ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DEL RÉGIMEN DE TEMPERATURA EN EL SECADO DEL MINERAL LATERÍTICO

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1 ANÁLISIS DE LA INFLUENIA DEL RÉGIMEN DE TEMPERATURA EN EL SEADO DEL MINERAL LATERÍTIO Analysis f the temperature regime influence n lateritic mineral drying Enrique Trres Tamay Rafael Galan Milhet Elis Efraín Guzmán etrrest@ismm.edu.cu Institut Superir Miner Metalúrgic Dr. Antni Núñez Jiménez RESUMEN En las empresas cubanas del níquel cn tecnlgía carbnat amniacal (AROM), el prces de secad n lgra ls valres óptims de humedad que garantizan la mlienda. En este trabaj se determina la influencia de la humedad de equilibri, la cnstante de secad y el ceficiente de transferencia de masa, durante el secad del mineral laterític a escala de labratri. Se btiene la crrelación y regresión de las variables antes mencinadas en función de la temperatura y el cntenid de humedad del mineral. Se cnfirmó experimentalmente que para un rang de temperatura entre 80 y O, la de humedad de equilibri del mineral laterític se encuentra entre y g /g, la cnstante de secad entre 0,0198 y 0,0077 1/min., y el ceficiente de transferencia de masa entre 0,0044 y 0,0116 g / m 2.min. Se cncluye que el exces de humedad en el mineral que sale de ls secadres n está relacinad cn el régimen de temperatura usad en el prces. PALABRAS LAVE: Secad, humedad de equilibri, transferencia de calr y masa, mineral laterític, prces AROM. ABSTRAT In the uban nickel enterprises which use carbnate ammniacal technlgy (AROM) the drying prcess d nt reach the ptimal humidity figures that assure the milling prcess. In this wrk it is determined the influence f the equilibrium humidity, cnstant f drying and cefficient f mass transfer during the drying frm the mineral lateritic t labratry scale. It is btained the crrelatin and regressin f the variables befre mentined in functin f the temperature and the cntent f humidity f the mineral. It is cnfirmed experimentally that fr a range f temperature between 80 and O the cnstant f equilibrium humidity f the lateritic mineral is between and g/g, the drying cnstant, between 0,0198 y 0,0077 1/min and the mass transfer cefficient, between 0,0044 and 0,0116 g / m 2.min. ncluded is that excess f humidity bserved at dryers utput is nt related with the temperature regime using in the prcess. KEY WORDS: Drying, equilibrium humidity, transfer f heat and mass, lateritic mineral, AROM prcess. INTRODUIÓN El prces de secad se puede analizar cm un prces termfísic y físic - químic, en el cual se prduce el intercambi de calr y de humedad entre la superficie del material que se smete al secad y el medi gases que l rdea, cuand se prduce el intercambi de calr y de humedad en el interir del material. El prces dad curre cm cnsecuencia de la diferencia de las presines de vapr de agua en el medi y en la superficie del material, y también debid a la diferencia entre las temperaturas de la superficie y el interir del material. 119

