Activación de esfalerita

Estudio de los mecanismos de activacin de la esfalerita con Cu(II)y Pb(II)()

G. I. Dvila Pulido* y A. Uribe Salas*

Resumen Este artculo presenta los resultados de un estudio experimental sobre la activacin de esfalerita (ZnS) con Cu(II) yPb(II), cuyo objetivo principal consisti en investigar los mecanismos de activacin y en evaluar la magnitud relativade la hidrofobizacin alcanzada con ambas especies qumicas. La hidrofobicidad que la superficie mineral adquiere comoresultado de la interaccin con los activadores y colectores tipo xantato (ditiocarbonatos alqulicos, R-O-CS2

), se caracteriza mediante la tcnica del ngulo de contacto. Los resultados muestran que el Cu(II) es intercambiado porel Zn de las capas exteriores del cristal, promoviendo la oxidacin de sulfuro (S2) para producir una mezcla de CuS,Cu2S y S, de naturaleza hidrofbica. La interaccin posterior con el xantato, hace que la hidrofobicidad de la super-ficie se incremente. Por su parte, la activacin con Pb(II) se debe a la formacin de una capa de PbS, la cual reaccionaespontneamente con el xantato para producir especies hidrofbicas (e.g., PbX2). Se observa que la hidrofobizacin dela esfalerita acondicionada con Pb(II) se favorece en atmsferas de aire, en comparacin con la obtenida en atmsfe-ras de nitrgeno. Se concluye que la hidrofobizacin alcanzada de manera inadvertida con el Pb(II), puede llegar a serdel mismo orden de magnitud que la hidrofobizacin inducida deliberadamente mediante la activacin con cobre.

Palabras clave Esfalerita; Activacin con Cu; Activacin con Pb; Flotacin; Angulo de contacto.

Contact angle study on the activation mechanisms of sphalerite with Cu(II)and Pb(II)

Abstract This article presents results of an experimental study on the sphalerite activation with Cu(II) and Pb(II), whosemain objective was to investigate the activation mechanisms and to evaluate the magnitude of the hydrophobizationachieved with both chemical species. The hydrophobicity acquired by the mineral due to the interaction with theactivator and collector (sodium isopropyl xanthate) is characterized making use of the contact angle technique.The results show that Cu(II) replaces the Zn of the external layers of the mineral, promoting the sulfide (S2)oxidation to produce a mixture of CuS, Cu2S and S, of hydrophobic nature. The subsequent interaction withxanthate increases the hydrophobicity of the mineral surface. In turn, Pb(II) activation of sphalerite is due to theformation of a PbS layer that reacts with xanthate to produce hydrophobic species (e.g., PbX2). It is also observedthat the hydrophobicity of sphalerite activated with Pb(II) is favored under air atmospheres, as compared to thatobtained under nitrogen atmospheres. It is concluded that the hydrophobicity achieved by lead activation may beof the same order of magnitude to that deliverately induced by copper activation.

Keywords Sphalerite; Copper activation; Lead activation; Flotation; Contact angle.

1. INTRODUCCIN

Los minerales sulfurosos de zinc tales como la esfa-lerita (ZnS) y la marmatita ((ZnFe)S), en generalno se hidrofobizan de manera importante cuandose ponen en contacto con colectores tipo xantato(i.e., ditiocarbonatos alqulicos) de cadenas alqu-licas cortas, por lo que se hace necesario su activa-cin con cobre con el propsito de formar una capa

de sulfuro de cobre sobre la esfalerita, el cual s poseeafinidad por dichos colectores. El proceso medianteel cual los tomos de cobre son incorporados a lasuperficie de la esfalerita se denomina activacincon cobre y se lleva a cabo deliberadamente enaquellos minerales en los que la esfalerita es la espe-cie valiosa; sin embargo, la esfalerita tambin puedeser activada de manera inadvertida debido a losiones de cobre, plomo, plata, etc., provenientes del

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REVISTA dE METAlURgIA, 47 (4)JUlIO-AgOSTO, 329-340, 2011

ISSN: 0034-8570eISSN: 1988-4222

doi: 10.3989/revmetalm.1048

() Trabajo recibido el da 27 de Agosto de 2010 y aceptado en su forma final el da 14 de Abril de 2011.* CINVESTAV-IPN Unidad Saltillo, Carretera Saltillo-Monterrey km 13, Col. Molinos del Rey, Ramos Arizpe, Coahuila, 25900 [email protected].

