Estudio del comportamiento reológico de pulpas de mineral con diferentes tamaños de partícula y su efecto en la hidrodinámica de un biorreactor con agitación continua (CSTR) en un proceso de biolixiviación

Resumen

El presente trabajo contribuye a la comprensión del proceso de biolixiviación para la purificación de concentrados de hierro en función de su respuesta reológica, y por medio de un análisis hidrodinámico computacional, a la mejora de las condiciones de flujo en un biorreactor de agitación continua (CSTR). Específicamente, se estudió la respuesta reológica de dos tamaños de partícula en las pulpas de mineral (Dp = 44 μm y 72 μm). La respuesta reológica de las pulpas de mineral a flujo cortante simple estacionario (FS) y a flujo oscilatorio de pequeña amplitud de deformación (SAOS) mostraron que, a un menor tamaño de partícula, aumentó su respuesta reológica y, por ende, disminuyó el tiempo del proceso de biolixiviación en un biorreactor. El espectro mecánico al flujo de las pulpas de minerales con menor tamaño de partícula presentó una fuerza de gel de S = 0.0468 Pa∙s con un exponente de n_r = 0.802 a tiempos de relajación cortos. Por otro lado, el estudio hidrodinámico del biorreactor realizado a través de la Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD), empleando el software comercial COMSOL Multiphysics 6.1, mostró que, a partir de una velocidad de agitación (N) de 200 rpm en el biorreactor, las líneas de corriente presentaron la misma forma. Además, estas no se ven alteradas por la respuesta reológica. La comparación de las líneas de corriente y las curvas de flujo adimensionales (Np vs Re) en las distintas configuraciones duales de impulsores (Rushton-Maxflo), sugiere que la mejor configuración de impulsores fue la Rushton (arriba) - Maxflo (abajo), ya que estas generan un ahorro energético de ≈ 9 % en comparación con las demás configuraciones. Finalmente, al analizar los mapas de viscosidad a las diferentes velocidades de agitación en el biorreactor, se observó que a una velocidad de agitación de 400 rpm se obtienen las mejores condiciones de mezclado, es decir, una mejor homogeneidad de las pulpas de mineral en todo el biorreactor (CSTR), evitando su sedimentación y favoreciendo el proceso de biolixiviación.