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CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA

CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA • INTRODUCCIÓN • La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitosa. • Es frecuente combinarla con separación gravimétrica y magnética para tratar minerales no súlfuros. • La mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio. • Hay pocas plantas de tratamiento de arenas de playa en el mundo, que no usan la separación electrostática para separar rutilo e ilmenita de zircón y monacita.

COMPONENTES DE LA CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA

• Los sistemas de separación electrostática • • • •

contienen a lo menos cuatro componentes : 1. Un mecanismo de carga y descarga. 2. Un campo eléctrico externo. 3. Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas. 4. Un sistema de colección para la alimentación y productos.

MECANISMOS DE CARGA Y DESCARGA • • • • • •

Los mecanismos de carga y descarga resultan de uno de las siguientes categorías de distribución de carga : 1. Partículas de dos especies diferentes entran a una campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto. 2. Partículas de dos especies diferentes entran a una zona de separación donde sólo un tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa. 3. Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos dipolares significativamente diferentes. Se requiere un campo eléctrico. Los rangos de potencial eléctrico son de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales.

MECANISMOS PARA CARGAR PARTÍCULAS • Tres mecanismos de cargado de partículas son usados en la separación electrostática : • 1. Cargado por electrificación por o y fricción. • 2. Cargado por bombardeo de iones o electrones. • 3. Cargado por inducción conductiva.

TIPOS DE SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA

CARGADO DE PARTÍCULAS MEDIANTE ELECTRIFICACIÓN POR O. • La electrificación por o es el mecanismo más frecuentemente usado para cargar partículas selectivamente, y permitir una separación electrostática de dos especies de materiales dieléctricos. • Ejemplos típicos son : a) la separación de feldespatos desde cuarzo; b) cuarzo desde apatita; etc. • Como regla general, si dos materiales dieléctricos son ados y separados, el material con la constante dieléctrica mayor se carga positivamente.

SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA A ESCALA DE LABORATORIO DE UNA MEZCLA ARTIFICIAL DE FOSFATO Y CUARZO. PRODUCTO

% PESO

% FOSFATO

% CUARZO

ALIMENTACIÓN

100

50

50

CONCENTRADO

47

97,1

2,9

RELAVE

53

8,2

91,8

SEPARADOR ELECTROSTÁTICO PARA PLÁSTICOS

SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA DE PLASTICOS

CARGADO POR CORONA – EL SEPARADOR DE ALTA TENSIÓN • Cuando la mena está compuesta de una mezcla de minerales buenos y malos conductores eléctricos, la mezcla puede ser separada generalmente por el uso de procesos de alta tensión. • Aplicaciones típicas son la separación de rutilo e ilmenita (conductores) desde zircón y otros minerales no conductores encontrados en arenas de playa, y la separación de cuarzo (aislante) desde especularita (conductor). • Un separador de alta tensión tiene una capacidad de alrededor de 1000 a 1200 lb/h por pie de rotor. • Los rotores de estos equipos que son utilizados para arenas de playa, son generalmente de 6 pulgadas de diámetro, 5 pies de largo.

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS DE ALTA TENSIÓN • En los separadores de alta tensión la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, lejos de la superficie del rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor.

COMPORTAMIENTO DE ALGUNOS MINERALES EN LOS SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS DE ALTA TENSIÓN • Minerales fijados al rotor del equipo (no conductores) : apatita, barita, calcita, corindón, granate, yeso, monacita, scheelita, turmalina, zircón. • Minerales que son lanzados del rotor del equipo (conductores) : casiterita, cromita, galena, oro, diamante, hematita, magnetita, rutilo esfalerita, wolframita.

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS DE ALTA TENSIÓN • •

•

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El tamaño de las partículas influye en la acción del separador. Una partícula gruesa es más fácilmente lanzada desde la superficie del rotor, en cambio, las partículas conductoras más finas tenderán a ser atrapadas por partículas no conductoras, debido a su menor masa. Así, las partículas finas tienden a concentrarse con la fracción no conductora. Debido a esto, es normal en la práctica, utilizar sistemas de limpiado en multietapas con los separadores ordenados en bancos. Los separadores de alta tensión operan en un rango amplio de tamaños de partículas. Con arenas de playas, es posible trabajar en un rango de tamaño de 50-100 micrones. Para optimizar el rendimiento de un separador deben considerarse las siguientes variables : flujo de alimentación, velocidad del rotor, posición y voltaje del electrodo, y la posición del separador del producto obtenido.

CARGADO POR INDUCCIÓN • Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a tierra en la presencia de un campo eléctrico, la partícula desarrollará rápidamente una carga superficial por inducción. Ambas, las partículas conductoras y no conductoras llegarán a ser polarizadas, pero la partícula conductora tendrá una superficie completamente equipotencial. La partícula no conductora permanecerá polarizada. • Equipamientos comerciales típicos incluyen el separador tipo rodillo y el separador de placa inclinada. La capacidad de estas máquinas es de alrededor de 300 a 1400 lb/h por pie de ancho del electrodo. En Australia en el tratamiento de arenas de playa se utiliza en forma extensa el separador electrostático Reichert de placa tipo harnero.