329-340 1048 DAVILA:REV. METAL. 04/08/11 16:31 Pgina 329

g. I. dVIlA PUlIdO y A. URIbE SAlAS

330 Rev. metal. 47 (4), JUlIO-AgOSTO, 329-340, 2011, ISSN: 0034-8570, eISSN: 1988-4222, doi: 10.3989/revmetalm.1048

propio sistema (i.e., oxidacin de los minerales, usode agua reciclada, etc.). En este ltimo caso, lasespecies metlicas tienen un efecto perjudicial enla separacin debido a que pueden provocar la acti-vacin de la esfalerita en el circuito de plomo/cobre,en el que se busca flotar las especies de plomo ycobre y dejar a la esfalerita en las colas. Asimismo,los iones pueden emigrar de un mineral a otro, redu-ciendo las diferencias inherentes que existen entreestos, dando como resultado una prdida de la selec-tividad[1]. Como se mencion arriba, los colectoresms empleados en esta aplicacin son los ditiocar-bonatos alqulicos, mejor conocidos como xanta-tos, su nombre comercial, debido a su efectividad ybajo costo.

El presente trabajo hace uso de la tcnica delngulo de contacto, debido a que este representa unamedida directa de la hidrofobicidad de la superficiemineral[2]. Recientemente, CSIRO (CommonwealthScientific and Industrial Research Organization),Australia, ha desarrollado un modelo fluidinmicocomputacional para celdas de flotacin agitadas mec-nicamente, en el que el ngulo de contacto es unade los variables de entrada de mayor importancia,que determinan la precisin y aplicabilidad delmodelo[3 y 4]. La activacin inadvertida de ZnS conel Pb(II) proveniente de la oxidacin natural de lagalena durante la molienda, el acondicionamiento yla flotacin, puede reducir la selectividad de la sepa-racin, afectando adversamente el grado del concen-trado de plomo y la recuperacin global del zinc,debido al zinc recuperado (i.e., perdido) en el con-centrado de plomo. El presente trabajo aborda el estu-dio experimental de los mecanismos de activacinde esfalerita con Cu(II) y Pb(II), as como la medi-

cin de la hidrofobicidad relativa alcanzada conambas especies.

2. METODOLOGA EXPERIMENTAL

La metodologa experimental empleada consisti ensometer al cristal de esfalerita a un acondiciona-miento qumico de activacin con Cu(II) o Pb(II) yde acondicionamiento con xantato isoproplico desodio (XINa), bajo condiciones de pH y tiempos deacondicionamiento similares a los empleados en loscircuitos de flotacin convencionales (Tabla I y II).La fuerza inica de todas las soluciones empleadas semantuvo constante (10-3 M NaNO3) con el objetode mantener constante el coeficiente de actividadde las especies acuosas. Al final de las etapas de acon-dicionamiento, se midi el ngulo de contacto queel mineral hace con una burbuja de aire, el cual sesabe que es una buena medida de la flotabilidad delmineral.

2.1. Caracterizacin del mineral

Las mediciones de ngulo de contacto se realizaroncon cristales de esfalerita procedentes del distritominero de Bismark (Mpio. de La Ascensin, Chih.,Mxico), cuya composicin qumica fue determinadamediante anlisis elemental (59,1 % Zn, 29,1 % S,5,7 % Fe en solucin slida y alrededor de 6 % inso-lubles), mientras que su composicin mineral-gica fue determinada mediante difraccin de rayos X.El patrn de difraccin correspondiente a la carta

Tabla I. Condiciones experimentales empleadas durante la activacin de esfalerita con Cu(II)

Table I. Experimental conditions for the activation of sphalerite with Cu(II)

Etapa I de Etapa II de acondicionamiento acondicionamiento

[Cu] pH tiempo NaNO3 XINa pH tiempo(ppm) (min) (M) (M) (min)

Activacin de ZnS con Cu2+ 0-50 5,4 5 y 15 103 10 5Activacin de ZnS con Cu(OH)2 0-50 9,0 15 10

3 10 5Efecto del pH de flotacin de la 50 5,4 15 103 5-10 5esfalerita activada con Cu2+

Efecto de la interaccin del XINa 0-50 5,4 y 9,0 15 103 104 10 5con la esfalerita activada por las especies Cu2+ y Cu(OH)2

Nota: las soluciones utilizadas en la Etapa I de acondicionamiento se prepararon utilizando una fuerza inica de 10-3M de NaNO3.


