FILTRACIÓN 1. CONSIDERACIONES GENERALES. Se entiende por filtración la operación por la cual se separan los sólidos finamente divididos de los fluidos en cuyo seno están suspendidos, utilizando una superficie permeable a los fluidos. El fluido en cuestión puede ser, como se sabe, un líquido l íquido o un gas. Los conceptos teóricos que aquí se estudian son aplicables, en general, tanto a la filtración de gases como a la de líquidos turbios, aunque en su desarrollo nos hemos de referir sólo a los líquidos. El estudio de la filtración desde el punto de vista químicot!cnico tiene las siguientes finalidades" #. $oder decidir razonadamente el tipo de filtro más adecuado a la finalidad perseguida. %. Dimensionar este filtro &. Establecer las condiciones de ejecución de las operaciones de filtración y de lavado. $ara efectuar una filtración hace falta un líquido turbio y un material filtrante que, al retener el precipitado, el precipitado, d! un filtrado un filtrado libre de sustancias sólidas en suspensión. En principio, podría considerarse que el material filtrante act'a como un tamiz, reteniendo entre sus mallas a las partículas del precipitado. Sin embargo, en general, puede decirse que esta concepción es errónea, pues es posible obtener filtrados completamente limpios empleando medios filtrantes cuya luz de mallas sea mayor que el diámetro de las partículas del precipitado. Es más, en muchas filtraciones industriales ocurre ocurre efectivamente así. (gualmente que al estudiar el tamizado se vio que los polvos muy finos tupían el tamiz por adherirse a los hilos a causa de su gran energía superficial, en la filtración los poros del material filtrante resultan tambi!n parcialmente bloqueados por el precipitado y, pasados los primeros instantes, ya no es el medio filtrante el que determina las posibilidades de separación, sino el propio precipitado) se forma una tort tortaa a cuyo trav!s ha de pasar el filtrado, siendo necesario para ello vencer una cierta resistencia mediante el empleo de d e presiones apropiadas.
# pesar de lo dicho, la correcta elección del material filtrante es condición precisa para obtener una buena filtración. El estado físico del material filtrante y su naturaleza química y estado superficial determinarán la mayor o menor adherencia del precipitado precipit ado y, con ello, la posibilidad de efectuar una filtración con medios más o menos permeables. El medio filtrante debe retener el precipitado, pero sin que la deposición de !ste sobre !l o en el interior de sus poros cierre ci erre el paso al líquido) las partículas del precipitado deben formar como puentes sobre los poros del material filtrante. #demás los materiales deben pr esentar " o
$oca resistencia al flu*o.
o
+ran resistencia química frente a los productos que han de filtrarse.
o
Suficiente resistencia mecánica para soportar la presión de t r a ba*o.
o
o
%uena resistencia al desgaste. Superficie lo más lisa posible para poder separar de ella el precipitado sin p!rdidas.
#lgunas de estas condiciones son contrapuestas. Se emplean como medios filtrantes en ocasiones material granulado como" polvo de carbón, arena, grava, tierras de variada naturaleza,.. En otras ocasiones este material granulado se suelda, tratándose entonces de placas fritadas, como lo son las placas pl acas de vidrio poroso. ambi!n se utilizan te*idos o fieltros y en el laboratorio fundamentalmente el papel de distintos grama*es y propiedades. propi edades.
2. COADYUVANTES PARA LA FILTRACIÓN. En casos en los que e-ista el riesgo de una obturación rápida del medio filtrante, es necesario aumentar la porosidad de la torta mediante el empleo de un agente coadyuvante de la filtración. Son sustancias que adicionadas a la suspensión original proporcionan un aumento de la clarificación o de la filtración, filt ración, o ambos efectos a la vez, por medio de factores físicos. # veces se aaden antes de la filtración, sobre la tela, para facilitar !sta desde el comienzo. Sus características son las siguientes" a/ (nertes. b/ (nsolubles. c/ (ncompresibles. d/ (rregularidad de formas y tamaos, lo cual facilita los caminos preferenciales.
Se usan para este fin tierras t ierras de diatomeas, 01ieselguhr0, 2restos esquel!ticos de algas microscópicas/, perlita, celulosa, asbestos, carbón, mezclas, etc., que forman lechos de porosidades elevadas. elevadas. En cada caso e-iste una cantidad óptima de coadyuvante a aadir, pues reduce la resistencia específica de la torta pero aumenta su espesor. #demás, las tortas con coadyuvantes son muy compresibles y hay que prever qu! presiones se van a utilizar para que no se elimine su efecto. 3inalmente, indicar que si interesa el sólido en la filtración, luego habrá que separar !ste del coadyuvante, y eso puede ser problemático.
3. LAVADO LAVADO DEL PRECIPITAD PR ECIPITADO. O. 4na vez finalizada la filtración debe procederse al lavado de la torta para eliminar el líquido retenido en la misma. El líquido de lavado debe ser miscible con el filtrado y debe tener propiedades físicas parecidas, siendo el agua el de uso más frecuente. En cuanto a la cantidad de líquido de lavado, en la mayor parte de los casos es suficiente con un volumen ligeramente superior al volumen de filtrado retenido en la torta. # veces surgen problemas de canalizaciones y el lavado es incompleto, dándose más este efecto en las tortas compresibles. Se admite que el lavado l avado tiene lugar en dos etapas" a/ lavado por desplazamiento, desplazamiento, en el que se separa hasta el 567 del filtrado, y b/ lavado por difusión, en el que el disolvente difunde desde los huecos menos accesibles. ambi!n, a veces, se utiliza aire para par a secar parcialmente la torta. Su velocidad debe determinarse e-perimentalmente. 4na vez finalizado el lavado, debe recuperarse la torta del filtro y procederse a su limpieza antes de utilizarlo en un nuevo ciclo de filtración.
4. FILTRACIÓN INDUSTRIAL La filtración es una de las operaciones fundamentales en gran n'mero de procesos industriales, entre ellos" tratamientos t ratamientos y depuraciones de aguas en las grandes ciudades, purificación de aceites, az'cares, *ugos vegetales, colorantes, cervezas, productos farmac!uticos, etc. $ara que el filtrado atraviese el material filtrante filtr ante y la capa de precipitado se necesita vencer una cierta resistencia mediante la aplicación de presiones. La forma en que se aplique esta presión nos servirá servirá para establecer una clasificación de los filtros" La presión de filtración la determinar
ipo de filtro
La carga hidrostática del mismo líquido
3(L89S :E +8#;E:#:
La depresión producida por una succión practicada por la parte opuesta del material filtrante
3(L89S :E ;#&(9" a/ :(S&9<(<49S b/ &9<(<49S
4naa pres 4n presió iónn adic adicio iona nall obte obteni nida da medi median ante te bomb bombaa
3(L 3(L89 89S S :E $8ES $8ES(= (=<" <"
La fuerza centrífuga
&E<8>34+#
#lgunos filtros pueden actuar en formas distintas pertenecientes a grupos diferentes de la clasificación.
4.1. Filtros d !r"! :e constitución sencilla pero muy eficaz, se emplean especialmente en el tratamiento de aguas, cuya cantidad de impurezas es pequea en comparación con el volumen de líquido a tratar
El material filtrante, arena, debe ser de una granulometría clasificada de menor a mayor, desde la entrada a la salida del líquido a tratar. &uando la filtración disminuye, por taponamiento de los espacios porosos con las impurezas, se procede al paro de la operación y lavado del filtro. Esta operación tiene lugar por inversión del sentido de la filtración, removiendo la arena y desplazando al sedimento.
4.2 Filtros d #!$%o o N&t$'!s. Son aparatos de forma cilíndrica y con dos aberturas, una para la salida del filtrado y otra para conectar a la bomba de vacío. En el fondo poseen una placa agu*ereada con un te*ido o malla encima, que es el verdadero filtro.
