UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR MAYOR DE SAN MARCOS
EAP INGENIERIA METALURGICA SEPARACION SOLIDO - LIQUIDO
FILTRACION Vladimir A. Arias Arce
FILTRACION
Es la última etapa de la separación del sólido líquido. Va siempre después de la etapa de sedimentación y a su vez va antes del embarque hacia la fundición o al puerto marítimo para la venta a otros países. Entonces su función es la de preparar el producto para su transporte por tierra o por mar, una vez que q ue es transportado seguirá otros procesos de purificación. pu rificación.
FILTRACION
Es la última etapa de la separación del sólido líquido. Va siempre después de la etapa de sedimentación y a su vez va antes del embarque hacia la fundición o al puerto marítimo para la venta a otros países. Entonces su función es la de preparar el producto para su transporte por tierra o por mar, una vez que q ue es transportado seguirá otros procesos de purificación. pu rificación.
Este concentrado tiene que tener una mínima humedad para facilitar su transporte, si esta completamente seco algunas partículas pueden perderse al manipularlo. Podemos decir entonces que la filtración es la operación de quitar todo lo que se pueda de agua después del espesamiento, para ello intervienen dos elementos principales: el medio filtrante y la succión por vacío. La filtración es una operación en que el medio filtrante permite el paso del fluido (agua) pero retiene las partículas del sólido.
En todos los tipos de filtración, la mezcla o lodo fluye debido a la gravedad, la presión (o el vacío) o la fuerza centrifuga. El medio filtrante retiene y soporta a las partículas sólidas que van formado una torta porosa sobre la que superponen estratos sucesivos a medida que el liquido va a travesando la queque y el medio filtrante.
FILTRACIÓN La filtración por arena o antracita consiste en la purificación del agua al atravesar un lecho compuesto por alguno de los materiales citados. La filtración es utilizada en los tratamientos de afino de las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable, ya que la sedimentación, con coagulación o sin ella, normalmente no proporciona resultados satisfactorios. En agua potable se emplean filtros gravitacionales, en donde el agua se mueve por gradientes de gravedad. Existen dos tipos de filtros gravitacionales que se ocupan:
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Filtros lentos
Filtros rápidos
El diseño y la valoración de su eficacia debe basarse en: La comprensión de las variables que controlan el proceso. El conocimiento del o los mecanismos responsables de la eliminación de materia particulada. La operación completa del proceso de filtración, en general, consta de dos fases: filtración y lavado o regeneración (lavado (lavado a contracorriente). Los fenómenos producidos en la filtración son similares para todas las aguas. Sin embargo, la fase de lavado es bastante diferente en función de si el filtro es de funcionamiento continuo o semicontinuo.
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Clasificación de los filtros Según el tipo de funcionamiento Continuos Semicontinuos Sentido de flujo durante la filtración De flujo ascendente De flujo descendente Tipo de medio filtrante y configuración del lecho De una única capa De doble capa Multicapa Control del flujo A caudal constante A caudal variable decreciente
Filtros gravitacionales lentos:
De importancia histórica significativa.
Su uso ha declinado debido al alto costo de construcción y a las grandes áreas de filtración que se necesitan.
El medio filtrante está constituido por arena no estratificada:
Valor medio Valor usual
Espesor, cm 60 120 75 –
Tam. Efectivo, mm 0.25 0.40 0.35 –
Coef. Uniform. 1.8 3.0 2 –
Como soporte del medio filtrante se utiliza una capa de grava de 42 cm de espesor
Las tasas de filtración varían entre 2 y 4 L/m2/min
Los lechos son limpiados por remoción de la capa superior (3 5 cm) de arena. –
La carrera de este tipo de filtros varía entre 20 y 60 días.
Su uso se limita a aguas con turbiedad baja, que no requiere de tratamiento previo.
Son efectivos para la remoción de la mayor parte de los sólidos en suspensión, excepto para las arcillas finas y partículas coloidales, ya que éstas penetran en las capas inferiores de arena y no son removidas durante la limpieza.
Filtros gravitacionales rápidos:
Opera con tasas alrededor de 30 o más veces la de los filtros lentos.
Por lo anterior, necesita limpiarse 30 veces más a menudo.
Las tasas de filtración varían entre 80 a 120 L/m 2/min, aunque la tendencia actual es diseñar filtros de alta tasa, por lo que es frecuente encontrar tasas de hasta 200 L/m2/min e incluso en algunos casos, mayores.
