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Concentracin por flotacin

Concentracin por flotacinReactivos de Flotacin

Los minerales flotables se clasifican en dos grupos segn las caractersticas de su superficie:

No-polares: La superficie se caracteriza por lazos moleculares dbiles, incapaces de establecer lazos con los iones del agua (i.e. productos hidrfobos); Ej: carbn, grafito, azufre, talco, diamante.

Polares: Tienen lazos inicos o covalentes fuertes. La superficie reacciona con los iones H+ y OH-. Son naturalmente hidrfilos, necesitan de la ayuda de reactivos qumicos para tornarse hidrfobos.

Tipos de MineralTipos de Mineral

Molculas polares

Tipos de MineralTipos de Mineral

ClasificaciClasificacinn de de MineralesMinerales PolaresPolares

Reactivos de FlotaciReactivos de Flotacinn

Son los componentes y variables ms importantes en el proceso de flotacin, debido a que sin ellos sta no se puede efectuar.

Los materiales con alta flotabilidad natural son escasos y su importancia relativa tan limitada que no es posible afirmar que la flotacin contempornea se puede efectuar sin su uso.

Influyen con una extraordinaria sensibilidad, no solo el tipo de reactivo, sino que la combinacin con otros; sus dosis y puntos de adicin.

Los efectos favorables o desfavorables causados por otras variables en la flotacin (como grado de molienda, aireacin, densidad de pulpa, etc.) nunca podrn sobrepasar en importancia a los efectos positivos o negativos de una frmula de reactivos (mezcla de colector espumante -modificador).


Es conveniente destacar la complejidad del problema que representa la seleccin apropiada de los reactivos.

La adsorcin de los reactivos se basa en un equilibrio de iones en la pulpa que determinan los potenciales cinticos, electroqumicos y la hidratacin de las partculas de minerales.

Este equilibrio es difcil de controlar o prever tomando en consideracin que aparte de los reactivos de flotacin, hay una variedad de iones provenientes de las impurezas que trae el mineral mismo y las aguas empleadas.


Se clasifican en 3 grupos principales segn su funcin:

1. Colectores, proporcionan propiedades hidrfobas a las superficies de los minerales por adsorcin sobre ella.

2. Modificadores, prepararan las condiciones de funcionamiento de las superficies de los minerales y la pulpa, de modo que los colectores puedan aumentar su sensibilidad y selectividad.Hay tres tipos de modificadores: activantes, depresores y reguladores de pH.

3. Espumantes, permiten la formacin de una espuma estable de burbujas de aire de tamao adecuado permitiendo el transporte del mineral deseado al concentrado.


Son compuestos orgnicos de carcter hteropolar, en que la parte polar es la parte activa que los une a la superficie del mineral por medio de un mecanismo de adsorcin (qumica o fsica), y la parte apolar es la que proporciona las propiedades hidrofbicassobre el mineral. Se clasifican de acuerdo a su ionizacin en :

1.1. Colectores no-inicos1.2. Colectores inicos

Colectores aninicosColectores catinicos

1. Colectores1. Colectores

- no se disocian en el agua;

- vuelven hidrfoba la superficie simplemente por accin de una fina capa;

- son prcticamente insolubles en agua;

- ejemplo de colector no-inico: kerosn

1.1. Colectores No I1.1. Colectores No Inicosnicos

se disocian en el agua presentan dos partes distintas:

a) un grupo polar: responsable de la adhesin a la superficie mineral ya sea por : Quimiadsorcin Atraccin electrosttica O una combinacin de ambas

b) un grupo no-polar: que no se adsorbe en la superficie y que es responsable de la hidrofobicidad (tpicamente una cadena hidrocarbonada)

1.2. Colectores I1.2. Colectores Inicosnicos

El grupo de colectores aninicos es el ms importante y de acuerdo a la parte activa puede ser:a. Sulfidrlico, compuesto por un tomo de azufre

en el grupo activo. Empleados principalmente para flotar especies sulfuradas como sulfuros metlicos y partculas metlicas como cobre nativo y oro.

b. Oxidrlicos, caracterizados por llevar en su parte activa un tomo de oxgeno. Su empleo principal est en la flotacin de especies no sulfuradas.