4.3 Filtr!$i(" ! )rsi(" En estos se coloca una tela o una malla sobre placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo ti empo de*en deba*o de la tela un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado.
En el filtro prensa se comprime el precipitado contenido en una bolsa de te *ido filtrante con una prensa que puede ser manual o automática.
4.4. Filtro rot!torio d t!*+or, ! #!$%o. El filtro prensa no es adecuado para un traba*o en continuo) para este fin, se recurre a los filtros de tambor rotatorio. En el 3iltro de ambor a ;acío el producto a filtrar llega de forma continua a la cuba del filtro. 4n agitador pendular en la misma cuba impide la sedimentación de los sólidos que lleva en suspensión. El tambor que gira en la cuba es el elemento filtrante) su superficie e-terior está dividida en celdas recubiertas por la tela filtrante. :e esta superficie ?@A parte está sumergida en la solución a filtrar, adaptando su velocidad de rotación a las características de la filtración y el producto. El vacío aplicado al filtro, creado por una bomba e-terior, llega a las celdas a trav!s de un cabezal de control y las tuberías consiguientes, dando lugar a la absorción del líquido a trav!s de la tela filtrante depositándose el sólido sobre la misma tela filtrante y como una capa uniforme. El cabezal de control automático tiene por misión dividir el tambor en distintas secciones para que en su rotación las celdas pasen sucesivamente por las zonas de filtración, lavado y desecado de la torta de sólidos producidos y su descarga. El filtrado llega desde el cabezal hasta un separador de filtrado au-iliar, desde donde se descarga por bomba o pie barom!trico. Si hay un lavado de torta el líquido usado se entrega sobre el tambor por medio de boquillas, y el filtrado que se obtiene con !l puede separarse del inicial por una salida independiente. # Sólidos separados 1$ %ispositios de laado 11 &i'uido de laado 12 Filtrado madre 13 Filtrado del laado 14 %ispositios de descarga ( %escarga por ras'uete 15 %escarga de solidos 16 Accionamiento del tambor
1 2 3 4 5 6 7 !
Suspensión Cuba del Filtro Agitador pendular Celdas de Filtración Tambor Tela Filtrante Válula de mando Tubos de "iltrado
4.-. Filtro d dis$o. 4na variante de los filtros rotatorios de tambor los constituyen los filtros denominados de disco que, en vez de tambor, tienen su superficie de filtración constituida por discos de superficie permeable.
4.. Filtro d *!"/!s Se utiliza en el filtrado de gases y aire.
-. FILTRACIÓN EN EL LA0ORATORIO. En el laboratorio nos referiremos a la separación mecánica de una mezcla de un sólido en un líquido. $ara ello se utiliza un filtro que retenga las sustancias sólidas. La filtración es un proceso físico. La fuerza física que act'a es la caída de presión a trav!s del medio filtrante. Las tres características más importantes de cualquier filtro de laboratorio son" ?/ Ei$!$i! en la retención de partículas. B/ Vlo$id!d d l&o" la velocidad de flu*o se define como el volumen que pasa a trav!s de un filtro por unidad de tiempo y unidad de superficie del filtro. V Q m V t v ) v A t A A s donde"
; C volumen de filtrado t C tiempo que tarda en filtrarse el volumen ;. # C superficie del filtro. D C caudal filtrado que es igual a ;@t. La velocidad de flu*o de un líquido depende del nivel de carga del filtro. #sí, el diámetro del filtro que se esco*a depende del volumen a filtrar. En la práctica, los vol'menes má-imos de filtración en función de los tamaos más corrientes de filtro son" :iámetro 2mm/
;olumen 2ml/
56
?E
??6
B6
?BE
AE
?E6
FE
?GE
?AE
BH6
A66
A/ C!)!$id!d d $!r/! " es la resistencia que presenta el filtro a la carga de material. #sí los filtros de microfibra de vidrio tienen una gran capacidad de carga comparados con los filtros de celulosa del mismo grosor. Las membranas tienen una ba*a capacidad de carga. 4n filtro de microfibra de vidrio puede actuar como un prefiltro de una membrana alargando la vida del filtro.
Seg'n el tipo de filtro, el mecanismo de filtración puede ser superficial o de profundidad"
Filtros d s&)ri$i retienen todas las partículas en su superficie y se recogen todas las partículas mayores que el tamao de poro. Los filtros de membrana se clasifican como filtros de superficie.
Filtros d )ro&"did!d las partículas son retenidas en la superficie y tambi!n en la profundidad del filtro. Las características de retención de partículas no son fácilmente definibles como en los filtros de superficie y dependen de las condiciones de uso. odos los filtros fibrosos son filtros de profundidad.
$ara realizar una filtración se necesita" Iedio filtrante #parato de filtración Iateriales au-iliares para la filtración
SLA1 !"#S$%#& ' (%#(A%A)*+ D# LA !"#S$%A
(-./ 00 de
El *dio iltr!"t o iltro es una sustancia porosa que retiene las partículas de sólido en suspensión y de*a pasar el líquido. Los materiales porosos utilizados son" papel de filtro, crisol +ooch, crisol con placa filtrante, crisol con porcelana porosa 2embudo %Jchner/, embudo con placa filtrante, membrana, cuyas figuras están representadas a continuación.
. UTILIACIÓN DEL PAPEL DE FILTRO. El papel de filtro es de celulosa pura con un B6 7 de agua adsorbida y sin cola, de poros más o menos grandes seg'n el tamao del sólido a separar. Los filtros deben ser rápidos y a la vez retener las partículas más finas del precipitado. Las numeraciones de cada marca de papel de filtro aumentan a medida que disminuye la porosidad. %lando $recipitados, gelatinosos y gruesos #umenta la numeración
Iedio :uro Iuy duro
$ara filtrados normales $recipitados muy finos $recipitados finísimos
#sí para el papel #lbet #lbet ?H6 2? K B6 μm/.
?6 2A μm/ tiene menor diámetro de poro que el
# continuación una microfotografía de papel de filtro de celulosa"
Los papeles de filtro los podemos clasificar" ipo de papel
$ara análisis cualitativo
&a r acter ísticas
$ara análisis cuantitativo
ienen un ba*o contenido en cenizas 26,6? 7/ Se utilizan para análisis cuantitativo y análisis de contaminación. $apeles tipo athman
$ara filtración a vacío
ienen gran resistencia a la rotura en h'medo. ienen buena resistencia a los ácidos y álcalis. Se utilizan en la filtración a vacío.
El papel de filtro puede emplearse liso o con pliegues"
Lisos, para filtraciones lentas y de mayor precisión.
Los papeles de filtro se suelen suministrar en forma circular. Su preparación para filtrar es muy fácil, se dobla en cuatro partes y se abre en forma de cono de*ando tres partes para un lado y una parte para otro. Se corta un trozo de la parte e-terior del papel, esto permite que el papel selle bien y no se formen burbu*as de aire entre el papel de filtro y el embudo. &on )li/&s" para filtraciones rápidas, puesto que posee mayor superficie de filtración.
$ara realizar una filtración, se coloca el papel de filtro como en la figura, cortando una esquina y mo*ando con el mismo líquido que se va a filtrar) así se logra una buena adherencia a las paredes del embudo. Se desliza el líquido y el precipitado sobre una varilla de vidrio, procurando no llenar más de la mitad del embudo y de*ándolo escurrir en cada adición.
