Tècniques de Separació Sòlid-Fluid: Filtració i Separacions Magnètiques

La Filtració: Definició i Usos

La filtració és una operació unitària de bescanvi de quantitat de moviment. És una separació sòlid-fluid basada en la retenció de les partícules d'una mida superior a un valor donat per una superfície filtrant.

S'utilitza tant per aprofitar el sòlid, com per disminuir la terbolesa d'un líquid o bé per eliminar les partícules suspeses en un gas.

Elements Clau en el Procés de Filtració

• Filtre: És una substància porosa que reté les partícules del sòlid en suspensió.
• Sediment o coca: Partícules sòlides retingudes.
• Filtrat: Líquid que deixa passar el filtre.
• Força filtrant: Força que obliga el fluid a travessar el filtre.

Característiques del Procés de Filtració

La característica més important d'un filtre és la mida dels porus, expressada com a diàmetre o pas. Aquesta mida és molt petita, fins i tot només per sobre de l’ordre de dimensions moleculars, com en la microfiltració o ultrafiltració.

La coca dipositada actua com un segon filtre de gran finor. De fet, en moltes operacions de filtració, aquesta no comença fins que no s’ha format la coca. Per això, les primeres porcions del filtrat, que surt tèrbol, es tornen al filtre fins que s'acaba de formar la coca i comença a sortir un filtrat clar.

Requisits Essencials del Medi Filtrant

• Elevat poder de retenir partícules o microorganismes, donant un filtrat suficientment clar.
• No s'ha d’obstruir.
• Ha de ser resistent tant mecànicament com químicament.
• Permetre una descàrrega neta i completa de la torta formada.
• Volum filtrable elevat.
• Elevat cabal de filtració.
• Ser econòmicament viable.

Mecanismes de Filtració

• Cribratge: Separació mecànica en funció de la mida del porus.
• Adsorció: Retenció de partícules al llarg dels conductes que formen el porus, deguda a l’atracció electrostàtica o forces de Van der Waals.
• Formació del pa (o coca): Els propis materials dipositats sobre el filtre van formant una capa que actua com a llit filtrant.

Tipus de Materials Filtrants

• Inorgànics no metàl·lics: Grava, sorra, carbó de coc, materials ceràmics porosos.
• Inorgànics metàl·lics: Aglomerats de pols metàl·lica.
• Orgànics naturals: Llana, paper, seda, cotó.
• Orgànics artificials i sintètics: Fibres o esponjats.

Coadjuvants de Filtració

En alguns casos, es forma un precipitat de naturalesa col·loïdal o gelatinosa que fa molt difícil o impossible la filtració. Per evitar aquest problema, s'afegeixen substàncies que faciliten la filtració en modificar l’estructura gelatinosa mitjançant el trencament de les macropartícules. Aquestes substàncies s’anomenen coadjuvants de la filtració.

La Força Filtrant i la Diferència de Pressió

El fluid travessarà el medi filtrant només si hi ha una diferència de pressió a les dues parts del medi filtrant. Aquesta diferència pot ser produïda per:

• La força de la gravetat.
• Una força centrífuga.
• L’aplicació d’una pressió sobre el filtrat.
• Un buit per sota del medi filtrant.

Material de Filtració Utilitzat al Laboratori

Els filtres més utilitzats al laboratori són:

• Paper de filtre (de diferents mides de porus).
• Conus filtrant.
• Gresol de placa filtrant.
• Gresol de porcellana porosa.
• Sorra fina.

Mètodes de Realització de la Filtració

Filtració a Pressió Atmosfèrica

S'ha de doblegar el paper de filtre adequadament i mullar-lo amb una petita quantitat del líquid a filtrar o d'aigua destil·lada. Es pressiona amb els dits perquè s’adapti perfectament (si el paper de filtre està ben ajustat, la filtració serà més ràpida).

Filtració en Calent

S'utilitza per filtrar precipitats fins, ja que així s'augmenta la mida dels cristalls.

Filtració a Baixa Pressió (o al Buit)

S'usen la bomba d'aigua i la de buit, que produeixen la succió o buit necessaris en una filtració d'aquestes característiques.

Separacions Magnètiques

Aquestes separacions es basen en l’aplicació d’un camp magnètic a una mescla (sòlids, líquids i sòlids, o gasos i sòlids). El fonament és la diferència en les propietats magnètiques dels sòlids.

Els sòlids que tenen propietats magnètiques són atrets pels camps magnètics (imants) i separats així de la mescla.

Configuracions d'Aparells de Separació Magnètica

• Equips tipus "Overband": Constituïts per un imant o electroimant (segons la potència requerida) situat sobre una cinta transportadora. El separador està envoltat d’una altra cinta transportadora que retira els sòlids atrets.
• Reixes magnètiques: Dispositius formats per imants allotjats a l’interior de tubs. Aquests tubs es col·loquen paral·lelament formant una reixa, a través de la qual passa el flux a separar.
• Imants de tambor: El tambor va girant i rep la mescla sòlida. El material no atret cau ràpidament per la cara del tambor, mentre que el material que sí que és atret triga més a caure, separant-se en un lloc diferent.
• Plaques magnètiques.
• Imants centrals per a fluxos pneumàtics: Imant amb forma de bala suspès en la línia central de l’allotjament.