| WO1995015566A1 | 1995-06-08 |
| KR101876686B1 | 2018-07-09 |
| REIVINDICACIONES 1. PLANTA INDUSTRIAL DE LAVADO DE SUELOS EX SITU EN VÍA HÚMEDA PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE TERRENOS AFECTADOS CON RADIONUCLEIDOS DE MEDIA Y BAJA INTENSIDAD. La planta industrial puede constar de los siguientes elementos: Separador de Barras (figura 1 ). - Tolva y alimentador de banda (figura 2) - Trómel de lavado (figura 3). - Cribas (figura 4). Lavador de piedras (figura 5). Desarenador (figura 6 y figura 7). Tanque de atricionado (figura 8 y figura 9). Grupo de lavado de arenas de dos etapas (figura 10) Espesador de lodos (figura 11 y figura 12). Filtros prensa (figura 13 y figura 14). - Cintas transportadoras (figura 15). Detector de radiación en continuo. Diagrama de flujo de las distintas etapas de la planta de lavado de suelos en vía húmeda (figura 16). 2. Planta según reivindicación 1. Debido a los estudios a nivel laboratorio y en planta piloto sabemos que la operación conjunta de lavado con hidrociclones de fondo plano más atricionado favorece la migración de los radionucleidos de baja y media intensidad hasta las fracciones más pequeñas (<125 micrómetros de diámetro) pudiendo elegir este tamaño en el intervalo 250-80 micrómetros. 3. Planta según reivindicación 1. Las fracciones granulométricas superiores a 125 mieras una vez lavadas con diferentes procesos (lavado de piedras en el caso de las gravas (figura 5) y lavado de arenas en grupo de 2 etapas (figura 10) en el caso de las arenas) presentan valores de actividad por debajo del valor objetivo de descontaminación. 4. Planta según reivindicación 1 . El detector de material radioactivo en continuo situado en las cintas de transporte de salida de arenas y gravas a acopios permite detectar material no exento de contaminación radioactiva en su caso. 5. Planta según reivindicación 1. Las aguas de lavado utilizadas en el trómel (figura 3), criba (figura 4), lavador de piedras (figura 5) y segunda etapa del equipo de lavado de arenas (figura 10), son recuperadas con el fin de reducir el consumo de agua limpia haciendo de ésta una planta ecológicamente sostenible. |
| REIVINDICACIONES MODIFICADAS recibidas por la oficina Internacional el 27 de mayo de 2021 [Reivindicación 1] PLANTA INDUSTRIAL DE LAVADO DE SUELOS EX SITU EN VÍA HÚMEDA PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE TERRENOS AFECTADOS CON RADIONUCLEIDOS DE MEDIA Y BAJA INTENSIDAD. La planta industrial puede constar de los siguientes elementos: - Separador de Barras (figura 1). - Tolva y alimentador de banda (figura 2) - Trómel de lavado (figura 3). - Cribas (figura 4). - Lavador de piedras (figura 5). - Desarenador (figura 6 y figura 7). - Tanque de atricionado (figura 8 y figura 9). - Grupo de lavado de arenas de dos etapas (figura 10) - Espesador de lodos (figura 11 y figura 12). - Filtros prensa (figura 13 y figura 14). - Cintas transportadoras (figura 15). - Detector de radiación en continuo. - Diagrama de flujo de las distintas etapas de la planta de lavado de suelos en vía húmeda (figura 16). [Reivindicación 2] Planta según reivindicación 1. Debido a los estudios a nivel laboratorio y en planta piloto sabemos que la operación conjunta de lavado con hidrociclones de fondo plano más atricionado favorece la migración de los radionucleidos de baja y media intensidad hasta las fracciones más pequeñas (<125 micrometres de diámetro) pudiendo elegir este tamaño en el intervalo 250- 80 micrometres. [Reivindicación 3] [Modificada] Planta según reivindicación 1. Las sustancias contaminantes tienen un tamaño inferior a 125 mieras. La técnica expuesta se fundamenta en que estas partículas inferiores a 125 mieras no se encuentren adheridas a las gravas y las arenas (material superior a 125 mieras) y de esta forma las gravas y las arenas queden descontaminadas. Para garantizar que las arenas y gravas no tienen material inferior a 125 mieras se implementa un lavador de piedras en el caso de las gravas (figura 5) y, para las arenas, la implantación en serie de un tanque de atriccionado (figura 8) y un grupo de lavado de arenas de 2 etapas (figura 10). [Reivindicación 4] Planta según reivindicación 1. El detector de material radioactivo en continuo situado en las cintas de transporte de salida de arenas y gravas a acopios permite detectar material no exento de contaminación radioactiva en su caso. [Reivindicación 5] Planta según reivindicación 1. Las aguas de lavado utilizadas en el trómel (figura 3), criba (figura 4), lavador de piedras (figura 5) y segunda etapa del equipo de lavado de arenas (figura 10), son recuperadas con el fin de reducir el consumo de agua limpia haciendo de ésta una planta ecológicamente sostenibleJ |
DESCRIPCIÓN
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a una planta de lavado de suelos y separación granulométrica envía húmeda la cual libera los compuestos contaminantes (radionucleídos de media y baja intensidad) de la mayor parte del terreno quedando descontaminado y concentra esa contaminación únicamente en la fracción fina del suelo (limo).