$ara practicar se pueden preparar precipitados de 3e29O/ A, #g&l, $b&r9H, $bS, etc. en cantidad abundante y filtrarlos. 4na vez trasladado todo el precipitado al papel de filtro, se lavará con frasco lavador hasta quedar todo el producto recogido en el fondo del papel de filtro. La comprobación de que la precipitación ha sido completa se efect'a aadiendo unas gotas de precipitante en el filtrado. &aso de no haber sido completa la precipitación dará precipitado y deberá volverse a repetir !sta. En ocasiones el grano del precipitado es tan fino que necesitamos aadir sustancias aglomerantes. Es el caso de la arcilla a la que se aade sulfato alumínicopotásico 2alumbre/ #lP2S9H/B como aglomerante y así se evitará que pase a trav!s del papel de filtro.
5. FILTROS DE 6ICROFI0RA DE VIDRIO. Son filtros de profundidad, fabricados con fibras de borosilicato puro al ?667, sin ning'n tipo de ligantes. #l tratarse de filtros de profundidad, las partículas pueden ser retenidas tanto en la superficie como en la profundidad del filtro. Estos filtros poseen una buena capacidad de carga, e-celente retención de partículas pequeas, así como una gran estabilidad a temperaturas elevadas.
Rt"$i("" Elevada retención de partículas muy finas debido a mecanismos de adsorción electrostática motivados por la naturaleza química de las fibras de vidrio. Pr*!+ilid!d !l !ir " Es muy elevada, siendo estos filtros muy apropiados para el paso de grandes vol'menes de aire en procesos de aspiración 2captadores de alto y medio volumen/. Est!+ilid!d ! !lt!s t*)r!t&r!s " $ermiten traba*ar a elevadas temperaturas, conservando sus propiedades habituales hasta los 6M& de temperatura. Est!+ilid!d 7&%*i$!" Iantiene todas sus propiedades al traba*ar con soluciones ácidas y@o básicas de concentración moderada. En el caso de traba*ar en condiciones más agresivas, bien sea con disoluciones muy concentradas o en presencia de gases ácidos, se recomienda el uso de filtros de microfibra de cuarzo. Co"st!"$i! d )so " #l contrario que los filtros de membrana, los filtros de fibra de vidrio no sufren alteraciones importantes de peso por variaciones de humedad en el ambiente. Rsist"$i! !l )l/!do " Es buena debido a la estructura rígida de las microfibras de vidrio.
La denominación athman es +rado +3@#, +3@%, +3@&, +3@:, +3@E, +3@3, aumentando en resistencia y retención seg'n el orden.
8. FILTROS 9ERINGA 4n filtro *eringa 2dispositivo portafiltro completo con filtro membrana incorporado/ es una unidad de filtración desechable, preparada para ser acoplada a *eringas y lista para usar, lo que supone la forma más rápida y sencilla para filtración de pequeos vol'menes de líquidos 2hasta apro-. ?66 ml/.
E-isten gran variedad de filtros *eringa" o
#cetato de celulosa.
o
&elulosa regenerada.
o
$3E hiddrofóbico.
o
o
;enteo.
o
$refiltro *eringa de microfibra de vidrio.
8.1. A$t!to d $l&los!. Estos filtros *eringa incorporan una membrana de acetato de celulosa hidrófila con ba*o nivel de adsorción, por lo que son especialmente indicados para la filtración de muestras acuosas y biológicas. Son el m!todo más recomendable para filtrar de una manera rápida, sencilla y fiable, líquidos en pequeos vol'menes 2hasta ?66 ml/. Se recomienda utilizar la porosidad de 6,B cultivos celulares, soluciones biológicas...
Q
m para esterilizar soluciones acuosas,
La porosidad de 6,H Q m se utiliza para purificaciones de las soluciones antes descritas. $orosidades mayores se recomiendan para clarificaciones o como prefiltros de membranas de porosidad más ba*a. Estas *eringas pueden disponerse no est!riles o est!riles 2embolsadas individualmente/.
8.2. Cl&los! r/"r!d! Estos filtros *eringa incorporan una membrana de celulosa regenerada hidrofílica con e-celente compatibilidad frente a disolventes orgánicos, por lo que son especialmente indicados para clarificaciones o esterilizaciones de muestras orgánicas o mezcla de muestras acuosasno acuosas. $ueden autoclavarse. Las aplicaciones de estas *eringas son m'ltiples, una de las más interesantes es la esterilización de muestras para O$L&. La elección del diámetro depende del volumen a filtrar" ;ol. R ? ml H mm ;ol. R ml ? mm ;ol. R ?66 ml B mm
8.3. PTFE :idro(+i$o. Estos filtros *eringa incorporan una membrana de $3E, material hidrófobo con e-celente compatibilidad con muestras agresivas, lo que los hace especialmente 'tiles para la esterilización de disolventes puros o muestras agresivas para O$L& o +&. #l no quedarse saturados con la humedad, tambi!n se recomienda para la filtración est!ril de aire y gases. $ueden autoclavarse. La elección del diámetro depende del volumen a filtrar" ;ol. R ? ml H mm ;ol. R ml ? mm ;ol. R ?66 ml B mm
8.4. N;lo" Estos filtros *eringa llevan incorporada una membrana de
8.-. V"to Son unidades de filtración reutilizables que incorporan una membrana de $3E reforzada con una grasa de polipropileno para poder traba*ar a mayores presiones, en una carcasa de polipropileno. Son ligeras, apro-. B6 gramos, y de fácil cone-ión a fermentadores o contenedores. La gran superficie de filtración 2B6 cmT/ permite traba*ar con grandes flu*os de aire a ba*as diferencias de presión. Son autoclavables a ?B?M& 2al menos B6 veces/ o a ?AHM&.
8.. Priltro ri"/! d *i$roi+r! d #idrio. $refiltro que lleva incorporado un filtro de microfibra de vidrio, que asegura una eficacia del 5F7 de retención de partículas de 6,F Q m de tamao. Estos prefiltros *eringa resultan muy prácticos cuando hay que clarificar muestras con gran carga de solutos, para evitar la saturación de las membranas de porosidades pequeas 26,B6 Q m ó 6,H Q m/.
<. 6ICROFILTRACIÓN. La microfiltración es el proceso de separación de partículas de tamao inferior a ?6 mm de un fluido, líquido o gas. El mecanismo habitual por el que se produce la separación de partículas es la retención en superficie, que es la que se produce en la superficie de los filtros de membrana. +eneralmente, este tipo de filtros se caracteriza por tener poros con una estructura muy regular, lo cual garantiza niveles de retención muy fiables, de manera que podemos apro-imar, en algunos casos, hasta la cent!sima de micra, sobretodo en materiales como el policarbonato. $ara realizar procesos de microfiltración de manera óptima es muy importante seguir una serie de normas que nos facilitarán las tareas y me*orarán los resultados"
El #ol&*" d l! *&str! ! iltr!r " Es importante tener en cuenta cual será el volumen de la muestra que queremos filtrar. La tabla siguiente nos muestra el criterio apro-imado para definir el diámetro del filtro 2*eringa o membrana/ que recomendamos"
;olumen de muestra ml R? RE R ?66 R ?666
Iembrana mm
Uer inga
?A
H
?A
?E
BE
BE
HF
ml
El )oro d l! **+r!"! " Seg'n la finalidad de la filtración, necesitamos un diámetro de poro concreto. Seguiremos para ello la siguiente tabla"
3inalidad $r ef iltr ación &lar if icación $ur if icación Ester ilización
amao poro 2Q m/ V?,6 6,NE 6,HE 6,B6
El *!tri!l dl iltro" En primer lugar es importante conocer la naturaleza de la muestra fluido 2gas o líquido/. En caso de gas, la membrana debe ser de $3E. Si se trata de un líquido, es importante consultar la tabla de compatibilidades químicas, para ver cual es el material mas adecuado para cada caso. &4#:89+4># :E L9S 3(L89S IEI%8#<# W 3(L89S UE8(<+# $oro emp. Iá-. pO Iaterial &aracterísticas 2M&/ 2Q m/ #&E#9 :E Estructura uniforme del 6.B6 &EL4L9S# poro 6.HE Oidrófila ?G6 M& HG 6.NE %uena estabilidad t!rmica 6.G %a*a adsorción de proteínas <(8#9 :E &EL4L9S#
&EL4L9S# 8E+E
E3L=< 2$3E/
Estructura uniforme del poro Oidrófila %a*a adsorción Elevado caudal de líquidos Oidrófila %uena resistencia química %uena estabilidad mecánica Oidrófila +ran compatibilidad química %a*o contenido e-tractable Oidrófoba +ran resistencia química
$9L(%9<#9 Oidrófila %a*a adsorción $oros perfectos Iembrana transparente 3(%8# :E ;(:8(9 3iltro de profundidad +ran estabilidad biológica +ran capacidad de carga
SLA1 !"#S$%#& ' (%#(A%A)*+ D# LA !"#S$%A
?A6 M&
6.H 6.NE 6.G6 ?.B6 A.66 E.66
HG
G.66
?G6 M&
?G6 M&
6.B6 6.HE 6.B6 6.HE
A ?B
A ?H
BH6 M&
6.B6 6.HE ?.B6 E.66
? ?H
?H6 M&
6.?66 6.B6 6.H6 6.G6 A.66 E.66 G.66 ?B.66 ?H.66 B6.66
HKG
6.F
X
6 M& X 8etención
(-./ 44 de
<.1. Otros sist*!s d *i$roiltr!do. Se puede montar un microfiltro como el de la figura colocando una capa de algodón o lana de vidrio y encima un disco de papel de filtro de tamao e-acto al diámetro del aparato. Se compacta bien este soporte con ayuda de un vástago de vidrio.