ESTUdIO dE lOS MECANISMOS dE ACTIVACIN dE lA ESFAlERITA CON CU(II) y Pb(II)CONTACT ANglE STUdy ON THE ACTIVATION MECHANISMS OF SPHAlERITE wITH CU (II) ANd Pb (II)

Rev. metal. 47 (4), JUlIO-AgOSTO, 329-340, 2011, ISSN: 0034-8570, eISSN: 1988-4222, doi: 10.3989/revmetalm.1048 331

01-077-2100, indica que solamente se cuenta conuna fase primaria correspondiente a la esfalerita(ZnS), por lo que se puede considerar que los cris-tales son prcticamente puros.

2.2. Tcnica de medicin de ngulo de contacto

En general las tcnicas de medicin de ngulo decontacto se dividen en dos categoras: Superficiesplanas o ideales y superficies no ideales. En el pre-sente trabajo se utilizaron superficies planas; elmtodo ms comn para la caracterizacin de estetipo de superficies se basa en el uso de dispositivospticos de baja magnificacin para observar la ima-gen de la gota o burbuja de aire sobre la superficiedel cristal mineral.

Los experimentos de ngulo de contacto se lle-varon a cabo utilizando cristales minerales, los cua-les fueron seleccionados y montados en resina meta-logrfica; las probetas as obtenidas se devastaron ypulieron con lijas de carburo de silicio (No. 80 a800) y con agua desionizada y desoxigenada, deacuerdo a la tcnica propuesta en la literatura[5] yreportada por Chau[3]; es importante mencionar queel procedimiento de pulido fino de los cristales selleva a acabo previo a cada prueba, con el fin derenovar la superficie del cristal. Una vez que la etapade preparacin de la muestra mineral concluye, selleva a cabo el acondicionamiento con los tiemposy condiciones qumicas de inters (e.g., pH, tiempode acondicionamiento, concentracin de cobre, con-

centracin de XINa), los cuales simulan aproxima-damente las condiciones de los circuitos industria-les de flotacin de esfalerita (Tabla I y II); en todaslas etapas de acondicionamiento la temperatura semantuvo constante en 30 C. Concluido el procesode acondicionamiento, la probeta es transferida aun contenedor de acrlico con una solucin acuosade fuerza inica constante (103 M NaNO3) y pH 10,en donde se lleva a cabo el contacto entre el cristaly una burbuja de aire con un dimetro aproximadode 1 mm, producida con una jeringa digitalHamilton, e inmediatamente se procede a la tomade las fotografas del contacto entre las 3 fases, lascuales fueron procesadas con la ayuda de un pro-grama de anlisis de imgenes (Image - Pro 5.1). Latoma de fotografas se llev a cabo con una cmaradigital equipada con un lente macro 5X de 65 mmy un campo visual de 4,33 x 2,88 mm. Los experi-mentos se realizaron por triplicado por lo que sereporta el valor promedio del ngulo de contacto,as como las barras de error que delimitan el inter-valo de confianza del 99 % de una distribucin t-student.

El ngulo de contacto entre las fases mineral-solu-cin acuosa-aire fue obtenido de la derivada de laecuacin del crculo que mejor describe la burbujaadherida al cristal de esfalerita, calculada en el puntode contacto de las tres fases (X en la Fig. 1), comose describe a continuacin:

Utilizando la ecuacin del crculo:

(1)x2 (y k)2 R2 0b k b R

Tabla II. Condiciones experimentales empleadas en los experimentos de activacin deesfalerita con Pb(II)

Table II. Experimental conditions used in the experiments of sphalerite activation with Pb(II)

Etapa I de Etapa II de acondicionamiento acondicionamiento

[Pb] pH tiempo NaNO3 XINa pH tiempo(ppm) (min) (M) (M) (min)

Activacin de ZnS con Pb(II) en 200 9,0 15 103 9,0 5ausencia y presencia de oxgeno(a)

Efecto de la interaccin del XINa 0-250 9,0 15 103 104 9,0 5con la esfalerita activada con Pb(II)Efecto del pH sobre la activacin 150 9,0 15 103 104 9,0 5de la esfalerita con Pb(II)

(a) los resultados de estos experimentos se presentan en la Figura 7Nota: las soluciones utilizadas en la Etapa I de acondicionamiento se prepararon utilizando una fuerza inica de 103M de NaNO3.




