INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS COATZACOALCOS
LABORATORIO INTEGRAL
INGENIERÍA QUÍMICA
JUAN PABLO CONTRERAS BELTRAN
6° “A”
I.Q MARÍA ISABEL GONZÁLEZ MORALES
COATZACOALCOS, VER; 19 DE DE OCTUBRE OCTUBRE DEL 2017
SEPARACIÓN HIDRÁULICA 3.1 Filtración
Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión por medio de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad. Generalmente al medio mecánico poroso usado para la separación mecánica se le llama filtros, tamices, cedazos, criba, o popularmente e incorrectamente: mallas o telas. Generalmente se utiliza el término filtrar cuando nos referimos a la separación mecánica de partículas de menor tamaño que coloidal, (colar o tamizar cuando son partículas mayores), o que no se ven a simple vista. Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas. La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte práctico, recibiendo una mayor atención teórica desde el siglo XX. La clasificación de los procesos de filtración y los equipos es diverso y en general, las categorías de clasificación no se excluyen unas de otras. La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.
Clasificación de filtros:
Filtro de arena Filtro nutcha Filtro rotatorio de tambor Filtro de discos Filtro prensa de cámaras Filtro prensa de placas y marcos Filtro de bolsa o mangas
3.2 Centrifugación
La centrifugación se puede llevar a cabo a escala prepa rativa o escala analítica. La primera se utiliza para aislar partículas para su aprovechamiento posterior y la segunda permite determinar propiedades físicas como la velocidad de sedimentación o el peso molecular. La centrifugación preparativa se utiliza para separar partículas según la velocidad de sedimentación (centrifugación diferencial), la masa (centrifugación zonal) o la densidad (centrifugación isopícnica). En el primer caso se obtiene un líquido sobrenadante y un material sedimentado. En los otros dos casos las patículas se distribuyen en fracciones de diferentes densidades de un fluido líquido (centrifugación mediante un gradiente de densidades). Las partículas se pueden separar en función de la velocidad de sedimentación (centrifugación diferencial), la masa (centrifugación zonal) o la densidad (centrifugación isopícnica). La centrifugación zonal y la centrifugación isopícnica constituyen ejemplos de centrifugación mediante un gradiente de densidades. Hay diferentes tipos de centrífugas s eg ún el rang o de velocidades de giro:
A. Centrífugas de baja velocidad , de sobremesa o clínicas. De pequeño
tamaño y sin refrigeración. Alcanzan una velocidad máxima de 5000 rpm. Son Útiles para la separación de partículas grandes como células o precipitados de sales insolubles. Las centrífugas macrófagas son una variante de las anteriores que permiten llegar a velocidades de más de 10.000 rpm, Los volúmenes de trabajo son muy pequeños. Son útiles en B. Centrífugas de alta velocidad . Alcanzan velocidades de entre 18.000 y
25.000 rpm. Son refrigeradas y algunas tienen sistema de vacío para evitar el calentamiento del rotor a causa del rozamiento con el aire. Son útiles en la separación de fracciones celulares, pero insuficientes para la separación de ribosomas, virus o macromoléculas en general.
Centrifugación mediante un gradiente de densidades:
Este tipo de centrifugación es un proceso mediante el cual las partículas se distribuyen en fracciones de diferentes densidades de un fluido líquido. El método es un poco más elaborado que la centrifugación diferencial, no obstante presenta ventajas que compensan el trabajo añadido. La técnica permite la separación de varios o todos los componentes de la muestra y la realización de medidas analíticas. El método de gradiente de densidades implica la utilización de un soporte fluido cuya densidad aumenta desde la zona superior a la inferior. El gradiente se consigue con un soluto preferiblemente de baja masa molecu lar, de tal manera que la muestra a analizar pueda ser suspendida en la solución resultante. Como solutos se utilizan la sacarosa, polisacáridos sintéticos, derivados yodados del ácido benzoico, o sales de metales alcalinos pesados como el rubidio o el cesio, entre otros. La muestra se deposita en la parte superior del gradiente como una fina banda y, tras centrifugar, la separación de los componentes de la muestra se presenta como diferentes bandas o zonas que pueden ser separadas (o fraccionadas).
