CARACTERIZACION DE CELDAS DE FLOTACION DE GRAN TAMAO

JUAN YIANATOS B.

Centro de Automatizacin y Supervisin para la Industria Minera, CASIM Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental, Universidad Tcnica Federico Santa Maria.

Instituto de Ingenieros de Minas de Per, Lima, 8 Mayo 2014

CONTENIDO

INTRODUCCION

AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO

MEDICIONES EN PLANTA

DTR y Dispersin de Gas

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

Arrastre

ESCALAMIENTO

CONCLUSIONES

INTRODUCCION

IMPACTO

Flotacin (Tratamiento Mundial) > 2500-3000 Mton/ao

DESAFIOS

Aumento demanda (aumento tamao equipos)

Disminucin en calidad del mineral (ej.: leyes de 0.3-0.4% Cu)

Escalamiento de celdas de gran tamao

COMPROMISO Recuperacin y Ley de concentrado final

CELDAS MECANICAS

ltimos 20-25 aos

250 m3

300 m3 100 m3

160 m3

300 m3

600 m3 CELDAS MECANICAS CIRCULARES COLUMNAS CIRCULARES O RECTANGULARES

DISEO DE CELDAS

Celdas de flotacin mecnicas

CIRCULACION DE PULPA A TRAVS DEL ROTOR

AUTO ASPIRANTES

ROTOR CERCANO AL TOPE

AIRE

CIRCULACION ABIERTA

AIRE FORZADO

ROTOR EN EL FONDO

AIRE

ALIM

RELAVE

ALIM

RELAVE

COLUMNAS DE FLOTACION

Canadiense (Contacto: contra-corriente)

COLA

AGUA

AIRE

ALIM.

CONC.

AGUA LAVADO

Circulares : 5 m dim. x 14 m altura Rectangulares : 6 x 4 x 14 m

COLUMNAS DE FLOTACION

ALIM.

CONC.

AGUA LAVADO

AIRE

COLA

Microcel Cavitacin

CELDAS NEUMATICAS

Celda Jameson G-cell Contacto co-corriente

AIRE AUTO

ASPIRANTE

COLA

ALIM.

AGUA LAVADO

CONC.

CONC.

COLA

AIRE

ALIM.

CONTENIDO

INTRODUCCION

AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO

MEDICIONES EN PLANTA

DTR y Dispersin de Gas

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

Arrastre

ESCALAMIENTO

CONCLUSIONES

AVANCES EN TECNOLOGIA

Nuevos desafos:

- Dispersin: potencia especfica (disminuye) - Espuma : transporte y descarga

- Diseo : aceleradores de espuma

rebalses internos

- Mayor tamao y bancos (

BANCOS DE FLOTACION ARREGLOS Y PUNTOS DE CONTROL

CONCENTRADOR VOLUMEN m 3

N Puntos de Control LINEA DIAGRAMA

Esperanza 300 7

4 1 - 2 - 2 - 2

Candelaria 130

10

5 2 - 2 - 2 - 2 - 2

130 9

5 1 - 2 - 2 - 2 - 2

Pelambre 250

5

5 1 - 1 - 1 - 1 - 1

Chuquicamata 160 8

4 2 - 2 - 2 - 2

160 9

7 1 - 1 - 1 - 1 - 2 - 2 - 1

Escondida

100

10

4 2 - 2 - 3 - 3

130 9

5 1 - 2 - 2 - 2 - 2

Collahuasi 160

9

5 1 - 2 - 2 - 2 - 2

Andina 100 8

4 2 - 2 - 2 - 2

AVANCES EN CONOCIMIENTO

Celdas industriales Dos zonas independientes: Coleccin y espuma Banco de flotacin: Sistema distribuido

ESPUMA

PULPA COLA

COLECCIN ARRASTRE

CONC.

RETORNO

ALIM.