El punto de interseccin entre el crculo y el ejex (punto X en la figura), se estima resolviendo laecuacin para y = 0:

(2)

La pendiente del crculo en cualquier punto (x,y),se obtiene de la derivada total de la ecuacin res-pecto de x:

(3)

(4)

La pendiente (i.e., tg ) se obtiene midiendo k yR en la fotografa del equilibrio de fuerzas de las 3fases y calculando la pendiente en el punto de coor-denadas ( , 0). Finalmente, del valor de lapendiente se obtiene el ngulo de contacto .

3. RESULTADOS Y DISCUSIN

Las variables naturales del proceso de activacin dela esfalerita con Cu(II) son la concentracin de Cu(II),

el pH y el tiempo de acondicionamiento. Con el finde evaluar la importancia relativa y la contribucinefectiva de estas variables al proceso de activacin yal desarrollo de las propiedades hidrofbicas del mine-ral, se disearon series de experimentos en las que elefecto de stas fue evaluado individualmente.

3.1. Activacin de esfalerita con Cu(II)

La activacin de la esfalerita con cobre se puede llevara cabo mediante dos diferentes mecanismos, los cualesdependern de la especie presente en la solucin(e.g., Cu2+ y Cu(OH)2). Como se observa en el dia-grama de distribucin de especies del sistema Cu-H2Oa 25 C (Fig. 2), la especie responsable de la activacina pH ligeramente cido (pH = 5,4) es el Cu2+ ya quees la especie predominante a este valor de pH, mien-tras que a pH 9 la especie predominante es el Cu(OH)2,la cual ser la responsable de la activacin, de acuerdoal mecanismo de precipitacin superficial. Por otrolado, Debido a que la cintica de la activacin de laesfalerita con Cu(II) depende directamente de la acti-vidad del cobre en solucin[6], aquellas condicionesdonde el catin Cu2+ sea la especie predominante delsistema Cu(II)-H2O (pH 5,4), favorecern la activa-cin y por lo tanto, la hidrofobizacin del mineral. Enconsecuencia, tambin se espera que la predominan-cia del Cu(OH)2 precipitado (e.g., pH 9), de lugar amenores velocidades de activacin y, por lo tanto, aldesarrollo de una menor hidrofobicidad.

x R2 k2

2x 2y dydx

2k dy

dx 0

tgQ dydx 2x2y 2k

R2 k2

Figura 1. Fotografa que ilustra la metodologa empleadapara estimar la pendiente del crculo en el punto de con-tacto de las tres fases.

Figure 1. Photograph that illustrates the methodology usedto estmate the slope to the circle at the point of contact ofthe three phases.




3.1.1. Activacin de esfalerita con Cu2+

(intercambio inico).

En la figura 3 se presentan los resultados de la acti-vacin de esfalerita en funcin de la concentracinde Cu2+ a pH 5,4 y dos diferentes tiempo de acondi-cionamiento, en la cual se observa que el ngulo decontacto aumenta con la concentracin de Cu(II),debido a la formacin de especies hidrofbicas en lasuperficie mineral (e.g., azufre elemental, sulfuro ricoen azufre o bien un polisulfuro), de acuerdo al meca-nismo de activacin descrito por la ecuacin (5) [7],donde, adems del intercambio de iones, la adsor-cin e incorporacin de Cu(II) en la red cristalinade la esfalerita provoca una reaccin de oxidacin-reduccin en la que el Cu(II) oxida al sulfuro delmineral, reducindose a Cu(I) , dando como produc-tos finales a la covelita (CuS), la calcocita (Cu2S) yazufre elemental, de naturaleza hidrofbica; la pro-porcin de estas especies en la superficie mineraldepender del tiempo de reaccin.

(5)

La ecuacin de esta reaccin es vlida solo enmedios cidos o ligeramente cidos, donde el Cu2+y el Zn2+ son las especies estables de los sistemas Cu-H2O y Zn-H2O, respectivamente.

El proceso de activacin es controlado por unareaccin de intercambio inico entre el Cu2+ y elZn2+, el cual se lleva a cabo mediante la sustraccinde un mol de Cu2+ (debido a su incorporacin den-tro de la red de la esfalerita) por cada mol de Zn2+

que es liberado del mineral, de acuerdo al modelodescrito por la ecuacin (6) [6].

