15 LABORATORIO No.2 Determinación de Humedad y Gravedad Específica de un Mineral, Pulpas. 1.
Objetivo
El laboratorio tiene por objetivo determinar la gravedad específica de un mineral mediante diferentes técnicas. Así como poder estimar la densidad de una pulpa. 2.
Introducción
Los minerales tienen, en todos los casos, un cierto grado de humedad; sin embargo en algunos casos los cálculos metalúrgicos requieren estar expresados tomando como base productos secos para poder realizar comparaciones entre sí. Por ello, es de fundamental importancia realizar medidas exactas del porcentaje de humedad de cada mineral. Con el manejo apropiado, los errores debidos a la humedad o al secado subsecuente se reducen o deben de reducirse a los más bajos niveles posibles. El peso específico específico aparente es el peso del volumen aparente de un mineral, relativamente seco, el cual varía en forma inversa con la granulometría del mineral. Este dato es de mucha importancia en el cálculo de tolvas, camiones y silos. La mayoría de las operaciones en Ingeniería Metalúrgica se realizan con minerales, de los que hay que conocer su gravedad específica. La gravedad especifica especifica es numéricamente igual a la densidad del material en el sistema métrico (no sucede lo mismo en el sistema Inglés). Y es la relación entre la densidad de un material con respecto a otro elemento, por lo tanto es adimensional, si las partículas están inmersas en un medio acuoso se deberá determinar la densidad de pulpa. Debido a la conveniencia para muchas operaciones de molienda y clasificación, la mayoría de las plantas de procesamiento de minerales trabajan en húmedo, siendo el agua el medio preferido para llevar a cabo la mayoría de los procesos de concentración, concentración, esta forma de trabajo es lo denominado como manejo de pulpas, la cual facilita el transporte de mineral de una operación a otra. La pulpa pulpa se define como una mezcla de partículas sólidas suspendidas con un líquido. Para fines metalúrgicos el sólido que compone la suspensión contiene especies mineralógicas, y el líquido, agua, puede tener algunos químicos disueltos. Dentro de las pulpas metalúrgicas podemos encontrar diferentes tipos: Alimentación o cabeza: Pulpa formada por partículas minerales que requieren ser procesadas, para concentrar el o los elementos valiosos. Concentrado : Pulpa ya procesada rica en especies mineralógicas de alto interés económico Relave o rechazo: Producto de pulpa procesada pobre en especies valiosas. Mixtos o middlings: Son aquellas pulpas con una concentración media en especies mineralógicas Existen distintas formas de expresar o medir la concentración de sólidos, la manera mas precia consiste en una medición directa, la cual se realiza midiendo volúmenes o pesos para una muestra o flujos volumétricos o másicos para una suspensión en movimiento. Para realizar lo anterior es necesario tener una muestra altamente representativa para obtener un buen resultado. La densidad de pulpa es pulpa es la mezcla matemática de una porción constituida por sólidos de una granulometría casi uniforme y otra constituida por un líquido, generalmente el agua. La pulpa tiene características propias tales como gravedad específica, peso y volumen, que generalmente son referidos en porcentajes de peso o volumen de los constituyentes. La densidad de pulpa generalmente se determina por medición, con el empleo de aparatos llamados densímetro o picnómetros que vienen a ser unas balanzas que pesan unos recipientes de un litro de capacidad, y da lecturas directas de la densidad de la pulpa considerando el peso tara del recipiente.
16 Conocidas las gravedades especificas de los constituyentes y la densidad de pulpa de una determinada mezcla sólido agua, se pueden determinar las cifras características de la pulpa, tales como volúmenes, pesos, porcentajes en volumen de los constituyentes y porcentajes en peso de los mismos resultando estos últimos de mayor significación dentro de la industria. El porc entaje de sólidos en volumen o peso, es la relación del volumen o peso del constituyente sólido al volumen o peso total de la pulpa, multiplicando por 100. En la medición de diversas características de una pulpa, como densidad y flujos, se distinguen dos grupos de métodos de medición: Métodos para densidad de sólidos: a)
Por desplazamiento de volumen: Se aplica a partículas que se humedecen fácilmente, y que atrapan un volumen insignificante de aire en sus poros. Se realiza con una probeta a la cual se le agrega un liquido hasta cierto volumen VL, después se determina el peso de la muestra de sólido PS del que se desea conocer su densidad, esta muestra de sólido se sumerge en el liquido, obteniéndose un volumen VT de la mezcla calculándola con la siguiente formula: ps = Ps/Vt-Vl.
