Caolin

RESUMEN

Una arcilla entre más fina es más valiosa; sin embargo la producción de éste tipo de partículas requiere de estudiar su reología debido los aglomerados micrométricos que se crean de forma natural, se estudia la eficiencia de separación de partículas de arcillas de caolín por medio de un hidrociclón, equipo que será manufacturado por estudiantes de la UAEH. El uso de los hidrociclones en la separación de arcillas es incomparable. Esta diferencia es atribuida a los tamaños que se manejan en cada proceso, del orden de milímetros para los minerales metálicos y de micrómetros para los no metálicos. Con respecto al equipo será estimadas: la capacidad de producción, la eficiencia de separación, el consumo de energía y el área de operación.

INTRODUCCIÓN

El valor agregado del caolín está principalmente determinado por la blancura, la calidad y el tamaño. Entre más fino se presente el valor incrementa considerablemente. Para lograrlo se requiere de un procesamiento de reducción de tamaño y de clasificación. Los hidrociclones son ampliamente empleados desde hace más de un siglo principalmente para la separación de partículas de minerales cuyo interés económico son los metales [1,2]. Sin embargo el uso de los hidrociclones en la separación de arcillas es incomparable. Esta diferencia es atribuida a los tamaños que se manejan en cada proceso, del orden de milímetros para los minerales metálicos y de micrómetros para los no metálicos. Esta diferencia incide en las propiedades reológicas de la pulpa, así como en la disminución de las dimensiones del hidrociclón a saber: el diámetro de la parte cilíndrica, del vórtice y del ápice.

Una de las principales ventajas de este equipo es el tiempo de residencia que puede ser inferior a los dos segundos [3], lo que permite altos volúmenes de producción. El incremento del número de aplicaciones a nivel industrial ha sido motivo para estudiar el efecto de las partículas dentro del hidrociclón con modelos matemáticos y programas especializados [3-7]. La trayectoria de las partículas y el efecto de su tamaño han sido estudiados por Shojaeefard y col. Los autores concluyen que el a un mayor tamaño de las partículas, se incrementa la eficiencia del hidrociclón [3]. Por otro lado Chin Yuan y col. [4] utilizaron partículas con una densidad de 1450 gL-1 así como una presión de operación de 0.5 a 2 bar. Los autores demostraron que bajo estas condiciones, el incremento de la presión aumenta la eficiencia del equipo. Asimismo ponen en evidencia que el diámetro de las partículas es más significativo que la densidad de las mimas; no obstante, los resultados experimentales mostraron discrepancias con los obtenidos computacionalmente. Finalmente demuestran que las partículas inferiores a 6 micrómetros no son fáciles de tratar en la práctica por lo que la simulación también resulta complicada. Esta afirmación es compartida por Bain et al. quienes realizaron un amplio estudio de separación de arcillas de caolín con hidrociclones además manifestaron que la eficiencia de separación está muy relacionada con las dimensiones del vórtice y ápice del hidrociclón, y en menos grado el diámetro de la parte cilíndrica del mismo [5]. Esta última aseveración no es compartida por Huang y col. [6] quienes afirman que el diámetro es fundamental para la separación con hidrociclones.En una suspensión con partículas de tamaños inferiores a 10 micrómetros las cargas eléctricas de la superficie de las mismas, tienen un papel fundamental en la reología y por lo tanto en la separación entre ellas [8-14]. La carga superficial de la caolinita en suspensión es positiva en los bordes y negativa en los planos basales formando aglomerados [15-18]. Una manera de desaglomerar las partículas es adicionando algún tipo de surfactante que causa repulsión entre ellas debido a la conversión de cargas positivas de los bordes a cargas negativas.

Es bien conocido que el empleo de un surfactante, adsorbido a la superficie de la caolinita, tiene como resultado la repulsión entre las partículas y disminución de la viscosidad de la pulpa.