Recuperacin: Cintica de coleccin y DTR

( ) ( ) ( )0 0

1 ktCR e F k E t dkdtR

=

AVANCES EN LA MODELACION

Efecto del mineral: Tamao (Liberacin) Efecto del tipo de celda y arreglo

0 1 2 3 40

0.5

1

1.5

2

k, min-1

F(k)

, min

(k-kB)

RectangularWeibullGamma

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5Dimensionless time,

Dim

ensi

onle

ss R

TD

, E(

)

130 m3

250 m3LTST Model

AVANCES EN CONOCIMIENTO

Recuperacin en la zona de espuma

B G CB J A=

FC cRB b

=

Transporte masa (interfase pulpa/espuma)

Recuperacin de Espuma

c, b : Leyes

CONTENIDO

INTRODUCCION

AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO

MEDICIONES EN PLANTA

DTR y Dispersin de Gas

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

Arrastre

ESCALAMIENTO

CONCLUSIONES

PLANTAS DE FLOTACION

Datos Celdas Mecnicas: Auto-aspirantes Aire forzado

Tamaos:10-20-45-100-130-160-200-250-300 m3

Datos Columnas: Tamaos: 2x6, 2x8, 2x10, 4x4; D:1-4m

MEDICIONES EN PLANTA

DISTRIBUCION DE TIEMPO DE RESIDENCIA Y MEZCLADO

DISPERSION DE GAS Flujo superficial de gas Distribucin de tamao de burbujas

CARGA DE BURBUJAS

CAPACIDAD DE TRANSPORTE

ARRASTRE

DISTRIBUCION DE TIEMPO DE RESIDENCIA

E (t)

t

E (t)

t

Trazador (Impulso)

Respuesta Impulso (RTD)

Lquido: Br-82

Slido : no-flotable clases de tamao flotable Gas : Kriptn-85 Fren 13B1

TECNICA DE TRAZADO RADIOACTIVO (CCHEN)

MEDICION DTR EN BANCOS DE FLOTACION

1 1 2 4 5 7 3 6

E(t)

t

FEED

RTD

CELL1 RTD

CELLS 1 to 3 RTD

CELLS 1 to 5 RTD

CELLS 1 to 7

TAIL

CONCENTRATE

0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

0.0025

0.0030

0.0035

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time, s

RTD

, E(t)

Cells number N1 1.33 3.15 4.97 6.8

)()/()/exp()

1

NNtNtE(t N

N

=

N=1

N=3

N=5

N=7

DISTRIBUCION DEL FLUJO DE PULPA

Volumen efectivo Flujo by-pass Problemas de embanque Distribucin de pulpa

0.0000

0.0004

0.0008

0.0012

0.0016

0.0020

0.0024

0.0028

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

time, s

RTD

Data cell 3

By-pass flow model

SEGREGACION DE SOLIDO

Segregacin de slido en la pulpa por clase de tamao

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0 50 100 150 200 250

(Tie

mpo

Sl

ido)

/(Tie

mpo

Lq

uido

)

Tamao Medio, micrones

Data

Overall

MEDICION DTR GAS

0

100

200

300

400

500

600

0 50 100 150 200 250 300

Time, s

Rad

ioac

tivity

, cps

.

LSTS Model

Sensor S5

Sensor S4

0

100

200

300

400

500

0 5 10 15

Gas Holdup, %

Cel

l dep

th, c

m

.

Exp 1 Exp 2 Exp 3 Direct Measurement

Interface S1

S2

S3

S4

CONCENTRACION GAS

DTR GAS

TIEMPO DE RESIDENCIA DE LA ESPUMA

Tiempo medio de residencia en una celda Rougher de 130m3: Slidos por clase de tamao y lquido.

FEED

CONCENTRATE

TAIL

PULP

FROTH

S1 S2

S3

S4INTERFACE

INJECTION POINT

SENSOR

FEED

CONCENTRATE

TAIL

PULP

FROTH

S1 S2

S3

S4INTERFACE

INJECTION POINT

SENSOR

Tiempo medio de residencia, s No flotable: Slido Fino 11.7

Medio 8.9 Grueso 11.3 Prom. 11.9

Flotable: Slido Prom. 24.4 Liquido: 21.4

MEDICION DEL ARRASTRE

0,0E+00

5,0E+04

1,0E+05

1,5E+05

2,0E+05

0 200 400 600 800 1000

Time (s)

Fine

gan

gue

trace

r flo

w (c

ps/s

) .