ambi!n puede realizarse una filtración con un sistema como el que sigue. Se utiliza un filtro con placa porosa ayudada de succión.
1=. CRISOLES DE GOOC:. El crisol de +ooch es de porcelana y tiene el fondo perforado.
Se utiliza relleno de fibra de vidrio para filtrar o con un filtro de microfibra de vidrio.
11. CRISOLES CON PLACA FILTRANTE. El crisol de vidrio con placa filtrante posee una superficie filtrante de vidrio sinterizado de porosidad fina, media o gruesa, que va desde 66 hasta , seg'n la siguiente tabla.
$orosidad
:. medio poros en micras #plicaciones 66 B6 66 &omo soporte de productos sólidos 6 ?N6 B6 3iltración de partículas grandes ? ?66 ?N6 3iltración de precipitados bastos B H6 ?66 3iltración de precipitados medios A ?N H6 3iltración de precipitados finos H ?6 ?N 3iltración de precipitados muy finos E H ?6 3iltración de precipitados ultrafinos Los precipitados gelatinosos no deben filtrarse en crisoles con placa filtrante porque tapan los poros
Iuchos precipitados pueden ser eliminados del filtro, simplemente haciendo pasar una corriente de agua en el sentido contrario al de filtración. En las placas de porosidad fina" A, H, puede ser ayudada por una trompa de vacío. 2cuidado con aplicar una presión e-cesiva/. $ara las placas de porosidad fina es conveniente un lavado con acetona o alcohol etílico. &uando están sucios por polvo se lavan perfectamente con solución caliente de detergente. Los crisoles de placa filtrante no se deben utilizar con soluciones de álcalis en caliente. :espu!s de utilizarse, deben limpiarse cuidadosamente. La limpieza de los filtros con vidrio poroso se hace con detergente, agua y, en general, con ácido clorhídrico. $ero en el caso de que alg'n precipitado químico obture los poros deben limpiarse lavando con el reactivo adecuado. #lgunos e*emplos se citan a continuación. $r eci pitado
Limpieza con =-idos de hierro o cobre Ycido clorhídrico en caliente &loruro de plata #moniaco concentrado Sulfato de bario Ycido sulf'rico concentrado en caliente +rasas etracloruro de carbono Ycido sulf'rico concentrado en caliente al que Iaterias orgánicas se le aade nítrico
12. FILTRACIÓN CON 6E60RANAS. Los filtros de membrana tienen la estructura de un polímero y tienen poros e-traordinariamente finos. Son filtros de superficie y retienen todas las partículas con diámetro superior al poro de la membrana. Se encuentran disponibles en diferentes materiales, diámetros y porosidades. Los materiales utilizados son acetato de celulosa, nitrato de celulosa, nylon, teflón. Las **+r!"!s d $l&los! se utilizan en su mayoría en la filtración acuosa, como preparación de medios en microbiología. La membranas de nylon se pueden usar con solventes acuosos o algunos orgánicos como en la filtración de fases móviles en la cromatografía líquida 2O$L&/. Las **+r!"!s d PTFE tienen una e-celente resistencia química y se utilizan normalmente para la filtración de disolventes orgánicos agresivos. La membrana de $3E es hidrofóbica y a menudo se utiliza para la filtración y esterilización del aire. 8esiste los ?HZ&. Siempre se debe escoger el diámetro de membrana más pequeo, teniendo en cuenta la aplicación, el volumen a filtrar y el material necesario. El diámetro de poro más habitual es d! 6,H μm.
Las membranas, en contraste con los filtros de profundidad, no funcionarán a no ser que se les aplique presión o vacío. La filtración a vacío es generalmente usada en el laboratorio, pero no puede utilizarse en situaciones donde se produzca espuma, ya que puede producir desnaturalización de las proteínas. &uando se encapsula una membrana entre dos embudos de plástico el con*unto recibe el nombre de disco filtrante, y se utilizan como prefiltros o filtros y es una forma rápida de filtrar pequeas cantidades de líquido. La succión se produce con una *eringuilla. Entre las principales aplicaciones de las membranas tenemos"
L!+or!torio
A)li$!$io"s
+eneral
3iltración est!ril o ultralimpieza Esterilización de gases y aire #nálisis de sedimentos
Iicrobiológico
8ecuento de colonias bacterianas totales :eterminación de E. &oli y coliformes Separación de levaduras y hongos
13. SISTE6AS DE FILTRACIÓN. La filtración de productos químicos en el laboratorio o en la industria puede lograrse por varios m!todos" a/ # presión normal o por gravedad. b/ En caliente. c/ En vacío.
13.1. Filtr!$i(" ! )rsi(" "or*!l o )or /r!#d!d. :oblado el papel de filtro adecuadamente, se mo*a con una pequea parte del líquido a utilizar y se aade !ste deslizándolo por una varilla. Si queda precipitado sin descender, se lava con frasco lavador, con poco agua, a fin de no aumentar e-cesivamente la solubilidad del precipitado. Lavado el vaso y el precipitado, se recoge todo con !ste en el fondo del papel de filtro y se de*a escurrir totalmente.
13.2. Filtr!do ! +!! )rsi(". La trompa de agua o la bomba de vacío, son los aparatos que se emplean para producir succión o vacío en una filtración de estas características. La trompa de agua cuando el vacío no debe ser muy acusado, del orden de ?6? mm. de Og) y la bomba de vacío, generalmente del tipo rotatorio de paletas para vacíos de hasta 6,66? mm. de columna de mercurio.
Las soluciones de líquidos muy volátiles y soluciones calientes no se filtran bien, ya que la succión puede ocasionar e-cesiva evaporación del disolvente, que enfría la solución causando precipitación del soluto, y por tanto obturación de los poros. Los aparatos de vacío indicados se conectan a embudos %Jchner, crisoles con placa porosa, crisoles de +ooch, Pitasatos o desecadores especiales.