El tamaño del filtro está determinado por: - la capacidad de la planta de tratamiento - el número de unidades (operación flexible) - el número de horas de funcionamiento de la planta
En general, las plantas grandes funcionan las 24 horas del día, mientras que las pequeñas operan 8 ó 16 horas.
El número de horas de funcionamiento se obtiene del análisis comparativo del costo de almacenamiento versus el gasto de construir una planta de mayor capacidad y operarla en forma continua.
El número mínimo de unidades suele ser cuatro, aunque plantas muy pequeñas pueden tener sólo dos filtros.
La configuración de los filtros rápidos está determinada por los siguientes factores interrelacionados entre sí: i. Área filtrante ii. Profundidad iii. Métodos de lavado iv. Métodos de control
ii. Área Filtrante:
Depende de tres factores: - El caudal de diseño (QD) - La tasa máxima de filtración (R) - El número de filtros (N)
El Área filtrante se determina como:
Af = QD/R
La superficie de cada filtro es: A = Af/N
ii. Profundidad: Depende: - Del medio filtrante - Del medio soportante - Del sistema de drenaje inferior - De la carga sobre el filtro - Del método de retrolavado El medio filtrante es el material que, seleccionado y graduado, se coloca en una o varias capas dentro del filtro y a través del cual pasan las aguas a tratar. Puede estar constituido por varias clases de materiales, siendo el más común la arena de distintos tamaños y especificaciones. Hoy se usa también carbón activado en combinación con la arena, ya que tiene < densidad, por su forma tiene > retención e incrementa la adsorción de materia orgánica y bacterias
ii. Profundidad (cont.):
El medio soportante es aquél que soporta al medio filtrante. Está compuesto por gravas graduadas y sirven para recolectar el agua filtrada y encaminarla a la salida y para distribuir uniformemente el agua de lavado.
El espesor de la capa de grava depende del sistema de drenaje que se utilice.
El sistema de drenaje inferior tiene como función recolectar las aguas filtradas y distribuir las aguas de lavado.
Existen diferentes tipo de sistemas, siendo los más usados los Laterales Perforados (malla de tubos paralelos) y las Placas Perforadas .
iii. Lavado del filtro:
El lavado se realiza forzando agua ya tratada, generalmente a contracorriente.
Los métodos comúnmente utilizados para el lavado de los lechos de medio granular incluyen: - Lavado c/agua a contracorriente - Lavado c/agua a contracorriente con agitación de la superficie - Lavado c/agua a contracorriente y limpieza auxiliar c/aire - Lavado a contracorriente combinado con limpieza c/aire y agitación de la superficie
Con los tres primeros métodos es necesario fluidizar el medio para lograr una limpieza efectiva del lecho al final del ciclo.
Lo anterior no es necesario con el cuarto método.
iv. Métodos de Control:
Existen dos métodos básicos de operar un filtro, los cuales difieren principalmente en la caída de presión a través de él: Filtración a presión constante: Se aplica una presión constante a lo largo de toda la carrera del filtro. Al inicio, la tasa de filtración es alta, pero a medida que los poros se van obstruyendo, ésta comienza a disminuir y el caudal decrece. Filtración a caudal constante: A medida que el filtro se obstruye, se aumenta la presión de manera de tener siempre el mismo caudal
PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO… (cont.)
Acumulación de fangos: Si las bolas de fango se forman principalmente por lodo y flóculos, permanecen en la superficie. Si están constituidas por arena, penetran en la grava, provocando grietas tanto en la superficie como en la grava. Corrección: - Rastrillarlas si se encuentran en la superficie - Uso de soda cáustica - Agitación mecánica o por aire
PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO …(cont.)
Incrustaciones en la Arena: Se presenta: i) Cuando se utiliza cal puede producirse una cristalización de carbonato de calcio en el filtro, aumentando el tamaño de la arena. Corrección: Carbonatando el filtro. Esto se logra agregando alúmina en el sedimentador. El anhídrido carbónico resultante reacciona con el carbonato de calcio y lo retiene en la solución como bicarbonato. Otra forma consiste en introducir uno o más quemadores en el agua y quemar una mezcla apropiada de gas y aire a presión. ii) Por la acumulación de manganeso , la cual forma una capa negro-parduzca sobre los granos de arena. Corrección: Si es de origen mineral, se puede empapar el lecho con H2SO4. Si es de origen orgánico, puede emplearse soda cáustica.
