocidad de sedimentación


Fuerzas de gravedad

Fuerzas de resistencia del

fluido

La velocidad de sedimentación es función de:

Diámetro de la partícula que sedimenta (d).

Peso específico relativo entre el sólido y el fluido (s).

Viscosidad del fluido ().


W = W(d, s, )

Dependiendo de las características del fluido y de la velocidad de sedimentación, es posible que las partículas sólidas decanten en:


Régimen laminar.

Régimen turbulento.

Estelas de remolino.

F. LAMINAR FUERZA DE ARRASTRE

FUERZA APARENTE

F. TURBULENTO



Para altas concentraciones de sólidos. Existen dos tipos de interacción entre partículas

Sedimentación Obstruida

Floculación

Disminuye la velocidad de sedimentación

Aumenta la velocidad de sedimentación

• Las partículas no son esféricas


• Existe una banda granulométrica de tamaño de partícula.• Existe interacción entre partículas.

Para el flujo de pulpas de un proceso minero, la velocidad de sedimentación debería ser calculada considerando los siguientes efectos:

Desde sus inicios el arte del espesado y clarificado ha progresado principalmente en:

TERMINOLOGÍA Y CONCEPTOS BÁSICOS

Investigaciones para incrementar el trabajo de la gravedad.

Innovaciones de los diseños básicos y construcción de los mecanismos.

Desarrollos de diseños especiales y tipos de máquinas que se aplican a ciertos casos bien partículares.


Las aplicaciones del espesado y clarificado son bien conocidas.

Sin embargo debe tenerse en cuenta que NO se obtienen separaciones absolutas del sólido – líquido o viceversa.

La floculación es prácticamente un paso previo para tener una eficiente clarificación

Determinadas suspensiones muy diluidas no se pueden espesar o clarificar sin la adición de un agente floculante, el cual junta y coagula el material fino. En muchos casos, donde la suspensión muestra una buena cualidad para sedimentar, el uso de un floculante con floculación mécanica puede aumentar la velocidad de sedimentación y mejorar la clarificación en forma notoria.


Convencionalmente las rastras sirven

como mecanismos floculantes. Su

movimiento lento a través de la

suspensión induce a los flóculos a formar

sólidos coloidales y semicoloidales. La

velocidad de rotación de las paletas es

insuficiente para deshacer los flóculos,

pero si lo suficiente para asegurar la

colisión y adhesión de las partículas.


Un espesador es un estanque cilíndrico con un fondo inclinado y un mecanismo de rotación de las rastras que conducen los sólidos a la descarga central abierta. Un rebalse periférico ubicado en la parte superior del estanque sirve para evacuar el líquido clarificado.


Generalmente, un pozo circular localizado en el centro de la superficie del espesador recibe la alimentación y está diseñado de tal modo que minimiza la agitación, obteniéndose así un rebalse claro.


POZO DE ALIMENTACIÓN ESPESADOR (Feed well)



DESCARGA ESPESADOR


TUNEL DE DESCARGA ESPESADOR CONVENCIONAL


Actualmente, el tamaño de los espesadores oscila entre 2,5 (m) hasta 150 (m) de diámetro, existiendo también diseños especiales de hasta 250 (m) de diámetro. La profundidad varía entre 3 (m) en los diámetros pequeños hasta 10 (m) o más para las unidades mayores.


En las unidades de diámetro menor a 20 (m), normalmente el mecanismo impulsor es soportado por estructuras metálicas, que cruzan el estanque. En las grandes unidades el mecanismo es soportado por un pilar de construcción de acero o concreto.


El mecanismo de las rastras consiste en dos brazos

radiales a 180º con hojas que empujan los sólidos a

la descarga central. Los brazos están unidos al

eje central. Hay diseños que incluyen 3 ó 4 brazos

para ciertos servicios más rigurosos y raspadores

espirales continuos. El mecanismo impulsor está

ubicado en el extremo superior del eje o montado

sobre una plataforma circular, dependiendo del tipo

de unidad.


En los espesadores de gran diámetro y en los modelos antiguos de pequeño diámetro, los mecanismos impulsores traccionan en la periferia.