Se a*usta al fondo un círculo de papel de filtro o de fibra de vidrio suficiente para cubrir las perforaciones. Es humedecido y sellado por un ligero vacío. Se va filtrando el líquido previamente decantado, dirigi!ndolo con la varilla policía hacia el centro del papel, y con un ligero vacío hasta que el sólido haya rellenado los poros del pa pel de forma que lo prote*a de una posible rotura. Se incrementa entonces el vacío y se aade el resto de sólido. Los precipitados pueden ser secados por una corriente de aire mediante vacío. Siempre que hagamos una cone-ión a vacío el sistema debe protegerse con una [trampa\ 2frasco de oulf/, que tiene por misión evitar la entrada de agua desde la trompa al recipiente donde se hace el vacío.
Se a*usta al fondo un círculo de papel de filtro o de fibra de vidrio suficiente para cubrir las perforaciones. Es humedecido y sellado por un ligero vacío. Se va filtrando el líquido previamente decantado, dirigi!ndolo con la varilla policía hacia el centro del papel, y con un ligero vacío hasta que el sólido haya rellenado los poros del pa pel de forma que lo prote*a de una posible rotura. Se incrementa entonces el vacío y se aade el resto de sólido. Los precipitados pueden ser secados por una corriente de aire mediante vacío.
13.3. Filtr!do i"#rtid!. &uando se tenga que filtrar mucho líquido con poco sólido se hace la filtración invertida que se muestra en la figura"
SEPARACIONES :IDRA>LICAS. SEDI6ENTACIÓN 1. CONSIDERACIONES GENERALES. $odemos considerar en las separaciones hidráulicas dos tipos de operaciones a realizar. a/ Separación de sólidos de los líquidos en que están suspendidos, operación denominada S#D*!#$A)*+/ b/ Separación de dos o más sólidos entre sí, distintos por su tamao o por su peso específico, mediante un fluido separador. &uando la separación es por tamaos se llama )LAS*5*)A)*+ 6*D%A7L*)A) si la separación se efect'a por pesos específicos se conoce como )&)#$%A)*+/ Los fundamentos de la sedimentación, la clasificación y la concentración hidráulicas son muy parecidos. Estudiaremos básicamente la sedimentación y tras su estudio se aplicarán los conocimientos a los otros procedimientos. ambi!n hablaremos de la separación o concentración por 3L9#&(=<. En la sedimentación utilizamos la fuerza de la gravedad para hacer caer la materia sólida suspendida en un líquido. El m!todo consiste habitualmente en de*ar reposar el líquido el tiempo suficiente para que sedimenten las partículas sólidas por acción de la fuerza de la gravedad. Los equipos de sedimentación tienen forma de conos. &uando e-isten partículas difíciles de sedimentar, se aaden al líquido sustancias floculantes que consiguen formar con estas partículas un aglomerado de mayor tamao que sedimenta. El mecanismo de formación de flóculos está influenciado por las cargas electrostáticas de las partículas.
2. 6ECANIS6OS DE LA SEDI6ENTACIÓN DE PART?CULAS EN EL SENO DE UN L?@UIDO. Si en un recipiente con agua se de*an caer por su propio peso un con*unto de partículas de distinto peso específico 2cuarzo y galena, p. e*./, pero todas ellas de id9ntico tama:o ; forma, las más densas, que en este caso serían las de galena, llegan al fondo antes que las de cuarzo. erminada la sedimentación, se encontrarán ambos materiales en dos capas superpuestas en el fondo del recipiente. La capa inferior será la de galena) sobre !sta se habrá sedimentado una capa de partículas de cuarzo. Se tiene con esto un principio de separación. Si las partículas de los citados materiales tienen tama:os distintos, las más grandes de cada especie caerán con mayor velocidad. Si los tamaos utilizados están dentro de ciertos límites, las capas sedimentadas en el fondo de la vasi*a pueden estar constituidas así 2de aba*o arriba/" )apa ?" +ranos gruesos de galena, sedimentados con velocidad u1/ )apa B" +ranos finos de galena ] granos gruesos de cuarzo, partículas que se han sedimentado con la velocidad u
SLA1 !"#S$%#& ' (%#(A%A)*+ D# LA !"#S$%A
(-./ 88 de
;olviendo al e*emplo anterior, y supuesto que el líquido se desplace de aba*o hacia arriba, es evidente que si la velocidad del líquido, u f , es superior a u1 , no caerá ninguna partícula al fondo de la vasi*a, !stas podrán ser arrastradas por el fluido ascendente) si u f es menor que u 1 pero, a su vez, mayor que u< , el fluido arrastrará todo el sólido menos los granos gruesos de galena que componen la capa ?, que serán los 'nicos que caerán y con una velocidad igual a" u? uf # continuación se estudian cuantitativamente estos fenómenos con dos f inalidades" ?. $oder llegar a deducir el di-metro de una partícula o grupo de partículas, conocida su velocidad de sedimentación, lo que tiene aplicación para efectuar análisis granulom!tricos por vía hidráulica , y B. &onocido el diámetro 2o la dimensión media entre dos tamices/ correspondiente a una partícula o grupo de ellas, poder establecer su velocidad de caída. 4na vez conocida !sta será posible deducir la velocidad u f que deberá darse a un determinado fluido para que pueda efectuar determinadas separaciones.
3. SEDI6ENTACIÓN DE UNA PART?CULA ESFRICA EN EL SENO DE UN L?@UIDO. Supongamos por el momento, y para mayor sencillez, una partícula e-actamente esf9rica, de densidad ρs, que acabamos de depositar en el seno de un líquido en reposo cuya densidad es ρ y cuya viscosidad es μ. Sea D el diámetro de la citada partícula. Si ρs V ρ , la partícula descenderá en el seno del líquido sometida a la fuerza de atracción terrestre. #n el vacío, dicha partícula ba*aría con movimiento uniformemente acelerado) pero en el seno del líquido, al movimiento de descenso se oponen dos fuerzas" una es la de flotación de la partícula, y la otra la de rozamiento. Es evidente por tanto que la caída de la partícula se ve frenada de manera progresiva, por lo que llegará un momento en que la aceleración sufrida por la partícula se pueda considerar nula, sedimentándose entonces aqu!lla con una velocidad constante, u, a la que llamaremos V#L&)*DAD L>!*$# .
Este razonamiento está e-puesto gráficamente en la figura anterior, en la que puede verse que, llegado un cierto tiempo, la velocidad de la partícula se puede considerar prácticamente como constante. El análisis granulom!trico para estos tamaos de partícula utiliza la relación entre la velocidad de caída de una esfera en un líquido 2Ley de Sto1es/. #l hacer un balance de fuerzas a una partícula esf!rica que se mueve en el seno de un líquido resulta" $ES9 K EI$4UE C 34E8^# :E 89^#I(E<9
&onsiderando partículas esf!ricas, la fuerza de rozamiento seg'n la Ley de Sto1es"
Simplificando y despe*ando queda que la velocidad límite de una partícula esf!rica en un líquido es"
W despe*ando el diámetro queda"
donde" P C constante que engloba algunos de los t!rminos anteriores y depende de la temperatura L C longitud que recorre una partícula esf!rica 2cm/ t C tiempo que tarda una partícula en desplazarse en sentido vertical L centímetros 2s/ g C aceleración de la gravedad 2 cm@s B/ : C diámetro de la partícula supuesta esf!rica 2cm/ ρs
C es la densidad del sólido 2 g@cm A/
ρl
C es la densidad del líquido 2 g@cm A/
μ
C viscosidad del líquido 2g@2 cm.s /.
Iediante esta fórmula se puede calcular el tiempo que tarda una partícula de determinado tamao en sedimentar.