Colectores AniColectores Aninicosnicos

1. Xantatos: Son sales del cido ditio-carbnico. Se

obtienen de la reaccin del CS2, un alcohol aliftico (ROH) y una base NaOH o KOH:

Colectores AniColectores Aninicos: nicos: SulfidrSulfidrlicoslicos

1. Xantatos: Es un compuesto orgnico hteropolar en que:

R es un hidrocarburo alqulico apolar que imparte hacia el agua la propiedad hidrofbica.

La parte polar es aninica y es la que reacciona con la superficie del mineral absorbindose en ella.

Su poder colector depende del largo de la cadena del hidrocarburo, la cual vara entre 2 y 6 tomos de carbono, y del alcohol empleado en su fabricacin (Etil o Hexil).

Actan en un medio alcalino, pues en un medio cido se descomponen.


2.Ditiofosfatos:Son sales del cido ditiofosfrico. Productos de la reaccin del P2S5 con alcoholes alqulicos y amlicos:

Se conocieron con el nombre de aerofloat, son sales ms solubles que los xantatos y de menor poder colector.


3.Ditiocarbamatos:Son productos de la reaccin de las aminas con CS2 y un hidrxido de Na o K:


4.Tioles mercaptanos:Estos colectores pertenecen ms bien al grupo de los sulfuros orgnicos. Son llamados tambin como alcoholes azufrados:

Los mercaptanos de hidrocarburos de cadena larga son poco solubles en agua.


5.Dixantogenatos:Son colectores obtenidos por la oxidacin de los xantatos en agua, por lo que requieren mayor acondicionamiento en su uso:


Resumen


DiagramaDiagrama EhEh--pH (Pb)pH (Pb)

Pb+2 + SPb(OH)2

+S2O3-2 HPbO2-

+S2O3-2

PotencialesAndicos

0.5

0

-0.5

-1.0 pH

PotencialesCatdicos

0 7 14

PbS

Pb+H2SPb + HS-

Eh

Mecanismo de AdsorciMecanismo de Adsorcin Colectorn Colector

Los sulfuros metlicos son poco solubles, por lo que se requiere la presencia de oxgeno para desestabilizar su superficie:

O2 + H2O + 2e- 2 OH- Reduccin catdica

MS M+ + S0 + 2e- Oxidacin andica en medio cido

MS + H2O M(OH)2 + S0 + 2H+ + 2e- Oxidacin andica en medio alcalino


La formacin de S0 en la superficie origina una cierta hidrofobicidad. Sin embargo, la actividad del oxgeno lleva la oxidacin del S2- ms lejos an, hacia S2O32- o SO42-, que no son hidrfobos pero s solubles, permitiendo as la reaccin con el colector.

Por ejemplo, si el producto de oxidacin de la superficie fuera S2O32- (Eh/pH):2 MS + 2O2 + H2O M S2O3 + M (OH)2MS2O3 + 2 ROCS2K M (ROCS2)2 + K2S2O3

El xantato metlico (RX) insoluble formado en la superficie vuelve la partcula hidrfoba

Solubilidad de MX: Cu-Pb-Ag muy pequea

Fe-Zn ms elevada

Es difcil formar una superficie hidrfoba estable para la esfalerita, razn por la cual para este mineral se requiere de un activante.


Los xantatos de Ca, Ba, Mg son muy solubles, de modo que el xantato (RX) no tiene efecto colector sobre sus derivados (xidos, silicatos o aluminosilicatos).

Se logra una buena separacin sulfuros / ganga Los RX son tambin utilizados como colectores en la flotacin

de ciertos minerales xidos (va activantes): Cerusita, PbCO3 -Malaquita, CaCO3(OH)2 - Anglesita, PbSO4

La presencia de iones Cu2+, Pb2+ y otros puede conducir a la formacin de xantatos metlicos insolubles disminuyendo as su eficiencia. En tal caso, se precipitan estos iones en forma de hidrxidos subiendo el pH ( alcalino).


