Depresión de molibdenita por reactivos floculantesDepresión de molibdenita por reactivos floculantes

En las últimas décadas ha surgido gran interés en determinar el efecto depresor de ciertos polímeros y compuestos orgánicos sobre la flotación de minerales naturalmente hidrófobos, tales como, molibdenita, grafito, talco, etc.

La Molibdenita (MoS2) es el principal sub-producto de los minerales de cobre en Chile. Por su carácter de especie con flotabilidad natural, es sensible a la acción de polímeros del tipo hidratos de carbono, entre ellos, almidón y dextrina, así como también a compuestos de origen natural, como urea y ácidos húmicos.

En esta línea, resulta interesante estudiar la flotabilidad de la molibdenita, con reactivos floculantes usados en la industria del cobre. Es relevante además estudiar el efecto de su carácter iónico, en particular usando polímeros aniónicos y no-iónicos.

El objetivo del presente trabajo es investigar a escala de laboratorio la depresión de molibdenita por floculantes aniónicos del tipo poliacrilamida (PAM); y no-iónicos del tipo óxido de polietileno (PEO), en un amplio rango de pH.

C. Jara a; S. Castro b

a Estudiante Ingeniería Metalúrgica b Académico Ingeniería Metalúrgica

Departamento de Ingeniería Metalúrgica - Universidad de Concepción-Chileemail: carolinj@udec.cl; scastro@udec.cl

Poliacrilamidas (PAM)Poliacrilamidas (PAM)

Figura 2Figura 2 : Síntesis de poliacrilamidas

• PAM son polímeros orgánicos hidrofílicos con alto peso molecular, donde algunos grupos amidas podrían ser sustituidos por grupos carboxílicos (1-45%) [1]. Industrialmente son empleados en espesadores y clarificadores. Comercialmente se clasifican en no iónicos y fuertemente aniónicos (20-30) [2] .

Figura 1Figura 1: Estructura poliacrilamida

Polímeros naturalesPolímeros naturalesi) Guar es una legumbre que produce una

goma de sus semillas.

Aproximadamente el 85% de la goma guar es guaran, un polisacárido soluble en agua consistente en cadenas lineales de la D-manosa. [3]

Figura 4Figura 4: Estructura carboximetilcelulosa de sodio, soluble en agua.

ii) carboxi-metil-celulosa. En la molécula CMC, algunos de los grupos hidroxilos son reemplazados por grupos carboximetil (-CH2COOH).[3]

Figura 3Figura 3: Guaran es el principal polisacárido en la goma guar.

Estructura cristalina y flotabilidadEstructura cristalina y flotabilidad

Figura 5Figura 5: Micrografías cristales de molibdenita, imágenes a) y b) muestran cristales puros de molibdenita; c)y d) muestran concentrados de molibdenita obtenidas de planta Cu - Mo.

La molibdenita, el talco, el grafito y otras especies inherentemente hidrofobas, deben su flotabilidad natural a su estructura cristalina laminar, con débiles uniones de Van der Waals entre las láminas, que al romperse generan sitios de baja energía libre superficial llamados “caras” (sitios hidrófobos). Al interior de las láminas hay fuertes uniones covalentes que al romperse generan sitios de alta energía libre superficial, denominados “bordes” (sitios hidrofílicos). Por lo tanto, el grado de hidrofobicidad natural de una partícula dada depende de la razón sitios caras/bordes.[4]

aa bb cc dd

Estructura cristalina y flotabilidad naturalEstructura cristalina y flotabilidad natural

Según Morris [5], el talco presenta una superficie heterogénea con sitios caras y bordes, encontrando que los polímeros naturales, como carboxi-metil-celulosa y goma guar, podrían depresar al talco por alteración de la hidrofobicidad de los sitios caras.

Laskowski, Rath and Subramanian [6] concluyen que la goma guar exhibe un efecto depresor sobre la flotabilidad de todos los minerales hidrófobos, en el siguiente orden: Talco > Grafito > Mica

Wie and Furestenau [7], Shirley [8] .Demostraron que la dextrina y el almidón (polisacáridos) causan la depresión sobre la flotabilidad de molibdenita, así como también sobre carbón, clasificándose en el mismo grupo de sólidos inherentemente hidrofóbicos.

Estudios realizados por Gong et al. [9] revelan que grupos funcionales tipo polar, –CO2H , –OH; como el peso molecular juegan roles importantes en la capacidad de las PAMs para depresar el talco.

Materiales y MétodosMateriales y Métodos

• Molibdenita: Cristales puros de molibdenita natural reducidos en un mortero de porcelana con una fracción -65/+200 Tyler, se emplearon para realizar los test de microflotación en una celda Partridge and Smith. [10]

• Poliacrilamida: Se empleó el floculante Superfloc A-110 suministrado por Cytec-

Chile. Las soluciones se prepararon con agua destilada en dos etapas:

1.- Solución Stock: Concentración 0.1% w/v agitada levemente por 30 s antes de usar. Con el fin de no degradar el polímero por efecto de agitación se disolvió

a ~ 30ºC, para lograr la dilución completa después de la dispersión

2.- Solución de trabajo: Concentración 0.01% w/v diluida de la solución stock, antes de realizar las pruebas de microflotación.

