UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

EVALUACIN DE LA EFECTIVIDAD DE UN POLIMERO MODIFICADOR DE CRISTAL EN LA FASE DE AGLOMERACIN DEL CIRCUITO DE PRECIPITACIN DE C.V.G BAUXILUM

Realizado por:

DIEGO ARMANDO SORAIRE VILA

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO ANTE LA UNIVERSIDAD DE ORIENTE COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO QUMICO

Puerto La Cruz, octubre de 2014UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIA APLICADASDEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

EVALUACIN DE LA EFECTIVIDAD DE UN POLIMERO MODIFICADOR DE CRISTAL EN LA FASE DE AGLOMERACIN DEL CIRCUITO DE PRECIPITACIN DE C.V.G BAUXILUM

ASESORES

Ing. Qum. Frank J, Parra. Asesor Acadmico Ing. Qum. Roco J, Mendoza.Asesor Industrial

Puerto La Cruz, octubre de 2014UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIA APLICADASDEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

EVALUACIN DE LA EFECTIVIDAD DE UN POLIMERO MODIFICADOR DE CRISTAL EN LA FASE DE AGLOMERACIN DEL CIRCUITO DE PRECIPITACIN DE C.V.G BAUXILUM

JURADO CALIFICADOR

Ing. Qum. Frank J, Parra.Asesor Acadmico

Ing. Qum. Petra Martnez (M.Sc)Jurado Principal Ing. Qum. Yaneis Obando (M.Sc)Jurado Principal

Puerto La Cruz, octubre de 2014RESOLUCIN

De acuerdo al Artculo 41 del Reglamento de Trabajos de Grado:

Los trabajos de grado son de la exclusiva propiedad de la Universidad de Oriente, slo podrn ser usados para otros fines con el consentimiento del Consejo de Ncleo respectivo, el cual lo participar al Consejo Universitario

DEDICATORIA

El Presente Trabajo de Grado y todo mi esfuerzo de todos estos aos se los dedico:

A Dios primeramente, por brindarme la oportunidad y la dicha de la vida.

A mis padres Fernando Soraire y Eduviges vila, por la orientacin, amor y apoyo brindado. Hoy soy lo que soy gracias a los valores y principios que me han inculcado. Contribuyeron incondicionalmente al logro de esta meta y muchos objetivos propuestos.

A mis hermanos Alberto vila y Soledad Soraire por ser mis fieles amigos, brindarme amor y apoyo durante todo el camino.

A mi tutor Frank Parra, por ser pieza fundamental en el desarrollo de este proyecto.

AGRADECIMIENTOS

A DiosPor haberme ayudado a alcanzar esta meta, sin su constante ayuda durante todos estos aos no lo hubiera logrado. Gracias Seor!

A mis padres Fernando Soraire y Eduviges vilaNo existe riqueza suficiente para pagarles todo lo que han hecho por m, solo puedo estarles eternamente agradecido. Gracias por haberme apoyado desde el principio, gracias por la motivacin que siempre me han sabido dar y que me ha permitido seguir adelante a pesar de las dificultades en el camino, gracias por haber depositado su confianza en m. Gracias mam, gracias pap.

Al Profesor Frank ParraMi asesor acadmico, quien me ha orientado en todo momento en la realizacin de este proyecto que enmarca el ltimo escaln de esta meta propuesta.

A los miembros del jurado, Prof. Petra Martinez y Prof. Yaneis ObandoPor las valiosas contribuciones que hicieron al trabajo final.

Al personal que labora en CVG Bauxilum Operadora de alminaPor el apoyo brindado para la realizacin de este proyecto. En especial agradecer al Ing. Roco Mendoza quien ha sido mi asesor industrial y a la Ing. Jessie Velsquez por toda su ayuda prestada.

A mis amigos incondicionales Adolfo Arias y Margaret Tarache Por todo su apoyo y toda su ayuda a lo largo de la carrera, me queda un hermoso recuerdo por haber convivido con ustedes todos estos aos.

A mis compaeros de clase Jos Lrez y Milagro Salas Ha sido un gusto y un placer haber compartido con ustedes estos aos de estudio en esta hermosa carrera, gracias por toda su ayuda.

A mis amigos mdicos Teresita Flores y Javier Garca Por su compaerismo y genuina amistad, han estado presentes en las buenas y en las malas, le doy gracias a Dios por haberlos conocido.

A la Universidad de OrienteEn especial al Departamento de Ingeniera Qumica por darme la oportunidad de ser parte de una generacin de triunfadores y gente productiva para el pas.

A todas aquellas personas que colaboraron en el logro de esta meta, GRACIAS.RESUMEN

Para realizar el proceso de evaluacin de la efectividad de un polmero modificador de cristal, en la fase de aglomeracin del circuito de precipitacin de CVG Bauxilum, ante distintas condiciones de temperatura y dosis de polmero modificador, se realizaron diversas pruebas que simularon el proceso de cristalizacin del trihidrato de almina que ocurre en el rea de precipitacin de la planta. Posterior a sto se analizaron los resultados obtenidos y se compararon con los valores de diseo establecidos en la planta. Seguidamente se realiz una prueba de precipitacin en los laboratorios de la empresa con tres distintas concentraciones de polmero modificador de cristal establecidas (0, 12 y 15 ppm) variando la temperatura de operacin para cada corrida (80, 82 y 84C). Luego las muestras obtenidas, fueron analizadas en los laboratorios del departamento de control de calidad de CVG Bauxilum, para as obtener los resultados de la productividad (g / L de licor madre) y de los parmetros de calidad. Una vez obtenidos estos resultados, se determin el efecto que caus sobre los parmetros de calidad del licor madre (fraccin molar custica, custica libre, custica total, xido de calcio, xido de silicio) y sobre los parmetros de calidad del producto seco (granulometra, ndice de aglomeracin, ndice de atricin, productividad), operar a cada una de las tres temperaturas pautadas con las tres concentraciones del polmero establecidas. Posterior a sto se estableci el tiempo de residencia ms adecuado para la fase de aglomeracin, para ello se consult la data de produccin de la superintendencia de proceso Lado Blanco del ao 2012 y se extrajeron de sta los valores para cada parmetro de calidad, registrados en los das en que se oper con las condiciones fijadas como valores de operacin (temperatura, dosis de polmero modificador) proveniente del anlisis de los resultados de las pruebas de precipitacin, a fin de comparar el efecto que caus sobre la productividad (g / L de licor madre) y sobre los parmetros de calidad del licor madre y del producto seco, los distintos aumentos en los tiempos de residencia. Finalmente con base al anlisis de los mejores resultados obtenidos, se propusieron las condiciones de operacin (temperatura y dosis de polmero modificador de cristal) ms favorables cuando el proceso de aglomeracin amerite operar con una temperatura superior a 78 C, siendo estas condiciones, 82 C y 12 ppm de polmero modificador de cristal.

CONTENIDO

RESOLUCINivDEDICATORIAvAGRADECIMIENTOSviRESUMENviiCONTENIDOixNDICE DE FIGURASxiiNDICE DE TABLASxiiiCAPTULO I: INTRODUCCIN11.1 Resea histrica11.2 CVG-Bauxilum Operadora de Bauxita21.2.1 Ubicacin geogrfica de la Operadora de Bauxita21.3 CVG-Bauxilum-Operadora de Almina31.3.1 Ubicacin geogrfica de la operadora de almina41.4 Planteamiento del problema41.5 Objetivos6Objetivo general6Objetivos especficos6CAPTULO II: MARCO TERICO72.1 Antecedentes72.2 Descripcin del proceso de produccin de almina82.2.1 Operadora de Bauxita82.2.2 Operadora de almina92.3 Descripcin del Proceso Bayer92.4 rea de precipitacin (rea 41)112.5 Fundamentos del proceso de precipitacin de hidrato122.5.1 Solubilidad del en licores de sodio122.5.2 Concentracin de almina en el equilibrio142.5.3 Sobresaturacin de almina en el licor152.5.4 Productividad del licor152.6 Factores que influyen en la productividad162.6.1 Sobresaturacin162.6.2 Tiempo de residencia172.6.3 Carga de semilla172.6.4 Perfil de temperatura182.6.5 Concentracin del licor182.7 Mecanismo de cristalizacin192.7.1 Nucleacin192.7.2 Aglomeracin202.7.3 Crecimiento222.8 Parmetros que afectan la calidad del trihidrato de almina232.8.1 Soda ocluida232.8.2 Rompimiento y atricin24CAPTULO III: DESARROLLO DEL TRABAJO253.1 Determinacin del efecto de la temperatura y concentracin del polmero modificador de cristal sobre los parmetros de calidad del producto final en la fase de aglomeracin del rea de precipitacin.253.1.1 Procedimiento empleado para el clculo de la masa de semilla fina utilizada en la prueba.263.1.2 Procedimiento empleado para realizar las corrida a 80, 82 y 84 C.293.1.3 Anlisis realizado al licor madre de cada corrida.303.1.4 Anlisis realizado al producto seco de cada corrida.343.1.5 Clculo de la productividad.363.2 Establecimiento del tiempo de residencia de operacin ms adecuado para la fase de aglomeracin, cuando el proceso amerite operarse con temperatura superior a la utilizada actualmente (78 C)373.3 Propuesta de las mejores condiciones de temperatura y dosis de polmero modificador de cristal para la fase de aglomeracin, cuando el proceso amerite operarse con temperatura superior a la utilizada actualmente (78 C).38CAPTULO IV: DISCUSIN DE RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES404.1 Determinacin del efecto de la temperatura y concentracin del polmero modificador de cristal sobre los parmetros de calidad del producto final en la fase de aglomeracin del rea de precipitacin.404.1.1 Fraccin molar custica y custica libre ()404.1.2 Custica total () y oxido de silicio ()424.1.3 Carbonato de sodio ()434.1.4 xido de calcio ()434.1.5 Granulometra e ndice de aglomeracin434.1.6 ndice de atricin444.1.7 Anlisis de la productividad444.2 Establecimiento del tiempo de residencia ms adecuado para la fase de aglomeracin454.3 Propuesta de las mejores condiciones de temperatura y dosis de polmero modificador de cristal para la fase de aglomeracin, cuando el proceso amerite operarse con temperatura superior a la utilizada actualmente (78 C).514.3.1 Fraccin molar caustica ()514.3.2 Custica libre ()524.3.3 Custica total ()534.3.4 xido de silicio ()544.3.5 Carbonato de sodio ()554.3.6 xido de calcio ()564.3.7 Granulometra574.3.8 ndice de aglomeracin594.3.9 ndice de atricin614.3.10 Productividad624.4 Conclusiones644.5 Recomendaciones64BIBLIOGRAFA66ANEXO A68ANEXO B85ANEXO C89ANEXO D102

