LABORATORIO N°08 FILTRACIÒN DE MINERALES

1. OBJETIVOS

• Identificar las partes de un sistema de filtración continua al vacío.
• Determinar la velocidad de filtración a presión constante para un sistema de relave mineral.
• Determinar la resistencia del medio filtrante y del resistencia del cake
• Determinar la porosidad de la torta

1. DOCUMENTOS O NORMAS DE REFERENCIA

• Concentración de Minerales

Tecsup, Lima Perú. Jorge Castillo (2003)

• Tecnología del Procesamiento de Minerales. “Tratamiento de menas y recuperación de minerales”  B.A. Wills. Ed. Limusa (1995)
• Maurice C. Fuertstenau, “Principles of Mineral Processing”. (2003)
• A. Gupta and D.S. Yan.”Mineral Processing design and operation”. (2006)

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

La filtración consiste en la separación de los sólidos de una suspensión mediante un medio poroso que los retiene y que permite el paso del líquido. En general, los poros del medio filtrante son mayores que las partículas sólidas a separar, precisándose de un depósito inicial de las mismas para que el filtro opere de forma eficaz.

Si bien en el laboratorio esta operación se realiza fácilmente con un embudo Buchner a vacío o con un simple embudo cónico de vidrio, a escala industrial se presentan otros problemas derivados de las cantidades mucho mayores de suspensión y sólidos que hay que manejar, y de los distintos tipos de las mismas.

En la figura 1. está recogido el principio de esta operación, donde la torta formada pasa a ser la responsable de la filtración y no el medio filtrante que actúa como soporte de la misma.

[pic 2]

Fig. 1. Esquema de la operación de filtración.

Como las suspensiones a tratar y las condiciones de operación son muy distintas, conviene tener presente una serie de factores a la hora de seleccionar el equipo para la filtración. Estos son los siguientes:

 a)        Propiedades del fluido (densidad, viscosidad y corrosividad).

 b) Naturaleza del sólido y resistencia de la torta formada (tamaño y forma de las partículas, distribución de tamaños, si existe o no deformación en las mismas, compactación de la torta, etc.).

c)         Concentración de sólidos en la suspensión.

d)         Cantidad de material a tratar y su valor.

 e) Si el producto valioso es el sólido, el líquido, o ambos.

f)         Si es necesario lavar los sólidos.

g)         Si una contaminación ligera por contacto con el equipo es perjudicial.

h)         Si la suspensión puede calentarse, ya que generalmente la filtración transcurre mejor a mayores temperaturas.

 i)         Si puede ser interesante algún tratamiento previo.

En el transcurso de la filtración, el espesor de la torta va aumentando, siendo ésta verdaderamente el medio filtrante, pudiendo realizarse en el periodo inicial la deposición de algún material que facilite el proceso.

Este tipo de filtración descrito suele denominarse filtración por torta (la proporción de sólidos en la suspensión es elevada, > 1%, y se recogen en la torta filtrante la mayor parte de las partículas, aunque en un principio el líquido filtrado sale turbio).

Hay otro tipo de filtración denominada filtración en profundidad; se usa para suspensiones muy diluidas, (concentración de sólidos < 0,1%, tales como aguas potables), de modo que las partículas penetran en el medio filtrante y quedan retenidas en él.

Torta de filtraciòn

Cuando la concentración de sólidos en la suspensión es suficientemente alta, los sólidos se unirán sobre la entrada de los poros del medio filtrante. Esta es la filtración de la torta y se ilustra en la Figura 2.

[pic 3]

Fig. 2 Puente de partículas sobre las aberturas de la superficie de un medio filtrante, por lo tanto, se forma una nueva torta sobre las primeras capas de la torta y es posible que las aberturas del medio sean aberturas mucho más grandes que las partículas.

