Diseño de Una Planta Para Beneficion de Caolin

DISEO DE INGENIERA CONCEPTUAL DE UNA PLANTA PARA EL BENEFICIO DE CAOLN CALIDAD CERMICA Y CEMENTO BLANCO

JOS ANDRS PREZ MENDOZA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA

2006

DISEO DE INGENIERA CONCEPTUAL DE UNA PLANTA PARA EL BENEFICIO DE CAOLN CALIDAD CERMICA Y CEMENTO BLANCO

JOS ANDRS PREZ MENDOZA

Trabajo de grado para optar ttulo de: Ingeniero Qumico

Director DIONISIO ANTONIO LAVERDE CATAO

Ingeniero Metalrgico Ph.D.

Codirector JOS JULIN YNEZ TRASLAVIA

Ingeniero Metalrgico

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA

2006

Nota de aceptacin

Bucaramanga, 06 de junio de 2006

A DIOS Altsimo, bendito, glorificado y

alabado que me revisti de fuerza para

alcanzar tan preciado logro en mi vida.

A mis padres Santiago Prez Argelles

y Socorro de Ftima Mendoza Durn

por su esfuerzo, apoyo, confianza y

amor que me han regalado, y ellos le

debo lo que soy.

A mis hermanos Mara Cristina y

Santiago Alberto y a mi novia Mariluz

por su apoyo constante.

A mis amigos por creer siempre en m.

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa agradecimientos sinceros a:

A la escuela de ingeniera qumica por la formacin profesional y humana.

Al Ph.D. Dionisio Antonio Laverde Catao por sus valiosas recomendaciones y confianza en la realizacin de este proyecto.

Al grupo de investigaciones en minerales, biohidremetalurgia y ambiente a: Ing. Jos Julin Ynez Traslavia, Qco Olger Giovanni Mendoza, Est. Leidy

Mora Romero Y Carlos Augusto Meja Miranda por la colaboracin prestada.

A todas aquellas personas que colaboraron en la realizacin de este proyecto.

6

RESUMEN TTULO: DISEO DE INGENIERA CONCEPTUAL DE UNA PLANTA PARA EL BENEFICIO DE CAOLN CALIDAD CERMICA Y CEMENTO BLANCO.

AUTOR: JOS ANDRS PREZ MENDOZA1, 2.

PALABRAS CLAVES: Caoln, planta de beneficio, diseo, triturador de rodillos, tolva cilndrica de descarga cnica, celdas de atriccin, espesador, tanques de

floculacin, filtro de tambor rotatorio y celdas de flotacin inversa.

DESCRIPCIN: En la actualidad las arcillas caolinticas de la vereda de Barro blanco ubicada en el municipio de Oiba (Santander), son procesadas por un

sistema de beneficio en seco que es ineficiente, debido a que el producto obtenido

no ofrece una composicin adecuada para ninguna aplicacin industrial. Por tal

razn se propuso una planta de beneficio para obtener un caoln apto para las

industrias de los cermicos y el cemento blanco, y se desarroll la seleccin y el

diseo de los equipos principales de la planta.

Como punto de partida se analiz la informacin experimental de las

caractersticas y propiedades del mineral, los procesos estudiados para la

reduccin de impurezas y se definieron los siguientes criterios para el diseo de la

planta: materia prima, punto de arranque del diseo de la planta, procesos

utilizados para el procesamiento del mineral, capacidad de la planta, forma de

operacin, productos a obtener y el almacenamiento y acondicionamiento de los

efluentes slidos y lquidos del sistema. Con base en lo anterior se realiz en

1 Modalidad del proyecto: Investigacin. 2 Facultad de Ingenieras Fisicoqumicas, escuela de Ingeniera Qumica. Director Ph.D. Dionisio Antonio Laverde Catao. Codirector Ing. Jos Julin Ynez Traslavia.

7

forma detallada el balance de masa y el diseo de los equipos principales de la

planta propuesta.

Como resultado final se obtuvieron las dimensiones de los siguientes equipos:

triturador de rodillos, tolva cilndrica de descarga cnica, celdas de atriccin,

espesador, tanques de floculacin, filtros de tambor rotatorio y celdas de flotacin

inversa.

8

ABSTRACT

TITLE: CONCEPTUAL ENGENEERING DISIGN OF A PLANT FOR CERAMIC QUALITY KAOLIN AND WHITE CEMENT BENEFIT

AUTOR: JOS ANDRS PREZ MENDOZA1, 2.

KEYWORDS: Kaolin, benefit plant, design, roller crusher, cylindrical bunker of

conical discharge, atriction cells, thickener, flocculation tanks, revolving drum filter

and inverse floating cells.

DESCRIPTION: Nowadays kaolinitic clays, form the village Barro Blanco located in Oiba (Santander), are processed by a dry benefit system which is inefficient since

the obtained product shows no appropriate composition for any industrial

application. Therefore, a benefit plant was proposed to obtain a kaolin suitable for

ceramics and white cement industries, and a selection and design of the principal

equipments of the plant were performed.

As start point, experimental information with the characteristics and properties of

the material, was analyzed, and so it were the studied processes for impurity

reduction and the following criteria was defined to design the plant: raw material,

start point of the plants design, processes used for mineral processing, plant

capacity, mode of operation, products to obtain, and storing and conditioning of

solid and liquid effluents of the system. Based on this, a detailed mass balance and

a design of the principal equipments were performed for the proposed plant.

1 Modalidad del proyecto: Investigacin. 2 Facultad de Ingenieras Fisicoqumicas, escuela de Ingeniera Qumica. Director Ph.D. Dionisio Antonio Laverde Catao. Codirector Ing. Jos Julin Ynez Traslavia.

9

As final result the sizing for the following equipments was performed: roller crusher,

cylindrical bunker of conical discharge, atriction cells, thickener, flocculation tanks,

revolving drum filter and inverse floating cells.

10

CONTENIDO Pg. INTORDUCCIN. 18

1. DISEO DE INGENIERA CONCEPTUAL DE LA PLANTA PARA

EL BEBEFICIO DE CAOLN CALIDAD CERMICA Y CEMENTO

BLANCO. 20

1.1 CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LA MENA DE CAOLN. 20

1.2 EVALUCIN DE LA TCNICAS UTILIZADAS PARA LA REDUCCIN

DE IMPUREZAS. 21

1.3 PROPUESTA DE UN SISTEMA DE BENEFICIO. 21

1.3.1 Materia prima. 21

1.3.2 Punto de arranque para el diseo de la planta. 21

1.3.3 Procesos utilizados para el procesamiento del mineral. 22

1.3.4 Capacidad de la planta. 22

1.3.4.1 Actividad minera actual. 22

1.3.4.2 Condicin socio-econmica de la regin. 22

1.3.4.3 Heterogeneidad de la mena de caoln. 22

1.3.4.4 Reservas de caoln. 23

1.3.4.5 Panorama del mercado del caoln. 23

1.3.5 Forma de operacin. 23

1.3.6 Almacenamiento y acondicionamiento de los efluentes slidos y

lquidos del proceso. 23

1.3.7 Proceso de beneficio propuesto. 24

1.4 BALANCE DE MASA GLOBAL. 24

2. DESARROLLO DEL DISEO DE LA PLANTA. 25

2.1 SISTEMA DE BENEFICIO. 25

2.2 BALANCE DE MASA GLOBAL DE LA PLANTA. 26

2.2.1 Balance de masa de slidos de la planta. 26

11

2.2.2 Balance de masa de lquidos de la planta. 26

2.3 SELECCIN DEL TRITURADOR. 26

2.3.1 Balance de masa de slidos. 27

2.3.2 Balance de masa de lquido. 27

2.3.3 Dimensionamiento del triturador 27

2.4 DISEO DE UN SILO. 27

2.4.1 Metodologa de clculo. 29

2.5 SELECCIN DEL DISGREGADOR. 29

2.5.1 Celdas de atriccin. 30


2.5.3 Balance de masa de lquidos. 31

2.5.4 Dimensionamiento de las celdas de atriccin. 31

2.5.4.1Metodologa de clculo. 32

2.6 DISEO DEL ESPESADOR. 32



2.6.3 Dimensionamiento del espesador. 33

2.7 SELECCIN DE UN TANQUE DE FLOCULACIN. 33



2.7.3 Dimensionamiento del tanque de floculacin. 34

2.7.3.1 Metodologa de clculo. 35

2.8 SELECCIN DEL EQUIPO DE FILTRACIN. 35



2.8.3 Dimensionamiento del filtro de tambor rotatorio. 35


2.9 SELECCIN DEL EQUIPO DE FLOTACIN. 37

2.9.1 Balance de masa de slidos de la primera etapa de flotacin. 38

12

2.9.2 Balance de masa de lquidos de la primera etapa de flotacin. 38

2.9.3 Balance de masa de slidos de la segunda etapa de flotacin. 38

2.9.4 Balance de masa de lquidos de la segunda etapa de flotacin. 38

2.9.5 Dimensionamiento del equipo de flotacin inversa. 38


2.10 SELECCIN DEL EQUIPO DE SECADO. 39

2.10.1 Variables requeridas para el diseo. 40

2.10.2 Metodologa de clculo. 41

3. RESULTADOS. 42

3.1 CONDICIONES INICIALES. 42

3.2 ESPECIFICACIONES DEL TRITURADOR DE RODILLOS TRIPLES. 42

3.3 ESPECIFICACIONES DE LA TOLVA CILNDRICA DE

DESCAGA CNICA. 43

3.4 ESPECIFICACIONES DEL TANQUE DE ATRICCIN 1. 44

3.5 ESPECIFICACIONES DEL ESPESADOR. 44

3.6 ESPECIFICACIONES DEL TANQUE DE FLOCULACIN 1. 45

3.7 ESPECIFICACIONES DEL FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO 1. 45

3.8 ESPECIFICACIONES ACONDICIONAMIENTO PARA FLOTACIN. 45

3.9 ESPECIFICACIONES DE LAS CELDAS DE FLOTACIN. 46

3.10 ESPECIFICACIONES DEL TANQUE DE FLOCULACIN 2. 47

3.11 ESPECIFICACIONES DEL FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO 2. 48

3.12 ANLISIS DE LOS RESULTADOS. 48

4. CONCLUSIONES. 50

5. RECOMENDACIONES. 51

BIBLIOGRAFA. 52

ANEXOS. 54

13

LISTA DE TABLAS Pg.