2 Este prces curre de la manera siguiente: baj la acción del calr, en la superficie del material se frma una película de vapr de agua; si la presión de este vapr es mayr que la presión del vapr de agua en el medi circundante, entnces se prduce la difusión del vapr hacia el medi y la humedad es eliminada de la superficie del material. Durante este prces, la humedad del material sbre la superficie disminuye y en el interir de éste surge una diferencia de humedad DX, que recibe el nmbre de gradiente de humedad. Este gradiente cnstituye el indicadr de la velcidad de mvimient de la humedad en el material. La velcidad de mvimient del fluj del agente desecante y su humedad n inciden sbre la velcidad de secad; sól l hacen en grad cnsiderable las prpiedades del material smetid a un secad liger y, principalmente, de la resistencia a la difusión en el traslad del vapr de agua desde las capas interires hacia la superficie del material. Muchs factres influyen sbre el resultad del secad: la naturaleza del material, su estructura, cmpsición química, carácter del enlace cn la humedad, grsr (dimensines de ls trzs y cmpsición granulmétrica) y cantidad de humedad del material smetid al tratamient. Ejercen una cnsiderable influencia sbre el secad: la temperatura, la humedad y la velcidad del fluj del agregad desecante, además de las cndicines que circundan el material. El aument de la velcidad de mvimient acrta la duración del prces de desecación y cn la subida de la temperatura disminuye la duración del mism. Mientras mayr tamañ presenten ls trzs del material, tant mayr duración tendrá el desecad. La determinación de la humedad de equilibri, la cnstante de secad y el ceficiente de transferencia de masa, tiene imprtancia en la mdelación del prces de secad, l que permite una mejr pryección y selección de ls parámetrs racinales de trabaj de ls equips. Varis autres han estudiad el prces de secad, fundamentalmente para materiales cm la zelita, el bagaz y la sacharina. Dentr de ells se destacan ls trabajs realizads pr Nva y Meinard (1992, 1994, 1995), quienes diseñan un equip para el secad de zelita en la prvincia Santiag de uba. N mens imprtantes sn ls trabajs de Murugesan & Seetharamu (1996), ls cuales hacen un análisis cnvectiv del secad de materiales prss a partir de ls mds de transferencia de calr y transferencia de masa presentes en el prces. Relacinad cn el mineral laterític existen pcs trabajs encaminads a lgrar mayr eficiencia en el prces de secad de este material, dentr de ells se destaca el desarrllad pr Miranda y trs (1996), en el que se realiza una cmparación y cnjugación de métds para determinar el cntenid de humedad inicial en las distintas menas de ls yacimients laterítics, y se aplica el métd de reflexión neutrónica. En ls trabajs anterires, aunque se establecen métds de carácter general aplicables a alguns materiales, ningun se adapta al estudi del secad del mineral laterític. En el estudi desarrllad pr Trres (1999), a partir de las variables más imprtantes invlucradas en el prces de secad, se establecen ls valres óptims de ls parámetrs temperatura, cntenid de humedad y velcidad de ls gases en el interir del cilindr. La deficiencia fundamental de este trabaj es que se realizó a escala industrial, pr l cual n se pud btener un mdel físic matemátic que caracterice el prces. Actualmente, en las industrias del níquel cn tecnlgía AROM el prduct final del prces de secad supera ls valres de humedad establecids, l cual perjudica el prces psterir de mlienda. El bjetiv de este trabaj es determinar el cmprtamient de la humedad de equilibri, la cnstante de secad y el ceficiente de transferencia de masa durante el secad del mineral laterític, a escala de labratri, cn el fin de encntrar las causas que riginan esta prblemática. Ests parámetrs se escgiern tmand en cuenta su imprtancia en la mdelación matemática del prces y en la evaluación, cálcul y diseñ de prttips de secadres. N se analizó la influencia del cntenid inicial de humedad, debid a que se ha cmprbad que su influencia n es significativa. MATERIALES Y MÉTODOS Para la investigación se empleó mineral laterític previamente hmgenizad y triturad, tmad a la entrada de ls secadres. La humedad de entrada del mineral, según pryect, debe ser del 36 %, y la granulmetría debe cmprtarse aprximadamente cm se muestra en la tabla 1. Ls experiments se realizarn en el labratri central de la empresa niquelífera mandante Ernest he Guevara y ls equips que se utilizarn en ls experiments fuern ls siguientes: Balanza analítica de precisión hasta la cuarta cifra decimal. Desecadras. Estufa. Pesafiltrs cn sus tapas.

3 lase TABLA 1 de tamañ % en pes lase de tamañ % en pes + 101,6 0, 3 + 1, 4 2, ,8 0, 6 + 0,83 5, ,1 0, 6 + 0,417 3, ,4 0, 7 + 0,246 3, ,05 0, 5 + 0,149 2, 6 + 1,7 0, 6 + 0,074 11, 3 + 6,35 2, 7-0,074 62, 2 + 3,36 2, 3 N exist e N exist e TABLA 2 E XP. T, O X, g/ g T - temperatura en el interir de la estufa X - ntenid de humedad inicial del mineral. risles cn sus tapas. Beaker. Pipeta. Espátula. Termómetr de bulb húmed y bulb sec. Técnica experimental 1. Se seca una determinada cantidad de mineral pr un tiemp de 24 h a una temperatura de Se tman pequeñas muestras de mineral sec en diferentes crisles previamente tarads, se les añade una cierta cantidad de agua calculada de acuerd cn el diseñ experimental, y se btienen así diferentes humedades iniciales base seca; seguidamente, se tman ls pess iniciales de cada un de ells. 3. Ls crisles destapads se intrducen en la estufa a una temperatura determinada de acuerd cn el experiment que se realiza y pr espaci de un determinad tiemp. 4. Una vez cnsumid el tiemp fijad se extrae el crisl y se intrduce en una desecadra, hasta que alcance la temperatura ambiente. 5. Psterirmente, se clcan las muestras sbre una balanza analítica y se tman ls pess a la temperatura ambiente. Pr diferencia de pes se determina la humedad crrespndiente a ese tiemp, lueg se repiten ls punts 3, 4, 5, y así sucesivamente hasta btener, pr últim, la humedad de equilibri dinámic. Diseñ de ls experiments Ls experiments se efectuarn para tres valres de temperatura cn un cntenid de humedad inicial del 38 % base húmeda. Para cada experiment se realizarn cinc réplicas. La matriz de este diseñ de experiment se muestra en la tabla 2. El estudi de la cinética del secad del mineral se basa en cnsiderar que la curva de secad se ajusta cn buena aprximación a la ecuación (1), para td el tiemp en que el material frmad pr una capa fina se smeta al secad, hasta alcanzar la humedad final de equilibri dinámic (X e ). K* T X i = Xe + ( X Xe)* e (1) Xi Xe Sustituyend Ln = -K*T X Xe Dnde: Xi - ntenid de humedad en función del tiemp X e ntenid de humedad de equilibri, g/g. X 0 ntenid de humedad inicial del material, g/g. K nstante de secad, 1/min. T Tiemp, min. Es decir, que al llevar a un gráfic el vs T, se btiene una curva que muestra ls diferentes períds de secad, cuyas pendientes serán ls valres de la cnstante de secad (K). Este cmprtamient ha sid cmprbad en trabajs previs (Nva y Meinard, 1994, 1995), dnde se realiza la mdelación matemática del secad de zelita a escala de labratri para la pryección y selección de ests tips de secadres. Las curvas de secad se btuviern a partir de ls dats experimentales de cntenid de humedad en función del tiemp, para ell se utilizó el prgrama prfesinal Micrcal Origin. El ajuste de curva se realizó mediante la ecuación (1). A partir de ls valres de la cnstante de secad y humedad de equilibri se estimarn ls ceficientes (kg) de transferencia de masa de acuerd cn la ecuación (2), referida a un kg de mineral laterític sec (m s ) y un m 2 de área de secad (A). (2) 121

