Introducción
Cuando se trata de diseñar una planta de lavado de arena, hay muchas opciones de equipos disponibles que se pueden utilizar solos o como parte de un sistema completo para lograr la especificación de producto requerida en el tonelaje deseado.
Algunas de las opciones de equipos se solapan en términos de manipulación de materiales y capacidades, pero en mayor parte, cada una tiene un área en la que eclipsa a las demás.
Echemos un vistazo a algunos objetivos comunes del lavado de arena para ayudar a determinar qué configuración de planta de lavado funciona mejor para una aplicación.
Para la mejora de la equivalencia de arena (EA) y la durabilidad
Si su objetivo es mejorar la equivalencia de arena (EA), que es la relación entre el material deseable y la arcilla en una alimentación, o la durabilidad, que es una medida de cómo resiste la arena a la descomposición con el tiempo, se puede utilizar un molino de paletas o celda de atrición para eliminar el material perjudicial del árido aceptable. Se trata de máquinas especializadas diseñadas para eliminar arcillas de alta plasticidad.
Aunque tanto los molinos de paletas y las celdas de atrición se utilizan para la depuración de servicio pesado, no son necesariamente intercambiables para todas las aplicaciones. Los molinos de paletas, también conocidos como acondicionadores de áridos, pueden alimentarse con material de hasta 4" (100 mm), mientras que las celdas de atrición necesitan alimentarse con material muy fino, generalmente de menos de ½" (12 mm). Los molinos de paletas se utilizan para eliminar las arcillas más duras, pero las celdas de atrición proporcionan una depuración aún más agresiva para eliminar las arcillas más duras y de mayor plasticidad.
Molinos de paletas
Los molinos de paletas requieren una alimentación densa, pero húmeda de alrededor del 65 % al 70 % de sólidos por peso para una depuración óptima. Suelen alimentarse directamente mediante una cinta transportadora con agua añadida, aunque demasiada agua puede actuar como amortiguador e impedir un lavado eficaz.
Un molino de paletas cuenta con una combinación de paletas y eslabones dispuestos en un patrón alterno a lo largo de un eje giratorio. Las paletas erosionan, desgastan por fricción y descomponen el material perjudicial, y los tramos roscados transportan el material hacia el extremo de descarga. Se pueden añadir más paletas para una depuración más agresiva, pero esto reducirá la capacidad de la máquina.
Celdas de atrición
Las celdas de atrición también necesitan una alimentación de pulpa espesa de alrededor del 65 % al 85 % de sólidos por peso para lograr un lavado de alta eficiencia. Se alimentan a través de un Separator™, que es un hidrociclón modificado diseñado específicamente para descargar un caudal inferior más concentrado.
El material ingresa por una entrada situada cerca de la parte inferior de la celda de atrición, donde se somete a un desgaste partícula a partícula facilitado por un eje de paletas vertical giratorio, y luego se descarga por una salida situada cerca de la parte superior. Cuando se utiliza en serie, la configuración de entrada/salida puede invertirse de modo que el material entre por la parte superior de la primera celda y se descargue por la parte inferior hacia la parte inferior de la segunda celda y luego salga por la parte superior.
Debido a su elevada tendencia a la derivación, las celdas de atrición se utilizan casi siempre en serie para reducir significativamente la pérdida de material. Son populares en la industria de la arena de fractura por su capacidad de reducir la turbidez de la arena, pero las celdas de atrición también se utilizan eficazmente en aplicaciones de áridos.
Tanto los molinos de paletas como las celdas de atrición son equipos de tipo “todo dentro, todo fuera”, lo que significa que toda la alimentación que entra en ellos también debe salir. Una zaranda de enjuague, típicamente, sigue a un molino de paletas para enjuagar la arcilla liberada del árido limpio, mientras que las celdas de atrición suelen descargar a un hidrociclón/Separator™ o a un lavador de tornillo sin fin para darle otro lavado al material depurado.
Para la clasificación y el desaguado
Existen bastantes opciones de equipos y configuraciones de plantas para clasificar y desaguar la arena, pero no todas ellas serán las mejores para cada aplicación.
