PROCESAMIENTO DE MINERALES HIDROCICLONES
CLASIFICACIÓN •
Después de la liberación de los minerales de la mena por trituración, molienda y tamizado, la separación de los minerales por tamaño es llevada a cabo por un proceso de clasificación.
CLASIFICACION •
Consiste en separar partículas de varios tamaños, formas y gravedades específicas en fluidos como agua o aire, bajo la influencia de fuerzas gravitacionales o centrífugas.
CLASIFICACIÓN •
•
En un principio deben hacer la clasificación basados en el tamaño de la partícula más que en otras propiedades. Las partículas más pesadas alcanzan el fondo del recipiente más rápidamente que las partículas más livianas.
ASPECTOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS PARTÍCULAS Las partículas más pequeñas caen más lentamente en fluidos que las grandes. • También tienen menos inercia, y tienden a comportarse como el medio o fluido. •
Fe
Fg
ASPECTOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS PARTÍCULAS •
En movimientos de vórtice, las fuerzas centrífugas tienen gran influencia en las partículas grandes.
TIPOS DE CLASIFICADORES CLASIFICADORES DE TAMAÑO CON AGUA
NO MECANICOS
CICLONES
CON AIRE MECANICOS
RASTRILLOS
ESPIRALES
CLASIFICACIÓN EN HIDROCICLONES •
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El hidrociclón es un aparato estático que utiliza fuerzas centrífugas para clasificar sólidos contenidos en una pulpa. Si los sólidos que alimentan al clasificador están suspendidos en aire, éste se denomina simplemente ciclón
HIDROCICLONES •
Se utiliza ampliamente en el procesamiento de minerales para clasificaciones en rangos tan gruesos como de 600 micrones y tan finos como de 10 micrones.
PRINCIPIO DE OPERACION Finos Corriente (-) Alimento
PRINCIPIO DE OPERACION •
Está basado en las fuerzas centrífugas generadas en su cuerpo cónicocilíndrico.
PRINCIPIO DE OPERACION •
El movimiento rotacional del fluido se produce por la inyección tangencial del fluido al interior del hidrociclón, ayudado por la forma especial de su geometría.
PRINCIPIO DE OPERACION •
Se genera una zona de baja presión a lo largo del eje vertical del equipo, por lo que se desarrolla una columna de aire en ese lugar.
PRINCIPIO DE OPERACION •
Las partículas se ven afectadas en el sentido radial por dos fuerzas opositoras: una hacia la periferia del equipo debida a la aceleración centrífuga y otra hacia el interior debido al arrastre del fluido.
ESQUEMA DE UN HIDROCICLON
PRINCIPIO DE OPERACION •
El flujo del hidrociclón es obligado a seguir una trayectoria tipo espiral hacia abajo debido a la forma del equipo y a la acción de la fuerza de gravedad.
PRINCIPIO DE OPERACION •
En la medida que la sección transversal disminuye, se superpone una corriente interior que genera un flujo ascendente a lo largo del eje central del equipo.
•
La mayor parte de las partículas finas abandonarán el equipo a través del orificio buscador de vórtice o vortex, localizado en la parte superior de la parte cilíndrica del equipo.
VORTEX
APEX
•
Los gruesos saldrán a través de un orificio de salida o apex ubicado en el extremo inferior de la sección cónica.
VORTEX
APEX
Cada uno de los componentes de la pulpa experimentan una velocidad radial, una velocidad axial (vertical) y una velocidad tangencial (horizontal), cuyo valor depende de la posición en la que se encuentren dentro del hidrociclón.
VELOCIDAD RADIAL
VELOCIDAD TANGENCIAL
REBOSE ALIMENTACIÓN
DESCARGA
UTILIDAD •
•
Han sido utilizados desde los finales de la Segunda Guerra Mundial. Es la industria minera el mayor usuario de los hidrociclones.
UTILIDAD •
También se aplica en la industria química, petroquímica, textil, metalúrgica, generación de potencia y otras.
INDUSTRIA MINERA •
Clasificación de líquidos.
•
Espesamiento.
•
Lavado de sólidos.