El tiempo de vida útil como floculante activo de la solución stock fue: 1h después de estar preparada; y antes de las 48 hrs siguientes .

Materiales y MétodosMateriales y Métodos

• Óxido de Polietileno: Polímero óxido de polietileno proporcionado por Polyscience Inc. Las soluciones se prepararon con agua destilada en dos etapas:

1.- Solución Stock: Concentración 0.1% w/v agitada levemente por 30 s antes de usar. Con el fin de no degradar el polímero por efecto de agitación se disolvió a temperatura ambiente, durante un día completo alcanzado la dilución completa después de la dispersión.

2.- Solución de trabajo: Concentración 0.01% w/v diluida de la solución stock antes de realizar las pruebas de microflotación.

• Test de Microflotación: Las pruebas de microflotación se realizaron en una celda tipo Partridge and Smith de 150 ml.

Muestras de 2 g de Mo fueron acondicionadas por 3 min con espumante metil-isobutil carbinol (MIBC), con y sin la adición de los reactivos floculantes. Nitrógeno purificado fue el gas utilizado para flotar, a razón de flujo 386 cm3/min.El pH fue ajustado con soluciones ácidas o alcalinas, tales como: H2SO4, NaOH y CaO.

Celda Patridge-SmithCelda Patridge-Smith

Figura 6Figura 6: Prueba de Flotación de molibdenita en Celda Patridge and Smith .

ResultadosResultados• Se estudió la influencia de polímeros orgánicos tales como, poliacrilamidas (PAM,

polyacrilamide) y óxidos de polietileno (PEO, polyetylene oxide) sobre la flotabilidad de cristales de molibdenita pura en función del pH.

Concentración MIBC, ppm

0 20 40 60 80 100

Re

cup

era

ció

n M

o, %

0

20

40

60

80

100

Pruebas pH natural = 5.0

Figura 7Figura 7: .Recuperación de molibdenita en función de la concentración de espumante (MIBC)

ResultadosResultados

Figura 8Figura 8 : Recuperación de molibdenita en función de concentración PAM y PEO . Acondicionada 3 min 70 ppm MIBC, 5 min PAM o PEO, Flotación 4.5 min.

Concentración Floculantes PEO -PAM, (mg/L)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Rec

uper

ació

n M

oS2, %

0

20

40

60

80

100

PEO pH reactivos = 4,62

PAM pH reactivos = 4,74

Figura 9Figura 9 : Recuperación de molibdenita en función del pH regulado con H2SO4 y NaOH. Acondicionada 3 min 70 ppm MIBC, 4 min PAM, Flotación 4.5 min.

pH

4 5 6 7 8 9 10 11 12R

ecu

pe

raci

ón

Mo

S2,

%0

20

40

60

80

100PAM (0,2 mg/L )PAM (0,2mg/L) a pH natural

ResultadosResultados

Figura 10Figura 10 : Recuperación de molibdenita en función del pH a dos concentraciones de PEO 0,2 (mg/L) y 0,4 (mg/L). Acondicionada 3 min 70 ppm MIBC, 4 min PEO, Flotación 4.5 min.

pH

4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rec

uper

ació

n M

oS2,

%

0

20

40

60

80

100

PEO 0,4 (mg/L)PEO 0,2 (mg/L)

pH

4 5 6 7 8 9 10 11 12R

ecup

erac

ión

MoS

2, %

0

20

40

60

80

100

pH ajustado CaOpH ajustado NaOH

Figura 11Figura 11 : Recuperación de molibdenita en función del pH ajustada con dos reguladores alcalinos CaO y NaOH. Acondicionada 3 min 70 ppm MIBC, 4 min (0,2 mg/L) PEO, Flotación 4.5 min.

DiscusiónDiscusión

• Para lograr en laboratorio una adecuada manifestación de la flotabilidad natural de la molibdenita, fue necesario usar una dosis de 70 mg/L de MIBC y un pH natural.

• Bajo estas condiciones, se logró determinar que la flotabilidad de la molibdenita disminuyó significativamente bajo la acción de ambos reactivos floculantes.

• Sin embargo, la depresión por PAM resultó ser más fuerte. Estos resultados, están en buen acuerdo con otros trabajos previos, que demostraron que incluso, la poliacrilamida descompuesta por intensa agitación, conserva un fuerte efecto depresor. [11]

• La acción depresora de la PAM, aparentemente es dependiente del pH, estando su mayor efecto alrededor de pH 7.5; y sobre pH 10.0.

DiscusiónDiscusión

• Con el floculante PEO, la depresión es creciente a medida que aumenta el pH, especialmente en el rango alcalino.

• Se encontró que también influye el regulador de pH, siendo más fuerte la depresión en presencia de NaOH que con cal.