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Vista panormica de la operadora de bauxita CVG Bauxilum.2Figura 1.2 Ubicacin geogrfica de la operadora de bauxita CVG Bauxilum. 3Figura 1.3 Vista area de la operadora de almina CVG Bauxilum.3Figura 1.4 Ubicacin geogrfica de la operadora de almina CVG Bauxilum. 4Figura 2.1 Diagrama de flujo del Proceso Bayer CVG Bauxilum.11Figura 2.2 Tanques precipitadores.12Figura 2.3 Curvas de solubilidad del en licores de 14Figura 2.4 Curvas de la sobresaturacin del con respecto al tiempo de residencia.18Figura 2.5 Cintica de la etapa de aglomeracin. 21Figura 3.1. Equipo Ro-Tap utilizado para el anlisis de distribucin granulomtrica.26Figura 3.2. Esquema empleado para la realizacin del balance de masa en la zona de aglomeracin.28Figura 3.3 Equipo Intronics; mostrando el panel electrnico donde se controla la temperatura del bao.29Figura 4.1 Comportamiento de la fraccin molar custica de la almina trihidratada52Figura 4.2 Comportamiento de la custica libre del licor madre53Figura 4.3 Comportamiento de la custica total ante los cambios de temperaturas54Figura 4.4 Comportamiento del xido de silicio ante los cambios de temperaturas55Figura 4.5 Comportamiento del carbonato de sodio () ante los cambios de temperaturas56Figura 4.6 Comportamiento del xido de calcio () ante los cambios de temperaturas57Figura 4.7 Comportamiento de la granulometra (% < 45m) de la almina trihidratada ante los cambios de temperaturas58Figura 4.8 Comportamiento del ndice de aglomeracin de la almina trihidratada ante los cambios de temperaturas60Figura 4.9 Comportamiento del ndice de atricin de la almina trihidratada ante los cambios de temperaturas61Figura 4.10 Comportamiento de la productividad de la almina trihidratada ante los cambios de temperaturas63

NDICE DE TABLAS

Tabla 3.1 Condiciones utilizadas en las pruebas de laboratorio25Tabla 3.2 Masa de semilla hmeda y seca empleada para el clculo del factor de correccin.27Tabla 3.3 Resultados de la caracterizacin de la semilla fina29Tabla 4.1 Resultados de los ensayos realizados en la fase de aglomeracin41Tabla 4.2 Parmetros de calidad correspondientes al licor madre del circuito de precipitacin46Tabla 4.3 Parmetros de calidad correspondientes al producto seco del circuito de precipitacin48Tabla 4.4 Valores promedios de la productividad y los dems parmetros de calidad del circuito de precipitacin50Tabla B.1 Determinacin de la efectividad del modificador de cristal 7837 en el circuito de precipitacin86Tabla B.2 Determinacin de la efectividad del modificador de cristal 7837 en el circuito de precipitacin87Tabla B.3 Determinacin de la efectividad del modificador de cristal 7837 en el circuito de precipitacin88Tabla C.1 Variables de aglomeracin (julio)90Tabla C.2 Variables de aglomeracin (agosto)91Tabla C.3 Variables de aglomeracin (septiembre)92Tabla C.4 Variables de aglomeracin (octubre)93Tabla C.5 Variables de aglomeracin (noviembre)94Tabla C.6 Variables de aglomeracin (diciembre)95Tabla C.7 Reporte de la calidad de almina (julio)96Tabla C.8 Reporte de la calidad de la almina (agosto)97Tabla C.9 Reporte de la calidad de la almina (septiembre)98Tabla C.10 Reporte de la calidad de la almina (octubre)99Tabla C.11 Reporte de la calidad de la almina (noviembre)100Tabla C.12 Reporte de la calidad de la almina (diciembre)101

iv

CAPTULO IINTRODUCCIN

1.1 Resea histrica

La Corporacin Venezolana de Guayana, comnmente identificada por sus siglas CVG, fue creada mediante la figura jurdica del instituto autnomo, por el decreto N 430 de fecha 29 de diciembre de 1960, en tiempos en los que una Venezuela, an con rasgos preponderadamente rurales, se miraba el sur del pas como la posibilidad de ensayar nuevas ideas de desarrollo, con visin integral, posible a travs de novedosas ideas tcnicas de planificacin aplicables a la gerencia del estado, mediante la explotacin industrial de las riquezas, principalmente minerales existentes en Guayana. A principio de los aos sesenta naci en Guayana la actividad industrial del aluminio conjuntamente con el desarrollo del potencial hidroelctrico del ro Caron y la explotacin del mineral de hierro con su posterior transformacin en acero, conformndose el cimiento fundamental de las empresas bsicas de Guayana. Para ese entonces la Corporacin Venezolana de Guayana (CVG) propuso crear la perspectiva conocida como plan Guayana, una empresa procesadora de almina (materia prima para obtener aluminio). A partir de esa propuesta se cre CVG Interamericana de Almina (Interalmina) en el ao 1974, cuando surgi la idea de la exploracin, que luego es concertada en planes precisos con el apoyo de la empresa Aluminium (Alusisse), a la cual se le encomend el estudio de factibilidad referido a la instalacin de una planta con capacidad de 500.000 a 1.000.000 de toneladas de almina por ao. El 25 de Noviembre de 1977 se fund Interalmina, con participacin mayorista del Fondo de Inversiones de Venezuela (FIV) con un 92% de las acciones de la planta, la CVG con 4,25 % y Swiss Aluminium con un 3,75% realizndose la primera reunin de su junta directiva donde se aprob el presupuesto para la empresa y se autoriz su construccin en septiembre de 1978 y cuatro aos ms tarde en 1982, enciende la primera caldera y se recibe el primer cargamento de bauxita. En febrero de 1983 entra en marcha la primera lnea de produccin; en marzo se pone en funcionamiento la planta de calcinacin para la obtencin de almina metalrgica, producto final de la planta. En diciembre de 1983 comienza sus operaciones la segunda lnea de produccin.

CVG-Interalmina fue inaugurada oficialmente en abril de 1983, provista de los mayores avances tecnolgicos para extraer almina tipo arenosa de la bauxita. Su capacidad fue aumentada de 1.300.000 TMA (toneladas mtricas al ao) a 2.000.000 TMA, mediante el plan de ampliacin que finiquit en Diciembre de 1992. En 1979 se cre la empresa CVG-Bauxita Venezolana C.A (Bauxiven), con la misin de explotar el yacimiento de Los Pijiguaos, siendo su principal accionista la CVG y Ferrominera Orinoco; con una capacidad instalada anual de produccin de 6 millones de toneladas mtricas de bauxita. sta cantidad permitir a Bauxiven satisfacer la demanda de total de Interalmina. Como parte de una estrategia desarrollada por la CVG para fortalecer el 9

negocio del aluminio venezolano, afectado por factores exgenos, ste organismo estatal se vio en la necesidad de promover la fusin de las empresas Bauxiven e Interalmina, en una sola compaa llamada CVG-Bauxilum, la cual es una compaa integrada para la produccin de almina, la cual incluye la extraccin de la bauxita y su transformacin en almina a travs del proceso Bayer. Actualmente la participacin accionaria de la compaa lo constituye 99 % de la CVG, 1 % corresponde al consorcio Alusuisse Lonza Holding. La compaa est dividida en la mina de bauxita (operadora de bauxita) y la planta de almina (Operadora de almina).

1.2 CVG-Bauxilum Operadora de Bauxita

El proceso de extraccin, almacenamiento, carga y transporte de la bauxita se desarrolla en tres reas bsicas: mina, rea de homogeneizacin (Pie de Cerro) y rea de almacenamiento y embarque (El Jobal). En general la infraestructura para la extraccin y procesamiento de la bauxita fue diseada para una produccin de 6 millones ton/ao abarcando: 1) mina; 2) estacin de trituracin; 3) cinta transportadora (soportada por 2 cables) de 4,5 km de longitud con una capacidad de 1.600 ton/h, y con una trayectoria descendente de 650 m de altura 4) va frrea de 52 km; 5) una estacin de manejo con una correa transportadora de 1,5 km y 3.600 ton/h de capacidad y un terminal con un cargador de gabarras; 6) flota de gabarras para la transportacin a travs del ro Orinoco. En la figura 1.1 se muestra la vista panormica de la operadora de bauxita.

Figura 1.1 Vista panormica de la operadora de bauxita CVG Bauxilum

1.2.1 Ubicacin geogrfica de la Operadora de Bauxita A 500 km al sur de Caracas y a 520 km al sur oeste de Ciudad Guayana, se encuentra la Serrana de Los Pijiguaos, asentamiento del complejo minero y el centro poblado de la operadora de bauxita. Los Pijiguaos se ubica en el municipio Cedeo, estado Bolvar, Venezuela a 54 km del ro Orinoco y enmarcada entre los ros Suapure y Parguaza. En la figura 1.2 se muestra la ubicacin geogrfica de la operadora de bauxita.

Figura 1.2 Ubicacin geogrfica de la operadora de bauxita C.V.G Bauxilum. (A-Venezuela, s.f.)

1.3 CVG-Bauxilum-Operadora de Almina

La almina es la materia prima para la obtencin de aluminio. Est formada por xido de aluminio (), que se obtiene de la bauxita en proporcin 2 a 1 en peso. Posee un punto de fusin de 2.050 C aproximadamente. La operadora de almina es la planta de procesos qumicos continuo ms grande del pas. La operadora de almina cuyo objetivo es transformar la bauxita procedente de Los Pijiguaos, por medio del Proceso Bayer, en almina en grado metalrgico, y su capacidad instalada es de 2 millones de TM al ao. En la figura 1.3 se muestra la vista area de la operadora de almina.

Figura 1.3 Vista area de la operadora de almina C.V.G Bauxilum.

1.3.1 Ubicacin geogrfica de la operadora de almina Est ubicada al sur oriente del pas, en la zona industrial Matanzas, avenida Fuerzas Armadas en Ciudad Guayana, estado Bolvar, en Venezuela, abarcando un rea de 841 km2. Limitada principalmente por el ro Orinoco a 350 km del ocano Atlntico y a 17 km con su confluencia con el ro Caron, las empresas: CVG - Ferroven, CVG - Venalum y Sidetur. Es un factor importante para su ubicacin geogrfica: el inmenso potencial hidroelctrico de la represa Ral Leoni; la cercana con el ro Orinoco, el cual es usado como va fluvial para la exportacin de la almina hacia el resto del mundo, lo que a su vez favorece la importacin de materiales y equipos. En la figura 1.4 se muestra la ubicacin geogrfica de la operadora de almina.

Figura 1.4 Ubicacin geogrfica de la operadora de almina C.V.G Bauxilum (A-Venezuela, s.f.)