Debido a la demanda por parte de los organismos de los países encargados de la gestión de residuos procedentes del desmantelamiento de centrales nucleares, en el año 2014 la empresa SERECO GESTIÓN solicitó al Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) español la financiación del proyecto de l+D+l para la descontaminación de terrenos con isotopos radioactivos de media y baja actividad y materiales procedentes de demolición de instalaciones radiológicas.
El Modelo de utilidad a registrar se puede aplicar a terrenos o residuos que presentan contaminantes radiológicos con una curva granulométrica o contenido de gravas, arenas y finos en el entorno del 40%, 40% y 20% respectivamente o similar.
Con el modelo de utilidad presentado se pretende obtener las siguientes ventajas tecnológicas e industriales:
° Aprovechamiento de ios sistemas y tecnologías disponibles para la descontaminación de suelos afectados por contaminantes convencionales, con objeto de desarrollar una tecnología para la reducción de la contaminación generada por la actividad nuclear.
° Aplicación y optimización de procesos radiológicos, técnicas y metodologías de desclasificación, almacenamiento y control de residuos nucleares.
° Obtener una tecnología que reduzca el volumen de almacenamiento de residuos radioactivos en ATC (Almacén Temporal Centralizado). Actualmente los suelos contaminados se almacenan como residuo en su totalidad y la aplicación de la técnica descrita en este documento provocaría que únicamente se almacene la fracción fina pudiéndose reducir hasta un 80% el material enviado a vertedero nuclear. • Desarrollo de un producto aplicable a problemas derivados de la actividad nuclear, que no disponen otras empresas del sector.
• Generación de una línea de negocio específica inexistente en la actualidad.
Antecedentes de la invención
Normalmente los residuos radiactivos procedentes de los terrenos donde se ubican las centrales nucleares son de baja o media actividad, pero representan un volumen considerable dentro del material residual generado en los procesos de desmanteiamiento. Es importante, por consiguiente, distinguir entre los materiales residuales que son radiactivos de alta actividad y por tanto necesitan un acondicionamiento y almacenamiento en condiciones especialmente rigurosas, y los materiales residuales con una actividad suficientemente pequeña como para que puedan descontaminarse, si es necesario, y tratarse como residuos convencionales o como materiales susceptibles de ser reciclados.
Los condicionantes que hay que tener en cuenta y las limitaciones que existen para acometer el desmanteiamiento de una central nuclear son entre otras, la capacidad y disponibilidad de la instalación de almacenamiento para gestionar los residuos de alta actividad, así como para el elevado volumen de residuos de baja actividad, la carga radiológica asociada a las tareas de desmanteiamiento y la disponibilidad de fondos económicos para acometer los trabajos con la suficiente garantía de seguridad.
Los residuos radioactivos de las centrales nucleares son uno de los principales problemas que existe en la industria mundial avanzada. La tecnología actual ha sabido controlar la energía nuclear y aprovecha sus resultados, pero no sabe neutralizar y destruir sus residuos, siendo la única solución aplicable en la actualidad aislarlos en bidones y enterrarlos a ciertas profundidades, (minas abandonadas y reutilizadas para este fin y últimamente en silos subterráneos).
Existen además otros residuos radioactivos no nucleares de diversa intensidad procedentes de la medicina radiológica, investigación, industria armamentística, etc.
En la actualidad existen tres formas de proceder para la gestión y control de los residuos generados por la actividad nuclear:
° Ciclo Abierto: Los residuos se encapsulan y almacenan de forma recuperable en formaciones geológicas profundas y estables, son los denominados ATC (Almacén Temporal Centralizado). Se combina la capacidad de aislamiento y confinamiento geológico con barreras artificiales realizadas específicamente para que el conjunto (formación geológica + barrera artificial) asegure el confinamiento y aislamiento de los residuos radioactivos y radionucleídos que contienen de acuerdo con los períodos de diseño de la instalación de almacenamiento y que es de decenas de miles de años.
• Ciclo Cerrado Convencional: El uranio y el plutonio separado por reprocesado se quema en reactores nucleares comerciales en forma de óxidos mixtos. Después de varios ciclos de reprocesado el combustible irradiado final se gestiona y almacena en una instalación subterránea similar a la del ciclo abierto.
• Ciclo Cerrado Avanzado: Se realiza el reproceso avanzado del combustible irradiado, separando actínidos, elementos químicos radioactivos que presentan una larga vida, y productos de fisión para generar nuevos combustibles que puedan ser quemados en reactores de nueva generación o sistemas transmutadores.
Los combustibles irradiados finales resultantes del ciclo cerrado, tendrán menor volumen y menor rad ¡otoxicidad y serán almacenados en una instalación de almacenamiento geológico subterráneos siguiendo el concepto del ciclo abierto, pero para un menor volumen, menor radiotoxicidad y diferente clasificación.