TABLA 1. Composicin qumica del caoln de mena. 25

TABLA 2. Composicin qumica de algunos caolines empleados para

la fabricacin de porcelanas. 25

TABLA 3. Composicin qumica ideal de las arcillas caolinticas para

la fabricacin de cemento blanco. 25

TABLA 4. Especificaciones de la primera etapa de trituracin. 42

TABLA 5. Especificaciones de la segunda etapa de trituracin. 43

TABLA 6. Especificaciones del silo. 43

TABLA 7. Especificaciones del tanque de atriccin 1. 44

TABLA 8. Especificaciones del espesador. 45

TABLA 9. Especificaciones del tanque de floculacin 1. 45

TABLA 10. Especificaciones del filtro 1. 46

TABLA 11. Celdas de atriccin 2. 46

TABLA 12. Celdas de flotacin. 47

TABLA 13. Especificaciones tanque de floculacin 2. 48

TABLA 14. Especificaciones filtro 2. 48

TABLA 1A. Composicin qumica de los composites. 55

TABLA 2A. Composicin qumica del composite C-S14. 56

TABLA 3A. Composicin mineralgica del composite C-S14. 56

TABLA 1B. Resultados de la determinacin del coeficiente de friccin. 59

TABLA 2B. Viscosidad del composite C-S14 a diferentes porcentajes

de slidos (sin dispersante). 59

TABLA 3B. Distribucin granulomtrica del composite C-S14. 60

TABLA 4B. Parmetros operacionales del composite C-S14. 60

TABLA 1C. Condiciones y resultados de operacin del proceso de

disgregacin. 62

14

TABLA 2C. Resultados de la prueba de sedimentacin intermitente. 63


sedimentacin. 65

TABLA 4C. Condiciones y resultados del proceso de floculacin. 66

TABLA 5C. Resultados de la prueba de filtracin. 67


flotacin inversa. 69

TABLA 7C. Resultados del anlisis granulomtrico. 70

TABLA 8C. Resultados del anlisis de blancura del sistema evaluado. 71

TABLA 1D. Balance de masa de la planta de beneficio calidad cermica. 76

TABLA 2D. Balance de masa de la planta de beneficio calidad cemento

blanco. 81

TABLA 1F. Parmetros de sedimentacin. 94

TABLA 2F. Determinacin del rea del espesador. 94

TABLA 3F. Resultados de la determinacin de Zinf. 96

TABLA 4F. Determinacin de ML/MS. 98

TABLA 1G. Clculo de recursos minerales medidos en el rea de la

licencia minera N 070-68. 102

TABLA 2G. Clculo de recursos minerales indicados en el rea de la


TABLA 3G. Clculo de recursos minerales inferidos en el rea de la


15

LISTA DE FIGURAS Pg.

Figura 1. Metodologa utilizada para el diseo de la planta. 20

Figura 2. Diagrama de bloques de la planta propuesta. 24

Figura 3. Triturador de rodillos triples. 26

Figura 4. Silo cilndrico de base cnica. 28

Figura 5. Iteracin para determinar D y h del silo. 29

Figura 6. Celdas de atriccin. 30

Figura 7. Espesador. 33

Figura 8. Tanque de floculacin. 34

Figura 9. Filtro de tambor rotatorio. 36

Figura 10. Celdas de flotacin inversa. 39

Figura 11. Esquema del secador tipo Spray. 41

Figura 1C. Fotografa progresiva del proceso de sedimentacin. 62

Figura 2C. Fotografa del montaje de la prueba de sedimentacin. 67

Figura 1E. Trituradora de rodillo sencillo. 83

Figura 2E. Diagrama de fuerzas. 83

Figura 3E. Trituradora de rodillos dobles. 87

Figura 1F. Sedimentacin intermitente. 90

Figura 1G. Ocurrencia de los niveles B, C y D. 101

Figura 2G. Categorizacin de los recursos mineros para el depsito de

caolines de la vereda de Barro blanco. 104

16

LISTA DE GRFICAS Pg.

Grfica 1C. Curva de sedimentacin. 64

Grfica 1F. Curva de sedimentacin. 93

Grfica 2F. Determinacin de los Zi. 93

Grfica 3F. Determinacin de (qL*CL/S)mn. 96

Grfica 4F. Variacin de la zona de compresin en el tiempo. 97

Grfica 5F. Caractersticas de sedimentacin. 97

17

LISTA DE ANEXOS Pg.

ANEXO A. Caracterizacin qumica y mineralgica de la mena de

caoln de Oiba (Santander). 55

ANEXO B. Caracterizacin fisicoqumica. 57

ANEXO C. Estudio metalrgico tcnicas evaluadas para la

evaluacin de eliminacin de impurezas. 61

ANEXO D. Condiciones operacionales de flujo de masa para la

planta de beneficio calidad cermica y cemento blanco. 72

ANEXO E. Dimensionamiento del triturador de rodillos triples. 83

ANEXO F. Dimensionamiento del espesador. 89

ANEXO G. Cuantificacin de los recursos de la arcilla caolintica de

Oiba (Santander). 99

ANEXO H. Plano de la planta de beneficio calidad cermica y cemento 105

blanco.

18

INTRODUCCIN

En la actualidad las arcillas caolinticas de la vereda de Barro blanco ubicada

en el municipio de Oiba (Santander), son procesadas por un sistema de

beneficio en seco que es ineficiente, debido a que el producto obtenido no

ofrece una composicin adecuada para ninguna aplicacin industrial. Con el

objeto de obtener un caoln de alta calidad para las industrias de los cermicos

y el cemento blanco, se propone un sistema de beneficio por va hmeda y se

desarrolla la seleccin y el diseo de los equipos principales de la planta.

Con base en los resultados obtenidos por Mejoramiento en la calidad de los

caolines de Oiba (Santander), para la fabricacin de cermicos y cemento

blanco. (M.C.C.O.F.C.B.) de las reservas estimadas del depsito de caoln, de

la caracterizacin qumica, mineralgica y fisicoqumica, de las pruebas de

disgregacin, sedimentacin, agitacin, filtracin y flotacin realizadas a escala

de laboratorio para la reduccin de impurezas, de los balances de masa y las

herramientas ingenieriles, se desarroll el diseo conceptual de los equipos

principales del sistema de beneficio propuesto, obtenindose las dimensiones

de cada uno de ellos.

En este proyecto se presenta en forma detallada los balances de masa

correspondiente a cada una de las corrientes de proceso del sistema de

beneficio de caoln calidad cermica y cemento blanco, de cada una de las

especies mineralgicas presentes en las menas. Los resultados obtenidos del

dimensionamiento de los equipos principales del sistema de beneficio,

corresponden a tamaos disponibles comercialmente, indicando que la planta

diseada es una planta piloto que no requiere de alta tecnologa para su

implementacin.

19

Los objetivos trazados para llevar a cabo el presente trabajo de grado fueron

los siguientes:

Desarrollar el diseo de ingeniera conceptual de una planta para el beneficio de caoln, procedente del municipio de Oiba (Santander), con el fin de obtener

un producto apropiado para las industrias de la cermica y cemento blanco.

Determinar el sistema de beneficio que posibilite un tratamiento adecuado del caoln de Oiba (Santander) y permita utilizarlo tcnicamente para los usos

industriales de la cermica y el cemento blanco, basndose en el anlisis de

los resultados experimentales.

Disear y/o seleccionar los equipos principales del sistema de beneficio ms adecuado, segn el anlisis de los resultados experimentales.

Proponer la ingeniera conceptual de una planta para el beneficio de caoln calidad cermica y cemento blanco.

20

1. DISEO CONCEPTUAL DE LA PLANTA PARA EL BENEFICIO DE CAOLN CALIDAD CERMICA Y CEMENTO BLANCO

En este capitulo se har una descripcin detallada de todos los pasos realizados

en el diseo de la planta para el beneficio de caoln calidad cermica y cemento

blanco. La figura 1 muestra la metodologa utilizadaza para el diseo de la planta.

Figura 1. Metodologa utilizada para el diseo de la planta

1.1 Caractersticas y propiedades de la mena de caoln. En esta etapa se analiza toda la informacin experimental (cualitativa y cuantitativa) acerca de todos

los componentes elementales y mineralgicos presentes en los niveles de los

frentes de explotacin, ver anexo A, y tambin el conocimiento de propiedades

como: densidad especfica, humedad, acidez de la mena, distribucin

granulomtrica del mineral etc. Ver anexo B.

La identificacin de las impurezas y las cantidades presentes en el mineral,

adems del conocimiento de la humedad, distribucin granulomtrica y la

Revisin bibliogrfica

Caractersticas y propiedades de la mena de caoln

Evaluacin de las tcnicas utilizadas para la reduccin de impurezas del caoln

Propuesta del sistema de beneficio

Balance de masa

Diseo conceptual de la planta

21

densidad, permite clasificar el mineral y visualizar una nocin preliminar de las

operaciones a utilizar para el beneficio del mineral destinado a las aplicaciones de

la cermica y el cemento blanco.

1.2 Evaluacin de las tcnicas utilizadas para la reduccin de impurezas. En esta etapa se analizan los resultados experimentales reportados por

Mejoramiento en la calidad de los caolines de Oiba (Santander), para la

fabricacin de cermicos y cemento blanco. (M.C.C.O.F.C.B.) (11), en donde se

utilizaron tcnicas como: disgregacin, desarenamiento (prueba de sedimentacin

intermitente), floculacin, filtracin y flotacin; para la eliminacin de impurezas y

el producto obtenido sea adecuado para las industrias de la cermica y el cemento

blanco, ver anexo C.

1.3 Propuesta de un sistema de beneficio. En esta etapa se explican los criterios utilizados para el diseo de la planta para el beneficio de caoln calidad

cermica y cemento blanco.

Los criterios generales para el diseo de la planta de beneficio y tratamiento de los

minerales caolinticos fueron los siguientes: la materia prima, el punto de arranque

del diseo de la planta, los procesos utilizados para el procesamiento del mineral,

la capacidad de la planta, la forma de operacin, los productos a obtener, el

almacenamiento, acondicionamiento de los efluentes slidos y lquidos del sistema

de beneficio propuesto.