INDUSTRIA MINERA •
Clasificación de sólidos.
•
Operaciones de ordenamiento de partículas.
ALIMENTACIÓN
VORTEX
ZONA CÍLINDRICA
CONO
APEX
CARACTERISTICAS MECANICAS •
•
Es un dispositivo muy simple que no incluye partes móviles. Posee una forma cónicacilíndrica cuyo diámetro varía desde unos pocos milímetros a diámetros de 2 metros.
CARACTERISTICAS MECANICAS •
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Razón largo/diámetro varía de 1 a 2:1 hasta 8 ó 10:1. Peso de decenas de gramos hasta 1 tonelada
CARACTERISTICAS MECANICAS •
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Requiere potencia externa para su funcionamiento, la cual es provista por una bomba centrífuga. Esta energía del fluido en la alimentación es convertida en aceleración angular y lineal.
CARACTERISTICAS MECANICAS •
Aumenta la aceleración angular, aumenta la fuerza centrífuga, provocando la separación de las partículas ya sea por tamaño y/o gravedad específica.
CARACTERISTICAS MECANICAS •
En la parte superior de la sección cilíndrica existe un disco o plato , que es atravesado por un cilindro u orificio de salida denominado vortex. Es el orificio más grande que permite la salida de gran parte del líquido junto con los finos.
CARACTERISTICAS MECANICAS •
El fondo es comúnmente conectado con el cono o con otro cilindro.
PARAMETROS BASICOS •
Diámetro del hidrociclón DC, el cual corresponde al diámetro interno de la parte cilíndrica de la cámara de alimentación.
PARAMETROS BASICOS •
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Área de la abertura de entrada de la cámara de alimentación DI. Es un orificio rectangular que posee una dimensión mayor en el sentido paralelo al eje del hidrociclón.
PARAMETROS BASICOS •
•
A mayor área de entrada mayor podrá ser el caudal y la presión de alimentación, por lo tanto la caída de presión será mayor. La dirección de entrada de las partículas es otro factor importante en el tamaño límite de corte. Los dispositivos involutos reducen el tamaño de corte de la clasificación.
PARAMETROS BASICOS •
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Diámetro del vortex DV, que controla el tamaño de separación y el flujo de salida de pulpa. El tubo del vórtex debe tener una extensión hasta debajo del tubo de entrada para evitar el cortocircuito del material directamente hacia el rebose.
PARAMETROS BASICOS •
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Diámetros grandes de vortex incrementa la capacidad del hidrociclón pero se va a dar una separación de más cantidad de gruesos. Diámetros pequeños presentan el efecto inverso.
PARAMETROS BASICOS •
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La sección cilíndrica que constituye parte del cuerpo del equipo. Su función es proveer el tiempo de retención, dando mayor capacidad y reduciendo la velocidad tangencial.
PARAMETROS BASICOS •
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El ángulo de la sección cónica del hidrociclón está normalmente entre 10º y 20 º. Tiene como función dar el suficiente tiempo de retención al material.
PARAMETROS BASICOS •
Diámetro del Apex, DA, debe ser suficientemente grande para permitir que los sólidos que han sido clasificados para salir por la descarga, lo puedan hacer.
Diámetro del vortex DV L Diámetro de entrada DI DC Altura (h)
Diámetro del Apex (DA )
TAMAÑO DE CORTE •
100
Curva real
50
0
d50
El tamaño de corte d50 es el diámetro de partícula con el 50 % de recuperación o el 50 % de lo que se alimenta al hidrociclón.
Tamaño promedio de las partículas
VARIABLES DEL PROCESO •
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Concentración de la alimentación. Presión de la alimentación. Viscosidad de la mezcla. Gravedad específica.
CONCENTRACION DE LA ALIMENTACION •
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Es la más importante variable ya que se puede normalmente cambiar con la adición de agua. En circuitos de molienda se ajusta el tamaño del rebose con cambios en la velocidad de alimentación al molino o con la adición de agua.