Algunos residuos radioactivos de baja actividad se eliminan muy diluidos vertiéndolos a la atmósfera o las aguas en concentraciones tan pequeñas que no son dañinas y la ley permite, ya que los índices de radiación que dan estos vertidos son menores que los que suelen dar muchas sustancias naturales o algunos objetos de uso cotidiano como aparatos electrónicos domésticos.
Los residuos de media o baja actividad se introducen en contenedores especiales que se almacenan durante un tiempo en superficie hasta que se llevan a vertederos de seguridad. Los almacenes definitivos para estos residuos son, en general, subterráneos, asegurando que no sufrirán filtraciones de agua que pudieran arrastrar isótopos radiactivos fuera del vertedero. En España la instalación preparada para esto es la de El Cabril (Córdoba) en la que se podrán llegar a almacenar hasta 50.000 m 3 de residuos de media y baja actividad.
Los residuos de alta actividad son los más difíciles de tratar. El volumen de combustible gastado que queda en las centrales de energía nuclear normales se puede reducir mucho si se vuelve a utilizar en plantas especiales. Esto se hace en algunos casos, pero presenta la dificultad de que hay que transportar una sustancia muy peligrosa desde una central a otra.
Los residuos que quedan se suelen vitrificar (fundir junto a una masa vitrea) e introducir en contenedores especiales capaces de resistir agentes muy corrosivos, el fuego, terremotos, grandes colisiones, etc. Estos contenedores se almacenarían en vertederos definitivos que deben estar construidos a gran profundidad, en lugares muy estables geológicamente (depósitos de arcilla, sales o macizos graníticos) y bien refrigerados porque los isótopos radiactivos emiten calor.
Es la gestión de estos residuos radioactivos de alta actividades el verdadero aspecto sobre el que se centra actualmente el debate de la energía nuclear y en el que están incidiendo los esfuerzos en investigación y desarrollo.
La comunidad científica lleva estudiando durante varias décadas la viabilidad del almacenamiento geológico de los residuos de alta actividad. Curiosamente, existe un depósito generado de forma natural mucho antes de la aparición del ser humano; hace 2.000 millones de años, en el Precámbrico, una veta de mineral especialmente rica en el isótopo 235 U del Uranio inició una reacción en cadena de forma espontánea, que se mantuvo durante un periodo de 500.000 años, dando lugar a lo que se conoce como el reactor natural de fisión de Oklo, en Gabón. Sus residuos radiactivos, unas 5 toneladas de fragmentos de fisión y 1 ,5 toneladas de plutonio, han permanecido inmovilizados geológicamente en la zona.
El almacenamiento geológico de los residuos radioactivos es una solución que ofrece la garantía necesaria para que los efectos de los residuos sobre la biosfera y el hombre sean muy bajos e inferiores a los producidos por la radiación natural, aunque, su aplicación se encuentra cuestionada por parte de la población a la hora de asignar emplazamientos geográficos.
Debido a que la generación de energía mediante la industria nuclear se irá incrementado de forma continuada por la demanda de nuestra sociedad actual, será necesario aumentar progresivamente la capacidad de almacenamiento de los residuos generados, por lo que parece oportuno pensar en la necesidad de investigar sobre soluciones alternativas al almacenamiento geológico.
No obstante, independientemente de cuál sea el incremento futuro de la utilización de la energía nuclear es necesario que los residuos ya generados se gestionen sin perjuicio para las generaciones futuras. Es inaceptable que una sociedad avanzada, con oportunidad de desarrollar técnicas alternativas, opte por transferirlo a las generaciones venideras por razones meramente políticas o económicas, por lo que los países que disponen de centrales nucleares están investigando sobre cómo minimizar la generación de residuos radiactivos y reducir drásticamente la capacidad de almacenamiento final. Las soluciones actualmente propuestas se agrupan en tres grandes áreas:
• Técnicas para la reducción de los volúmenes a gestionar y almacenar a largo plazo.
• La separación de los residuos en diferentes componentes y la transmutación de una fracción de estos como parte de un combustible nuclear, transformando así un problema medioambiental en una fuente de energía.
• Desarrollo de nuevos reactores avanzados, con más eficiencia y grado de quemado del combustible, que permitan reducir la cantidad de residuos de vida larga por unidad de energía generada.
Explicacjón de la invención
El lavado de suelos ex situ en vía húmeda es una técnica efectiva en procesos de remediación de suelos contaminados, aplicable en el caso de contaminación por una diversa gama de contaminantes orgánicos e inorgánicos. Para poder ser aplicado en contaminantes radiológicos de media y baja intensidad se deben aplicar técnicas, etapas y procesos diferentes para conseguir concentrar dichos contaminantes en los limos.
La técnica se basa en la diferencia en el tamaño de las partículas y la densidad de los materiales, lavando y separando las distintas fracciones. Las sustancias contaminantes contenidas en los intersticios del material afectado se separan del mismo y se traspasan de las fracciones granulares (grava y arena) a las fracciones más finas (limos). Para ello se deben combinar técnicas de lavado, cribado, hidrociclonado, atricionado, agitación y deshidratación.