1.3.1 Materia prima: La materia prima o mineral de cabeza de la planta de beneficio, proviene de los tres frentes de explotacin actualmente activos en la

zona minera de Barro blanco.

1.3.2 Punto de arranque para el diseo de la planta: Los trabajos mineros, los procesos de explotacin y de transporte del mineral hasta la planta, no se tienen

22

en cuenta en este proyecto. El diseo de la planta se hizo a partir del mineral

proveniente de la mena, que ya ha sido explotado, almacenado y transportado

hasta la planta de procesamiento de los minerales.

1.3.3 Procesos utilizados para el procesamiento del mineral: Disgregacin, desarenamiento, floculacin, filtracin y flotacin inversa.

1.3.4 Capacidad de la planta: Debido a la inexistencia de estudios de mercados, se han tomado los siguientes criterios para definir la capacidad de la planta:

actividad minera actual, condicin socio-econmica en la regin, heterogeneidad

de la mena de caoln, reservas estimadas del depsito de caolines y panorama del

mercado del caoln.

1.34.1 Actividad minera actual: En la regin la explotacin del caoln es de manera artesanal y no tecnificada, en condiciones ideales de tiempo seco

generalmente se extraen un total de 30 a 40 toneladas por da.

1.3.4.2 Condicin socio-econmica de la regin: La economa de los habitantes gira en torno a la actividad minera del caoln, quienes subsisten de la explotacin

manual. Proponer una planta de alta capacidad requerira de nuevas tecnologas

para la explotacin generando de esta forma el desplazamiento de la mano de

obra actual, perjudicando a la Cooperativa agro minera de Barro blanco y por ende

al grupo de familias que conforman la regin.

El objeto principal de este proyecto es mejorar la calidad de los caolines de Oiba,

principalmente enfocados a las industrias de los cermicos y el cemento blanco

teniendo en cuenta factores socio-econmicos y culturales de la regin.

1.3.4.3 Heterogeneidad de la mena de caoln: La no uniformidad del contenido de caolinita en la mena es un factor preponderante en la estimacin de la cantidad

23

de impurezas a retirar en el proceso de beneficio, por lo tanto esta variabilidad

dificulta obtener un producto adecuado para las industrias de la cermica y el

cemento blanco.

1.3.4.4 Reservas de caoln: Permite conocer la cantidad de mineral presente en la mena y determinar el tiempo de vida til para la explotacin. En el anexo G se

presenta la informacin detallada de las reservas del mineral.

1.3.4.5 Panorama del mercado del caoln: La creciente demanda de caoln a nivel mundial (8) y nacional como lo reporta el DANE (9), en donde se registra un

aumento en las exportaciones del mineral; y teniendo en cuenta los canales de

comercializacin establecidos del caoln de Oiba cuyo destino principalmente son

las ciudades de Bucaramanga, Barranquilla, Ccuta, Bogot y Cali.

Con base en los criterios anteriormente explicados se escogi un valor un poco

ms elevado para la capacidad de la planta que la produccin de los mineros en

condiciones ideales.

1.3.5 Forma de operacin: Dadas las posibilidades tecnolgicas, los procesos pueden operar de manera continua. Los balances de masa se realizaron tomando

como base de clculo 8 horas de operacin.

1.3.6 Almacenamiento y acondicionamiento de los efluentes slidos y lquidos del proceso: Se pretende que las plantas neutralicen y recirculen las soluciones presentes en las colas de los procesos, recolectando dichas soluciones

en piscinas de tratamiento de embalse de 7 das de operacin, periodo en cual se

deben remover los lodos y depositarse en pilas o montones.

1.3.7 Proceso de beneficio propuesto: Con base en las caractersticas, propiedades y en las tcnicas desarrolladas para la purificacin del mineral

24

proveniente de Oiba, se propone un proceso de beneficio por va hmeda que

permita mejorar la calidad del caoln como se muestra en la figura 2 y de esta

forma reemplazar el actual sistema de beneficio en seco.

Figura 2. Diagrama de bloques de la planta propuesta.

1.4 Balance de masa global: En esta etapa se realiza el balance de masa global del sistema de beneficio propuesto.

30

28

Arenas (Cuarzo y otros)

14

Filtracin 1 (Filtro tambor)

9

11

8

Trituracin

Disgregacin (Celdas de atricin)

2

4

Desarenamiento (Espesador)

Floculacin 1 (Tanque de agitacin)

6Sulfato de aluminio

7

Flotados No Flotados

20

21

33

Humedad

Aire atmosfrico

32

Aire atmosfrico

36

37

Mineral de mena

Flotacin 2, inversa de anatasa (TiO2)(Celdas de flotacin convencional)

26

Sulfato de aluminio

Agua (Destruir espumas)

Filtracin 2 (Filtro tambor)

Floculacin 2 (Tanque de agitacin)

Empaque para industria de los cermicos Secado

31

25

Humedad

29

27

No Flotados

3Agua Silicato de sodio

Hidrxido de amonio

Acondicionamiento para flotacin (Celdas de atricin) AERO 6494

15 17 18

19

Flotacin 1, inversa de anatasa (TiO2)(Celdas de flotacin convencional)

Piscina de tratamiento

Espumas de TiO2

22

12

Hundidos Suspendidos

Secado

5

10

16

24

23

13

Empaque para industria delCemento Prtland blanco

35

34

1

25

2. DESARROLLO DEL DISEO DE LA PLANTA

En este capitulo se utilizan las herramientas ingenieriles para el diseo y seleccin

de los equipos de la planta para el beneficio de caoln calidad cermica y cemento

blanco.

2.1 Sistema de beneficio: El sistema de beneficio propuesto es por va hmeda debido a la cantidad de impurezas a retirar y la humedad presente en el mineral

(15%), para obtener un producto adecuado para las industrias de la cermica y del

cemento blanco, en la tabla 1 se presenta la composicin qumica del caoln

proveniente de la mena y en las tablas 2 y 3 se presenta la composicin qumica

del caoln aplicado a las industrias de los cermicos y el cemento blanco

respectivamente. Tabla 1. Composicin qumica del caoln de mena (11).

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O TiO2% 61.51 27.61 1.04 0.74 4.73 1.34

Tabla 2. Composicin qumica de algunos caolines empleados para la fabricacin de porcelanas (1).

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O TiO2 L.O.I.*% 66,2 24,4 0,26 0,10 0,15 0,96 0,22 7,0% 52,9 33,5 0,43 0,10 0,17 0,55 0,12 11,5% 47,0 36,3 1,77 0,20 0,32 0,79 0,25 13,2

* L.O.I: Prdidas por ignicin

Tabla 3. Composicin qumica ideal de las arcillas caolinticas para la fabricacin de cemento blanco (16).

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 L.O.I.*% 46 - 50 32 - 36 0,5 0,8 0,3 0,5 0,3 0,6 0,7 1,0 4 - 9

* L.O.I: Prdidas por ignicin

26

2.2 Balance de masa global de la planta: De acuerdo a la figura 2.

3432312417165352719731 FFFFFFFFFFFFF ++++++=+++++ (1) 2.2.1 Balance de masa de slidos de la planta: De acuerdo a la figua2.

sssss XFXFXFXFXF 3232242417175511 ***** +++= (2) 2.2.2 Balance de masa de lquidos de la planta: De acuerdo a la figura 2.

(3)

El balance de masa por componentes mineralgicos se presenta en el anexo D.

2.3 Seleccin del triturador: El caoln procedente de la mena es de alta plasticidad, humedad y tamao grueso, ya que es explotado en forma de cubos o

terrones debido a la minera empleada. Se hace necesario reducir el tamao del

mineral debido a que el sistema de beneficio planteado es por va hmeda, e

implica una etapa de disgregacin. El equipo recomendado para este tipo de

material es el triturador de rodillos (12).

El triturador seleccionado es del tipo de triturador de rodillos triples; el cual es un

equipo compuesto por una trituradora de rodillo sencillo seguido por otra

trituradora de rodillo doble, como se muestra en la figura 3.

Descarga

Alimentacin

Rodillo mvil R2

Rodillo fijo R1

Rodillo mvil R3

2d1

Rodillo mvil R3

2d2

Figura 3. Triturador de rodillos triples

lllll

llllllll

XFXFXFXFXFXFXFXFXFXFXFXFXF

34343232313124241717

161655272719197735353311

*************

+++++++=+++++

27

2.3.1 Balance de masa de slidos: Para el triturador.

ss XFXF 2211 ** = (4) 2.3.2 Balance de masa de lquido (humedad): Para el triturador.

)1(*)1(* 2211 ss XFXF = (5) 2.3.3 Dimensionamiento del triturador: El dimensionamiento del triturador de rodillos triples se presenta en el anexo E. 2.4 Diseo de un silo: Se dise un silo con el objeto de garantizar un flujo constante a la etapa de disgregacin, para ello se seleccion un silo cilndrico de

base cnica.

Para el diseo del silo se tuvieron en cuanta las siguientes variables: altura total

del silo (H), altura tope de los slidos (Z), dimetro del cilindro (D), dimetro de la

base cnica (D0), altura de la base cnica (h), densidad aparente (b), ngulo de la

tolva con respecto al eje vertical (), volumen del silo (V), masa a almacenar (M),

flujo msico de descarga (Fs), tamao promedio de las partculas (dp) y ngulo de

friccin interna (), como se puede observaren la figura 4.

b

smV = (6)

conocilindro VVV += (7)

)(**4

2 hZDVcilindro = (8)

)*(**12 0

022 DDDDhVcono ++= (9)

Reemplazando las ecs 8 y 9 en 7 se obtiene:

)*(**12

)(**4

0222 DDDDhhZDV +++= (10)

Segn la referencia 7. DZ *3= (11) Reemplazando la ec 11 en la ec 10 y despejando h se obtiene:

28

)*(*)**9*12(

02

02

3

DDDDDVh ++

= (12)

De la geometra se puede observar: 02 DaD += y Tanah =

TanhDD *20 += (13)

Segn la referencia 2. 5.2

0 )*4.1(*)(**35 pbs dDgF = (14) Fs en g/min, dp es el tamao promedio de la partcula en cm y g es la aceleracin

de la gravedad en cm/s2.

Despejando D0 de la ec 14 se obtiene:

pb

s dg

FD *4.1**35

4.0

0 +

= (15)

Alimentacin

D

D0

Descarga

Z H

D0 a

h

Figura 4. Silo cilndrico de base cnica

D

29

Segn la referencia 7. 2

4590 +== (16), ver anexo 2 para la determinacin del ngulo de friccin interna .