1.4 Planteamiento del problema

CVG BAUXILUM es una industria perteneciente a la Corporacin Venezolana de Guayana, que se encarga de procesar el mineral de bauxita a travs de un procedimiento creado en 1887 por el cientfico Karl Joseph Bayer en Austria, conocido como Proceso Bayer, el cual consiste en el paso de la materia prima e insumos a travs de distintas reas, bajo estndares de operacin especficos de produccin y as obtener el producto final conocido como almina calcinada de grado metalrgico. La operadora de almina CVG BAUXILUM es una empresa qumica ubicada en el Parcelamiento Industrial Matanzas, Ciudad Guayana, estado Bolvar, esta planta procesa la bauxita extrada de las minas ubicadas en los Pijiguaos, Estado Bolvar, aplicando los principios bsicos del Proceso Bayer para transformar el mineral de bauxita en almina calcinada de grado metalrgico, la cual es utilizada para la obtencin de aluminio primario por reduccin electroltica. El proceso productivo en la operadora de almina se divide en tres secciones: Manejo de Materiales, Lado Rojo y Lado Blanco. La primera est formada por una serie de equipos que permiten el manejo de la bauxita, soda custica y dems insumos. La segunda seccin est conformada por unidades de proceso que realizan la reduccin del tamao de las partculas del mineral de bauxita, la extraccin de la almina por medio de la digestin en soda custica y la separacin de los minerales que acompaan al aluminato de sodio en el licor, para prevenir contaminacin del producto final. La ltima seccin comprende las reas dedicadas al manejo de las suspensiones ricas en aluminato y aquellas en las cuales se obtiene finalmente la almina calcinada de grado metalrgico. La parte primordial del proceso de Lado Blanco, se realiza en la etapa de precipitacin, donde se define la calidad del producto y el grado de productividad del licor madre (kg /m3 de licor madre). El proceso de precipitacin se presenta en tres fases: nucleacin, aglomeracin y crecimiento. En la fase de nucleacin se forman los nuevos ncleos de hidrxido de aluminio, estos nuevos ncleos formados debido a su caracterstica granulomtrica son denominados ultrafino o superfinos. En la fase de aglomeracin se ha visto que este mecanismo por s solo, no puede causar un aumento significativo en el tamao de las partculas. Sin embargo, en condiciones favorables las partculas ms finas se pueden aglomerar para formar otras ms grandes. Esta aglomeracin permite la formacin de agregados sueltos que se cementan por la deposicin de hidrato. La fase de aglomeracin es una de las ms importantes del circuito de precipitacin, puesto que en esta fase, se definen los principales parmetros de calidad como lo es la calidad granulomtrica del producto final (lo que es lo mismo que el tamao de partculas en la malla con dimetro menor a 45 micrmetros), la productividad, el ndice de aglomeracin e ndice de atricin. Desde hace varios aos se ha dosificado un polmero modificador de cristal conocido como NALCO 7837, suministrado por la empresa qumica NALCO, que facilita la aglomeracin de las partculas ms finas suspendidas en el licor madre, lo cual se ha venido llevando a cabo a temperaturas menores a 78 C, sin embargo a partir del ao 2011 se han presentado problemas de inestabilidad operativa; razn por la cual la Superintendencia de Proceso Lado Blanco tom la decisin de operar a temperaturas ligeramente superiores a 78 C, debido a ciertos problemas operativos presentado a nivel de equipos en planta. La Gerencia de Control de Calidad y Procesos, especficamente la Superintendencia de Procesos Lado Blanco, tiene como finalidad determinar, establecer y evaluar las condiciones que garanticen los ms altos niveles de productividad dentro de los estndares de calidad previamente establecidos, determinando as los mejores parmetros de operacin y condiciones sin que estos representen una prdida de produccin. En base a esto, se ha propuesto la realizacin de un trabajo de investigacin que evale la efectividad del polmero modificador de cristal (NALCO 7837) a diferentes temperaturas por encima de 78 C, a fin de conocer los parmetros ptimos de control a distintas condiciones de operacin. De los anteriores planteamientos se deduce que la evaluacin de la efectividad del polmero modificador de cristal a diferentes condiciones de operacin sera de gran relevancia, puesto que actualmente se desconoce cmo afecta las condiciones de temperaturas actuales, en el rea de precipitacin, y como han afectado el proceso de aglomeracin de las partculas de almina en presencia del polmero modificador de cristal. Es de resaltar que el presente trabajo de investigacin resulta de gran importancia, debido a que constituye un aporte metodolgico y de conocimientos al proceso de precipitacin de partculas de almina en condiciones de temperaturas adversas y permite crear las bases necesarias para consolidar las propuestas y poder ponerlas en prctica.

1.5 Objetivos

Objetivo generalEvaluar la efectividad de un polmero modificador de cristal en la fase de aglomeracin del circuito de precipitacin de C.V.G BAUXILUM.

Objetivos especficos1. Determinar el efecto de la temperatura y concentracin del polmero modificador de cristal sobre los parmetros de calidad del producto final en la fase de aglomeracin del rea de precipitacin.2. Establecer el tiempo de residencia ms adecuado para la fase de aglomeracin, que garantice la obtencin de un producto final con los parmetros de calidad establecidos.3. Proponer las mejores condiciones de temperatura y dosis de polmero modificador de cristal para la fase de aglomeracin, cuando el proceso amerite operarse con temperatura superior a la utilizada actualmente (78 C).

CAPTULO I: INTRODUCCIN

6

CAPTULO IIMARCO TEORICO

2.1 Antecedentes

Marcano (2011), realiz una evaluacin del efecto de la preparacin y dosificacin del polmero NALCO 85020 en la eficiencia del sedimentador de lodo rojo de alto rendimiento de CVG BAUXILUM, donde, con el fin de promover un ahorro de consumo de dicho polmero sin afectar la eficiencia del sedimentador, simul a nivel de laboratorio la seleccin del equipo a fin de obtener un conjunto de variables que sirvieran de patrn a la hora de considerar cambios de dosificacin y preparacin, seguidamente procedi al estudio de operacin del equipo, variando la concentracin del polmero de 2 g/L a 3 g/L para observar la existencia de cambios en la velocidad de sedimentacin. Finalmente estim las variaciones empleando un cambio del solvente de preparacin del polmero y compar resultados de campo con los obtenidos del laboratorio para el rea de estudio. Magdaleno (2009), realiz una evaluacin del efecto de la disminucin del perfil de temperatura en la productividad del licor y en la calidad del trihidrato de almina del circuito de precipitacin de CVG BAUXILUM, para ello efectu dos corridas de simulacin del circuito de precipitacin de almina, una para un enfriamiento de 5 C y otra para un enfriamiento de 8 C conjuntamente con la corrida de planta (sin enfriamiento). Posteriormente analiz las muestras procedentes del laboratorio, logrando obtener as el comportamiento de la productividad y los parmetros de calidad. Finalmente en base a los resultados inici el proceso de evaluacin de los mismos comparndolos con los valores de planta. Jiang, Zhou, Wang y Jianguo (2005), realizaron una investigacin referida a la influencia de las condiciones de proceso sobre la aglomeracin durante la precipitacin con adicin de semilla de una solucin de aluminato de sodio, debido a esta razn realizaron varias simulaciones del circuito de precipitacin, utilizando 2 litros de solucin pura de aluminato de sodio previamente filtrada y aadindole partculas (semillas) de un tamao promedio de 60 - 80 micrmetros a temperatura constante. Finalmente las muestras resultantes fueron caracterizadas y analizadas para as poder estudiar el efecto de la temperatura de cristalizacin, la carga de semilla, la velocidad de agitacin, la concentracin custica del licor y la velocidad de aglomeracin sobre la calidad del trihidrato obtenido.

Xie, Zhao y Bi (2003), investigaron el efecto de la temperatura sobre la aglomeracin del trihidrato de almina, para lo cual elaboraron una simulacin de un circuito de precipitacin utilizando 12 precipitadores de 50 mililitros cada uno puestos en un bao isotrmico de aceite controlado por un controlador automtico de temperatura, donde realizaron varias corridas a temperaturas de 55, 65, 70, 75 y 80 C respectivamente para una concentracin de custica del licor madre de 150 g/L y un tiempo de residencia de 8 horas, donde el flujo de semilla previamente tamizada era de 0,4 g/h. Seguidamente a estas pruebas, la muestra de solucin resultante fue analizada

mediante el mtodo de titulacin, mientras que la muestra de slido fue lavada y secada para un anlisis de tamao de partculas y as determinar el ndice de aglomeracin. Finalmente en base a los resultados obtenidos, indicaron que aunque las altas temperaturas favorecen la aglomeracin, estas no pueden ser demasiado altas, porque existe una temperatura ptima que vara las condiciones del licor madre. De los trabajos de grado citados, Magdaleno (2009) presenta el desarrollo de una metodologa a base de pruebas de simulacin para la evaluacin del efecto de la disminucin de la temperatura tanto en la productividad del licor como en la calidad del trihidrato de almina, siendo ste un modelo adecuado a considerar para la evaluacin de la efectividad del polmero modificador de cristal a diferentes condiciones de temperatura. En el mismo orden de ideas Xie, Zhao y Bi (2003), muestran cmo acta la temperatura sobre la aglomeracin del trihidrato de almina, sin embargo en esta prueba no aadieron un polmero modificador de cristal, por lo cual solo servir de referencia a la hora de realizar las pruebas de laboratorio. De la misma manera, Jiang, Zhou, Wang y Jianguo (2005), llevaron a cabo una investigacin referida a la influencia de las condiciones de proceso sobre la aglomeracin durante la precipitacin con adicin de semilla de una solucin de aluminato de sodio, guardando relacin con el presente trabajo ya que en ambos se adiciona una semilla que acelere el proceso de precipitacin. No as con la investigacin de Marcano (2011), que realiz pruebas de simulacin para evaluar el efecto de la preparacin y dosificacin del polmero NALCO 85020, a fin de evaluar la eficiencia del polmero en un proceso de sedimentacin de lodo rojo y no en un proceso de precipitacin de almina, por lo cual los parmetros del proceso a comparar presentarn diferencias. 2.2 Descripcin del proceso de produccin de almina

Como se dijo anteriormente CVG - Bauxilum se divide en dos procesos llevados a cabo, uno en la operadora de Bauxita, ubicada en el municipio Cedeo del estado Bolvar y otro en la operadora de Almina, ubicada en el municipio Caron del mismo estado. A continuacin se describen estos procesos de forma ms detallada.

2.2.1 Operadora de BauxitaEl proceso de produccin de la bauxita se inicia con la explotacin por mtodos convencionales de las minas a cielo abierto, despus de removida y apilada la capa vegetal para su posterior reforestacin. La bauxita es extrada directamente de los diferentes bloques de la mina, para obtener la calidad requerida del mineral. Las operaciones de la mina son controladas y planificadas por intermedio del programa MINTEC Medsystem. Luego se transfiere la bauxita a travs de un transportador de placas hasta un molino, que reduce el mineral a una granulometra menor a 100 m, para su transporte y mejor manejo. Una vez triturado el material, es transferido al sistema de la correa transportadora de bajada, la cual est soportada por dos cables de acero y posee una longitud de 4,5 km y es llevado para ser apilado en el rea de homogenizacin. El material es transportado por ferrocarril hasta el puerto El Jobal y de all finalmente es enviado hasta la planta operadora de almina en Ciudad Guayana, en una flota de gabarras a travs del ro Orinoco (Goita, 2009).

