Procesos de Espesamiento por Gravedad y Filtración Industrial

Espesamiento por Gravedad o Sedimentación

El espesamiento por gravedad o sedimentación es la técnica de desaguado más utilizada. Consiste en tanques de poca profundidad donde se separa el líquido claro (arriba) del material espeso (abajo). La función principal es la producción de un derrame claro (overflow) y una descarga espesa (underflow) con la concentración necesaria. El sólido sale por el underflow en la misma cantidad en que es alimentado al sistema.

El floculante ayuda a que las partículas sólidas sedimenten más rápidamente (vayan hacia abajo).

Componentes Principales del Espesador

• Tanque: Su función es proporcionar el tiempo de residencia necesario para producir una pulpa con la concentración deseada y un líquido claro en el overflow.
• Sistema de Alimentación: Introduce la pulpa a espesar.
• Sistema de Adición de Floculante: Usualmente cerca de la alimentación o en un pozo de alimentación.
• Salida Superior (Overflow): Por donde sale la solución clara.
• Descarga Inferior (Underflow): Por donde sale la pulpa espesada.
• Rastrillo (o Brazos de Arrastre): Mecanismo lento, ubicado en el fondo, que empuja la carga de sólidos sedimentados hacia el centro para su descarga por el underflow. Puede subir y bajar para adaptarse a la carga de sólidos.
• Paletas del Cono: Ayudan a movilizar los sólidos en la zona de descarga.
• Canal de Rebalse: Estructura perimetral que recoge y evacúa el agua limpia y clara (overflow).

Zonas del Espesador

• Zona de Clarificación: Parte superior con líquido claro.
• Zona de Alimentación/Sedimentación Libre: Donde la pulpa entra y las partículas comienzan a sedimentar individualmente o como flóculos. La concentración es similar a la de la alimentación.
• Zona de Transición: La concentración de sólidos aumenta significativamente.
• Zona de Compresión: En el fondo, donde los sólidos están bajo la presión de la carga superior y se compactan, expulsando más agua.

Operación y Consideraciones

Para el operador, las zonas clave a monitorear son la zona clara (calidad del overflow) y la zona de compresión (densidad del underflow). La operación se ajusta en base a estas, ya sea leyendo continuamente la densidad del underflow o tomando muestras periódicas para medirla.

Las lamas son partículas sólidas extrafinas que pueden dificultar la sedimentación y clarificación.

Los sólidos deben evacuarse por el underflow a una tasa proporcional a la alimentación para evitar que se acumulen excesivamente en el espesador una vez alcanzado su nivel de diseño. Si no se hace, el espesador puede recargarse y dañarse. Las partículas más gruesas tienden a sedimentar rápidamente cerca del punto de caída y no deben dejarse acumular, ya que pueden endurecerse y causar embancamiento.

La fuerza ejercida sobre los rastrillos se mide a través del torque del mecanismo impulsor. Las lamas tienden a moverse hacia el perímetro, mientras que las partículas más gruesas caen más directamente hacia el fondo.

El mayor riesgo de taponamiento de tuberías o sobrecarga del espesador suele ocurrir durante el arranque o cambios bruscos de operación. Una vez estabilizado, el proceso tiende a regularizarse.

El uso excesivo de floculante incrementa los costos operativos.

Indicadores de Operación

• Un alto torque en las rastras puede indicar una sobrecarga de sólidos en el fondo o un uso excesivo de floculante que genera flóculos muy grandes y densos.
• Una baja dosificación de floculante (baja floculación) produce una pobre claridad en el overflow (alta turbidez).
• Si la densidad del underflow aumenta demasiado y las rastras operan con torque máximo, el espesador está cerca de la sobrecarga.
• Si la densidad del underflow es muy alta, debe aumentarse el caudal de bombeo del underflow para reducir el inventario de sólidos en el fondo.
• Si la densidad del underflow es muy baja, debe reducirse el caudal de bombeo del underflow para aumentar la concentración.
• Las rastras también pueden trabarse por obstrucciones mecánicas.

El producto espesado (underflow) debe tener la densidad adecuada para la siguiente etapa del proceso, que comúnmente es la filtración.