0,0E+00

2,5E+03

5,0E+03

7,5E+03

1,0E+04

Tail

Concentrate

Celdas Rougher de 130 m3

Muestreo cuantitativo en lnea.

Recuperacin de agua y arrastre de ganga

EVALUACION DEL ARRASTRE

MODELO DE ARRASTRE

FACTOR ADIMENSIONAL PARA EL ARRASTRE DE GANGA

,93 p iid

EF exp 0,6

=

gii

w

REF =

R

Fact

or d

e A

rrast

re E

F i

DISPERSION DE GAS

Sistema de medicin: Visor de burbujas (McGill)

Tamao de burbuja, D32 (mm): Dimetro Sauter Flujo superficial de gas, JG (cm/s) = QG/AC

DISTRIBUCION DE TAMAO DE BURBUJAS

Desarrollo de software USM-IMA:

dB: 1-2 mm

(b) (c) (d)

clusters overlapped, non-separated

(b) (c) (d)

(a)

Anlisis de imgenes

( ) ( )0.77 0.0932 0.77 0.11 GJD e =

CORRELACION GENERAL D32 vs JG

FLUJO DE SUPERFICIE DE BURBUJA

32

6 GBJSd

=

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2

Velocidad Superficial de Gas, cm/s

Di

met

ro S

aute

r, m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Sb,

1/s

d32 Sauter (mm)SB (1/s)D

im

etro

Sau

ter D

32, m

m

Velocidad superficial de gas JG, cm/s

SB , 1/s

Banco de celdas de 160m3

MEDICION DE CARGA DE BURBUJA

Carga de burbuja, (g/L) Flujo superficial de gas, JG (cm/s)

Espuma

Pulpa

B Gas en ascenso

Interfase

A

D

C

CUBRIMIENTO DE BURBUJAS

dBS = 1.6 mm

dPS = 46 m

JG = 1.6 cm/s 7%S =

dBS =5.4 mm

dPS =31-58 m

JG =1.6 cm /s 30%S =

B BSS

p PS

dd

=

CAPACIDAD DE TRANSPORTE

Capacidad de transporte por flotacin verdadera, t/h/m2

6B

R S PS p FSC d R =

Plant D80, m DPS, m

A1 186 45.7 A2 184 46.2 A3 195 58.2 A4 226 73.5 A5 205 55.8 B1 150 39.3 B2 132 35.3

CONTENIDO

INTRODUCCION

AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO

MEDICIONES EN PLANTA

DTR y Dispersin de Gas

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

Arrastre

ESCALAMIENTO

CONCLUSIONES

ALIM.

PULPA

ESCALAMIENTO DE CELDAS DE FLOTACION

COLA PROCESO DE COLECCION

CONC. ESPUMA PROMEDIO (APARENTE) = APP Ck k

MEZCLADOR NO-IDEAL

(N1)

SEGREGACION DE SOLIDO

ACk = Ck

NUEVO ENFOQUE

kAC

APP ACk k =

Efecto de la espuma

Segregacin de slido

Rgimen de mezcla

AC

B

kk

=FACTOR DE ESCALA

APP

B

kk

= NUEVO ENFOQUE

FACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICO

FACTOR DE ESCALA DE TIEMPO

Elementos clave: Cintica batch estndar Cintica de flotacin en Planta Ajuste de balance de masa

( ),PB

N

=

Efecto Espuma Segregacin Slido

Rgimen Mezcla

Factor de escalamiento para cintica de flotacin:

AC

B

kk

=

PLANTA / BATCH

APP

B

kk

= EJEMPLO PARA UNA CELDA

AC

B

kk

=

ESCALAMIENTO CINETICO

CASO DE ESTUDIO: Celdas de 160 y 300 m3

PLANTA (kAPP)

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8Cell number

Cu

reco

very

, % .

