mineralurgia

PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALURGIA III M.Sc. Nataniel Linares Gutirrez

CAPITULO V

CONCENTRACIN ELECTROSTTICA DE MINERALES

5.1. OBJETIVO.

Al concluir el estudio de este captulo el estudiante debe estar capacitado para entender los principios bsicos en los que se sustenta la operacin de separacin electrosttica. En consecuencia, estar capacitado para realizar estudios de investigacin, diseo, evaluacin y operacin de circuitos de esta naturaleza en una Planta de Procesamiento de Minerales.

5.2. INTRODUCCIN.

La separacin electrosttica es uno de los procesos fsicos menos conocidos que se utilizan en el beneficio de minerales. Sin embargo, millones de toneladas de menas de titanio, menas de hierro, sales y otros minerales se procesan cada ao en forma econmica, eficiente y segura. En estos 20 ltimos aos, han ocurrido los mayores avances en separacin electrosttica y su aplicacin. Los nuevos procesos incluyen desaguado de pulpas de arcilla, separacin de halita y silvita y forma de separacin de vermiculita y gangas minerales.

Las tcnicas de separacin electrosttica estn basadas en uno de los dos mtodos:

Electroforesis, o, Dielectroforesis.

Procesos que involucran partculas cargadas y no cargadas, respectivamente. En algunos casos, la combinacin de estas dos tcnicas han resultado completamente tiles. La separacin elctrica o electrofortica se realiza exclusivamente en seco, lo cual es importante para su aplicacin en zonas ridas.

La separacin elctrica denominada tambin separacin de alta tensin utiliza la diferencia en la conductividad elctrica entre los varios minerales en la mena alimentada a un separador, donde las fuerzas de origen elctrico se ejercen, dentro de un campo elctrico, sobre las partculas cargadas elctricamente y sobre partculas que tienen una constante dielctrica diferente de la del medio en que se encuentran. La separacin elctrica de minerales se efecta en dos fases:

1. Cargado de las partculas, que debe ser selectivo, debiendo las partculas adquirir cargas

de diferente magnitud y de preferencia, de signo opuesto. 2. La separacin en dos o ms productos, de acuerdo a las cargas adquiridas.

5.3. MECANISMOS DE LA SEPARACIN ELECTROSTTICA. En la separacin electrosttica hay tres etapas distintas que deben considerarse. Estas son:

La carga de las partculas.

La separacin de una superficie puesta a tierra, y

La separacin causada por la trayectoria de las partculas. 5.3.1. ELECTROFORESIS.

La electroforesis es el movimiento de un cuerpo o partcula cargada bajo la influencia de un campo elctrico, donde si ponemos simplemente cargas iguales se repelen y cargas desiguales se atraen unas a otras, tal como se muestra en la figura 5.1. La separacin electrosttica de minerales utiliza la electroforesis cuando la fuerza actuante sobre una partcula es debida a la interaccin de un campo elctrico y una partcula cargada. El campo elctrico puede ser generado por un alto voltaje o el campo elctrico es el propio de las partculas cargadas.


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

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

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

++ +

+-

-

+

+

Campo elctrico uniforme Campo elctrico no uniforme

D.C

Fig. 5.1. Fuerza electrofortica sobre partculas cargadas.

MECANISMO DE CARGADO DE LAS PARTICULAS. El mecanismo de cargado de las partculas puede ocurrir en tres formas:

1. Por bombardeo inico. 2. Por induccin conductiva, y 3. Por contacto o triboelctrico.

CARGA POR BOMBARDEO DE IONES.

El cargado y separacin de mineral seco por bombardeo inico es la forma ms comn de separacin electrosttica. Millones de toneladas de mineral se procesan cada ao por este mtodo, donde este bombardeo de iones o electrones, no es ms que la conduccin de electricidad por el aire. En la separacin por bombardeo inico, el material granular se alimenta a un cilindro de metal giratorio y cargado por la corona producida por un electrodo ubicado arriba de la superficie del rodillo, tal como se observa en la figura 5.2.

+ +++

+ + ++

+

+

Electrodo

A tierra

Alimento

Electrodo

ConductoresNo conductores

Rodillo

metlico

Fig. 5.2. Cargado de una partcula por bombardeo inico.

