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    PROCESAMIENTO DE MINERALES

    1.1. INTRODUCCIÓN A LA CONCENTRACIÓN DE MINERALES.

    Es evidente que las sustancias minerales se requieren enun estado de pureza o concentración alto, debido a que nose aplica sobre una base económica, un proceso extractivoo de refinación de alto costo, a cantidades pequeñas de

     metales como Cobre, Oro, Plomo, Zinc, molibdeno, tal comose encuentran en la naturaleza.

    Debido a lo expuesto en el párrafo anterior, es preciso

    concentrar   estos metales en un pequeño volumen, para posteriormente someterlos a tratamientos intensivos y decostos elevados para la recuperación del metal puro.

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    Cu2S

    Al2O3

    SiO2

    CuS

    FeS2CaO

    Cu5FeS4

    CuFeS2

    MgO

    PARTICULAS SULFUROSMETALICOS

    Al2O3

    CaO

    Cu2S

    SiO2

    Al2O3

    SiO2

    CuS

    MgO

    SiO2

    SiO2

    CaO

    FeS2

    PARTICULAS GANGAMINERAL

    COMPOSICION QUIMICA Y/OMINERALOGICA DEL MINERAL

    +

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    CONCENTRACION DE MINERAL

    CONCENTRADODE COBRE

    (Pulpa)

    RELAVES

    (Pulpa)

    FLOTACION

    ACCIONES MECANICAS

    - AGITACION

    - AIREACION INDUCIDA

    REACTIVOS

    - COLECTORES

    - ESPUMANTES

    PULPAMINERAL

    SULFUROSMETALICOS

    (concentrado)

    GANGA MINERAL

    (relaves)

    OBJETIVO

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    EL PROCESAMIENTO DE MINERALES, CONSISTE EN TRATAR LOS MINERALES HASTA OBTENER PRODUCTOS CON RENDIMIENTOCOMERCIAL, POR MÉTODOS QUE NO DESTRUYAN LASCARACTERÍSTICAS FÍSICAS O QUÍMICAS DE LOS MISMOS. ESTA 

    DEFINICIÓN DESCARTA A OPERACIONES COMO REFINACIÓN,TRATAMIENTO CON CALOR, LIXIVIACIÓN Y OTROS PROCEDIMIENTOSQUÍMICOS.

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    El procesamiento de minerales consiste en una ampliavariedad secuencial de etapas, los principios básicos sonindependientes del material que se este tratando.

    El objeto de la concentración de minerales,independientemente de los métodos usados, es siempre el

     mismo:   “Separa   los minerales en dos o más productos,como: concentrados, colas y partículas mixtas.

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    METAL MINERALES DE MENA FÓRMULAQUÍMICA

    % METAL DENSIDAD

    1. ALUMINIO   -BAUXITA.-DIÁSPORA.-GIBBSITA.-BOEHMITA.

    - MEZCLA DE HIDRÓXIDO DE Al-NO DEFINIDA.- AlO(OH).- Al(OH)3.- AlO(OH).

    -2,00   – 2,55-3,20   – 3,50-2,30   – 2,40-3,00   – 3,10

    2. COBRE   -CALCOPIRITA.-CALCOSITA.-BORNITA.-COVELITA.-CUPRITA.- MALAQUITA.- NATIVO.-TENANTITA.-TETRAEDRITA.- AZURITA.-ENARGITA.-CRISOCOLA.

    - ATACAMITA.- ANTLERITA.-CHALCANTITA.-TENORITA.

    -CuFeS2.-Cu2S.-Cu5FeS4.-CuS.-Cu2O.-CuCO3·Cu(OH)2.-Cu.-(Cu,Fe,Zn,Ag)12 As4S13.-(Cu,Fe,Zn,Ag)12Sb4S13.-2CuCO3·Cu(OH)2.-Cu3 As5S4.-CuSiO3·2H2O.

    -Cu2Cl(OH)3.-Cu3SO4(OH)4.-CuSO4·5H2O.-CuO.

    -34,6-79,8-63,3-66,5-88,8-57,5-100-57,5-52,1-55,0-48,4-36,2

    -59,5-53,7-25,5-79,9

    -4,10   – 4,30-5,50   – 5,80-4,90   – 5,40-4,60-5,90   – 6,20-4,00-8,90-4,40   – 4,50-4,40   – 5,10-3,80   – 3,90-4,40-2,00   – 2,40

    -3,75   – 3,77-3,90-2,10   – 2,30-6,50

    v. Algunas características de los minerales.

    Tabla. Algunas características de los minerales metálicos.

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    METAL MINERALES DE MENA FÓRMULAQUÍMICA

    % METAL DENSIDAD

    3. ORO -NATIVO.-SILVANITA.-CALAVERITA.

    -Au.-(Au,Ag)Te2.-AuTe2.

    -100-24,5-43,6

    -15,0 – 20,0-7,90 – 8,30-9,0

    4. HIERRO -HEMATITA.-MAGNETITA.-GOETHITA.-LIMONITA.-SIDERITA.-PIRROTITA.

    -PIRITA.

    -Fe2O3.-Fe3O4.-FeO(OH).-ÓXIDOS FÉRRICOS HIDRATADOS.-FeCO3.-FeS.

    -FeS2.

    -70,0-72,4-62,9-48,0–63,0-48,3

    -61,5-46,7

    -5,00 – 6,00-5,50 – 6,50-4,00 – 4,40-3,60 – 4,00-3,70 – 3,90-4,60

    -4,90–

     5,20

    5. PLOMO -GALENA.-CERUSITA.-ANGLESITA.-JAMENOSITA.

    -PbS.-PbCO3.-PbSO4.-Pb4FeSb6S14.

    -86,6-77,5-68,3-50,8

    -7,40 – 7,60-6,50 – 6,60-6,10 – 6,40-5,50 – 6,00

    6. MOLIBDENO -MOLIBDENITA.-WULFENITA.

    -MoS2.-PbMoO4.

    -60,0-26,2

    -4,70 – 4,80-6,50 – 7,00

    7. PLATA -ARGENTITA.-NATIVA.-CERARGIRITA.

    -Ag2S.-Ag.-AgCl.

    -87,1-100-75,3

    -7,20–

     7,40-10,1 – 11,1-5,80

    8. SILICIO -CUARZO. -SiO2. -46,9 -2,65

    9. CINC -BLENDA.-CINCITA.

    -ZnS.-ZnO.

    -67-80,3

    -3,9 - 4,1-5,6

    Tabla. Continuación.

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     MATERIAL MINERALES DE MENA FÓRMULA QUÍMICA % METAL

    DENSIDAD

    1. ANHIDRITA - ANHIDRITA. - CaSO4   - - 2,95

    2. BARITINA - BARITINA. - BaSO4   - - 4,50

    3. BORATOS   -BORAX.-KERNITA.

    -COLEMANITA.-ULEXITA.

    - Na2B4O7·10H2O- Na2B4O7·4H2O

    -Ca2B6011·5H2O- NaCaB5O9·8H2O

    --

    --

    -1,70-1,95

    -2,40-1,90

    4. CARBONATODE CALCIO

    -CALCITA    -CaCO3   -   -2,70

    5. DOLOMITA    -DOLOMITA    -CaMg(CO3)2   - - 2,8   – 2,9

    6. YESO   -YESO   -CaSO4·2H2O -   -2,30

    7. FOSFATOS   - APATITA -ROCA FOSFÓRICA  -Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)-FOSFATOS COM-

    PLEJOS DE Ca, F, Al

    -- - 3,1 – 3,3

    8. POTASIO   -SILVINITA -CARNALITA - ALUNITA -SALITRE POTÁSICO

    -KCl-KMgCl3·6H2O-Kal(SO4)2(OH)6-KNO3

    ----

    -2,00-1,60-2,60-2,10

    Tabla. Algunas características de los minerales no metálicos desde el punto de vista del procesamiento de

     minerales.

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    II. CONSIDERACIONES GENERALES DEL PROCESO DEFLOTACIÓN.

    2.1. Conceptos y definiciones básicas sobreflotación.

    El proceso de flotación se puede definir como:“Método   de concentración, que consiste en laseparación selectiva de especies minerales deacuerdo con sus propiedades superficiales deadhesión a burbujas de   aire”.

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    En el proceso de flotación participan einteractúan tres fases, tal como se presentaen la figura:

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    Está constituida por partículas de mineral

    finamente molidas.

    Las propiedades superficiales de los mineralesdependen de su composición y estructura.

    En esta fase juegan un rol importante lossiguientes factores:

     Carácter de la superficie creada en la rupturadel sólido:   tipo de superficie, fuerzas

    residuales de enlaces. Imperfecciones en la red cristalina natural:trizaduras, vacancias, reemplazos de iones,etc.

    Fase sólida

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     Contaminaciones provenientes de los sólidos,líquidos y gases: oxidación de la superficie,etc.

      Presencia de elementos traza:   que puedenconcentrarse en la superficie de los granos ytener una influencia mucho mayor que suconcentración en el mineral.

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    En relación con su afinidad con el agua, los

     minerales pueden presentar propiedadeshidrofóbicas   (sin afinidad) e   hidrofílicas(con afinidad), que determinan su flotabilidad natural.

    Esto está directamente relacionado con su polaridad; por lo que se tiene:

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    • Minerales apolares:

    Son hidrofóbicos (no reaccionan con losdipolos del agua), ejemplo: azufrenativo, grafito, molibdenita y otros

    sulfuros.

    En estos minerales su estructura essimétrica, no intercambian electronesdentro de sus moléculas, no se disocianen iones, son en general químicamenteinactivos y con enlaces covalentes.

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    • Minerales polares:

    Son hidrofílicos (los sólidos tienen lacapacidad de hidratarse), ejemplo: losóxidos.

    En estos minerales su estructura esasimétrica, intercambian electrones enla formación de enlaces (enlace iónico) ytienen extraordinaria actividad químicaen general.

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    Fase líquida

    Está constituida por agua con reactivos.