También se usan protecciones para la sobrecarga, desde simples mecanismos operados en forma manual, hasta mecanismos automáticos. Dichos mecanismos, se diseñan para elevar las rastras 30 (cm) (1pié) o más para el caso de eventuales sobrecargas. Si la sobrecarga se reduce, las rastras se bajan a su posición normal de operación en forma automática o manual (realizada por un operador)


SECCIÓN DE UN ESPESADOR TÍPICO.

TERMINOLOGÍA Y CONCEPTOS BÁSICOSEn la figura, el eje vertical

representa la dilución

(inverso de la

concentración). El lado

izquierdo del diagrama

representa a las

partículas que tienen

tendencia a la cohesión.

El lado derecho

representa a las

partículas en las que la

cohesión entre partículas

es mínima comparada

con las fuerzas de

sedimentación.

CLARIFICACIÓN

COMPRESIÓN

ZONA DE SEDIMENTACIÓN

BAJO% SÓLIDOS

ALTO% SÓLIDOS PARTICULADA INTERPARTICULADAS SIN COHESIÓN FLOCULADAS


Clarificación: A altas diluciones existe un régimen llamado clarificación. En este régimen las partículas pueden sedimentar ya sea individual o colectivamente en flóculos separados. La característica de este régimen es que no existe una línea de demarcación clara entre la suspensión que está sedimentando y el rebalse. Las partículas de mayor tamaño sedimentan primero que las pequeñas. En los ensayos se puede ver una degradación del tamaño de las partículas y de la densidad de la pulpa.


Transición: al decrecer la dilución se produce una zona de transición entre el clarificado y el espesado. La transición no es abrupta, pero toma lugar sobre un rango estrecho de diluciones (está representada por la banda rayada en el diagrama de paragénesis). Si la dilución decrece y las partículas están suficientemente cercanas, el comportamiento de la sedimentación cambia marcadamente entrando entonces al espesado en el cual se debe considerar dos zonas:


Un régimen, llamado zona de sedimentación libre en el cual los sólidos sedimentan como una masa más o menos consolidada y a su vez con una marcada línea entre la suspensión sedimentando y el rebalse. Se postula que en este régimen las partículas sólidas están suficientemente juntas como para cohesionarse en una estructura plástica. Las partículas de todos los diferentes tamaños están obligadas a descender a la misma velocidad.


A bajas diluciones, los sólidos entran a otro régimen que por razones históricas se le denomina compresión. De acuerdo a la teoría de Coe y Clevenger, este régimen empieza cuando el peso de las partículas suspendidas no es tolerado completamente por las fuerzas hidrodinámicas. Cada capa de sólido debería proveer algún soporte mecánico para las capas superiores. Esto hace que las estructuras de los sólidos estén sometidas a esfuerzos de compresión mecánicos que provocan la compactación.


Suspensiòn en sedimentaciòn a distintos valores de tiempo


h(cm)

0

t (seg)

Altura v/s Tiempo

Equipos de Sedimentación


La alimentación al espesador se realiza por

el sector central (feed well), en tanto que el

líquido claro rebalsa a una canaleta

periférica, los lodos espesados son

colectados en la base del espesador y son

arrastrados mediante un suave mecanismo

hacia el punto de descarga central.


Los estanques que son de tipo cilíndricos, son

construidos generalmente de concreto (para

diámetros mayores que 30 metros) y de acero,

en el caso de diámetros menores. La base del

estanque es de forma cónica para facilitar la

migración de sólidos y está construida del

mismo material que las paredes.


La pendiente: típica de la base es del orden de 80 a 140 (mm) por un metro, aunque pendientes mayores (aproximadamente de 45º) pueden utilizarse cerca del centro de espesadores de gran tamaño.

Los feed wells en espesadores convencionales son alimentadores cilíndricos, como los que se muestran en la siguiente figura, los cuales pueden conducir aproximadamente 1 m3/min por m2 de sección.


Anillo de alimentación


Las rastras: tienen como objetivo principal el de arrastrar los lodos hacia la descarga central (cono).

Considerando el método en que se soportan y mueven los mecanismos de rastras, se pueden distinguir tres diferentes tipos de espesadores:


1. En el primer tipo, el mecanismo de rastras se soporta mediante una superestructura a lo largo del estanque, lo que permite pasar el tendido de tuberías de alimentación de pulpa y floculante hacia el sector central. Este tipo de estructuras se emplean por lo general a espesadores de no más de 20 (m) de diámetro.