En una primera fase los suelos se lavan conjuntamente con agua y posteriormente se separan en las 3 fracciones antes definidas: gravas, arenas y limos.
° Por un lado, la fracción grava debe ser posteriormente sometida a un proceso independiente de lavado enérgico para poder retirar fehacientemente la contaminación aún adherida.
° Por su parte, la fracción arena es especialmente sensible y hay que realizar lavados especiales para eliminar tanto la contaminación como los limos presentes en ellas. Esto no se consigue con un simple desarenado tal y como se realiza habitualmente sino que se debe equipar en serie un desarenado simple, una fase de atricionado y posteriormente un lavado de arenas de doble etapa de ciclonado para su lavado completo. Además, habitualmente, los sistemas de ciclonado son cónicos con cortes granulométricos pequeños (<0,080 mm) con el consiguiente riesgo de que la contaminación se encuentre en una fracción un poco mayor y las arenas no se consigan descontaminar. Por ello, esta planta equipa la combinación de ciclones cónicos y ciclones pianos que permite elegir cortes granulométricos mayores que posibiliten la desclasificación de arenas como residuo.
° Así, todos los contaminantes extraídos tanto de las gravas como de las arenas junto con el agua de lavado migran y se unen a los limos que es la fracción con granulometría micrométrica y con una elevada absorción de los contaminantes por su baja porosidad. En esta tercera etapa los limos y contaminantes poseen una elevada cantidad de agua y por ello son sometidos a procesos de adecuación, espesado, homogeneización y deshidratación con el fin de minimizar el residuo al eliminar el agua y concentrar toda la contaminación en un único residuo seco.
Breve descripción de las figuras
La descripción escrita se complementa, para una fácil comprensión, con distintas figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 : Separador de Barras, muestra una vista en perspectiva desde arriba de un separador de barras.
Figura 2: Tolva y alimentador de banda, muestra una vista en perspectiva desde abajo de una tolva y alimentador de banda.
Figura 3: Trómel de lavado, es una vista en perspectiva desde abajo del trómel de lavado.
Figura 4: Cribas, muestra una vista en perspectiva desde arriba de las cribas.
Figura 5: Lavador de piedras, muestra una vista en perspectiva desde arriba de un lavador de piedras.
Figura 6: Desarenador, muestra una vista en perspectiva desde abajo de un desarenador.
Figura 7: El desarenador se presenta en el esquema siguiente donde:
1. Entrada de arena y agua a la cuba
2. Aspiración mezcla arena y agua
3. Hidrociclonado
4. Salida de arena al escurridor
5. Avance y salida de la arena en el escurridor
6. Evacuación de agua con finos
7. Válvula y flotador de nivel en la cuba
Figura 8: Tanque de atricionado, muestra una vista en perspectiva desde abajo de un tanque de atricionado.
Figura 9: Bloque diagrama de un tanque de atricionado, es una vista en perspectiva desde arriba, parcialmente recortada, del tanque de atricionado.
Figura 10: Grupo de lavado de arenas de dos etapas, muestra una vista en perspectiva desde abajo de un grupo de lavado de arenas de dos etapas.
Figura 11. Espesadores de lodos, muestra una vista en perspectiva desde arriba de dos espesadores de lodos.
Figura 12. Esquema de un espesador de lodos, es una vista en perspectiva desde perfil, recortada, de un espesador de lodos. La descripción del funcionamiento de un equipo de decantación-clarificación, donde:
1. Grupo de preparación y dosificación de floculante, donde se inyecta agua y floculante.
2. Alimentación de lodos
3. Caja donde se mezclan las aguas con lodos con el floculante.
4. Rascador-concentrador de lodos.
5. Cono de aspiración de lodos.
6. Bomba de lodos.
7. Salida de aguas claras.
Figura 13: Filtros prensa, es una vista en perspectiva desde debajo de filtros prensa de lodos.
Figura 14: Esquema de un filtro prensa, es una vista en perspectiva desde perfil, recortada, del funcionamiento del filtro prensa.
Figura 15. Cintas transportadoras, muestra una vista en perspectiva desde abajo de las cintras transportadoras.
Figura 16: Diagrama de flujo de las distintas etapas de la planta de lavado de suelos con contaminación radiológica en vía húmeda.
Realización preferente de la invención
Una tecnología adecuada que permita descontaminar terrenos o residuos con radioactividad media o baja afectados por la actividad de centrales nucleares o por cualquier otra fuente de energía radioactiva incluye los siguientes equipos de lavado de áridos y clasificación granulométrica:
Alimentación y lavado de gravas
Tolva de alimentación: es un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados, entre otros. En ocasiones, se monta sobre un chasis que permite el transporte. En la figura 2 se presenta la imagen de una tolva alimentación.
Dependiendo del tamaño máximo de árido puede ser necesario introducir previamente a la tolva un separador de barras que es un equipo vibrante con barras separadas una distancia a determinar en cada caso que provoca que no entren en la tolva elementos impropios y de gran volumen. En la figura 1 se presenta la imagen de un separador de barras.