    El agua es polar, siendo ésta la causa de lahidratación de la superficie del mineral ensoluciones acuosas. Contiene generalmente

    iones (Cl-, Na+, K+, Ca++, SO4-, etc.),impurezas y contaminantes naturales.

    La dureza del agua, o sea, la contaminaciónnatural causada por sales de calcio, magnesioy sodio, puede cambiar completamente larespuesta de la flotación de algunos

     minerales, ya sea por consumo excesivo dereactivos, formación de sales insolubles, etc.

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    Fase gaseosa

    Constituida generalmente por aire (en algunoscasos por otro gas, por ejemplo nitrógeno),

    que se introduce y dispersa en la forma de pequeñas burbujas.

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    En la definición de flotación se planteó quedebe ser un proceso de separación selectiva:

    Esto se logra, al coexistir las fases líquiday gaseosa, ya que las partículas hidrofóbicas“optarían” por adherirse a la fase gaseosa en

    vez de la líquida, mientras que las demás permanecerán en la fase líquida.

    Las burbujas con partículas adheridas, con unadensidad conjunta menor que la del líquido,ascenderán, pasando a la espuma.

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    El fenómeno de flotación es una combinación de probabilidades :

    -de adsorción química

    -de corto circuito-de colisión partícula burbuja

    -de adhesión partícula burbuja

    -de rompimiento de unión partícula burbuja

    -de arrastre con la ganga

    -de ingreso en la fase espuma

    -de ser colectada en la espuma

    Las características más importantes de una celdapara aumentar las probabilidades de colecciónson:- mezcla

    - aireación

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     Adhesión:

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    Para el caso particular de una burbuja encontacto con una partícula (NP = 1) esférica(α V  =   П/6), el tamaño mínimo de la burbuja,

    para que el conjunto burbuja   – partícula puedaascender es:

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    En general la flotación es un proceso complejo,por lo que tiende a ser considerado como unarte.

    En las figuras siguientes, se presentan diversosesquemas de representación del proceso deflotación.

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    PROCESO Aire ConcentradoDE FLOTACIÓN

     Atrapamiento Drenaje

     Transporte por lasBurbujas

     Adhesión

    Ruptura

     Aire Alimentación Relave

    ESPUMA 

    BURBUJAS PULPA 

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    COMPONENTES QUÍMICOS

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      COMPONENTES QUÍMICOS

    - Colectores.- Espumantes.- Activadores.- Depresantes.- pH.

    COMPONENTES COMPONENTES

    DEL EQUIPO OPERACIONALES

    - Diseño de celda. - Flujo de alimentación.- Agitación. - Mineralogía.- Flujo de aire. - Tamaño de partícula.- Configuración del banco de celdas. - Densidad de pulpa.

    - Control del banco de celdas. - Temperatura.

    SISTEMA

    DEFLOTACIÓN

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    QU MICAORG NICAESTRUCTURAL

    MINERALOG A MEDIOAMBIENTEQUÍMICO

    MEDIOAMBIENTEFÍSICO

    ESTUDIOS IDEALIZADOSDE MICRO FLOTACIÓN

    FLOTACI N A ESCALADE LABORATORIO

    FÍSICO-QUÍMICA:CARACTERIZACIÓN DEINTERFACES

    FLOTACI N A ESCALA

    INDUSTRIAL

    DISE O DE EQUIPOSINCLUIDO EN LAINGENIERÍA A GRANESCALA

    OPTIMIZACI N DE LAPLANTA

    INTERACCIONES DELSISTEMA DE FLOTACIÓNENTRE ASPECTOSQUÍMICOS, EQUIPAMIENTOY PARÁMETROSOPERACIONALES

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    En los procesos de flotación, es necesariodistinguir los términos siguientes:

    a) Flotación colectiva: se produce la separaciónde varios componentes en dos grupos, de loscuales el concentrado contiene por lo menos

    dos o más componentes.

    b) Flotación selectiva o diferencial: se realizala separación de compuestos complejos en

     productos que contiene no más de una especieindividualizada.

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    Una componente importante de la flotación, sonlos reactivos de flotación:

    Colector:   compuesto orgánico, cuyo papel eshidrofobizar las partículas de mineral útil;estos se adsorben en la superficie de lapartícula mineral en forma selectiva.

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    Modificadores:   sirven para regular lascondiciones de funcionamiento de los colectoresy aumentar su selectividad, entre ellos setienen: reguladores de pH, depresantes yactivadores.

    Espumantes: agentes tensoactivos, que mantienenlas partículas minerales en la superficie de lasolución y juegan un papel activo en la cinética

    de flotación.

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    Con relación a los reactivos de flotación,existen dos casos de adsorción de interés: lainterfase gas   –  líquido (aire   – agua) y lainterfase sólido   – líquido (mineral   – agua).

    También ocurren fenómenos de interacción en lafase gas   –  sólido (oxidación superficial de

     minerales).

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    Interfase gas   – líquido (G–L):

    Los compuestos que se adsorben selectivamenteen la interfase gas- líquido se llaman

    TENSOACTIVOS   y hacen reducir la tensiónsuperficial.

    Los reactivos llamados ESPUMANTES generalmentealcoholes, cumplen con este rol.

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    Interfase sólido   – líquido (S–L):

    Los compuestos que se adsorben en lasuperficie de los minerales se llaman

    COLECTORES.

    Estos producen el fenómeno de hidrofobizaciónartificial de los minerales y en general, elcambio de sus propiedades de mojabilidad .

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    2.2. Variables del proceso de flotación.

    La flotación puede considerarse como un procesofísico-químico complejo.

    Como en todo proceso de concentración, se

    requiere que las especies minerales útilestengan un grado de liberación adecuado.

    Especies mineralógicas, tales como: grafito,

    talco, azufre y molibdenita; presentan bajamojabilidad y pueden adherirse sin mayordificultad a burbujas de aires y por lo tantoflotar. Estos minerales se dicen, que tienen“flotabilidad natural”, lo que equivale a decir:

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    Baja mojabilidad Hidrofobicidad 

    La propiedad de flotabilidad natural, se

    explica, por la estructura cristalina de dichasespecies, que es de tipo laminar, que exponehacia la solución caras inertes, con escasaposibilidad de interactuar con el agua.

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    Figura Nº 2.1. Concepto de tensión superficial(mojabilidad).

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    Figura Nº 2.2.Esquemas gráficos de sólidoshidrofóbicos (no mojables) e hidrofílicos

    (mojables).

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    Cada yacimiento presenta las siguientescaracterísticas: mineralización, diseminación,

    alteración y oxidación, dureza, etc. Estascaracterísticas representan un problemaparticular con respecto a la selección dereactivos y conducta de la flotación.

    Las variables de mayor importancia del procesode flotación son:

    Cada mena, es diferente a otra del mismo metal,incluso zonas de un mismo yacimiento presentancaracterísticas particulares que incide en su

    comportamiento en el proceso de flotación.

    i G l t í ( d d lib ió )

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    i. Granulometría (grado de liberación):   engeneral se tiende a moler lo menos posibledebido al alto costo de la operación, esto estálimitado por el tamaño de la partícula y elgrado de liberación de la especie útil.

    => Rec Cu 1

    Granulometría 1

    => Rec Cu 2

    Granulometría 2 (Partícula Más Fina)

    SE TIENE: Granulometría 1 > Granulometría 2

    Rec Cu 2 > Rec Cu 1

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    Generalmente para un proceso de flotaciónprimaria de minerales tipo cobre porfídico, sedebe tener como producto de molienda, unagranulometría de 40 a 55% - 200 #Ty.

    En la mayoría de los casos, la flotaciónprimaria tiene como objetivo metalúrgico larecuperación y no la ley, por lo que laliberación necesaria para la etapa de limpiezase consigue con una remolienda.

    En la figura se muestra el efecto de la

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      RECUPERACIÓN100%

    0%

    MEDIOS F CIL

    FLOTACIÓN

    GRUESOSFINOS

     TAMA O DE PART CULAS

    Figura Nº 2.6. Recuperación vs tamaño de partículas.

    En la figura, se muestra el efecto de lagranulometría en la recuperación por flotaciónde una determinada especie mineralógica.

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    1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 10 mm 100 mm  

    FIGURA 4 RANGO DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS PARA EQUIPOS DE CONCENTRACIÓN

    SOLUBILIDAD

    ESCOGIDO

    CICLONES CONOS

    CIRCULAR JIGS(COAL) CICLONES

    TABLAS SLIMES TABLAS WET  TABLAS AIRMENAESPIRALES

    CONOBARTLEYS MOZTEY

    BARTLES CROSSBELT VANNER

    FLOTACIÓN POR ESPUMA COALFLOCULACIÓN SELECTIVA

    SEPARADOR DE PESO MAGNÉTICOSEPARADOR MAGNETICO DE ALTA INTENSIDAD

      SEPARADOR DE CONDUCTOR MAGN TICO COBBIMGELECTROESTÁTICA

    COLOR, APARIENCIA

    DENSIDAD (MEDIOS DENSOS )

    DENSIDAD Y TAMAÑO

    SUPERFICIE WATTABILITY

    SUSCEPTIBILIDAD MAGN TICA

    CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

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    ii. Tipo y dosificación de reactivos: en

    relación al tipo de reactivos se debenconsiderar las diferentes familias decolectores, espumantes y modificadores.

    La acción de los colectores, activadores ydepresantes afectan el medio químico de la pulpafavoreciendo o reduciendo la probabilidad deformación de los agregados partícula-burbuja.

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    Sin embargo, la fase espuma es también

    importante en la flotación debido al drenajeselectivo de las especies minerales hacia lapulpa, lo que contribuye en gran medida a laselectividad de la operación.

    En cuanto a la dosificación de reactivos, sedebe considerar que interviene en lafactibilidad técnica - económica del proceso.

    Ef t d l t l t ñ d b b j

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    Efecto del espumante en el tamaño de burbujas.