2. El segundo tipo, usado para

espesadores de 20 a 150 (m) de

diámetro, es el que tiene una

columna central de soporte para el

mecanismo de giro de las rastras.


3. El tercer tipo, está formado por

espesadores que poseen tracción

periférica, en los cuales el

movimiento se logra mediante

mecanismos ubicados en las

paredes del estanque.


El diseño del tipo de brazo para las

rastras puede tener una influencia

significativa en el costo y operación de

un espesador. En general, se pueden

encontrar numerosos diseños de brazos

para rastras, los de uso más común se

aprecian en la siguiente figura.


Canaletas de overflow: para un funcionamiento eficiente de los espesadores se requiere controlar la velocidad del líquido en los vertederos de rebalse. En los clarificadores los flujos de rebalse son del orden de 0,2 m3/min por metro de diámetro. En el caso de los espesadores de procesos metalúrgicos, el rango más usual de operación es del orden de 0,1 m3/min/m. Si los flujos de rebalse son mayores a los comunes, se deben diseñar vertederos adicionales en la periferia.

Parámetros y Variables

OBJETIVOS.

Establecer directrices para operar en forma continua y confiable los espesadores de concentrado.

Recuperar líquidos, los cuales son recirculados al sistema.


Optimizar el aprovechamiento de las fuentes hídricas de la zona y lograr un adecuado uso de floculante, a fin de obtener una pulpa que cumpla las condiciones de operación fijadas para su envío al tranque de relaves u otra etapa del proceso.

OBJETIVOS.

Parámetros y VariablesSeguridad

Equipo de protección personal (botas de goma con caña larga).

Riesgos en el sistema de lubricación.

Cuidado en el uso de objetos sueltos (cascos de seguridad).

Riesgos de caidas.

Chequear el espesador antes de ponerlo en marcha.

Parámetros y VariablesLas variables más relevantes que se deben controlar:

Presión hidráulica de giro de las rastras.

Amperaje del motor de la rastra.

Torque mecánico de la rastra.

Altura de la rastra.

Amperaje de la bomba de traspaso (descarga)


Porcentaje de sólidos en la descarga, flujo de descarga.

Nivel de líquido claro.

Las variables más relevantes que se deben controlar:

Parámetros y VariablesAMPERAJE DEL MOTOR DE LA RASTRA

El amperaje del motor de la rastra, es una medida del grado de comprensión de la pulpa en el fondo del estanque. El torque es la fuerza generada por el motor de la rastra actuando sobre una carga de material. Es posible influir sobre este parámetro de operación (Torque eléctrico) utilizando el mecanismo de levante de la rastra, el sistema de recirculación de pulpa (permite concentrar el sólido de la descarga).

Parámetros y VariablesTORQUE MECÁNICO DE LA RASTRA

El torque mecánico se produce debido al

aumento de la fuerza de la rastra sobre el

material (Mediante las aspas), debido al

arrastre de material hacia el cono de

descarga.

Este fenómeno se debe a la acumulación de

material del espesador en un colector

intermedio entre la pared del espesador y el

cono de descarga.

Parámetros y VariablesALTURA DE LA RASTRA

Está definida por la condición del espesador y su carga, usualmente este parámetro se opera en casos de sobrecarga y/o embancamiento, y es un parámetro muy importante, ya que las rastras no deben subir hasta el límite (o altura máxima), lo cual indicaría que el espesador a alcanzado su capacidad máxima de almacenamiento de carga; por otro lado si no se interrumpe la alimentación, este irremediablemente se embancará.


AMPERAJE DE LA BOMBA DE TRASPASO

El amperaje consumido por las

bombas de traspaso (descarga de

concentrado del espesador) es el parámetro

que permite visualizar si su funcionamiento

es adecuado.

Parámetros y VariablesPORCENTAJE DE SÓLIDOS EN LA DESCARGA

El control de la densidad y el porcentaje de

sólidos se efectúa tomando muestras de pulpa

por intermedio de la balanza MARCY. Los valores

de operación varían entre:

Pulpa de alimentación fluctúa entre: 15 - 25 %

Pulpa de descarga fluctúa entre: 40 - 60 %

Parámetros y VariablesNIVEL DE SOLUCIÓN CLARA

La observación del rebose de salmuera o

agua y la medición de la altura de la columna

de líquido claro permitirá al operador tomar las

medidas correspondientes respecto a la

adición de floculante. El nivel normal en la cual

se opera el nivel de líquido claro es de 50 cm.