2.4.1 Metodologa de clculo: Se determina V con la ec 6, se determina D0 con la ec 15, y se determina con la ec (16), adems se identifica el tipo de flujo en el

silo. Para la determinacin de D y h se realiza la siguiente iteracin.

Y se determina Z con la ec 11

En donde el valor inicial de D corresponde a: 3 **34 VD =

Para la determinacin de H se tiene en cuenta un factor de seguridad.

2.5 Seleccin del disgregador: La disgregacin es una etapa de acondicionamiento en donde se ajustan las variables que favorecen la eliminacin

de impurezas (cuarzo) en la siguiente etapa de desarenamiento por

sedimentacin. La seleccin del disgregador se realiz con base en los resultados

obtenidos por M.C.C.O.F.C.B. (11)

Figura 5. Iteracin para determinar D y h del silo.

Calcular h con la ec 12

Calcular D con la ec 13

Dsup - Dcalc< TolNO SI

Hacer Dsup = Dcalc = D y hcalc = h

Suponer D

30

La disgregacin del mineral se realiz con el fin de liberar y mantener en

suspensin las partculas arcillosas. Esta etapa se realizar por medio de la

adicin continua y controlada de flujos de soluciones de agua, dispersante (silicato

de sodio) y acondicionador de pH (hidrxido de amonio). La descarga de la pulpa

disgregada, se realizar por rebalse del tanque o celdas de atriccin como lo

muestra la figura 6.

2.5.1 Celdas de atriccin: El disgregador es un tanque de agitacin de pulpas, para el cual se tienen en cuenta dos parmetros generales que son:

1. El tiempo de retencin necesario para el proceso define la geometra y tamao

del tanque.

2. La energa cintica necesaria para la transferencia de agitacin a la pulpa

define el tamao, tipo y nmero de hlices y potencia requerida.

De acuerdo a la anterior, los tanques de atriccin y tipo de aspa seleccionados

para este proceso, presentan especificaciones de diseo especial, como la

geometra del tanque y la relacin dimetro de aspa con ancho del tanque.

Debido a que el proceso de disgregacin requiere de un sistema de intenso

mezclado (atriccin), ste presenta cualidades especiales como: Proporcionar un

D

Alimentacin

H

L

z1

z1

Dn

H

T

Descarga

Figura 6. Celdas de atriccin

31

flujo de agitacin alterno axial radial, consumo de alta energa y resistencia al

desgaste por abrasin, requiere de un sistema de doble aspa (tipo hlice), ptimo

para pulpas con altas concentraciones de slidos (hasta 75% en peso), requiere

tambin de instalaciones modulares de 2, 4 o 6 celdas o tanques y proporciona

alta intensidad de agitacin de corte.

Para la seleccin del disgregador se deben tuvieron en cuenta las siguientes

variables: Flujo de mineral (F2), flujo de lquidos (agua, dispersante y

acondicionador de PH) (F3), concentracin de dispersante (%Wd1 %p/v),

concentracin de acondicionador de PH (%Wa2 %p/v), flujo de pulpa de descarga

(F4), densidad de la pulpa de descarga (p4), porcentaje de slidos (%X4s), caudal

de descarga (q4), tiempo de residencia ( ), tipo de agitador, velocidad del agitador (N), dimetro del agitador (T), volumen total de las celdas (VT), volumen de cada

celda (Vn), nmero de celdas (n), altura de la celda (H), ancho de la celda (D),

ancho de la celda unitaria (Dn), longitud de la celda (L), distancia entre las hlices

(z1), distancia entre el fondo del tanque y el agitador (z1) y requerimiento

energtico (P).

2.5.2 Balance de masa de slidos: Para el tanque de atriccin.

ss XFXF 4422 ** = (17) 2.5.3 Balance de masa de lquidos: Para el tanque de atriccin.

lll XFXFXF 443322 *** =+ (18)

2.5.4 Dimensionamiento de las celdas de atriccin: Se relacionaron las variables para determinar las dimensiones del equipo. Teniendo en cuenta que

algunas variables ya estn determinadas experimentalmente, debido al estudio

realizado por M.C.C.O.F.C.B. (11).

s

lsspulpa X

)(*1

14

= (19)

32

4

4 *

pT

FV = (20)

nVV Tn = (21)

Segn la referencia 15 41

nDz = (22), y 4=TDn (23).

2.5.4.1 Metodologa de clculo. 1. Las variables %Xs, , N, Wv1 y WV2 se determinaron experimentalmente por

M.C.C.O.F.C.B. (11).

2. Determinar p4 utilizando la ec. 19.

3. Determinar VT utilizando la ec. 20, y se tiene en cuenta un factor de escala.

4. Determinar n, Vn, Dn, H, D, L y P. utilizando VT y el manual Denver Sala Basic.

Selection Guide For Process Equipment. (4)

5. Determinar z1 utilizando la ec 22 y T con la ec. 23.

2.6 Diseo del espesador: La pulpa de mineral acondicionada en las celdas de atriccin, se alimenta al proceso de desarenamiento por sedimentacin, el cual se

realiza en un espesador como se muestra en la figura 7. Esta etapa reduce el

contenido de aquellos minerales cuyo tamao granulomtrico y densidad es

superior a las arcillas, ver anexo C.

El mineral de Oiba al sedimentar tiene la particularidad que no forma una interfase

de lquido claro, es decir; una parte de los slidos permanece en suspensin y la

otra sedimenta (sedimentos). Aprovechando esta caracterstica y con base en el

anlisis qumico de los suspendidos y los sedimentos, ver anexo C, se ide que el

espesador funcione de la siguiente forma: se obtienen dos productos de pulpas de

mineral, los sedimentos y los suspendidos. En los sedimentos o arenas se

encuentran el cuarzo y la pirita sedimentada, que se descarga por la parte inferior

del espesador, mediante el movimiento de los rastrillos, los cuales desplazan las

33

arenas hasta el centro del equipo, desde donde se bombea el mineral hasta la pila

de almacenamiento de colas, y en los suspendidos estn los minerales arcillosos

de ilita y caolinita, que salen por la parte superior del espesador como rebalse y se

transporta a la siguiente etapa del proceso.

2.6.1 Balance de masa de slidos:

sss XFXFXF 665544 *** += (24) 2.6.2 Balance de masa de lquidos:

lll XFXFXF 665544 *** += (25) 2.6.3 Dimensionamiento del espesador: El dimensionamiento del espesador se presenta en el anexo F.

2.7 Seleccin de un tanque de floculacin: La floculacin es una etapa en donde se acondiciona la pulpa de suspendidos con la adicin de un floculante para

favorecer la filtracin. La seleccin del tanque de floculacin se realiza con base

en los resultados obtenidos por M.C.C.O.F.C.B. (11).

La etapa de floculacin se realiza en un tanque de agitacin como se muestra en

la figura 8 en donde la adicin del floculante promueve la formacin de

aglomerados de las partculas slidas en suspensin, con el fin de obtener una

buena separacin de slidos en la etapa de filtracin.

Suspendidos

Alimentacin

Sedimentos

H

Figura 7. Espesador

D

34

Para la seleccin del tanque de floculacin se deben tuvieron en cuenta las

siguientes variables: Flujo de slidos (F6s), flujo de lquidos (recirculacin de

lquido (F10), y flujo de floculante (F7)) concentracin de floculante (Wf

mg/Kgmineral), flujo de pulpa de descarga (F8), densidad de la pulpa (p8),

porcentaje de slidos (%X8s), caudal de descarga (q8), tiempo de residencia ( ), tipo de agitador, velocidad del agitador (N), dimetro del agitador (T), volumen

total del tanque (VT), altura del tanque (H), dimetro del tanque (D), altura efectiva

del tanque (L), distancia entre el fondo del tanque y el agitador (z1), nmero de

bafles y requerimiento energtico (P).

Figura 8. Tanque de floculacin


SS XFXF 8866 ** = (26) 2.7.2 Balance de masa de lquidos:

ll XFFFXF 8871066 ** =++ (27)

Segn la referencia 15. 21HZ = (28) y 3=

TD (29)

2.7.3 Dimensionamiento del tanque de floculacin: Se relacionaron las variables para determinar las dimensiones del equipo, teniendo en cuenta que

algunas variables ya estn determinadas experimentalmente, debido al estudio

realizado por M.C.C.O.F.C.B. (11).

H L

Z1 T

Producto Alimento

D D

35

2.7.3.1 Metodologa de clculo. 1. Las variables %X8s, , N, Wf se determinaron experimentalmente por M.C.C.O.F.C.B. (11).

2. Determinar p4 utilizando la ec. 19.

3. Determinar VT utilizando la ec. 20, se tiene en cuenta el factor de escala.

4. Determinar H, D, L y P utilizando VT y el manual Denver Sala Basic. Selection

Guide For Process Equipment (4).

5. Determinar z1 utilizando la ec 28 y T con la ec. 29.

6. Determinar el nmero de bafles.

2.8 Seleccin del equipo de filtracin: La pulpa acondicionada en el tanque de floculacin es alimentada a un filtro de tambor rotatorio, en donde se elimina gran

parte del lquido, la torta filtrada tendr la composicin mineralgica adecuada

para la industria del cemento blanco, este producto es alimentado a una etapa de

secado para posteriormente ser empacado y comercializado.

Por otra parte, la torta filtrada no tendr una composicin mineralgica adecuada

para la industria de los cermicos, por alto contenido de xido de titanio.


SS XFXF 141488 ** = (30) 2.8.2 Balance de masa de lquidos:

9141488 ** FXFXF ll += (31)

2.8.3 Dimensionamiento del filtro de tambor rotatorio: Con base en los datos reportados por M.C.C.O.F.C.B. presentados en el anexo C, se realiza el

dimensionamiento del filtro de tambor rotatorio.

