PRACTICA N° XV LABORATORIO DE ESPESAMIENTO (3 semanas) 15.1. OBJETIVO.
El objetivo de
este laboratorio es
determinar los parámetros
de
espesamiento de un material y, con los resultados, diseñar un espesador y simular su comportamiento bajo distintas condiciones de operación.
15.2. PERSONAL.
Profesor.
Grupo de 4 alumnos.
15.3. EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL (E.P.P)
Respirador
contra
polvo.
Mameluco.
Botas de jebe.
Guantes de jebe.
Tapones
Lentes contra impacto.
de
Oído.
15.4. EQUIPO / HERRAMIENTAS / MATERIALES. Probeta
graduada de 100 a
Pipeta
o jeringas.
Solución
1000 ml. Cronómetro.
de floculante al
Balanza Calculadora.
0.01 %
15.5. MARCO MARCO TEORICO. 15.5.1.
Parámetros de Sedimentación.
La cuantificación de la sedimentación se hace a través de la concentración de la suspensión, medida como fracción volumétrica de sólidos, y por la densidad de flujo de sólidos, definida como el producto de la concentración y la velocidad de la suspensión. Se realiza pruebas de sedimentación batch a distintas concentraciones, midiendo la velocidad de asentamiento de la interface agua-suspensión con el tiempo. La tabla N°1 muestra un ejemplo de datos de suspensiones de carbonato de calcio. Para estos datos las curvas de sedimentación se muestran en la figura 1.
Fig. 1: Curva de sedimentación de carbonato de calcio a diferentes concentraciones (datos de la tabla 7). Tabla 1: Datos de velocidad de sedimentación de carbonato de calcio FI=0,265 Tiempo en s
FI=0,103
Altura en m
0 1692 2304 3204 6804 10404 15804 23004 37404 51804 66204 80604 95004 109404 123804 138204 152604 167004 181404 195804 210204
0,338 0,336 0,335 0,331 0,329 0,326 0,319 0,312 0,301 0,291 0,277 0,274 0,264 0,257 0,252 0,247 0,243 0,238 0,235 0,232 0,230 v s= -0,00000144 =
f k=
Tiempo en s
FI=0,044
Altura en m
0 1080 1368 1692 1980 2556 3132 6120 9720 15120 22320 36720 51120 65520 79920 94320 108720 123120 137520 151920 166320
0,338 0,292 0,284 0,274 0,265 0,247 0,230 0,172 0,162 0,150 0,139 0,127 0,122 0,118 0,117 0,115 0,115 0,115 0,113 0,113 0,113
Tiempo en s
FI=0,017
Altura en m
0 1080 1332 1620 1908 2520 3096 6120 9720 15120 22320 36720 51120 65520 79920 94320 108720 123120 137520 151920 166320
0,338 0,210 0,186 0,162 0,144 0,112 0,096 0,079 0,073 0,064 0,061 0,057 0,056 0,056 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054
Tiempo en s
Altura en m
0 468 720 1008 1908 2520 5508 9108 14508 21708 36108 50508 64908 79308 93708 108108 122508 136908 151308 165708 180108
0,338 0,128 0,076 0,051 0,044 0,041 0,037 0,030 0,029 0,029 0,028 0,028 0,027 0,027 0,027 0,026 0,026 0,025 0,025 0,025 0,025
-0,0000307
-0,0000797
0,265
0,103
0,044
0,000143 0,017
-3,816E-07
-3,1621E-06
-3,5068E-06
-0,000002431
0.330
0.150
FI=0.103
0.310
s
0.100 or
Serie1
t
Serie1
=0.20
0.290 s or
=0.017
t
e
e
0.270
m
m n
n e
e ra
ar ut l A
0.250 u lt
0.050 A
0.230 y = -1.43E-04x + 1.89E-01 2 R = 9.45E-01
y = -3.07E-05x + 3.26E-01
0.210
0.000
2
R = 1.00E+00
0.190 0
500
1000
1500
0
1000
Tiempo en segundos
2000
3000
4000
Tiempo en segundos
Fig. 2: Velocidades iniciales de sedimentación, a) y b) (datos de la tabla 7)
0.250
0.350 Serie Serie1
0.200
=0.044
s or t
s o r t e0.330 m n e a r u0.320 t l A
0.150 e m n e ar
0.100 ut l
y = -7.97E-05x + 2.94E-01 2 R = 9.93E-01
A
0.050
y = -1.44E-06x + 3.38E-01 2 R = 9.01E-01
0.310
0.000 0
500
=0.265
0.340
1000
1500
2000
0.300
2500
0
2000
Tiempo en segundos
4000
6000
8000
10000
Tiempo en segundos
Fig. 3: Velocidades iniciales de sedimentación, c) y d) (datos de la tabla 7).