PRESION DE ALIMENTACION •
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•
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Es la única otra variable que pueda ser ajustada. Normalmente se hace abriendo o cerrando las válvulas de alimentación. En algunos casos variando la velocidad de las bombas puede también cambiar la presión. Un cambio en la presión de alimentación no influye mucho en el rendimiento del hidrociclón.
PRESION DE ALIMENTACION •
La diferencia de presión entre la entrada del alimento y el interior del ciclón influye directamente sobre la fuerza centrífuga que experimentan las partículas al momento de la entrada.
PRESION DE ALIMENTACION Tamaño de
•
corte Capacidad
d50 Caída de presión
Entre mayor sea la caída de presión, mayor es el caudal y menor es el tamaño limite de corte, ya que partículas más pequeñas adquieren la fuerza necesaria para vencer la succión de la corriente de derrame y por lo tanto lograrán llegar al extremo opuesto del punto de alimentación, donde la fuerza centrífuga se encarga de retenerlas en el interior del ciclón hasta descargarlas por la corriente .
VISCOSIDAD DE LA SUSPENSIÓN •
•
La viscosidad de la suspensión raramente se conoce al momento de seleccionar un hidrociclón. La viscosidad de la suspensión está directamente relacionada a la densidad de los sólidos por el volumen y al área superficial total de los sólidos.
VISCOSIDAD DE LA SUSPENSIÓN •
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El efecto es una combinación de la concentración de los sólidos alimentados y la viscosidad del líquido utilizado. La temperatura es tan bien importante pero no es tomada en cuenta en la viscosidad de los fluidos.
GRAVEDAD ESPECIFICA •
Tamaño de corte
% de sólidos en peso
Un aumento de la densidad de la pulpa produce un flujo de mayor viscosidad y mayor interacción entre partículas, lo que hace que el tamaño de corte sea difuso, adicionalmente, aumenta el tamaño de corte.
GRAVEDAD ESPECIFICA •
Generalmente se trabaja con pulpas hasta del 30% en peso de sólidos, sin embargo, en algunas operaciones de clasificación posteriores a la molienda se alimentan pulpas hasta con 60% de sólidos, pero esto aumenta el tamaño de corte.
AREA DE ENTRADA •
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A mayor área de entrada mayor podrá ser el caudal y la presión de alimentación, por lo tanto la caída de presión será mayor. La dirección de entrada de las partículas es otro factor importante en el tamaño límite de corte. Los dispositivos involutos reducen el tamaño de corte de la clasificación.
DIAMETRO DEL HIDROCICLÓN •
Entre mayor sea el diámetro del buscador de remolino, mayor será la capacidad para aplicar la presión de succión y si se mantiene constante la presión de alimentación, menor será la caída de presión, por lo tanto el tamaño de corte se reduce y aumenta la capacidad de la clasificación.
DIÁMETRO DEL APEX •
Un tamaño insuficiente del apex reducirá la entrada de aire al ciclón disminuyendo el rendimiento de la clasificación, por el contrario un tamaño excesivo facilitará la salida excesiva de líquido y con él partículas muy finas sin clasificar. El ángulo adecuado generalmente varía entre 20 y 30º.
DISEÑO DE UN HIDROCICLÓN MÉTODO DE KREBS OBJETIVOS: La clasificación o separación que se requiere. El volumen o caudal de pulpa que se desea procesar.
CONDICIONES BASES •
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•
•
Líquido de alimentación: agua a 20 °C., Sólidos de alimentación: partículas de densidad específica de 2.65. Concentración de alimentación: menos de 1 % de sólidos en volumen. Pérdida de presión: 69 kPa. Geometría del hidrociclón: Hidrociclón estándar.
ETAPAS DEL DISEÑO • •
•
TAMAÑO DE SEPARACIÓN El tamaño de corte (d50) se define como aquel tamaño que tiene la misma probabilidad, 50 %, de reportarse al rebose como a la descarga. Por otra parte la forma usual de especificar el producto de un circuito de moliendaclasificación es indicar el % de material bajo un cierto tamaño.
d 50 (operación ) d 50c q.ds ds: especificación granulométrica del rebose. .q de la tabla en función del pasante acumulado
d 50 (base)
d 50 (operación ) C 1C 2C 3
d50(operación) :corte al cual debe trabajar el ciclón en la operación..