Para el dimensionamiento de este equipo se tuvieron en cuenta las siguientes

36

variables: Flujo de alimentacin (F8), caudal de slidos de alimentacin (q8S),

volumen de filtrado que ha pasado a travs de la torta (V), volumen de filtrado

necesario para depositar una torta ficticia (Ve), tiempo (), viscosidad del lquido de

filtrado (), rea de total de filtrado (A), rea especfica de volumen de slido (S0),

rea efectiva de filtrado (Aef), peso de slidos en la suspensin por volumen de

lquido en esta suspensin (w), cada de presin a travs de la torta (presin de

vaco) (P), resistencia especfica de la torta (), porosidad del medio (),

densidad del slido seco (SS), densidad del slido (S), dimetro del tambor (D),

largo del tambor (L) y potencia de rotacin del tambor (P). En la figura 9 se

muestra el filtro de tambor rotatorio.

Figura 9. Filtro de tambor rotatorio.

Segn la referencia 5.

eVPAwV

PAw

V*

)(****

)(***

22

+

= (32)

= )(***

2 PAwm (33)

eVPAwb *

)(***

2

= (34)

Despejando de la ec 33 se obtiene:

=

wmPA

**)(*2

(35)

L D

37

=

S

SS

1 (36)

)1(*5** 3

0

=SS (37)

60** 80 S

efqNSA = (38)

2.8.3.1 Metodologa de clculo. 1. Tabular V y (/V) de la prueba de filtracin ver anexo C.

2. Graficar (/V) vs. V.

3. Obtener la pendiente de la recta (m) y el intercepto (b) de la grfica de (/V)

vs. V.

4. Determinar utilizando la ec 35.

5. Determinar S0 utilizando la ec 37.

6. Determinar Aef utilizando la ec 38.

7. Determinar D, L, N y P utilizando el manual Denver Sala Basic. Selection Guide

For Process Equipment (4).

2.9 Seleccin del equipo de flotacin: La flotacin es una etapa en donde se va a reducir el contenido anatasa de la pulpa (torta filtrada) proveniente del equipo de

filtracin. Con base en los resultados reportados por M.C.C.O.F.C.B. en donde se

determin que la tcnica de flotacin ms adecuada es la flotacin inversa por

espumas.

El acondicionamiento de la pulpa de la etapa de flotacin se realiza en unas

celdas de atriccin en donde se adiciona de forma controlada el reactivo de

flotacin, posteriormente se alimenta a la primera serie de celdas de flotacin y se

obtendrn dos productos de esta primera etapa, flotados y no flotados. Los

flotados se alimentarn a una segunda serie de celdas de flotacin con el fin de

aumentar el porcentaje de recuperacin. De esta segunda etapa se obtendrn

38

unos flotados finales y una pulpa de no flotados, la cual se unirn con los no

flotados de la primera etapa de flotacin. Las espumas finales se bombearn

hasta una piscina de tratamiento. Los no flotados o concentrados se alimentarn

a la etapa final de secado.

2.9.1 Balance de masa de slidos de la primera etapa de flotacin:

SSS XFXFXF 232322222121 *** += (39) 2.9.2 Balance de masa de lquidos de la primera etapa de flotacin:

lll XFXFXF 232322222121 *** += (40) 2.9.3 Balance de masa de slidos de la segunda etapa de flotacin:

SSS XFXFXF 252524242222 *** += (41) 2.9.4 Balance de masa de lquidos de la segunda etapa de flotacin:

SSl XFXFXF 252524242222 *** += (42)

2.9.5 Dimensionamiento del equipo de flotacin inversa: El dimensionamiento de las celdas de atriccin est descrito en la seccin 2.5.4 del presente captulo.

Para el dimensionamiento del equipo de flotacin inversa se tuvieron en cuenta las

siguientes variables: Flujo de alimento (F21), caudal de alimento (q21), porcentaje

de slidos del alimento (%X21S), dosificacin reactivo de flotacin (wfl,

g/Kgmineral), densidad de la pulpa (p21 ), caudal de aire (qa), factor de aireacin

(a), factor de escala (S), presin por celda (P), tiempo de residencia ( ), velocidad de agitacin (N), volumen total de las celdas (VT), volumen de cada

celda (Vn), nmero de celdas (n), altura de la celda (H), ancho de la celda (D),

ancho de la celda unitaria (Dn), longitud de la celda (L), y requerimiento energtico

(P). En la figura 10 se muestra el equipo de flotacin inversa.

Segn la referencia 4.

aSqVT *60

**= (43)

39

D

H L

DnD

2.9.5.1 Metodologa de clculo. 1. Las variables , N, %X21S y wfl se determinaron experimentalmente por

M.C.C.O.F.C.B. (11).

2. Determinar S y a utilizando el manual Denver Sala Basic. Selection Guide For

Process Equipment (4).

3. Determinar VT utilizando la ecuacin 43.

4. Determinar n, Vn, H, D, L y P. utilizando VT y el manual Denver Sala Basic.

Selection Guide For Process Equipment (4).

Figura 10. Celdas de flotacin inversa.

2.10 Seleccin del equipo de secado: Con el objeto de obtener un producto con los requerimientos de humedad adecuada para la industria de los cermicos y del

cemento blanco se selecciona un secador pulverizador o por aspersin, este

equipo es adecuado para materiales sensibles al calor y requieren tiempos cortos

de secado como en el caso de las pastas de caoln tal como lo indican las

referencias 6 y 10.

En el secado por aspersin la materia a secar est en una fase fluida o en

suspensin y se dispersa en elementos ms o menos finos que se ponen en

contacto con agente secante caliente; en el caso de las suspensiones de caoln el

agente secante es aire a alta temperatura.

Debido a que no se tiene conocimiento de algunos parmetros necesarios para el

diseo del secador tipo Spray, las dimensiones de dicho equipo no se podrn

40

calcular, a continuacin se presenta las variables que se tienen en cuenta y la

metodologa utilizada para el diseo del secador tipo Spray.

2.10.1 Variables requeridas para el diseo: Dimetro promedio de las partculas a la entrada (dp1), dimetro promedio de las gotas dispersadas (dp2), tensin

superficial de la suspensin (), densidad del lquido (l), viscosidad del lquido

(l), velocidad relativa del gas con respecto al lquido (v), caudal de lquido (ql),

caudal de gas (qg), velocidad del gas (vg), densidad del gas (g), tiempo de secado

(t), densidad de la pulpa de entrada (p), calor de vaporizacin (Q), conductividad

trmica del producto seco (k), coeficiente de transferencia de calor (), diferencia

media logartmica de temperatura ( Tm), humedad en base seca de slidos (X

Kgagua/KgSlidos secos), temperatura del slido (TS), temperatura del gas (Tg),

temperatura lmite de enfriamiento (TK), humedad en base seca del gas (Y

Kgagua/Kggas seco), flujo de slidos (FS), flujo de gas (G), volumen de la cmara de

secado (v), dimetro de la cmara de secado (D), longitud de la cmara de secado

(l), entalpa del slido hmedo (HS), capacidad calorfica del slido (CS), capacidad

calorfica de la humedad (CA) y capacidad calorfica del gas (Cg). En la figura 11 se

muestra el secador pulverizador.

Balance de masa de humedad: Segn la referencia 14.

1221 '*'*'*'* YGXFYGXF SS +=+ (44) Balance de energa: Segn la referencia 14.

1221 *'**'* gSSgSS HGHFHGHF +=+ (45) Segn la referencia 10.

5.145.0

2*1000*

**597

**585

+=

g

l

llp q

qv

d

(46)

+

= 121

22

'1''*

)(**12'**

XXX

TkQd

tm

pp (47)

Donde Nu = 2; = 2*k/dp2 y (Tm) = (TS1-TS2)/Ln ((TS1-TK)/ (TS2-TK)).

41

lVD**4

= (48)

tYY

XXFV S *''

)''(*

21

21

= (49)

( ) ( ) + = 22214241/ **81.9**36 ***)(**8 '* ppgpppm ddvddgTK Ql (50)

2.10.2 Metodologa de clculo. 1. Determinar las condiciones de entrada y salida del slido a secar y del

agente secante.

2. Conocer los parmetros necesarios para resolver las ecuaciones requeridas

para el diseo.

3. Determinar dp2 utilizando la ec. 46.

4. Determinar el tiempo de secado t utilizando la ec. 47.

5. Determinar el volumen de la cmara de secado V utilizando la ec. 49.

6. Determinar l utilizando la ec. 50

7. Determinar D utilizando la ec 48.

Figura 11. Esquema del secador tipo Spray.

a

b

c

d

d

e

a. Cmara de calentamiento b. Atomizador c. Cmara de secado d. Cicln e. Colector de polvos

Alimento lquido

Aire atmosfrico

Producto seco

Aire de salida

42

3. RESULTADOS

En este captulo se presentan los resultados obtenidos del diseo de los equipos

principales de la planta de beneficio del caoln calidad cermica y cemento blanco,

en donde se especifican las dimensiones y los parmetros representativos de

cada uno de los equipos diseados. Se anexa un plano de la planta.

3.1 Condiciones iniciales: Con base en los criterios explicados en el captulo 2 se escogi una capacidad de 50 toneladas en base seca por da para la planta de

beneficio. Las caractersticas del mineral proveniente de mena se presentan en el

anexo B.

3.2 Especificaciones del triturador de rodillos triples: Utilizando la metodologa presentada en el anexo E y las ecs 17E, 34E, 36E, 40E y 42E se realizaron los

respectivos clculos y se determinaron las dimensiones del triturador de rodillos

triples, en las tablas 4 y 5 se resumen los resultados obtenidos.

Tabla 4. Especificaciones primera etapa de trituracin.

Especificaciones Valor UnidadesCapacidad terica 235,3 t/d Tiempo de operacin diaria 2 h Capacidad real de mineral de mena con humedad 58,82 t/d Tamao mximo de arista de los cubos de alimentacin (L) 25 cm Tamao mximo de partcula de producto reduccin 1 (2d1) 7,14 cm Punto de contacto del rodillo con el material (La) 2.45 cm ngulo de prensado () 90 ngulo () 32 Relacin de reduccin (RR1) 3,5 cm/cm Radio rodillo mvil sencillo (R2) 35 cm Radio rodillo fijo sencillo (R1) 70 cm Longitud de los rodillos (W) 30 cm Velocidad de rotacin rodillo sencillo (N1) 18 r.p.m.