Filtración
Filtración
Proceso de separación de sólidos desde un líquido, por medio de un medio poroso, el cual retiene el sólido, permitiendo el paso del líquido. El filtro pasa por 3 clases de resistencia:
Resistencia de canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta. Resistencia de la torta Resistencia del medio filtrante
M edio filtrante
La función es generalmente actuar como un soporte para el cake filtrado, mientras se forman capas iniciales del cake que ayudarán a la filtración. El verdadero medio filtrante es la masa de las partículas sólidas retenidas en el filtro. A su vez, este suele estar soportado en un entramado de metal o de madera. Se selecciona por su capacidad para retener los sólidos sin producir un cegamiento. La caida de presión delfiltro es equivalente a la suma de las presiones generadas por el filtro, la torta y el medio.
F iltración a presión
Mientras que los filtros al vacío actúan con gradientes de presión máxima de 1 atmósfera, los filtros a presión con fuerzas mayores siendo por tanto superiores en velocidad de filtración. Producen cakes con humedad inferior a los de vacío. Desventaja: Son discontinuos (filtros prensa), por lo que se necesitan una multitud de unidades de capacidad reducida.
Filtros clarificadores: Filtros de hoja
Consiste de una serie de elementos filtrantes planos, denominados hojas dispuestas en el interior de una carcasa presurizada. La solución es introducida a baja presión al clarificador y pasa a través de las placas dejando las partículas en los lados de las placas.
Pre-revestido / precoat
Revestimiento superficial de las telas del filtros con material de tierra diatomea (material arcilloso). Función: Ayudante de la filtración formando una pre capa sobre la tela y garantizando una superficie permeable
FILTRACION DE SOLUCIONES
1 L as impurezas de la solu ción tapan l os poros de la tela fi ltr ante, for mando una capa compacta e impermeable sobre la superf icie de esta tela, im pidiendo que el f lu jo de la solución sea f il tr ado.
L a for mación de la pr e-
2 capa sobre la tela
fi ltr ante garantiza una superf icie per meable, dejan do pasar la solución clara, r eteniendo los sólidos qu e vienen con é sta.
3
L a dosif icación de Di atomita dur ante la oper ación del fi ltr o impide la formación de una capa permeable sobre la pr e-capa manteniendo la porosidad del Cake.
FUNCIONES DE LA PRE-CAPA Evitar que la superficie filtrante ( tela, papel , etc. ) sea obstruida por impurezas, prolongando de este modo la duración del ciclo de filtrado. Facilitar la limpieza de la superficie filtrante al final del ciclo. Producir el efecto clarificante al comienzo del ciclo.
a. Filtro convencional, monomedio, flujo descendente b. Filtro convencional, bimedio, flujo descendente c. Filtro convencional, monomedio, de lecho profundo, flujo descendente d. Filtro de lecho profundo y flujo ascendente
Medio filtrante
Los filtros se clasifican de acuerdo con la naturaleza de la fuerza impulsora que provoca la filtración. Es entonces que podemos considerar filtros al vacío y filtros a presión continuos.
QUEQUE = MINERAL FILTRADO
FILTROS AL VACÍO
Se utilizan cuando es conveniente practicar una operación continua especialmente en los trabajos de gran escala. Existen dos tipos de filtro al vacío:
Filtro a tambor Filtro de vacío Filtro a discos
FILTRO DE BANDA
Dispositivos de alimentación continua * 1º Espesado: Pulpa acondicionada drena por gravedad * 2º Zona de aplicación de presión Separación de la torta deshidratada.
COMPONENTES 1. Bombas de alimentación de pulpa al filtro 2. Equipos de dosificación de polielectrolito 3. Bombas de lavado de telas con grupo de presión 4. Floculador 5. Filtro Banda 6. Cinta o tornillo para evacuar fango seco
DISEÑO DE FILTRO BANDA
Principales características que influyen en el rendimiento Características de la pulpa Método y tipo de acondicionamiento del fango Presión aplicada a las bandas Porosidad y ancho de las bandas de giro de las bandas Velocidad
Filtro a tambor: El tambor filtrante esta sumergido en la suspensión a tratar, la aplicación de vació al medio filtrante origina la formación de un deposito o torta sobre la superficie exterior del tambor conforme este va pasando en su giro por la suspensión. El tambor está divido en segmentos cada uno de los cuales va conectada a la válvula distribuidora y por la cual se aplica el vacío.
Filtro de vacío a tambor
Filtro de discos: Funciona bajo el mismo principio que el tambor, pero su superficie filtrante está dispuesta en discos en vez de la periférica del tambor. Los sectores individuales de los discos pueden cambiarse de modo independiente mientras que los restantes continúen trabajando.