Tipos carboxilatos (cidos grasos) R-COOH

alquil-sulfatos R-SO4H

alquil-aril-sulfonatos R- -SO4H

Los cidos grasos (sus sales) son los ms utilizados; ejemplo: oleato de sodio

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

H CO

O Na

Colectores AniColectores Aninicos: nicos: OxidrOxidrlicoslicos

Mientras ms larga es la cadena R, ms fuerte es la accin hidrfoba, pero menos soluble es el colector

En general son potentes pero poco selectivos Son utilizados en la flotacin de minerales no sulfurados,

tales como: fluorita, feldespatos, xidos de Fe y Mn

minerales de Ca, Ba, Sr, Mg (SO4-2, CO3-2, PO4-3)

sales solubles de K y Na (potasa, Saskatchewan)

Debido a su buena selectividad, los alquil-aril-sulfonatos son utilizados en la flotacin de Barita (BaSO4), Kianita (Al2SiO5) y Scheelita (CaWO4).


Carboxilatos:Son cidos grasos y sales RCOO- - Na+, los que tienen como frmula general

R-COOH

y pueden ser usados en forma de sales de metales alcalinos, R-COOM, los que se conocen con el nombre de Jabones:


Carboxilatos El radical de la cadena alqulica R puede ser un

hidrocarburo saturado o no-saturado de longitud de cadena variable.

En la prctica los buenos colectores tienen una cadena hidrocarburada que vara entre 8 y 12 tomos de carbono como mnimo y entre 18 y 20 como mximo.


Carboxilatos Los cidos grasos se disocian en un Ion carboxilato

aninico.

RCOOH(acuoso) RCOOH- + H+

Acido cprico C9H19 - COOH Acido larico C11H23 - COOH Acido palmtico C15H31 - COOH Acido esterico C17H35 - COOH Acido oleico C15H32 - COOH Acido linoleico C17H29 - COOH


La repulsin del agua es efectuada por el catin, cuyo grupo polar est basado en un tomo de nitrgeno, tpicamente una amina.

Los aniones de estos colectores son normalmente haluros (Cl-, Br-) que no intervienen en la reaccin con el mineral.

la adsorcin se realiza por atraccin electrosttica entre el extremo polar y la doble capa elctrica en la superficie mineral.

Colectores Colectores CatiCatinicosnicos

Amina primaria:

RNH2 + HCl RNH3+ + Cl-

NH

H+R

H

Cl-

Amina terciaria:

(R', R", R"')N+ HCl (R', R", R"')NH+ + Cl-

NR"'

H+R' Cl-

R"


Los colectores catinicos son muy sensibles al pH (ms activos a pH cido e inactivos a pH muy alcalino)

Se les utiliza para la flotacin de xidos, de carbonatos y de silicatos. Por ejemplo R-NH2 es utilizado para la flotacin de la apatita (fosfato)

La adicin de kerosn (colector no-polar) es benfica, puesto que disminuye la cantidad de colector requerida.


Colectores

No-inicos Inicos

Aninicos Catinicos

lquido, hidrocarburos no-polaresque no se disocian en el agua

oxidrlicos Sulfidrlicos

Carboxlicos Sulfatos Sulfonatos Xantato DitiofosfatosDitiocarbamtos

Tioles mercaptanos

Dixantogenatos

ClasificaciClasificacin de Colectores: Resumenn de Colectores: Resumen

Se clasifican en 3 grupos principales segn su funcin:1.1.1. Colectores, Colectores, Colectores, proporcionan propiedades hidrproporcionan propiedades hidrproporcionan propiedades hidrfobas a las fobas a las fobas a las

superficies de los minerales por adsorcisuperficies de los minerales por adsorcisuperficies de los minerales por adsorcin sobre ella.n sobre ella.n sobre ella.2. Modificadores, prepararan las condiciones de funcionamiento

de las superficies de los minerales y la pulpa, de modo que los colectores puedan aumentar su sensibilidad y selectividad.Hay tres tipos de modificadores: activantes, depresores y reguladores de pH.