43

Tabla 5. Especificaciones segunda etapa de trituracin

Especificaciones Valor UnidadesCapacidad terica 235,3 ton/d Tiempo de operacin diaria () 2 h Capacidad real de mineral de mina con humedad 58,82 ton/d Tamao mximo de partcula de producto reduccin 1 (2d1) 7,14 cm Tamao mximo de partcula de producto reduccin 2 (2d2) 2,54 cm ngulo de prensado () 64 ngulo () 32 Relacin de reduccin secundaria (RR2) 2,8 cm/cm Radio rodillo mvil doble (R3) 20 cm Radio rodillo fijo doble (R3) 20 cm Longitud de los rodillos (W) 30 cm Velocidad de rotacin rodillo doble (N2) 118 r.p.m. ndice de Bond (wi) 7.1 KW*h/tonPotencia total (P) 38,31 kw

3.3 Especificaciones del silo cilndrico con descarga cnica: Utilizando la metodologa presentada en la seccin 2.4.1 y las ecuaciones 6, 11, 12, 13, 15, y

16 se realizaron los respectivos clculos, determinndose las dimensiones del silo

cilndrico con descarga cnica, en la tabla 6 se resumen los resultados obtenidos.

Tabla 6. Especificaciones del silo.

Especificaciones Valor Unidades Factor de diseo 1,1 Capacidad de almacenamiento del mineral 58,82 ton Flujo de descarga de mineral 122,54 kg/min Tamao mximo de partcula (Dp) 2,54 cm Volumen de la tolva (V) 25,4 m3 ngulo de friccin interna () 37,9 ngulo de la tolva respecto eje vertical () 26.1 Dimetro del cilindro (D) 2,3 m Dimetro abertura de descarga (D0) 0,085 m Altura total tope de los slidos (Z) 6,9 m Altura seccin cnica (h) 2,3 m Altura total del silo (H) 7,6 m Tipo de flujo En embudo

44

3.4 Especificaciones del tanque de atriccin: Utilizando la metodologa presentada en la seccin 2.5.4.1 y las ecs 19, 20, 22 y 23 se realizaron los

respectivos clculos, determinando as las dimensiones del tanque de atriccin, en

la tabla 7 se resumen los resultados obtenidos.

Tabla 7. Especificaciones del tanque de atriccin 1.

Especificaciones Valor Unidades Tipo de descarga Rebalse Nmero de pares de celdas 2

Tipo de agitador Doble hlice

Velocidad de agitacin (N) 2000 r.p.m. Tiempo de residencia () 30 min Volumen total (VT) 8520 L Volumen por celda (Vn) 2130 L Tipo de celda 48X48 Denver Seccin de la celda de atriccin Cuadrada Longitud de las celdas (L) 1250 mm Alto de las celdas (H) 3400 mm Ancho total de las celdas (D) 5735 mm Ancho por celda (Dn) 2868 mm Dimetro del agitador (T) 717 mm Distancia entre las hlices (Z1) 717 mm Distancia del fondo del tanque al agitador (Z1) 717 mm Potencia del motor por celda. Transmisin reducida (P) 30 KW

3.5 Especificaciones del espesador: Utilizando la metodologa presentada en el anexo F y las ecs 1F, 3F, 4F, 6F, 12F, 13F, 15F, 16F, 17F y 18 F se realizaron los

respectivos clculos, determinando las dimensiones del espesador, en la tabla 8

se resumen los resultados obtenidos.

45

Tabla 8. Especificaciones espesador.

Especificaciones Valor Unidades PH de pulpa 9,0-9,5 Concentracin inicial (C4) 368 Kg/m3 Concentracin de sedimentos (C5) 448,3 Kg/m3 Concentracin de suspendidos (C6) 346,3 Kg/m3 rea seccin transversal (S) 425 m2 Dimetro del espesador 23,3 m Volumen zona de compresin (VC) 43 m3 Altura zona de compresin (Zc) 0,10 m Altura por capacidad de almacenamiento 0,04 m Altura por sumersin del alimento 0,7 m Altura de inclinacin del fondo 0,7 m Profundidad del espesador 1.6 m Velocidad de rotacin de los rastrillos 0,1 r.p.m. % Recuperacin (Al2O3/SiO2) en suspendidos 72.89 %

3.6 Especificaciones Tanque de floculacin 1: Utilizando la metodologa presentada en la seccin 2.7.3.1 y las ecs 19, 20, 28 y 29 se realizaron los

respectivos clculos, determinndose las dimensiones del tanque de floculacin,

en la tabla 9 se resumen los resultados obtenidos.

Tabla 9. Especificaciones tanque de floculacin 1.

Especificaciones Valor Unidades Tiempo de residencia 3.5 min Volumen total (VT) 1,4 m3 Dimetro del tanque (D) 1,25 m Altura del tanque (H) 1,25 m Altura efectiva del tanque (H) 1,35 m Altura entre el fondo del tanque y el agitador (Z1) 0,6 m Tipo de agitador Hlice Velocidad del agitador (N) 2000 r.p.m. Dimetro del agitador (T) 417 mm Ancho de cada bafle 0,1 m Nmero de bafles 2 Potencia instalada al motor (P) 0,75 KW

46

3.7 Especificaciones del filtro de tambor rotatorio 1: Utilizando la metodologa de la seccin 2.8.3.1 y las ecs 35, 37, y 38 se realizaron los respectivos clculos,

determinando as las dimensiones del filtro de tambor rotatorio, en la tabla 10 se

resumen los resultados obtenidos.

Tabla 10. Especificaciones del filtro 1.

Especificaciones Valor Unidades Modelo de equipo de filtracin 1212 Denverrea especfica de volumen de slido (S0) 73,5 m2/m3

rea total del filtro (A) 4,5 m2

rea efectiva del filtro (Aef) 3,4 m2

Potencia para rotacin del tambor (P) 0,25 kWVelocidad de rotacin del tambor (N) 1,6 r.p.m.Dimetro del tambor (D) 1,2 mLongitud del tambor (L) 2,2 mPresin de vaco (P) 70 kPa

3.8 Especificaciones acondicionamiento para flotacin: De manera similar a la seccin 3.3, se obtuvieron los resultados, que se resumen en la tabla 11. Tabla 11. Celdas de atriccin 2.

Especificaciones Valor UnidadesTipo de descarga Rebalse Nmero de pares de celdas 1 Tipo de agitador Doble

hlice

Velocidad de agitacin (N) 2000 r.p.m.Tiempo de residencia () 20 minVolumen total (VT) 1420 LVolumen por celda (Vn) 710 LTipo de celda 32X32 DenverSeccin de la celda de atriccin Cuadrada Longitud de las celdas (L) 840 mmAlto de las celdas (H) 2300 mmAncho total de las celdas (D) 2170 mmAncho por celda (Dn) 1085 mmDimetro del agitador (T) 272 mmDistancia entre las hlices (Z1) 272 mmDistancia del fondo del tanque al agitador (Z1) 272 mmPotencia del motor por celda. Transmisin reducida (P) 11 KW

47

3.9 Especificaciones de las celdas de flotacin inversa: Utilizando la metodologa de la seccin 2.9.5.1 y la ec 43, se realizaron los respectivos

clculos, determinado las dimensiones del equipo de flotacin inversa, en la tabla

12 de resumen los resultados obtenidos.

Tabla 12. Celdas de flotacin.

Especificaciones Valor Unidades Factor de escala (S) 1,0 Factor de aireacin (a) 0,85 Tipo de celda AS-0.6 Tiempo de residencia por etapa de flotacin () 12 min Velocidad de agitacin 1500 r.p.m. Flujo de aire (qa) 0,75 m3 / min Presin por celda (P) 12 KPa Seccin de la celda Cuadrada Volumen total etapa 1 de flotacin (VT) 3 m3 Volumen total etapa 2 de flotacin (VT) 1,8 m3 Volumen por celdas etapa 1y 2 de flotacin (Vn) 0,6 m3 Nmero de celdas etapa 1 de flotacin (n) 5 Nmero de celdas etapa 2 de flotacin (n) 3 Longitud de la celda (L) 1164 mm Altura de la celda (H) 1760 mm Ancho por celda unitaria (Dn) 882 mm Ancho de la celdas etapa 1 (D) 4410 mm Ancho de la celdas etapa 1 (D) 2646 mm Potencia del motor por celda (P) 3 KW

3.10 Especificaciones Tanque de floculacin 2: De manera similar a la seccin 3.5, se obtuvieron los resultados que se resumen en la tabla 13.

48

Tabla 13. Especificaciones tanque de floculacin 2.

Especificaciones Valor Unidades Tiempo de residencia 3.5 min Volumen total (VT) 0,6 m3 Dimetro del tanque (D) 0,55 m Altura del tanque (H) 0,55 m Altura efectiva del tanque (H) 0,65 m Altura entre el fondo del tanque y el agitador (Z1) 0,28 m Tipo de agitador Hlice Velocidad del agitador (N) 2000 r.p.m. Dimetro del agitador (T) 200 mm Ancho de cada bafle 0,1 m Nmero de bafles 2 Potencia instalada al motor (P) 0,37 KW

3.11 Especificaciones del filtro de tambor rotatorio 2: De manara similar a la 3.6 se obtuvieron los resultados que se resumen en la tabla 14.

Tabla 14. Especificaciones del filtro 2.

Especificaciones Valor Unidades Modelo de equipo de filtracin 916 Denver rea especfica de volumen de slido (S0) 73,5 m2/m3

rea total del filtro (A) 3,4 m2 rea efectiva del filtro (Aef) 2,6 m2 Potencia para rotacin del tambor (P) 0,55 kW Velocidad de rotacin del tambor (N) 1,3 r.p.m. Dimetro del tambor (D) 1,2 m Largo del tambor (L) 1,8 m Presin de vaco (P) 70 kPa

3.12 Anlisis de los resultados a. Como se puede observar en las tablas 4 y 5, el triturador de rodillos funcionar

49

de manera discontinua, en donde el producto final se depositar en forma de

pilas para ser transportado hasta el silo. La velocidad de rotacin de la primera

etapa de trituracin es menor que la velocidad de rotacin de la segunda

etapa, la explicacin a lo anterior es que a mayor tamao de la partcula de

alimento se necesita menor velocidad para que sea mordida efectivamente. b. Debido a las caractersticas de humedad y del ngulo de friccin interna de la

arcilla caolintica el tipo de flujo del silo es en embudo el cual no es deseable

debido a que puede afectar la uniformidad del flujo msico en la descarga. c. La energa cintica necesaria para la transferencia de agitacin a la pulpa y

mantenerla en suspensin es alta para los equipos de agitacin como se

puede observar en la velocidad de agitacin, especialmente en los tanques de

atriccin en donde la potencia consumida es elevada. d. Debido a las caractersticas de sedimentacin del mineral de caoln y al

principio de funcionamiento del espesador, la altura de la zona de compresin

es pequea y se requiere un rea de espesamiento alta. e. La variacin del tamao de los tanques de floculacin y el nmero de celdas en

la etapa 1 y 2 de flotacin se debe a la cantidad de materia procesada.