2.2.2 Operadora de alminaEn la actualidad la planta de Almina de CVG Bauxilum tiene una capacidad mxima de 2.000.000 TMA. El diseo y construccin de la planta fue hecha por ALESA Alusuisse Engineering LTD. El proceso Bayer aplicado en la operadora de Almina se orienta asegurar una buena produccin y eficiencia en la extraccin de una almina de alto grado partiendo del mineral de bauxita, la cual es del tipo trihidratada. El diseo original de la planta fue basado en bauxitas provenientes de Surinam, Guyana, Brasil, Sierra Leona y Australia. Como resultado del descubrimiento de Bauxita en Los Pijiguaos, ciertas partes fueron modificadas para que dicha bauxita con sus propiedades especficas (alto contenido de arena y cuarzo) pudiera ser utilizada como materia prima existente (stock) para la planta. El objetivo principal para incrementar la produccin de almina desde 1.000.000 a 2.000.000 de TMA, fue aumentar la productividad, eficiencia y factor productivo, as como elevar la capacidad de procesamiento del mineral utilizando bauxita de Los Pijiguaos en un 100%. Esta nueva capacidad la ubica como la tercera planta ms grande del mundo (Marcano, 2011). Operacionalmente el proceso productivo de la Operadora de almina se divide en tre grandes secciones:

Manejo de materiales Lado Rojo Lado Blanco

2.3 Descripcin del Proceso Bayer

En 1887 el cientfico Karl Joseph Bayer desarroll en Austria el proceso qumico para la obtencin de la almina contenida en la bauxita. El proceso aplicado en CVG Bauxilum, tiene los mismos principios del proceso ideado por Bayer con la introduccin de tecnologas ms recientes, este proceso consiste en tratar las soluciones de aluminato de sodio entre dos estados de equilibrio, en un primer estado de equilibrio a alta concentracin de custica y alta temperatura en donde se produce la disolucin de la almina contenida en la bauxita en forma de aluminato de sodio y un segundo estado de equilibrio que se efecta al bajar la temperatura y la concentracin de custica para as precipitar hidrato de almina de grado metalrgico. Inicialmente la bauxita es transportada desde el muelle, a travs de correas transportadoras hasta el centro de distribucin del mineral y de all a los patios de almacenamiento o a los silos cerrados, dependiendo del grado de humedad de la misma. Con esta etapa comienza la primera fase del proceso Bayer, donde se prepara la materia prima, agregndole cal viva con el fin de regenar la soda custica controlando las impurezas (carbonatos) presentes en ella. El segundo paso envuelto en el proceso Bayer, es la reduccin del tamao de la partcula para as aumentar la superficie expuesta a la reaccin.Inicialmente, la bauxita que entra al proceso, es reducida de tamao en los trituradores de impacto y despus es transportada a los molinos de bolas, siendo mezclada previamente con licor fuerte precalentado. La funcin del licor es lograr una molienda en va hmeda, esta suspensin de bauxita molida es conducida a la etapa de predesilicacin, con el propsito de eliminar la slice reactiva (caolita, la cual constituye un agente contaminante del producto), a fin de obtener un material final dentro de las especificaciones requeridas, antes del proceso de digestin. Seguido a esto la suspensin de bauxita molida es introducida en los digestores a fin de disolver con soda custica la mayor cantidad posible de almina trihidratada () contenida en la bauxita. Debido a que la reaccin de disolucin de almina es endotrmica, es necesario inyectar al proceso vapor para que se establezcan las condiciones necesarias y ocurra la misma, producindose una solucin acuosa de aluminato de sodio, la cual contiene ciertas impurezas tales como silicato, oxido frrico y titanio. Posterior a esto la solucin acuosa de aluminato de sodio, es bombeada a la fase de desarenado, donde se le separa de la arena y luego a una fase de clarificacin y lavado de lodo rojo, en la cual la suspensin desarenada, es distribuida proporcionalmente en recipientes de gran dimetro a fin de reducir la velocidad de la suspensin y facilitar el asentamiento de las partculas. La separacin de lodo rojo se realiza por medio de un procedimiento de sedimentacin y este se enva desde all a los tanques de lavado, donde se recupera tanto custica como aluminato de sodio que ha sido arrastrado por el lodo rojo. Finalmente el lodo rojo es enviado a lagunas de deposicin terminando as como material de desecho. El licor turbio de rebose (LTR) proveniente de los tanques espesadores del rea de Clarificacin y Sedimentacin, se enva a una seccin de filtracin de seguridad, el cual se encarga de la remocin de aquellas partculas extraas que no han podido ser sedimentadas por la seccin de clarificacin y las cuales constituyen un factor de contaminacin para el producto.Al licor proveniente del proceso de filtracin se le reduce la temperatura por un proceso de expansin instantnea, donde se darn evaporaciones sbitas como consecuencia de la diferencia de presin entre la presin de vapor intrnseca del fluido (licor filtrado) a la temperatura dada y la presin existente en el recipiente de expansin la cual es menor, a fin de sobresaturarlo y provocar el proceso de precipitacin de la almina trihidratada en una fase posterior donde es inducida la suspensin a cristalizar sobre una semilla del mismo compuesto, con el objeto de promover la aglomeracin y el crecimiento de nuevos cristales. Posterior a esto se pasar a una etapa de clasificacin de hidratos en donde la almina es separada por tamao de partculas en los clasificadores a fin de obtener un producto con especificaciones establecidas y usar el resto como carga de semilla. La solucin agotada producto de este proceso se enva a una fase de evaporacin donde es concentrada y luego recirculada al rea de digestin para as aprovecharla nuevamente en la extraccin de la almina contenida en la bauxita. Por ltimo la descarga de hidratos ya clasificada con un dimetro de partcula aceptable es enviada a una fase de filtracin donde se deslicoriza y se enva a una etapa de calcinacin donde se remueve el agua, obtenindose as almina calcinada de grado metalrgico. (CVG BAUXILUM, s.f.).

Figura 2.1 Diagrama de flujo del Proceso Bayer CVG Bauxilum (Goita, 2009)

2.4 rea de precipitacin (rea 41)

En esta rea la almina disuelta en licor madre y en estado de sobresaturacin es inducida a cristalizar en forma de hidrxido de aluminio () sobre una semilla del mismo compuesto. El licor madre sobresaturado en aluminato de sodio proveniente del proceso de enfriamiento por expansin instantnea, fluye al primero de una serie de tanques precipitadores de la fase de aglomeracin, al que tambin se le introduce suspensin de semilla fina proveniente de un proceso de control de oxalato, con el objeto de promover la aglomeracin y el crecimiento de nuevos cristales (CVG Bauxilum, 2012).

Figura 2.2 Tanques precipitadores (Magdaleno, 2009)

2.5 Fundamentos del proceso de precipitacin de hidrato

En las condiciones de precipitacin del proceso Bayer (100 150 g / L licor madre; 40 80 C), se forman cristales de hidrargilita (llamada tambin gibsita) a partir de los licores sobresaturados de aluminato de sodio.Aunque en la industria de almina se le denomina comnmente almina hidratada, hidrato de almina o simplemente hidrato, esta fase cristalina se ha identificado como un verdadero hidrxido: . La reaccin de esta precipitacin se puede escribir de la manera siguiente:

(Ec. 2.1)

Y normalmente ocurre en presencia de hidrato ( el cual acta como semilla para inducir la formacin de su propia especie. La qumica del proceso de precipitacin est fundamentada en los aspectos que definen la solubilidad del hidrato en el licor custico denominado licor madre () conocido dentro de las instalaciones de la empresa como LMD y el cual representa la alimentacin principal del rea de precipitacin (CVG Bauxilum, 2012)

2.5.1 Solubilidad del en licores de sodioLa solubilidad del y el equilibrio qumico del licor madre constituyen la base fundamental para el estudio y comprensin de la precipitacin de hidrato, ya que la mayor o menor precipitacin depender de las condiciones que controlan la solubilidad del hidrato en el licor custico o licor madre (LMD), estos son: temperatura, concentracin de custica y fraccin molar custica (FMC). Este ultimo parmetro representa la relacin entre las concentraciones en gramo por litro de custica y almina, y un factor relativo a los pesos moleculares de ambos. Su valor debe comprender entre 1,32 1,36 (CVG Bauxilum, 2012). La ecuacin a aplicar es la siguiente:

(Ec. 2.2)

Donde: = Fraccin molar custica en el equilibrio = Concentracin de custica en el equilibrio (g / L licor madre) = Concentracin de almina en el equilibrio (g / L licor madre)

En la figura 2.3 se muestra las curvas de solubilidad del hidroxido de aluminio en soluciones de soda custica pura a 50, 60, 70 y 80 C. Las curvas reales de solubilidad de en los licores de planta son algo diferentes: se ha observado que las impurezas, principalmente de y orgnicos, conllevan a un aumento de solubilidad de hasta 15 20%. CVG Bauxilum no dispone todava de las curvas reales de solubilidad, de manera que los clculos de sobresaturacin se hacen en base a las condiciones tericas de equilibrio (custica libre, fraccin molar custica, temperatura) que se muestran en la ecuacin 2.3.En la prctica para el clculo con computadora se utiliza la ecuacin 2.3, proveniente del manual de proceso Lado Blanco (CVG Bauxilum, s.f.), mostrada a continuacin:

(Ec. 2.3)

Donde: = Relacin molar de equilibrio = Concentracin de soda custica en el equilibrio (g / L licor madre) = Temperatura del licor (C)

En la figura 2.3, el punto A representa un licor madre LMD de 140 g / L y 1,36 FMC (lo cual significa que contiene 169 g / L licor madre). A los 74 C se puede observar que cuando se llega a la precipitacin despus de haber pasado por el enfriamiento, el licor muestra una sobresaturacin de de unos 85 g/L licor madre (la cual est representada por el segmento AD). La operacin de precipitacin tiene como propsito utilizar la sobresaturacin de como fuerza impulsora para la recuperacin al mximo de por cristalizacin del hidrato contenido en el licor madre. Para lograr un 100 % de recuperacin hara falta un periodo infinito de tiempo. En teora el tiempo de residencia que se considera adecuado va de 40 a 45 horas para todo el proceso de precipitacin (CVG Bauxilum, 2012).