Para que haya descarga hacia la superficies plana, o superficie cilndrica de gran dimetro, se ha establecido que un alambre fino paralelo al cilindro da la descarga de corona ptima. Cuando esto ocurre hay una diferencia de potencial que suele llegar hasta los 50 000 voltios. Las partculas minerales al pasar por entre la corona, sern alcanzados por los electrones o aniones (si se trata de una corona negativa), y cargados. Este efecto est limitado por la fuga de la carga al entrar las partculas al campo de la corona en contacto con la superficie conductora del rodillo metlico. La rapidez de dicha fuga depender de la conductividad de las partculas que son buenas conductoras pierden fcilmente su carga adquirida, al estar en contacto con el rodillo y al dejarlo se comportan


como si no tuvieran carga; mientras que las partculas poco conductoras adquieren una alta carga superficial, por la cual son atradas hacia la superficie del rodillo por su propia fuerza de imagen. Esta fuerza de imagen se expresa por:

1 e+ e

-

Fi = ----- ----- (5.1)

Kd y2

que no es otra que la ley de Coulomb donde: e

- = es la carga elctrica negativa total que obra sobre la partcula.

e+ = es la carga de imagen positiva total.

y = es la distancia de la carga a la superficie conectada a tierra, y Kd = es la constante dielctrica

Fig. 4.3. Esquema del concepto de la fuerza de imagen.

CARGADO POR INDUCCION CONDUCTIVA.

Si se coloca una partcula de mineral sobre una superficie conductora conectada a tierra en presencia de un campo elctrico, rpidamente la partcula adquirir una carga superficial por induccin. La partcula conductora pierde su carga negativa y se carga positivamente, es decir, tendr una superficie equipotencial en contacto con la superficie conductora conectada a tierra; mientras que la partcula no conductora conserva su carga y permanece elctricamente neutra o polarizada. Esto puede verse en los esquemas de la figura 4.4.

+ ++

++

+ ++++

+

-

Electrodo no ionizante

Partcula conductora

A tierra

+ ++

++

+ ++

-

Electrodo no ionizante

Partcula no conductora

A tierra

---

Fig. 4.4. Esquema de carga de partculas por induccin.

Existe un tiempo finito que se requiere para que se cargue la partcula. Este se expresa por:


e = KCP V [ 1 - exp(- t/Kr KCP] (5.2)

Donde:

e = Carga elctrica. KCP = Capacitancia de la partcula. Kr = Resistencia de la partcula. V = Potencial aplicado

La fuerza elctrica que experimenta la partcula conductora est dada por:

Fe = e E (5.3)

Donde: E = Es la intensidad del campo elctrico.

CARGADO POR CONTACTO O TRIBOELCTRICO.

La electrificacin por contacto es uno de los mtodos antiguos utilizados para separar electrostticamente minerales no conductores.

Cuando dos partculas de minerales diferentes se ponen en contacto y luego se separan, stas se

cargan con signos opuestos debido a la transferencia de electrones de una partcula a la otra a travs de la superficie de contacto y ocurre siempre que haya movimiento masivo de las partculas.

La regla utilizada muy a menudo para predecir el signo de la carga superficial resultante de la

electrificacin por contacto es la regla de Cohen la cual dice: Cuando se ponen en contacto dos materiales dielctricos y se separan, el material el material de constante dielctrica ms alta es el que se carga positivamente. Sin embargo, esto no es til en particular para los minerales, porque las propiedades elctricas de un mineral en particular pueden variar significativamente debido a la presencia de trazas de impurezas.

Esto se emple en los separadores electrostticos de cada libre, pero hoy, ste ya no es un

mecanismo importante en ninguno de los dispositivos electrostticos que se usan actualmente. En el esquema de la figura 5.5 se muestra el cargado por contacto.

+ -

+

-

+

++

+

++ +

-- -

--

-

-

-

-+

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

Alimento

Material cargado

positivamente

Material cargado

negativamente

Cargado de

las partculas

Cortador

de flujo

Ele

ctro

do

Ne

ga

tivo

Ele

ctro

do

Po

sitiv

o

Fig. 5.5. Esquema de cargado de partculas minerales por contacto.


5.3.2. DIELECTROFORESIS.

La Dielectroforesis es el movimiento de partculas neutras en un campo elctrico no uniforme, tal como se muestra en el esquema de la figura 5.6.

Fig. 5.6. Esquema de una fuerza dielectrofortica sobre una partcula neutra.

La dielectroforesis difiere de la electroforesis en que:

La dielectroforesis produce movimiento de partculas suspendidas en un medio fluido. La direccin de este movimiento es independiente del signo del campo. Puede utilizarse campos producidos por corriente ac o dc.

La dielectroforesis da origen a un efecto que es proporcional al volumen de la partcula y es, por consiguiente, ms fcilmente observado en partculas gruesas. Es observable en el nivel molecular, solamente bajo condiciones especiales.

La dielectroforesis usualmente requiere campos totalmente divergentes para fuerte efecto.

La dielectroforesis requiere relativamente alto campo de fuerzas. En un medio de constante dielctrica baja (por decir, 2 - 7) este es generalmente igual a 10

4 V/m. En

medios de alta constante dielctrica (por ejemplo el agua, 80) afortunadamente pueden utilizarse campos ms bajos (500 V/m).