50

4. CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta factores socio-econmicos y de tradicin minera de la regin, la capacidad de la planta propuesta es de 50 toneladas por da, ya que

una capacidad mayor requerira de nuevas tecnologas para la extraccin del

mineral y por ende perjudicando a la cooperativa agro minera de Barro blanco

y al grupo de familias que subsisten de la actividad minera manual.

El diseo del sistema de beneficio basado en las tcnicas evaluadas para la reduccin de impurezas permitir mejorar la calidad de los caolines

actualmente procesados y comercializados en la vereda de Barro blanco de

Oiba (Santander).

El diseo de ingeniera conceptual de los equipos principales de la planta de beneficio calidad cermica y cemento blanco presentado, proyecta los

resultados obtenidos a nivel de laboratorio de las tcnicas utilizadas para la

eliminacin de impurezas, permitiendo una nocin preliminar de las

dimensiones de los equipos y sirviendo como introduccin al diseo detallado.

Las dimensiones de los equipos diseados y seleccionados del sistema de beneficio corresponden a tamaos disponibles comercialmente, permitiendo la

implementacin de una planta piloto la cual no requiere de alta tecnologa y de

esta forma aumentar el valor agregado del mineral caolintico de Oiba.

51

5. RECOMENDACIONES

Desarrollar un estudio detallado para la determinacin del coeficiente de friccin del mineral proveniente de la mena de caoln de Oiba para diferentes

materiales, dado que este parmetro es importante en el dimensionamiento del

triturador y del silo.

Determinar los siguientes parmetros de la arcilla caolintica para el diseo del secador tipo Spray: tensin superficial de la suspensin, coeficiente de

conductividad trmica del producto seco, temperatura lmite de enfriamiento y

la capacidad calorfica del slido.

Implementar una planta piloto del sistema de beneficio propuesto que opere de forma continua y evaluar los porcentajes de recuperacin del espesador y las

celdas de flotacin que son los equipos claves para la reduccin de impurezas.

Realizar un estudio de mercados completo del caoln aplicado a las industrias de los cermicos y del cemento blanco, determinando la oferta y la demanda

del mineral.

Realizar un anlisis completo de costos (costos fijos, costos de capital de trabajo, costos no depreciables y costos de manufactura) para medir la

rentabilidad de la planta propuesta, determinando la tasa de retorno o el

rendimiento de flujo de efectivo y evaluar el tiempo de recuperacin del capital

fijo.

Realizar el diseo detallado del sistema de beneficio propuesto y determinar la viabilidad tcnica y la factibilidad econmica para el montaje de la planta.

52

BIBLIOGRAFA

1. BARBA, A. Et al. Materias Primas Para la Fabricacin de Soportes de Baldosas Cermicas. Espaa, 1997. Primera Edicin. Instituto de Tecnologa Cermica.

2. BEVERLOO, W A; LENIGER, H A y VAN DE VELDE, J. The for of Granular Solids Through Orifices. Chemical Engineering Science. Vol 15, (1961); p. 260-

269. 3. CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association). Belt Conveyor for

Materials, third edition. USA, 1998. 4. DENVER SALA BASIC. Selection Guide For Process Equipment. 1994. 5. FOUST, Alan S; WENZEL, Leonard A; CLUMP, Curtis W; MAUS, Louis y

BRYCE, L Andersen. Principios de Operaciones Unitarias. Mxico, 1975. p.

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Factibilidad Tcnica de una Planta para Producir Caoln Apto para las

Industrias del Papel y las Pinturas. Bucaramanga, 1975. p. 71, 72. Trabajo de

Grado (Ingeniero Qumico). Universidad Industrial de Santander. 7. HERNANDEZ GARAY, Herzen. Manejo de Slidos y Separaciones Slido-

fluido. Bucaramanga, 1991. p. 31,32. Universidad Industrial de Santander. 8. hptt//: www. economia.gob.mx 9. hptt//: www. proexport.com,co 10. KNEULE, Friedrich. Enciclopedia de la Tecnologa Qumica El Secado. Tomo

1. Espaa, 1976. p. 245-252. Urmo S.A. 11. LAVERDE CATAO, Dionisio, Director del Proyecto Mejoramiento en la

Calidad de los Caolines de Oiba (Santander), para la Fabricacin de

Cermicos y Cemento Blanco. Bucaramanga, 2005. 12. PERRY, Robert H; GREEN, Don W; MALONEY, James O. Manual del

Ingeniero Qumico. Tomo 2, sexta edicin. Mxico, 1992. p. 8-12, 8-22, 8-23.

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53

13. REIMBERT, M y REIMBERT A. Design and Calculation of the Walls of Horizontal Silos (and Retaining Walls). Bulk Solids Handling. Vol 7, (1987); p. 561-564.

14. TREYBAL, Robert E. Operaciones de Transferencia de Masa. Segunda ed. Mxico, 1988. p. 769, 773. Mc Graw Hill.

15. UHL, Vincent W; GRAY, Joseph B. Mixing Theory y Practice. Vol 2. London, 1967. p. 245, 246 y 259. Academic Press.

16. VU, D.D, Stroeven, P, Bui, V.B. Strength and Durability Aspects of Calcined Kaolin-blended Prtland Cement Mortar and Concrete. Ceramic & concrete

composites, 2001. p. 471 478. 17. WILLS, Barry Alan. Tecnologa de Procesamiento de Minerales Tratamiento de

Menas y Recuperacin de Minerales. p. 159-164. Limusa.

54

ANEXOS

55

ANEXO A CARACTERIZACIN QUMICA Y MINERALGICA DE LA MENA DE CAOLN

DE OIBA (SANTANDER)

Caracterizacin qumica: Basado en los resultados de la caracterizacin geoqumica (11), se concluy que la composicin mineralgica y qumica era muy

similar entre las muestras del mismo frente. Esto permiti agrupar las muestras de

cada nivel por frentes de explotacin, con el fin de conformar tres tipos

tecnolgicos de mena de acuerdo a su ubicacin.

Los tres tipos tecnolgicos de mena o composites, se prepararon en proporciones

iguales con cada una de las muestras de los niveles. Los resultados de la

composicin qumica de los composites se presentan en la tabla 1A.

Tabla 1A. Composicin qumica de los composites

Composicin elemental, % Composites

SiO2 Fe2O3 Al2O3 K2O CaO MgO TiO2 PPI

66,40 1,00 17,98 3,70 0,20 0,84 0,96 4,98 C-S11

68,16 1,05 20,13 4,16 0,25 0,93 0,96 4,97

Promedio 67,28 1,03 19,05 3,93 0,23 0,89 0,96 4,97

51,84 1,13 22,04 4,19 0,20 0,45 1,65 6,66 C-S12

54,53 1,11 22,24 4,83 0,21 0,41 1,61 6,41

Promedio 53,19 1,12 22,14 4,51 0,20 0,43 1,63 6,53

61,48 0,88 19,24 3,97 0,28 0,35 1,80 6,99 C-S13

59,39 0,91 18,74 3,74 0,30 0,34 1,93 6,97

Promedio 60,43 0,90 18,99 3,86 0,29 0,35 1,87 6,98

56

De los resultados obtenidos de las pruebas prelimares (sedimentacin

intermitente), se obtuvo que el comportamiento de los composites (C-S11, C-S12 y

C-S13) era muy similar y por tal motivo fue posible, la conformacin de un nico

composite para la realizacin de los siguientes estudios metalrgicos. Es as que

se conform el composite C-S14, con cantidades iguales de los tres composites

C-S11, C-S12 y C-S13. La preparacin de la muestra C-S14, tambin fue posible

justificarla ya que la composicin de los composites (C-S11, C-S12 y C-S13)

presentaban las mismas especies mineralgicas, pero con la diferencia en los

porcentajes de ocurrencia de cada tipo de mineral. Los resultados de la

composicin qumica del composite C-S14 se muestran en la tabla 2A.

Tabla 2A. Composicin qumica del composite C-S14

Composicin elemental, % Composite

SiO2 Fe2O3 Al2O3 K2O CaO MgO TiO2 PPI

C-S14 61.51 1,04 27,61 4.73 0,00 0,74 1.34 6.52

Caracterizacin mineralgica: Con los elementos determinados se cuantificaron cada especie mineralgica cristalina presente en el composite C-S14 cuyos

resultados se muestran en la tabla 3A.

Tabla 3A. Composicin mineralgica del composite C-S14

Composicin mineralgica % Composite

Caolinita Ilita-Mica Cuarzo Anatasa Hierro, Fe2O3 C-S14 30.54 40.4 26.68 1.34 1.04

57

ANEX0 B CARACTERIZACIN FISICOQUMICA

Los ensayos de caracterizacin fisicoqumica, se realizaron con el fin de

determinar algunos parmetros operacionales de los procesos de beneficio a

evaluar. Los parmetros evaluados fueron:

Humedad de mena. Nivel de acidez. Densidad real. Densidad aparente. ngulo de friccin interna. Coeficiente de friccin. Viscosidad. Distribucin granulomtrica. En donde la humedad del mineral; es la humedad del mineral proveniente de la

mena, que ya ha sido explotado, almacenado y transportado hasta la planta de

procesamiento de los minerales.

Determinacin del ngulo de friccin interna Segn la referencia 13.

Notacin de las variables:

: ngulo natural de reposo, cuyo valor es de 35, ver referencia 3.

: ngulo de friccin interna.

0: Mnimo ngulo para la evaluacin.

m: ngulo de friccin interna mximo.

e: ngulo de friccin interna mnimo.

58

0 (1B)

0*2

2=Tan (2B) Donde

)44

(*21**2*2 20

2

0

0 mTan

+

+ (3B)

La ec 3B se puede simplificar:

0*5.1 =m (4B) O se puede utilizar:

)24

(2

1*

21

21

2

2

mTanTanTan

Tan

+

(5B)

La ec 5B se puede simplificar:

2*)

2(*5.1 Tanm (6B)

3*2 0 =e (7B)

O se puede utilizar:

2*

3 Tane = (8B)

Realizando los clculos e = 23.3 y m = 52.5.