Filtro de discos
Funcionamiento del filtro
Esquema de un filtro de discos a presión
Cuidados en la operación de filtrado
El queque tiene que ser grueso y seco; para ello hay que alimentar al filtro una pulpa espesada de densidad alta. El agua succionada debe ser limpia con nada o pocos sólidos en suspensión. Se enturbia cuando hay huecos en el paño o lona o los tubos de vacíos están agujereados. Evitar que se plante el filtro; un filtro se planta cuando la pulpa que se alimenta al filtro es demasiado diluida o demasiada espesa.
Debemos vigilar lo siguiente: La densidad del lodo que se alimenta. El nivel del lodo dentro del tanque. El espesor o grosor del queque y humedad remanente. La línea de vacío. Lona o paño filtrante. Lubricación y limpieza de las bombas de vacío. Limpieza de la sección.
FILTROS A PRESIÓN
Definición Los filtros a presión producen, por lo general queques con humedades inferiores a los filtros de vacío. Su aplicación es muy efectiva para minerales lamosos cuya filtración al vacío resulta en queques con grados de humedad excesivamente elevados.
Tipos de Filtro a presión
Filtro Prensa (filtro de placas y marcos), filtro discontinuo
Filtro Larox (automático de origen finlandés), filtro continuo.
Ventajas Mientras que los filtros al vacío actúan con gradientes de presión máximas de 1 atmósfera (o menos en plantas situadas a altura), los filtros a presión actúan con fuerzas varias veces menores, siendo por consiguiente superiores sus velocidades de filtración hasta que se obstruyan los poros del queque. Los filtros a presión tienen una diseño más sencillo y robusto que la de los filtros de vacío ya que carecen del equipo de vacío.
Para corregir, aunque sea parcialmente, estos inconvenientes, los fabricantes han automatizado los filtros prensa más modernos. Ej. Los ciclos de llenado-secado – abrir/descargar – lavar tela – cerrar y llenar de nuevo etc. Pueden ser programados y ejecutados mecánicamente sin intervención personal.
Filtros Larox Uno de los modelos más perfeccionados de prensa-filtros automáticos es fabricado por Larox de Finlandia. El filtro Larox consta de una serie de cámaras de presión, en un conjunto montado verticalmente atravesadas por una cinta sin fin cuyo movimiento mecaniza la descarga del "queque", permitiendo al mismo tiempo lavar la tela con agua por ambos lados, después del ciclo de filtrado, para restablecer su porosidad.
FILTROS LAROX Operación totalmente automática, no precisa personal de modo fijjo y directo para su cuidado. Mínima humedad residual en el queque filtrado, con un líquido filtrado con escasos o casi nulo contenido de sólidos. Lavado continuo de la tela en cada uno de los ciclos de filtrado, mediante inyección de agua a presión.
FILTROS LAROX
Utilización de ambas caras del tejido filtrante de modo consecutivo, ya que cada placa sucesiva le corresponde la cara opuesta del tejido de la placa anterior. Alimentación de pulpa mediante bomba centrífuga a media presión. Descarga de la torta sin problemas y ayudas exteriores, debido al movimiento de la tela filtrante, que desaloja la torta de la cámara, antes de la descarga.
FILTROS LAROX
Descarga de la torta sin problemas y ayudas exteriores, debido al movimiento de la tela filtrante, que desaloja la torta de la cámara, antes de la descarga. Mínima, superficie requerida para la instalación in situ. Mínima humedad residual, obtenida en estos filtros a nivel industrial del concentrado. Mayor velocidad de filtración. Posibilidad de ampliación, mediante la instalación mediante capas supletorias, sin modificaciones importantes.
FILTROS PRENSA
Posee un conducto único para la introducción de la suspensión y del líquido del lavado y un solo orificio en cada placa para el desagüe del líquido filtrado. La presión ejercida sobre la suspensión de alimentación al filtro prensa obliga al filtrado a pasar a tráves de las telas a cada lado de las placas y a circular hacia la salida por el espacio que existe entre la tela y la placa. Las materias sólidas en suspensión se acumulan en las telas o paños a ambos lados de las placas.
FILTROS PRENSA
Al cabo del tiempo necesario sólo resta disponible para la suspensión una pequeña parte del espacio libre originalmente existente entre las placas y debe interrumpirse la llegada de alimentación. Después de lavada el queque se interrumpe la afluencia del líquido del lavado; el queque se desprende y cae en un depósito situado bajo el filtro prensa.
EMBARQUE DE CONCENTRADO