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Clasificación de tamaños. Equipos Dra. Dolores Gutiérrez Cacciabue 26/4/2021 Repaso… Clase 1: Industria del Procesamiento: qué es un proceso, tipo de procesos, operaciones, materias primas, insumos, residuos, diagramas Clase 2: Beneficio de minerales: definición, yacimiento, mina, mena (mineral útil + ganga), roca de caja, Ley mineral, etapas de la explotación. Clase 3: Reducción de tamaño. Tipo de reducción. Grado de liberación. Equipos. Cálculo de la Energía consumida. Importancia. ¿Cuál elijo? ENZO CORTE Llamada conjunto de operaciones a aplicar para poder desprender el mineral util de la ganga ENZO CORTE Llamada Cuanto me desarmo la reduccion desarmar la piedra para obtener la mayor cantidad de pedazos y tener al mineral utili para seguir el proceso ENZO CORTE Llamada Son costosas Reducción de Tamaños: Objetivos Obtener producto con el tamaño tal que las especies mineralógicas valiosas se liberen ¿Para qué? Facilitar el manejo de material y separarlo de la ganga Procesos caros Conminución (reducción de tamaño de materiales, general) Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Satisfacer requerimientos de mercado Mejorar la transferencia de calor y masa (optimización de procesos). Involucran un alto consumo de E° ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Llamada Quiero liberar la piedra preciosa ENZO CORTE Resaltar Clasificación de tamaños Operación que divide mineral reducido en fracciones de diferente granulometría Separar finos de una mena proveniente de la etapa de reducción primaria Reciclar grueso para reducirlo hasta un tamaño adecuado. Puede efectuarse para Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Objetivos de la Clasificación Extraer del circuito materiales muy finos (aumentar capacidad y evitar sobre-molienda) Alcanzar % de concentración superiores a las que se podrían obtener si la alimentación no hubiera sido clasificada (productos de dimensiones controladas) Satisfacer restricciones granulométricas (cemento <380 M; colemanita de exportación: especificación de tamaño 25 - 110 mm) y de mercado. 1 2 3 ENZO CORTE Llamada Bajo el tamaño medio de particulas ENZO CORTE Llamada El mercado me demanda un tamaño ¿Cuál es la utilidad de la CLASIFICACION DE TAMAÑOS? Circuitos de molienda Clasificador que “fiscalizaba” el tamaño de partículas que se debía enviar finalmente a la etapa de concentración (circuito cerrado). Concentración tenían menor necesidad de molienda Mayor Ley mineral (más ricos) Mayor grado de liberación Escasez de minerales ricos llevó a la reducción de tamaños de partículas obtenidas en la molienda, para luego realizar una mejor concentración. Necesidad de molienda más fina, combinando la molienda de barras con bolas (circuito abierto). Cambios en operaciones de flotación (control del tamaño de molienda ENZO CORTE Resaltar 1a) Operación en circuito abierto Reducción de tamaños Alimentación (previamente triturado) Producto reducido uniforme • Producto molido sin exigencias. • Cumplir con una especificación técnica (talco, cemento, pigmentos minerales) que limitan el contenido de las partículas gruesas. • Sobremolienda no tiene un efecto negativo. NO ES NECESARIO UN CLASIFICADOR Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Barras Bolas ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar 1b) Operación en circuito abierto + clasificador previo Sólidos a moler: finos de tamaño < al deseado, o que ya cumplen con las especificaciones. Inconvenientes (?) disminuye la capacidad operativa del equipo (espacio ocupado por el producto terminado) y se reducen partículas a tamaños menores a los requeridos (in- eficiencia energética). Reducción de tamañosAlimentación Finos (P2) (producto reducido) Clasificador Retenido Finos (P1) A molino de bolas Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar 2a) Operación en circuito cerrado + clasificador posterior Obtener un producto con un tamaño medio específico (<100 M). Exigencia industrial: flotación por espuma; tamaño de liberación adecuado Inconveniente: partículas que ya alcanzaron