b)
Picnómetro: El picnómetro consiste en una pequeña botella con tapón de vidrio esmerilado que termina en un capilar (figura 1). Para trabajar con él primero lo pesamos vacío (B). Luego se introducen los fragmentos de mineral en la botella y se pesa nuevamente (M).SE llena la botella con agua destilada y se calienta por unos minutos para eliminar las burbujas de aire que pudiese contener el mineral, cuando se enfría el picnómetro, se llena con agua destilada y se pesa (P). Después de vaciar la botella y volverla a llenar con agua destilada se pesa (A).Y se determina la densidad de: ps = (M B)/(A + M - B - P).
Figura 1. – Picnómetro. Métodos para densidad de la pulpa:
a) Por medición de la masa y el volumen: Se realiza una medida directa del peso y el volumen ocupado por la muestra de la pulpa, el cuociente de las magnitudes entrega el valor de la densidad. b) Balanza Marcy: Se mide la masa total de una muestra con volumen fijo conocido (1000 cm 3). El resultado de la densidad se obtiene directamente, ya que esta posee un disco graduado con escalas para distintas densidades de sólido, lo que permite leer además Concentración de Pulpa directamente, figura 2. 3. Método experimental Para la parte experimental utilizaremos: 1) Mineral cuarteado, aproximadamente 250 gr. 2) Probetas de 250 ml, 500 ml ó 1000 ml. 3) Picnómetros 4) Balanza con una precisión a 0,1 g 5) Balanza Marcy 6) Agua
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Figura 2. – Balanza Marcy. 3.1. Determinación de la Humedad de un Mineral Tome en una bandeja cierta cantidad de muestra representativa con el objetivo de conocer el peso de la muestra húmeda; enseguida, colocar esta muestra en la estufa donde debe ser secada por espacio de 30 a 60 minutos a 105°C – 110°C. La temperatura de secado no debe ser superior ya que puede originar la descomposición física o química de los minerales. Los minerales sulfurados son generalmente propensos a perder dióxido de azufre. Finalmente hay que pesar nuevamente la muestra seca.
a)
Muestrear una fracción de mineral y pesarla
b)
Secar cada fracción a 105 °C
c)
Pesar la muestra seca
d)
Reportar la humedad
3.2. Determinación de la gravedad específica aparente de un mineral. Para la determinación del peso específico aparente es necesario medir exactamente el volumen de mineral, para lo cual utilizaremos una probeta graduada de 500cc. Identifique y pese la probeta de 500cc. Una vez obtenido el peso de la probeta limpia, proceda a introducir el mineral en ella hasta los 250cc, con golpes suaves nivel el nivel del mineral en al probeta. Obtenga el nuevo peso y la diferencia nos dará el peso del mineral el cual dividido entre el volumen nos dará finalmente la gravedad específica aparente. 3.3. Determinación de la gravedad específica de un mineral. Como la gravedad específica es numéricamente igual a la densidad lo que hallaremos es la densidad que es la relación entre el peso del mineral y el volumen que este ocupa en el espacio. Para ello utilizaremos dos métodos: , por lo que asumiremos que 1cm 3 de agua es igual a 1 Mé tod o d e des plazam ient o d e agu a gramo. Podemos utilizar un recipiente de volumen conocido o no, para este caso usaremos una probeta de 500 cc. previamente pesada a la cual se le agrega agua hasta 100 cc. Se agrega 100 gramos de mineral, elevándose así el nivel de agua, el cual es registrado. La diferencia de nivel indica el volumen ocupado por el mineral. Dividiendo el peso por el volumen se obtiene el peso específico del mineral
18 1) Considerar:
M = Peso de la muestra A = Peso de la Probeta B = Peso de la Probeta + agua (ras) C = Peso de la Probeta + mineral D = Peso de la Probeta + mineral + agua (ras). 2) De los datos que se obtendrán, la diferencia B – A, debe ser igual al volumen de agua de la Probeta al ras. Por lo que solo tomaremos el volumen que indica la Probeta. 3) Para la obtención de la G.E, se deberán hacer las pesadas M, C y D. 4) Hacer los cálculos, este proceso se repite dos de tres veces Mé to d o d el p ic nóm etr o, para lo cual se necesitará un picnómetro limpio y seco. 1) Pesar el picnómetro limpio y vacío (w 1) 2) Colocar la muestra de partículas dentro del picnómetro y pesar (w 3) 3) Llenar el picnómetro cargado con partículas, con agua destilada hasta comenzar el nivel marcado en la graduación. Sacudir el picnómetro suavemente para eliminar las burbujas de aire y luego pesar (w 4) 4) Vaciar el picnómetro, limpiar o lavar, secar exteriormente y volver a llenar con agua destilada hasta alcanzar el nivel marcado de la graduación, pesar ( w 2). 5) Calcular la densidad de las partículas mediante la relación:
3.4. Balanza Marcy La balanza Marcy esta constituida principalmente por una balanza graduada provista de un recipiente metálico capaz de contener un volumen fijo de 1000 cm 3. La balanza debe ser colgada de manera tal que quede suspendida libremente en el espacio. Calibración: Llene el recipiente con 1000 cm 3 de agua pura y cuélguelo del gancho de la balanza. La aguja de la balanza deberá marcar 1.000 g en el anillo exterior del dial, quedando en posición vertical. Si fuese necesario gire la perilla de ajuste ubicada en la parte inferior, hasta obtener los 1000 g en ese momento la balanza estará calibrada. Determinación de gravedad especifica, % sólidos y densidad de pulpa: Preparar una muestra de material representativa, seca entre -10 mallas y +100 mallas. Cuelgue el recipiente vacío v seco de la balanza y empiece a llenarlo hasta que la aguja indique 1000 g en el anillo exterior del dial. Vacíe la muestra en algún receptáculo. Llene un tercio del volumen del recipiente asegurándose que cada partícula se moje completamente y se eliminen las burbujas de aire. Cuelgue el recipiente de la balanza y complete el volumen con agua hasta las perforaciones de rebalse. Lea la gravedad específica del sólido directamente en el anillo interior del dial. Al determinar la gravedad específica del sólido, le permitirá medir % de sólidos y densidad de pulpa. La balanza Marcy permite medir porcentajes de sólidos y densidades de pulpa para diferentes escalas de densidad de sólidos. Muestree el flujo de pulpa que va a ensayar Vierta la pulpa sobre el recipiente hasta que rebase por los agujeros de aforo.
– Limpie el material de la parte exterior del recipiente.
19 Cuélgue en la balanza y defina la gravedad específica del sólido contenido en el pulpa (por ejemplo 2,6 g/cc). Ubique en el dial el anillo correspondiente al valor de la gravedad específica determinada y lea el % de sólidos correspondiente (40 % sólidos). Lea la densidad de pulpa en el anillo exterior del dial (1325 g/L; 2,6 g/cc; 40% sól). 4. Resultados: Calcular además, el porcentaje de sólidos de una pulpa cualquiera. Así como la densidad de pulpa. Explicar. Explicar la influencia del tamaño de partícula en los resultados. Para los cálculos debe consultar el anexo 1.
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Anexo 1: Porcentaje de sólidos de una pulpa y densidad de pulpa Determinación de humedad y gravedad específica de un mineral La medida de la densidad de una pulpa (en un recipiente de un litro previamente tarado) permite calcular las proporciones de sólidos y de líquidos contenidos; estos se representan por lo general de dos maneras diferentes: Donde: Ps Pl Pp
: Masa del sólido (g) : Masa del líquido (g) : Masa de la pulpa (g)
L S
: Masa del líquido (g) [ó generalmente volumen del liquido cc)] : Masa del sólido (g)
P
: Porcentaje de sólidos (%)
D
: Dilución (L/S) : Densidad del sólido (g/cc)
ρs
ρ p
: Densidad del líquido (g/cc) : Densidad de la pulpa g/cc)
V s Vl Vp
: Volumen del sólido (cc) : Volumen del líquido (cc) : Volumen de la pulpa (en nuestro caso 1000 cc)
ρl
El porcentaje de sólidos (P)
La dilución (D)
Las fórmulas siguientes nos permitirán pasar de una notación a otra o obtener otras características de la pulpa: La masa del Sólido en un litro de pulpa:
La masa del líquido en un litro de pulpa:
La dilución en función del porcentaje de sólidos
El porcentaje de sólidos en función de la dilución
21 La densidad de la pulpa
La densidad del sólido
El porcentaje de sólidos en función de las densidades
La masa de un litro de pulpa en función del porcentaje de sólidos y de la densidad del sólido y del líquido.