-0.1 6E-16 0.00E+00
1.50E-04
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-5.00E-07 s / m s o d i l ó s e d o j u l f e d d a d i s n e D
1.00E-04
) 1 ( * d a d i c o l e V
y = 1.72E-04x1.56E+01 R² = 9.99E-01
5.00E-05
-1.00E-06 -1.50E-06 -2.00E-06 -2.50E-06 -3.00E-06 -3.50E-06 -4.00E-06
-5.42E-20 0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
-4.50E-06 Fracción volumétrica de sólidos
Porosidad
b) Curva de densidad de flujo. a) Correlación de Richardson y Zaki. Fig. 4: Parámetros de sedimentación: Velocidad de sedimentación versus porosidad y densidad de flujo de sólidos versus concentración (datos de la tabla 7).
0.7
El asentamiento inicial de las suspensiones permite calcular la velocidad inicial de sedimentación como la pendiente inicial de las curva de sedimentación de cada concentración, como aparece en detalle en las figuras 2 y 3. Graficando las velocidades iniciales de sedimentación en función de la porosidad se pueden obtener los parámetros de las ecuaciones de Richardson y Zaki y de la densidad de flujo de sólidos. Para el ejemplo resulta (Fig. 4): 4
15.6
vs () 1.72 *10 (1 )
15.5.2.
4
fk () 1.72*10
15.6
(1 )
Parámetros de Consolidación
La consolidación se produce debido al peso que soportan las capas de sedimento. Cuando termina el proceso de espesamiento, el sedimento floculado soporta el peso del material que yace sobre él. Por ello, la ecuación constitutiva del esfuerzo efectivo del sólido se puede calcular midiendo las variables que influyen en el peso. Al final del espesamiento se cumple: 'e
g d
dz
g
dz d t
t
Por lo tanto es necesario conocer el perfil de concentración de una prueba de sedimentación en un tiempo largo
t .
La figura 5 muestra el
perfil para la sedimentación de carbonato de calcio según datos de la Tabla N°2.
Tabla 2: Perfil de concentración.
Altura
1
Concentración
0.9
m
Tiempo 9000 s
0.8 0.7
0.000
0.325
0.075
0.300
0.110
0.275
s o r t 0.6 e m 0.5 n e a 0.4 r u t l 0.3 A
0.2
0.150
0.250
0.190
0.200
y = -56.206x 3 + 10.788x2 - 0.5786x + 0.9502 R² = 0.9947 0.1 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
Fracción volumétrica de sólidos
0.250
0.150
0.450
0.100
0.650
0.050
0.850
0.000
Fig. 5: Perfiles de concentración (datos de la tabla 8)
Los esfuerzo efectivo del sólido en función de la concentración (datos de la tabla 8 y figura 8
3.500E+05
3.500E+05
3.000E+05 y = 4.40E+01e 2.20E+01x
3.000E+05
2.500E+05
y = 4.40E+01e2.20E+01x 2.500E+05
2.000E+05
d / e
d / e
d
d1.500E+05
2.000E+05
1.500E+05
1.000E+05
1.000E+05
5.000E+04
5.000E+04
0.000E+00 0.200
0.000E+00 0.200
de sólidos0.450 0.250 Fracción 0.300 volumétrica 0.350 0.400
0.500
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
Fracción volumétrica de sólidos
Fig. 6: Las gráficas muestra la derivada del esfuerzo efectivo del sólido. Como 'e 44exp 22 el esfuerzo efectivo de sólidos para este caso será:
e 2exp
22
15.6. PROCEDIMIENTO. Se determinará los parámetros de espesamiento de un relave de flotación de cobre.
15.6.1.
Parte 1.
Determinar la densidad del sólido por picnometría.
Determinar la densidad del agua de proceso por pignometría.
Preparar 5 litros de un relave a 60% de sólidos en peso con agua de proceso. Calcular el volumen de pulpa necesaria para preparar 1000cm3 de las
siguientes concentraciones como fracciones volumétricas de sólido: 0.01; 0.05; 0.10; 0.15 y 0.20.