La dielectroforesis generalmente requiere una diferencia sustancial en las permitividades

relativas de la partcula y del medio circundante, por ejemplo, K2 - K1 > 1.

Actualmente, las separaciones dielectroforticas estn en gran parte a nivel de laboratorio y planta

piloto. Las aplicaciones industriales estn limitadas a filtracin de fluidos dilectricos, tales como el petrleo y separacin de impurezas de alimentos. La dielectroforesis es una tecnologa emergente que proporcionar nuevas soluciones en el procesamiento fsico. Las propiedades de una separacin dielectrofortica vara con el medio en el cual ocurre la separacin. En la industria de los minerales se aplica para la separacin de la vermiculita y mica de la ganga mineral.

5.4. TIPOS DE EQUIPOS.

Existen dos tipos bsicos de separadores electrostticos que se les puede describir como:

Separadores electro-dinmicos, y

Separadores electro-estticos.

5.4.1. SEPARADORES ELECTRODINMICO.


Se basan en el diseo original de Carpenter. Tambin se les llama separadores de alta tensin. En la figura 5.7 se muestra las caractersticas principales de este tipo de separador.

Fig. 5.7. Separador electro-dinmico de cargado por bombardeo inico.

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

Las variables de operacin para optimizar el rendimiento del separador son:


La velocidad de alimentacin, que puede aumentarse hasta que la calidad del producto alcance un nivel mnimo aceptable.

La velocidad del tambor.

La posicin del electrodo.

El voltaje, pero dentro de un intervalo limitado, el intervalo de voltaje de descarga de corona estable es bastante estrecho para cualquier posicin del electrodo.

La posicin del repartidor del producto.

En estos equipos se utilizan descargas de corona tanto positivas como negativas, pero se prefiere el electrodo negativo, porque puede producir una corona ms intensa en antes de que se produzca arco. Los separadores se suministran con fuentes de energa de 40 000 voltios cd, y trabajan hasta dicho nivel. El paso de corriente es bajo y vara de 5 a 15 mA por metro de longitud del tambor. 5.4.2. SEPARADORES ELECTROESTTICOS.

Existen dos tipos de separadores electro-estticos:

Separador electroesttico de tambor.

Separador electroesttico de placas. SEPARADOR ELECTROESTTICO DE TAMBOR.

Es semejante al anterior, pero no cuenta con electrodo ionizante tal como se muestra en la figura 5.8.

Fig. 5.8. Esquema de un separador electroesttico de tambor de cargado por conduccin inductiva.

SEPARADOR ELECTROESTTICO DE PLACAS.

Existen de dos tipos:

Separador electroesttico de placas.

Separador electroesttico de rejilla Su principio de operacin es similar al anterior. Se muestra en la figura 5.9.


Fig. 5.9. Esquema de separador electro-esttico. a)De placa b)De rejilla o criba

Los separadores de placa se utilizan para limpiar pequeas cantidades de no conductores partiendo de una alimentacin predominantemente conductora. Los separadores de criba o rejilla se utilizan para eliminar pequeas cantidades de conductores de una alimentacin principalmente no conductora. Una de las principales aplicaciones de los separadores electrostticos son para los minerales de hierro y para la explotacin de los minerales contenidos en las arenas de playa.

Tabla 5.1. Minerales conductores y no conductores

Minerales No Conductores Minerales Conductores

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

Azufre Apatita Hematita Casiterita

Baritina Berilo Esfalerita Columbita

Calcita Corindn Limonita Chalcopirita

Diamante Cuarzo Magnetita Cromita

Fluorita Cianita Ferberita Fluorita

Granate Monazita Rutilo Galena

Scheelita Mica Tantalita Franklinita

Sillimanita Turmalina Wolframita Cobre

Circn Yeso Wulfenita Oro

Espinela Kianita Pirita Estibnita

Tabla 5.2. Minerales caractersticos de arena de playa.

Magnticos No Magnticos

Magnetita T Rutilo T

Hematita T Circn P

Granate P Cuarzo P

Monazita P T = Repelido de la superficie del separador de alta tensin

P = Adherido o fijado a la superficie del separador de alta tensin. A continuacin se da un diagrama de flujo tpico de tratamiento de minerales de arena de playa.


Alimento (arena de playa)

Concentrador Cuarzo

por gravedad Granate

Separacin magntica

No magntico en hmedo de baja Magntico Ilmenita

Intensidad Monacita

Circn

Rutilo

Secado Secado

Separacin por Separacin por

alta intensidad alta intensidad

Repelido Atrado Repelido Atrado

Rutilo Circn Ilmenita Monacita

Fig. 5.10. Diagrama de flujo tpico de procesamiento de arenas de playa mediante concentracin

combinada de gravedad, magntica y elctrica.

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