Informe de Concentración Electrostática

Universidad de Aconcagua Ingeniería Civil en Minas

INFORME N°1: “Métodos de concentración Electroestáticos”

Asignatura: Procesos Mineralúrgicos. Profesor : Sebastián Perez C. - Rubén Abarca P. Integrantes: - Ian Carrizo I. - Felipe Fi Figueroa B. B. - Oscar Olivares V. Fecha: 20 de julio de 2013


Índice de Contenidos Introducción...............................................................................................4 Marco Teórico.............................................................................................5 Desarrollo.................................................................................................13 Conclusión................................................................................................35 Bibliografía...............................................................................................36


Índice de Contenidos Introducción...............................................................................................4 Marco Teórico.............................................................................................5 Desarrollo.................................................................................................13 Conclusión................................................................................................35 Bibliografía...............................................................................................36


Índice de Ilustraciones. Ilustración 1: Muestra el comportamiento de una partícula en un campo magnético.................................................................................................14 Ilustración 2: Características de concentración de los métodos de separación en corrientes............................................................................................18 Ilustración 3: Separador electrostático de caída libre libr e basado en le cargado mediante electrificación por contacto...........................................21 Ilustración 4: Separador electrostático de alta tensión................................22 Ilustración 5: Partículas cargadas por inducción.........................................23 Ilustración 6: Separador electrostático tipo rodillo......................................24 Ilustración 7: Separador electrostático de palca inclinada (tobogán)...........24 Ilustración 8: Separador electrostático Reichert de placa tipo harnero.........25 Ilustración 9: Separador electrodinámico o de alta tensión..........................26 Ilustración 10: Esquema de posibles configuraciones de separadores electrostáticos ordenados en bancos.........................................................27 Ilustración 11: Separador electro-estático tipo rotor...................................29 Ilustración 12: Separador electro-estático de placa.....................................30 Ilustración 13: Esquema del ordenamiento en bancos de los separadores electro-estáticos: (a) separador de placas; y b) separador de harneros........31 Ilustración 14: Diagrama típico del tratamiento de arenas de playa mediante separación gravitacional, magnética y electrostática..................................33 Ilustración 15: Diagrama de concentración de una mena de hierro utilizando separación gravitacional, magnética y electrostática..................................34


Introducción El principio de la separación electrostática está basado en el hecho de que si uno de los materiales en una mezcla de partículas pueden recibir una carga superficial al entrar a un campo electrostático, las partículas de este material serán repelidas por uno de los electrodos y atraídas hacia el otro, dependiendo del signo de la carga de las partículas.

Las

técnicas convencionales

de separación electrostática emplean las

fuerzas desarrolladas entre partículas cargadas y los electrodos de campo para establecer trayectorias, y a partir de éstas tornar efectiva la separación. El arte y al ciencia de la concentración electrostática se encuentra en la habilidad de cargar selectivamente una o más especies minerales que componen una mezcla, tornándolas de comportamiento diferente en el campo eléctrico.

La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitosa. Es frecuente combinarla con separación gravitacional y magnética para tratar minerales no sulfuros.


Marco Teórico

1.1.

Campo eléctrico

Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo. Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc. 1.1.1. Propiedades de las cargas eléctricas

Carga puntual: cuerpo electrizado sin dimensiones. Existen 2 clases de cargas en la naturaleza: •

Positivas: carga adquirida por el vidrio frotado. De esta carga son portadores los protones.

•

Negativas: es la carga que adquiere el ámbar, y de ella son portadores los electrones.

•

Las cargas de mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.

•

La carga se conserva. En la electrización no se crea carga, solamente se transmite de unos cuerpos a otros, de forma que la carga total permanece constante.

•

La carga está cuantizada. Se representa como un múltiplo entero de una carga elemental.


1.2.

Interacción electrostática. Ley de Coulomb

A partir de experimentos realizados por Coulomb en 1785 se llegó a la siguiente ley: La fuerza entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, su dirección es la de la recta que une las cargas y el sentido depende de los signos respectivos, de atracción si son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.

