UNIVERSIDAD CATOLICA DEL NORTE

Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas

Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas

INFORME DE LABORATORIO: 2
Sedimentación, floculantes

Francisco Cabezas
francisco.cabezas@alumnos.ucn.cl
Sebastián Guerra

sgp013@alumnos.ucn.cl

Profesor(a): Evelyn Melo

Antofagasta, Chile

2022
 Índice

Resumen............................................................................................................................... 3
Objetivos............................................................................................................................... 3
Objetivos Específicos.......................................................................................................... 3
Metodología....................................................................................................................... 3
Instrumentación................................................................................................................ 4
Introducción.......................................................................................................................... 6
Tipos de sedimentaciones...............................................................................................6
Floculación y Coagulación...............................................................................................7
Zonas de sedimentación..................................................................................................8
Procedimiento.................................................................................................................... 10
Resultados y Discusiones.................................................................................................11
Conclusión.......................................................................................................................... 15
Anexos................................................................................................................................ 16
Bibliografía.......................................................................................................................... 17
Resumen
Una de las problemáticas en el área de flotación y separación de solido-liquido, es
que estas generan pequeñas partículas llamadas coloides que se mantienen en suspensión
en la pulpa, dificultando o ralentizando el proceso de sedimentación, dado esto, es
necesario la adición de un floculante, para que estas partículas finas o coloides puedan
formar un mayor tamaño de partícula, dando como resultado una mejor sedimentación por
gravedad.

Pero la adición de floculante debe ser la óptima, por temas de costos operacionales,
por esta misma razón, se estudiaron diferentes dosificaciones de floculantes a diferentes
pulpas con porcentaje de sólidos de 20, 25, 30 y 35%. Posteriormente a las pulpas
analizadas se le medirá el agua clara a intervalos de tiempo de 30 minutos, con los primeros
5 minutos en intervalos de 30 segundos. y se estudiarán las velocidades de sedimentación.

Objetivos
● Estudiar la velocidad de sedimentación para distintas muestras para su posterior
análisis.

Objetivos Específicos
● Graficar la altura de la interfase vs tiempo para las distintas dosificaciones de
floculante y porcentaje de sólido.
● Determinar velocidad de sedimentación a partir de la zona lineal de la curva

Metodología
Para determinar la velocidad de sedimentación se realizaron pruebas de sedimentación
batch en cilindros o más bien probetas de 1 Litro. En este tipo de pruebas se mide la altura
de la interfase sólido-líquido en el tiempo y se construye una curva altura versus tiempo,
luego, la velocidad de sedimentación corresponde al tramo recto de la curva donde la
velocidad de caída del conjunto es constante, tal como muestra en la siguiente figura.
 Figura 1; Ilustración pruebas de sedimentación

Instrumentación
● Picnómetro

A el mineral se le realizaron pruebas de densidad con un picnómetro.

Figura 2; Picnómetro

g
Se realizaron varias pruebas y se obtuvo un promedio de 2,6 3 de densidad
cm❑
para el mineral.

● Probeta

Las pruebas de sedimentación se realizaron en cuatro probetas de 1000 ml

 Figura 3; Probeta graduada de 1000 ml

● Balanza digital

Para pesar el mineral, se usó una balanza digital de 0,001 con un margen de error
de 0,01%

Figura 4; Balanza digital

● Cronómetro y Regla

Se registraron los tiempos, por medio de un cronómetro, mientras que con la regla
se mide (en centímetros) la zona clarificada para posteriormente ser estudiada para la
velocidad de sedimentación

Figura 5; Cronómetro y Regla

Introducción

La sedimentación, en el ámbito geo-metalúrgico, es un proceso de separación de sólido-

fluido en el que las partículas que tienen una densidad mayor que el agua se separan por
efecto de la gravedad. Dado esto, el objetivo principal de las pruebas de sedimentación es
determinar la velocidad en cual sedimentan a través del tiempo junto con la obtención de la
concentración en peso de los sólidos.

Existen diferentes tipos de sedimentación, los cuales pueden presentarse en la experiencia.

los cuales son:

Tipos de sedimentaciones

1.1 Sedimentación Discreta:

Es el tipo de sedimentación, que posee una baja concentración de

partículas, asentándose estás de forma individual, sin contacto alguno con
otro tipo de elementos sólidos.

1.2 Sedimentación Floculante:

La sedimentación por floculante es un proceso químico mediante el

cual se forman agregados de partículas en suspensión para favorecer su
decantación a través de la adhesión de dos partículas, ya sea mediante
mecanismo químico y/o físico, y su cinética será determinada principalmente
por la frecuencia y eficiencia de colisión entre partículas.