4 RESULTADOS Y DISUSIÓN Ls resultads experimentales (Tabla 3) muestran que a ls 350 min. se alcanza la humedad de equilibri. Para cada valr de temperatura estudiad se btuviern las ecuacines que rigen el prces de secad para un ceficiente de crrelación de 0,8 (Figs. 1, 2 y 3): Xi=+0,5923e -0,0196 para la temperatura de (3) Xi=+0,587e -0,0129 para la temperatura de 100 (4) Xi=+0,575e -0,0077 para la temperatura de 80 (5) Figura 1 Tiemp (min.) X i med - ntenid de humedad TABLA ,42 0,55 0, ,366 0,497 0, ,161 0,351 0, ,11 0,178 0,332 0,096 0,103 0, , ,058 0, ,05 0,045 0, ,028 0,031 0, ,026 0,034 0, ,0218 0,029 0, Figura 2 Figura 3 Exp. ndicines iniciales TABLA 4 Humedad de equilibri nstante de secad T ( ) X (g/g) X e (g/g) K (1/min. ) ef. de Transf. de masa 2 Kg (g/ mmin. ) 1 0, , ,0129 7, ,0077 4, 4 122

5 Se bserva una tendencia al aument de ls valres de Xe cn la disminución de la temperatura (Tabla 4), el mayr valr es de g/g y se btiene a la temperatura de 80 O. Es imprtante señalar que este valr es menr que el valr exigid (0,045 g/g) pr diseñ en el prces de secad del mineral laterític de las empresas del níquel para garantizar el prces psterir de mlienda. Pr su parte, ls valres de la cnstante de secad y el ceficiente de transferencia de masa también muestran una tendencia a aumentar cn la temperatura, este últim varía entre 4,4 y 11,6 g/m 2.min., según el régimen de temperatura en que se trabaje. Ests resultads demuestran que el exces de humedad bservad en el mineral que sale del prces de secad n está relacinad cn ls regímenes de temperatura en que curre el prces, sin cn trs factres que aún n se han establecid. n ls resultads de humedad de equilibri y ceficiente de transferencia de masa es psible realizar la mdelación matemática y simulación del prces de secad del mineral laterític, para l cual es necesari aplicar criteris de semejanzas e incluir, a partir del diseñ experimental adecuad, tdas las variables que intervienen en el prces y de esta frma llegar a la causa del exces de humedad. ONLUSIONES 1. Se verifica experimentalmente que el cntenid de humedad de equilibri del mineral laterític para un rang de temperatura entre 80 y O se encuentra entre y g/g. 2. La cnstante de secad alcanza valres entre 0,0198 y 0,0077 1/min. para el régimen de temperatura El ceficiente de transferencia de masa aumenta cn la temperatura, y para el rang analizad varía entre 4,4 y 11,6 g/m 2 min. 4. El exces de humedad en el mineral que sale de ls secadres n tiene su causa en el régimen de temperatura usad en este prces. REFERENIAS BIBLIOGRÁFIAS Micrcal Origin (versión 3.5). Micrcal sftware, Inc. One Rund huse plaza Nrthamptn, MA USA, MIRANDA, J. L., G. A. ÁLVAREZ, J. R. MIRANDA, L. F. DESDÍN Y J. MENDOZA: mparación y cnjugación de métds de determinación de humedad en la industria del níquel, Minería y Gelgía 13 (2) :42 47, MURUGESAN, K. & K. N. SEETHARAMU: A ne dimensinal analysis f cnvective drying f prus materials, Heat and Mass transfer. 32 :81 88, NOVOA, R.. Y MEINARDO B. J.: Secad de zelita a escala de labratri (I), Tecnlgía Química 3:34 39, : Secad de zelita a escala de labratri (II), Tecnlgía Química 1:37 32, : Secad de zelita a escala de labratri (III), Tecnlgía Química 1:24-29, TORRES, E.: Investigación del arrastre de partículas en ls gases durante el secad del mineral laterític en tambres cilíndrics rtatris (Tesis de Maestría), Institut Superir Miner Metalúrgic de Ma, Departament de Mecánica,