La filtrazione mineraria è un’operazione di separazione solido-liquido che rimuove acqua da concentrati, polpe intermedie o tailings facendo attraversare alla fase liquida un mezzo filtrante. I solidi trattenuti formano una torta filtrante, mentre il liquido chiarificato passa come filtrato.
Nel circuito di trattamento dei minerali la filtrazione arriva di solito dopo addensamento o flottazione. È decisiva per trasporto, stoccaggio, vendita del concentrato, recupero d’acqua e gestione ambientale dei residui. Un concentrato troppo umido aumenta costi logistici e penalità commerciali; un tailings poco disidratato richiede volumi maggiori e può aumentare il rischio geotecnico.
Legge di Darcy per la torta
Per una torta incomprimibile si usa la forma di Darcy:
V è il volume filtrato, A l’area filtrante, \Delta p la differenza di pressione applicata, \mu la viscosità del liquido, R_m la resistenza del mezzo filtrante, \alpha la resistenza specifica della torta e c la massa secca di solidi per volume filtrato.
La velocità cala nel tempo perché la torta cresce e aumenta la resistenza idraulica. A pressione costante, l’integrazione fornisce una relazione lineare utile per interpretare prove di laboratorio:
Il coefficiente angolare dipende dalla resistenza della torta, mentre l’intercetta dipende dalla resistenza del mezzo filtrante. Se la retta non descrive bene i dati, la torta può essere comprimibile o il regime operativo non è realmente a pressione costante.
Torta comprimibile e umidità finale
Granulometria fine, argille e slimes aumentano molto \alpha e rendono difficile ottenere basse umidità finali. In molte polpe minerarie la torta non è incomprimibile: aumentando la pressione, i pori si chiudono e la resistenza specifica cresce. Un modello empirico frequente è:
dove s è l’indice di comprimibilità. Se s è vicino a zero, la torta è quasi incomprimibile; se s è elevato, aumentare la pressione può dare benefici limitati e peggiorare il drenaggio interno.
| Fattore | Effetto sulla filtrazione | Indicazione operativa |
|---|---|---|
| fini e argille | aumentano la resistenza specifica | controllare macinazione, desliming e flocculazione |
| viscosità del liquido | riduce la portata filtrata | considerare temperatura e chimica di processo |
| spessore della torta | aumenta il tempo di ciclo | bilanciare produttività e umidità finale |
| pressione o vuoto | aumenta la forza motrice | verificare comprimibilità della torta |
| lavaggio della torta | rimuove soluti o reagenti residui | richiede tempo e può aumentare l’umidità |
Apparecchiature
La scelta del filtro dipende da portata, granulometria, umidità richiesta, lavaggio, automazione e costo energetico:
| Apparecchiatura | Carattere principale | Uso tipico |
|---|---|---|
| filtro a vuoto a tamburo o disco | continuo, robusto, pressione limitata | concentrati filtrabili e grandi portate |
| filtro a nastro | continuo, adatto a lavaggio | materiali con torta drenante |
| filtro pressa | discontinuo, alte pressioni, bassa umidità | concentrati fini o tailings filtrati |
| filtro ceramico | vuoto capillare, basso consumo in certi minerali | concentrati fini con buona compatibilità |
La filtrazione non va progettata isolatamente. La qualità dipende da distribuzione granulometrica, mineralogia, chimica della polpa, flocculanti, contenuto di solidi in alimentazione e prestazione dell’addensatore a monte. Un addensamento insufficiente porta troppa acqua al filtro; una sovramacinazione produce fini che chiudono i pori della torta.
Errori comuni: dimensionare il filtro con una sola prova su campione non rappresentativo, confondere portata iniziale e portata media di ciclo, aumentare la pressione senza valutare la comprimibilità, trascurare l’umidità richiesta dal trasporto o non considerare l’acqua recuperata come parte del bilancio dell’impianto.
Vedi anche: Addensamento, Tailings, Distribuzione Granulometrica, Formulario di Trattamento dei Minerali.