El valor de K = 9x10 9 [N·m2 ·C -2 ]

En la naturaleza existen una considerable cantidad de metales que se pueden obtener a través de su directa extracción en sus estados primitivos, pero para la realización de esta investigación solo se usarán los más usados en la construcción u otras aplicaciones de importancia. También se pretende mostrar de manera clara y sencilla los distintos ámbitos de la extracción, refinado, tratamientos térmicos, corrosión y aleaciones de los metales. Los metales tienen una gran importancia para nuestra desarrollada sociedad actual puesto que, sin los metales y los recursos minerales seguramente no podríamos tener muchos de los lujos de los que disponemos. Pocos de estos metales se encuentran de forma nativa en la naturaleza; estos pueden encontrarse químicamente combinados formando diversos compuestos minerales, tales como óxidos, carbonatos, sulfuros, etc. Estos compuestos se hallan en los yacimientos formando la mena, que es toda materia de origen natural de la cual se puede extraer uno o más metales. Las menas, generalmente contienen cantidades variables de materias extrañas, piedras o tierras, que se denominan gangas. La combinación de la mena y la


ganga es lo que constituye el

mineral .

El primer metal utilizado por el hombre fue

el Hierro.

1.3.

Metales

Los metales son un grupo de elementos químicos que presentan todas o gran parte de las siguientes propiedades físicas:

1.3.1. Estado sólido

A temperatura normal, excepto el Mercurio que es líquido. 1.3.2. Opacidad

Excepto en capas muy finas; buenos conductores eléctricos y térmicos. 1.3.3. Brillantes

Una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. Los metales son también elementos simples que se caracterizan por poseer un brillo especial, por una buena conductividad del calor y de la electricidad, un cierto grado de plasticidad y una tendencia clara a formar cationes (grupos de átomos con carga positiva).

1.3.4. Propiedades físicas

Los metales suelen ser duros y resistentes, aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general los metales tienen las siguientes propiedades: dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación; maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo; resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas y ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas.


1.3.5. Propiedades químicas

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos. Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

1.3.6. Estructura electrónica

En sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrónica de los metales, los científicos esgrimieron las propiedades de su buena conductividad térmica y eléctrica para apoyar la teoría de que los metales se componen de átomos ionizados, cuyos electrones libres forman un 'mar' homogéneo de carga negativa. La atracción electrostática entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consideró la responsable del enlace entre los átomos del metal. Así, se pensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad eléctrica y térmica. La principal objeción a esta teoría es que en tal caso los metales debían tener un calor específico superior al que realmente tienen. En 1928, el físico alemán Arnold Sommerfeld sugirió que los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. En el mismo año, el físico suizo estadounidense Felix Bloch, y más tarde el físico


francés Louis Brillouin, aplicaron esta idea en la hoy aceptada 'teoría de la banda' para los enlaces en los sólidos metálicos. De acuerdo con dicha teoría, todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los átomos individuales. El reparto de electrones se consigue por la superposición de orbitales atómicos de energía equivalente con los átomos adyacentes. Esta superposición va recorriendo toda la muestra del metal, formando amplios orbitales que se extienden por todo el sólido, en vez de pertenecer a átomos concretos. Cada uno de estos orbitales tiene un nivel de energía distinto debido a que los orbitales atómicos de los que proceden, tenían a su vez diferentes niveles de energía. Los orbitales, cuyo número es el mismo que el de los orbitales atómicos, tienen dos electrones cada uno y se van llenando en orden de menor a mayor energía hasta agotar el número de electrones disponibles. En esta teoría se dice que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene un margen de valores de energía, valores que deberían poseer los electrones para poder ser parte de esa banda. En algunos metales se dan interrupciones de energía entre las bandas, pues los electrones no poseen ciertas energías. La banda con mayor energía en un metal no está llena de electrones, dado que una característica de los metales es que no poseen suficientes electrones para llenarla. La elevada conductividad eléctrica y térmica de los metales se explica así por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocado por la absorción de energía térmica. 1.3.7. Estructura Cristalina

En la estructura cristalina los átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica constituida por la repetición de un elemento básico llamado cristal. Se conocen catorce redes espaciales distintas las cuales son las únicas formas posibles de ordenar los átomos en el espacio. La mayor parte de los metales


cristalizan en las redes siguientes: cúbica centrada, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta. 1.3.8. Estructura Granular

La estructura granular está constituida por una agrupación de cristales, cuyo elemento fundamental es el grano. Los granos son de forma irregular y su tamaño oscila entre 0,002 y 0,2 mm, lo cual depende principalmente: Del proceso de fabricación del metal, ya que, por ejemplo, los aceros desoxidados con el aluminio son de granos más finos que los desoxidados con silicio. De los procesos térmicos a los cuales fue sometido el metal; por ejemplo, el grano de acero, crece al calentar el material a partir de 850 [°C]. Cuanto mayor es el grano de que está constituido un metal, peores son, en general, sus propiedades mecánicas. Según expertos, es debido a que los materiales de nivel técnico, tales como los utilizados en la industria, contienen siempre una cantidad muy pequeña de impurezas las cuales son muy finas y frágil por lo que se concentran formando capas que envuelven los granos y los separan unos de otros.