3.3 Flotación
Definición y Generalidades del Método La flotación es un método para concentrar minerales finamente molidos. Consiste en separar el mineral de la ganga, hac iendo flotar las partículas del primero, mediante burbujas de aire y hundir las del segundo, en un líquido de densidad inferior a ambos. Existen dos métodos de flotación: a) Flotación de superficie: La misma se realiza colocando las partículas del mineral delicadamente sobre la superficie de un líquido (sin agitación); las partículas metálicas tienden a flotar, por la tensión superficial del líquido, mientras que la ganga, que se moja, tiende a hundirse. Las sustancias que se agregan para mejorar la flotabilidad de los minerales son aceites, ácidos o ambos. Este método ha caído en desuso, siendo desplazado por el de flotación de espumas. b) Flotación por espuma: La misma se realiza por dispersión de las partículas en la masa de un líquido (lo que se denomina “pulpa”) al que se le agregan
sustancias que actúan sobre la superficie del mineral y lo hacen unir a burbujas de aire (producidas por la agitación y/o inyección de aire a la mezcla) las que llevan el mineral a la superficie del líquido y se reúnen formando una espuma. Este procedimiento logra una flotación más rápida, completa y selectiva y con mejores rendimientos que la de superficie. Campos de Aplicación de la Flotación: Aun cuando hasta hace poco el uso de la flotación estaba limitado a la industria minera, en la actualidad su empleo se está extendiendo a otras tales como la separación de semillas de diferentes especies vegetales y la remoción de tinta de la pulpa de papel recuperado.
Factores Físicos Temperatura de la pulpa Influye sobre la adsorción: Para cada mineral es necesario buscar la temperatura óptima mediante ensayos que verifiquen la mejora de flotación. Tamaño de los granos de mineral: Suponiendo igualdad de propiedades superficiales, a mayor densidad de un mineral, menor tamaño de partícula flotable, de manera de permitirla estabilidad de su unión con la burbuja de espuma. Tamaño de burbuja Deben cumplir con las siguientes condiciones:
Para un volumen determinado de aire, deberá este encontrarse lo más finamente dividido en la pulpa. De manera de aumentar la probabilidad de contacto con las partículas minerales. Las burbujas cargadas de mineral deberán tener una densidad menor que la pulpa, para poder flotar y formar la espuma.
Factores Químicos
Adsorción química Solubilidad de las sustancias: Es importante conocer la solubilidad de las sustancias intervinientes en el proceso por la influencia que ejerce sobre las transformaciones superficiales de los minerales y las modificaciones que, las sales disueltas, pueden producir en los reactivos. pH: El carácter ácido o básico de la pulpa tiene gran importancia pues de él depende el rendimiento de la flotación. La flotación, generalmente, se realiza en medios ligeramente ácidos o alcalinos, con pH que varía entre 4 y 10. A efectos de evitar la alteración del pH que suelen agregarse soluciones “buffer” (amortiguadoras) para regularlo durante el proceso.
Potencial Redox: En la pulpa existen siempre reacciones Redox, las que pueden afectar el rendimiento en producto flotado. REACTIVOS O AGENTES DE FLOTACIÓN Son sustancias que se agregan a la pulpa para producir la flotación. Se clasifican de la siguiente manera: espumantes, colectores, modificadores (reguladores). Espumantes: Estas sustancias tienen por objeto la formación de espumas. Las condiciones que deben reunir son las siguientes:
Formar espuma de duración y persistencia para soportar la carga de mineral.
Producir espuma por el agregado de la cantidad más pequeña posible. Repartirse en la pulpa completa y fácilmente. Tener escasa sección sobre la superficie de los minerales. La espuma formada deberá deshacerse fácilmente una vez retirada de la máquina de flotación.
