flotacion de minerales

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

INTRODUCCIÓN

La Mineralurgia es una disciplina (arte y ciencia) que comprende diversos métodos de concentración de minerales y un gran número de operaciones unitarias principales y auxiliares, cuyo objetivo es obtener un producto enriquecido en el metal o especie valiosa y apto para ser sometido a ulteriores tratamientos (metalurgia extractiva) denominado concentrado, y un producto empobrecido en dicho metal valioso, denominado relave.

La mineralurgia o técnica de concentración de los minerales utiliza equipos de reducción progresiva de tamaños como trituradoras y molinos, que liberan entre sí las partículas minerales, y equipos de separación física o fisicoquímica en húmedo de las diversas especies valiosas liberadas como celdas de flotación y cribas hidráulicas. Al tratarse de una industria altamente generadora de desechos, emplea así mismo equipos de recuperación y acondicionamiento de efluentes como espesadores, filtros, balsas para disposición ecológica de estériles o relaves, etc., que permiten, además, reciclar el agua de proceso

OBJETIVO

Definir los principales conceptos que constituyen la base para la comprensión de los principios de la Flotación por espumas de Minerales Comprender el rol histórico que cumple la flotación de espumas en la concentración de minerales pobres o de baja ley, haciendo de este modo explotable un yacimiento. Comprender y manejar el mecanismo y variables de la flotación de sulfuros. Manejar adecuadamente los principios físico-químicos y termodinámicos de la flotación de minerales sulfuros.

Metalurgia General 8tvo ciclo Ingeniero : Cruz Condori

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http://www.monografias.com/trabajos13/discurso/discurso.shtml


1.- LA FLOTACION: PRINCIPIOS Y ALCANCES

Este cuaderno FIRP pretende describir brevemente los principios de un método de separación llamado flotación, el cual es utilizado ampliamente en el enriquecimiento deminerales y otros procesos de separación. Este método involucra fenómenos variados entre los cuales existe uno de primera importancia en cuanto a los resultados: la hidrofobación de una superficie por adsorción de sustancias surfactantes. Primero y para fijar las ideas conviene explicar brevemente el proceso se separación por flotación. El caso típico consiste en separar un mineral valioso, por ejemplo un sulfuro de plomo de tipo galena, de los alumino-silicatos que lo acompañan referidos como tierra o ganga en términos metalúrgicos. Después de moler el mineral se tiene un polvo que contiene partículas de galena y partículas de ganga; se desea separarlas mediante un proceso físico, ya que un ataque químico resultaría muy costoso. Para eso se usa el hecho de que la superficie de las partículas de galena es diferente de aquella de las partículas de ganga. En efecto, la galena puede cubrirse con sustancias hidrofobantes (en este caso xantatos que producen una superficie no mojable al agua), mientras que la ganga permanece mojable al agua.

En la figura 2 se da la clasificación de los métodos de separación por adsorción sobre burbujas, donde la flotación es un método de gran utilidad que incluye varias subdivisiones, particularmente, la flotación de minerales constituye un tema altamenteespecializado.En la Macroflotación se extraen partículas macroscópicas, mientras que en la Microflotación se trata de extraer micropartículas, especialmente microorganismos y



coloides. La Flotación de Iones separa iones sin actividad superficial mediante el uso de un tensioactivo que forma un producto insoluble, que se adsorbe en la superficie de una espuma que puede removerse.

La Flotación Molecular remueve moléculas sin actividad superficial con el concurso de tensioactivos que dan con los primeros un precipitado. En la Flotación de Precipitados se extrae un precipitado sin ser el agente precipitante un tensioactivo.La Flotación por Coloide Adsorbente es la separación mediante un portador de materiales disueltos que son primero adsorbidos sobre partículas coloidales. La liberación de gas disuelto para hacer flotar partículas sólidas unidas a las burbujas se usa en el tratamiento de aguas servidas.

FENOMENOS INVOLUCRADOS

Aún en el caso más simple de la flotación convencional por burbujas, la desagregación del proceso de flotación indica que varios fenómenos están involucrados. Se hace enfásis en los fenómenos interfaciales determinantes y en la hidrodinámica de captura.