Por una misma proporción de impurezas a repartir en la superficie de los metales resultan capas más delgadas cuantos más pequeños son estos, ya que la superficie total para la misma masa de metal es mayor que si los granos son grandes. Además, si las capas son muy delgadas, son en general discontinuas, quedando los granos bien unidos por las discontinuidades.

1.3.9. Gravidez

Todos los cuerpos están sometidos a la acción de la gravedad; por lo tanto son pesados. Se denomina peso específico al peso de la unidad de volumen de un cuerpo. Comparando los metales se ve que a igualdad de volumen unos pesan más que otros, como si su masa fuera más compacta.


1.3.10.

Calor específico

Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo de 0 hasta 1 [°C]. Se expresa en calorías gramos y es muy elevado en los metales. Su valor es muy importante ya que permite conocer la cantidad de calor necesaria para suministrar a una masa de metal para elevar su temperatura hasta la transformación o fusión.

8 1.3.11.

Conductividad Eléctrica

Es una propiedad casi exclusiva de los metales y consiste en la facilidad que poseen de transmitir la corriente eléctrica a través de su masa. La inversa de la conductividad es la resistividad eléctrica, o sea la resistencia que oponen al paso de electrones.

1.4.

LA METALURGIA Y SUS PROCESOS

Son las operaciones físicas y químicas necesarias para extraer los metales de sus menas y la preparación posterior para su uso, se le llama Metalurgia. Hay que someter a loso minerales a una serie de operaciones cuya finalidad es separar la mena de la ganga y después aislar el metal. Las operaciones son las siguientes: •

Tratamiento preliminar, en el cual son removidos los materiales extrañas y el mineral es puesto en forma adecuada para el tratamiento inmediato.

•

Reducción, consiste en reducir al componente del metal en metal libre.

•

Refinamiento, el metal es purificado, y en algunos casos se le añade sustancias con el propósito de darle cierta propiedades al producto final.

Uno de los métodos de concentración mecánica más sencillos es la separación por gravedad. Este sistema se basa en la diferencia de densidad entre los metales nativos y compuestos metálicos y los demás materiales con los que están mezclados en la roca. Cuando se tritura el mineral o el concentrado de mineral y se suspende en agua o en un chorro de aire, las partículas de metal o del


compuesto metálico, más pesadas, caen al fondo de la cámara de procesado y el agua o el aire se llevan la ganga (material residual), más ligera. La técnica de los buscadores de oro para separar el metal de las arenas auríferas mediante cribado, por ejemplo, es un proceso de separación por gravedad a pequeña escala. Del mismo modo, la mayor densidad relativa de la magnetita, un mineral de hierro, permite separarla de la ganga con la que se encuentra mezclada.

1.4.1. Flotación

Es hoy el método más importante de concentración mecánica. En su forma más simple, es un proceso de gravedad modificado en el que el mineral metálico finamente triturado se mezcla con un líquido. El metal o compuesto metálico suele flotar, mientras que la ganga se va al fondo. En algunos casos ocurre lo contrario. En la mayoría de los procesos de flotación modernos se emplean aceites u otros agentes tensión activos para ayudar a flotar al metal o a la ganga. Esto permite que floten en agua sustancias de cierto peso. En uno de los procesos que utilizan este método se mezcla con agua un mineral finamente triturado que contiene sulfuro de cobre, al que se le añaden pequeñas cantidades de aceite, ácido y otros reactivos de flotación. Cuando se insufla aire en esta mezcla se forma una espuma en la superficie, que se mezcla con el sulfuro pero no con la ganga. Esta última se va al fondo, y el sulfuro se recoge de la espuma. El proceso de flotación ha permitido explotar muchos depósitos minerales de baja concentración, e incluso residuos de plantas de procesado que utilizan técnicas menos eficientes. En algunos casos, la llamada flotación diferencial permite concentrar mediante un único proceso diversos compuestos metálicos a partir de un mineral complejo. Los minerales con propiedades magnéticas muy marcadas, como la magnetita, se concentran por medio de electroimanes que atraen el metal pero no la ganga.