Figura 2.3 Curvas de solubilidad del en licores de

2.5.2 Concentracin de almina en el equilibrio El equilibrio del licor en precipitacin se logra cuando a las condiciones de concentracin de y temperatura del proceso se anule por completo la transferencia de masa del hidrxido de aluminio que proviene de la fase lquida (licor), es decir, la aparicin de hidrato se haga igual a cero. Si se examina la ecuacin 2.1 se podr observar el concepto de equilibrio Esta reaccin, tal como est escrita es como ocurre la formacin de hidrato en precipitacin. Mientras exista transferencia de masa de licor, la reaccin ocurrir de izquierda a derecha. Sin embargo, a medida que desaparece el hidrato del licor, el sistema se va acercando su condicin de transferencia de masa nula, esta condicin se define como equilibrio. Esta representacin indica que la velocidad de formacin de las especies es la misma, en ambos sentidos de la ecuacin. Por consiguiente, el resultado neto es que no cambian las concentraciones, quedando el licor inmutable con una concentracin final de almina que se denomina concentracin en equilibrio. En la prctica, el licor procesado en precipitacin nunca alcanzar la fraccin molar del equilibrio. Para lograr esto, se requiere de tiempo de residencia infinito ya que despus que el hidrato alcanza cierto valor, la curva de concentracin de almina con relacin al tiempo de residencia se hace asinttica al eje horizontal donde se grafica el tiempo (CVG Bauxilum, 2012). De la ecuacin 2.2 se puede despejar la concentracin de almina en el equilibrio, como se muestra a continuacin:

(Ec. 2.4)

Donde:

= Concentracin de almina en el equilibrio (g / L licor madre) = Concentracin de custica en el equilibrio (g / L licor madre) = Fraccin molar custica

2.5.3 Sobresaturacin de almina en el licor La sobresaturacin se define como la concentracin de almina presente en el licor madre por encima del valor de concentracin de equilibrio. Este concepto constituye la herramienta fundamental para el mejoramiento de la productividad, adems influye marcadamente sobre la calidad del producto. Matemticamente esta definicin puede ser obtenida de la ecuacin de la FMC de equilibrio (FMC) obtenindose la siguiente ecuacin:

(Ec.2.5)

Donde:

= Sobresaturacion del licor (g / L licor madre) = Concentracin de custica (g / L licor madre)

Dado que fsicamente la sobresaturacin representa lo que puede ser extrado del licor se dice que sta constituye el potencial de precipitacin, ya que la condicin de equilibrio o mnima energa del licor ocurre cuando se alcanza su mnima concentracin de almina (concentracin de equilibrio). Se tiene que durante las primeras horas de la precipitacin la velocidad de formacin de hidrato es la ms alta y disminuye a medida que transcurre el tiempo de residencia.Esta circunstancia demuestra claramente que la sobresaturacin es la fuerza impulsora de la precipitacin y a medida que la misma se agote durante el proceso, disminuir el flujo de produccin de hidrato requirindose altos tiempos de residencia para el logro de alta productividad (CVG Bauxilum, 2012).

2.5.4 Productividad del licorLa productividad de un licor madre es la cantidad de que se puede recuperar de l en la precipitacin; se expresa en g / L de licor madre. Suponiendo que se cumple con las especificaciones de calidad, la productividad ptima en la mxima que se puede conseguir con el equipo disponible. A continuacin se muestra un modelo matemtico obtenido del manual de proceso Lado Blanco de CVG Bauxilum (CVG Bauxilum, s.f.), para el clculo de la productividad, definido por la siguiente ecuacin:

(Ec. 2.6)

Donde:

= Productividad (g / L licor madre) = Concentracin custica del licor madre (g / L licor madre) = Fraccion molar custica del licor madre =Fraccion molar custica en el ltimo precipitador 4.500

2.5.4.1 Influencia de las impurezas sobre la productividad del licorComenzando con los licores madres que tienen la misma relacin molar, la presencia de impurezas tiende a reducir la productividad del licor en la precipitacin. Esto se debe a que las impurezas hacen disminuir la sobresaturacin de almina () en el licor. En otras palabras, que la relacin molar de equilibrio en un licor () disminuye a medida que aumenta su contenido de impurezas.La influencia de las diversas impurezas en el licor sobre la productividad de precipitacin es interactuarte, lo que significa por ejemplo: que la influencia del carbonato en la productividad no solo depende de su concentracin, sino tambin de la proporcin de otras impurezas como el xido de calcio () y el dixido de silicio (), entre otros. Esto significara en particular que la influencia de cada impureza sobre la productividad se relaciona con la naturaleza compleja de la misma bauxita (CVG Bauxilum, 2012).

2.6 Factores que influyen en la productividad

La productividad del licor madre depende principalmente de los siguientes factores: sobresaturacin, tiempo de residencia, carga de semilla, perfil de temperatura, concentracin de licor.

2.6.1 SobresaturacinLa fraccin molar del licor madre determina la sobresaturacin del licor. Generalmente se consigue mayor sobresaturacin si se enfra el licor madre antes de y durante la etapa de precipitacin. En Bauxilum el enfriamiento se realiza en el rea de expansin instantnea la cual se encuentra antes del rea de precipitacin. El lmite mximo permitido del pre-enfriamiento es alrededor de 70 C por consideraciones de calidad del producto. Durante el proceso de precipitacin, la suspensin se enfra an ms, producto de las prdidas normales de calor al ambiente en los precipitadores, as como al agregar la semilla, y por el enfriamiento interetapas (CVG Bauxilum, s.f.).

2.6.2 Tiempo de residencia La productividad del licor madre depende directamente del tiempo de residencia, lo que significa que debe tener como meta la mxima disponibilidad de volumen instalado de precipitacin. La velocidad de precipitacin disminuye con el tiempo de residencia, debido a la fuerza impulsora que es la sobresaturacin, la cual se va agotando a medida que transcurre el tiempo. En CVG Bauxilum el tiempo de residencia para la fase de aglomeracin viene definido por la forma:

(Ec. 2.7)

Donde:

= tiempo de residencia para la fase de aglomeracin (h) = Numero de tanques aglomeradores en lnea = Volumen de tanques aglomeradores () = Flujo de licor madre ( / h)

El numero de tanques aglomeradores en lnea lo define el ingeniero de proceso del rea, dependiendo del ndice de aglomeracin obtenido con respecto a los requeridos, lo que es lo mismo, dependiendo de la granulometra en la corriente obtenida del ltimo tanque de precipitacin de la fase de aglomeracin, conocida tambin como suspensin de aglomeracin (CVG Bauxilum, s.f.).

2.6.3 Carga de semillaEn la figura 2.4 se observa como aumenta la velocidad de precipitacin al aadirse semilla gruesa despus de la aglomeracin (llevada a cabo con una cantidad limitada de semilla). La carga de semilla es una tcnica que se utiliza para fomentar la precipitacin del hidrato. Se realiza aadiendo cristales de hidrato al licor madre (al comienzo de la precipitacin) y la suspensin de precipitacin (durante el proceso de precipitacin). Esta tcnica se relaciona tambin con consideraciones de la calidad del producto. Desde el punto de vista de la productividad, mientras la superficie de la semilla por unidad de volumen de licor sea mayor (es decir, mayor carga de semilla de un rea especfica dada) mayor ser la productividad.Si la semilla se introduce en forma de una suspensin de licor agotado, una gran cantidad de carga de semilla significara el reciclaje de una gran cantidad de licor agotado; por ende una disminucin significativa del tiempo de residencia. Para evitar esta disminucin, debido a que demasiado licor acompaa a la semilla, es necesario filtrar la suspensin de semilla cuando la carga que se introduce es grande (CVG Bauxilum, s.f.).

Figura 2.4 Curvas de la sobresaturacin del con respecto al tiempo de residencia (CVG Bauxium, s.f.)

2.6.4 Perfil de temperatura Otra tcnica que se utiliza para favorecer la precipitacin de hidrato es el enfriamiento interetapas de la suspensin de precipitacin. En la figura 2.4 se puede observar el aumento de la velocidad de precipitacin despus del enfriamiento intermedio. Adems, el aumento de la velocidad de precipitacin despus de la adicin de semilla gruesa tambin se debe al efecto del enfriamiento de suspensin de semilla gruesa a la suspensin de aglomeracin (CVG Bauxilum, s.f.).

2.6.5 Concentracin del licorMientras mayor sea sta, mayor ser la productividad (permaneciendo inmutables las otras variables) por lo tanto, para el mismo caudal de licor una concentracin mayor permite una produccin mayor. Sin embargo, por razones econmicas y tcnicas que se originan principalmente fuera del rea de precipitacin, se tiene que fijar un lmite a la concentracin de licor madre. Estas consideraciones conciernen problemas tales como: recuperacin de custica, inventario de soda custica, desilicacin, fisuracin por custica del equipo. El valor fijado en C.V.G Bauxilum de LMD es 140 g custica / L licor madre proporcionando una concentracin de 150 g custica / L de licor madre en la suspensin final de precipitacin (CVG Bauxilum, s.f.).

2.7 Mecanismo de cristalizacinLos mltiples estudios efectuados sobre esta materia han conducido a que el proceso de precipitacin del hidrato () es una autentica reaccin de cristalizacin. Aunque en la industria se le denomina comnmente almina hidratada, trihidrato de almina o simplemente hidrato. Esta fase cristalina se ha identificado como un verdadero hidrxido: . Describir el fenmeno de precipitacin en el proceso Bayer, solo es posible identificando los mecanismos de cristalizacin individuales que operan durante la formacin de la fase slida del hidrato en la precipitacin con adicin de semilla. Los mecanismos conocidos que operan durante la precipitacin son: nucleacin, aglomeracin y crecimiento (CVG Bauxilum, s.f.).

A continuacin se explican los pasos que conforman el mecanismo de cristalizacin del hidrato.

2.7.1 Nucleacin La nucleacin es la formacin de partculas muy pequeas dentro del licor; puede ser espontnea o inducida por la presencia de otras partculas. Se ha determinado que la nucleacin primaria, entendida como generacin espontnea de partculas de hidrato en el seno del licor, requiere una energa de activacin mucho mayor que la nucleacin secundaria; la cual ocurre en presencia de otras partculas de la misma especie. Producto de esta peculiaridad del sistema, el proceso Bayer utiliza el mtodo de sembrado para favorecer la nucleacin secundaria, ya que este mecanismo es ms rpido para la cristalizacin de la almina disuelta. La nucleacin, en cualquiera de sus manifestaciones, es el principal mecanismo por el cual se generan finos y superfinos en el proceso. Los finos son partculas que tienen un tamao menor a 45 m, y los superfinos aquellos que van entre 2 y 3 m. Un alto porcentaje de partculas con las mencionadas caractersticas, desmejoran la calidad del material y por ende del aluminio que se produce posteriormente. Sin embargo, se necesita que ocurra una pequea generacin de partculas finas tal que se produzcan nuevos ncleos de almina y semillas finas para el sembrado.Se deben evitar todas las condiciones que puedan iniciar un incremento en el proceso de nucleacin (por ejemplo un enfriamiento accidental), ya que sta generara la produccin excesiva de finos y superfinos en el proceso, comprometiendo de esta manera la calidad del producto deseado. Dichas condiciones tambin deben mantenerse bajo control (por ejemplo un enfriamiento intermedio). Estas causas son:

Descensos de la temperatura. Disminucin del contenido de slidos en la suspensin de precipitacin. Engrosamiento excesivo en el circuito. Lavado insuficiente de la semilla fina.

La deteccin de cualquier aumento en el proceso de nucleacin desde su propio comienzo se hace posible mediante el uso de un contador o medidor Coulter, el cual es un instrumento muy til que permite tomar accin correctiva, eficiente y rpidamente. Las medidas inmediatas que se pueden tomar, consisten en suprimir las condiciones que ocasionaron la nucleacin intensa, y favorecer la eliminacin de finos y ultrafinos por aglomeracin. Esto se hace posible esencialmente por:

Elevar el perfil de temperatura en los precipitadores unos grados hasta que disminuya la nucleacin. Aumentar el grado de aglomeracin, si es necesario.

Hay que evitar que ocurran las condiciones que generan un aumento en la nucleacin, pero se debe mantener una cantidad mnima de nucleacin por tres razones:

Primeramente, se tienen que crear partculas nuevas para compensar las que han salido del circuito con el producto y mantener condiciones granulomtricas estables.