(6)

Adicionalmente, en la figura 3 se observa que eltiempo de acondicionamiento juega un papel muyimportante en el desarrollo del ngulo de contacto,ya que para concentraciones de Cu de 50 ppm y tiem-pos de acondicionamiento de 5 y 15 min, se obtie-nen ngulos de contacto de 25,7 y 34,1, respecti-vamente. Este aumento en la hidrofobicidad se debea que a medida que aumenta el tiempo de reaccin,es decir, el tiempo de acondicionamiento, tambinse incrementa la cantidad de especies hidrofbicasen la superficie mineral.

3.1.2. Activacin de esfalerita con Cu(OH)2

Con el objetivo de evaluar la contribucin del pHal que se lleva a cabo la activacin, se disearon ex -perimentos a pH 9 dado que a este valor de pH el

ZnSCu(II )mCuS Zn(II) m 12Cu2S 12S Zn(II)

MeS M 2 m MS Me2

Figura 2. diagrama de distribucin de especies del sistemaCu-H2O a 25C y una concentracin de Cu= 50 mg/l(7.86104 M), HSC Chemistry v. 6.1.

Figure 2. Species distribution diagram of the Cu-H2Osystem at 25C and [Cu] = 50 mg/L (7.86104 M), HSCChemistry v. 6.1.




mecanismo que opera es el de precipitacin superfi-cial; los resultados obtenidos se presentan en lafigura 4, en la que se observan ngulos de contactode 0 para concentraciones de cobre menores o igua-les a 20 ppm, y un incremento lineal de ste paraconcentraciones de Cu(II) mayores a 20 ppm, hastaalcanzar valores de 28 para 50 ppm de Cu(II). Estosresultados evidencian que la cintica de reaccinentre el Cu(OH)2 y la esfalerita es lenta debido a lasbajas actividades de las especies de Cu(II) en solu-cin, principalmente Cu2+ y CuOH+, quienes sonfinalmente las que se adsorben sobre la superficie delmineral y sustituyen al Zn2+, que es entonces libe-rado lentamente de la red cristalina, permaneciendosobre la superficie del mineral en forma de hidrxido.Este mecanismo fue propuesto por Prestidge y col.[8]

y reportado por Chandra y Gerson[7], y ocurre deacuerdo a las siguientes reacciones:

(7)

El Cu(II) del hidrxido se puede entonces inter-cambiar por el Zn(II) del sulfuro

(8)

El cobre incorporado a la red cristalina de la esfa-lerita se reducir oxidando al sulfuro (S2), para pro-ducir una especie rica en azufre (CuS+Cu2S+S), denaturaleza hidrofbica, como se discuti anterior-mente.

3.1.3. Efecto del pH sobre la hidrofobicidadde la esfalerita activada con Cu2+

El valor de pH al cual se lleve a cabo el acondiciona-miento y flotacin del mineral es una variable impor-tante ya que, como se muestra en la figura 5, las pro-piedades hidrofbicas del mineral originalmente acon-dicionado a pH natural (5,4), se incrementan amedida que el pH de flotacin se incrementa de5 a 9, lo cual se debe a que en el rango cido el ionH+, dada su mayor actividad, interacta con las espe-cies de azufre (e.g., S2, S y Sn

2), generando sitioshidroflicos del tipo HS-. Este papel de los protones

nZnS xCu OH( )2(precipitado)m ZnS )n xCu OH( 2(superficie)

ZnS( )n xCu OH( )2 ( perficiesu )m ZnnxCuxSn xZnOH( )2(superficie)

Figura 3. Efecto de la concentracin de Cu2+ y del tiempode acondicionamiento sobre el ngulo de contacto de laesfalerita. las pruebas se realizaron a 30 C, pH natural(5,4) y una fuerza inica de 103M de NaNO3; la medicinde ngulo de contacto se llev a cabo a pH 10.

Figure 3. Effect of Cu2+ concentration and conditioningtime on the sphalerite contact angle. The tests wereperformed at 30 C, natural pH (5.4) and ionic strength of103M NaNO3; the contact angle measurement was carriedout at pH 10.




se hace menos significativo a medida que la solucinse torna neutra o ligeramente alcalina; sin embargo,para valores de pH por arriba de 9, los iones OH, quehan incrementado su actividad, interactan a su vezcon los sitios metlicos de la superficie (e.g., Cu1+ yZn2+), lo que finalmente tambin se refleja en unincremento de sitios hidroflicos y en una disminu-cin del ngulo de contacto y, por lo tanto, de la flo-tabilidad del mineral. Como se observa en la figura 5,parece ser que a un pH de alrededor de 9, el ngulode contacto que la esfalerita desarrolla debido a laactivacin con Cu(II) alcanza su valor mximo (36).