Introducir cada volumen de pulpa calculada en sucesivas probetas de un litro (o en los tubos del
SEDIRACK.
Agregar agua de proceso a cada probeta completando 1000cm3.
Calcular para la cantidad de sólido contenida por cada probeta el volumen de floculante (al 1%) necesario para agregar 15 gpt.
A cada probeta agregar 15 gpt de floculante y agitar por 15 segundos.
Dejar sedimentar y medir la altura de la interfaz agua suspensión; al comienzo cada 15 segundos; luego cada 30 segundos; cada minuto, cada 15 minutos hasta dos horas.
15.7. CALCULARAR 15.7.1.
De la parte 1.
1. Traspasar los datos de sedimentación a una planilla excel y graficar las curvas de sedimentación. 2. Calcular la velocidad inicial de sedimentación. 3. Hacer un gráfico de velocidad inicial versus porosidad y ajustar una curva potencial 4. Con la información anterior, hacer un gráfico de la densidad de flujo de Kynch
f bk
versus
.
Ajustar
experimentales fbk u
la
(1 )
c
siguiente
expresión
a
, y obtener los parámetros
5. Graficar los datos de sedimentación como
z
z
/L
z
los u
y c.
versus
calcular la concentración crítica.
15.7.2.
De la parte 2
1. Graficar el perfil de concentración y ajustar una curva a los datos. 2. Calcular la derivada del perfil de concentración.
datos
t, y
3. Determinar los parámetros de consolidación 4. Parte 1: datos tabulados y graficas de las curvas de sedimentación. Tabla 01: sedimentación simple
sedimentación sin floculante
Tiempo en s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
Altura en m 0,346 0,336 0,331 0,325 0,318 0,313 0,308 0,29 0,272 0,259 0,247 0,233 0,218 0,201 0,191 0,178 0,168 0,159 0,152 0,143 0,134
Velocidad de sedimentación simple 0.4 0.35
s 0.3 o r t e 0.25 m n 0.2 e a r 0.15 u t l 0.1 A 0.05 0 0
100
200
300
400
Tiempo en segundos
500
600
Tabla 02: con adición de 5ml de floculante al 1% sedimentación con floculante
Tiempo en s 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Altura en m 0,346 0,266 0,261 0,204 0,181 0,136 0,089 0,053 0,013
Velocidad de sedimentacion con floculante 0.4 0.35
s 0.3 o r t e 0.25 m n 0.2 e a r 0.15 u t l A 0.1 0.05 0 0
50
100
150
200
250
300
Tiempo en segundos
15.8. INFORMAR 1. Los parámetros de espesamiento Parámetros que influyen más en la velocidad o tasa de sedimentación:
Presión de la mezcla de lodo mas aire
Relación de reciclaje del liquido afluente
Concentración de los solidos del lodo diluido
Periodo de detección
Relación aire –solidos
Tipo y calidad de lodo
Tasas de aplicación hidráulicas y de solidos
Uso de coadjuvantes químicos de flotación.
2. Diseñar el espesador: Calcular área unitaria, diámetro y altura.
Solidos de la mezcla ….10 Kg/dia (con 62% de volátiles)
Tasa de aplicación escogida …2 Kg/m2 * dia
Area necesaria ……..10/2 = 5 m2
Area unitaria …..
∗
= 0.5 / ∗
Diámetro …………13 m
Limite de compactación de lodo…………7% de solidos
Concentración promedio de la zona de lodo (considerada el 75% del lodo compactado)……….7%*0.75=5.25% /
Volumen por hora………..
Permanencia
.
admisible
= 6.35 /ℎ
en
la
zona
compresión(experimental)……….1 hora
∗. /
Altura de la zona de compresión……….
= 0.047 ℎ
de
3. Analizar el procedimiento de laboratorio, sus resultados y de sus conclusiones.
Resultados: 1. Determinación del porcentaje de solidos: Datos:
Mineral malla -200 = 120.08 = 223 + + = 1296 → = 953 120 % = 100 → % = 11.18 % 120 + 953
Conclusiones:
Con este tipo de separadores conseguimos separar la fase sólida de la líquida
En flotación los sólidos se concentran en la parte superior.
Con solo pequeñas burbujas de aire se puede arrastrar a las partículas sólidas hacia arriba.
La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro. La sedimentación puede ser Simple cuando las partículas que se asientan son discretas, o sea partículas que no cambian de forma tamaño o densidad durante el descenso en el fluido.