Modelos matemáticos de parámetros reológicos y su influencia en el sistema de bombeo de fluidos no newtonianos

Mathematical models of rheological parameters and their influence on the pumping system of non-Newtonian fluids

En la presente investigación se realizó un estudio de la influencia de los parámetros reológicos de las hidromezclas lateríticas con los parámetros energéticos de los sistemas de bombeo que garantizan la productividad en la obtención de sulfuro de níquel. A partir de estudios experimentales como técnicas de difracción de rayos-X, fluorescencia de rayos-X y análisis de tamaño de partículas se modelaron los comportamientos de la viscosidad aparente, el esfuerzo cortante inicial, el índice de consistencia másica y el índice de flujo. Lo anterior, en función de los siguientes factores: temperatura, contenido de sólidos, composición química y granulométrica. Los resultados evidenciaron que las suspensiones lateríticas se comportan como flujos no newtonianos con plasticidad, debido a su carácter de materiales polidispersos, con un predominio de granulometría fina (partículas menores de 0,045 mm). Esto explica sus comportamientos reológicos, ajustables al modelo de Bulkley – Herschel a valores de temperatura de 28 a 90 °C y concentración de sólidos de 37 a 48% (p/p). Se concluye que el uso de un modelo matemático que relaciona los parámetros reológicos de la pulpa laterítica y los parámetros energéticos del sistema de bombeo contribuye con la eficiencia energética de la alimentación de la pulpa requerida en el proceso de lixiviación ácida.

Introducción

En la extracción del níquel mediante lixiviación ácida a presión, el transporte de las pulpas (también denominadas hidromezclas) implica un elevado consumo energético, debido a su alta concentración de sólidos y a problemas operacionales. Por tanto, se hace necesario investigar los factores que inciden en la variación de las propiedades de las hidromezclas tanto  en el consumo de energía eléctrica como en los parámetros operacionales. Algunos investigadores han dedicado sus estudios al campo de la reología de polímeros [1], [2] y de emulsiones de petróleo [3], [4], [5]. Otros han analizado el comportamiento reológico de suspensiones de minerales tales como bentonita [6], [7] goethita [8] y lateritas procedentes de distintos yacimientos [8], [9], [10].

Las tendencias más recientes en la reología son los sistemas multifases, la formulación del producto, la interfaz, microreología y microfluidos, así como sus aplicaciones en alimentos, polímeros, biopolímeros y cosméticos. Así lo confirman las sociedades y grupos de reología de España, Portugal, E.U, Canadá, Japón y Gran Bretaña [11]. De igual modo, la sociedad de reología de México confirma estudios de minerales biolixiviados en etapa experimental en la Universidad Nacional Autónoma de México [12].

Ahora bien, la pulpa laterítica (materia prima de la extracción de níquel) se caracteriza de acuerdo con las condiciones de la etapa del proceso. Posee diversas cualidades reológicas determinadas por sus propiedades mineralógicas, químicas, granulométricas y físico-mecánicas (densidad, viscosidad y su condición de plasticidad) que determinan su comportamiento como fluido estructurado.