Es fundamental evitar la turbulencia dentro del espesador, especialmente en la zona de clarificación, para no afectar la calidad del overflow.

Tipos de Espesadores

• Convencionales: Tanques de gran diámetro (2 a 200 metros) y baja altura (1 a 7 metros), de operación continua.
• Alta Capacidad (High Rate): Optimizan la floculación y la alimentación para procesar mayor flujo en menor volumen.
• Alta Densidad (High Density / Deep Cone): Diseñados para alcanzar concentraciones de sólidos muy altas en el underflow, a menudo formando una pasta.

Filtración

Principio Básico

La filtración es un proceso de separación sólido-líquido que utiliza un medio poroso (medio filtrante) que permite el paso del líquido (filtrado) pero retiene las partículas sólidas, formando una torta o queque sobre el medio. Generalmente, sigue a la etapa de espesamiento.

Filtración por Presión

Es uno de los métodos más comunes. Se aplica una diferencia de presión a través del medio filtrante para forzar el paso del líquido. Una presión más alta generalmente permite mayores velocidades de flujo, mejor lavado de la torta (si se requiere) y un queque más seco.

El filtro produce un queque con un contenido de humedad variable, por ejemplo, del 6% al 8% en algunos casos específicos mencionados. Este queque suele descargarse sobre una cinta transportadora u otro sistema de manejo de sólidos.

Medios Filtrantes

Pueden ser de diversos materiales:

• Telas (algodón, lana, sintéticos como polipropileno, poliéster)
• Carbón
• Metales porosos
• Cerámicos
• Otros (rayón, seda artificial - menos comunes industrialmente)

El medio de algodón, por ejemplo, puede filtrar partículas hasta aproximadamente 10 µm (micrones).

Tipos de Filtros

Filtro Prensa

Es uno de los tipos más utilizados en la industria. Consiste en un conjunto de placas y marcos alternados, o placas con cavidades (cámaras), revestidas con tela filtrante y prensadas juntas.

• De Placas y Marcos: El lodo llena los marcos, el filtrado pasa por la tela hacia las placas y la torta se forma en el marco.
• De Cámara (Placas Recesadas): Las placas tienen una depresión (cámara) en cada cara. Al juntarse, forman cavidades donde se acumula la torta. El lodo se alimenta por un conducto central o lateral. El filtrado sale por conductos internos en las placas. El queque queda encerrado entre las placas, puede lavarse in situ y luego se descarga al separar las placas.

Los filtros prensa se usan a menudo para lodos con alta concentración de sólidos o cuando se requiere un queque muy seco.

Filtro de Disco

Consiste en varios discos verticales montados sobre un eje horizontal, revestidos con tela filtrante, que giran parcialmente sumergidos en el lodo a filtrar. Se aplica vacío al interior de los sectores del disco sumergidos, succionando el líquido y formando la torta en ambas caras del disco. Al girar fuera del lodo, la torta puede lavarse y secarse por vacío. Finalmente, se descarga mediante un soplo de aire a contrapresión y/o raspadores.

Filtro de Banda

Utiliza una banda o lona filtrante sin fin que se mueve horizontalmente. El lodo se deposita sobre la banda, y el líquido drena por gravedad y/o vacío aplicado desde abajo. Puede incluir etapas de compresión con rodillos para deshidratar más la torta.

Filtro Cerámico

Similar en concepto al filtro de disco, pero utiliza discos cerámicos porosos como medio filtrante (con porosidades típicas de 1.5 a 2 micrones). El vacío se aplica al interior del disco. Son conocidos por producir queques con baja humedad (ej. 8-9%) debido a la alta capilaridad del material cerámico.

Otros Tipos de Lechos/Configuraciones (Contexto no claro en el original)

El texto original menciona:

• Lecho normal de lodos
• Lecho de lodos poco profundo
• Lecho alto de lodos
• Lecho en forma de islas

(Nota: La aplicación o contexto específico de estos términos no queda completamente claro sin más información; podrían referirse a configuraciones específicas de sedimentación o tipos particulares de filtros no descritos en detalle).