Desarrollo y validación de un modelo de cálculo de la altura del colchón de espuma en celdas de flotación basado en tres señales de presión

Abstract

El proceso de flotación corresponde a la etapa de separación selectiva de partículas hidrofóbicas utilizando como medio de transporte la inyección de aire en forma de burbujas. El colchón de espuma, ubicada en la zona superior dentro de una celda de flotación, tiene como propósito el transporte de los agregados partícula-burbujas provenientes de la zona de colección hacia el concentrado final, así como el descarte de partículas sin valor comercial. Estudios han mostrado que el rendimiento del proceso (ley del concentrado y recuperación) están influenciados por la altura del colchón de espuma. La altura del colchón de espuma se ha determinado mediante la medición de la conductividad eléctrica, temperatura, ultrasonido, ondas de radar y presión. Esta última conlleva el uso de 1 a 3 sensores de presión ubicados en la zona de pulpa y/o en la espuma. Las universidades UTFSM – UCN diseñaron un prototipo industrial para la medición de parámetros hidrodinámicos (velocidad superficial del gas, densidad de pulpa aireada, concentración del gas y altura del colchón de espuma) basado en 2 señales de presión. Cada señal medida corresponde a la presión ejercida por la pulpa aireada más la presión del colchón de espuma, cuya representación matemática de las ecuaciones tiene como incógnitas la altura del colchón de espuma, la densidad de la pulpa aireada y la densidad de la espuma. El actual modelo de cálculo requiere del uso de un supuesto sobre el valor de la densidad de la espuma para la resolución del sistema de 2 ecuaciones y 3 incógnitas, en el que elvalor de la densidad de espuma corresponde al producto de la densidad de la pulpa aireada por 𝛼, cuyo es de 0.1-0.2. El uso de un valor fijo de la densidad de la espuma no es correcto ya que depende de múltiples factores tales como el espumante, flujo de aire y tamaño de partícula. En el contexto de este trabajo, se propuso la implementación de una tercera señal de presión y la obtención de un modelo de cálculo para la altura del colchón de espuma evitando el uso de supuestos respecto al valor de la densidad de la espuma. Para esto se realizaron pruebas a escala de laboratorio en una celda de flotación de 1 m3 utilizando una versión a escala del actual sensor de doble tubo concéntrico más una señal de presión, la cual no requiere de una cámara de acumulación de aire. Las pruebas se llevaron a cabo a una velocidad superficial del gas de 0.5, 1.2 y 2.0 cm/s en un sistema bifásico agua-aire. Además, la concentración de espumante utilizada fue a concentración crítica de coalescencia. La validación de las mediciones se contrastó con mediciones in situ de la altura del colchón de espuma. Los resultados obtenidos para la altura del colchón de espuma reportaron un error promedio de 2.2% respecto al valor de referencia para los rangos de operación utilizados, una desviación estándar de 0.16 cm y un error máximo del 9%. El uso de 3 señales de presión aumentó la exactitud respecto al modelo basado en 2 presiones. Además, no requiere el uso del supuesto respecto a sus parámetros y permite el cálculo de la densidad de espuma, para el que se determinó un valor promedio de 18.8 kg/m3. Adicionalmente, el uso de 3 puntos de presión permitió crear perfiles verticales de medición para las variables de densidad de pulpa aireada y concentración del gas, cuyos resultados fueron acordó a la fenomenología del proceso. Como estrategia de control se recomienda un perfil de altura de colchón de espuma con forma de U, ya que, permite una mejora en la recuperación y ley del concentrado.