Alimentadores de banda El alimentador de banda es un equipo que se utiliza para el trasvase del material de forma continua y regular, desde la tolva de alimentación al resto de la instalación.
Está especialmente indicado en productos de granulometría continua, tales como zahorras naturales, material de machaqueo de hormigón y materiales detríticos en general aplicándose también en la alimentación de suelos granulares. Frente a otros tipos de alimentadores, tales como la alimentación vibrante o de vaivén, presenta enormes ventajas de funcionamiento con materiales húmedos.
Entre sus características se pueden destacar las siguientes:
° Anchos de banda desde 500 a 1.400 mm.
° Caudales de alimentación de hasta 100 m 3 /h en modelos convencionales.
° Existen modelos tanto para trabajar horizontalmente como en posición ascendente.
° Diferentes longitudes del alimentador.
° Regulación manual de alimentación e incluso electrónica mediante la instalación de variadores de frecuencia. Están equipados con compuerta de regulación.
Se les puede instalar rascadores en cabeza.
En la figura 2 se presenta la imagen de un alimentador de banda convencional.
Trómeles: los trómel o "cilindros lavadores" son equipos destinados al lavado energético de rocas, gravas, minerales de granulometría gruesa, disgregando las fracciones más groseras, mediante el choque de partículas generado por la rotación del tambor, de las fracciones más finas.
En su interior el tambor suele disponer de elementos que provocan el volteo y el avance del material desde la alimentación hasta su salida. La fricción que se genera en el interior, junto con el aporte necesario de agua, provoca un efecto de lavado que elimina los restos de suciedad-contaminación superficial que presenta el material, así como las partículas finas de la matriz.
La intensidad del lavado está ligada al tiempo de residencia necesario según la problemática a tratar y varía con el diámetro, longitud del cilindro y la velocidad de rotación de éste.
Existe una amplia gama de trómeles de lavado en el mercado, con rendimientos diferentes, siendo equipos que se pueden diseñar y construir a medida e incluso realizar configuraciones en serie o paralelo para aumentar rendimientos y tiempos de residencia. En la figura 3 se presenta la imagen de un trómel de lavado.
Cribas vibrantes: Una criba es un equipo diseñado para separar granulométricamente las distintas fracciones que contiene un material, normalmente suelo granular. Son equipos muy utilizados en graveras y canteras, permitiendo obtener acopios seleccionados de los tamaños deseados.
El equipo (ver figura 4) consta de una estructura metálica sobre la que se asientan un conjunto de muelles, conectados con el cuerpo de la criba, que por la oscilación excéntrica que generan un conjunto de contrapesos adosados al cuerpo de la criba, producen la vibración en el conjunto.
En el interior de la criba se encuentran albergados distintos paños de malla con diferentes aberturas de luz, dependiendo de las granulometrías que se quieran obtener en la clasificación. De la salida de cada paño se puede obtener un acopio de las diferentes granulometrías.
El cribado se puede realizar en seco o en vía húmeda, mediante la inyección de agua, a través de un sistema de riego a presión que facilita la separación de las fracciones de finos generando un aclarado del material cribado.
Las dimensiones de estos equipos son variables, pudiendo ir desde los 2,3 a los 15 m 2 de superficie en fabricación comercial, aunque se pueden diseñar, dimensionar y fabricar específicamente para cada tipo de actuación.
Existen otros equipos para lavado, clasificado y manipulación de áridos, tales como cribas probabilísticas, elevadores de cangilones, mesas de sacudida, cono Reichert, etc., que serán evaluadas para su aplicación en el caso que se estime oportuno.
Tras el escurrido se generan dos corrientes de material:
- Material superior a 4 mm (gravas) con una humedad inferior al 15-20 % que se extraen mediante cinta transportadora al proceso de lavado enérgico de gravas.
- Material inferior a 4 mm (arenas y limos) junto con el agua de lavado que es enviado por gravedad al proceso de lavado de arenas y atñcionado.
Lavadores de : El lavador de piedras, denominado también Log-washer, es una máquina de lavado de tipo secundario para tratar granulometrías comprendidas entre 2/3 mm y 90/100 mm.
Con el fin de asegurar la ausencia de contaminantes, arenas y finos en los materiales más gruesos (superiores a 4 mm), éstos serán sometidos a un proceso de lavado a presión haciéndolo pasar por un equipo de lavado de gravas.
Es un equipo fundamental para la recuperación de estériles de canteras. La calidad del producto terminado en materiales gruesos es superior al obtenido en otras máquinas como trámeles, cribas vía húmeda, rampas de lavado, etc.
El equipo se dispone en posición inclinada y ascendente, trabajando a contracorriente, es decir el agua de lavado y el material circulan en dirección contraria, el efecto del lavado es por atrición y cizallamiento entre las paletas y el material. Se consigue eliminar las arcillas, gredas y limos que acompañan al material, desmenuzar las partículas blandas descompuestas y sanear la contaminación adherida al exterior de la piedra.
En la figura 5 se presenta una imagen de un lavador de piedras.