Test 1

Test 2

Lnea Rougher: Ocho celdas de 160 m3

Mtodo corto

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15Time, min

Cu

Rec

over

y, %

Data L1

Model

BATCH (kB)

Muestra de alimentacin

Triplicado

CARACTERIZACION METALURGICA

Celda, m3 300 160

Recuperacin Global, RG (%) 64.1 49.6 Recuperacin Espuma, RF (%) 62.2 50.1 Recuperacin Coleccin, RC (%) 74.2 66.3 RMAX (%) 91.7 91.5 kAPP (global) min-1 1.5 1.3 kC (coleccin) min-1 3.2 2.9

Factor = kAPP/kC 0.48 0.44

EFECTO DE LA ESPUMA:

ESTIMACION DEL FACTOR DE ESPUMA

APP

C

kk

=

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0 200 400 600 800 1000 1200

Time, s

E(t),

1/s

Data

Model

N=0.81

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0 200 400 600 800 1000

Time, s

E(t),

1/s

Data

Model

N=0.79300 m3 160 m3

Factor (N1)

CARACTERIZACION HIDRODINAMICA

EFECTO DE MEZCLA (N1):

Celda, m3 300 160

= RC/RMAX 0.83 0.74

, N=1 (ideal) 2.93 2.35

N (real) 0.81 0.79

, N (real) 3.86 3.02

Factor 0.76 0.78

ESTIMACION DEL FACTOR DE MEZCLA

( )

( )

1

1C

N

N

=

=

Celda, m3 300 160

S 4.9 4.1 3.2 2.6

L 5.5 4.6 3.6 2.9

0.891 0.891 0.889 0.897

Factor 0.89 0.89

S L

SEGREGACION DE SOLIDO:

ESTIMACION DEL FACTOR DE SEGREGACION

S

L

=

CELDA, m3 Espuma

Mezcla

Segregacin

Factor de

escalamiento kAC / kB

300 0.48 0.76 0.89 0.74

160 0.44 0.78 0.89 0.69

FACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICO

ESCALAMIENTO Y SIMULACION

0

5

10

15

20

25

30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Cum

ulat

ive

Cu

grad

e (%

).

Cum

ulat

ive

Cu

Recc

over

y,%

Fr

oth

Dep

th, c

m

Cell Number

Froth depth

Rec. model

Rec. data

Grade model

Grade data

OPERACION DIMENSIONAMIENTO DE CIRCUITO

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30Time, min

Cu

reco

very

, %

TC 300

OK 160

Cell 8OK-160

Cell 4TC-300

APLICACIONES

Simulacin Modelacin de la zona de espuma y coleccin

Benchmarking Comparacin entre diferentes tecnologas Planificacin Prediccin de comportamientos de la planta

Escalamiento y Diseo Desarrollo de nuevos circuitos de flotacin.

CONCLUSIONES

Se ha desarrollado y validado un procedimiento de diagnstico y caracterizacin de celdas de flotacin.

Se han evaluado parmetros claves como el tiempo de residencia, flujo de rea burbuja, recuperacin de espuma y arrastre.

Para la caracterizacin se midieron variables de operacin tales como carga de burbuja, tamao de burbuja, DTR de slido, lquido y gas, y el arrastre de ganga.

Esta metodologa es til para evaluacin de celdas industriales, identificacin de condiciones lmite, criterios de escalamiento y prediccin del rendimiento de planta.

CARACTERIZACION DE CELDAS DE FLOTACION DE GRAN TAMAO

JUAN YIANATOS B.

Centro de Automatizacin y Supervisin para la Industria Minera, CASIM Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental, Universidad Tcnica Federico Santa Maria.

Instituto de Ingenieros de Minas de Per, Lima, 8 Mayo 2014

TRANSPORTE DE ESPUMA

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Altu

ra s

obre

el r

ebal

se, c

m

Distancia desde pared de rebalse, cm

Coalescencia de burbujas

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Altu

ra s

obre

el r

ebal

se, c

m

Distancia desde pared de rebalse, cm

JG = 1.2 cm/s hD = 4 cm

JG = 1.8 cm/s hD = 2 cm

MEDICION TOPE DE ESPUMA

Medicin Tope de Espuma (TOF)

El TOF permite estimar la ley y la distribucion de tamao del mineral colectado que llega a la espuma.