2.1 FENÓMENOS INTERFACIALES

Cuando dos fluidos están en contacto con un sólido, se puede definir la mojabilidad del sólido respecto a cada uno de los fluidos mediante el ángulo de contacto, lo cual resulta de un equilibrio de fuerzas (veáse cuaderno FIRP Nº S212N). En el presente caso los dos fluidos son el aire (A) y el agua (W) ó un aceite (O) y por lo

tanto se hablará de mojabilidad hidrófila o hidrófoba (Fig. 3)



Los minerales cargados negativamente como la cuartzita o los silicatos, pueden flotarse con surfactantes catiónicos del tipo sales de alquil-amina o de alquil-amonio cuaternario. Se usan comúnmente para flotar talco o mica. En tal caso, el mecanismo es probablemente una atracción eléctrica que promueve la adsorción aún a muy baja

concentración de surfactante. Sin embargo, se sabe que si la concentración del surfactante aumenta, el surfactante catiónico puede eventualmente adsorberse suficientemente para tornar la superficie positiva y aún producir una bicapa hidrofílica.

En tal bicapa, la segunda capa se adsorbe con el grupo hidrofóbico hacia la primera capa,dejando el grupo hidrofílico hacia el agua.La adsorción del surfactante principal llamado colector, puede ser favorecida porsustancias llamadas activadores, o inhibida por sustancias llamadas depresores. Porejemplo, la presencia de iones divalentes adsorbidos en una superfiie metálica favorece la adsorción de acidos carboxílicos porque forman sales insolubles. El almidón o la dextrina compite con el colector, y por tanto produce el efecto contrario, resultando en una reducción de la adsorción del colector. Las interacciones eléctricas resultantes de la adsorción de surfactantes catiónicos puede también tener interés en el proceso llamado de floco-flotación. Se puede por ejemplo producir circunstancias en las cuales burbujas de aire muy pequeñas se cargan

positivamente y así pueden adherirse y flotar proteínas, polielectrolitos o floculados, que por lo general están cargados negativamente.

CELDA POR DISPERSIÓN DE AIRE

El tipo de celda más clásico es aquel que comprende un recipiente de tipo cilíndrico, a menudo con deflectores en las paredes. Al centro se ubica un sistema de agitación por turbina que produce un movimiento centrífugo de la dispersión sólidolíquido y por lo tanto una baja presión en la vecindad del eje.

Un tubo concéntrico o cualquier otro dispositivo permite que el aire este aspirado cerca del centro del recipiente. El aire aspirado pasa a la zona turbulenta y forma burbujas. A menudo el agitador posee un sistema de rotor-estator que funciona a la vez por impacto y por cizallamiento para dividir el aire.



En estos sistemas se obtienen burbujas de tamaños del orden de 0,5 - 2 mm. La zona de espuma puede mantenerse más o menos alta para permitir un drenaje notable del líquido para retornarlo a la celda, o hacia la celda anterior si se trata de un proceso multietapa.

3.-FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE FLOTACIÓN

La definición tradicional de flotación dice que es una técnica de concentración de minerales en húmedo, en la que se aprovechan las propiedades físico-químicas superficiales de las partículas para efectuar la selección. En otras palabras, se trata de un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas.

Según la definición, la flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida está representada por las materias a separar, la fase líquida es el agua y la fase gas es el aire. Los sólidos finos y liberados y el agua, antes de la aplicación del proceso, se preparan en forma de pulpa con porcentaje de sólidos variables pero normalmente no superior a 40% de sólidos. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.

Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Para la mayoría de los minerales, se logra un adecuado grado de liberación moliendo a tamaños cercanos a los 100 micrones (0,1 mm). Al aumentar el tamaño de la partícula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para producir un encuentro efectivo partícula burbuja.

4.- FLOTACIÓN BULK: Metalurgia General 8tvo ciclo Ingeniero : Cruz Condori


Recuperación de todas las especies valiosas (oro, plomo, plata,

zinc, cobre, etc.) en un solo producto llamado Concentrado Bulk.

BURBUJAS DE AIRE MINERALIZADAS



5.-BURBUJA DE AIRE Y PARTÍCULAS DE CALCOPIRITA

REACTIVOS DE FLOTACION:

Los reactivos de flotación se dividen en: colectores, espumantes y modificadores.