1.3 Sedimentación obstaculizada:

Este tipo de sedimentación es cuando el agua presenta dificultades para fluir,

como consecuencia de una alta concentración de partículas sólidas, se suscita la
sedimentación obstaculizada.
Floculación y Coagulación

2.1 Floculación:

La floculación es un proceso químico mediante el cual se forman agregados

de partículas en suspensión para favorecer su decantación a través de la adhesión
de dos partículas, ya sea mediante mecanismo químico y/o físico, y su cinética será
determinada principalmente por la frecuencia y eficiencia de colisión entre partículas.
(Castillo, 2018)

Estos reactivos son de vital importancia en espesamiento de relaves dado

que el uso correcto de coagulantes y floculantes permite que las finas partículas
formen flóculos más grandes de modo que los sólidos puedan separarse más
fácilmente del agua. Lo anterior conlleva a mayores tasas de sedimentación, mayor
compactación del hundido y una menor turbidez del agua de rebose, la cual retorna
a los distintos procesos que requieren presencia hídrica.

2.2 Coagulación:

La coagulación ocurre cuando dos tipos de partículas tienen carga opuesta y

hay atracción mutua. Esto se logra mediante adición de coagulantes orgánicos, los
cuales son polímeros de bajo peso molecular con grupos funcionales catiónicos. La
coagulación se define como el proceso en que la desestabilización de las partículas
se logra mediante la adición de polímeros que reducen, neutralizan o invierten la
repulsión entre partículas. El uso de un coagulante permite desestabilizar este
proceso, logrando la microfloculación y en conjunto con el floculante permite
mantener o mejorar la tasa de sedimentación y la calidad de agua a recuperar.
Zonas de sedimentación

En la figura 6, se representa el proceso de sedimentación por zonas en una

probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el
sólido, que se encuentra con una concentración inicial X0 (figura 1a),
comienza a sedimentar (figura 6b), estableciéndose una interfase 1 entre la
superficie de la capa de sólidos que sedimentan y el líquido clarificado que
queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del líquido clarificado
se denomina zona interfacial (zona B). La concentración de sólidos en esta
zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia
a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentación puede calcularse
a partir de la pendiente de la representación de la altura de la interfase 1
frente al tiempo.

Figura 6: Zonas de sedimentación

Simultáneamente a la formación de la interfase 1 y de la zona interfacial, se

produce una acumulación y compactación de los sólidos en suspensión en el
fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactación
(zona D). En esta zona la concentración de sólidos en suspensión es también
 uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido
ascendente en el cilindro con una velocidad constante V.

Entre la zona interfacial y la zona de compactación se encuentra la zona de

transición (zona C). En esta zona la velocidad de sedimentación de los
sólidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de
la suspensión, cambiando la concentración de sólido gradualmente entre la
correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactación.

Las zonas de compactación e interfacial pueden llegar a encontrarse,

produciéndose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas,
en el denominado momento crítico tc, desapareciendo la zona de transición
(figura 1c). En este momento el sólido sedimentado tiene una concentración
uniforme Xc o concentración crítica, comenzando la compactación y
alcanzando, posteriormente, la concentración final Xu (figura 6d).

De acuerdo con lo mencionado anteriormente, se realizará una experiencia de laboratorio,

el cual su objetivo principal es analizar las diferencias de altura respecto a la dosificación de
floculante, los cuales son de 0, 10, 20 y 30 g/L, para cuatro diferentes porcentajes de sólido,
de 20%,25%,30% y 35%. Todas estas muestras fueron sometidas a una sedimentación por
un tiempo de 30 minutos, con la condición de que se marcaba cada 30 segundos por 5
minutos cómo variaba la zona de clarificación respecto a la zona de sedimentación.
Posteriormente, todas las muestras fueron analizadas y se obtuvieron los cálculos que se
van a analizar a lo largo del informe.
Procedimiento

Primeramente, el mineral fue sometido a pruebas de densidad mediante un

g
picnómetro (Ver Figura 2), lo cual obtuvo una densidad promedio de 2,498 .
cm3

Posteriormente se realizaron los cálculos correspondientes de los valores teóricos de masa

del mineral, masa de agua, volumen de sólido, volumen de pulpa, cantidad de floculante en
mililitros, para porcentajes de sólidos de 20,25,30 y 35%.

v
Se utilizó un floculante Rheomax 1030 con una concentración de 0,25% . Los cuales
v
están expresados teóricamente de la siguiente manera para la preparación de la solución
madre.

Figura 7: Preparación solución madre de Floculante Rheomax 1030

Una vez completando los pasos anteriores, y con los cálculos obtenidos, se procede a pesar
el mineral en la balanza digital (Ver Figura 4) para preparar 4 muestras en distintas probetas
(Ver Figura 3) para distintos porcentajes de sólidos mencionados anteriormente.

Se agrega la cantidad necesaria de mineral y agua a las probetas con los cálculos
obtenidos anteriormente, se añade una cinta al exterior de la probeta, se deja reposar, y
finalmente se empieza a medir el tiempo en intervalos de 30 segundos para los primeros 5
minutos, luego en intervalos de 5 minutos. para posteriormente obtener la velocidad de
sedimentación tal como muestra la figura 1.
Resultados y Discusiones

El siguiente gráfico muestra tiempo vs altura de sedimentación que se obtuvo para una
concentración de volumen de sólido de 20.