Desarrollo La

concentración

electrostática

utiliza un campo eléctrico para separar

compuestos de propiedades eléctricas diferentes, aprovechando la atracción entre cargas opuestas y la repulsión entre cargas iguales.

1.5.

Aplicaciones

En cierto grado, muchos minerales son magnéticos y otros están asociados con minerales que son ferromagnéticos o paramagnéticos. La Separación Magnética de Alto Gradiente, por lo general, puede utilizarse en los procesos de separación en

los

cuales

otros

procesos

han

tenido

dificultades.

Los

minerales

paramagnéticos al comienzo del siguiente listado se pueden recuperar con facilidad. Muchos minerales de baja susceptibilidad están asociados con otros minerales o tienen mayor contenido de Fe en sus cristales y por consecuencia, generalmente es posible separarlos A continuación en listas algunas de las aplicaciones de la concentración electrostática de minerales magnéticos:

• Recuperación de Hematita • Extracción de Pirita Magnética • Recuperación y/o mejoramiento de finos de mineral de Cromo • Recuperación de finos de Ilmenita • Mejoramiento de Wolastonita • Recuperación de Apatita • Recuperación y separación del Sulfuro

1.6.

Principio de la separación

El éxito de cualquier proceso de separación magnética depende de la propiedad del material a colectar y la estructura del separador que realizará el proceso. Esto se puede expresar en la relación, por un lado, entre las fuerzas competentes y por otro, la fuerza magnética. La fuerza magnética en sí, puede expresarse como:


La relación anterior indica que el campo magnetizante B y la gradiente del campo magnético dB/dX son igualmente importantes en el proceso. Los parámetros de los minerales, como el “diámetro” D de la partícula y la susceptibilidad aparente χ, son igual de importantes. Las fuerzas equilibrantes en el proceso HGMS son principalmente la resistencia hidráulica y, en menor grado, la fuerza de gravedad

Una partícula magnética en un campo magnético

Ilustración 1: Muestra el comportamiento de una p artícula en un campo magnético.

11 Un sistema magnético produce un campo magnético uniforme en el área de proceso. Para generar la gradiente de campo magnético necesaria, se ha insertado una matriz de material magnético con una estructura tal como metal expandido o lana de acero. Por este medio se crea un campo magnético de alto gradiente alrededor del filamento de la matriz. Los cantos agudos del material de la matriz aumentan la magnitud de gradiente.

1.7.

Concentración Electrostática

El principio de la separación electrostática está basado en el hecho de que si uno de los materiales en una mezcla de partículas pueden recibir una carga


superficial al entrar a un campo electrostático, las partículas de este material serán repelidas por uno de los electrodos y atraídas hacia el otro, dependiendo del signo de la carga de las partículas.

Las técnicas convencionales de separación electrostática emplean las

fuerzas

desarrolladas entre partículas cargadas y los electrodos de campo para establecer trayectorias, y a partir de éstas tornar efectiva la separación. El arte y al ciencia de la concentración electrostática se encuentra en la habilidad de cargar selectivamente una o más especies minerales que componen una mezcla, tornándolas de comportamiento diferente en el campo eléctrico.

La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitosa. Es frecuente combinarla con separación gravitacional y magnética para tratar minerales no sulfuros.

La

mayor

aplicación

de

la

separación

procesamiento de arenas de playa

electrostática

ha

sido

en

el

y depósitos aluviales conteniendo

minerales de titanio. Hay pocas plantas de tratamiento de arenas de playa en el mundo, que no usan la separación electrostática para separar rutilo e ilmenita de zircón y monacita. La mayoría del rutilo y zircón se produce en Australia, y todas las plantas utilizan separación electrostática. La separación electrostática es usada también en otros minerales, tales como: casiterita, columbita, minerales de ganga obtenidos desde concentración de ilmenita, hematita, etc.

1.8.

Componentes de la Concentración Electrostática

Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes:

•

Un mecanismo de carga y descarga.

Universidad de Aconcagua Ingeniería Civil en Minas •

Un campo eléctrico externo.

•

Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas.

•

Un sistema de colección para la alimentación y productos.

Los mecanismos de carga y descarga resultan de una de las siguientes categorías de distribución de carga:

•

Partículas de dos especies diferentes entran en un campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto.

•

Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa.