    Jg = 0,5 cm/s

    Jl = 0,9 cm/s

    Gas holdup = 4.5%

    10 ppm espumante

    Jg = 0.5 cm/s

    Jl = 0.9 cm/s

    Gas holdup = 7.5%20 ppm espumante

    LA INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA DEL ESPUMANTE COMO FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN UNA MENA SULFIDIZADA DE COBRE

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    HEXANOL BOT

    DOWFROTH ®1263 CH3 - (OC3H6)n - OH * BO (n ≈ 7)

    HEXANOL® 2 PO TT

    DOWFROTH®400 OH - (OC3H6)n - OH (n≈7)

    DOWFROTH 1012 CH3 - (OC3H6)n - OH (n≈ 5.5)

      DOWFROTH® 250 CH3 - ( OC3H6)n - OH (n≈4)

      HEXANOL

    Recuperación óptima

    (R>0,8)DOWFROTH ® 200 CH3 - (OC3H6)3 - OHRecuperación marginal(0,5 0,5)

    10 20 30 50 70 100 200 300  700TAMAÑO DE PARTÍCULA μm 

    iii Densidad de pulpa: existe un porcentaje de

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    iii. Densidad de pulpa: existe un porcentaje desólido óptimo del proceso, por cuanto incide enel tiempo de residencia del mineral en elcircuito.

    Para minerales de cobre porfídico se consideranlos siguientes porcentajes de sólidos:

    a. Etapa primaria : 30 a 45 %. b. Etapa de limpieza: 15 a 20 %.

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    iv. Aireación y acondicionamiento:   elacondicionamiento, puede constituir una etapa

    clave del proceso, debido a que proporciona eltiempo necesario para que operen los reactivos.

    En el caso de colectores de cinética deadsorción lenta, se adicionan en la etapa demolienda. Esto es válido para modificadores yespumantes.

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    La aireación es una variable que controlanormalmente el operador, por cuanto le permiteapurar o retardar la flotación en beneficio de

    la recuperación o de la ley, dependiendo si setrata de un circuito primario, de limpieza o debarrido.

    Para los reactivos depresores y activantes, sedebe además considerar la   “vida media”   delreactivo en un circuito y lo cual hace necesariosu incorporación en etapas a lo largo de él.

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    v. Regulación del pH:   la flotación es muysensible a los cambios de pH, en especial loscircuitos de flotación selectiva.

    Generalmente, en el caso de cobre porfídicos,los circuitos son alcalinos. Así, para la etapaprimaria el rango de operación es de 8 a 11, yen las etapas de limpieza puede alcanzar hasta12,5.

    Toda fórmula de reactivo (colectores,espumantes y modificadores) tiene su pH óptimo.

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    Además, se debe tener en cuenta el consumo deregulador de pH, debido a que la pulpa mineral

    tiene un pH natural, y en caso de tener gangasácidas se podrían tener altos consumos deregulador de pH. Por lo tanto, la determinacióndel consumo de regulador de pH es un factor a

    considerar en un estudio de factibilidad de esteproceso.

    Para ver este efecto se pueden construir curvas

    de pH vs consumo, para un mineral determinado ydistintos tipos de cal, tal como se muestra enla figura siguiente.

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    vi. Tiempo de residencia: un mineral se puedecaracterizar por su cinética de flotación y enforma más particular por la constante específica

    de velocidad. Es decir, para obtener unarecuperación determinada, se debe proporcionaral mineral el tiempo de flotación adecuado, yque para el caso industrial, el tiempo de

    flotación deberá corresponder al tiempo deresidencia para cada etapa.

    El tiempo de residencia es variable y es funcióndel: volumen del circuito, porcentaje de sólido,tipo de mineral, cargas circulantes, respuestacinética de los reactivos, etc.

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    vii. Temperatura: unos pocos minerales muestraun mejoramiento de la eficiencia con un aumentode temperatura de la pulpa. Sin embargo, en laactualidad cualquier proceso que signifique un

    consumo de energía adicional tiene seriasrestricciones para su implementación industrial.

    iii C lid d d l l í d l

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    viii. Calidad del agua: en la mayoría de lasplantas la disponibilidad de agua es un problemaserio. Esto obliga a utilizar agua industrial o

    de recirculación que contienen cantidadesresiduales de reactivos.

    Aguas duras, salada o de mar, le confieren al

    proceso de flotación comportamientosespecíficos, que se deben de evaluar en cadacaso.

    En ciertos casos, operaciones a nivel industrial

    han fallado, debido a que las pruebas delaboratorios o piloto, se realizaron con unacalidad de agua diferente a la de operación dela planta.

    2 3 Reactivos de flotación

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    2.3 Reactivos de flotación.

    La mayoría de los minerales son naturalmente

    hidrofílicos.

    Para lograr separarlos por flotación, lasuperficie de algunos debe ser selectivamentetransformada en hidrofóbica.

    Esto se logra regulando la química de lasolución y agregando reactivos que se adsorbanselectivamente en dicha superficie

    entregándole características hidrófobas. Estosreactivos se denominan colectores.

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    Pocos   minerales   son hidrofóbicos   pornaturaleza, tales como la molibdenita, y es

     posible su flotación sin el uso de colectores,aunque es práctica común ayudarse concolectores suplementarios.

    Otros minerales se pueden tornar hidrofóbicossin el uso de colectores, ya que, por ejemplo,la adición de grandes concentraciones desulfuro de sodio (fenómeno de activación) a

     minerales sulfurados puede generar superficies

    hidrofóbicas (al reemplazar productos deoxidación e hidratación superficiales)

     posibilitando su flotación.

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    Son   compuestos orgánicos   cuya función es

    tornar   hidrofóbicas   las   superficies   de los minerales.

    Los más comunes son iónicos siendo compuestos

    heteropolares solubles en agua.

    Su   grupo polar   es la parte activa que seadsorbe (física o químicamente) en lasuperficie de un mineral.

    La   parte apolar   se orienta hacia la faselíquida, sin interactuar con ésta.

    Colectores:

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    ó

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    Clasificación de los colectores:

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    Colector catiónico   – amina cuaternaria:

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    Colector no iónico - diesel:

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    Los colectores de una misma familia sedistinguen entre si, entre otras cosas, por elnúmero de carbones de la cadena apolar(radical).

    Esta característica se relaciona con lacapacidad colectora expresada en el ángulo decontacto, como se ilustra para los xantatos:

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    2.3.1. Los compuestos básicos de los colectoresy sus familias se presentan a continuación:

    COMPUESTO BÁSICO FAMILIAS

    HO C

    OH

    O1. R O C

    S

    S- M +

     Alkyl

    ditiocarbonato

    (Xantato)

    1.1.

    R O CS

    OR ‟‟

     Alkyl

    tritiocarbonato

     N CH

    H

    O

    OH

    2.  N CS

    S- M +

    R‟

    R‟‟

    2.1.

     Ácido

    carbónico

     Ácido

    carbámico

    Dialkyl

    ditiocarbamato

    R‟ S Alkyl

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     N CH

    S

    OR ‟‟

     Alkyl

    tionocarbamato2.2.

    PHO

    HO OH

    O Ácido

    fosfórico3.   P

    SR‟O

    R‟‟O   S- M +

    Dialkyl y Diaryl

    ditiofosfatos3.1.

    PR‟O

    R‟‟O

    S

    Cl

    Trifosfonil

    cloruro

    4.2.

    ROH4.   Alcoholes   R   – S - H   Alkyl mercaptano

    R‟ – Sn   – R‟‟Polisulfuros

    (n = 2,3,…)

    4.1.

    S

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    C = O

    H2 N

    H2 N

    Urea5.   H - NC

     N - H

    R‟ R‟‟

    Dialkyl tiourea

    (tiocarbanilida)

    6.1.R   – O - CS

    S- M +

    Derivados

    xantatos

    6.   R‟– O - CS

    S-C

    O

    OR‟‟

    Formiatos de

    xantógeno

    5.1.

    R‟– O - CS

    S-R‟‟

    6.2.Esteres

    xánticos

    S N

      C-S- M +

     Mercaptobenzotiazol

    7.1.7.

    Propiedades físicas y químicas más importantes de loscolectores tiólicos más comunes.

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    COLECTOR PROPIEDADES

    Xantato.   R disponible desde etil a hexil.

     

    Disponible en pellet, polvo o formas líquidas.

     

    Soluble en agua pero las soluciones tienen vida limitada. 

    Se descompone a pH menores que 7, el rango de uso vadesde 7 a 13.

      No actúa como espumante y usualmente es mezclado conotros colectores tiólicos.

     

    Peligro de combustión con materiales sólidos.Por lo general, se utiliza en soluciones diluidas en el rango de 2 a20 %.

     Tionocarbamatos.   R’, R’’ disponible desde metil a propil. 

      Los líquidos son insolubles en agua.

      Es recomendable agregar en los circuitos de molienda o como

    una emulsión.  Relativamente estable en medios ácidos y básicos, en los

    rangos normales usados en la flotación.

      El rango de pH, más usual, es de 4 a 10.

      No tiene propiedades de espumante y se utiliza mezclado conxantatos.

    Dialkyl y DiarylDitiofosfatos.

      Dialkyl R’, R’’ disponible desde etil a butyl. 

       A la forma de diaryl contiene ácido cresílico.

      Los derivados alquílicos tienen una limitada acciónespumante.

      Los derivados del aryl tienen una fuerte acción espumante.

     

    Los derivados del alkyl, son sólidos solubles en agua. 

    Los derivados del alkyl se usan en soluciones de 2 a 20 %.

     

    Los derivados del aryl son líquidos que presentan moderada abaja solubilidad en agua.

      Los derivados del aryl no son solubles en agua.

      El rango normal de uso de los ditiofosfatos es de 5 a 11 %.

     Alkyl Mercaptanos yPolisulfuros.

     

    Se usan generalmente cuando R es mayor que decil.

     

    No son solubles en agua pero pueden emulsificarse.

      Por lo general desprenden olor y tienen problemas de manejo.

     Tiocarbanilida   Son manufacturados como polvos que no son solubles enagua.

     

    Pueden agregarse secos o como una dispersión.

    Tabla Nº 2.1. Propiedades de los colectores tiolicos.