el tamaño requerido se seguirán moliendo. Gasto innecesario de E° y sobre-molienda. Reducción de tamaño Alimentación (F: t/h) Descarga (D; t/h) Clasificador Retorno (R; t/h); grueso Alimentación compuesta (FC=R+F) Finos terminados (P; t/h) >100 M <100 M Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar 2b) Operación en circuito cerrado + clasificador previo Si el material de la alimentación viene con finos, conviene colocar previo a la reducción, un clasificador (evitar sobre-molienda) Reducción de tamaños Alimentación nueva Finos (P2) (producto reducido) Clasificador Finos (P1) Retorno (R; t/h); grueso Alimentación compuesta (C=R+F) Mecánica Clasificación Hidráulica Acción de fluidos Neumática Partículas se separan de acuerdo a su dimensión y forma (Harneado, zarandeo o cribado). Hidráulica: separación de partículas por diferencia de densidad (sedimentación). Uso de un fluido (agua u otro). Separar de acuerdo a tamaño, densidad y forma. Neumática: separación por diferencia de peso. Fluido: aire. Ej: industria del cemento, tabaco. Procesos de clasificación se dividen en… ENZO CORTE Llamada Optimiza el proceso de reduccion ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Representación de cualquier proceso de clasificación CLASIFICADOR Alimentación (F) Finos (P) Gruesos (R) Clasificación perfecta: productos quedarán clasificados de tal manera que la descarga (gruesos) contenga todo el producto mayor a un cierto tamaño Eficiencia de clasificación F=P+R ENZO CORTE Llamada Retenido ENZO CORTE Llamada Pasante ENZO CORTE Resaltar Clasificación de tamaños de materiales Se utilizan distintos tipos de equipos para la separar materiales sólidos, dependiendo del tamaño y características del material a separar. ENZO CORTE Resaltar Alimentación [F] Retenido [R] Pasante [P] Diámetro de Corte: Diámetro de partícula que se quiere separar •Mena sobre una superficie perforada (tamiz, criba, zaranda). •Partículas con D < abertura, atraviesan la superficie (pasante); •Partículas con D > quedan retenidas •Movimiento vibratorio sobre la superficie de separación: hace más efectiva la separación. 1. Separación mecánica Representación en % acumulado en peso del retenido Representación granulométrica antes de la clasificación 60 % de la muestra total tiene un diámetro > Dpi (diámetro de corte) Dpi separa en dos fracciones: retenido y pasante. Tamiz ideal: para el Dpi del producto pasante no existirían partículas con Dp > Dpi y en el retenido no existen partículas Dp < Dpi Tamiz real: pasante partículas > Dpi y retenido partículas < Dpi (Las curvas se superponen) **¿Cuáles son los factores que influyen en la disminución de la eficiencia o rendimiento de un tamiz ? (Ver Vian Ocon cap 11) Ineficiente % Ret. Acum. Pasante Retenido 100 60 Dpi Dp max Dp Pasante Retenido ENZO CORTE Resaltar Equipos de clasificación mecánica Zarandas (Cribas, harneros): forma de cuadrada en el cual se monta una malla de alambre entretejida con aberturas cuadradas de tamaño uniforme (tamizado). Material de las mallas: alambre metálico que sea rígido y resistente a la corrosión como: latón, bronce o acero inoxidable (en algunos casos se utilizan gomas) Usos: cantera, minas, materiales de construcción, electricidad e industria química, alimenticia, campo etc. ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Zarandas vibratorias industriales Clasificar gran cantidad de material Cajón (armazón) que cuenta con tejidos metálicos (tamices). Tejido de diámetro mayor es el superior y el de menores el inferior. Marco de la zaranda está montado sobre resortes y está atravesado, transversalmente, por un eje excéntrico, con una polea (en un extremo) al que se acopla un motor a través de correas trapezoidales. Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Tipos de zarandas a) Por su movimiento Estacionarias: sin movimiento (Parrillas, para tamizar material>1 pulg) Vibratorias: movimiento ondulatorio circular ó rectilíneo b) Por su posición Inclinadas: las más usadas, alta capacidad y aplicación (gama de tamaños), movimiento vibratorio circular. Horizontales: alta eficiencia y precisión de separación, permanencia prolongada del material. Movimiento vibratorio rectilíneo. c) Por el número pisos: simples y múltiples. d) Aplicaciones especiales: Trommel, circulares, centrífugas y DSM. Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Cribas de tambor (Trommel) https://www.youtube.com/watch?v=92lIKI48Kfw Zaranda vibratoria https://www.youtube.com/watch?v=6ndDH8YYR3w https://www.youtube.com/watch?v=92lIKI48Kfw https://www.youtube.com/watch?v=6ndDH8YYR3w ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Clasificación hidráulica Separación de un material sólido en fracciones que presentan diferentes densidades. Separación de sólidos de líquidos y de dos o más sólidos entre sí. Fundamento: partículas en un fluido (generalmente agua), se mueven debido al arrastre que genera la corriente fluida. Fluido está en movimiento, arrastra a la partícula (Fk, fuerza de arrastre) y se considera que el movimiento se debe a fuerzas de forma y viscosas. ENZO CORTE Llamada Para clasificacion de particulas de menor tamaño ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Velocidad terminal o velocidad límite Caída de una partícula en un fluido estático. Partícula sedimentará por la acción de su propio peso. Al peso (P) se opone una fuerza de arrastre Fk y la fuerza de empuje (E) (Principio de Arquímedes) EFP k . ( ) k s du fuerzas m a P E F m dt A medida que la partícula cae, velocidad aumenta en magnitud (Re). Esto sucede hasta que el peso y el empuje se igualan a Fk En ese punto la aceleración se vuelve nula y las partículas sedimentan a una velocidad constante (velocidad terminal o límite) Industrias-Ingeniería Industrial- 1°cuatrimestre de 2018 Fk E P Sabiendo que P =s us g/gc ; E= f us g/gc y expresando Fk en función del Re y llevando a la ecuación de balance de fuerzas: dt duD g f g g u g g u p c s c sf c ss 6 (Re) 3 fs p t Dg u 18 2 para el caso de Re < 1, donde du/dt es cero, la velocidad terminal de sedimentación es: Velocidad terminal o velocidad límite Para la zona restante, donde Re>1: s fs D p t C Dg u 3 4 gc: Factor de proporcionalidad de la Ley de Newton. Convertir lb fuerza en lb masa. Libro: Mc Cabe-Smith • Columna de separación en cuyo interior existirá un flujo ascendente de fluido a una velocidad uniforme (Vf flechas negras). • Se introduce la mezcla de partículas de diferentes densidades. • Se asentarán o elevarán dependiendo si sus velocidades de asentamiento son mayores (Vp flechas azules) o menores (Vl flechas rojas) a e la velocidad del flujo del fluido (Vf) ¿Cómo funciona un clasificador hidráulico? **¿Qué son las partículas isódromas? Cálculo de su velocidad terminal ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Equipos de clasificación hidráulica Otros Separadores de polvos Cajas de sedimentación, piramidales Clasificadores de cono (sencillo y doble) Clasificador Dorr (de artesa o rastrillo) Mesa de sacudidas (o mesa de minero) Hidrociclones Hidráulico de tornillos Mecánicos Hidráulico de Racletas Clasificador por tamaño Cónicos No Mecánicos Hidrociclones Clasificador tipo espiral (Akins Helicoidal o tornillo) Video: https://www.youtube.com/watch?v=4BZnj5hnQm0 1. Pulpa (20-30% sólidos) 2.Depositan (lavado) 3. Arrastre (paletas) 4. arrastre fluido (paletas)- 20-40 % sólidos Clasificador de tanque cilíndrico (Dorr) Rastrillos giratorios al fondo que facilitan descarga de gruesos por medio mecánico Rango de tamaños de sólidos:1 mm – 45 µm https://www.youtube.com/watch?v=4BZnj5hnQm0 ENZO CORTE Llamada Para el tratamiento de aguas residuales 1 2 3 Pulpa Clasificadores de cono Simples- Áridos Conos fabricados de chapa con un ángulo en la parte inferior que no sobrepase los 60º (evita asentamientos de granos en las paredes del equipo) Simple Dos conos concéntricos Cono derivador Permite modificar la posición del embudo interior para regular la velocidad de la corriente de agua ascendente en el espacio entre conos y así el tamaño de partículas a separar Doble 2 1 3 4 5 6 Pulpa ENZO CORTE Llamada Corriente de agua que arrastra particulas finas por el rebosadero ENZO CORTE Llamada Cono distribuidor