Se debe entonces estudiar las operaciones unitarias que permitan producir de manera continua, arcilla caolinítica con el tamaño de partícula.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Producción de partículas de arcilla micrométricas empleando un hidrociclón manufacturado por un estudiante de la UAEH, por medio del estudio de los parámetros de operación, diseño del equipo en un software especializado que sugieran la mejor eficiencia de separación y capacidad de producción. Cada uno de los productos obtenidos será caracterizado por diversas técnicas tales como: microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y análisis de tamaño de partícula. La calidad del producto será determinada por el análisis de tamaños de partícula. Los resultados obtenidos servirán para la implementación de técnicas para la producción de caolín de alta pureza.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Una vez realizada la revisión bibliográfica, se realizará la manufactura de un hidrociclón con base a los resultados obtenidos de estudios anteriores con otro hidrociclón.

 Se realizará el estudio de los parámetros de operación del hidrociclón.

 Se realizará una caracterización de las muestras por medio de técnicas de microscopía electrónica de barrido y óptica así como de análisis de la distribución de tamaños de partícula.

 Con base a los resultados obtenidos se propondrá una metodología apropiada y oportuna que permita decidir los parámetros de operación del hidrociclón.

 Con los datos obtenidos, diseñar el hidrociclón mediante un software especializado.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los hidrociclones son equipos utilizados en la industria de la minería desde hace más de un siglo para la separación de sólidos, especialmente en la separación de minerales metálicos, en este caso se necesita para la separación de minerales no metálicos, dada su gran importancia para la producción de partículas micrométricas de arcillas de caolín es necesario utilizar este tipo de equipos, lamentablemente por su elevado costo en el mercado se da la necesidad de diseñar y fabricar este equipo y darle las dimensiones adecuadas para obtener la mayor eficiencia posible, pero sobre todo diseñar un equipo con materiales que se ajusten a nuestro presupuesto.

JUSTIFICACIÓN

Pachuca, Cuautepec de Hinojosa, Acaxochitlán, Metepec, Metzquititlán, Agua Blanca, Tula de Allende, Zacualtipán y San Bartolo Tutotepec, son municipios del estado de Hidalgo, cuyas reservas cuantificadas de caolín rebasan las 20 millones de toneladas [19-28]. Algunos de estos municipios se localizan en la región Otomí – Tepehua, considerada como zona de atención prioritaria a nivel nacional, debido a que muestra un importante grado de migración, marginación, altos índices de pobreza y de rezago social.

Lo anterior revela la imperiosa necesidad de crear en Hidalgo nuevas propuestas de tecnología en materia de minería no metálica, que puedan ser aplicadas a mediano plazo, competitivas a nivel nacional e internacional, pero sobretodo, respetuosas del medio ambiente. La fuente de empleos generados bien pagados y duraderos, sería proporcional a la cantidad de yacimientos de la región, es decir, de magnitudes impresionantes.

Para este estudio en particular, se considera importante evaluar los hidrociclones para la obtención de partículas micrométricas, este será un proceso intermedio de la planta piloto. La finalidad del estudio es lograr la selección de los las dimensiones y parámetros adecuados para operar del equipo de separación. Será necesario hacer un balance entre los parámetros y los resultados obtenidos, a fin de seleccionar las mejores condiciones de trabajo, capacidad de producción, mantenimiento, energía de operación, espacio y cantidad de agua utilizada y uso de reactivos.

HIPÓTESIS

Se pretenden estudiar los parámetros de operación del equipo de separación de partículas y finalmente emplear un software especializado en diseño que defina las dimensiones del mismo.

Con los estudios realizados anteriormente [29], se pretende manufacturar un hidrociclón que permita recibir tamaños de alimentación del orden de 250 micrómetros.

ÍNDICE

Capítulo 1

DISEÑO Y MANUFACTURA DEL HIDROCICLÓN

1.1 Antecedentes

1.2 Tipos de Hidrociclones

1.3 Especificaciones técnicas y componentes

1.4 Diseño de hidrociclón asistido por computadora

1.5 Manufactura del equipo

Capítulo 2

MUESTREO Y ANALISIS GRANULOMÉTRICO DE LA MUESTRA INICIAL

2.1 Captación y proceso de pulverización de arcillas caolinitas

2.2 Método del cuarteo

2.3 Toma de muestras representativas

Capítulo 3

ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN DEL CICLÓN

3.1 Porcentaje de sólidos

3.2 Velocidad de alimentación

3.3 Granulometría de los productos

3.4 Capacidad de producción

Capítulo 4

...