¡Descarga Informe de Sedimentación y más Monografías, Ensayos en PDF de Mineralogía y Procesamiento de minerales solo en Docsity!
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
PROCESAMIENTO DE MINERALES
Laboratorio N° 4
“FLOCULACIÓN Y SEDIMENTACIÓN”
DOCENTE
M.Sc.Ing. Alfredo Ceroni Galloso
INTEGRANTES
Huamán Zárate, Adrián D´Alessandro 20220136C
Mitma Naveros, Christoper André 20220620B
Saavedra Briones, Josue Farid 20222101B
Urco Pecho, Anthony Belthon 20220479H
Huerta Salazar, Rosmel Agustín 20220470K
Basilio Raymundo, Jorge Enrique 20222674B
Calderón Contreras, Simón Kelvin 20222232J
León Alvarez, Kennet Anderson 20221106K
LIMA, PERÚ 202 5
ÍNDICE
OBJETIVOS
- Reconocer las fases de la sedimentación para cada concentrado de floculante.
- Comparar los resultados de cada grupo en dis�ntas can�dades de floculante; 2ml, 4ml,
6ml y 8ml.
- Determinar la velocidad de sedimentación en los intervalos de �empo, analizar las
gráficas de cada uno.
- Realizar una adecuada agitación para obtener una muestra homogénea, al verter el
floculante agitar.
MARCO TEÓRICO
En el procesamiento de minerales, los floculantes y la sedimentación son procesos clave para separar sólidos del agua en diversas etapas, especialmente al final del proceso, en la disposición de relaves y en la recuperación de agua.
¿QUÉ SON LOS FLOCULANTES?
Los floculantes son sustancias químicas (normalmente polímeros) que se agregan a una suspensión de par�culas finas en agua con el obje�vo de agrupar esas par�culas en agregados más grandes llamados flóculos, facilitando así su sedimentación o separación del líquido.
Los floculantes intervienen facilitando la desestabilización de estas suspensiones mediante dos mecanismos principales:
- Reducción del potencial zeta: al incorporar coagulantes o floculantes con carga opuesta, se minimizan las repulsiones entre par�culas, favoreciendo su acercamiento y posterior aglu�namiento.
- Formación de enlaces �sicos: los polímeros floculantes crean puentes intermoleculares entre par�culas adyacentes, dando lugar a agregados o flóculos de mayor tamaño y masa, los cuales presentan una mayor velocidad de sedimentación debido a la acción de la gravedad.
¿QUÉ ES LA SEDIMENTACIÓN?
Sedimentación en minería es la etapa del tratamiento de sólidos en la que las par�culas minerales, previamente floculadas, decantan o asientan en un medio líquido debido a su mayor densidad respecto al agua, permi�endo la clarificación del líquido sobrenadante y la concentración de sólidos en el fondo.
En el procesamiento de minerales, tanto la floculación como la sedimentación son etapas fundamentales para la separación sólido-líquido. Una vez que las par�culas finas han sido agrupadas en flóculos mediante la acción de floculantes, el siguiente paso es permi�r que estos flóculos sedimenten, es decir, se depositen por efecto de la gravedad.
Sin embargo, para que estos procesos ocurran de manera eficiente y controlada en una planta minera, se requiere de un equipo especializado: el espesador.
MECANISMOS DE FLOCULACIÓN
Según Manrique (2023) Al momento de agregar el coagulante a una suspensión coloidal, se inician una serie de
reacciones hidrolí�cas que adhieren iones a la superficie de las par�culas coloidales que se encuentran presentes en la suspensión, las cuales tendrán oportunidad de unirse entre sí para formar flóculos que con el �empo crecerán
La rapidez con la que ocurrirá lo anteriormente expuesto depende del tamaño de las par�culas con relación a sus concentraciones, del estado de agitación del líquido y del grado de desestabilización; todo esto va a permi�r que las colisiones sean efec�vas para producir adherencia.
Floculación pericinética.
También denominada browniana, es un proceso natural y aleatorio, está producido por el movimiento natural de las moléculas del agua (movimiento browniano) o por el peso de las par�culas que �enden a aglomerarse e inducida por la energía térmica del fluido, influye solamente en par�culas de tamaños menores a 1 μm.