% Acumulado F(x) de un determinado tamaño en micrones 98.8
Factor q
95.0
0.73
90.0
0.91
80.0
1.25
70.0
1.67
60.0
2.08
50.0
2.78
0.54
0.53 C 1 0.53 :
1.43
fracción volumétrica de sólidos en la alimentación.
0.28
C 2 3.27P P : caída de presión en kPa.
1.65 C 3 f s
0.5
: gravedad específica del líquido (agua es 1.00) f
s : gravedad específica del sólido.-
Un ciclón de diámetro Dc (cm) podrá obtener valores de d50 (micrones) dado la siguiente relación:
d 50 (base) 2.84 D
0.66 C
q.ds C 1C 2C 3
2.84 D
0.66 C
0.5
1.87
Q 0.01476 P DC Q: flujo volumétrico que puede absorber el hidrociclón en m3/h. Dc : Diámetro del hidrociclón (cm). P :caída de presión en kPa.
N c
Q(total ) Q
Q: flujo volumétrico que puede absorber un hidrociclón en m3 /h. Q (total): flujo volumétrico total con el que trabaja el hidrociclón en m3/h. Nc es el número de hidrociclones necesarios
DV
DC
L
0.4 DC
5 D I
D A
DC
7
DC 15
h 3 DC
EJEMPLO •
Seleccionar el tamaño y número de hidrociclones para un circuito de molienda que consta de un molino de barras y un molino de bolas, donde el alimento fresco es de 250 TPH. Ambas descargas de los molinos se juntan en el cajón de bomba y se envían a los ciclones. El rebose debe tener 60 % pasante la malla 200 y un mínimo de 40 % de sólidos. La descarga regresa al molino. La carga circulante determinada es de 250 %. El peso específico del mineral es de 2.9 y la caída de presión en cada hidrociclón es de 50 kPa.
250 TPH REBOSE 250 TPH DESCARGA Molino de barras Cajón de bomba Molino de bolas AGUA
AGUA
AGUA
REBOSE: TPH SÓLIDOS : 250 ´% SÓLIDOS : 40 TPH LÍQUIDO : (250 / 0.4) -250= 375 TPH PULPA : ( 250 / 0.4) = 625
c arg a.circulante DESCARGA: TPH SÓLIDOS : 250 x 2.25 = 562.5 % SÓLIDOS : 75 (asumido) TPH LÍQUIDO : (562.5 / 0.75) – 562.5 = 187.5 TPH PULPA : ( 562.5 / 0.75) = 750
desc arg a rebose
ALIMENTO: TPH SÓLIDOS : 250 + 562.5 = 812.5 ´% SÓLIDOS : 59.1 TPH LÍQUIDO : 187.5+ 375 = 562.5 TPH PULPA : 750 + 625 = 1375 DENSIDAD = 1375/(( 562.5/1)+(812.5/2.9)) = 1.632 t/m3 % sólidos.en.volumen.a lim ento
59.1ton. sólidos 100ton. pulpa
x1.632
ton. pulpa m3 pulpa
x
m3 . sólido 2.9ton. sólido
Para 60% pasante en el rebose da: 2.08 Tamaño en micrones (malla 200 ) = 74 micrones
d 50( requerido) 2.08 x74 153.9micrones
33.26
C 1
0.53 0.53
C 2
1.43
0.53 0.3326 0.53
0.28
3.27 P
1.65 C 3 f s
0.5
3.27(50)
0.28
1.65 2 . 9 1 . 0
q.ds
1.43
4.11
1.09
0.5
0.932 0.6 6
C 1C 2C 3
2.84 DC
2.08 x 74 0. 6 6 2.84 DC ( 4.11)(1.09)(0.932)
DC
48.5cm
CAPACIDAD DE UN HIDROCICLÓN
Q 0.01476 P D 0.5
Q 0.01476(50)
Q
0.5
148
1.87 C
1.8 7
( 48.5)
m
3
h