Lavado de arenas
El material procedente de las fracciones inferiores a 4 mm clasificadas en el proceso de cribado y provenientes también del lavado enérgico de gravas se envía conjuntamente con el agua de proceso al tratamiento de lavado de arenas.
Este lavado exhaustivo de las arenas de granulometría inferior a 4 mm requiere un doble desarenado en serie (1 o y 2 o etapas de lavado), donde se intercala un atricionado, para asegurar su correcto lavado.
En la primera etapa de desarenado se separan mediante hidrociclonado las partículas inferiores a 0,080 mm (limos) junto con el agua de las partículas comprendidas entre 4 y 0,080 mm (arenas). El objetivo es liberar la mayor cantidad de finos para que arrastren con ellos la contaminación y para que el proceso de atricionado de arenas posterior sea lo más efectivo posible. Esta separación se realiza mediante sendos ciclones de fondo cónico y especialmente de fondo plano que permiten ajustar el diámetro efectivo de corte cambiando la configuración de los ciclones en función de las analíticas obtenidas en las arenas pudiendo barrer un abanico de 0,250 - 0,080 mm y así poder descontaminar las arenas.
Tras el desarenado, las aguas con ese material fino son extraídas por el overflow (parte superior del hidrociclón) y enviadas al proceso de espesado. Por otro lado, las fracciones del corte 4 - 0,080 mm son enviadas por el underflow (parte inferior del hidrociclón) a un escurridor y con una humedad inferior al 20% serán introducidas por gravedad en las celdas de atrición.
Una vez atricionadas las arenas, éstas vuelven a ser introducidas en un segundo grupo de desarenado que, a su vez, dispone, a diferencia del anterior, de 2 etapas de ciclonado para que el lavado de arenas sea lo más efectivo posible. A continuación, se describen los equipos utilizados en el lavado de arenas.
Desarenadores: Son equipos diseñados para lavar arenas sin pérdida de finos y con una reducida humedad a la salida del proceso, la arena y el agua se introducen en una cuba por un acceso lateral. Desde el fondo de la cuba se aspira la mezcla de agua y arena mediante una bomba que impulsa la pulpa hacia un ciclón.
Por efecto de la fuerza centrífuga se separan las partículas de arcillas de las arenas. Las arcillas, junto con el agua, ascienden dentro del ciclón y son expulsadas por la parte superior de este elemento, mientras que las arenas salen del hidrociclón al escurridor que incorpora el equipo.
El escurridor provoca el avance de la arena hacia su parte delantera, permitiendo filtrar el agua a través de la rejilla (fabricada en poliuretano o en acero).
El agua con contenido en los finos se evacúa para su posterior tratamiento, equilibrándose el agua de la cuba mediante una válvula con flotador.
En la figura 6 se presenta una fotografía de un desarenador. En la figura 7 se representa un esquema del proceso de trabajo y clasificado que se produce en el desarenador.
Existen en el mercado un gran variedad de fabricantes y tipos de desarenadores, pudiéndose disponer de equipos de desarenado con ciclones de ente 450 mm hasta 750 mm.
Las capacidades de tratamiento de arena pueden encontrarse entre las 5 Tm/h y 200 Tm/h y capacidad de admisión de agua de entre los 10 m 3 /hora y los 700 m 3 /hora.
Tanques de atricionado Son equipos específicos diseñados para lavar materiales arenosos, mediante un proceso físico que genera una fricción entre las partículas granulares. Este proceso necesita una ligera humedad para poder producirse por lo que es necesario adecuar con precisión la humedad del material antes de su entrada en el proceso. Un exceso de agua generaría un efecto de lubricación entre partículas que reduciría el efecto deseado. En la figura 8 se presenta una imagen de un tanque de atricionado.
En la figura 9 se presenta un bloque diagrama del proceso de tratamiento dentro de un tanque de atrición; el material se introduce en una primera cámara en la que, a un doble eje movido por un motor exterior, mueve dos hélices en sentido contrario cada una de ella, generando el movimiento de fricción necesario y el desplazamiento del material dentro de la cámara.
El material pasa a una segunda cámara por la parte interior del tanque, donde es agitado de manera inversa por otro conjunto de hélices que lo desplaza hacia el exterior.
En el mercado se puede encontrar equipos de diferente capacidad, no obstante, dado que son equipos muy específicos su fabricación se realiza normalmente bajo condiciones específicas para la aplicación concreta, siendo sistemas que se fabrican habitualmente por encargo.
Grupo de lavado de dos etapas: Un grupo de lavado de arenas de 2 etapas es una configuración especial formada por 2 desarenadores (1 a y 2 a etapa) con la particularidad de que el primero de ellos no posee escurridor y las arenas, en lugar de salir del equipo, pasan al segundo desarenador donde se añade agua limpia para su mejor lavado.
En la primera etapa, la arena y el agua se introducen en una cuba por un acceso lateral. Desde el fondo de la cuba se aspira la mezcla de agua y arena mediante una bomba que impulsa la pulpa hacia un ciclón.