3.3.3. Espumantes, permiten la formaciEspumantes, permiten la formaciEspumantes, permiten la formacin de una espuma estable n de una espuma estable n de una espuma estable de burbujas de burbujas de burbujas de airede airede aire de tamade tamade tamao adecuado permitiendo el o adecuado permitiendo el o adecuado permitiendo el transporte del mineral deseado al concentrado.transporte del mineral deseado al concentrado.transporte del mineral deseado al concentrado.


En menas complejas, en que aparecen asociados dos o ms metales de inters, juegan un rol relevante.

Son usados para controlar la accin de los colectores sobre especies minerales particulares, en orden a intensificar o reducir el efecto de hidrofilicidad sobre su superficie, regulando la accin del colector, en el sentido de hacer ms selectiva la separacin de las diferentes especies minerales presentes.

Su funcin incluye reacciones con el mineral y con iones presente en la pulpa.

La lista de los modificadores o agentes reguladores usados en la flotacin es variada y muy amplia; siendo stos de carcter orgnico e inorgnico.

2. Modificadores2. Modificadores

Clasificacin Activadores: aumentan o ayudan a que los

colectores se absorban sobre minerales que tienen disminuida su flotabilidad.

Depresantes: inhiben o evitan la adsorcin de los colectores en minerales que no se desean flotar.

Modificadores de pH: controlan la concentracin de iones H+ y OH- en la pulpa, con el propsito de aumentar o disminuir la adsorcin de los colectores como se desea.

2. Modificadores2. Modificadores

Modifican la naturaleza qumica de la superficie mineral de manera de permitir que el colector pueda adsorberse sobre ella y volverla hidrofbica.

Son normalmente sales solubles e ionizables.

Dos casos sern analizados:

Activacin de la esfalerita (ZnS) Activacin de minerales carbonatados

ActivadoresActivadores

El xantato de zinc es relativamente soluble por lo que la hidrofobicidad obtenida no es suficiente para la flotacin del ZnS.

Si se agregan iones Cu2+ o Pb2+, los que son ms electronegativos que el Zn2+, desplazarn el Zn2+

del sulfuro segn la reaccin:

ZnS + Cu2+ CuS + Zn2+

El CuS depositado en la superficie reacciona con el xantato, tornando hidrfoba la partcula mineral.

ActivaciActivacin de la n de la EsfarelitaEsfarelita

Flotacin de ZnS en mezclas minerales En las separaciones Pb/Zn o Cu/Zn:

- se flota primero la galena (o calcopirita) con xantato;

- luego se activa la esfalerita de los relaves con CuSO4;

- se flota entonces la esfalerita vuelta hidrfoba

En una mezcla esfalerita/pirita (o pirrotita):

- se asegura la selectividad con cal (pH =11-12)

- se agrega CuSO4 para activar el ZnS

- se flota la esfalerita as hidrofobizada


Se trata de minerales tales como:

- Cerusita PbCO3- Smithsonita ZnCO3- Azurita 2CuCO3 Cu(OH)2- Malaquita CuCO3 Cu(OH)2

Estos minerales son refractarios a los xantatos Se los puede activar (sulfurizar) con Na2S o NaHS

ActivaciActivacin de Minerales Oxidadosn de Minerales Oxidados

La hidrlisis y disociacin del Na2S produce iones OH-, S-2 y HS- que modifican la naturaleza qumica de la superficie de las partculas minerales:

Na2S + H2O NaHS + NaOHPbCO3 + 3 NaOH H2O + Na2CO3 + NaHPbO2

NaHS + NaHPbO2 2NaOH + PbS

Na2S + PbCO3 Na2CO3 + PbS


El PbS en la superficie puede entonces ser hidrofobizado por el xantato, es decir la partcula se ha vuelto flotable

Precauciones:

Dado que el Na2S es un poderoso depresor de sulfuros, su dosificacin debe ser muy bien controlada.