•

Partículas entran en la zona de separación, de modo que partículas de diferentes especies llevan carga del mismo signo, pero la magnitud de la carga eléctrica es significativamente diferente.

•

Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos bipolares significativamente diferentes.

Se requiere un campo eléctrico, el cual es definido por alguna configuración de límites equipotenciales y una fuente de alto voltaje. Los rangos de potencial eléctrico son del orden de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales.

La separación física de dos tipos de partículas es siempre realizada ajustando las fuerzas y el tiempo que actúan estas fuerzas sobre éstas, de modo que partículas de diferentes tipos predeterminados.

En

tendrán trayectorias diferentes en tiempos

adición

a

las fuerzas eléctricas, es generalmente

ventajoso utilizar fuerzas de gravedad, centrífuga, o fricción, para efectuar una clasificación selectiva.


1.9.

Mecanismos para Cargar Partículas

A pesar de que hay varias formas de cargar partículas, sólo tres mecanismos de cargado son usados en la separación electrostática comercial:

•

Cargado mediante electrificación por contacto y fricción.

•

Cargado por bombardeo de iones o electrones.

•

Cargado por inducción conductiva.

1.10.

Cargado de partículas mediante electrificación por contacto

Se observa que cuando superficies de minerales no similares son colocadas en contacto, intercambian cargas entre sí con la consecuente perturbación del equilibrio individual. La electrificación por contacto es conocida también como electrificación por roce. En esta forma de cargado eléctrico, partícula contra partícula, el área de contacto es normalmente muy pequeña tornándose necesario promover a través de la acción mecánica el revolvimiento de estas partículas, generando de esta forma apreciable carga media superficial. Si el material está constituido de partículas levemente conductoras, la densidad de carga resultante frecuentemente se torna suficiente para ser utilizada en un mecanismo de separación eléctrica. Se observa que si no hay

un intenso

contacto de partículas unas contra otras, la separación no es verificable.

La electrificación por contacto es el mecanismo más frecuentemente usado para cargar partículas selectivamente, y permitir una separación electrostática de dos especies de materiales dieléctricos. Ejemplos típicos son la separación de feldespatos desde cuarzo; cuarzo desde apatita y; halita desde silvita.


Como regla general, si dos materiales dieléctricos son contactados y separados,

el material con la constante dieléctrica mayor se carga

positivamente. Sin embargo, en el caso de los minerales esto no es particularmente así, ya que las propiedades eléctricas de un mineral pueden variar ampliamente debido a la presencia de trazas de impurezas. En la Ilustración 2, se muestra el diseño esquemático de un separador electrostático de caída libre, basado en el cargado de partículas por electrificación por contacto:

Ilustración 2: Características de concentración de los métodos de separación en corrientes

Los datos y resultados de una separación electrostática típica de laboratorio utilizando una mezcla artificial de fosfato y cuarzo se presentan a continuación:


Flujo de alimentación: 200 lb/h por pulgada de ancho del electrodo. Espaciamiento de los electrodos: 6 pulgadas. Diferencia de potencial entre los electrodos: 60.000 V. Tamaño de partículas: 0,15 a 0,30 mm.


Resultados de separación electrostática a escala de laboratorio de una mezcla artificial de fosfato y cuarzo:

Productos

% Peso

% Fosfato

% Cuarzo

Alimentación Concentrado Relave

100 47 53

50 97,1 8,2

50 2,9 91,8

Sin embargo, es importante señalar que la separación electrostática de una mena a escala industrial no es fácil. En general, los productos finales que se obtienen resultan de varias etapas de limpieza y scavenger.

1.11.

Cargado por corona – El separador de alta tensión

Cuando la mena está compuesta de una mezcla de minerales buenos y

malos conductores

eléctricos,

la

mezcla

puede

ser

separada

generalmente por el uso de procesos de alta tensión. Aplicaciones típicas son la separación de rutilo e ilmenita (conductores) desde zircón y otros minerales no conductores encontrados en arenas de playa, y la separación de cuarzo (aislante) desde especularita (conductor).

En

este

tipo

de

separación

electrostática

todas

las

partículas,

conductoras y no conductoras, son cargadas debido al alto campo eléctrico producido por el electrodo de corona ionizado que genera un flujo de iones. La separación electrostática de cargado por corona, llamada separación por corona, se puede aplicar para la separación de partículas con diferentes conductividades debido al fuerte campo eléctrico aplicado.