En segundo lugar, al dejar en el circuito una cierta proporcin de partculas muy finas y de ultrafinos, la superficie de semilla disponible en l, reduce el riesgo de un aumento en la nucleacin.

En tercer lugar se tiene que estos finos y ultrafinos constituyen un excelente material de cementacin en la fase de aglomeracin y en su ausencia los agregados que se obtengan podran ser muy frgiles (Goita, 2009).

2.7.2 Aglomeracin La aglomeracin es un proceso en el cual dos partculas se unen y precipitan juntas como una sola partcula robusta. Los aglomerados se forman en dos pasos: primero se forman agregados dbiles, y luego, por deposicin del hidrato se van haciendo ms rgidos. La fase de aglomeracin de la semilla fina ocurre al comienzo de la etapa de precipitacin, donde se tienen las ms altas temperaturas dentro del circuito. Esta condicin caliente inhibe en cierto grado la formacin de finos, porque las altas temperaturas mantienen la solubilidad del licor.En la industria de la almina la aglomeracin se lleva a cabo dentro de tanques agitados y se estudia de manera similar a una reaccin qumica, slo que en este caso, se verifica el aumento de tamao de partculas en vez del grado de conversin o formacin de una especie. Similarmente a una reaccin, la aglomeracin ocurre en varios pasos segn el equipo en donde ocurra; en el caso de tanques agitados, los pasos se explican a continuacin:

En primer lugar es necesaria la humectacin de las partculas finas con el lquido enlazante. Esta etapa ocurre ms que todo cuando se utilizan agentes humectantes; dichos compuestos son altamente utilizados para la aglomeracin de polmeros y plsticos. En el caso de la almina hidratada este lquido viene siendo el licor donde se encuentran las semillas suspendidas.

Seguidamente, viene la formacin de agregados o coalescencia. En este proceso ocurre el enlace de las partculas producto de la agitacin del medio. Una vez formados, los agregados se fortalecen mediante la cementacin. Este proceso consiste en la acumulacin de partculas finas sobre la superficie de los cristales; en un principio, esta deposicin sirve para fortalecer los aglomerados. Posteriormente, ocasiona un aumento en el tamao de la partcula, y pasa a llamarse crecimiento.

Los principales procesos que se dan dentro de un equipo aglomerador, y el efecto granulomtrico de los mismos, se pueden apreciar en la figura 2.5. En primer lugar, se presenta la aglomeracin como una reaccin qumica que tiene una constante de crecimiento k. Ms abajo se presentan los principales procesos favorables para la aglomeracin (resaltados en color azul); y aquellos procesos que no la favorecen (en color rojo). Figura 2.5 Cintica de la etapa de aglomeracin (Goita, 2009)

Para evaluar el desempeo de la etapa de aglomeracin se utilizan varios parmetros de calidad, entre los cuales se encuentran las curvas de granulometra acumulativa y el ndice de aglomeracin. Este ltimo no es ms que una especie de eficiencia que cuantifica de manera porcentual la disminucin de partculas menores a 45 m durante la fase. El ndice de aglomeracin ptimo es de aproximadamente de 50%. Porcentajes inferiores indican poca aglomeracin de la semilla y puede estar comprometida la granulometra del producto; tampoco se desean porcentajes superiores al 75% porque los aglomerados que se forman son dbiles y pueden fracturarse en los procesos aguas abajo. (CVG Bauxilum, s.f.).La ecuacin empleada en CVG Bauxilum para el clculo de este ndice es la siguiente:

(Ec. 2.6)

Donde:

= ndice de aglomeracin (%) = Porcentaje de semilla con un tamao de partculas menor a 45 m (%) = Porcentaje del producto de aglomeracin con un tamao de partculas menor a 45 m (%)

2.7.3 CrecimientoSu finalidad es llevar la productividad al mximo. En ella el mecanismo principal de precipitacin que ocurre es el crecimiento, es decir, la deposicin lineal del hidrato sobre las partculas existentes. Por tanto, esta fase de precipitacin asegura una cementacin adicional de las partculas aglomeradas de hidrato. La fase de crecimiento se lleva a cabo de un modo tal que se aumenta la productividad al mximo a la vez que se evita que la nucleacin sea excesiva. Esto se consigue haciendo mxima la adicin de la semilla gruesa, aumentando el tiempo de residencia y haciendo ptimo el perfil de temperatura. Dependiendo del caudal de suspensin, de las condiciones climticas, de la temperatura del licor madre y de las condiciones de enfriamiento interetapas, la temperatura del flujo total del rea de precipitacin hacia el rea de clasificacin de hidrato puede variar dentro de un rango aproximado de 58 a 66 C. Estas temperaturas relativamente bajas se pueden conseguir por enfriamiento interetapas, permitindose as que la productividad en la fase de crecimiento sea mayor. Se conoce que el enfriamiento de la suspensin de precipitacin tiene una influencia significativa sobre la cantidad de finos que se generan por nucleacin, causando as una limitacin en el grado de enfriamiento que es posible obtener. Otra limitacin sera la menor velocidad de precipitacin que contrarresta el efecto positivo de la mayor sobresaturacin. Por esta razn, los ltimos gramos de productividad que se pueden lograr al final del proceso de precipitacin requieren mayor tiempo de residencia, aun cuando se utilice el enfriamiento intermedio. Adems, desde este punto de vista sera beneficioso, un enfriamiento interetapas mltiples con pasos de enfriamientos adicionales (por ejemplo, aguas abajo de enfriamientos interetapas) pues el perfil ptimo de temperatura se podra seguir ms ajustadamente. No obstante, se observar que en el momento de la adicin de la semilla gruesa, ocurre un primer paso de enfriamiento debido al contenido de humedad del hidrato. El crecimiento de los cristales existentes es el proceso bsico de precipitacin, corresponde a todos los cristales y ocurre a cualquier temperatura del licor del aluminato sobresaturado. Misra (1971) mostr que todos los cristales de tamao de 5-90 m registraban un aumento del tamao en la misma proporcin (reflejado en el manual de proceso Lado Blanco CVG Bauxilum, s.f.), y Scott (1970) seal un crecimiento menor para las partculas con dimetro mayor a 100 micrmetros (CVG Bauxilum, s.f).

2.8 Parmetros que afectan la calidad del trihidrato de almina

2.8.1 Soda ocluida Durante la cristalizacin del hidrato, las especies se asocian a la superficie de la semilla de hidrato y se tienen que polimerizar para formar gibsita. Esta polimerizacin produce inicialmente polmeros de peso molecular elevado, que forman una capa tipo gel o semi ordenada en la superficie de la gibsita. Los subproductos de esta polimerizacin son iones de sodio y de hidrxido. La soda que se libera durante la creciente estructuracin de esta capa en formacin, tiene la mnima energa cuando se le coloca en el licor. En consecuencia, los procesos de difusin promueven la emigracin de la soda de la capa en crecimiento hacia el licor circundante. La velocidad de difusin en el licor es mucho mayor que la velocidad de crecimiento de la partcula de hidrato. No obstante, la velocidad de difusin de los iones de sodio hidratado y de hidrxido a travs de la capa semi-cristalina de crecimiento, ser menor que las velocidades correspondientes de difusin en el licor. Se propone que algunos de estos iones de sodio y de hidrxido no tienen tiempo suficiente para salir por difusin de la capa de crecimiento, antes de que se convierta en gibsita, por tanto, se incorpora al cristal y de esta forma la soda es ocluida en la almina. Este modelo no hace diferencia entre la sustitucin de protones y retencin de Na+OH-. Esta descripcin del modelo propuesto de incorporacin de soda se podra hacer mucho ms compleja, sin embargo, lo importante de ella est en los factores que afectan la eficacia de la difusin de la soda afectando su concentracin en el hidrato y por ende la almina resultante. La velocidad de difusin de los iones aumenta con la temperatura. Por lo tanto, a temperatura ms alta se conseguir una oclusin menor, pues sta se puede difundir ms rpidamente para salir de la capa creciente de hidrato. Esto fue confirmado por pruebas de laboratorio, en donde, por una sobresaturacin constante en condiciones tpicas de precipitacin, un aumento de temperatura de 10 C produca hasta una disminucin de 0,2% en la velocidad de oclusin de la soda (CVG Bauxilum, s.f.)En general, se conoce que la velocidad de crecimiento del hidrato es directamente proporcional al cuadrado de sobresaturacin del aluminato, esto significa que el espesor del nuevo hidrato que se forma sobre la superficie del cristal de semilla aumenta con el cuadrado de la sobresaturacin del aluminato. En consecuencia la soda que se libera en la estructuracin de esta capa tendr una distancia mayor para difundirse antes de poder escapar. Por lo tanto, a mayor velocidad de crecimiento, mayor concentracin de soda en el hidrato (CVG Bauxilum, s.f.). La experiencia en la planta demuestra que las condiciones que favorecen una gran aglomeracin tambin originan mayor cantidad de soda ocluida. Sin embargo, para conseguir mucha aglomeracin se requiere una velocidad especfica de precipitacin alta, por tanto, no sorprende que las condiciones que ocasionan mucha aglomeracin favorezcan la produccin de almina con alto contenido de soda.

2.8.2 Rompimiento y atricin La fragmentacin de los agregados relativamente frgiles que se formen en la fase de aglomeracin, tiene una influencia importante sobre el proceso de aglomeracin, debido a la limitacin del tamao de los agregados que se puedan considerar lo suficientemente resistentes a los choques, limitando en consecuencia, el tamao de las partculas capaces de formar conglomerados. Como ya se mencion, el cementado insuficiente (bajo ndice de cementacin) y la falta de material muy fino (lo que permite mejorar la calidad de la segmentacin) puede hacer que los agregados que se forman en la aglomeracin, se desintegran completamente. El resultado es, pues, una prdida aparente de aglomeracin que tiene que contrarrestarse reduciendo la carga de semilla (si el ndice de cementacin es muy bajo) y/o mejorando la nucleacin (si esta es muy baja). Los agregados que se forman en la etapa de aglomeracin reciben otra envoltura de hidrato en la etapa de crecimiento, lo cual hace ms fuerte y menos sensible a la fractura en los ltimos precipitadores y en las operaciones subsiguientes de proceso. La resistencia mecnica del producto final depende mucho de las condiciones de aglomeracin. En todo el proceso de precipitacin hay atricin, la cual es difcil de evaluar con precisin. Adems sta es responsable de la formacin de partculas finas nuevas y de la conformacin (redondeo de las aristas cortantes) de las ms grandes, de manera que la superficie externa de las partculas de almina quede relativamente lisa y menos expuesta a desprender polvo en manejo posterior. Se entiende por atricin al desprendimiento de un fragmento pequeo de un cristal base. Por tanto, el efecto neto de la atricin es aumentar la velocidad de generacin de partculas pequeas. Por otra parte, el rompimiento implica una dislocacin total del cristal base y es anloga al proceso de desmenuzamiento en la molienda. Para determinar el ndice de atricin en el laboratorio, se usa un lecho fluidizado, sometiendo un material muestra a condiciones de atricin. Entonces se toma como ndice de atricin a la relacin de reduccin de la fraccin ms gruesa que 44 m en la prueba de atricin. Por lo tanto, mientras el ndice de atricin sea menor, la partcula de material ser ms fuerte (CVG Bauxilum, s.f) .