Tanques de clasificación de arena
Los tanques de clasificación de arena pueden utilizarse por diversos motivos, entre los que se incluyen:
- Eliminar el exceso de agua (por ejemplo, en un circuito de dragado en el que entra un gran volumen de agua con la alimentación)
- Clasificar el material mediante la eliminación de cantidades excesivas de determinados tamaños de malla o limos
- Generar varios productos a partir de una sola alimentación
Se utilizan sobre todo para producir arenas de construcción, como la arena para hormigón o la arena para mampostería. Los tanques de clasificación son los más adecuados para eliminar la parte abultada de un depósito de material excedente o para aplicaciones que carecen de ciertos tamaños de material. Pueden manipular una amplia gama de separaciones por tamaño.
Los tanques de clasificación pueden ser alimentados por una zaranda de clasificación o bombeados desde una draga. Si entra un exceso de material fino con la alimentación, se pueden utilizar ciclones para eliminar parte del material de malla de hasta 140 (105 µm) antes de que entre en el tanque para reducir la cantidad de finos en el desbordamiento del tanque.
La alimentación se decanta en tamaños sucesivos a lo largo del tanque: las partículas más gruesas se decantan en las primeras estaciones del tanque y las partículas más finas en las últimas estaciones del tanque. El aumento de la corriente en las primeras estaciones ayuda a mantener las partículas más finas en suspensión para un mayor control de los productos finales.
Cada estación está equipada con una paleta que se detiene cuando la arena se acumula en ella. Esto luego activa las válvulas para que se abran y liberen el material en uno de varios canales colectores, en un porcentaje designado por el software de remezclado de arena que controla el tanque. Desde los canales colectores, el producto (una mezcla programada de tamaños de material procedentes de diferentes estaciones del tanque) o los productos se desaguan mediante un lavador de tornillo sin fin para material fino o una planta de Separator™/zaranda desaguadora. Cada sistema tiene sus pros y sus contras, pero la elección de un tornillo de arena o de una zaranda desaguadora para el desaguado del caudal inferior del tanque de clasificación suele depender de las preferencias.
Hydrosizers™
Los Hydrosizers™, aunque no son directamente comparables con los tanques de clasificación, realizan el corte más afilado de los separadores de gravedad en húmedo. A menudo, se utilizan para generar simultáneamente varios productos especializados, como arena de fundición, arena de vidrio y arena para campos de golf. Manipulan tamaños de material en la gama de malla 140 (100 µm) a malla 18 (1000 µm) y proporcionan una clasificación precisa por tamaño. También pueden separar por densidad y eliminar los restos orgánicos.
Los Hydrosizers™ son comúnmente alimentados por hidrociclones con alrededor del 35 % al 65 % de sólidos por peso. El agua se inyecta en el Hydrosizer™ para generar una corriente ascendente de modo que se pueda formar un lecho oscilante de partículas de tamaño aproximado en la cámara de clasificación. Las partículas más grandes o densas se hunden en el lecho oscilante y se descargan directamente a una zaranda desaguadora para eliminar el exceso de agua. Las partículas más pequeñas o ligeras flotan sobre los vertederos de la parte superior del Hydrosizer™ y se envían a un hidrociclón para su posterior clasificación.
Lavadores de tornillo sin fin para material fino
Los lavadores de tornillo sin fin para material fino se utilizan para el lavado, la clasificación y el desaguado de arena de menos de 3/8" (10 mm) o material fino, generalmente, arena para hormigón o albañilería. Realizan una separación nominal a malla 140 (100 µm), pero pueden separar más fino hasta malla 230 (63 µm) y más grueso hasta malla 100 (149 µm) o más en determinadas aplicaciones si se utiliza suficiente agua de corriente ascendente.
Los tornillos de arena pueden eliminar por flotación los contaminantes y los restos orgánicos si no están excesivamente cargados de agua y pueden realizar el desaguado del material hasta un contenido de humedad apilable y transportable en torno al 20 %. Pueden descargarse directamente a una cinta transportadora o a una zaranda desaguadora para obtener un producto aún más seco.