que separa la pulpa de tal manera de mejor penetracion del fluido de arrastre ENZO CORTE Llamada Salida de gruesos ENZO CORTE Resaltar Cajas de sedimentación En cada tanque sedimenta un tipo de partícula. Ello se consigue variando los caudales de agua que se hacen circular en contracorriente Se usan para separar grasas y aceites https://procesosbio.wikispaces.com/Clasificaci%C3%B3n+hidr%C3%A1ulica https://procesosbio.wikispaces.com/Clasificaci%C3%B3n+hidr%C3%A1ulica ENZO CORTE Llamada Aguas residuales estan compuestas por 2 tipos de agua: Aguas negras: Del inodoro Aguas grises: De la cocina, riego En argentina va todo al mismo lugar, pero tendrian que tener distinto tratamiento ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Hidrociclón Boquilla muy pequeña, crea un torbellino secundario ascendente que arrastra las partículas finas junto con la mayor parte del líquido. Apex Vortex Parte cilíndrica Parte cónica Aprovechan la fuerza centrífuga y no la gravedad Menor tamaño, eficientes y baratos gruesos finos Pulpa Partículas gruesas: giran cerca de la pared (ac. centrífuga) y son evacuadas por la boquilla inferior Pulpa ingresa tangencialmente a presión (rotación alrededor del eje longitudinal) y forma Torbellino Primario ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Clasificación neumática •Mismo principio que la hidráulica pero el fluido es aire •Equipos se clasifican según la fuerza que actúa en la separación: Gravitacional o Centrífuga •La clasificación neumática se usa solo para clasificar, mientras que la clasificación hidráulica se usa también para concentrar. Objetivo: eliminar polvos Ventajas: • Mejorar condiciones de trabajo, el ambiente laboral • Recuperar material útil del polvo o el polvo mismo • Reciclar gases limpios • Disminuir contaminación ambiental general. • Los tamaños de partículas van de 1 a 50 m ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Cámara de Sedimentación Emplean la fuerza de gravedad para remover partículas sólidas. Flujo de gas ingresa a una cámara donde disminuye la velocidad del gas Las partículas más grandes caen del flujo de gas en una tolva. Efectivas sólo para la remoción de partículas más grandes **Ver Lavadores de Venturi y Precipitador electrostático Por la parte superior sale aire limpio Por la parte inferior partículas Ciclón Ciclones y Fluidización: ver este fideo en youtube! https://www.youtube.com/watch?v=b9cwjUfpdCo Usa principio de la fuerza centrífuga para remover el material particulado. https://www.youtube.com/watch?v=b9cwjUfpdCo Filtro de tela eficiente para retener partículas finas (> 99 % deremoción en la mayoría de las aplicaciones). Filtro de mangas http://www.emison.com/1183.htm Equipos que eliminan partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa haciéndola pasar a través de un tejido (material poroso). Cuando la tela se saturó de partículas se aplica un flujo de aire en contracorriente para desprender las partículas de la tela http://www.emison.com/1183.htm ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Llamada Si el gas que ingresa es a alta temperatura, puede romper las mangas, por eso requiere de un enfriamiento previo Usos: industrias de cemento, yeso, cerámica, caucho, química, petroquímica, siderúrgica, automovilística, cal, minera, amianto, aluminio, hierro, coque, silicatos, almidón, carbón, anilina, fibras, granos, etc. Filtro de mangas Desventaja: los gases a altas temperaturas a menudo tienen que ser enfriados antes de entrar en contacto con el medio filtrante. ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Llamada Pulsos de aire comprimido Análisis granulométrico Procedimiento manual o mecánico por medio del cual se separan partículas por tamaños. Objetivo: conocer las cantidades en peso de cada tamaño que aporta el peso total. Peso de cada tamaño se expresan como % retenidos en cada malla con respecto al total de la muestra. Tamaño de las partículas se asocia a la abertura de la malla de los tamices. Tamiz: superficie con perforaciones uniformes por donde pasará parte del material y el resto será retenido por él. Cada tamiz o malla está representado por un número. Malla: nro de aberturas que tiene un tamiz por pulgada lineal. Mientras mayor es el nro de malla menor es el tamaño de abertura (Ej 200 M, 74 µm, 325 M, 44 µm). Luz de malla: distancia del lado de cada cuadrado libre. ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ¿EN QUÉ CONSISTE? • Se ordenan tamices de mayor a menor y al final se coloca un colector • Se coloca la muestra en el primer tamiz. Se agita mecánicamente • Luego de un tiempo se pesa el retenido en cada tamiz • La eficiencia depende del tamaño de la malla y del tiempo • Se puede realizar en seco (hasta 200 M) o en húmedo (200-400 M) • Si de un producto se requieren N fracciones (clasificaciones), se requerirán N-1 tamices ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Serie de tamices estandarizados: Tyler, ASTM, BS- 410, AFNOR, DIN-4188 El producto a analizar F (alimentación, producto bruto), distribuido en fracciones según el tamaño de partícula: • RECHAZO o RETENIDO (R): producto sobre el tamiz (suma de todos los rechazos) • CERNIDO o PASANTE (P): producto que atraviesa el tamiz (el último). F = P + R Se debe cumplir que P F R 𝐼𝑅 = 𝑅 𝐹 𝐼𝑃 = 𝑃 𝐹 Índice de rechazo (IR) índice de pasante (IP) Conociendo los datos de cada una de las fracciones retenidas en los diferentes tamices se pueden establecer una serie de índices de gran interés en análisis granulométrico por tamización: Rendimiento de un tamiz industrial ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Gruesos en el pasante Grado de separación o eficacia: valor que indica hasta qué punto los gruesos y los finos contenidos en la alimentación están realmente en el pasante o en el rechazo 𝐺𝑃 = 𝐼𝑃 × 𝑃𝑅 𝐹𝑅 PR: fracción de grueso en el pasante FR: fracción gruesos en la alimentación Finos en el pasante 𝐶𝑃 = 𝐼𝑃 × 𝑃𝑃 𝐹𝑃 PP: fracción de finos en el pasante FP: fracción de finos en la alimentación Se pueden calcular los mismos valores de grado de separación para con respecto al rechazo (uso el índice de rechazo) Con respecto al pasante Rendimiento: 𝜂𝑝 = 𝐶𝑝 − 𝐺𝑝 ENZO CORTE Resaltar Capacidad y eficacia de un tamiz Capacidad: masa de material que puede recibir el tamiz como alimentación por unidad de tiempo y de superficie Capacidad y eficacia: factores opuestos (máxima eficacia, menor capacidad y viceversa) Práctica: equilibrio entre capacidad y eficacia ¿Cómo se controla la capacidad?: variando la velocidad de alimentación (flujo másico) Eficacia que resulta para una capacidad dada depende de la naturaleza de la operación de tamizado ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 P e s o a c u m u la d o Dp (mm) 1.4 1.4 3.6 6.2 15.1 16.4 9.1 5.6 1.7 2.9 1.2 3.7 7.4 7.5 16.7 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 % R e te n id o Fracción Videos y artículos de interés Clasificadoras de cebollas: https://www.cebollas-papas.com/manipular/manipular- equipo/manipular-equipo-clasificadoras/manipular-equipo-clasificadoras-cinta.php http://www.fao.org/docrep/006/Y4893S/y4893s04.htm#TopOfPage http://www.revistasbolivianas.org.bo/pdf/rmuto/n39/n39_a04.pdf https://www.slideshare.net/anibalmoya/equipos-planta-minerales http://eqyherramientas.blogspot.com.ar/2009/04/operaciones-unitarias-la-reduccion- de.html Referencias Taggart, 1966. Elementos de preparación de minerales. Ubicación :622.7, T 125E. Taggart, 1954. Handbook of mineral dressing : ores and industrial minerals. Ubicación :622.7, T 125 Mccabe y Smith, 2002. Operaciones unitarias en ingeniería química. Ubicación :660.284.2, M 121Ee6 McCabe y Smith, 2005. Unit operations of chemical engineering. Ubicación :660.284.2, M 121e7 Vian Ocon Brown https://www.cebollas-papas.com/manipular/manipular-equipo/manipular-equipo-clasificadoras/manipular-equipo-clasificadoras-cinta.php http://www.fao.org/docrep/006/Y4893S/y4893s04.htm#TopOfPage http://www.revistasbolivianas.org.bo/pdf/rmuto/n39/n39_a04.pdf https://www.slideshare.net/anibalmoya/equipos-planta-minerales http://eqyherramientas.blogspot.com.ar/2009/04/operaciones-unitarias-la-reduccion-de.html
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