Ejemplo:
Determinar el tiempo que tardar- una partícula de suelo de B μm de densidad B,N .?cm0 en descender 1 cm en una suspensión acuosa a B6 M& Aplicando la fórmula ; sustitu;endo la densidad del a.ua C ? .?cm0 ; la viscosidad del a.ua C ? . ?6B .?@cm/s se tieneB
Despejando tiempoB
#sto si.nifica que una partícula de suelo de B μ m @,< cm supuestamente esf9rica tardar- 3 Coras en descender @decantar 1 cm. #ste valor se corresponde con la definición de arcilla como partículas con di-metro efectivo R B μ m ; velocidad de sedimentación equivalente a 1 cm en G Coras a < E)/ @Sociedad *nternacional del Suelo/
4. LA SEDI6ENTACIÓN EN LA PRBCTICA. En la práctica hay varias causas que se oponen a que las fórmulas y m!todos de cálculos e-puestos resulten e-actos. a/ 4na de ellas es que las partículas difícilmente pueden considerarse como esferas. b/ La otra causa tiene como origen la presencia de muchas partículas que se influyen mutuamente. #/ Se podría realizar una simulación de cálculo haciendo una corrección dependiendo de la forma de las partículas a estudiar tal y como se representa en la tabla anterior. %/ Sedimentación con*unta de muchas partículas. En el caso general y más real en que no se trata de una sola partícula sino de muchas que se sedimentan con*untamente, puede ocurrir que se aglomeren varias de ellas 2coagulación o floculación/ alterándose el tamao @D y la forma de las unidades iniciales, por lo que la velocidad límite, u, se altera tambi!n haci!ndose mayor. $or eso, cuando con fines de clarificación, p. e*., interesa elevar la velocidad de sedimentación de las partículas de un líquido turbio, se le aaden pequeas cantidades de sus tancias floculadoras/ _ste es el caso de la depuración de aguas. #nálogamente, para hacer estables algunas suspensiones sólidolíquido se utilizan adiciones convenientes de sustancias desfloculadoras o dispersantes. $or otra parte, la e-istencia en el sistema de numerosas partículas sólidas determina una disminución de la velocidad de caída deducida seg'n las fórmulas anteriores. En efecto, en dichas fórmulas figura la densidad del medio en el que tiene lugar la separación, la cual se ha identificado con la del líquido, cuando en realidad, si la dispersión es muy concentrada, la densidad del medio será la de la dispersión, ρd 2masas de líquido ] sólido @volumen total/. 9tro tanto cabe decir de la viscosidad, que no será la del fluido dispersor, sino la de la suspensión, μ d / Oay que tener en cuenta, además, que si las partículas son hidrófilas su solvatación determina alteraciones de la viscosidad difíciles de prever cuantitativamente, y variaciones de esta propiedad por presencia de electrolitos. ambi!n ha de hacerse notar que la velocidad de sedimentación de las partículas es distinta si estas son redondeadas o angulosas.
-. LA SEDI6ENTACIÓN CO6O 6TODO DE SEPARACIÓN SÓLIDOFLUIDO. La sedimentación sencilla es lenta) por eso se emplea lo menos posible como m!todo de separación de sólidos y líquidos. &uando se utiliza, los cálculos 2desde el punto de vista funcional/ de un recipiente de sedimentación se suelen reducir a determinar el tiempo que el líquido tardará en estar claro a una cierta altura. 9 fi*ar la altura del depósito conocido lo demás. En todo caso, este cálculo supone establecer la velocidad de caídalímitede las partículas más finas contenidas en el líquido turbio) y como la citada velocidad es constante, dividiendo la altura que han de recorrer las partículas por dicha velocidad, se obtiene el tiempo de sedimentación. El cálculo e-acto es algo más comple*o, porque ni la viscosidad ni la densidad de la suspensión son constantes durante el proceso, pues varían con el contenido en fase sólida suspendida y, por tanto, a lo largo del tiempo.
$ara la sedimentación y decantación en gran escala se utiliza el decantador Dorr, que opera en r!gimen continuo. ;iene a consistir este aparato en un gran recipiente cilíndrico, de fondo plano y alta relación diámetro@altura. &oincidiendo con el e*e del recipiente se instala un e*e mecánico vertical, que gira muy lentamente, en cuyo e-tremo inferior hay un rodete de cuatro o más paletas tan largas que casi tocan las paredes del depósito, y situadas de forma que casi rocen el fondo plano de aqu!l. Estas paletas llevan unas aletas rascadoras dispuestas con tal ángulo de ataque que al girar el e*e barren el sólido sedimentado en el fondo hacia la parte central, donde hay una .salida para el lodo concentrado 2poca agua y mucho sólido/. El aparato se alimenta por una tubería que viene de la parte superior y que desemboca en la zona turbia para que la llegada continua de la suspensión no altere apreciablemente el r!gimen de sedimentación. El líquido claro sale por la parte superior, y descarga en un canalrebosadero que abraza el depósito.
# veces se construyen aparatos con dos o más fondos. En tal caso, el aparato lleva tantos rodetes como fondos. 9tra variante la constituyen los aparatos que tienen fondo troncocónico 2la base menor aba*o/ para favorecer la evacuación del sólido sedimentado. Estos sedimentadores se definen en su aspecto funcional por la relación diámetro@altura que haya de darse al depósito para que el tiempo de residencia del líquido en !l baste para que el sólido haya llegado al fondo.
. LA SEDI6ENTACIÓN CENTR?FUGA. En muchas ocasiones se utiliza la sedimentación combinada con la aplicación de fuerzas centrífugas cuya acción equivale a aumentar considerablemente el peso de las partículas y, por tanto, a obtener velocidades de sedimentación muy elevadas. La sedimentación centrífuga se utiliza industrialmente para la separación de polvos suspendidos en gases. &on tal fin se emplean los ciclones y los separadores de aire 2separadores centrífugos/. En los primeros, representados en la figura, el aire o el gas cargado de polvos entra tangencialmente y a elevada velocidad en un cuerpo cilíndrico. La fuerza centrífuga creada por el movimiento rotacional despide el polvo hacia las paredes donde, por choque, pierde la velocidad y cae, recogi!ndose por la parte inferior. El aire despolvado sale por la parte superior. La figura en esquema ilustra sobre las dimensiones relativas de un ciclón de alto rendimiento.
Los separadores centrífugos traba*an en forma parecida a los anteriores. Se diferencian de los ciclones en que en este caso el movimiento rotacional del producto se obtiene mediante el rápido giro de un disco, al que acompaa tambi!n el de un rodete de paletas cuya misión es crear unas corrientes de aire que permiten la clasificación del polvo. La figura da idea de estos aparatos y de la forma en que traba*an. Estos separadores de polvo se utilizan corrientemente en circuito con los molinos de finos, haciendo circular por el molino una corriente de aire que a la vez que act'a como refrigerante e-trae el polvo cuya presencia disminuye los rendimientos de la molturación. El aire cargado se pasa por el separador, el cual da una fracción .ruesa, que se vuelve al molino, y una fracción fina que se aprovecha directamente.
5. ANBLISIS GRANULO6TRICO POR SEDI6ENTACIÓN. Se utiliza en muchas ocasiones la sedimentación con el mismo ob*eto analítico que el tamizado. El procedimiento tiene especial inter!s cuando el tamao de partículas es tan pequeo que el análisis de tamizado de*a de dar resultados satisfactorios. El tamao mínimo para el cual de*a de ser aplicable este análisis se encuentra alrededor de 6,? μm 2?6 cm/. Son muchas las industrias que utilizan este procedimiento, en especial las de pigmentos y pinturas, las de materiales cerámicos finos y las de cemento, entre otras. E-isten varias t!cnicas para realizar estos análisis que traba*an con el líquido en reposo. ambi!n podemos utilizar equipos que miden la densidad óptica de una suspensión mediante medidas de la permeabilidad luminosa. #sí operan los llamados turbidímetros.