En las tablas 2B, 3B y 4B se presentan los valores de las propiedades

fisicoqumicas del composite C-S14.

Coeficiente de friccin: Con el fin de simular las condiciones en que posiblemente opere la planta de beneficio, se realizaron las lecturas del coeficiente

de friccin del mineral a diferentes tiempos de exposicin del mineral a

temperatura ambiente, lo cual ocasiona en una disminucin en el porcentaje de

59

humedad del mineral y por consiguiente se aprecia este efecto en las medidas del

ngulo de friccin. Los resultados de estos ensayos se presentan en la Tabla 1B.

Tabla 1B. Resultados de la determinacin del coeficiente de friccin.

Tiempo de exposicin,

min. Mc, g * Mp, g **

Coeficiente de friccin,

ngulo de friccin, grad

0 577,9 486,8 0,84 40,2

30 536,8 364,3 0,68 34,2

120 536,2 346,8 0,65 33,0

180 536,0 334,0 0,62 31,8

240 535,7 310,2 0,58 30,0

260 535,7 309,4 0,58 30,0

280 535,7 276,8 0,52 27,0

* Mc: Masa en gramos del mineral ensayado. ** Mp: Masa en gramos del peso

aplicado

Viscosidad: En la tabla 2B se presenta los valores de viscosidad para diferentes porcentajes de slidos.

Tabla 2B. viscosidad del composite C-S14 a diferentes porcentaje de slidos (sin dispersante).

Composite C-S14

Porcentaje de slidos (%p/p) Viscosidad (cp)

20 25.5

30 112

40 223.2

Distribucin granulomtrica: En la tabla 3B se presentan los valores correspondientes de la distribucin granulomtrica del composite C-S14.

60

Tabla 3B Distribucin granulomtrica del composite C-S14.

Composite C-S14

Tamao partcula

[m] %pasante

acumulado

150 99.4 75 98.5 53 97.6 45 96.2

25.6 93 17.9 89 12.5 84.4 10.1 81.2 7.7 76.1 5.7 72.1

Tabla 4B parmetros operacionales del composite C-S14.

Composite C-S14

Humedad de la mena (%p/p) 15

Nivel de acidez 4.40

Densidad real (g/cm3) 2.63

Densidad aparente (g/cm3) 1.97

ngulo de friccin interna (grad) 37.9

ngulo de friccin (grad) 32.3

61

ANEXO C ESTUDIO METALRGICO TCNICAS EVALUADAS PARA LA ELIMINACIN

DE IMPUREZAS

Estudio de desarenamiento: El estudio del proceso de desarenamiento fue seleccionado como alternativa tecnolgica, para la reduccin del contenido de

cuarzo y aquellos minerales cuyo tamao granulomtrico y densidad fueran

superiores a las arcillas.

La preparacin de la muestra de mineral CS-14, en forma de pulpa, se realiz

disgregado por agitacin mecnica el mineral en agua, con adicin de un

dispersante, el cual actu como defloculante haciendo que las partculas arcillosas

se repelieran unas de otras y de esta manera lograr mantener en suspensin el

mineral. Es as, que se determin experimentalmente la dosificacin mnima de

dispersante para lograr reducir la viscosidad de la pulpa, manteniendo en

suspensin el mineral, y adems se ajust el porcentaje de slidos y la

dosificacin del reactivo de modificacin del pH requerido que obtuvo las mejores

condiciones de sedimentacin, los resultados se presentan en la tabla 1C.

En la figura 1C se muestra el esquema experimental utilizado en la prueba de

sedimentacin intermitente, y como se puede observar no hay una interfase de

lquido claro y sedimentos, por lo tanto una cantidad de mineral permanece en

suspensin y la otra sedimenta.

En la tabla 2C se presentan los resultados obtenidos en la prueba de

sedimentacin intermitente.

Graficando la altura aparente de la interfase vs. el tiempo se obtiene la curva de

sedimentacin como se muestra en la grfica 1C.

62

Figura 1C. Fotografa progresiva del proceso de sedimentacin.

Tabla 1C. Condiciones y resultados de operacin del proceso de disgregacin.

Parmetro Valor Unidad

Mineral de alimento C-S14 Composite

Tiempo de disgregacin 30 min

Porcentaje de slidos 30 %

Reactivo de dispersin Silicato de sodio SiO2. Na2O

Dosificacin de dispersante 0,5 % V/P mineral

Reactivo para la modificacin del pH Hidrxido de amonio NH4OH

Dosificacin de hidrxido de amonio 1,9 % V/P mineral

Velocidad de agitacin 2000 r.p.m.

pH de pulpa 9 9,5 pH

63

Tabla 2C. Resultados de la prueba de sedimentacin intermitente.

Tiempo (min) Tiempo (h) Altura de los sedimentos ZL (mm)

Altura aparente de la Interfase ZI = (Z0 ZL) (cm)

0 0,000 0,0 24.00 1 0,017 0,5 23,95 2 0,033 4,0 23,60 3 0,050 5,5 23,45 4 0,067 7,0 23,30 5 0,083 8,0 23,20 6 0,100 9,0 23,10 7 0,117 10,5 22,95 8 0,133 11,0 22,90

10 0,167 13,0 22,70 12 0,200 14,0 22,60 14 0,233 15,0 22,50 16 0,267 16,0 22,40 18 0,300 17,0 22,30 20 0,333 18,0 22,20 25 0,417 19,5 22,05 30 0,500 21,5 21,85 35 0,583 22,0 21,80 40 0,667 23,5 21,65 45 0,750 24,0 21,60 50 0,833 26,0 21,40 55 0,917 26,5 21,35 60 1,000 27,0 21,30 70 1,167 29,0 21,10 80 1,333 29,5 21,05 90 1,500 31,0 20,90

100 1,667 31,5 20,85 150 2,500 36,0 20,40 170 2,833 37,0 20,30 220 3,667 39,0 20,10 240 4,000 40,0 20,00 280 4,667 42,0 19,80 310 5,167 43,0 19,70 380 6,333 45,0 19,50 420 7,000 46,0 19,40 700 11,667 51,0 18,90

1000 16,667 54,0 18,60 1500 25,000 55,5 18,45

64

Grfica 1C. Curva de sedimentacin.

En la tabla 3C se muestra los resultados y las condiciones de operacin del

proceso de sedimentacin.

CURVA DE SEDIMENTACIN

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Tiempo (h)

Altu

ra A

pare

nte

de In

terf

ase

ZI (c

m)

65

Tabla 3C. Condiciones y resultados de operacin del proceso de sedimentacin.

Parmetro Valor Unidad pH de pulpa 9 9,5 pH

Porcentaje de slidos alimento 30 % Porcentaje de slidos

suspendidos 28,5 %

Porcentaje de slidos sedimentos 35,1 % Concentracin de alimento C0 368.00 Kg/m3

Concentracin de suspendidos CS 346.27 Kg/m3 Concentracin de sedimentos CL 448.58 Kg/m3

Anlisis qumico de suspendidos

SiO2 : 52,38 Al2O3 : 38,18 Fe2O3 : 0,76 TiO2 : 0,81 K2O : 6,55 MgO : 0,88

% en peso

Composicin mineralgica de suspendidos

Cuarzo: 6,87 Caolinita: 34,92 Ilita-Mica: 56,64 Anatasa: 0,81

% en peso

Anlisis qumico de sedimentos

SiO2 : 83,46 Al2O3 : 9,83 Fe2O3 : 0,61 TiO2 : 2,24 K2O : 2,96 MgO : 0,60

% en peso

Composicin mineralgica de sedimentos

Cuarzo: 69,11 Caolinita: 3,52

Ilita-Mica: 24,52 Anatasa: 2,24

% en peso

66

Estudio de floculacin y filtracin: Con el objeto de reducir la cantidad de lquidos de la pulpa de suspendidos se realiza un proceso de filtracin. Para hacer

efectiva la filtracin, ser necesaria la adicin de un floculante, sulfato de aluminio. La preparacin de la pulpa de suspendidos para la filtracin se realiz por

agitacin mecnica en donde se adicion el floculante con el fin de formar

aglomerados y favorecer e l proceso de filtracin. Se determin la dosificacin

mnima de floculante para lograr una buena filtracin cuyos resultados se

presentan en la tabla 4C.

Tabla 4C. Condiciones y resultados del proceso de floculacin

Parmetro Valor Unidad

Mineral de alimento Suspendidos Composite Tiempo de floculacin 3.5 min Porcentaje de slidos floculacin 20 % Porcentaje de slidos filtracin 65 % Reactivo de floculacin Sulfato de aluminio Al2(SO4)3 Dosificacin de floculante 20 mg/Kgmineral Velocidad de agitacin 1200 r.p.m.

Para el diseo y seleccin del filtro de rotario de tambor, fue necesario realizar una

prueba de filtracin a escala de laboratorio, con el fin de recolectar los parmetros

de filtracin, necesarios para calcular el rea filtracin. En la figura 2C se muestra

el esquema experimental utilizado en la prueba de filtracin y en la tabla 5C se

presenta los datos obtenidos de la prueba de filtracin, se supone que la torta

filtrada es incompresible y P constante.

La composicin qumica del mineral filtrado es adecuada para la industria del

cemento blanco. Por otra parte, debido a que la composicin qumica del mineral

67

filtrado no cumplir las caractersticas para ser aplicado en la industria de los

cermicos, por su contenido alto de xido de titanio, la torta de filtracin podr ser

alimentada al proceso de flotacin inversa por espumas, para la reduccin del

contenido de la anatasa.

Figura 2C. Fotografa del montaje de la prueba de filtracin.

Tabla 5C. Resultados de la prueba de filtracin.

P=52 cmHg Altura filtrado (mm) Volumen de filtrado (L) Tiempo (s)

0 0,000 0 15 0,009 30 20 0,012 60 24 0,014 90 28 0,016 120 37 0,022 180 42 0,025 240 44 0,026 270 47 0,028 300 49 0,029 330 52 0,031 360 54 0,032 390 55 0,032 420

Torta filtrada

Diseño de Una Planta Para Beneficion de Caolin

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