3.1.4. Efecto de la interaccin del xantatocon la esfalerita activada con cobre

La activacin de esfalerita con Cu(II) da lugar a la for-macin de una capa conductora de calcocita (Cu2S),mientras que la esfalerita es naturalmente aislante,permitiendo as que los colectores tipo tiol (e.g., xan-tato isoproplico de sodio) formen complejos insolu-bles del tipo CuX en la superficie de la esfalerita, deacuerdo a reacciones como la siguiente[7 y 9]:

(9)

Con la intencin de evaluar el efecto del acon-dicionamiento con xantato (10-4 M XINa, pH 9), dela esfalerita activada con Cu2+ (pH 5,4) y Cu(OH)2(pH 9), sobre la hidrofobicidad del mineral, se dise-aron y realizaron experimentos cuyos resultados sepresentan en la figura 6, en la cual se observa queindependientemente de la especie activadora (Cu2+

o Cu(OH)2), el ngulo de contacto aumenta con laconcentracin de Cu y que el intercambio inico(i.e., presencia de Cu2+), es ms efectivo que la pre-cipitacin superficial (i.e., presencia de Cu(OH)2 );por ejemplo, para una concentracin de 50 ppm deCu2+ y 10-4 M de XINa, se observa un ngulo de con-tacto de 62, mientras que para una concentracinde 50 ppm de Cu(II) en forma de Cu(OH)2 y lamisma concentracin de colector, el ngulo de con-tacto obtenido es de 54. Este comportamiento corro-bora los resultados obtenidos en las figuras 3 y 4, enlas que se observa claramente que el mecanismo deintercambio inico presenta una mayor eficiencia encomparacin con el mecanismo de activacin porCu(OH)2, debido a que ste ltimo necesita un

Cu2S X m CuXCuS

Figura 4. Efecto de la concentracin de Cu (II) en forma deCu(OH)2 sobre el ngulo de contacto de la esfalerita paradiferentes tiempos de acondicionamiento. las pruebas serealizaron a 30 C, pH 9 y una fuerza inica de 103M deNaNO3.

Figure 4. Effect of the concentration of Cu(II) as Cu(OH)2on the contact angle of sphalerite at different conditioningtimes. The tests were performed at 30 C, pH 9 and ionicstrength of 103M NaNO3.




Figura 5. Efecto del pH sobre la hidrofobicidad inducida porla activacion con Cu2+ (HCl y NaOH 0,1M). los experimen-tos se realizaron a 30 C y 103 M NaNO3.

Figure 5. Effect of pH on the hydrophobicity induced byactivation with Cu2+ (HCl and NaOH 0.1M). The experimentswere performed at 30 C and 103 M NaNO3.

Figura 6. Efecto de la interaccin entre el XINa y la esfale-rita activada con distintas concentraciones de Cu2+ (pH 5,4)y Cu(OH)2 (pH 9).

Figure 6. Effect of the interaction between XINa and sphaleriteactivated with different concentrations of Cu2+ (pH 5.4)and Cu(OH)2 (pH 9).




tiempo mayor para que el Cu(II) sea adsorbido en lasuperficie mineral, lo que da como consecuenciamenos sitios disponibles para la reaccin entre elcobre y el xantato. Sin embargo, se puede decir quela diferencia observada es relativamente menor y quelos resultados obtenidos con ambos acondiciona-mientos son comparables.

3.2. Activacin de esfalerita con Pb(II)

Para evaluar la contribucin del fenmeno de acti-vacin de esfalerita con Pb(II) bajo las diversas con-diciones que prevalecen en la flotacin (e.g., presen-cia y ausencia de oxgeno y colector), se disearonlos experimentos descritos en la tabla II. Los resul-tados se muestran en la figura 7, en la que se presentael ngulo de contacto en funcin de la concentra-cin de Pb(II), observndose que independiente-mente de la atmsfera empleada en el acondiciona-miento (i.e., aire o N2), el ngulo de contacto seincrementa a medida que la concentracin de la espe-cia activadora aumenta en la solucin, de acuerdo almecanismo que describe la siguiente reaccin [10]:

