Control de tamaño de burbujas empleando un dispersor externo tipo ventury en un sistema de flotación aire-agua

Abstract

Currently the material processing systems involving gas dispersions have a large number of applications (concentration of minerals, soils recovery, waste water treatment, deinking paper, and so on.), where technological transfer is evident from the unit operations of mineral processing to the area of environmental remediation. The efficiency of such processes depends heavily on the bubble size and other characteristics of the dispersion (gas holdup and bubble surface area flux). Therefore, it is important to develop methods that allow to design and control the dispersion characteristics in such a way that the solid-gas, liquid-liquid and liquid-gas ratios be efficient. In this research three gas spargers (venturi type) were characterized in order to obtain a mathematical model to design or predict the average bubble diameter in a two phase flotation system, taking into account the dimensional characteristics of the gas disperser, operating variables of the system and the physical and chemical properties of continuous (fluid) and dispersed (air bubbles) phases. From a set of experiments run in a column lab (7.5 cm in diameter and 300 cm high) a regression model was obtained. The linear regression model was validated with data obtained by running experiments on a pilot column (50 cm in diameter and 300 cm high). The experimental results show that it is possible to control and predict the bubble size (with an error up to 10%), produced in an air-water floating system.

Actualmente los sistemas de procesamiento de materiales que involucran dispersiones de gas tienen un gran número de aplicaciones (concentración de minerales, recuperación de suelos, limpieza de efluentes, destintado de papel, entre otros), donde es evidente la transferencia tecnológica desde las operaciones unitarias de procesamiento de minerales hacia el área de remediación ambiental. La eficiencia de estos procesos depende en gran medida del tamaño de las burbujas y de las otras dos características de la dispersión (volumen de gas retenido y área superficial de burbujas). Por lo anterior, es importante desarrollar procedimientos que permitan diseñar y controlar las características de la dispersión de manera tal que las relaciones sólido-gas, líquido-líquido y líquido-gas sean eficientes. En este trabajo de investigación se caracterizaron tres dispersores de burbujas de gas tipo ventury o de vena contracta, con la finalidad de obtener un modelo matemático que diseñe o prediga el diámetro promedio de burbuja en sistemas de flotación aire-agua, tomando en cuenta las características dimensionales del dispersor, las variables de operación del sistema y las propiedades físicas y químicas de las fases continuas (líquido) y dispersa (burbujas de aire). Los datos para obtener el modelo de regresión se obtuvieron experimentalmente en una columna de 7.5 cm de diámetro y 300 cm de altura. El modelo de regresión lineal se validó con información experimental obtenida en una columna escala piloto de 50 cm de diámetro y 300 cm de altura. Los resultados experimentales muestran que es posible controlar y predecir el tamaño de burbuja (con un error menor al 10%), producidas en un sistema de flotación aire-agua.