CAPTULO II: MARCO TERICO

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CAPTULO IIIDESARROLLO DEL TRABAJO

En este captulo se presenta de forma detallada la metodologa empleada para la ejecucin de este proyecto, se identifican cada una de las etapas seguidas para el cumplimiento de los objetivos planteados para la evaluacin de la efectividad de un polmero modificador de cristal a diferentes condiciones de temperatura en la fase de aglomeracin del circuito de precipitacin de C.V.G Bauxilum.

3.1 Determinacin del efecto de la temperatura y concentracin del polmero modificador de cristal sobre los parmetros de calidad del producto final en la fase de aglomeracin del rea de precipitacin.

Para analizar el efecto de la temperatura y concentracin del polmero modificador de cristal sobre los parmetros de calidad del producto final, fue necesaria la realizacin de pruebas de planta de la operadora de almina CVG Bauxilum. Para ello se tom la muestra del licor madre de proceso del rea de enfriamiento por expansin instantnea, a su vez la semilla fina lavada se recolect del filtro de lavado de semillas finas (F - 55 - 7) proveniente del rea de lavado de oxalatos. Todos las muestras se trasladaron al laboratorio de Control de Calidad donde se realizaron los anlisis requeridos, los cuales sern especificados en las secciones 3.1.3 y 3.1.4.Se realizaron 3 pruebas de precipitacin, en 3 corridas que fueron ejecutadas por duplicado con un tiempo de residencia de 7 horas para cada corrida. La primera prueba con temperatura inicial de 80 C, la segunda a una temperatura de 82 C y la tercera a 84 C. Cada prueba fue realizada a tres distintas concentraciones de polmero modificador de cristal, 0, 12 y 15 ppm. Las pruebas fueron realizadas bajo las condiciones mostradas en la tabla 3.1.

Tabla 3.1 Condiciones utilizadas en las pruebas de laboratorioTiempo residencia (h)Carga SPA (g/L)Volumen (L)

71600,7

Antes de iniciar las corridas, fue necesario conocer la distribucin granulomtrica y el factor de correccin de humedad de la semilla fina (F.C.H SF), por lo tanto la muestra de semilla fina fue analizada previamente en el laboratorio para obtener:

Distribucin Granulomtrica: este parmetro permite conocer el tamao del producto que se obtiene en el proceso. CVG Bauxilum utiliza como parmetro de control, curvas de distribucin granulomtrica del tipo acumulativa, lo cual significa que los valores reportados se leen como el porcentaje msico de partculas que pasan a travs de un tamiz. En este caso se utiliz el porcentaje de partculas menores a 45

micrones (% < 45 m) porque es el punto de control de calidad para el tamao del producto que se obtiene y se comercializa. Las semillas finas utilizadas en las prueba de laboratorio tenan una granulometra de 11% (un porcentaje de partculas menor a 45 m de 11%). El procedimiento para obtener este porcentaje se explica en la seccin 3.1.4.1. Para este anlisis se empleo un equipo de tamizado denominado Ro Tap. En la figura 3.1 se muestra la vista frontal de este equipo.

Figura 3.1. Equipo Ro-Tap utilizado para el anlisis de distribucin granulomtrica

Factor de correccin de humedad: El factor de correccin de humedad calculado para la semilla fina, representa la relacin en peso entre la masa humedad (g) y la masa seca de la semilla fina (g). El procedimiento para obtener este porcentaje se explica en la seccin 3.1.1.

3.1.1 Procedimiento empleado para el clculo de la masa de semilla fina utilizada en la prueba.

1. Se calcul el factor de correccin de humedad de la semilla fina, de la manera siguiente:

(Ec. 3.1)

Donde:

= Factor de correccin de humedad. = masa de semilla hmeda (g). = masa de semilla seca (g).

Los valores msicos de semillas hmeda y seca se muestran en la tabla 3.2.

Tabla 3.2 Masa de semilla hmeda y seca empleada para el clculo del factor de correccin.Semilla finaMasa (g)

Hmeda100

Seca90,09

Sustituyendo los valores de la tabla 3.2 en la ecuacin 3.1 se obtuvo:

2. Se fij un volumen de licor madre a utilizar de 0,7 L.

3. Se fij una carga de slidos en la suspensin de aglomeracin de 160 g / L de licor madre, ya que sta fue la meta fijada en planta.

4. Se fij una productividad de 45 g / L de licor madre, ya que esta es la usada para el clculo de planta para la zona de aglomeracin.

5. Se emple la estequiometria de la reaccin de precipitacin (Ec. 3.2), para obtener una relacin que permitiera convertir la productividad usada en almina trihidratada.

(Ec. 3.2)

6. Se relacionaron los pesos moleculares de y para obtener la relacin estequiometrica:

(Ec. 3.3)

7. Se realiz un balance de masa en la zona de aglomeracin segn el esquema de la figura 3.2.

Figura 3.2. Esquema empleado para la realizacin del balance de masa en la zona de aglomeracin

Mediante el uso de la ecuacin, se obtuvo:

(Ec. 3.4)

Donde:

= Masa de slidos total en la suspensin de aglomeracin (g). = Masa de slidos que precipitan en la aglomeracin (g). = Masa de semilla fina (g).

Despejando la masa de semilla fina de la Ec. 3.4, se tiene que:

(Ec. 3.5)

Donde: = productividad en la fase de aglomeracin x 1,5294

Sustituyendo se tiene que:

Los resultados obtenidos del clculo de F.C.H.SF, granulometra y masa de semilla fina se muestran en la tabla 3.3.

Tabla 3.3 Resultados de la caracterizacin de la semilla finaF.C.H.SFMasa SF (g)Granulometra SF (% < 45m)

1,1170,911

Para simular el rea de precipitacin en el laboratorio, se emple un equipo llamado Intronics. Dicho equipo de fabricacin artesanal australiana es un bao trmico que consta principalmente de un panel de control donde se controla la temperatura del bao, una cavidad rectangular compuesta con un soporte giratorio donde se colocan en grupos de cuatro los diecisis recipientes cilndricos de polietileno de alta densidad (HDPE) marca Nalgene de un litro de capacidad cada uno. Dicho soporte giratorio rota a 72 rpm dentro del equipo, creando as la agitacin necesaria para lograr la homogeneidad en la suspensin. En la figura 3.3 se muestra la imagen del equipo.

Figura 3.3 Equipo Intronics; mostrando el panel electrnico donde se controla la temperatura del bao

3.1.2 Procedimiento empleado para realizar las corrida a 80, 82 y 84 C.Despus de haber analizado la muestra de semilla fina y calculado la masa requerida de semilla fina para simular el proceso de precipitacin en la fase de aglomeracin, se prosigui a realizar las corridas como se explica a continuacin:

1. El bao trmico se encendi horas antes del comienzo de la prueba a 80 C, para mantener una temperatura constante dentro del mismo.

Al momento de la prueba fueron lavados, secados y enumerados 6 envases de polietileno de 1 L de capacidad de alta densidad; para luego ser llenados con 0,7 L de licor madre e introducidos en el equipo hasta alcanzar la temperatura requerida para cada prueba. Debido a que se realiz la prueba por duplicado, se dosific el polmero modificador de la siguiente manera: dos muestras no contenan polmero modificador de cristal (0 ppm), otras dos muestras tuvieron una concentracin de 12 ppm y las dos muestras restantes tenan una concentracin de 15 ppm. La prueba se realiz con un tiempo de aglomeracin de 7 horas, transcurrida las 7 horas se finalizaba la corrida.

2. Se pes 6 veces una masa de 70,9 g de semilla fina previamente secada, caracterizada y tamizada para separar cualquier partcula con dimetro distinto al requerido, luego se agreg a cada envase con la muestra del licor madre. Esta masa de licor madre fue calculada suponiendo una productividad para la fase de aglomeracin de 45 g / L de licor madre, por ser la empleada para los clculos de planta.

3. Se dosific el modificador de cristal hasta alcanzar una concentracin de 12 ppm de MDC. El mismo procedimiento se realiz para dosificar otras dos muestras y tener una concentracin de 15 ppm de polmero modificador de cristal. Cabe destacar que a las dos muestras restantes no se le agreg polmero modificador, por lo tanto su concentracin de MDC era 0 ppm.

4. Los envases fueron retirados del equipo e inmediatamente se agreg la semilla y el polmero modificador de cristal a cada uno de ellos, segn las especificaciones de dosificacin previamente establecidas para la prueba.

5. Una vez agregado tanto la semilla fina como el polmero modificador de cristal, los envases fueron cerrados e introducidos nuevamente en el bao trmico donde permanecieron por espacio de 7 horas, tal y como lo establece los parmetros de control para la fase de aglomeracin, siendo esos recipientes agitados continuamente a una temperatura constante de 80 C y recreando as las condiciones en planta para el proceso de aglomeracin y precipitacin de trihidrato de almina.

6. Al transcurrir 7 horas (tiempo de residencia para la fase de aglomeracin), fueron retirados los 6 envases para su posterior anlisis.

El mismo procedimiento se hizo en el orden planteado para las dems pruebas a las temperaturas de 82 y 84 C respectivamente.

3.1.3 Anlisis realizado al licor madre de cada corrida. Estos anlisis se realizaron gracias a la puesta en marcha en el laboratorio de los distintos ensayos referentes al clculo de los parmetros de calidad para el licor madre de la muestra obtenida. A continuacin se presenta una descripcin detallada de los ensayos de los parmetros de calidad realizados al licor madre. Cabe destacar que dichos ensayos fueron hechos por el personal de laboratorio del departamento de control de calidad de CVG Bauxilum, tomando en consideracin las normas establecidas por la empresa mostrados en la seccin de anexos A.

3.1.3.1 Fraccin molar custica y custica libre . El objetivo de este ensayo es determinar la cantidad de almina disuelta en la custica del licor madre y la concentracin de custica libre. Se obtuvo por el mtodo de termotitulacin, el cual consiste en titular con acido clorhdrico 1,6 N mientras cambia de temperatura el sistema, hasta que se alcanza el punto de equilibrio. En la titulacin termomtrica se utiliza el efecto trmico para la deteccin del punto final de la titulacin. Este tipo de titulacin se basa en la medida del calor de neutralizacin liberado cuando se adiciona acido clorhdrico a los licores de proceso Bayer. Para realizar este ensayo se siguieron los siguientes pasos:

1. Una vez retirada la muestra del bao trmico, se dej reposar 2 horas.

2. Se filtraron 20 ml de licor madre.

3. La muestra de licor fue llevada al laboratorio de turno para ser analizados mediante termotitulacin.

4. Se coloc el agitador magntico en un vaso de poliestireno limpio y seco.

5. Se transfiri con el diluidor Hamilton 1 ml de la muestra previamente enfriada, dentro del vaso.

6. Se aadieron 10 ml de tartrato de sodio y potasio; luego se coloc el vaso con la muestra bajo ensamblaje de titulacin, se cubri con una tapa de plstico y se encendi el agitador, tomando la precaucin que el magneto se moviera libremente.