[pic 4]

Fig. 3 Representación más real de partículas en una tela filtrante

Cualitativamente, sin embargo, la teoría de la filtración simple es direccionalmente válida para un escalamiento modesto y puede proporcionar una estructura sobre la cual se pueden ensamblar más teoría y datos en el futuro.

A medida que avanza la filtración, se forma una torta porosa de partículas sólidas en un medio poroso, generalmente soportada en una tela. Debido a la finura de los poros, el flujo de líquido es laminar, por lo que está representado por la ecuación (1).

Q =                 (1)[pic 5]

La resistencia R está formada por la tela de filtro Rf y de la torta Rc, que se puede suponer proporcional al peso de la torta. En consecuencia.

Q =         (2)[pic 6]

α = Resistencia especifica del cake (m/kg)

C = masa de sólidos/volume de líquido (kg/m3)

µ = viscosidad (Nsec/m2)

P = diferencia de presión (N/m2)

A = area filtrante (m2)

V = volumen de filtrado (m3)

Q = velocidad acumulada de filtrado (m3/sec).

Rf y α son constantes del equipo y de la pulpa y se deben evaluar a partir de datos experimentales. Los datos más simples para analizar son aquellos obtenidos a partir de pruebas de presión constante o velocidades constantes para las cuales se desarrollarán las ecuaciones. A presión constante Eq. (2) está integrado como

…                   (3)[pic 7]

Y se reformula en forma lineal como

                  (4)[pic 8]

La constante Rf y α son derivables de la intersección y la pendiente de la gráfica de t / V contra V. Si el período de presión constante se establece cuando t = to y V = Vo, Eq. (11,4) se convierte

        (5)[pic 9]

Un diagrama del lado izquierdo contra V + Vo debe ser lineal

A velocidad constante de filtración, Eq. (2) se puede escribir

                (6)[pic 10]

Y reorganizado en la forma lineal

                 (7)[pic 11]

La constante nuevamente se encuentra a partir de la intersección y la pendiente de la gráfica lineal de ΔP / Q contra V.

[pic 12]

Fig. 3 Gràfico lineal de acuerdo a la ecuación 4.

Después de que se hayan determinado las constantes, Eq. (7) se puede emplear para predecir el rendimiento de filtración en una variedad de condiciones de velocidad constante. Por ejemplo, la pulpa puede cargarse con una bomba centrífuga con una curva característica conocida de la presión de salida contra la velocidad de flujo. Tales curvas a menudo pueden estar representadas por relaciones parabólicas.

Características de algunos equipos de filtración:

Filtros de lecho profundo

Se utilizan para suspensiones con baja concentración de sólidos. Consisten de una placa perforada y capas de grava o arena de diferente granulometría. Los sólidos retenidos en la matriz filtrante pueden ser removidos periódicamente haciendo pasar un flujo de filtrado a contracorriente.

Existen también elementos filtrantes de celulosa o materiales sintéticos que retienen a los sólidos en su matriz durante el proceso de filtración. En estos casos los sólidos son retenidos irreversiblemente.

Este tipo de filtros presenta las siguientes características:

• Son sencillos en su diseño y operación
• Manejan grandes flujos de suspensiones no muy concentradas
• El producto sólido no se recupera
• Para el caso de mezcla sólido-gas se usan sacos filtrantes

Filtros prensa:

Este tipo de filtros consta de una serie de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas. La suspensión fluye a través de los marcos, se filtra a través del medio filtrante y el filtrado sale por las placas. La torta se forma a cada lado de los marcos. Puede haber salida de filtrado por cada placa. La torta puede ser lavada pasando la solución de lavado de una placa a otra atravesando toda la torta. Por su modo de operación por cada marco el área de filtrado es el doble de la de lavado y la longitud de torta de filtrado es un medio de la de lavado . Se usa para suspensiones con concentraciones de sólidos relativamente bajas. Este tipo de filtros son operados a gradientes de presión de hasta 20 bar por lo que pueden manejar tasas de filtración relativamente altas.

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