    Tabla Nº 2.3. Aplicaciones de los colectores tiolicosa minerales sulfurados

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    a minerales sulfurados.COLECTORES APLICACIONES

    Xantatos   Son de amplio uso con minerales sulfurados en circuitos

    alcalinos. 

    Etil es el más barato y menos poderoso.

     

    Etil debe utilizarse con otros colectores.  Etil se utiliza en la flotación selectiva de Cu/Zn, Pb/Zn,

    Cu/Pb/Zn. 

    Propil y butil son menos selectivos que el etil. 

    Propil y butil se utilizan en la flotación de Cu, Pb y Zn.  Propil y butil son utilizados para propósitos generales de la

    flotación de sulfuros incluyendo Ni, Au, Ag, Co y pirita.   Amil y hexil son poderosos agentes recuperadores pero no

    selectivos. 

     Amil y hexil son los reactivos más caros de todos los xantatos. 

     Amil y hexil se utilizan en la flotación primaria de los sulfuros. Tionocarbamatos.

      De mayor costo que todos los xantatos. 

    Pueden usarse en circuitos ácidos y básicos. 

    Selectivos para Cu o Zn activado con Cu frente a pirita.Ditiofosfatos.

      Costo entre xantatos y tionocarbamatos.  Por lo general, son menos poderosos en recuperación pero más

    selectivos frente a pirita que los xantatos.  Casi siempre se usan en conjunto con otros colectores.

     

    Derivados del dialkyl se usan en la flotación de Ag, Au y Cu. 

    Derivados del diaryl se utilizan en la flotación de Pb, Zn, Ag yCu.

     Alkyl Mercaptano yPolisulfuros.

      Colectores no poderosos pero no selectivos para la mayoría de

    los minerales sulfurados, especialmente cobre.  El costo es altamente variable y tiene problemas de manejo

    debido al olor que desprende. Tiocarbanilida

     

    Relativamente débiles pero muy selectivos, se utilizan enconjunto con otros colectores.

      Se utilizan en la flotación de Cu, Pb y Ag, así como en minerales

    complejos de Cu/Pb/Zn.

    Espumantes:

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    Son   reactivos orgánicos   de carácter

    heteropolar.

     Análogos a los colectores iónicos en suestructura, su diferencia radica en el

    carácter del grupo polar que en los colectoreses activo para reaccionar con la superficie delos minerales, mientras que en los espumanteses un grupo con gran afinidad con el agua (OH-).

    Permiten la formación de una espuma estable y burbujas de tamaño apropiado para llevar los minerales al concentrado.

    Espumantes:

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    Interacción colector   –   espumante:contacto mineral - burbuja

    Tras el contacto mineral   –   burbuja, las moléculas de espumante pueden penetrar la capade colector sobre el mineral para formar unacapa mixta, estableciéndose una adsorción másfuerte (teoría de Leja y Schulman).

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    • Si se agrega un exceso de colector, las partículas son aparentemente incapaces de penetrar la interfase LG y la flotación seinhibe.

    • Si se agrega exceso de espumante,   γLG   (latensión superficial líquido   – gas) disminuye

     mucho, y ocurre una situación similar.

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    D. ESPUMANTES. APLICACIONES 1. MIBC.2 Glicol de

    i. TEB es usado principalmente en plantas Africanas.ii MIBC y aceite de pino se utilizan en circuitos

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    2. Glicol de polipropileno (DF 250).3. Aceite de pino.4. Trietoxibutano(TEB).5. Ácido cresílico.

    ii. MIBC y aceite de pino se utilizan en circuitosselectivos de limpieza.

    iii. DF - 250 se utiliza para espumas estables.iv. Ácido cresílico se usa en muy pocas plantas, debido a que tienepropiedades colectoras y no es selectivo.

    E.- DEPRESANTES. APLICACIONES 

    1. Dextrina.  i. Se utiliza para la depresión de material insoluble en circuitosde limpieza de cobre.ii. En algunas plantas se utiliza en la flotación reversa donde sedepresa MoS2.

    F.- OTROSREACTIVOS.

     APLICACIONES 

    1. Cianuro de sodio. i. Depresantes de sulfuros cobre, hierro y zinc; generalmente seadicionan en la etapa de molienda y circuitos de limpieza; encircuitos de alto pH, la depresión de pirita es muy efectiva.

    2. Hidrosulfuro de

    sodio.

    i. Depresantes de minerales de cobre, usados ampliamente en la

    separación de dichos minerales desde molibdenita.ii. Puede en ciertos casos reemplazar al cianuro.

    3. Sulfato de zinc. i. Se utiliza con cianuro para asegurar la depresión de esfalerita.4. Silicato de sodio. i. Dispersante de lamas, se adiciona en etapas para mayor

    efectividad.5. Reactivo Nokes.  i. Ampliamente utilizado para la separación de minerales de cobre

    de molibdenita.ii. Es también un efectivo depresante de minerales de cobre yplomo.

    6.- Ferrocianuro de

    sodio. 

    i. Usado en algunas plantas para depresar minerales de cobre en la

    flotación de MoS2, con pH moderado a levemente alcalino, encaso de usar este reactivo.

    G.- SEPARACIÓNSÓLIDO - LÍQUIDO.

     APLICACIONES

    1. Policrilamida. i. Agregado a espesadores para mejorar la separación sólido -líquido y la calidad del agua. 

    H. TRATAMIENTODE AGUAS.

     APLICACIONES 

    1. Antiespumantes. i. Usados para el control de espuma.2. Tripolifosfato de

    sodio. 

    i. Para ablandamiento de aguas recirculadas a la planta.

    III. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE CONCENTRACIÓN:Ó

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    FLOTACIÓN

    3.1. Parámetros básicos.

    En los procesos de flotación es de granimportancia evaluar las operaciones. Para elloes necesario determinar la recuperación y

    eficiencia de la concentración, como así tambiénla razón de concentración y la selectividad.

    En la evaluación del proceso los parámetros másimportantes son la recuperación y la ley delconcentrado, en los cuales existe una relaciónde dependencia, generalmente un aumento de laley del concentrado significa una menorrecuperación.

    i. Recuperación (R).

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    p ( )

    Se define como el porcentaje de materia útil del

    mineral que es transferido, por las operacionesde concentración desde la alimentación delproceso al concentrado.

    100* *

     *%  f   F 

    cC  R 

    F = Masa de mineral alimentado al proceso.

    f = Ley de cabeza.

    C = Masa de concentrado.

    c = Ley del concentrado.

    )tf(*

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    %100*)t-c(*f 

    )t-f (*c =R%

    t = Ley del relave

    ii. Razón de concentración (K).

    Se refiere a las toneladas de mineralnecesarias para obtener una tonelada de

    concentrado final. En este sentido, indica enforma indirecta la eficiencia del proceso.

    Este término está estrechamente relacionado con

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    la recuperación.

    C

    F =K

    t-f 

     t-c =K

    iii. Razón de enriquecimiento (RE).

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    cabezalaencomponentemismodelLey

    oconcentradelendeseadocomponentedelLey RE

    c =RE

    iv. Recuperación en peso (RP).Se define como el porcentaje de la razón delpeso del concentrado y el peso de la

    alimentación.

    100*FC

     RP%  

    NaSHg/t

    pHCu Insoluble%

    Pulpa ReactivoDosifi-cación

    g/tCu Soluble

    %Cu Total

    %Cu Insoluble

    %Cu Soluble

    %

    PruebaNº

    ProductoPeso

    g Cu Total%

    Leyes RecuperaciónPRUEBAS DE FLOTACI N PULPA DE ALIMENTACI N Y RELAVE ROUGHER

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    Cabeza (calc) 1420,0 3,65 0,69 2,96

    Concentrado 187,0 22,97 1,23 21,74

    Relave 1233,0 0,72 0,61 0,11

    Cabeza (calc) 1472,0 3,25 0,66 2,59

    Concentrado 186,0 20,79 1,2 19,59Relave 1286,0 0,71 0,58 0,13

    Cabeza (calc) 1222,0 0,97 0,71 0,25

    Concentrado 138,0 2,67 1,52 1,15

    Relave 1084,0 0,75 0,61 0,14

    Cabeza (calc) 1302,0 0,97 0,67 0,31

    Concentrado 211,0 1,98 1,13 0,85

    Relave 1091,0 0,78 0,58 0,20

    Cabeza (calc) 1333,0 3,93 0,63 3,30

    Concentrado 204,0 21,58 1,24 20,34

    Relave 1129,0 0,74 0,52 0,22Cabeza (calc) 1352,0 3,78 0,69 3,09

    Concentrado 181,0 22,97 1,24 21,73

    Relave 1171,0 0,81 0,60 0,21

    Cabeza (calc) 1356,0 4,29 0,68 3,61

    Concentrado 208,0 23,96 1,06 22,9

    Relave 1148,0 0,73 0,61 0,12

    Cabeza (calc) 1444,0 3,24 0,65 2,59

    Concentrado 238,0 16,03 1,00 15,03

    Relave 1206,0 0,72 0,58 0,14

    Cabeza (calc) 1230,0 0,99 0,68 0,31

    Concentrado 210,0 2,14 1,24 0,9

    Relave 1020,0 0,75 0,56 0,19

    Cabeza (calc) 1196,0 0,99 0,67 0,32

    Concentrado 197,0 2,79 1,88 0,91

    Relave 999,0 0,63 0,43 0,20

    Cabeza (calc) 1235,0 1,11 0,63 0,48

    Concentrado 229,0 3,36 1,30 2,06

    Relave 1006,0 0,60 0,48 0,12

    Cabeza (calc) 1224,0 1,01 0,64 0,37

    Concentrado 211,0 2,77 1,27 1,50Relave 1013,0 0,64 0,51 0,13

    Natural

    Relave

    primario   HA-822 10 600 9,5

    Relave

    primario  HA-822 10 600

    Natural

    Relave

    primario  HA-822 10 300 Natural

    Relave

    primario  HA-822 10 ----

    Natural

     Alimentación S-6588 20 ---- Natural

     Alimentación S-6588 10 ----

    Natural

     Alimentación SENKOL 5 20 ---- Natural

     Alimentación SENKOL 5 10 ----

    Natural

    Relave

    primario  ---- ---- ---- 9,5

    Relave primario ---- ---- ----

    Natural

     Alimentación ---- ---- ---- 9,5

    49,37

    47,29

    79,62

    70,62

    38,14

    34,15

    96,77

    95,61

    51,12

    45,11

    94,35

    94,12

    97,19

    95,49

    23,95

    25,39

    31,31

    46,3

    24,08

    27,37

    30,11

    24,21

    37,01

    46,62

    56,04

    47,41

    11

    12

    82,87

    80,90

    31,19

    32,93

    84,05

    81,42

    85,6

    81,46

    7

    8

    9

    10

    3

    4

    5

    6

    1

    2

    23,42

    23,03

     Alimentación ---- ---- ----

    Cabeza (calc) 1377 0 0 62 0 50 0 13

    PotencialmVCu Total % Cu Soluble % Cu Insoluble % Cu Total % Cu Soluble % Cu Insoluble %