PARTÍCULAS CARGADAS POR INDUCCIÓN

SEPARADOR TIPO RODILLO

SEPARADOR DE PLACA INCLINADA (TOBOGÁN)

SEPARADOR ELECTROSTÁTICO REICHERT DEPLACA TIPO HARNERO

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS ELECTRODINÁMICOS •

Los separadores electrostáticos del tipo electrodinámicos son comúnmente llamados separadores de alta tensión.

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En estos separadores la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado.

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Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, ellas entonces están bajo la influencia del campo electrostático del electrodo no ionizado y son lanzadas lejos de la superficie del rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor.

SEPARADOR ELECTRODINÁMICO O DE ALTA TENSIÓN

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS ELECTRODINÁMICOS •

En estos separadores el tamaño de las partículas alimentadas influye en la acción del separador, ya que la carga en la superficie de las partículas gruesas es menor en relación a su masa, que en las partículas finas. Por lo tanto, una partícula gruesa es más fácilmente lanzada desde la superficie del rotor, en cambio, las partículas conductoras finas tenderán a ser atrapadas por partículas no conductoras, debido a su menor masa. Así, las partículas finas tienden a concentrarse con la fracción no conductora. Como resultado de esto, es normal en la práctica, utilizar sistemas de limpiado en multietapas con los separadores ordenados en bancos.

• Esquema de posibles configuraciones de separadores electrostáticos ordenados en bancos.

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS ELECTRODINÁMICOS •

Los separadores de alta tensión operan en un rango amplio de tamaños de partículas. Con arenas de playas es posible trabajar en un rango de tamaño de 50-100 micrones, aunque un rango de tamaño menor es deseable y más común. Con menas de hematita, tamaños menores a 1 mm se aceptan, sin embargo, partículas menores que 75 micrones causan problemas.

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En cuanto a los tamaños de los separadores, se encuentran de diferentes tamaños. La capacidad de un separador de alta tensión depende de varios factores, así, capacidades de 2500 kg/h por metro de longitud del rotor son obtenidas con menas de hierro, y aproximadamente 100 kg/h por metro, con minerales de arenas de playa.

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Para optimizar el rendimiento de un separador de alta tensión deben considerarse las siguientes variables : flujo de alimentación, velocidad del rotor, posición y voltaje del electrodo y la posición del separador del producto obtenido.

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS “ELECTRO – ESTÁTICOS” • •

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1. SEPARADOR TIPO ROTOR. El separador electro-estático tipo rotor es similar, en apariencia, al separador de alta tensión. Sin embargo, el separador electro-estático no presenta el electrodo ionizado. En ese lugar hay un solo electrodo largo que produce un campo eléctrico. Aunque la partícula sea conductora o no conductora, ella puede considerarse como una partícula que puede llegar a polarizarse. Sin embargo, en este caso, una partícula conductora rápidamente llega a tener una superficie equipotencial y tiene el mismo potencial que el del rotor conectado a tierra, por lo cual, será atraida hacia el electrodo. Así, la partícula conductora es lanzadadesde la superficie por la atracción con el electrodo, mientras que la partícula no conductora continua adherida a la superficie del rotor, hasta que la gravedad produzca su caída. De este modo, la separación se alcanza, pero con mecanismos de cargado de la partícula diferente al empleado en el separador de alta tensión.

SEPARADOR ELECTRO-ESTÁTICO TIPO ROTOR

DIAGRAMA DE FLUJO SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA DE PAPEL Y PLASTICO

SEPARACIÓN ELECTROSTÁTICA DE PAPEL Y PLÁSTICO

SEPARADORES ELECTROSTÁTICOS “ELECTRO – ESTÁTICOS” • •

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2. SEPARADOR TIPO PLACA. Se fabrican dos separadores del tipo placa : el separador electr-estático de placa y el separador electro-estático de malla (harnero). Los principios operacionales son similares. Las partículas son cargadas por inducción y las conductoras adquieren una carga opuesta al electrodo. De ese modo, las partículas conductoras son atraídas hacia el electrodo. Las no conductoras continúan hacia abajo en la placa o a través del harnero. Debido a que estos separadores actúan primeramente sobre las partículas conductoras, ellos son usados, principalmente, para la limpieza de una cantidad pequeña de partículas conductoras, desde una gran cantidad de partículas no conductoras. En particular, su principal uso es en la limpieza de pequeñas cantidades de rutilo e ilmenita en concentrados de zircón.

• Esquema del ordenamiento en bancos de los separadores electro-estáticos (a) placas y (b) harneros.

MINERALES CARACTERÍSTICOS DE ARENAS DE PLAYA • • • • •

MINERALES MAGNÉTICOS. Magnetita : M R Ilmenita : M R Granate : M F Monacita : M F

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MINERALES NO MAGNÉTICOS Rutilo : M R Zircón : M F Cuarzo : M F

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M R : minerales repelidos por la superficie de un separador electrostático de alta tensión. M F : minerales fijados a la superficie de un separador electrostático de alta tensión.

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