Los lavadores de tornillo sin fin pueden utilizarse como piezas independientes para el lavado, la clasificación y el desaguado, o pueden incluirse en muchas configuraciones de planta diferentes. Pueden alimentarse con otros lavadores de tornillo sin fin o descargarse a ellos, como en aplicaciones con altos niveles de arcilla en las que varios lavadores de tornillo sin fin para material fino dispuestos en serie pueden proporcionar un lavado doble o incluso uno triple. Pueden colocarse luego de tanques de clasificación para el desaguado parcial de productos finales o luego de celdas de atrición para el lavado de la arcilla de una alimentación de material depurado. Además, pueden alimentarse en seco mediante cintas transportadoras o mediante ciclones para obtener un lavado doble. Los lavadores de tornillo sin fin también pueden incluir un Separator™ (alimentado por el desagüe del tornillo) colocado por encima del área de cubierta seca cerca del extremo de descarga del tornillo para capturar más material de malla +200 (74 µm) y devolverlo a la pila de producto.
Los tornillos de arena deben calibrarse tanto para agua como para sólidos. El porcentaje que pasa la malla 50 (297 µm) en el producto determina la velocidad del tornillo, mientras que la cantidad de material inferior a malla 200 (74 µm) determina el volumen de agua necesario para un funcionamiento eficaz.
Hidrociclones y Separators™
Los hidrociclones y los Separators™ se utilizan para la clasificación (y el desaguado en el caso de los Separators™). No pueden manipular material tan grueso como los tornillos, pero sí material mucho más fino, hasta malla 300 con Separators™ y hasta malla 600 con ciclones.
Ambas unidades se alimentan con una bomba a través de una entrada en la caja de alimentación. El material más grueso se arroja a las paredes exteriores de las secciones cónicas y se descarga entre un 50 % al 85 % de sólidos por el caudal inferior. La mayor parte del agua y del material fino se descarga por el desagüe y se envía a los residuos o aguas abajo para su posterior procesamiento.
Estas unidades son económicas, pueden procesar grandes volúmenes, requieren un espacio mínimo en el suelo y en la parte superior, y no tienen piezas móviles, ya que todo el trabajo lo realiza la bomba. Las limitaciones para los hidrociclones incluyen una densidad de alimentación no superior al 60 % de sólidos por peso (35 % para productos áridos) y presiones de entrada de 7 a 30 psi. El caudal inferior de los ciclones también debe desaguarse antes de su transporte o apilamiento.
Los Separators™ funcionan mejor con una densidad de alimentación del 25 % de sólidos por peso o menos y presiones de entrada de 7 a 15 psi. Sin embargo, estas unidades pueden descargar directamente sobre una cinta transportadora o un acopio, ya que fueron diseñadas para producir un caudal inferior más concentrado que un ciclón. Los Separators™ también pueden descargar en una zaranda desaguadora para una mayor eliminación de la humedad.
Zarandas desaguadoras
Las zarandas desaguadoras no se utilizan para la clasificación, pero pueden manipular una amplia gama de materiales. Incluyen una baja área abierta para maximizar la recuperación de material, lo que permite realizar una separación de agua y sólidos en lugar de una separación por tamaños. En determinadas aplicaciones, pueden utilizarse medios de cribado con aberturas más grandes para lavar el material más fino.
Las zarandas desaguadoras se colocan normalmente después de los lavadores de tornillo sin fin de material fino para desaguar aún más el material parcialmente desaguado. Las zarandas desaguadoras normalmente descargan con un 10 % al 20 % de humedad dependiendo de la aplicación, pero en ciertas aplicaciones, se ha logrado una humedad tan baja como del 7 % utilizando la combinación de tornillo de arena y zaranda desaguadora. Las zarandas desaguadoras también suelen combinarse con hidrociclones o Separators™ para el desaguado del caudal inferior de estas unidades.