    PruebaNº

    ProductoPeso

    g

    Leyes RecuperaciónReactivo

    Dosifi-cación

    g/t

    NaSHg/t

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    90/202

    Cabeza (calc) 1377,0 0,62 0,50 0,13

    Concentrado 156,0 2,06 1,66 0,40

    Relave 1221,0 0,44 0,35 0,09

    Cabeza (calc) 1258,0 0,62 0,50 0,12

    Concentrado 156,0 1,78 1,42 0,36

    Relave 1102,0 0,46 0,37 0,09

    Cabeza (calc) 1300,0 0,63 0,52 0,11

    Concentrado 138,0 1,32 1,07 0,25

    Relave 1162,0 0,55 0,46 0,09

    Cabeza (calc) 1352,0 0,64 0,53 0,11

    Concentrado 138,0 1,73 1,40 0,33

    Relave 1214,0 0,52 0,43 0,09

    Cabeza (calc) 1294,0 0,64 0,52 0,13

    Concentrado 147,0 2,16 1,74 0,42

    Relave 1147,0 0,45 0,36 0,09Cabeza (calc) 1301,0 0,62 0,50 0,12

    Concentrado 181,0 1,69 1,37 0,32   20

    Relave 1120,0 0,45 0,36 0,09

    Cabeza (calc) 1295,0 0,62 0,51 0,11

    Concentrado 172,0 1,26 1,05 0,21

    Relave 1123,0 0,52 0,43 0,09

    Cabeza (calc) 1342,0 0,59 0,51 0,08

    Concentrado 140,0 2,01 1,63 0,38

    Relave 1202,0 0,43 0,38 0,05

    Cabeza (calc) 1304,0 0,66 0,53 0,13

    Concentrado 181,0 1,83 1,46 0,37

    Relave 1123,0 0,47 0,38 0,09

    Cabeza (calc) 1301,0 0,63 0,51 0,11

    Concentrado 210,0 1,50 1,26 0,24   E-355 10

    Relave 1091,0 0,46 0,37 0,09

    0,66 % Cu total

    0,56 % Cu sol.0,10 % Cu insol.

    Natural

    9,5

    ----

    600

    600

    600

    60010

    300

    300

    ---- Natural

    Natural

    Natural

    V-2496

    V-2497

    V-2498

    V-2499

    10

    10

    10

    ----

    ----

    Natural

    Natural

    Natural

    9,5

    Natural

    10

    10

    10

    10

    39,59 33,92

    PM 231

    PM 232

    PM 233

    PM 234

    V-2500

    33,32 46,95

    38,56 38,24 39,85

    38,08 36,49

    27,07 27,22 26,33

    27,01 29,42

    38,09 38,25 37,42

    46

    47

    LEY DE CABEZA ANALIZADA

    37,43

    35,39

    22,18

    27,44

    37,77

    35,25

    38,56

    42

    43

    44

    45

    38

    39

    40

    37,73 36,22

    35,20 36,15

    21,65 24,81

    41

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    91/202

    3.2. Límite de la concentración de minerales.

    Existe una ley máxima a la cual se puedeconcentrar un mineral. Esta ley corresponde a lade su especie mineralógica pura. Claro que paralograr estas concentraciones se deben realizaroperaciones perfectas y de un costo económicomuy elevado.

    Lograr ésta ley en los concentrados no es muy

     beneficioso, ya que a medida que sube la ley deconcentrado, baja la recuperación y viceversa.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    92/202

     A mayor ley de concentrado mayor razón deconcentración, esto significa que se necesitatratar mayor tonelaje para obtener una toneladade concentrado de alta ley.

    En algunos casos la exigencia de un producto dealta ley, particularmente de los que tienen queaplicarse en forma pura, se puede justificar porsu alto precio.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    93/202

    En otros casos tan elevada concentración notiene importancia substancial porque nocontribuye mayormente al proceso tecnológico.

    Para decidir cual es el límite de unaconcentración óptima, se determina el valor deuna tonelada de mineral bruto de acuerdo a laley del concentrado y la razón de concentración

    a través del siguiente caso.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    94/202

    3.3. Análisis de gráfico.

    Debido a que no existe un criterio únicoampliamente aceptado para la evaluación de losresultados de procesos de concentración, se usancomúnmente gráficas que relacionan dos o másfactores.

    - Porcentaje de recuperación en peso o razón deconcentración vs porcentaje de recuperación.

     Algunas de las combinaciones más usadas son lassiguientes:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    95/202

    - Ley de concentrado o razón de enriquecimiento

    vs porcentaje de recuperación.

    - Nivel de una variable del proceso vs porcentajede recuperación, o ley del concentrado, o razónde enriquecimiento.

    - Porcentaje de recuperación en peso o razón deconcentración vs ley

    de concentrado o razón de enriquecimiento.

    % Recuperación

    Fuertemente

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    96/202

    hidrofóbico

    Débilmente hidrofóbico

    No hidrofóbico

    Tamaño de partícula

    Gráfico Recuperación vs tamaño de partícula para materiales con distinto carácter

    hidrofóbico.

      % Recuperación

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    97/202

    Rougher

    Limpieza

     Tamaño medio de partícula (um)

    Gráfico recuperación vs tamaño de partícula paradistintos tipos de circuitos.

      Ley

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    98/202

    Densidad de pulpa

    Recuperación

    Gráfico ley vs recuperación en función de ladensidad de pulpa.

      % Recuperación

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    99/202

    Mineral

    Ganga

     Tiempo de retención

    Gráfico recuperación vs tiempo de retención para el mineral y la ganga.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    100/202

    Recuperación de KCl en la etapa de flotación primaria (rougher)

       R  e  c .   K   C   l   (   %   )

       R  e

      c .   A  c  u  m .   K   C

       l   (   %   )

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    101/202

    Recuperación de partículas gruesas en laflotación de KCl

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    102/202

    4.6. Algunas consideraciones sobre laseparación.

    La separación de una materia prima en dos o máscomponentes, concentrado y relave, no esperfecta, por dos razones fundamentales:

    a) Características de la materia prima:tratamiento previo, grado de liberación, etc.

    b) Equipo de separación: proceso de separación ycondiciones de operación.

    i. Análisis desde el punto de vista de lamateria prima:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    103/202

     

    Ganga liberada

    Ganga con mineral útil atrapado, asociado

    Mineral con ganga asociada, atrapada

    Mineral liberado

    Esquema de los diferentes tipos de partículas de mineral y ganga presente en los procesos de

    concentración.

    ate a p a:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    104/202

    Esquema de evolución de la separación con eltiempo en los procesos de concentración.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    105/202

    “No   se puede separar con

    ningún mecanismo físico al100 %”.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    106/202

    ¿HASTA DONDE INTERESASEPARAR?

    Para observar en forma cuantitativa la evoluciónde un proceso de separación, se utilizandiversas representaciones, tales como las

    figuras siguientes.

    i) Curva de recuperación acumulativa v/s tiempo.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    107/202

     

    % R

    R MÁX.

    Tiempo (batch); N celdas (continuo)

    Curva de recuperación acumulativa v.s. tiempo.

    ii) Curva de ley acumulativa v/s recuperaciónacumulativa.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    108/202

    Curva ley acumulativa v.s. recuperaciónacumulativa.

    Las curvas anteriores corresponden a un circuitoque se esquematiza a continuación

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    109/202

    que se esquematiza a continuación.

    F*f T*t

    C*c

    Con: f o Xf = ley de alimentación del mineral.

    Xn   = ley del metal en el mineral.

    Es importante notar que las curvas anteriores nodicen si el sistema está funcionando mejor queotro, depende del mineral.

    IV. CINÉTICA DE FLOTACIÓN

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    110/202

    IV. CINÉTICA DE FLOTACIÓN

    4.1. Conceptos básicos de cinética de flotación.

    La cinética de flotación es el estudio de lavariación en cantidad del producto que rebalsaen la espuma con el tiempo y la identificacióncuantitativa de todas las variables quecontrolan la velocidad.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    111/202

    Ecuación de velocidad de flotación, se refierea la relación algebraica entre la proporción

    de minerales que flota y el tiempo deflotación, manteniendo constante todas lasvariables del proceso.

    La operación dicontinua (batch) en sentidoestricto no se da en flotación, por cuanto elconcentrado siempre se remueve de la celda enforma continua. Las pruebas de laboratorios

    (batch) convencionales son realmenteoperaciones semi-batch que no alcanzan elestado estacionario.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    112/202

    La flotación industrial siempre comprende el paso de un flujo de pulpa a través de unaserie de tanques agitados.

    De aquí se desprende las limitaciones de usar pruebas de laboratorio semi-batch como modelo para una celda o un banco industrial queoperan bajo condiciones de flujo continuo.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    113/202

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    114/202

    Respecto al mecanismo de transporte paraalcanzar el volumen de espuma, las partículas pueden retornar a la fase de la pulpa oeventualmente abandonar la fase de la espuma y

     pasar a las canaletas de concentrados si losniveles de las variables manejables permiten laremoción de espuma, según se aprecia en lafigura siguiente.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    115/202

    FASE PULPA 

    FASE

    ESPUMA 

     ATRAPAMIENTOFÍSICO DEPARTÍCULAS

    DRENAJE   TRANSFERENCIA DEPARTÍCULAS ENTRE LASFASES DE PULPA Y ESPUMA EN INA CELDA DEFLOTACIÓN

    CONCENTRADO

    Transferencia de partículas entre las regionesde pulpa y espuma en una celda de flotación.