(10)

Este mecanismo ocurre de manera natural debidoa que la solubilidad del producto PbS es menor quela solubilidad de la esfalerita. A diferencia del cobre,el plomo no sustituye al zinc de la red del cristal, sinoque se precipita sobre su superficie como productode la reaccin con el in sulfuro (S2) que resulta dela solubilidad, aunque pequea (Kps= 10

25, compa-rada con Ksp=10

28 para la galena), de la esfalerita.La figura 7 tambin muestra que el oxgeno des-

empea un papel importante durante la activacin,ya que puede inclusive promover la flotabilidad natu-ral de la esfalerita. Como se observa para 200 ppmde Pb(II) en ausencia de xantato, en atmsferas denitrgeno (i.e., baja concentracin de oxgenodisuelto), se obtiene un ngulo de contacto de alre-dedor de 12,6, el cual se incrementa en atmsferasde aire debido a la presencia de oxgeno hasta alcan-zar un valor de 23. El mismo comportamiento seobserva con la esfalerita activada con Pb(II) y acon-dicionada con XINa, donde se obtienen ngulos de37 y 51, respectivamente, lo que evidencia elefecto benfico de la presencia de oxgeno. El mayorngulo de contacto observado en atmsferas de airerespecto al observado en atmsferas de nitrgeno,se puede explicar, de acuerdo con Trahar y col.[10],en trminos del papel catalizador que el Pb2+ pudierajugar en la reaccin de oxidacin del mineral paraZnS(S) Pb(OH)2(S)mPbS(S) Zn(OH)2(S)

Figura 7. Efecto de la concentracin de Pb (II) sobre elngulo de contacto de la esfalerita activada bajo atmsfe-ras de aire y nitrgeno, y posteriormente acondicionada con104M de XINa a pH 9.

Figure 7. Effect of the concentration of the Pb (II) on thecontact angle of sphalerite activated under air and nitrogenatmospheres and then conditioned with 104M XINa at pH 9.




producir azufre elemental, la cual ocurre segn lasiguiente reaccin:

(11)

La presencia de azufre elemental sobre la super-ficie de la esfalerita activada con Pb(II) coadyuva ala hidrofobicidad producida por la adsorcin de xan-tato, lo que se ve reflejado en una mayor hidrofobi-zacin, es decir, en la obtencin de mayores ngulosde contacto.

3.2.1. Efecto del pH sobre la activacin dela esfalerita con Pb(II)

El pH de acondicionamiento es muy importante yaque de ste depende la especie predominante en el sis-tema acuoso de inters. La figura 8 presenta el dia-grama de distribucin de especies de plomo[11], en elque se observa que el dominio del catin Pb2+ se loca-liza a valores de pH menores de 5,7 y que estos preci-pitan como hidrxidos metlicos a pH alcalino, mien-tras que en la transicin de pH neutro a alcalino se dala formacin de diversos complejos hidroxo, en par-ticular el PbOH+, especie con gran afinidad por inter-faces mineral-solucin acuosa. Lo anterior indica que

dependiendo del pH de acondicionamiento, puedenocurrir varias reacciones entre las especies metlicasen solucin y la superficie mineral.

Los resultados obtenidos se muestran en la figura 9,en la que se presenta el efecto del pH de acondicio-namiento sobre el ngulo de contacto, el cual seincrementa de manera significativa al aumentar elpH, hasta alcanzar un valor mximo a pH 8, que semantiene a pH 9. Este comportamiento se debe a quevalores de pH moderadamente alcalinos favorecenla adsorcin de PbOH+, especie altamente surfac-tante, sobre la superficie de la esfalerita, mientras quea valores de pH menores a 7 la especie predominantees el catin Pb2+, quien no posee la afinidad por lainterfase que posee el complejo hidroxo; como con-secuencia, la actividad del PbOH+ en la interfaseagua-mineral, es mayor que la actividad del catinPb2+, lo que favorece la precipitacin de PbS en elprimer caso.

4. CONCLUSIONES

En base a los resultados presentados y discutidos eneste trabajo, se obtuvieron a las siguientes conclu-siones. La hidrofobizacin de la esfalerita debido a la acti-

vacin con Cu(II) se incrementa con la concen-

ZnS(s) 12O2 H2O Pb2k m}} Zn(ac)2 S(s) 2OH(ac)

Figura 8. diagrama de distribucin de especies del sistemaPb2+-H2O a 25 C y una concentracin inicial de Pb

2+ de7,2310-4 M (150 ppm)[10].