Por efecto de la fuerza centrífuga se separan las partículas de arcillas de las arenas. El 80% de las arcillas, junto con el agua, ascienden dentro del ciclón y son expulsadas por la parte superior de este elemento, mientras que las arenas salen del hidrociclón y en lugar de escurrirse, se envían a una segunda cuba por un acceso lateral y se añade agua limpia (2 a etapa).
En esta segunda etapa, esta agua limpia incide directamente sobre las arenas ya libres de finos (sólo queda el 20% de finos) y por lo tanto es el mayor lavado que se le pueden hacer a unas arenas. Dentro de esta segunda etapa, el funcionamiento ya es análogo al de un desarenador convencional. Por efecto de la fuerza centrífuga se separan las partículas de arcillas de las arenas. Las arcillas, junto con el agua, ascienden dentro del ciclón y son expulsadas por la parte superior de este elemento, mientras que las arenas salen del hidrociclón y son enviadas a un escurridor.
El escurridor provoca el avance de la arena hacia su parte delantera, permitiendo filtrar el agua a través de la rejilla (fabricada en poliuretano o en acero).
El agua con contenido en los finos se evacúa para su posterior tratamiento, equilibrándose el agua de la cuba mediante una válvula con flotador.
En la figura 10 se presenta una fotografía de un grupo de lavado de arenas de 2 etapas.
En ambos equipos se equipan de forma simultánea e innovadora sendos ciclones de fondo cónico y especialmente de fondo plano que permiten ajustar el diámetro efectivo de corte cambiando la configuración de los ciclones en función de las analíticas obtenidas en las arenas pudiendo barrer un abanico de 0,250 - 0,080 mm y así poder descontaminar las arenas.
Las capacidades de tratamiento de arena pueden encontrarse entre las 5 Tm/h y 200 Tm/h y capacidad de admisión de agua de entre los 10 m 3 /hora y los 700 m 3 /hora.
Adecuación de lodos
Las etapas descritas anteriormente provocan que quede una corriente de agua, limos y contaminantes que deban ser tratados adecuadamente (lodos). Para ello, son sometidos a distintas etapas de adecuación físico-química (coagulación-floculación) y espesado.
Coagulación: La mezcla de lodo y agua, procedente de los equipos de lavado de gravas y arenas, se envía a un tanque donde se aditiva el correspondiente coagulante iniciando el proceso físico-químico de tratamiento. Este tanque va provisto de agitador para favorecer la mezcla del agente coagulante con los lodos. Este aditivo se inyecta mediante una bomba de adición. Una vez mezclado, una bomba inferior envía los lodos al pre alimentador del espesador.
Floculación: El lodo se envía al pre alimentador del espesador donde se le aditiva el polielectrolito necesario para su floculación. Este reactivo es preparado en una planta compacta de fabricación de polielectrolito con tres cámaras: preparación, maduración y dosificación y es aditivado a través de una bomba dosificadora comandada por un sistema de verificación de la floculación automático. El objetivo de realizar el proceso de coagulación-floculación es el de concentrar al máximo las partículas sólidas de tal forma que confiera al material la densidad apropiada para precipitar y separarse fácilmente del agua. Esto se realiza en el interior del espesador.
Espesador de lodos: El espesador de lodos o decantador - clarificador es un depósito, habitualmente circular, que tiene como misión separar las arcillas o lodos del agua, que se concentran en el proceso y que son extraídas desde el fondo del tanque, mientras el agua clarificada rebosa por la periferia y la parte superior para su posterior reutilización.
Los espesadores pueden ser instalados en una base de hormigón o bien sobreelevados sobre una estructura metálica y puede incorporar una bomba centrífuga, volumétrica o de membrana, según su aplicación. En la figura 11 se presenta la imagen de un espesador de lodos.
En el mercado se pueden encontrar equipos de clarificación con capacidades de tratamiento de entre 20 m 3 /h hasta los 1.000 m 3 /h, con diferentes dimensiones y potencias, aunque son equipos que se pueden dimensionar y construir a las necesidades de cada proyecto.
La descripción del funcionamiento de un equipo de decantación-clarificación, se presenta en la figura 12.
Aguas claras: Por la parte superior del espesador se recupera por rebose el agua clarificada que es enviada a un tanque de regulación desde el que se alimentará agua a todos los puntos de la planta mediante una bomba de tal forma que se genere un circuito cerrado.
Únicamente se debe reponer agua debido a las pérdidas que habrá en forma de humedad en cada uno de los acopios.
Deshidratado de lodos
Los lodos extraídos por la parte inferior del espesador contienen los contaminantes y están concentrados pero todavía contienen un volumen de agua importante. Para minimizar el volumen del residuo y eliminar el agua lo máximo posible (hasta un 80% de reducción), los lodos se someten a deshidratación. A continuación, se describen los equipos utilizados en el deshidratado de lodos.
Filtros prensa: son los equipos diseñados para provocar la mayor reducción posible del volumen de agua contenido en un sedimento, mediante la aplicación de una presión elevada, consistente en una batería de placas cuadradas o rectangulares sucesivas enfrentadas entre sí en posición vertical dispuestas sobre un bastidor con un extremo fijo y otro móvil. Sobre cada una de estas placas van ajustadas las telas filtrantes.