En los separadores de alta tensión la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio)

conectado a tierra y entra al campo de un electrodo

ionizado cargado. Las partículas

alimentadas

aceptan

una

carga

por

bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el


rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, lejos de

la

superficie

del

rotor.

Las partículas no

conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor. En las ilustraciones 3 y 4, se presenta un separador electrostático de caída libre, y de alta tensión:

Ilustración 3: Separador electrostático de caída libre basado en le cargado mediante electrificación por contacto


Ilustración 4: Separador electrostático de alta tensión.

Con respecto al comportamiento de algunos minerales frente a un separador de alta tensión, se puede señalar lo siguiente:

1.11.1.

Apatita,

Minerales fijados al rotor del equipo (no conductores)

barita,

calcita,

corindón,

granate,

yeso,

monacita,

scheelita,

turmalina, zircón. 1.11.2.

Casiterita,

Minerales que son lanzados del rotor del equipo (conductores)

cromita,

galena,

oro,

diamante,

hematita,

magnetita,

rutilo,

esfalerita, wolframita.

Un separador de alta tensión tiene una capacidad de alrededor de 1000 a 1200 lb/h por pie de rotor. Los rotores de estos equipos que son utilizados para arenas de playa, son generalmente de 6 pulgadas de diámetro y 5 pies de largo, y normalmente operan a la velocidad de 300 a 500 rpm.


1.12.

Cargado por inducción

Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a tierra en la presencia de un campo eléctrico, la partícula desarrollará rápidamente una carga superficial por inducción. Ambas, las conductoras tendrá

una

conductora

llegarán

a

superficie

ser polarizadas,

partículas conductoras y no

pero

la

partícula

completamente equipotencial.

La

conductora partícula

no

permanecerá polarizada. Este tipo de mecanismo de cargado

de partículas se muestra en la ilustración:

Ilustración 5: Partículas cargadas por inducción.

En el cargado por inducción la mezcla de minerales a ser separada se alimenta a un tambor que rota y pasa a través de un campo eléctrico generado por un electrodo tubular de alto voltaje. Las partículas conductoras obtienen carga por inducción por un periodo corto de tiempo, dependiendo de su superficie conductiva. La carga inducida tiene una polaridad inversa a la del electrodo de alto voltaje. Por lo tanto, una fuerza atractiva se originará hacia el electrodo con respecto a las partículas conductoras, con lo cual las partículas serán dirigidas desde la superficie del rotor en dirección del electrodo. Las partículas no conductoras no se cargarán significativamente durante su residencia en el rotor y su carga será pequeña para afectar un movimiento hacia el electrodo de alto voltaje.

Equipamientos comerciales típicos incluyen el separador tipo rodillo (ilustración


6) y el separador de placa inclinada (tobogán) (ilustración 7). La capacidad de estas máquinas es de alrededor de 300 a 1400 lb/h por pie de ancho del electrodo.

Ilustración 6: Separador electrostático tipo rodillo.

Ilustración 7: Separador electrostático de palca inclinada (tobogán).

En Australia en el tratamiento de arenas de playa, se utiliza extensivamente el separador electrostático Reichert de placa tipo harnero (ilustración 8). Este separador se usa para limpiar las partículas no conductoras concentradas previamente

por

el

uso

de

una máquina de descarga por corona. Las


partículas conductoras pasan a través del electrodo del harnero como concentrado. Debido a que la electrificación por contacto es también un mecanismo activo, la polaridad de los electrodos es muy importante. La capacidad de estas máquinas para aplicaciones en arenas de playa es de alrededor de 1,5 ton/h, utilizando un separador de 6 pies de ancho.

Ilustración 8: Separador electrostático Reichert de placa tipo harnero.

1.13. 1.13.1.

Separadores Electrostáticos Separadores electrostáticos electrodinámicos

Los separadores electrostáticos del tipo electrodinámicos son comúnmente llamados separadores de alta tensión. En estos separadores la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, ellas entonces están bajo la influencia del campo electrostático del electrodo no ionizado y son lanzadas lejos de la superficie del rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor. En la ilustración


9 se muestran los lugares donde se depositan las partículas conductoras, no conductoras y los materiales “middlings”, al operar un separador electrodinámico o de alta tensión.

Ilustración 9: Separador electrodinámico o de alta tensión.