Figure 8. Species distribution diagram of the Pb-H2Osystem at 25 C and Pb2+ initial concentration of 7.23x104

M (150 ppm)[10].




tracin de cobre, con el tiempo de acondiciona-miento y se favorece cuando se efecta a pH natu-ral (5,4), debido a la mayor actividad de la espe-cie Cu2+ que se adsorbe sobre la esfalerita y seintercambia por los iones zinc de las capas exte-riores del mineral, en comparacin con la activa-cin a pH 9, en el que la especie predominantees el Cu(OH)2.

El xantato se quimisorbe en el sitio cuproso de lasuperficie de la esfalerita activada incrementn-dole su hidrofobicidad, independientemente delmecanismo de activacin (i.e., intercambio inicoy precipitacin superficial), por lo que se puedeconcluir que ambos mecanismos producen resul-tados equiparables.

En el caso de la activacin de la esfalerita conPb(II), la presencia de oxgeno promueve el des-arrollo de propiedades hidrofbicas debido a quela presencia de Pb(II) favorece la reaccin de oxi-dacin del S2 de la esfalerita con el oxgenodisuelto para producir S.

La hidrofobizacin de la esfalerita causada por laactivacin con Pb(II) se incrementa con la con-centracin de Pb(II) (hasta 150 ppm), y se vefavorecida a valores de pH neutros y alcalinos,debido a la adsorcin de especies con alta afini-dad por las interfases, como son el complejohidroxo PbOH+ y el hidrxido de plomo.

Para los tiempos de acondicionamiento y concen-traciones de Pb(II) empleados, el ngulo de con-tacto desarrollado por la esfalerita activada conPb(II) en atmsferas de aire y en presencia de xan-tato isoproplico, puede ser del mismo orden demagnitud (ca. 50), que cuando la esfalerita seactiva deliberadamente para flotarla con xantato,lo que representa un reto de optimizacin de laflotacin selectiva plomo/zinc.

Agradecimientos

Los autores agradecen al CONACYT el financia-miento recibido para la realizacin del presenteestudio. Tambin agradecen el apoyo del personaltcnico y administrativo de la Unidad Saltillo delCINVESTAV-IPN, y el apoyo del M.C. JuanAntonio Gonzlez Anaya, responsable del Labo-ratorio de Metalurgia Extractiva.

REFERENCIAS

[1] P.J. Guy y W.J. Trahar, Flotation of SulphideMinerals, Developments in Mineral Processing6, Ed. Forssberg, Amsterdam, 1985, pp. 91-110.

Figura 9. Efecto del pH sobre el ngulo de contacto de laesfalerita que resulta de la activacin con Pb(II) y su res-puesta a la presencia de xantato (pH = 9).

Figure 9. Effect of pH on the contact angle of sphaleriteresulting from the activation with Pb(II) and its response tothe presence of xanthate (pH = 9).




[2] M.C. Fuerstenau y P. Somasundaran, Flotation.En Principles of Mineral Processing (M.C. Fuerste -nau y K.N. Han, Eds.). SME, EE.UU., 2003,pp. 245-306.

[3] T.T. Chau, Miner. Eng., 22 (2009) 213-219.[4] P.T.L. Koh y M.P. Schwarz, Miner. Eng., 19

(2006) 619-626.[5] I.W. Wark y A.B. Cox, Transactions of the

American Institute of Mining and MetallurgicalEngineers 112 (1934) 189-244.

[6] N. P. Finkelstein, Int. J. Miner. Process. 52(1997) pp. 81-120.

[7] A.P. Chandra y A.R. Gerson, Adv. Colloid.Interfac. Sci. 145 (2009) 97-110.

[8] C.A. Prestidge, W.M. Skinner, J. Ralston y R.St.C.Smart, Appl. Surf. Sci. 108 (1997) 333-344.

[9] A.C.P. Duarte y S.R. Grano, Miner. Eng., 20(2007) 766-775.

[10] W.J. Trahar, G.D. Senior, G.W. Heyes yM.D. Creed, Int. J. Miner. Process. 49 (1997)121-148.

[11] E.T. Pecina, Tesis Doctoral, Centro de Inves -tigacin y de Estudios Avanzados del InstitutoPolitcnico Nacional, Unidad Saltillo, Mxico2003.


Activación de esfalerita

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