7. Se ajust el selector de titulacin para trabajar con ; luego se balance el potencimetro para tener una lectura cero (donde ambas luces del potencimetro deban estar apagadas).

8. Se oprimi el botn de arranque hasta que aproximadamente 0,2 ml de acido haba sido agregado.

9. Se registr la lectura de la bureta una vez terminada la titulacin del , sin parar la agitacin.

10. Se llev a cero la lectura de la bureta y se cambi el selector de titulacin a la posicin de .

11. Se repitieron los pasos 8 y 9.

12. Con las lecturas de volumen registrada, se calcul la concentracin de custica, almina y fraccin molar custica, a travs de una ecuacin de ajuste inherente al equipo.

3.1.3.2 Custica total y xido de slice . El propsito de este ensayo fue determinar la concentracin de custica total () y silicio () presentes en los licores provenientes de planta y de esta manera poder realizar los ajustes necesarios a nivel de control de proceso a fin de asegurar una produccin de calidad ptima, donde la calidad y la cantidad sean las mximas posibles. Dichas concentraciones fueron obtenidas mediante el mtodo de anlisis de plasma y los pasos que se siguieron para lograrlo fueron los siguientes:

1. Se realiz una curva de calibracin.

2. Se cre el mtodo de anlisis y se almacen en el equipo de plasma; a su vez se construy su curva de trabajo y se analiz segn el manual de operacin del equipo.

3. Se cheque la curva con un estndar sinttico de concentracin conocida para determinar si el equipo trabajaba de manera ptima.

4. Luego, se realiz una dilucin del licor madre.

5. Finalmente se hizo aspirar el licor madre (LMD) a travs del equipo, se analiz y se report los resultados luego de haber promediado por lo menos 5 anlisis en menos de 1 minuto.

3.1.3.3 Anlisis de carbonato de sodio en el licor madre. El propsito de este anlisis fue determinar los niveles de carbonato de sodio () y carbn orgnico presentes en los licores de planta y el contenido de carbn orgnico e inorgnico presente en la materia prima. Este ensayo se bas en la combustin del carbn de una muestra cualquiera con oxigeno, donde el dixido de carbono producido es arrastrado por una bomba al analizador infrarrojo y los resultados de la seal de salida del detector infrarrojo es integrado en funcin del tiempo, representando en medida a la cantidad de dixido de carbono y con ello el contenido de carbono de la muestra. El resultado del anlisis fue indicado con ayuda de un indicador digital en porcentaje de carbono (% C). Para lograr este ensayo se siguieron los siguientes pasos:

1. Se prepar la muestra para su anlisis, en el caso de los licores de planta se realiz una dilucin de 1 ml de licor con agua hasta alcanzar los 50 ml del baln aforado.

2. Se procedi a encender el equipo (Strohlein C. MAT 500 Lt) y ajustar su presin de entrada a 50 psi.

3. Se inicio el programa y se calibr segn las instrucciones para el uso del equipo.

4. Se coloc la cantidad de muestra a inyeccin previamente diluida.5. Se prepar los estndares de 100 ppm de para carbn inorgnico y para carbn total.

6. Se inyect 1 ml de estndar hasta obtener 100 1 C para calibrarlo y se dio inicio al ensayo.

7. Con las lecturas de volumen de registrada del cual dependi el contenido de carbn en la muestra se calcul la concentracin (g/L) de carbonato de sodio () en el licor madre.

3.1.3.4 Anlisis de xido de calcio en el licor madre.El propsito de este anlisis fue conocer los niveles (g/L) presentes de xido de calcio () en licores de planta, de manera de realizar todos los ajustes necesarios a nivel de control de proceso, a fin de evitar el impacto de esta impureza en el producto final Almina Calcinada de grado Metalrgico que se produce en la planta. Para realizar este ensayo se siguieron los siguientes pasos:

1. Se realiz la curva de calibracin de rango 0 a 0,6 ppm de Ca y se analiz en el equipo.

2. Se construy una curva de trabajo midiendo los valores de intensidad de cada uno de los patrones con ayuda del equipo de plasma, se incluy el blanco y se almacen los resultados con su respectivo grafico.

3. Se cheque el programa con estndares de trabajo preparados para tal fin (0,2 0,6 ppm Ca).

4. Una vez calibrado y chequeado el equipo se analiz la concentracin (g/L) de la muestra con una dilucin de 1 ml en un baln de 50 ml, luego se le aadi 5 ml de acido clorhdrico (37 %) para asegurar la dilucin de todo el calcio no disuelto o en suspensin y adems neutralizar la custica presente.

5. Finalmente se llevo hasta 50 ml con agua destilada y se hizo aspirar la muestra bien homognea por el equipo de plasma I.C.P.

3.1.4 Anlisis realizado al producto seco de cada corrida.El producto slido resultante de las pruebas de aglomeracin una vez obtenido se filtr, se sec en un horno, se identificaron y clasificaron segn la temperatura y la dosis de polmero modificador de cristal a la que fueron sometidos durante la prueba. Posteriormente se le realizaron anlisis como: granulometra, ndice de atricin, ndice de aglomeracin y se calcul los valores de productividad.

3.1.4.1 Granulometra e ndice de aglomeracin. El objetivo del ensayo de granulometra fue conocer las distribuciones granulomtricas del producto seco (trihidrato de almina) resultante de las pruebas de precipitacin realizadas. Entre los resultados entregados por los laboratorios de planta para este ensayo se tuvieron los porcentajes de partculas menores a dimetros de 45, 63, 90, 106 y 150 m, para efecto de nuestro estudio, slo se utilizaron los valores de porcentaje de partculas menores a 45 micrones (% < 45 m) ya que estos son los ms importante a la hora de calificar el hidrato que se obtiene de la corriente del SPA (granulometra obtenida en el ltimo aglomerador). Para determinar la granulometra del producto seco (trihidrato de almina) se siguieron los siguientes pasos:

1. Se colocaron los tamices en el siguiente orden: 150, 106, 90, 63, 45 m con bandeja y tapa.

2. Se pesaron 80 gramos de hidrato seco.

3. Seguidamente el hidrato fue colocado en el tamiz de 150 m e inmediatamente tapado.

4. Se coloc el conjunto de tamices en un tamizador (Ro tap), y se encendi el controlador de tiempo por 20 minutos.

5. Se transfiri el material retenido en cada tamiz y bandeja a platillos de aluminio para luego calcular el porcentaje de partculas retenidas en cada tamiz. Las ecuaciones utilizadas para el clculo de cada dimetro de partcula se muestran a continuacin:

% < 150 m = 100 masa retenida en tamiz de 150 m(Ec. 3.6)

% < 106 m = % < 150 m masa retenida en tamiz de 106 m(Ec. 3.7)

% < 90 m = % < 106 m masa retenida en tamiz de 90 m(Ec. 3.8)

% < 63 m = % < 90 m masa retenida en tamiz de 63 m(Ec. 3.9)

% < 45 m = % < 63 m masa retenida en tamiz de 45 m(Ec. 3.10)

Para calcular la distribucin granulomtrica se fijo una base de de clculo de 100 g.

En base a los valores de granulometra de cada muestra, se calcul otro parmetro importante para evaluar el rendimiento de la fase de aglomeracin del rea de precipitacin, como lo es el ndice de aglomeracin o porcentaje de aglomeracin. Este es obtenido mediante el uso de la ecuacin 3.11, tomando en cuenta la granulometra de la semilla fina utilizada y la granulometra correspondiente a la zona que se desea calcular. La ecuacin utilizada para calcular este factor se muestra a continuacin:

(Ec. 3.11)

Donde:

= ndice de aglomeracin. = Porcentaje de semillas con un tamao de partculas menor a 45 m (%). = Porcentaje del producto de aglomeracin con un tamao de partculas menor a 45 m (%).

3.1.4.2 ndice de atricin. Este parmetro determina la fragilidad o rompimiento de las partculas de almina y representa el incremento de partculas finas (< 45 m) en una muestra. El ensayo que se describe a continuacin est diseado para medir el grado de resistencia de los productos de precipitacin en el Proceso Bayer, determinando as su rompimiento en el lecho fluidizado. Bsicamente consisti en introducir una muestra del producto seco (trihidrato de almina) en el lecho fluidizado, durante 15 minutos a 4 bar de presin y posteriormente, determinar su granulometra resultante, para poder calcular el rompimiento de partculas mediante la diferencia de granulometras. Los pasos que se siguieron para realizar esta prueba se describen a continuacin.

1. Se le realiz un anlisis granulomtrico a la muestra original.

2. Se pes 50 g de la muestra original con precisin de 0,01 g.

3. Se transfiri la muestra al tubo de vidrio a travs de un embudo.

4. Se pes el dedal filtrante con precisin de 1 mg.

5. Se tap el tubo de vidrio con el dedal filtrante.

6. Se ajust el fluido de aire a travs del sistema a una presin de 4 bar.

7. Se mantuvo el flujo por 15 minutos; luego se detuvo el ensayo y se dej reposar la muestra en el fondo.

8. Se removi el dedal y se pes inmediatamente con precisin de 1 mg (fraccin de polvo).

9. Se limpi las paredes internas del tubo de vidrio con un pincel y luego lo depositado en el fondo del tubo se agreg a la muestra principal contenida en el plato soporte. 10. La muestra se pes inmediatamente con precisin de 0, 01 g.

11. Se le realiz un anlisis granulomtrico a la muestra principal para la fraccin menor de 45 micrones (< 45 m) en el tamizador Ro tap durante 10 minutos.

12. Se calcul el ndice de atricin utilizando las siguientes ecuaciones:

(Ec. 3.12)

(Ec. 3.13)

Donde:

= ndice de atricin (%). = % < 45 m despus del anlisis + % de fraccin de polvo (partculas menores de 2 m), (%). = % < 45 m antes del anlisis, (%). = fraccin < 45 m despus del anlisis, (g). = fraccin de polvo, (g). = masa de la muestra principal despus del anlisis, (g).

3.1.5 Clculo de la productividad. Una vez realizado los ensayos para el anlisis tanto del licor madre como del producto seco, procedentes de cada muestra, se prosigui al clculo de otro parmetro de control importante para la fase de aglomeracin, como es la productividad. Para tal fin se emple la siguiente ecuacin utilizada en CVG Bauxilum para el clculo de la productividad del licor para cada corrida:

(Ec. 3.14)

Donde:

: Productividad para la fase de aglomeracin (g / L licor madre).: Concentracin de custica total del licor madre (g /L licor madre).: Fraccin molar custica del licor madre.: Fraccin molar custica de la corriente de salida del ltimo tanque de la fase de aglomeracin.

A continuacin se presenta un ejemplo del clculo realizado para la productividad en la fase de aglomeracin, con un tiempo de residencia de 7 horas. Para la corrida a 80 C y una concentracin de polmero modificador de cristal de 0 ppm, los datos fueron extrados de la t