Froth

Top of frothSample

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

Top

of F

roth

Gra

de o

f Cu,

%

Bubble Load Grade of Cu, %

Plant A Plant B Plant C Plant D Plant E Plant F 20%

TOPE DE ESPUMA VS CARGA DE BURBUJA

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

Top

of F

roth

Gra

de o

f Cu,

%

Bubble Load Grade of Cu, %

45m 75m +45m 150m +75m +150m 20%

PERFIL TOF

Perfil de leyes en un banco de flotacin de planta piloto, 7 celdas

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7

TOF

and

Con

c. g

rade

of C

u, %

Cu

Rec

over

y, %

Cell Number

Cu Recovery TOF grade Conc. Grade

TRANSPORTE DE ESPUMA

Imagen de cmara de alta resolucin

Espuma en celda prototipo bi-dimensional

Interfase

hD

Distribucin de velocidad de burbujas en la espuma

JG = 1.2 cm/s hD = 4 cm

JG = 1.8 cm/s hD = 2 cm

TRANSPORTE DE ESPUMA

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70

Tiem

po d

e re

side

ncoi

a de

bur

buja

,s

Distancia desde pared de rebalse, cm

Jg: 1.2 cm/s ; hD: 2 cms Jg: 1.2 cm/s ; hD: 4 cms Jg: 1.8 cm/s ; hD: 2 cms

TRANSPORTE DE ESPUMA

Tiempo de residencia de burbujas en la espuma Celda Prototipo Bi-dimensional

ESTIMACION DE PARAMETROS

MEDICION DE CARGA DE BURBUJA

Recuperacin de espuma

Recuperacin de coleccin

APP

C

kk

=BALANCE DE MASA

EFECTO ESPUMA

EFECTO DE MEZCLA

C ACk k =

MEZCLADOR PERFECTO (N=1)

Mezcla actual, N1

TECNICA DE TRAZADO RADIACTIVO LIQUIDO, DTR

( )

( )

1

1C

N

N

=

=

ZONA DE COLECCION

TECNICA DE TRAZADO RADIACTIVO

Tiempo medio de residencia del slido

Tiempo medio de residencia del lquido

S

L

=

C ACk k = ZONA DE COLECCION

DTR de slido y lquido

EFECTO SEGREGACION SOLIDO

MOLIENDA : Capacidad vs Tamao Partcula

FLOTACION : Tamao Partcula vs Ley-Recuperacin

FUNDICION : Ley vs costos

INTRODUCCION

CARACTERIZACION DE CELDAS DE FLOTACION DE GRAN TAMAOCONTENIDOINTRODUCCIONNmero de diapositiva 4CELdaS MECANICAsDISEO DE CELDAS COLUMNAS DE FLOTACIONNmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9CONTENIDONmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Avances en conocimientoNmero de diapositiva 14Avances en conocimientoCONTENIDOPLANTAS DE FLOTACIONMediciones en plantaNmero de diapositiva 19MEDICION DTR EN BANCOS DE FLOTACIONDISTRIBUCION del flujo de pulpaSEGREGAcION de solidoMEDICION DTR GASTiempo de residencia de la espumaNmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26MODELO DE ARRASTREDispersion de gasDISTRIBUCION DE TAMAO DE BURBUJASCORRELACION GENERAL D32 vs JGNmero de diapositiva 31MEDICION DE Carga de burbujacubrimiento de burbujasCapacidad de transporteCONTENIDOESCALAMIENTO DE CELDAS DE FLOTACIONFACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICOFACTOR DE ESCALA DE TIEMPO ESCALAMIENTO CINETICOCARACTERIZACION METALURGICAESTIMACION DEL FACTOR DE ESPUMACARACTERIZACION HIDRODINAMICAESTIMACION DEL FACTOR DE MEZCLAESTIMACION DEL FACTOR DE SEGREGACIONFACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICOESCALAMIENTO Y SIMULACIONaplicaCionEsconclusionEsCARACTERIZACION DE CELDAS DE FLOTACION DE GRAN TAMAOTRANSPORTE DE ESPUMA medicion Tope de espumaNmero de diapositiva 52Perfil TOFTRANSPORTE DE ESPUMANmero de diapositiva 55Nmero de diapositiva 56ESTIMACION DE PARAMETROSEFECTO DE MEZCLAEFECTO SEGREGACION SOLIDONmero de diapositiva 60