• La interpretación del carácter iónico del colector, nos permite concluir que la acción de un polímero aniónico es más fuerte que la de un polímero no-iónico. Sin embargo, el óxido de polietileno, que se emplea con éxito para flocular carbón debido a su carácter no-iónico, mostró un efecto depresor sobre molibdenita mayor al esperado.

• Los estudios realizados sobre talco, para sistemas similares, permiten sugerir que es la adsorción de estos floculantes sobre los sitios caras, lo que explicaría su acción depresora en molibdenita.

ConclusionesConclusiones

1. La flotabilidad natural de molibdenita se puede ver significativamente afectada por la acción de reactivos floculantes.

2. Los floculantes del tipo poliacrilamida, por su carácter iónico, depresan en mayor medida a la molibdenita. Esto es importante, porque industrialmente son los floculantes más usados en los espesadores de la industria del cobre.

3. Los floculantes del tipo óxido de polietileno, son depresantes de molibdenita más suaves que la PAM, por lo tanto, se recomienda que sean evaluados en los espesadores de cabeza a planta de molibdeno, para flocular el concentrado colectivo Cu-Mo, con lo cual se esperaría que afecten en menor medida la flotación selectiva de molibdenita.

ReferenciasReferencias

[1] D.W. Rogers and G.W. Poling “Compostions and performance characteristics of source commercial polyacrylamides floculantes; CIM Bullenta, 1978 ,152-158.

[2] Y.Xu and G. Cymerman,“Floculation of oil sand tails”. POLYMERS IN MINERAL PROCESSING – PROC. 3rd UBC-McGill Int. Symp., Quebec City, Canada, J.S. Laskowsky,,Ed., CIM Met Soc., 1999, 591- 604.

[3] S.H. Castro “Introducción a la Química orgánica para Ingenieros Metalúrgicos” 2006, 76-77.[4] S.H. Castro and A. Correa “ The effect of particle size on the surface energy and wettability of molybdenite” PROCESSING

OF HYDROPHOBIC MINERALS AND FINE COAL -PROC. 1st UBC-McGill Int. Symp., J.S. Laskowsky and G.W.Poling, Eds., CIM Met Soc., 1995, 77-93.

[5] G.E. Morris, Ph . D. Thesis, University of South Australia, Adelaide, 1996. [6] R.K. Rath, S. Subramanian and J.S. Laskowski, “Interaction of guar gum with hydrophobic solids” , POLYMERS IN

MINERAL PROCESSING – 38th Conference of Metallurgists Quebec City, Canada., J.S. Laskowsky Ed., CIM Met Soc., 1999, 185-202 .

[7] J.M. Wie, D.W. Fuerstenau “ The effect of dextrin on surface properties and the flotation of molybdenite. International journal of Minral Processing , Vol. 1, 17-32.

[8] J.F. Shirley. “By -product molybdenum recovery”. INTERNATIONAL MOLYBDENUM, A. Sutolov, Ed, Vol II, Intermet Publications, Santiago – Chile, 1979, 37-56.

[9] W. Gong. P. Jenkins, J. Ralston and R. Schumann, “Polyacrylamides at the talc-aqueous solution interface” , POLYMERS IN MINERAL PROCESSING – 38th Conference of Metallurgists Quebec City, Canada., J.S. Laskowsky Ed., CIM Met Soc., 1999, 203-218.

[10] A.C. Partridge and G.W. Smith, “Small – Sample Flotation testing” : a New Cell ” Transaction IMM, Section C, Vol. 80, 1971,118-122.

[11] S.H. Castro, J.S. Laskowski “Molybdenite depression by shear degraded polyacrilamide solutions” PARTICLE SIZE ENLARGEMENT IN MINERAL PROCESSING – 15th UBC-MCgill Int. Symp Biennial International Symp, 43rd Annual Conference of Metallurgists. Hamilton, Ontario, Canada., J.S. Laskowsky Ed., CIM Met Soc., 2004, 169-178.

[12] P.G. Shortridge, P.J. Harris and D.J. Bradshaw, “The influence of ions on the effectiveness of polysaccharide depressants in the flotation of talc” , POLYMERS IN MINERAL PROCESSING – 38th Conference of Metallurgists Quebec City, Canada., J.S. Laskowsky Ed., CIM Met Soc., 1999, 155-170.

[13] G.E. Morris, D. Formaseiro and J. Ralsston, “Low molecular weight polyacrylamide depressant adsorption by silane modified talc” , POLYMERS IN MINERAL PROCESSING – 38th Conference of Metallurgists Quebec City, Canada., J.S. Laskowsky Ed., CIM Met Soc., 1999, 171-184.

[14] R.K. Rath, S. Subramanian and J.S. Laskowski, “Adsorption of guar gum onto talc” , PROCESSING OF HYDROPHOBIC MINERALS AND FINE COAL -PROC. 1st UBC-McGill Int. Symp., J.S. Laskowsky and G.W.Poling, Eds., CIM Met Soc., 1995, 105-119.