Floculación ortocinética. Denominada también gradiente de velocidad, la floculación ortociné�ca se basa en colisiones entre las par�culas debido al movimiento del agua, dicho movimiento es inducido por una energía externa a la masa del agua, dicha energía puede ser de origen hidráulica o mecánica, debido a sus gradientes de velocidades originados por la disipación de dichas energías; mientras mayores gradientes de velocidad existan, habrá un mayor número de contacto entre las par�culas Sin embargo, los flóculos serán más pequeños debido a las con�nuas rupturas de los flóculos grandes; por el contrario, si se �enen gradientes de velocidad menores, se obtendrán flóculos más grandes, pero requerirán de mayor �empo para llegar a su tamaño óp�mo
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACIÓN
Naturaleza del agua. La floculación es sensible a algunas caracterís�cas fisicoquímicas del agua, tales como pH, turbidez y presencia de ciertos iones; algunos iones pueden influir en la formación de cadenas poliméricas de los hidróxidos formados o en la interacción de dichos hidróxidos con los coloides, afectando el �empo de floculación; iones tales como el SO4 - 2 �ene marcada influencia en el �empo de formación de flóculos, en función del pH
El tamaño inicial de las par�culas coloides influye en la formación de flóculos, dado que par�culas grandes inhiben e impiden el proceso de floculación. La velocidad de formación de flóculos es proporcional a la concentración de par�culas que producen la turbidez, por lo que es más fácil flocular aguas de alta turbidez y que tengan un amplio rango de tamaño de par�culas.
Tiempo de floculación.
La velocidad de aglomeración es proporcional al �empo; por lo general, bajo ciertas condiciones el �empo óp�mo de floculación fluctúa entre 20 - 40 minutos, la sobre permanencia del agua en dicho lapso genera resultados ineficaces, cuanto más se aleje del �empo óp�mo más acentuados serán los resultados nega�vos.
Gradiente de velocidad.
Cuanto mayor es el gradiente de velocidad mayor es la velocidad de aglomeración de las par�culas. Sin embargo, cuando aumenta demasiado dicho gradiente, los flóculos se rompen en par�culas menores. Los flóculos crecerán hasta un tamaño máximo, por encima del cual las fuerzas de cizallamiento alcanzan una intensidad que los rompe en par�culas menores. Los valores recomendados de gradientes de velocidad para que una floculación óp�ma se realice se encuentran en un rango de �empo de 1000 segundos
La resistencia de los flóculos depende de una serie de factores:
- De su tamaño, forma y compactación
- Del tamaño, forma y naturaleza de las micropar�culas
- Del número y forma de los ligamentos que unen a las par�culas. Variación del caudal.
Las variaciones del caudal modifican la gradiente de velocidad y los �empos de residencia y gradientes de velocidad en los reactores; al disminuir el caudal, aumenta el �empo de retención, disminuyendo dicha gradiente de velocidad
TIPOS DE FLOCULANTES
De acuerdo con su naturaleza química, los floculantes pueden ser clasificados en dos �pos:
A) Floculantes inorgánicos.
También conocidos como electrolitos, son sales solubles en agua, formados generalmente por ca�ones polivalentes, siendo las más usadas las sales de hierro, sales de aluminio y sílice
B) Floculantes orgánicos.
- Floculantes orgánicos naturales Los floculantes orgánicos naturales consisten en polímeros naturales o complejos polisacáridos formados a par�r de azúcares provenientes de diferentes polisacáridos tales como almidón, celulosa, quitosano, gomas naturales y mucílagos; los cuales poseen excelentes propiedades floculantes, se caracterizan por presentar baja toxicidad y suelen0020ser empleados como agentes floculantes, debido a que aglu�nan las par�culas coloides que se encuentran suspendidas en el agua, favoreciendo su sedimentación y posterior remoción
- Floculantes orgánicos sinté�cos Los floculantes orgánicos sinté�cos son ampliamente usados en la industria química moderna por su eficacia a bajas concentraciones, se caracterizan por ser macromoléculas que poseen grupos ac�vos distribuidos a lo largo de su cadena y por ser obtenidos a par�r de asociaciones de monómeros sinté�cos
Pueden clasificarse de acuerdo a la ionicidad de los polímeros:
Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico), son
ampliamente u�lizados para aglomerar y reunir microflóculos pequeños y generar flóculos de mayor tamaño y densidad para así poder facilitar el proceso posterior de sedimentación
Neutros o no iónicos (poliacrilamidas)
Fig N°2: Decantación por caída interferida
Según (Maldonado, 2000), Al llenar una columna de sedimentación (con altura y diámetro apropiados) u�lizando una suspensión floculenta de alta concentración, se observa inicialmente una distribución uniforme de par�culas a lo largo de toda la altura de la columna (h₀). A medida que transcurre el �empo, se registran mediciones de la altura de la interfaz superior del lodo, generando así una curva caracterís�ca como la que se muestra en la figura 7-7, la cual presenta ciertos rasgos dis�n�vo
- ZONA AB: Le zona clara que corresponde a la zona clara (parte superior del recipiente, las par�culas descienden con un incremento sucesivo de la velocidad debido a que las par�culas de las capas inferiores sedimentan previamente y por lo tanto no presentan mayores obstáculos durante su caída
- ZONA BC: Tiene una pendiente rec�línea. Corresponde a una velocidad de caída constante definida únicamente por el �po de floculación y la concentración de las par�culas. Al incrementarse la concentración inicial de las par�culas disminuye la velocidad. A esta zona se la denomina decantación frenada.