COLECTORES: El objeto de estas sustancias es unir las burbujas de aire a las partículas minerales que deben flotar y producir el enriquecimiento de la espuma en mineral. Hay sustancias que poseen propiedades espumantes y colectoras. Las moléculas de los colectores contienen un grupo no polar, constituido por radicales alcohólicos, generalmente, y un grupo polar. Los principales colectores son: Xantatos (xantogenatos) Ditiofosfatos
MODIFICADORES: Estas sustancias en presencia de colectores y espumantes actúan sobre las propiedades superficiales del mineral modificando su flotabilidad. Se clasifican según el resultado que se consigue por su agregado a la pulpa, en:
Deprimentes: reducen la flotabilidad de los minerales que no quieren flotarse. Ejemplos de estos son: cianuros, sulfitos y álcalis. Agentes reflotadores (activadores): favorece al mineral para que se forme con el colector la película polar – no polar necesaria para la flotación. Pueden también dar flotabilidad a los minerales que previamente fueron deprimidos. Ejemplos de estos son: (Cu++.SO3Na2) y SO3HNa. Precipitadores: precipitan a los iones existentes en la pulpa que perjudican la flotación.
3.4 Sedimentación
La sedimentación es el proceso por el cual los materiales transportados por distintos agentes (escorrentía, glaciares, viento) y procedentes de la erosión y la meteorización de las rocas son depositados, pasando a ser sedimentos. El tipo más extendido de sedimentación ocurre cuando los derrubios (restos sólidos arrancados a las rocas) transportados por una corriente de agua, se depositan en el fondo del cauce de un río, en una llanura de inundación, en un embalse, en
un canal artificial, o en un dispositivo artificial construido especialmente para separar la materia en suspensión. Toda corriente de agua, caracterizada por su caudal, tirante de agua, velocidad y forma de la sección tiene una capacidad de transportar material sólido en suspensión (además de moléculas en disolución). El cambio de alguna de estas características de la corriente puede hacer que el material transportado se deposite o precipite; o que, por el contrario, el material existente en el fondo o los márgenes del cauce sea erosionado. Puesto que la mayor parte de los procesos de sedimentación se producen bajo la acción de la gravedad, las áreas elevadas de la litosfera terrestre tienden a ser sujetas prevalentemente a fenómenos erosivos, mientras que las zonas depr imidas están sujetas prevalentemente a la sedimentación. Las depresiones de la litosfera en la que se acumulan sedimentos, son llamadas cuencas sedimentarias. El proceso de sedimentación puede ser benéfico, cuando se piensa en el tratamiento del agua, o perjudicial, cuando se piensa en la reducción del volumen útil de los embalses, o en la reducción de la capacidad de un canal de riego o drenaje. La sedimentación es un proceso que forma parte de la potabilización del agua y de la depuración de aguas residuales. Potabilización del agua En la potabilización del agua, el proceso de sedimentación está gobernado por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuanto mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuanto menor es la viscosidad del mismo. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se trata de aumentar el diámetro de las partículas, haciendo que se agreguen unas a otras, proceso denominado coagulación y floculación. Tratamiento de las aguas residuales En el tratamiento de las aguas residuales, este proceso se realiza para retirar la materia sólida fina, orgánica o no, de las aguas residuales, aquí el agua pasa por un dispositivo de sedimentación donde se depositan los materiales para su posterior eliminación, el proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40 % la DBO51 y de un 40 a un 60 % los sólidos en suspensión. Dispositivos sedimentadores Los dispositivos construidos para que se produzca la sedimentación en ellos son:
Desarenador: diseñado para que se sedimenten y retengan solo partículas mayores de un cierto diámetro nominal y en general de alto peso específico (arena); Sedimentadores o decantadores, normalmente utilizados en plantas de tratamiento de agua potable, y aguas residuales o servidas; Presas filtrantes: destinadas a retener los materiales sólidos en las partes altas de las cuencas hidrográficas.