Gráfico 1 Velocidad de sedimentación 20% Solido

Donde podemos observar que la mayor velocidad de sedimentación la obtuvo la muestra

con floculante de 30 g/t , los 4 floculantes se estabilizaron al llegar cerca de los 30 minutos
por lo tanto se considera innecesario dejarlo por más tiempo tomando en cuenta los costos
que estos podrían ocasionar

El siguiente gráfico muestra las alturas y el tiempo de sedimentación que se obtuvo para
una concentración de volumen de sólido de 25.
 Gráfico 2 Velocidad de sedimentación 25% Solido

En este gráfico igualmente el floculante de 30 g/t fue el más óptimo con una mayor
velocidad de sedimentación aunque no se puede determinar de muy buena manera si es
que el floculante de 20 g/t es más optimo ya que hubo diferencias de tiempo, el de 10 g/t
también tuvo un muy buen resultado al completar los 60 minutos llegando incluso a la
misma altura que el floculante de 30 g/t esto nos indica que quizás el floculante de 10 g/t
seria el más optimo en general ya que tendría menos costos que el de 30 g/t aunque este
tengo una leve ventaja en la velocidad de sedimentación, el floculante de 30 g/t sedimento
durante 1 hora aproximadamente mientras que el floculante de 20 g/t solo se mantuvo por
30 minutos , el floculante de 10 g/t sigue siendo el de menor velocidad de sedimentación al
igual que en el Cp 20.

El siguiente gráfico muestra las alturas y el tiempo de sedimentación que se obtuvo para
una concentración de volumen de sólido de 30.
 Gráfico 3 Velocidad de sedimentación 30% Solidos

A diferencia de los otros 2 casos primero se puede observar que la velocidad de

sedimentación de la muestra sin floculante y la que tiene floculante 20 g/t comenzaron a ser
similares pero claramente no son las óptimas y al igual que en los casos anteriores el
floculante con 30 g/t sigue siendo el óptimo aunque igualmente habría que hacer una
comparación del costo ya que la diferencia de sedimentación no es tanta, por lo tanto puede
ser que el floculante de 20 g/t sea óptimo, pero sólo en relación a costos.

El siguiente gráfico muestra las alturas y el tiempo de sedimentación que se obtuvo para
una concentración de volumen de sólido de 35.
 Gráfico 4 Velocidad de sedimentación 35% Solidos

En este gráfico se puede observar un cambio radical con respecto a los floculantes ya que
ahora la muestra que respondió de mejor manera con una mayor velocidad de
sedimentación fue justamente el que no tenía floculante seguido del de 10 g/t luego el de 20
g/t y finalmente el de 30 g/t por lo tanto no utilizaremos floculante para este caso ya que
tiene una mayor velocidad de sedimentación y sobre todo porque no conlleva gastos extras
en floculantes. Igualmente hay que tomar en cuenta que sedimentaron a una velocidad muy
lenta las 4 muestras esto se debe a que la concentración de volumen de sólidos era muy
alta “35”.
Conclusión

Con respecto a las alturas vs tiempo podemos determinar que la muestra más óptima ya
que obtuvo una altura cercana a los 11 cm fue la de Cp 20 aplicando un floculante de 30 g/t
debido a su mayor velocidad de sedimentación además que se estabiliza muy luego, cerca
de los 20 minutos, por otro lado podemos determinar que siempre las muestras sin
floculantes no eran las óptimas exceptuando el último caso que teníamos Cp 35 que fue la
que obtuvo mayor velocidad de sedimentación aunque de cualquier modo fue muy lenta su
sedimentación, incluso las 4 muestras son muy similares entre sí.
Anexos

Datos para un porcentaje de solidos de 35%

Cp=0,35
g
ρmx=2, 498 3
cm

Cp
Cv=
ρmx ( 1−Cp )+Cp

0,35
Cv= =0,18
2,498 ( 1−0,35 ) +0,35

Cv = 0,18

Vs=Cv∗Vp
Vs=0,18∗1000 ml=180 ml solido

Ms=¿ 180 ml * 2,498

Ms=449,64 g

Determinación de cantidad de floculante

g
10 →1.000 .000 g
t
g
x → 449,64 g
t

X = 0,0044964
ml = 4,4964 ml de Floculante

De la misma manera para las otras dosificaciones.

Densidad de la pulpa
ρp=( 1+ Cv ( ρmx−1 ) )
ρp=1,27

Mp=Ms + Ml
 ms 449,64
Mp= = =1284,68 g
Cp 0,35

ml=835,04 ml

Bibliografía
Castillo, C. (2018). ESTUDIO DEL EFECTO DE LAS CONDICIONES HIDRODINÁMICAS,
LA PRESENCIA DE IONES Y DE ARCILLA, EN EL PROCESO DE FLOCULACIÓN
DE UN RELAVE DE SULFURO DE COBRE. Santiago,Chile: Universidad de Chile.
Empirica. (Junio de 2020). Empirica. Obtenido de https://empiricaconsultores.cl/topico-2-f-
pruebas-de-sedimentacion/
Mena, R. (2022). SEPARACIÓN SÓLIDO LÍQUIDO-ESPESAMIENTO Y FILTRACIÓN.
Antofagasta: Universidad Catolica del Norte .