8. CLASIFICACIÓN Y CONCENTRACIÓN :IDRA>LICA. :os razones hay para que la separación de sólidos entre si, mediante un líquido, no se efect'e por simple sedimentación" la lentitud que, por lo general, acompaa a esta operación, y la dificultad de recoger separadamente las dos o más fracciones sedimentadas. Estas dificultades se tratan de evitar mediante los m!todos de clasificación y concentración practicados con los fluidos en movimiento.
8.1. Cl!sii$!$i(" 'idr&li$!. Supongamos en primer lugar que se trata de una sola sustancia y admitamos para mayor sencillez que no posee más que dos tamaos de grano, D1 y D< , ocurriendo que D1 R D
Es evidente que habrá una velocidad del aire con la que serán arrastradas las partículas más pequeas pero no las grandes. 4? C velocidad de sedimentación de las partículas pequeas 4B C velocidad de sedimentación de las partículas grandes. Si la velocidad del aire es inferior a 4 ? , ambos tamaos caerán al fondo del cilindro y no habrá separación) si la velocidad del aire es igual a 4 l, las partículas pequeas se mantendrán teóricamente en suspensión y las más grandes caerán al fondo) si la velocidad del aire es intermedia entre 4 ( y 4B , los granos finos salen arrastrados por la corriente por la parte superior, donde pueden recogerse aisladamente, mientras los gruesos caerán a la parte inferior) y si la velocidad del aire es igual a 4 B , los granos finos salen arrastrados, como antes, mientras los gruesos podrían acumularse en el cuerpo cilíndrico, mantenidos en suspensión. $or 'ltimo, si la velocidad del fluido supera a 4 B , todo el producto sale arrastrado por la parte superior) no hay separación en este caso, y lo que se ha conseguido es un transporte neum-tico/ Este medio de transporte se emplea en las industrias que mane*an sustancias pulverulentas en cantidad, cual es la industria de cementos. En el e*emplo de la figura se trata sólo de dos tamaos. Si fueran tres, al esquema de la figura habría de aadírsele un segundo cilindro vertical. La velocidad en el primer cilindro será tal que permita la caída de la fracción más gruesa, saliendo las otras dos arrastradas al segundo cilindro. _ste habría de tener una sección mayor que el precedente para que sin variar el flu*o de airela velocidad del gas fuera menor y permitiera la deposición de las partículas de tamao intermedio y el arrastre de las finas. En general, para clasificar un material en < fracciones de distintos tamaos serán necesarios 2< K ?/ c!lulas clasificadoras.
8.2. Co"$"tr!$i(" 'idr&li$!. &uando, como es muy frecuente, se trata de separar dos o más productos de distinta naturaleza, puede ocurrir que tengan tamaos iguales o distintos. Supuesto que los tamaos fueran iguales, es fácil ver que la separación será siempre posible, pues u V uF /$ara llevar a cabo la separación bastará que el fluido circule con una velocidad intermedia entre u y uF/ $ero el caso más real y general es que tengan que separarse dos o más sustancias con tamaos de grano no 'nicos, ya que si las fracciones que se someten a concentración han sido aisladas por tamizado, e-istirá siempre una gama de tamaos cuyos límites superior e inferior estarán determinados por las aberturas de los tamices que se utilizaron para el aislamiento. :ependiendo de los casos, no siempre será posible la separación de estas sustancias, ya que habrá partículas de la sustancia ligera y de tamao grande con una velocidad de sedimentación a otras partículas de la otra sustancia y con tamao más ligero. Las separaciones con fluidos en movimiento tienen venta*a sobre las que se efect'an en líquido quieto porque permiten traba*ar con intervalos más amplios entre tamaos de partículas.
SLA1 !"#S$%#& ' (%#(A%A)*+ D# LA !"#S$%A
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8.3. A)!r!tos &tili!dos " l! s)!r!$i(" 'idr&li$!. #unque se suelen designar generalmente con el nombre de clasificadores, en realidad pueden efectuar operaciones de tales clasificadores o de concentradores. # continuación veremos los aparatos más característicos. 1/ Las cajas clasificadoras, como la representada en la figura, están constituidas por un gran recipiente dividido en varios compartimientos por tabiques que parten del fondo pero son de poca altura. La ca*a se alimenta de suspensión por la parte superior, penetrando aqu!lla horizontalmente y en forma continua. En los diversos compartimentos del fondo se recogen las partículas ordenadas seg'n su tamao y densidad.
ambi!n aquí la corriente es horizontal, pasando la suspensión primero sobre la ca*a más pequea, donde se depositarán las partículas más gruesas y más densas. Los restantes tamaos o materiales se separarán en ca*as sucesivas, seg'n sus características. Los productos recogidos en cada ca*a se e-traen continua o periódicamente por unos tubos de descarga doblemente acodados, que se pueden apreciar en la parte ba*a derecha de la figura de referencia. La desventa*a principal de estos aparatos es que necesitan grandes cantidades de agua, tanto por el sistema de e-tracción de los sedimentos como por la necesidad de reponerla periódicamente en algunas instalaciones en las que se llega a formar un lodo o barrillo permanente que interfiere la marcha de la clasificación y que es antieconómico clarificar. 0/ Separador de cono sencillo/)onsiste en un cono, generalmente de chapa, invertido 2base menor aba*o/ y con el e*e vertical. La suspensión penetra por la parte superior) por la inferior se hace llegar una corriente de agua que arrastra los finos y permite la deposición de los gruesos. &uando se emplean estos aparatos se disponen varios en serie para poder obtener una clasificación más neta del producto. 4/ Separador de doble cono. Está representado en la figura y constituye un notable perfeccionamiento de los aparatos de cono sencillo. La separación entre el cono superior y el inferior se puede variar a voluntad, elevando o ba*ando el primero mediante un husillo 2no representado en la figura/. :e esta manera, al variar el espaciado entre ambos conos se puede graduar la velocidad de circulación del agua a su trav!s y adaptar el aparato a muy diversas circunstancias sin variar la cantidad de agua puesta en *uego. &omo indica la figura, los finos se recogen por un canal lateral situado en la parte superior) los gruesos salen por la parte ba*a del sistema.
" %eolavador/#s un aparato muy utilizado por la industria carbonera para la clasificación del carbón bruto. &omo indica la figura esquemática, traba*a este aparato en corriente descendente ascendente. El cambio de dirección de la corriente 2?G6 6/ tambi!n es favorable a la clasificación. $or la parte inferior, mediante un sin fin, p. e*., se recoge el producto clasificado en el fondo de la c!lula. Se suelen emplear varios aparatos en serie.
2/ )lasificador DorrB #st- representado en la figura. La suspensión penetra por un canal situado sobre el nivel del líquido. En el fondo inclinado de la artesa se depositan los sólidos a separar, los que son retirados por el movimiento de vaiv!n de un rastrillo que los hace ascender por el plano inclinado y los empu*a hacia afuera 2a la derecha, en la figura/.
El rastrillo se acciona mediante un mecanismo de palancas combinadas de forma que cuando avanza el rastrillo 2hacia la izquierda, en la figura/ va levantado unos centímetros sobre el fondo inclinado, y al retroceder se desliza sobre !ste para apurar la e-tracción del sedimento. Iediante un tornillo de tensión 2parte superior derecha de la figura/ se puede levantar el rastrillo de manera que al pararlo no quede bloqueado por los sólidos que se depositarían sobre !l.
FLOTACIÓN 1. CONCENTRACIÓN POR FLOTACIÓN. #unque de muy distintos fundamentos que la concentración hidráulica, la separación por flotación tiene de com'n con ella la finalidad perseguida y que en ambos, casos se emplea un fluido separador, que en el caso de la flotación es siempre el agua. 9tro punto de analogía podría ser el hecho de que en arribos m!todos se utilizan los sólidos en un estado de subdivisión mecánica bastante elevado. Sin embargo, la concentración hidráulica se basa en que cuerpos de distinta naturaleza tienen distinta densidad, mientras que la flotación utiliza para la separación las distintas propiedades superficiales de las sustancias.
