SEDIMENTACION

SEDIMENTACION

Sedimentación es una operación de separación de una fase sólida y una líquida que se basa en el asentamiento de las partículas en la zona inferior por acción de la gravedad.

De esta manera, la mayor parte del líquido se puede separar del sólido fácilmente.

La sedimentación es una de las operaciones que se emplean en la mayoría de los procesos hidrometalúrgicos para separar el lixiviado de los residuos sólidos

Los procesos de sedimentación se emplean para:

Eliminar sólidos en suspensión

Estratificar y separar partículas de diferente densidad o tamaño

Separar partículas de similar densidad y tamaño pero de formas diferentes.

Los factores que afectan a la sedimentación son:

1) Forma y tamaño de las partículas sólidas

2) Densidad relativa de las partículas frente al líquido

3) Viscosidad de la mezcla (pulpa)

4) Temperatura

5) Presencia de electrolitos

6) Factores externos (viento, evaporación,...)

La sedimentación se realiza en espesadores, clasificadores y cámaras de polvo para separar las partículas de tamaño más fino de las partículas gruesas.

El proceso de sedimentación puede realizarse en un continuo, es decir con la suspensión en movimiento, donde hay suspensión entrando continuamente y productos (sólidos y líquidos) saliendo los más habituales consisten en una cámara cilíndrica con fondo cónico y una canaleta periférica donde se separa el líquido clarificado.

Los sólidos caen y son arrastrados por un eje giratorio con raederas que arrastra los sólidos al punto de descarga, situado en el centro.

Habitualmente, la separación del lixiviado de los sólido suele requerir de una “batería de espesadores” de diferentes alturas para que el líquido clarificado que desborda por el rebose sirva de alimentación al siguiente decantador.

Es habitual que las partículas de gas se adhieran a los sólidos, formando así una nueva partícula de mayor volumen y menor densidad, por lo cual modifica las características de sedimentación de la misma.

Las nuevas partículas, con densidades bajas flotan. El resultado es una espuma en la superficie del espesador que impide recuperar el lixiviado.

En el caso de la sedimentación esto es un problema y hay que separarlas por flotación.

Tipos de Sedimentación

Se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partículas que sedimentan:

SEDIMENTACIÓN LIBRE

Se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido.

Esta expresión representa la ecuación de movimiento de la partícula libre respecto al fluido en función de sus características (densidad Pp y volumen Vp) y las del fluido.

〖 ρ〗_P .V_(P ) dv/dt=ρ_P .V_P .g ρ .V_P.g (f_p .ρ .v^2.A_P)/2

Ecuación de movimiento de la partícula libre respecto al fluido en función de sus características.

Donde:

Pp: Densidad

Vp: Volumen

G: Gravedad

V: Velocidad

Existen dos periodos desde que se inicia el movimiento descendente de la partícula (t=0; v=0) hasta que la partícula alcanza su régimen estacionario.

Durante el primero, la fuerza resultante es positiva en el sentido de avance y como consecuencia se produce un movimiento acelerado que incrementa paulatinamente la velocidad de la partícula.

Este hecho lleva consigo un aumento de la fuerza de rozamiento hasta un punto en que la aceleración se anula y la fuerza resultante se hace cero, alcanzándose en ese momento la velocidad máxima.

A partir de este momento se desarrolla el segundo periodo que se caracteriza por que la velocidad se mantiene constante en su valor máximo. Dicha velocidad recibe también el nombre de velocidad terminal o velocidad de sedimentación libre.

Grafica de Velocidad de Sedimentación Libre

La suspensión se alimenta por el centro del sedimentador, a una cierta profundidad por debajo del nivel del líquido y el líquido claro se retira por la parte superior a través de un rebosadero

SEDIMENTACIÓN POR ZONAS

Se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas.

Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida.

Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.

En la figura 1 se representa el proceso de sedimentación por zonas en una probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el sólido, que se encuentra con una concentración inicial x0 (figura 1a), comienza a sedimentar (figura 1b), estableciéndose una interfase 1 entre la superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del líquido clarificado se denomina zona interfacial (zona B). La concentración de sólidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentación puede calcularse a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase 1 frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura 2.

Simultáneamente a la formación de la interfase 1 y de la zona interfacial, se produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactación (zona D). En esta zona la concentración de sólidos en suspensión es también uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V.

Entre la zona interfacial y la zona de compactación se encuentra la zona de transición (zona C). En esta zona la velocidad de sedimentación de los sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de la suspensión, cambiando la concentración de sólido gradualmente entre la correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactación.

Las zonas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse, produciéndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crítico tc, desapareciendo la zona de transición (figura 1c). En este momento el sólido sedimentado tiene una concentración uniforme Xc o concentración crítica, comenzando la compactación y alcanzándose, posteriormente, la concentración final Xu (figura 1d).

La velocidad de sedimentación en el momento tc corresponde a un valor Vc dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentación en el punto C, tal y como se indica en la figura 2 donde Vc < Vs.

Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos:

SEDIMENTACIÓN INTERMITENTE

El flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar.

SEDIMENTACIÓN CONTINUA

La suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen estacionario.

Consiste en alimentar una suspensión diluida constantemente a un equipo del cual se extrae líquido clarificado y suspensión concentrada o lodo de sedimentación, con caudal constante.

Otros tipos de sedimentación:

SEDIMENTACIÓN IMPEDIDA: se produce cuando la concentración inicial de sólidos es mayor o el recipiente tiene un diámetro relativamente pequeño. Consecuentemente las partículas chocan continuamente entre sí durante la sedimentación, retrasándose el proceso al reducirse la velocidad de descenso de las partículas.

SEDIMENTACIÓN INDUSTRIAL: es la que se realiza en los sedimentadores industriales, también llamados espesadores industriales, que consisten en un depósito cilíndrico que suele tener fondo cónico de poca inclinación.

SEDIMENTACIÓN SIMPLE: Se entiende por sedimentación simple, a la operación de eliminación de las partículas sólidas contenidas en un fluido, por acción de la gravedad, generalmente es parte de los tratamientos primarios y tiene por objeto reducir la carga de sólidos sedimentables cuyos tamaños de partícula son relativamente grandes.

SEDIMENTACIÓN INDUCIDA: Llamada también decantación, se refiere a la sedimentación de partículas coloidales, cuya coagulación o aglomeración ha sido inducida previamente por agente químicos tales como el alumbre o el hidróxido férrico, entre otros.

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