En estos separadores el tamaño de las partículas alimentadas influye en la acción del separador, ya que la carga en la superficie de las partículas gruesas es menor en relación a su masa, que en las partículas finas. Por lo tanto, una partícula gruesa es más fácilmente lanzada desde la superficie del rotor, en cambio, las partículas conductoras finas tenderán a ser atrapadas por partículas no conductoras, debido a su menor masa. Así, las partículas finas tienden a concentrarse con la fracción no conductora. Como resultado de esto, es normal en la práctica, utilizar sistemas de limpiado en varias etapas con los separadores ordenados en bancos (Ilustración 10).


Ilustración 10: Esquema de posibles configuraciones de separadores electrostáticos ordenados en bancos.

Los separadores de alta tensión operan en un rango amplio de tamaños de partículas. Con arenas de playas es posible trabajar en un rango de tamaño de 50-100 micrones, aunque un rango de tamaño menor es deseable y más


común. Con menas de hematita, tamaños menores a 1 mm se aceptan, sin embargo, partículas menores que 75 micrones causan problemas.

En cuanto a los tamaños de los separadores, se encuentran de diferentes tamaños. La capacidad de un separador de alta tensión depende de varios factores, así, capacidades de 2500 kg/h por metro de longitud del rotor son obtenidas con menas de hierro, y aproximadamente 100 kg/h por metro, con minerales de arenas de playa.

Para optimizar el rendimiento de un separador de alta tensión deben considerarse las siguientes variables: flujo de alimentación, velocidad del rotor, posición y voltaje del electrodo y la posición del separador del producto obtenido.

1.13.2.

Separadores electrostáticos “Electro-estáticos”

Inicialmente los separadores electrostáticos fueron del tipo placa electroestática. Los separadores de placa de caída libre, en los cuales las partículas caen entre dos placas verticales (una placa cargada positivamente y la otra placa cargada negativamente, con un alto gradiente de voltaje entre ellas), ha sido usada para separar silvita desde halita, feldespato desde cuarzo, y fosfato desde cuarzo. Sin embargo, este tipo de separador no se usa mayormente.

Hay dos tipos de separadores electro-estáticos que se fabrican: el separador tipo rotor y el separador tipo placa.

•

El separador tipo rotor:

El separador

electro-estático

tipo

rotor

Ilustración 11)

es

similar,

en

apariencia, al separador de alta tensión. Sin embargo, el separador electroestático no presenta el electrodo ionizado. En ese lugar hay un solo electrodo largo que produce un campo eléctrico. Aunque la partícula sea conductora o no conductora, ella puede considerarse como una partícula que puede llegar a


polarizarse.

Ilustración 11: Separador electro-estático tipo rotor.

Sin embargo, tal como se aprecia en la Ilustración 4., una partícula conductora rápidamente llega a tener

una

superficie equipotencial y tiene el mismo

potencial que el del rotor conectado a tierra, por lo cual, será atraída hacia

el

electrodo.

Así,

la

partícula conductora es lanzada desde la

superficie por la atracción con el electrodo, mientras que la partícula no conductora continúa adherida a la superficie del rotor, hasta que la gravedad produzca su caída. De este modo, la separación se alcanza, pero con mecanismos de cargado de la partícula diferente al empleado en el separador de alta tensión.

•

El separador tipo placa

Se fabrican dos separadores del tipo placa: el separador electro-estático de placa y el separador

electro-estático

de

malla

(harnero).

Los

principios

operacionales son similares. Las partículas son cargadas por inducción y las conductoras adquieren una carga opuesta al electrodo. De ese modo, las


partículas conductoras son atraídas hacia el electrodo. Las no conductoras continúan hacia abajo en la placa o a través del harnero. Los separadores electro-estáticos de placas y harnero se aprecian en las ilustraciones 11 y 8, Respectivamente.

Ilustración 12: Separador electro-estático de p laca.

En los separadores electro-estáticos, las partículas finas son las más afectadas por las fuerzas débiles involucradas, por lo cual, el producto conductor preferentemente contiene partículas conductoras finas. Al mismo tiempo, no hay tendencia para las partículas gruesas no conductoras a entrar en el flujo conductor. Debido a que estos separadores actúan primeramente sobre las partículas conductoras, ellos son usados, principalmente, para la limpieza de una cantidad pequeña de partículas conductoras, desde una gran cantidad de partículas no conductoras. En particular, su principal uso es en la limpieza de pequeñas cantidades de rutilo e ilmenita en concentrados de zircón. Estos separadores son usados generalmente en bancos, tal como se aprecia en la ilustración 13 con las partículas no conductoras siendo re-limpiadas a través del separador.