Adems hay que controlar muy bien el pH, puesto que determina el grado de disociacin del Na2S


La depresin es utilizada para aumentar la selectividad de la flotacin volviendo hidrfilos ciertos minerales, es decir impidiendo su flotacin.

DepresoresDepresores

El mtodo de depresin ms simple y natural es el slimecoating, que impide la adsorcin del colector por recubrimiento de la partcula con una capa de lamas.

Tambin existen productos qumicos (solubles, ionizables) que se utilizan como depresores.

El cianuro es utilizado en la flotacin selectiva de sulfuros complejos, sin embargo, su uso exige un estricto control del pH (alcalino) ya que el HCN es mortal.

Ejemplos de utilizacin: la solubilidad de los MX aumenta con los iones CN-

PbX poco solubleCuX solubleZnX, FeX, NiX muy solubles

selectividad mejorada

por CN-

Depresores, CianuroDepresores, Cianuro

En el caso del cobre, hay que vigilar la concentracin de CN- dado que un exceso formar sales complejas con el Cu, deprimiendo as la calcopirita.

El largo de la cadena hidrocarbonada (R) aumenta la estabilidad del MX lo que implica una mayor cantidad de CN- para deprimir el mineral.

Por ello, cuando se utiliza CN- como depresor se debe escoger xantatos de cadena R corta.


La presencia de iones Cu2+ (provenientes de sales solubles de Cu) activara el Zn en un momento indeseado (circuito de flotacin de cobre, donde el Zn es penalizado).

la adicin de CN- impedira la absorcin de Cu2+

sobre la superficie formando un complejo cianuradosoluble:

NaCN + H2O HCN + NaOHHCN H+ + CN-

3CN- + Cu2+ (Cu(CN)2)- + 1/2 C2N2


Utilizado como depresor de la ZnS, ya que la presencia de Zn2+ en la suspensin impide a los eventuales iones Cu2+ reaccionar con la superficie mineral para desplazar los iones Zn2+

ZnS + Cu2+ Zn2+ + CuS

tambin: ZnSO4 + 2NaCN Zn(CN)2 + Na2SO4sobre la superficie

impidiendo la activacin

Depresores, Sulfato de ZincDepresores, Sulfato de Zinc

Utilizado para deprimir la galena en separaciones Cu-Pb y para activar el ZnS, permitiendo la flotacin diferencial entre la esfalerita y otros sulfuros.

Empleado en la limpieza de concentrados de cobre para deprimir el ZnS (sin disolver Au, Ag).

Problema: solubiliza la covelina (CuS) y la calcosina (Cu2S), activando entonces el ZnS.

Depresores, DiDepresores, Dixido de Azufrexido de Azufre

Por qu utilizarlos? Problemas de seguridad (HCN)

Mejorar la selectividad (colector)

Reducir la corrosin de los equipos

Con qu se regula el pH? Cal: CaO- Ceniza de soda: Na2CO3- Soda custica: NaOH- Acidos: H2SO4, HCl, HF

Modificadores de Modificadores de pHpH

Mtodo adicin de lechada de cal en la molienda

ajuste del pH con HCl, en la flotacin

la cal reacciona con posibles M++ en solucin, precipitndolos como M(OH)2, evitando as que activen involuntariamente el ZnS o la FeS2


Combinados a los xantatos, un exceso de cal (pH muy alcalino) deprimen todos los sulfuros

Para un [RX] dado, habr un pH crtico tal que:

- si pH > pHcrit ...un mineral dado no flota

- si pH < pHcrit ...un mineral dado flotar


Efecto del pH en flotacin de pirita


CurvasCurvas de pH de pH crcrticoticoflotaciflotacinn con KEX (25 mg/l) y con KEX (25 mg/l) y NaCNNaCN