2. FUNDA6ENTOS DE LA SEPARACIÓN POR FLOTACIÓN. Sea, p. e*., un mineral mi-to de sílice y galena, que se trata de concentrar. Se comienza por moler convenientemente el mineral al ob*eto de que se obtengan gránulos no mi-tos, sino de sílice y sulfuro de plomo por separado, y que la especie a flotar tenga un buen desarrollo superficial. Supongamos que se ha conseguido la disgregación mecánica en un ?66 7. La molturación se suele practicar por vía h'meda, es decir, alimentando el molino con agua y mineral simultáneamente) así se obtiene un lodo o barro mineral. Si por cualquier medio se introduce en esta suspensión acuosa una corriente de aire, se forma una espuma que arrastra a la galena, cayendo la sílice al fondo sedimentada. Separada la espuma, la recuperación de la galena que contiene es ya un problema sencillo. La sílice va al fondo porque la naturaleza de su superficie es tal que a sus partículas puede mojarlas el agua con rapidez y totalmente, y como son más densas que el agua, se sedimentan. $or el contrario, la galena presenta una superficie que se de*a mojar me*or por el aire que por el agua 2es más aerófila que hidrófila/ por lo que !sta no llega a mo*ar los gránulos de galena, al menos totalmente) la capa de aire se resiste a ser desplazada por el agua. En presencia del aire insuflado, la galena contenida en el lodo forma un sistema trifásico .alenaespuma 2o lo que es lo mismo, galenaaireagua/ cuya densidad global es menor que la del medio, por lo que el comple*o asciende a la superficie. &omo se trata de fenómenos de superficie, tanto el mineral como el aire conviene introducirlos en la c!lula de flotación en un estado de división bastante elevado para que sea má-ima su superficie específica. El carácter más o menos hidrófilo de una superficie se puede evaluar midiendo el ángulo de contacto. Se entiende por tal el formado por la tangente en el punto de contacto de las tres fases con la superficie de la fase sólida. En la figura se han dibu*ado cuatro casos. En ella se puede apreciar cómo el ángulo de contacto, `, es tanto mayor cuanto menos mo*a el líquido a la
superficie 2porque el aire no se de*a desplazar por el líquido/. El ángulo de contacto má-imo será de ?G6Z, correspondiendo a superficies teóricas que no se mo*an nada, que son ?66 7 hidrófugas 2caso d en la figura/.
El ángulo de contacto, al ser una e-presión de la afinidad relativa del sólido por las mol!culas del líquido y el gas, dependerá de la naturaleza de las tres fases.
3. REACTIVOS DE FLOTACIÓN. $ara me*orar los rendimientos o, en ocasiones, para hacer posible la flotación diferencial de una mezcla de especies minerales, es preciso aadir al bao pequeas cantidades de ciertos reactivos, a los que seg'n su función se les denomina" ?. Espumantes. B. &olectores. A. $romotores. H. Iodificadores. a. (nhibidores o depresores b. #ctivadores La acción de todos los reactivos de flotación resulta favorecida por la temperatura, ya que !sta tiene un efecto positivo sobre los fenómenos en que se basa dicha acción 2adsorción o reacciones químicas/.
3.1. R!$ti#os s)&*!"ts. Se utilizan para evitar que las burbu*as de aire se puedan reunir al alcanzar la superficie libre del agua, destruy!ndose la espuma. Su empleo, pues, conduce a la formación de espumas persistentes que permiten la separación fácil del mineral flotado. Los reactivos espumantes deben ser sustancias poco solubles y no ionizables, las que al concentrarse en las superficies aireagua que limitan las burbu*as reducen la tensión interfacial del agua. Se emplean con tal fin los alcoholes alifáticos relativamente pesados) el he-ílico re'ne buenas propiedades, pues los inferiores a !ste en la serie homóloga son demasiado solubles, y los
superiores al octílico son ya prácticamente insolubles. Se emplean tambi!n los ácidos cresílicos, mezclados a veces con algo de petróleo. Los aceites de pino y de eucalipto se usan igualmente con gran frecuencia. Las cantidades en que se aplican estos productos son del orden de B6 a B66 g por tonelada de mineral, seg'n su mayor o menor capacidad espumante. Los *abones no se emplean como espumantes, aunque sus propiedades son muy buenas en este aspecto, porque reba*an la tensión superficial del bao, dificultando la flotabilidad.
3.2. Col$tors ; )ro*otors. Estos productos son adsorbidos por la superficie del sólido a flotar, sobre la que forman capas muy finas que modifican su mo*abilidad. La diferencia entre unos y otros es sólo de matiz" los promotores parece ser que se adsorben formando una capa monomolecular, mientras que los colectores pueden formar capas de mayor espesor. Las sustancias más utilizadas como colectoras o promotoras son" Los -antogenatos, de fórmula general
3.3. R!$ti#os *odii$!dors. #dsorbidos por la superficie del sólido modifican la naturaleza de !sta y, con ello, su afinidad natural para la fi*ación del colector o promotor. 4n e*emplo clásico de acción modificadora es el del sulfato de cobre, que aadido a .los minerales de S^n 2esfalerita/ da lugar a la formación superficial de S&u, sustancia más fácil de flotar que el S^n. Son tambi!n modificadores los sulfuros alcalinos, que por sulfurar la superficie de los minerales o-ídicos o carbonatados. (ncluso el cuarzo, que tiene un ángulo de contacto muy pequeo, se puede hacer flotar previa su modificación superficial con metales pesados y empleando *abones como colectores. Los agentes modificadores no act'an siempre por adsorción. # veces, se dan acciones de tipo puramente químico, cual las dobles descomposiciones.
4. APARATOS E6PLEADOS PARA LA FLOTACIÓN. &omo este m!todo de concentración se aplica casi siempre a cantidades muy grandes de minerales, se necesita disponerlo generalmente en r!gimen continuo. Los minerales se muelen en h'medo) el lodo obtenido pasa continuamente a un recipiente con agitador donde se incorporan los reactivos de flotación necesarios. La suspensión pasa de aquí a las c!lulas de flotación, que en esencia consisten en grandes recipientes abiertos, en los que por alg'n procedimiento penetra por su parte inferior una corriente de aire muy subdividida. La entrada de suspensión es continua. La espuma recogida en la parte superior se descarga conti nuamente y, aparte, se e-trae de ella la mena que contiene) la fracción mineral que no flota generalmente la ganga sigue en suspensión en el agua y en esta forma abandona el aparato. Las c!lulas de flotación pueden clasificarse en neumáticas y mecánicas, seg'n el procedimiento por el que se obtenga la introducción del aire en el lodo mineral. #. continuación se describen brevemente algunos tipos. 1/ )9lulas neum-ticas/ El aparato clásico de flotación es de tipo neumático, y se conoce como c!lula de &allo. Está representado en la figura.
&omo indica la figura, la suspensión penetra por la parte izquierda de la c!lula, atravesándola longitudinalmente 2de izquierda a derecha en la figura/. En su recorrido, la suspensión encuentra una corriente ascendente de aire 2de burbu*as/ cuya misión es arrastrar el mineral flotable a la espuma y mantener el bao en continua agitación. #l final de su recorrido en el aparato, la parte de mineral no flotada sale clasificada en dos corrientes" en la superior van los granos finos y en la inferior los gruesos. Esta clasificación permite recoger unas colas total o casi totalmente e-entas de mena, y que se desechan como est!riles, mientras que la otra fracción de las colas se puede utilizar nuevamente, previo acondicionamiento.