Las plantas de zarandas desaguadoras (como las plantas UltraSAND) compuestas por hidrociclones o Separators™, una bomba y un sumidero pueden utilizarse en lugar de un tornillo de arena para la clasificación y el desaguado en algunas aplicaciones. Estas plantas ofrecen más flexibilidad que los lavadores de tornillo sin fin porque pueden producir varios productos por unidad, además de contar con capacidad de mezclado. Tienen un mayor rendimiento de producto gracias a la eficacia del Separator™ y descargan un producto más limpio. El agua tiende a arrastrar los finos, por lo que, al eliminar el exceso de humedad con la zaranda desaguadora, también se eliminan algunos de esos finos que pueden crear un producto sucio.
Además de eliminar la humedad, las zarandas desaguadoras pueden alcanzar un cierto nivel de deslamado y eliminación de basura al incorporar barras de rociado. Con la incorporación de un sumidero y una bomba, el material fino del tamaño del producto que se lava con el agua puede recircular nuevamente hacia la zaranda para evitar la pérdida de material y, al mismo tiempo, mantener la capacidad.
Para la gestión de residuos
Las piscinas de decantación son el método tradicional de almacenamiento de las pulpas residuales de agua, arena fina, limos y arcillas procedentes del proceso húmedo. Permiten que el material sólido se separe del líquido para su posterior eliminación y almacenamiento más permanente.
Sin embargo, el proceso de decantación puede tardar un tiempo, y las piscinas de decantación son engorrosas para limpiar cuando es necesario eliminar los sólidos. También pueden ocupar un valioso espacio de terreno.
Los equipos de gestión de residuos ofrecen una forma eficaz de manipular los residuos de las plantas de lavado para reducir y, potencialmente, eliminar las piscinas de decantación.
Recuperación de ultrafinos
Las plantas de recuperación de ultrafinos capturan material de malla +400 para reducir la cantidad de sólidos presentes en las piscinas de decantación o equipos aguas abajo. Este material recuperado puede venderse como un producto adicional, tal como lo haceKraemer Mining con su subproducto. Estas plantas son ideales cuando se utilizan con espesadores, pero también pueden usarse como unidades independientes.
Espesadores
Los espesadores son ideales para sitios en los que el agua es escasa, o donde las piscinas están ubicadas sobre reservas de minerales o donde la obtención de permisos es un problema. Recuperan hasta el 85 % del agua para su reutilización inmediata en el proceso húmedo y producen un lodo espeso del orden del 30 % al 50 % de sólidos (dependiendo del tipo de espesador y del material). El lodo (con una reducción drástica de su volumen a partir de la eliminación del agua) puede enviarse entonces a una piscina de decantación o filtro de prensa.
Filtros de prensa
Los filtros de prensa permiten la eliminación completa de las piscinas de decantación. Proporcionan una mayor separación de líquidos y sólidos del caudal inferior del espesador para producir residuos apilables y sin goteo y agua de proceso inmediatamente reutilizable.
Tres tipos básicos de plantas
Existen muchas formas diferentes de procesar la arena, pero hay tres tipos principales de plantas de arena:
- Tanques de clasificación y tornillos: este tipo de planta es ideal para depósitos de arena con partes abultadas o para la separación preliminar de agua.
- Ciclones y zarandas: este tipo de planta está preparada para manipular el exceso de finos o material grueso y arenas manufacturadas. Las plantas modulares también entran en esta categoría. Las plantas modulares están parcialmente precableadas y prediseñadas, y llegan a las instalaciones en módulos en contenedores para facilitar el montaje y agilizar la configuración y el desmontaje. Disponen de los mismos equipos que los mencionados anteriormente y son ideales para instalaciones con necesidades urgentes, aplicaciones comunes, depósitos a corto plazo, menor producción o problemas de permisos, o como complemento de la planta. Entérese de cómo Mount Compass aumentó su oferta de productos con la ayuda de una planta Ultra de tratamiento de arena de McLanahan.
- Plantas de arena fraccionada: este tipo de planta es ideal para un control estricto de las especificaciones y arenas especiales.
Para determinar qué tipo de planta le conviene o qué tipo de equipo es necesario para sus instalaciones, es importante someter su material a pruebas. Esto permitirá a un fabricante de equipos originales recomendar el equipo adecuado que le permitirá alcanzar sus objetivos de producción.