    RELAVE

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    116/202

    Por lo tanto la etapa determinante de lavelocidad de flotación podrá ser cualquieretapa de la figura anterior. Se debeconsiderar, que también el agua se transfiereentre ambas regiones.

     Al realizar una prueba de flotación a escala banco y si se retira concentrados parciales adistintos tiempos de flotación, se observa quela cantidad y la calidad del concentradocambia con el tiempo.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    117/202

    En un gráfico de recuperación acumulativa vstiempo, muestra que la recuperación crece

     muy rápidamente en los primeros minutos deflotación y que después la curva se haceasintótica con el tiempo sin alcanzar unarecuperación completa. La forma de esta curvase aprecia con claridad en la figura quesigue:

    100,0

    % RECUPERACIÓN

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    118/202

    Gráfico recuperación acumulada v.s. tiempo.

    0,0

    10,0

    20,0

    30,0

    40,0

    50,0

    60,0

    70,0

    80,0

    90,0

    100,0

    0 2 4 6 8 10 12 14 16

    TIEMPO (min)

    t2t1

    R2

    R1

     A 

    B

    C D

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    119/202

    La recuperación al tiempo t1 está dada por la pendiente de la tangente A - B y asísucesivamente. Se aprecia claramente que lavelocidad de recuperación decrece con eltiempo.

    Se ha encontrado con frecuencia que lavelocidad de flotación a un tiempo dado,depende de la cantidad de partículas flotablesque aún permanecen en la celda en ese

    instante.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    120/202

    Uno de los primeros trabajos sobre cinética deflotación en que se destacó, que en unaflotación a escala de laboratorio la fracciónde sólidos no flotables remanentes en unacelda de flotación, decae con el tiempo fue

     publicado por García-Zúñiga en 1935.

    García-Zúñiga hace una descripción matemática

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    121/202

    y reconoce la analogía algebraica con lasecuaciones de reacción de cinética de química

    de primer orden. Posteriormente en 1942Schumann puntualiza que la constanteespecífica de velocidad de flotación tiene el

     mismo significado dimensional que la constante

    de reacción específica de una reaccióncinética de primer orden.

    De estos y otros trabajos surgen el enfoque

    analógico a la cinética química que lleva aldesarrollo de ecuaciones como las siguientes:

    inC*kdC

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    122/202

    iii C*k -

    dtCi   =   representa la concentración de unconstituyente particular en la celda (especieflotable, especie de ganga, aire, etc).

    C   =     representa la concentración del materialflotable.

    ni = representa el orden de la reacción.

    ki = constante específica de velocidad deflotación.

    t =   tiempo de flotación.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    123/202

    Si en un experimento controlado, se mantienenconstantes todas las variables (flujo de aire,velocidad de agitación, tipo y dosificación dereactivos, etc.), entonces la ecuación anterior

    se simplifica considerablemente; obteniéndose laexpresión usual, en donde la única variable esla concentración de material flotable:

    dC

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    124/202

    n

    n C*k -dt

    dC

    kn : es la de velocidad de flotación.

    n : es el orden del proceso, (n = 1, para lacinética de primer orden).

    (-dC/dt):   representa la velocidad derecuperación instantánea desde un recipiente oestanque semi - batch.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    125/202

    Se considera que todas las partículas tienenidéntica flotabilidad, y no se contempla ladistribución de tamaños de partículas y burbujasexistentes normalmente en una celda deflotación.

    Así, el valor de k está relacionado con lascondiciones de flotación, tales comoconcentración del colector, velocidad de flujode aire, etc., y que se suponen constantes a lolargo de la prueba.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    126/202

    Para cualquier condición dada, k es una medida

    cuantitativa de la probabilidad de que laspartículas de una especie sean recuperadas en elconcentrado.

    Las dimensiones de k en una cinética de primerorden son (min-1).

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    127/202

    Integrando la ecuación anterior para n = 1, setiene:

    t*k -0

    1e*CCC0 = concentración del material flotable en la

    celda al tiempo cero.C = concentración del material flotable en lacelda al tiempo t.

    Para representar gráficamente la ecuación, puedeescribirse como:

    t*k C

    C Ln 1

    Al graficar los valores experimentales deln(C0/C) versus el tiempo, se obtendrá una línea

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    128/202

    (C0/C) e sus e t e po, se obte d á u a earecta cuya pendiente será igual a k1 si n = 1.

    Sin duda existe una dificultad para determinarel tiempo cero, puesto que transcurre un espaciode tiempo desde que se abre el paso de aire enuna celda hasta que se forma una espumamineralizada adecuada para la remoción delconcentrado.

    Sin embargo, cualquier tiempo en una prueba a

    escala banco (batch) puede considerarse comotiempo cero. En la práctica lo mejor es esperarhasta que la remoción de espuma esté bajocontrol para tomar muestras experimentales.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    129/202

    Al final de un experimento de flotación despuésde un tiempo suficientemente largo, siempre

    queda en la celda una cantidad de material queno flotó. Si la concentración de este materialse representa por C∞, entonces la ecuación sepuede reescribir para darle mayor aplicación,

    de la siguiente forma:

    t* k -0

    1e* C-CC-C

     

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    130/202

    t*kC-C

    C-CLn

    1

    0

     Al graficar la ecuación, se obtendrá una línearecta, cuya pendiente es k1.

    Desde el punto de vista metalúrgico, conviene

    trabajar con recuperaciones en vez deconcentraciones. Para ello se usará ladefinición de concentración:

    MC

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    131/202

    V C

     M : corresponde a la masa de todo el mineral ola masa de la fracción del mineral flotable.

     V : corresponde al volumen de la pulpa,incluyendo el aire o el volumen de agua.

    Manteniendo V constante a lo largo delexperimento, la recuperación máxima alcanzable,R ∞, de la prueba será:

    Manteniendo V constante a lo largo del

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    132/202

    gexperimento, la recuperación máxima alcanzable,

    R ∞, de la prueba será:

    0

    0

    0

    0

    C

    C-C 

    M

    M-M R 

     

    La recuperación para un tiempo t dado:

    0

    0

    C

    C-CR  

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    133/202

     Al introducir el concepto de C∞, entonces la

    ecuación de prime orden se transforma en:

     

    nn C-C*k -

    dt

    dC

    En términos de recuperaciones, considerando n =1, se obtiene:

    t*k

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    134/202

      t*k -exp-1*R e-1*R R t*k -

    R = recuperación acumulativa al tiempo t.

    R  = es la recuperación de equilibrio a tiempo prolongado.

    k = constante de velocidad de primer orden.

    Esta es una ecuación básica de la cinética deflotación y fue sugerida por primera vez porGarcía-Zúñiga y posteriormente por Arbiter yHarris.

    En la práctica la ecuación:

    *k

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    135/202

     por lo general no se cumple exactamente debido ala dificultad de fijar el tiempo cero en forma

     precisa. Para obviar este problema se introduceuna corrección en el tiempo y entonces la

    ecuación de velocidad se expresa como:

     )e-1(R =R t*k -

     )+t(k exp-1R =R  θ = factor de corrección para el tiempo igual acero.

    En la ecuación cinética de 1er orden, obtenida

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    136/202

    por García-Zúñiga:

     )e-1(R =R(t)  t*k-

    - R(t) = Representa la recuperación de materialflotable hasta el instante t.

    - R ∞ = Es la recuperación máxima alcanzable paraun tiempo de flotación infinitamente grande (t   →∞).

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    137/202

    -R ∞ y K:

    * Son valores característicos de cadacomponente flotable (ejemplo: Cu, Mo, Fe eInsolubles).

    * Sus valores dependen de:+ La etapa de flotación considerada:

     primaria (rougher), limpieza(cleaner), barrido (scavenger).

    + Las características propias del mineral: granulometría, grado deliberación, etc.

    + Las condiciones de operación ydiseño de la celda: pH de flotación,

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    138/202

    tipo y dosificación de reactivos,

    velocidad de agitación, diseño de lacelda, etc.

    Por lo tanto, se debendeterminar para cadasituación en particular y

    para cada componente de lamena.

    Una metodología para estimar R ∞   y K es latécnica de minimización del coeficiente

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    139/202

    variacional.

    Otra ecuación cinética, a escala banco, esconsiderar la de orden dos. En este caso   “n”asume el valor 2:

    2

    2   C*k-dt

    dC

    Integrando entre límites apropiados, se obtiene:

    t*k1

    -1

    2

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    140/202

    tkC

     C

    2

    0

    Considerando la concentración infinito y lasdefiniciones de R y R ∞   en términos de lasconcentraciones, se llega a:

    t*k*R 1

    t*k*R  R 

    2

    R *k

    t2

    o

    Otras expresiones alternativas para modelar laflotación a escala banco (batch), que a veces

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    141/202

    flotación a escala banco (batch), que a vecesproporcionan un mejor grado de ajuste a los

    datos experimentales, son los siguientes:

    • Ecuación de García-Zúñiga modificada:

     

    nt*k-exp-1*R R(t) 

    Donde:

    - n es un parámetro empírico dependientedel componente flotable y de la etapa deflotación considerada.

    • Ecuación de R. R. Klimpel: en 1979, Klimpel

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    142/202

    p , p propuso la siguiente ecuación:

     

    t*k-exp-1*

    t*k

    1-1R R(t)

    En la ecuación:

    - R(t): representa la recuperación acumulada delcomponente flotable en el instante t.

    - k:   corresponde a la máxima velocidad específica de flotación (1/t) de un conjunto de

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    143/202

    * La abundancia relativa inicial (para t=0)de cada especie es la misma e igual a 1/k.