Existen diferentes modelos y fabricantes de filtros prensa en el mercado que ofrecen diferentes tamaños en número de placas y superficie de filtrado, lo que confiere a este elemento de deshidratación una gama diversa adaptable a cada caso. Son, a diferencia de otras soluciones (banda, centrifugación...) los equipos que mayor sequedad confieren a un lodo.
En el proceso de filtrado las placas se mantienen juntas, mediante prensas hidráulicas o tornillos accionados mecánicamente entre el extremo fijo y el móvil. De esta forma quedan adheridas herméticamente y pueden resistir la presión que se aplica sobre ellas durante la filtración.
El circuito de filtrado, constituido por unos conductos situados en la parte central y distribuidos entre los espacios existentes entre las placas hasta que estas cavidades quedan llenas de fango húmedo. Al ejercerse la presión, se fuerza al líquido a pasar a través de la tela filtrante y los orificios de salida de las placas. De esta forma, el material deshidratado, llamado torta, queda entre las placas. En este momento se retira la presión, y al moverse el extremo móvil las placas se separan y la torta de fango se desprende, alcanzado un porcentaje de sequedad 55-65% e incluso mayores (hasta un 90%) en función de la naturaleza del suelo a tratar.
La duración del ciclo de filtración incluye el tiempo necesario para llenar el filtro prensa, mantener la presión entre las placas, abrir el filtro y descargar de la torta de fango, limpieza de las telas filtrantes. En la figura 13 se presenta una imagen de varios filtros prensa dispuestos en paralelo y en la figura 14 se presenta el esquema de funcionamiento de un filtro prensa.
Acopios de material
Cintas transportadoras: La cinta transportadora es un elemento indispensable en las instalaciones de tratamiento de áridos y en general en minería e industria. Se diseña en la mayoría de los casos a cada necesidad concreta, para lo cual existen numerosas tipologías concretas:
• Fijas y móviles.
• Stakers, para hacer grandes acopios circulares o para alimentación de distintas tolvas en línea.
• Ripables, para apoyar directamente en el suelo sin necesidad de cimentación.
• Desplazables sobre ruedas motorizadas, etc.
Existen diferentes anchos de banda que van desde los 500 mm hasta los 1.400 mm, pudiendo ser estas lisas o nervadas. La figura 15 presenta una instalación de áridos con cintas transportadoras.
Detector de radioactividad en continuo este equipo está desarrollado con el propósito de detectar la emisión radiactiva que emite el material movido por cintas transportadoras y poder actuar inmediatamente antes de que abandone éstas. En los lugares donde se mueve gran cantidad de producto con una velocidad elevada se necesita un equipo con un tiempo de respuesta rápido que pueda detectar y señalizar al exterior la existencia de una alarma para poder detener a tiempo la cinta sin que el material radiactivo se deposite fuera de ella y así evitar una contaminación de otros acopios.
Para detectar la radiación se usa un sensor que convierte las emisiones de radiación en pulsos eléctricos donde la amplitud de dichos pulsos será proporcional a la energía de las emisiones.
El nivel de radiación que le llega al sensor está formado por dos valores. Primeramente, tenemos la cantidad de radiación que emite la muestra a controlar y por otro un valor más o menos constante que siempre está presente llamado “FONDO” y que es debido a la radiación de origen natural o humano. La radiación natural proviene de muchas fuentes, como los más de 60 materiales radiactivos naturales presentes en el suelo, el agua y el aire. Para aumentar la precisión de la medida, el valor del fondo se elimina en gran parte primeramente con un blindaje adecuado del sensor y el resto con métodos electrónicos que obtienen el valor real de la radiación producida por la muestra a medir. Es por tanto preciso la calibración correcta del equipo una vez situado en el lugar donde va a efectuar las medidas por personal especializado. recogida lixiviados y pérdidas (cubeto de seguridad)
Uno de ios mayores problemas que surgen en la operación de las plantas de clasificación de áridos y/o lavado de suelos son las pérdidas y derrames de efluentes y materiales granulares. Dada la tipología de contaminantes que se van a trasegar es imprescindible prever la disposición de un cubeto de seguridad de hormigón equipado con una red de drenaje (canaletas en superficie) para recoger y evacuar dichos materiales a una arqueta de derrames de tal forma que sean nuevamente bombeados a cabecera y reintroducidos en el proceso.
Instalaciones auxiliares
INSTALACIÓN ELÉCTRICA
La instalación eléctrica cuenta con toda la instrumentación necesaria para su correcto funcionamiento. En este sentido, se incluye un cuadro eléctrico general que contiene las protecciones y el control de los equipos que la componen, incluyendo las de los cuadros intermedios, si procediera.
INSTALACIÓN NEUMÁTICA
En el suministro de la instalación se incluye un compresor desde donde se proveerá aire comprimido a todos los elementos de la instalación que lo requieran, realizando el conexionado hasta los mismos.