PRESIÓN HIDRÁULICA

Es la presión que ejerce la pulpa a las

rastras, la cual no debe exceder de 5 Mpa,

de lo contrario las rastras suben en forma

automática.

Problemas de operación de espesadores

Pueden ser de tipo:

Eléctrico.

Mecánico.

Operacional.


Observación de líquido claro.

El rebose de estos equipos debe encontrarse limpio y libre de sólidos en suspensión, caso contrario implica:

Guardera de retención de fino roto o suelto en algún sector del equipo.

Material no está decantando (abundante espuma) lo que indica un exceso de reactivos.

Problemas de operación de espesadoresALTO NIVEL DEL SÓLIDO

Esto puede ser causado por un alto contenido de sólidos en el espesador (cercano a 85 %),operación normal 45 - 60 %. Esta situación puede causar lo siguiente:

Retención de carga dentro del espesador.

Que la rastra se detenga al aumentar el torque y estas no suban.

Aumento de la presión hidráulica de las rastras (> 5 MPa).

Problemas de operación de espesadoresEMBANCAMIENTO DE LA BOMBA DE TRASPASO

Levantar rastra.

¿Cómo se podría atacar dicha medida ?

Adicionar agua en la línea de alimentación a la bomba.

Recircular espesador con flujo máximo..

Realizar cambio de bomba


EL SÓLIDO NO SEDIMENTA

Esto normalmente se soluciona agregando

floculante. No se recomienda recircular el

espesador.

Agregar agua sobre el espesador para

eliminar la espuma que no sedimenta.

Revisar reactivos agregados en flotación.

Análisis de falla en espesadores

Verficaciones de rutina:

Claridad de rebose es la correcta.

El torque en las rastras es el normal.

La densidad de la descarga de la pulpa es la deseada.


LECHO DE PULPA NORMAL

El rebose es relativamente claro, y los sólidos

descargando en la salida del cono son de la

densidad deseada. No se requieren acciones de

operación para este punto.

Análisis de falla en espesadoresLECHO DE CIENO O PULPA SUPERFICIAL

La claridad del rebose es buena, pero la descarga de pulpa lo más probable que sea baja. En este caso, la tasa de remoción de la pulpa debe ser bajada hasta alcanzar la densidad requerida por el proceso.

Análisis de falla en espesadoresLECHO DE PULPA ALTO

Un lecho de pulpa alto puede producir una claridad pobre en el rebose y una alta densidad de descarga en la salida de pulpa del espesador. En lo particular esto conlleva la posibilidad de un alto torque en la rastra del espesador.


LECHO AISLADO


LECHO AISLADO

La lectura del torque es alta porque la altura de la pulpa o material depositado no cubre todo el diámetro del espesador. La lectura de la densidad esta ahora baja porque el lecho esta en corto circuito a la descarga del espesador. El lecho o cama de pulpa puede ser rotado con las rastras. Esta situación es extrema y requiere de inmediata corrección. La alimentación debe ser de inmediato detenida. Las rastras deben ser levantada muy cuidadosamente y luego deben ser bajada para disolver la rotación del lecho y estimular a la pulpa a moverse hacia el centro.


Procedimiento de observación del funcionamiento durante la marcha del espesador.

Verificar el motor del espesador por ruido no usual, calor, ruido, o vibración.

Verificar el torque del motor del espesador. Si el torque se incrementa rápidamente, contáctese con su supervisor.



Asegúrese que el nivel del lecho del espesador esté en balance la alimentación con la descarga de flujos de tal manera que no hallan alarmas de torque.

Verificar los rebose. Verifique que el líquido o solución este clara.



Verificar que la válvula de la descarga de pulpa del espesador y aire no tengan fugas.

Verificar el flujo y densidad indicada en el transmisor en la bomba de la línea de descarga.



Verificar el flujo desde la descarga de la bomba de pulpa hacia la etapa posterior

Verificar la alimentación de líquido fresca al sistema de alimentación de las líneas de descarga de pulpa en el cono, y verificar que no se está agregando líquido inncesario.

¡ BUENA SUERTE !

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