Se clasifican en 3 grupos principales segn su funcin:1.1.1. Colectores, Colectores, Colectores, proporcionan propiedades hidrproporcionan propiedades hidrproporcionan propiedades hidrfobas a las fobas a las fobas a las

superficies de los minerales por adsorcisuperficies de los minerales por adsorcisuperficies de los minerales por adsorcin sobre ella.n sobre ella.n sobre ella.2.2.2. Modificadores, prepararan las condiciones de Modificadores, prepararan las condiciones de Modificadores, prepararan las condiciones de

funcionamiento de las superficies de los minerales y la funcionamiento de las superficies de los minerales y la funcionamiento de las superficies de los minerales y la pulpa, de modo que los colectores puedan aumentar su pulpa, de modo que los colectores puedan aumentar su pulpa, de modo que los colectores puedan aumentar su sensibilidad y selectividad. sensibilidad y selectividad. sensibilidad y selectividad. Hay tres tipos de Hay tres tipos de Hay tres tipos de modificadores: modificadores: modificadores: activantesactivantesactivantes, depresores y reguladores de , depresores y reguladores de , depresores y reguladores de pHpHpH...

3. Espumantes, permiten la formacin de una espuma estable de burbujas de aire de tamao adecuado permitiendo el transporte del mineral deseado al concentrado.


Objetivos: Estabilidad de agregados burbuja-partcula

Estabilidad de la espuma

Dimensin adecuada de las burbujas (0,5-1cm)

CaracterCaracterCaractersticas buscadas:sticas buscadas:sticas buscadas: Actuar solamente sobre la interfaz lActuar solamente sobre la interfaz lActuar solamente sobre la interfaz lquido/airequido/airequido/aire No actuar sobre la superficie sNo actuar sobre la superficie sNo actuar sobre la superficie slida (diflida (diflida (difcil)cil)cil) Poder colector despreciablePoder colector despreciablePoder colector despreciable Ser bastante soluble (homogeneidad)Ser bastante soluble (homogeneidad)Ser bastante soluble (homogeneidad) Fuertes, pero no demasiadoFuertes, pero no demasiadoFuertes, pero no demasiado

3. Espumantes3. Espumantes

Objetivos:Objetivos:Objetivos: Estabilidad de agregados burbujaEstabilidad de agregados burbujaEstabilidad de agregados burbuja---partpartpartculaculacula Estabilidad de la espumaEstabilidad de la espumaEstabilidad de la espuma DimensiDimensiDimensin adecuada de las burbujas (0,5n adecuada de las burbujas (0,5n adecuada de las burbujas (0,5---1cm)1cm)1cm)

Caractersticas buscadas: Actuar solamente sobre la interfaz lquido/aire No actuar sobre la superficie slida (difcil) Poder colector despreciable Ser bastante soluble (homogeneidad) Fuertes, pero no demasiado


Los espumantes son productos hteropolares: su grupo polar se combina con los dipolos del agua con los cuales el grupo no-polar no reacciona, permaneciendo pues en la fase gaseosa, disminuyendo as la tensin superficial, lo que estabiliza la burbuja de aire

Agua

Aire Polar

No-polar

Accin del espumante


Ciertos colectores tienen tambin propiedades espumantes, lo que crea problemas ya que la dosificacin de colector es diferente de aquella del espumante.

Los espumantes contienen uno de los grupos siguientes: OH

CO

OH

OSO2OH SO2OHNH2

C O

Hidroxilo

Carboxilo

Carbonilo

Grupo amino

Grupo sulfurado


Entre los 5 grupos mencionados, se prefieren los alcoholes ya que adems de ser solubles, no tienen propiedades colectoras.

Poliglicol teres(DOW FROTH 250) CH3 (O-C3H8)n OH

Metil-Iso-Butil Carbinol(MIBC)

CH3 CH CH2 CH CH3CH3 OHTerpinol (aceite de

pino) CH3 COH

CH3CH3

Xilenol(Acido Creslico)CH3

CH3OH productos naturales

Sintticos


Efecto del espumante


FINReactivos de Flotacin

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