    *   La distribución inicial (t=0), de las

    velocidades específicas de flotación es detipo rectangular.

    especies con velocidades específicascomprendidas entre 0 y k, de modo que:

    - R ∞:   representa la recuperación máxima

    alcanzable para t   → ∞.

    El t d i fl t bl d fi id

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    144/202

    - El concepto de especie flotable, definida porHarris y colaboradores, se refiere a todas

    aquellas partículas con la misma velocidad específica de flotación, por efecto combinadodel medio ambiente que rodea a la partícula(tanto químico como hidrodinámico) y de las

     propiedades inherentes al propio material en proceso.

    • Modelo a escala banco semidistribuido, Kelsall1961:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    145/202

    1961:

    Si las partículas en la pulpa no poseen propiedades idénticas de flotación, pero tienenun rango continuo de constantes de velocidad, laforma integral de la ecuación de velocidad es:

    0

    kt-

    0 f(k,0)dkecc

    f(k,0) : representa una distribución continuade constantes de velocidad 

    El mayor problema de la ecuación es definir enforma exacta la distribución de las constantes

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    146/202

    forma exacta la distribución de las constantesde velocidad.

    Para esto, Kelsall sugiere considerar laaproximación de que las especies flotables se

    dividen en dos grupos o componentes; uno de bajay otro de alta constante de velocidad.

    En los casos donde esta aproximación es válida,la ecuación de velocidad para una celda delaboratorio es:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    147/202

    ks   : constante de velocidad lenta.

    Kf   : constante de velocidad rápida.

    Ф   : proporción de la especie flotable con baja constante de velocidad.

     

    t-kt-k0

    fs

    e-1ecc  

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    148/202

    La ecuación anterior, se puede expresar entérminos de recuperación, según:

     

    tk-exp-1-1tk-exp-1100r 21  

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    149/202

    4.3. Determinación de k y R ∞ para modelos a

    escala banco (semi-batch).

    Para tal efecto se utilizará el método de minimización del coeficiente de variación.

    Considere un estudio cinético de flotación primaria (rougher) a escala de laboratorio,donde se obtuvieron los resultados metalúrgicossegún la tabla siguiente.

    Tabla Nº 6.1. Datos experimentales de una

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    150/202

    R(t) (%) t (min)

    0,0 0,0

    37,4 0,560,1 1,0

    82,1 2,0

    90,3 3,094,4 5,0

    95,0 8,0

    Tabla N 6.1. Datos experimentales de unacinética de flotación primaria.

    Los datos anteriores se deben ajustar por laecuación de García-Zúñiga:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    151/202

    t*k-exp(-1*R r(t) r(t) = valor ajustado de R(t).

    k = constante cinética de flotación, 1/min.

    R ∞ = máxima recuperación del sistema.

    Estimar los mejores valores de k y R ∞.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    152/202

    Desarrollo:

    i. En la ecuación de García-Zúñiga, se estimaráel valor de R ∞ en el rango de 95 % a 100 %. Los

    valores a considerar son 95 %, 97,5 % y 100 %.

    ii. El valor de k se despeja de la ecuación enfunción de R(t), t y R ∞. El valor de k es:

    R1

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    153/202

     

     

     

     

    R(t)-R 

    Ln*t

    1

     k

    La combinación de parámetros (R ∞   y k) que

     minimice el % CV de k, será la combinaciónóptima.

    iii. Para mayor comodidad se construye la tabla

    que sigue:

    Tabla Nº 6.2. Procedimiento para determinar k yR ∞ de un modelo cinético a escala banco de

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    154/202

    k (1/min)

    t (min) R(t) (%) Roo = 0,95 Roo = 0,975 Roo = 1,0

    0,0 0,00 - - -

    0,5 0,374 1,00 0,968 0,937

    1,0 0,601 1,00 0,958 0,9192,0 0,821 1,00 0,923 0,860

    3,0 0,903 1,00 0,869 0,778

    5,0 0,944 1,01 0,690 0,576

    8,0 0,950 - 0,458 0,374

    k promedio 1,00 0,811 0,741

    Desviación estándar 0,01 0,201 0,222

    % CVk   0,00 24,8 30,0

     primer orden.

    iv. De la tabla Nº 6.2, los valores de R ∞ y k a

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    155/202

    considerar en el modelo son:

    •R ∞   = 0,95 ó 95 %.

    •k = 1,00 (1/min).

    Por lo tanto el modelo cinético queda como sigue:

    t)-exp(-1*0,95r(t)

    4.4. Tiempo de residencia óptimo a escala banco(semi-batch).

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    156/202

    Es fundamental poder relacionar pruebas de

    laboratorio con la conducta de una operacióncontinua. Una aplicación directa es obtenerdatos a partir de pruebas de laboratorio quesirvan de base para el diseño de una planta.

    De los diversos factores involucrados en eldiseño y operación de un circuito de flotación,el tiempo de residencia es probablemente el máscrítico.

     Al respecto, Agar y colaboradores, han planteadoy analizado la aplicación de los siguientescriterios para determinar el tiempo deresidencia óptimo:

    1) No agregar al concentrado material de ley menor a la alimentación de la etapa deseparación

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    157/202

    separación.

    Los procesos de flotación son fundamentalmenteuna etapa de concentración.

    Para el caso de alimentaciones muy altas, al

    aplicar este criterio a un circuito primario(rougher) se obtendrán leyes de relaves tambiénaltas. Por esta razón, a menudo se emplea una o

     mas etapas de barrido (scavenger) a continuación

    del circuito primario.

    Por lo tanto, la aplicación de este criterio serefiere a cada etapa en particular.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    158/202

    2) Maximizar la diferencia en recuperación entre

    el mineral deseado (útil) y la ganga.

    Suponiendo que la ecuación de velocidad quedescribe el proceso de flotación es de primer

    orden, según el modelo propuesto por García -Zúñiga:

     

    ktexp1R R   

    Debido a que la recuperación es función del

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    159/202

    tiempo de flotación, es posible definir un valor

    que corresponderá a la diferencia derecuperación entre el mineral útil y la ganga.

      = R u - R g

    Se define a   Δ   como la diferencia enrecuperaciones, según:

    R u = recuperación de la especie útil.R g = recuperación de la ganga.

    Se define la recuperación para el material útily la ganga, utilizando las ecuaciones cinéticas:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    160/202

    i. Para el mineral: tk -uu

    ue-1R R   

    ii. Para la ganga: tk -gg

    ge-1R R   

    Para maximizar esta diferencia, se debe obtenerla diferencial con respecto a   „t‟ e igualarla acero:

    0dt

      0eR k -eR k dt

    d tk -gg

    tk -

    uugu

    uu

    RkR k 

    Ln

     

     

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    161/202

    gu

    gg

    k k 

    R k t

       

    ¿Cuándo se tiene la máxima diferencia enrecuperación?. Para responder esta pregunta, se

    realiza el siguiente análisis matemático a partir de la ecuación de velocidad de flotación:

      kt-kt-

    ek R -eR t t

    R   

    El máximo se obtiene cuando: 0t

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    162/202

    “La máxima diferencia en recuperación de las dosespecies que se pretende separar corresponde al

    tiempo al cual las dos velocidades de flotaciónse hacen   iguales”.

     g u

     

      

     

     

      

     

    t

    t

    3) Maximizar la eficiencia de separación.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    163/202

    Definición de eficiencia de separación, ES, dada por Schulz:

    ES = R u - R g

    La eficiencia de separación será máxima cuando:

    a) La diferencia en recuperación entre laespecie útil y la ganga sea máxima.

     b) Las velocidades de flotación de la especieútil y la ganga sean iguales.

    Definiendo eficiencia de separación como:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    164/202

     

     

     

     

    f m

    f c

    *Ff 

    Cm

    ES

     m = Contenido metálico del mineral valioso.

    c = Ley del concentrado acumulativo.F = Masa de alimentación.

    f = Ley de alimentación.

    C = Masa del concentrado.

    En la ecuación anterior, sólo c y C dependen deltiempo, y para obtener el máximo se debe derivar

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    165/202

    tiempo, y para obtener el máximo se debe derivarES con respecto a t e igualar a cero, según:

    0t

    ES

    0dtdcC

    dtdCf)(c

    f)Ff(mm

    tES

    Definiendo:     t

    0

    CcGdC

    G = ley instantánea del concentrado.

    Derivando la ecuación anterior, se tiene:

    G dC= C dc + c dC /:dC

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    166/202

    G = C dc/dC + c /*(dC/dt)

    G ( dC/dt ) = C ( dc/dt ) + c ( dC/dt )

    C (dc/dt) = G (dC/dt) - c (dC/dt)

    Remplazando las ecuaciones en   ∂ES/∂t=0, se

    obtiene:

    G = f

    “La   eficiencia de separación esmáxima cuando la ley instantáneadel concentrado es igual a la leyde   alimentación”.

    4.5. Formas integrales de la ecuación develocidad de flotación

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    167/202

    velocidad de flotación.

    Las formas integrales de la ecuación develocidad de flotación:

     CK -=dt

    dC n

    a) Para un grupo de partículas simples en unacelda de laboratorio (batch):

    C = C exp ( - Kt )o

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    168/202

     b) Para un grupo simple de partículas en unacelda continua en condiciones de estadoestacionario:

    C = C exp ( - K t ) E ( t ) dtoo

    oo

    E (t): representa la distribución de tiempos deresidencia.

    c) Para muchos grupos de partículas útiles conun rango de constantes de velocidad en una celdade laboratorio:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    169/202

    oo

    0

    odK )(K,0f Kt)-(expC=C

    d) Para muchos grupos de partículas útiles enuna celda continua en estado estacionario:

    o o

    odK dt)K,0(f )t(E)tK -(expC=C

    La ecuación d), es aplicable a la operación de plantas de flotación.

    4.6. MODELOS CINÉTICOS CONTINUOS DE FLOTACIÓN.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    170/202

    Para pasar de un modelo a escala banco (batch)al caso continuo, se requiere incorporar almodelo una función matemática que describa eltransporte del material a través de las celdasde flotación.

    Esta función corresponde a la distribución detiempos de residencia de las partículas en el

     banco de flotación (curva DTR).