Ilustración 13: Esquema del ordenamiento en bancos de los separadores electro-estáticos: (a) separador de placas; y b) separador de harneros.


1.14.

Diagramas de Flujo con Separadores Magnéticos y

Electrostáticos En el procesamiento de ilmenita de las arenas de playa existe la probabilidad de algún traslape en la aplicación de los separadores magnéticos y separadores electrostáticos de alta tensión. La tabla 1.2 muestra algunos de los minerales comúnmente presentes en las arenas de playa, junto con las propiedades relacionadas a la separación magnética y de alta tensión.

Minerales característicos de arenas de playa: Minerales magnéticos

Minerales no magnéticos

Magnetita – Ilmenita – T Granate – Monacita -

Rutilo – T Zircón – P Cuarzo -

T: Minerales repelidos por la superficie de un separador electrostático de alta tensión. P: Minerales fijados a la superficie de un separador electrostático de alta tensión.

Las arenas de playa comúnmente se operan con dragas flotantes que alimentan concentradores

flotantes

de

hasta

2000

ton/h

o

más.

El

concentrador flotante el cual consiste de un complejo circuito de conos Reichert o espirales, mejora el contenido de mineral pesado desde alrededor de 2 % en la alimentación, hasta 90 % en el concentrado, desechando el cuarzo y el granate, si es necesario. después al

sitio

del

El concentrado por gravedad

concentrador

permanente

para

se

transfiere

un enriquecimiento

adicional mediante una combinación de separación de alta tensión y magnética (Ilustración 14).


Ilustración 14: Diagrama típico del tratamiento de arenas de playa mediante separación gravitacional, magnética y electrostática.

Los separadores de tambor de baja intensidad eliminan cualquier magnetita presente en la

alimentación,

después

que

los

separadores

magnéticos

húmedos de alta tensión separan la monacita y la ilmenita del zircón y el rutilo. La separación de alta tensión para producir la separación final, se hace después de secar esta dos fracciones, aunque algunas cabo

una

ejemplo,

se

limpieza usan

adicional

separadores

mediante

veces

se

lleva

a

separadores electrostáticos. Por

electrostáticos

de

harnero

para

limpiar

concentrados de monacita y zircón. De manera similar, los separadores electrostáticos de placa se usan para rechazar las partículas no conductoras gruesas de los concentrados de ilmenita y rutilo.

En la ilustración 15 se presenta la concentración de una mena que contiene alrededor de 35% de Fe, correspondiente a minerales de magnetita y hematita especular. La mena después de la trituración y la molienda se alimenta a los bancos de los concentradores de

espiral primarios

y

limpiadores. El concentrado de las espirales se filtra, seca y limpia en


separadores Carpio con rodillo de alta tensión. Las colas de las espirales se espesan, y posteriormente se tratan en separadores magnéticos de tambor para eliminar la magnetita residual, seguida por los separadores magnéticos Jones de alta tensión en húmedo, los cuales extraen cualquier hematita remanente. Los concentrados magnéticos se clasifica, se secan y se mezclan con el producto de alta tensión, para dar un concentrado final de 65 % Fe.

Ilustración 15: Diagrama de concentración de una mena de hierro utilizando separación gravitacional, magnética y electrostática.


Conclusión A partir de la investigación realizada, se comprendió en conjunto, acerca de la importancia de conocer los diversos fenómenos científicos que ocurren en el universo, ya que conservan principios que en la aplicación apropiada, pueden significar, la optimización de un proceso, y un negocio.

Existen fuerzas presentes interactuando en todo momento, en un continuo estado de balanceo, y el Ingeniero, busca darle una aplicación práctica a dichas fuerzas, a nivel industrial. El proceso de conminución de la roca, es uno de los que más recursos energéticos ocupa, a nivel nacional, por lo que la aplicación de métodos complementarios a estos procesos, que faciliten o incrementen la efectividad de la secuencia, significará una mejora a los costos asociados, y por ende, a la rentabilidad del negocio.

La separación electrostática posee como desventaja, que es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin embargo, es altamente exitosa.

Eventualmente, se debiese complementar o integrar sistemas de selección, que permitan optimizar este método de concentración, y hacerlo partícipe de una recuperación sustancial de todos los elementos valiosos para la minería, utilizando así, de manera más responsable, los recursos ambientales y energéticos.

Informe de Concentración Electrostática

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