11 40 Celeda_ Estabilidad-Estudio Reologico.pdf - SEGEMAR

eología
XI JATRAMI, Neuquén 2012
Ana Celeda
QUE ES REOLOGÍA:
REOLOG A:
Estudio de la deformación y el fluir de la materia.
Se puede aplicar a todo tipo de material: líquido gas y sólido
Newtoniano
Pseudoplástico
Dilatante
Plástico
COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES
5
viscosidad
0
0 velocidad 6

Prever el
comportamiento
durante
el manejo
del
material
modificación
de una
formulación
UTILIDAD DE UN ESTUDIO REOLÓGICO
Viscosidad
propiedades
Transporte
Mezclado
Bombeo
Vertido
Drenaje
Esparcido
componentes minerales (cargas o pigmentos) en una
formulación
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INTRODUCCIÓN
“ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE
UNA PULPA MINERAL SOBRE LA
BASE DE UN ESTUDIO
REOLÓGICO”
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Ing. Agustín Correa
Ing. Lucía Garaventa
Intemin-SEGEMAR
Centro de Procesamiento de Minerales
Cambios de microestructura ante flujo externo
Fluido
Psedoplástico
Fluido
Dilatante
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INTRODUCCIÓN
Factores que influyen
en las propiedades
reológicas
EQUIPOS
Reómetro AR-G2
TA Instruments
• Fracción Volumétrica
de sólidos (Φ)
• Efecto de fase continua
Según Barnes: La viscosidad del
sistema está asociada a la viscosidad
de la fase continua
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Suspensiones
concentradas
Elementos de medición
Peltier Cilindro
concéntrico
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Rotor Vane

MUESTRAS ESTUDIADAS
Pulpa proveniente de proceso de purificación de salmueras de Litio
concentradas por evaporación solar.
Fase sólida: mayoritariamente de yeso e hidróxido de magnesio.
Fase líquida: solución concentrada de iones provenientes de distintas etapas
del proceso (densidad: 1210 kg/m 3 )
Muestras empleadas
1) Fracción volumétrica de sólidos: Φ= 0,54
Φ= 0,21
Φ= 0,13
2) Sobrenadante (fase líquida): “Claro”
TAREAS REALIZADAS
Velocidad
Angular
(rad/s)
Viscosidad
(Pa. s)
• Ensayo Rotatorio – Curva de Viscosidad.
• Ensayo Rotatorio - ”PEAK HOLD” (Respuesta: Viscosidad vs. Tiempo)
Diseño de
Rutina
1
2
t 1 t 2 t R
Dos etapas
consecutivas
Rec Rec
3
4
t 3 t R t 4 t 5
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Jornadas Institucionales SEGEMAR 2012
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1) Tramos de Vel constante
decreciente
1) Tramos de Vel constante
creciente
5
tiempo

Viscosidad (Pa s)
0,1
0,01
50 a 30
rad/s
25 rad/s
20 rad/s
RESULTADOS
Figura 1. Ensayo Peak Hold para muestra Φ =0,54 y Claro
Viscosidad =0,54 Viscosidad Claro
15 rad/s
10 rad/s 15 rad/s
20 rad/s
0 20 40 60 80 100
Muestra Φ = 0,54
• Vel 50-30 y tramos 50: rango estable.
La η es cte.
• Vel< 30: - Respuesta transiente.
- Al Disminuir la Vel, Aumenta la η.
- Proceso reversible (igual η al inicio y fin)
Tiempo (min)
Muestra Claro
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30 a 50
rad/s
• Vel 50 y tramos 50: La η es cte.
• No presenta respuesta transiente.
• Al Disminuir la Vel, Disminuye la η.
• Proceso reversible (igual η al inicio y
fin)
Visc.
= 0,54
50 rad/s
Visc.
Claro
50 rad/s

Viscosidad (Pa s)
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
40
rad/s
Figura 2. Ensayo Peak Hold para muestras Φ =0,13 y Φ=0,21
Viscosidad = 0,21 Viscosidad = 0,13
20
rad/s
10
rad/s
0 20 40 60 80 100
• Vel = 50: La η es cte.
30
rad/s
25
rad/s
• Vel 50-30 y tramos 50: (rango estable)
La η es cte pero dismuye con la disminución de la
velocidad.
• Proceso reversible (igual η al inicio y fin)
Viscosidad (Pas)
10 -1
10 -2
10 -3
Tiempo (min)
20
rad/s
Vel< 30: - Respuesta transiente.
Figura 3. Curva de Viscosidad
= 0,54 = 0,21 Claro
30
rad/s
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40
rad/s
Muestra
Φ =0,54
Φ =0,21
Φ = 0,13
Claro
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Shear Rate (1/s)
Visc.
= 0,21 a
50 rad/s
Visc.
= 0,13 a
50 rad/s
η 50 rad/s
(Pa.s)
0,025
0,0095
0,0092
0,0077
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• Comportamiento Reversible.
Velocidad de referencia 50 rad/s
-Adopta una η instantáneamente aún después de
pasar por etapas de fluctuación.
-La viscosidad aumenta con el Φ
DISCUSIÓN
Muestra
Φ =0,54
Φ =0,21
Φ = 0,13
• Rango 50-30 rad/s (estable)
Claro
-La η toma un valor instantáneamente.
- Diferencias en función de la fracción volumétrica :
Para Φ= 0,54 la η=0,025 Pas en todo el rango.
Las más diluidas, al disminuir la velocidad también disminuye la η.
• Velocidad debajo de 30 rad/s (excepto el Claro)
Transiente del valor de η hasta alcanzar un plateau (requiere cierto tiempo para estabilizarse)
• Muestra más concentrada: comportamiento pseudoplástico (deseado).
•El comportamiento de las muestras más diluidas está fuertemente influenciado por las
características de la propia fase líquida.
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η 50 rad/s (Pa.s)
0,025
0,0095
0,0092
0,0077

CONCLUSIONES
Los ensayos reológicos del tipo Peak Hold son una herramienta muy interesante para comprender el
comportamiento de pulpas tanto para el diseño como para el proceso. Se detectó que:
Sistema con comportamiento reversible: resuspensión.
Rango óptimo de operación: 50-30 rad/s (no se produciría segregación).
1) La muestra más concentrada (Φ=0.54): presenta la mayor viscosidad y constante en dicho rango.
2) Las muestras más diluidas: al disminuir la velocidad disminuye la viscosidad. Mayor posibilidad de
segregación generando problemas de estabilidad en tiempos de proceso.
Rango inestable: velocidades inferiores a 30 rad/s (segregación de la muestra)
Este efecto es más marcado cuanto mayor es el Φ.
Caracterización del comportamiento reológico-Curvas de Flujo
- La muestra más concentrada es pseudoplástica
- Las más diluidas, a partir de un Shear Rate crítico se vuelven levemente dilatantes.
- Se comprueba la hipótesis de Barnes donde la fase líquida gobierna el comportamiento reológico.
Dichas pulpas se podrían transportar a altas concentraciones disminuyendo el consumo de agua,
evitando operaciones de dilución y ahorro de energía de transporte.
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Conclusiones p/el proceso industrial
En el manejo de corrientes en planta durante el
aprovechamiento de salmueras tener en cuenta:
Para el transporte de la salmuera (claro):
La salmuera presenta características dilatantes = bombearla
a bajas revoluciones
Para el transporte de barro de impurezas:
El barro debe ser transportado con mayores contenidos de
sólidos y en condiciones de alta velocidad (comportamiento
pseudoplástico) = se evitarán sedimentos en las cañerías.
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