    Los sistemas lineales, tienen la propiedad deaditividad y homogeneidad. Respecto a la primera

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    171/202

    y g p ppropiedad, la respuesta a una entrada arbitrariaal sistema, puede representarse como la suma derespuestas del sistema a una serie de impulsos(función Delta Dirac) debidamente ponderados.

    Por lo tanto, si se define E(t)dt como lafracción másica de partículas con tiempos deresidencia en la celda comprendidos en elintervalo de tiempo infinitesimal (t, t+dt; la

    recuperación del elemento valioso (rc) en lacelda de flotación continua, operando en estadoestacionario, estará dada por:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    172/202

    0

    c dtE(t)r(t)r

    El problema de la modelación continua consistiráen identificar la DTR (Distribución de Tiemposde Residencia, E(t) y el modelo de flotación aescala banco r(t)), que mejores se adapten a losresultados experimentales obtenidos.

    Se puede asumir que la DTR puede representarsepor una serie de mezcladores perfectos, por loque se puede expresar como:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    173/202

      !1- N

    t N-expt  N

     E(t)

    1- N

     N

     

    - N: representa el número de reactores en serie perfectamente mezclados e idénticos.

    - Si N = 1:   se obtiene el modelo de mezcla perfecta (un solo mezclador perfecto).

    - Si N   → ∞: se obtiene el otro caso extremo deflujo pistón (que supone ausencia de mezcla encualquier dirección del reactor).

    -   τ: representa el tiempo promedio de residenciade las partículas en la celda, que se define

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    174/202

    como:

    0 Q

     V  dtE(t)t

    * Q: es el flujo volumétrico dealimentación.

    * V: es el volumen efectivo de la celda

    APLICACIONES DEL MODELO CONTINUO:

    1. Modelo de García-Zúñiga, para el caso de 1

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    175/202

    g , pcelda de flotación perfectamente mezclada:

    En este caso se tiene:

     

    ktexp1R r(t)  

    t-exp1 E(t)

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    176/202

     k1

     k R rc

    Reemplazando las ecuaciones en la integral de laexpresión cinética continua, se obtiene:

    2. Modelo de García-Zúñiga, para el caso de 1celda de flotación con régimen de flujo pistón:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    177/202

    celda de flotación con régimen de flujo pistón:

    En este caso, no existe una DTR en la celda deflotación, ya que todas las partículas

     permanecen el mismo tiempo t =   τ, dentro de la

    celda, es decir:

      kexp1R rc  

    3. Modelo de García-Zúñiga, para el caso de unbanco de N celdas, cada una de ellas

    f t t l d

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    178/202

    perfectamente mezcladas:

    Se define en primer lugar:

    celdacadaenresidenciade promedioTiempo  NQ

     V 

     ....  N21 

    -   τ: tiempo promedio total de residencia en el banco de celdas.

    - N: número total de celdas en el banco.

    - V: volumen de cada celda.

    - Q:   flujo de pulpa alimentado al banco de

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    179/202

    j p pflotación (igual al flujo de alimentación acada celda, si se desprecia el flujo deconcentrado en cada caso).

    En este caso, se tiene:

     

    ktexp1R r(t)  

    !

    1

    1- N

    t N-exp

    t  N

     E(t)

     N

     N 

    Al l bti

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    180/202

     Al reemplazar, se obtiene:

     N

    c k N

     N-1R r

     

    4. Modelo de García-Zúñiga, para el caso de unbanco de N celdas con régimen de flujo pistón:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    181/202

    De manera similar al caso anterior, se llega a:

     NkN-exp-1R r

    c

    - N: representa el número de celdas en el banco.

    -   τ/N: es el tiempo promedio de residencia encada celda.

    5. Modelo de Klimpel, para un banco de N celdasperfectamente mezcladas:

    E t ti

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    182/202

    En este caso se tiene:

     

    kt-exp-1kt

    1-1R r(t)

     

    !1- N

    t N-exp

    t  N

     E(t)

    1- N

     N

    Reemplazando y realizando las operaciones matemáticas, se llega a:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    183/202

    , g

     

     

     N1- Nk

     Nk1-1

    -1R r

     N-1

    Observaciones:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    184/202

    • De acuerdo a la metodología y modelos propuestos, se puede obtener múltiples modelosde flotación en bancos de celdas industriales,con el fin de optimizar los circuitos deflotación.

    • Los resultados de la flotación a escala delaboratorio podrán extrapolarse a nivelindustrial, mediante la aplicación de los

     modelos anteriores.

    • En las ecuaciones de los modelos de García-

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    185/202

    • En las ecuaciones de los modelos de García-

    Zúñiga para un banco de N celdas perfectamente mezcladas y con régimen de flujo pistón, eltérmino (N/(N+kτ)) N es siempre mayor que exp(-kN/(τ N)), es decir, la flotación a escala banco(batch) (o N celdas en régimen de flujo pistón),siempre producirá una mayor recuperación que el

     banco de N celdas perfectamente mezcladas(excepto cuando N   → ∞, donde las recuperacionesen ambos casos se igualan).

    4.7. Aplicación de la ecuación de primer orden aflujo continuo

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    186/202

    flujo continuo.

    El análisis de la cinética para un banco de Nceldas indica que el tiempo de retención

     promedio en el banco, Nλ, no puede sustituirse

    directamente en las expresiones cinéticas querepresentan un experimento a escala banco.

    Para una celda operando en continuo, laconstante de flotación específica (idéntica a laconstante de velocidad), se define por:

    cc QC =K 

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    187/202

    pt VCCc = Concentración en el concentrado.

    Ct = Concentración en el relave.

    Qc   = Velocidad volumétrica de remoción deconcentrado.

     V  p = Volumen de pulpa en la celda

    Suponiendo que todo el material es flotable (R = 1), la recuperación fraccional (R') en lacelda es:

    λ K =R'

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    188/202

    λ K +1 R

    λ es el tiempo de residencia nominal (volumende la celda/velocidad de flujo volumétrico delos relaves).

    La recuperación fraccional acumulativa para un banco de N celdas cuando el volumen deconcentrado es pequeño comparado con el flujototal, está dado por la serie geométrica:

    1N''2'''''N

    ' R 1R .....R 1R R 1R R R  

    N'N

    ' R 11R   

    De las ecuaciones, se obtiene el tiempo deresidencia efectivo bajo condiciones semi-batch, 

    , que da la misma recuperación que en

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    189/202

    condiciones continua es:

    K λ 1LnK 1

     τ  

    La recuperación en un banco de N celda es:

    NN

    ' k λ 11R   

    4.8. DETERMINACIÓN DE R ∞   Y K DE FLOTACIÓNCONTINUA.

    Para tal efecto se considera el modelo de

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    190/202

    Para tal efecto se considera el modelo de

    García-Zúñiga para un banco de N celdas perfectamente mezcladas.

     N

    c k N N-1R r

     

    De dicha ecuación, de manera similar al caso deescala laboratorio, se despeja k:

     N

    1

    1-r-R

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    191/202

     p

    cr-R 

     k 

    • k:   constante específica de velocidad de

    flotación (1/min).

    •   τ: tiempo promedio total de residencia en el banco de N celdas.

    •   τ p: tiempo promedio de residencia en la celda=   τ/N.

    • R: máxima recuperación alcanzable.

    • rc: recuperación acumulada en la N-ésima celda

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    192/202

    c p

    del banco.

    • N: número de celdas en el banco.

    Se aplicará para un estudio cinético de

    flotación primaria (rougher) de Cu efectuado enun banco de celdas industriales, que aporta lossiguientes datos:

    • N = 10 celdas.

    •   τ p = 3 minutos.

    •   τ = 30 minutos.

    Los datos experimentales de recuperación acumulada son:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    193/202

     N rc(N)

    1 46,4

    2 70,9

    3 83,7

    4 90,5

    5 94,0

    6 95,97 96,9

    8 97,4

    9 97,7

    10 97,8

    Es conveniente, en primer lugar graficar rc vs N:

    889296

    100

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    194/202

    GRÁFICO rc vs N

    048

    121620242832364044

    485256606468727680

    8488

    0 2 4 6 8 10 12

    N

       %   r  c

    Determinación de los parámetros R y K, según el método de minimización del coeficiente devariación:

    Se asignan valores arbitrarios a R partiendo de

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    195/202

    Se asignan valores arbitrarios a R, partiendo de

    97,9 %:R = 97,9 98,0 98,5 100,0 98,01

     N rc(N) Ki Ki Ki Ki Ki

    1 46,4 0,3003 0,2997 0,2969 0,2886 0,2997

    2 70,9 0,3014 0,3005 0,2964 0,2846 0,3005

    3 83,7 0,3011 0,2998 0,2937 0,2769 0,2997

    4 90,5 0,3024 0,3004 0,2911 0,2671 0,3002

    5 94,0 0,3017 0,2987 0,2846 0,2518 0,2984

    6 95,9 0,3042 0,2991 0,2775 0,2343 0,2987

    7 96,9 0,3083 0,2997 0,2671 0,2142 0,2989

    8 97,4 0,3114 0,2969 0,2513 0,1927 0,29569 97,7 0,3300 0,3009 0,2357 0,1736 0,2986

    10 97,8 0,3303 0,2860 0,2133 0,1549 0,2830

    K PROM = 0,3091 0,2982 0,2708 0,2339 0,2973

    SK = 0,0116 0,0044 0,0287 0,0481 0,0052

    % CV = 3,764 1,488 10,613 20,554 1,757

    Por lo tanto los parámetros R y k son:

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    196/202

    p y

    R = 98,0 %

    K = 0,2982 (1/min)

    Para un banco de   “n”   celdas, con cada celda

    4.9. APLICACIÓN DE UN MODELO DE FLOTACIÓNCONTINUA.

  • 8/19/2019 CAPITULO_FLOTACIÓN

    197/202

    operando en regimen de mezcla perfecta, sedetermina la velocidad de acumulación paracualquier celda:

    ttt00  Vkc-cq -cq tdt

    dc V   

    concenradoel

    encomponente delsalida

    de Velocidad

    -