- ZONA CD: En esta zona se produce la disminución progresiva de la velocidad de caída. Se denomina zona de desaceleración o transición
- ZONA DE: En esta zona los flóculos se tocan y ejercen presión sobre las capas inferiores, puesto que están soportados por estas. Se le llama zona de compresión
EXPERIENCIA DEL LABORATORIO
La prác�ca desarrollada en el laboratorio de Metalurgia de nuestra facultad permi�ó estudiar la velocidad de sedimentación de una suspensión floculante elaborada a par�r de relaves, empleando dis�ntas dosis de floculante. Esta experiencia fue fundamental para reforzar competencias prác�cas en la preparación de muestras, dosificación precisa de reac�vos y registro de datos experimentales.
Además, proporcionó una comprensión más profunda de los procesos de clarificación y espesamiento, esenciales en el tratamiento de minerales. Observar de manera directa cómo la suspensión evoluciona en el �empo y responde a diferentes concentraciones de floculante permi�ó vincular los principios teóricos con su aplicación real, destacando la importancia del control de variables como la agitación, la homogeneidad de la mezcla y la calidad del material tratado.
Esta prác�ca no solo aportó conocimientos técnicos, sino que también promovió el pensamiento crí�co para la interpretación de resultados y la iden�ficación de posibles mejoras en procesos de tratamiento de efluentes mineros.
3. MARCADO DE NIVELES EN LA PROBETA
Pegar cinta de enmascarar ver�calmente en la probeta. Marcar con el marcador niveles cada 100 mL (900 mL, 800 mL, ...).
4. DISTRIBUCIÓN INICIAL DE PARTÍCULAS
Agitar la suspensión con el instrumento (movimientos suaves de arriba a abajo)
5. ADICIÓN DEL FLOCULANTE
Agregar 6 mL de floculante directamente a la suspensión.
6. MEZCLA POST-FLOCULANTE
Procedimiento: Realizar 2 agitaciones completas con el instrumento (subir y bajar el disco). Distribuir uniformemente el floculante en toda la probeta sin destruir los flóculos formados.
7. INICIO DE LA SEDIMENTACIÓN Y TOMA DE DATOS
- Iniciar el cronómetro inmediatamente después de la úl�ma agitación.
- Registrar el �empo (en segundos) en que la interfase de sedimentación (línea clara entre sólidos y líquido) alcanza cada marca (900 mL, 800 mL, ..., hasta el nivel final).
Hallamos las velocidades entre cada minuto aproximadamente
- Para el primer minuto tenemos que: ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
- Para el segundo minuto tenemos que: ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
- Para el tercer minuto tenemos que ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
- Y por úl�mo para el minuto 3.48 tenemos que ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
Ahora hallaremos la profundidad por cada minuto
- Para el primer minuto tenemos que: ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
64.2 = 0.319^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Para el segundo minuto tenemos que: ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
57 = 0.061^ 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Para el tercer minuto tenemos que ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
64.8 = 0.02^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Y por úl�mo para el minuto 3.48 tenemos que ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
22.8 = 0.014^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
Obteniendo según los valores de la tabla la siguiente gráfica
0
200
400
600
800
1000
1200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
VOLUMEN (ml) vs TIEMPO (s)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
PROFUNDIDAD (cm) vs TIEMPO (s)
Hallamos las velocidades entre cada minuto aproximadamente
- Para el primer minuto tenemos que: ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
- Para el segundo minuto tenemos que: ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡
- Para el tercer minuto tenemos que ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡 =^
68.39 = 0.439^ 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Y por úl�mo para el cuarto minuto tenemos que ∆𝑉𝑉 ∆𝑡𝑡 =^
39.27 = 0.255^ 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑠𝑠
Ahora hallaremos la profundidad por cada minuto
- Para el primer minuto tenemos que: ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
64.16 = 0.365^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Para el segundo minuto tenemos que: ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
61.62 = 0.047^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Para el tercer minuto tenemos que ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡 =
68.39 = 0.016^ 𝑐𝑐𝑚𝑚/𝑠𝑠
- Y por úl�mo para el cuarto minuto tenemos que ∆𝐻𝐻 ∆𝑡𝑡
Al final con los datos registrados de la tabla obtenemos:
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150 200 250
VOLUMEN (ml) vs TIEMPO (s)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 50 100 150 200 250
PROFUNDIDAD (cm) vs TIEMPO (s)
