DISEÑO Y CARACTERIZACIÓN OPERACIONAL DE FILTRO MAGNÉTICO DE BAJO GRADIENTE PARA LA REMOCIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE HIERRO

Abstract

Las fundiciones de cobre, en particular las plantas de tratamientos de gases, producen Riles con altas concentraciones de metales pesados entre ellos el arsénico. Estos Riles actualmente son tratados mediante un proceso de precipitación con lechada de cal, seguida de una precipitación con sulfato férrico, para finalizar con una etapa de calcinación. Dicho proceso presenta desventajas, como la alta producción de lodos y la incorporación de coagulantes químicos de difícil manejo. Se presenta un proceso alternativo basado en el uso de electrocoagulación, nanopartículas de hierro y campos magnéticos. Este proceso tiene tres etapas: la primera es electrocoagulación con nanopartículas de hierro; la segunda es una sedimentación con imanes; y la última es filtración magnética la cual es el foco de este trabajo. Con este nuevo proceso se tiene una disminución en los lodos generados, es más compacto ya que es más intensivo, y permite recuperar una mayor cantidad de agua para su reutilización. El objetivo de este trabajo es disear, construir y operar un filtro magnético a escala de laboratorio, para luego escalarlo a nivel industrial. Este equipo debe ser capaz de retener nanopartículas de hierro presentes en un Ril sintético. En forma paralela a este trabajo, se desarrolla un modelo para la separación magnética de bajo gradiente utilizando los conceptos de adsorción en columna de lecho empacado, por lo que se quiere obtener datos para construir curvas de ruptura que permitan validar el modelo teórico. Se formuló una metodología de diseo en base a tres parámetros importantes: campo magnético, tasa de filtrado y factor de forma. Las especificaciones del filtro construido son: largo 35 [cm], largo efectivo 25 [cm], diámetro 1,5 [pulgadas], 524 [m] de alambre esmaltado de cobre AWG 16, bobina con 15 capas y 194 espiras por capa, corriente permitida 7 [A], campo magnético máximo 0,1 [T]. Se hicieron pruebas para construir las curvas de ruptura y experiencias para determinar el comportamiento de las variables más importantes como velocidad de flujo, campo magnético, tiempo de residencia y eficiencia en la captura de nanopartículas. La eficiencia máxima de retención de nanopartículas obtenida fue de 99,6% con un campo magnético de 0,07 [T], se estableció un flujo óptimo de 11,5 [cm3/s] y un tiempo de residencia de 25 [s]. La razón de captura fue de aproximadamente 1 gramo de nanopartículas por 1 gramo de virutas de hierro. Para el escalamiento del filtro a tamao industrial se utilizaron los datos fundición de Caletones. El filtro a escala industrial tiene las siguientes características: largo 1,4 [m]; diámetro 2,1[m]; área de filtrado 0,35 [m2]; potencia eléctrica 300 [kW]; medio filtrante 138 [kg] de viruta de hierro; backwash cada 15 [min]; Flujo de filtrado 10 [m3/h]; costo energético unitario de 0,76[KWh/KgAs]. A partir de estos datos se propone una configuración con dos etapas de sedimentación y 1 filtro magnético.