Colector: Compuesto orgánico heteropolar que se absorbe selectivamente sobre la superficie de las partículas, haciendo que estas se vuelvan hidrófobas (aerófilas). Ejemplo: xantatos que se utilizan en la flotación de sulfuros.Los colectores usados con mayor frecuencia son los xantatos y los aerofloats. Sin los colectores los sulfuros no podrían



pegarse a las burbujas y éstas subirían a la superficie sin los minerales y los sulfuros valiosos se irían a las colas.Una cantidad excesiva de colector haría que flotarán incluso los materiales no deseados (piritas y rocas) o los sulfuros que deberían flotar en circuitos siguientes. Así por ejemplo, en el caso de la flotación de minerales de plomo-zinc-pirita, en el circuito de plomo se mantiene deprimido el zinc, para flotarlo posteriormente en su respectivo circuito; pero un exceso de colector podría hacer flotar el zinc junto con el plomo. Una cosa similar sucedería en el circuito de zinc con un exceso de colector, haciendo flotar la pirita que se encuentra deprimida por el efecto de la cal adicionada.

Espumante: Son agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de:1. Estabilizar la espuma2. Disminuir la tensión superficial del agua3. Mejorar la cinética de interacción burbuja – partícula4. Disminuir el fenómeno de unión de dos o más burbujas (coalescencia)

Modificadores: Estos reactivos pueden ser de tres tipos: modificadores de pH, activadores y depresores.

Modificadores de pH: El pH indica el grado de acidez o de alcalinidad de la pulpa. El pH 7 es neutro (ni alcalino ni ácido) y corresponde al agua pura. De 0 a 6 es ácido y de 8 a 14 es alcalino. El pH se mide con un aparato llamado potenciómetro o con un papel tornasol.Cada sulfuro tiene su propio pH de flotación, donde puede flotar mejor. Esta propiedad varía según el mineral y su procedencia.Los reguladores de pH tienen la misión de dar a cada pulpa el pH más adecuado para una flotación óptima.La cal es un reactivo apropiado para regular el pH, pues deprime las gangas y precipita las sales disueltas en el agua. La cal se puede alimentar a la entrada del molino a bolas.



Es importante usar dosificadores automáticos para estar seguros de la cantidad de reactivo dosificado a las pulpas (Fig. 3). Hay reactivos sólidos y líquidos.

Activadores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que ayudan al colector a adsorberse en la superficie del mineral a flotar.

Sulfato de Cobre (CuSO4): El CuSO4 5 H2O, sulfato de cobre con 5 moléculas de agua, forma cristales azules brillantes asimétricos del sistema triclínico con una densidad de 2.28 g/ml. Es un activador de la esfalerita, también pirita, calcopirita, pirotita, arsenopirita y cuarzo.

Depresores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que impiden la acción del colector en la superficie del mineral.

Cianuro de Sodio (NaCN): Son cristales en forma de pellets de color blanquecino, se usan para el recubrimiento y depresión de minerales sulfurados de fierro, cobre y zinc

Bisulfito de Sodio (NaHSO3): Es un depresor para sulfuros de zinc y fierro. Se usa en reemplazo del cianuro de sodio particularmente en minerales con contenido de plata, la adición del agente reductor sulfito de sodio o bisulfito de sodio previene la oxidación y por consiguiente, la activación resultante de la esfalerita

Sulfato de Zinc (ZnSO4): El ZnSO4 7 H20, son cristales incoloros; es uno de los reactivos reguladores principales de acción depresoras, utilizada para la flotación selectiva de minerales de cobre y plomo de la esfalerita.



En el cuadro podemos ver algunos reactivos aplicados a minerales específicos.



En el siguiente diagrama podemos ver las etapas en las que se va adicionando

los reactivos a la pulpa en un circuito de molienda.



6.- Mecanismos de Flotación

Para estudiar el mecanismo de la flotación es necesario conocer lo que sucede con la partícula de mineral y una burbuja de aire para que ellos formen una unión estable.

El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos. Por otra parte, los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua. Se puede observar además que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, o sea, no se adhieren normalmente a ellas.

En resumen, es necesario incrementar la propiedad hidrófoba en las partículas minerales de una pulpa para facilitar la flotabilidad. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgánicos de carácter heteropolar, o sea, una parte de la molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un grupo polar con las propiedades iónicas, es decir, con carga eléctrica definida.

La partícula queda cubierta por el colector que se adhiere a su superficie por medio de su parte polar, proporcionándole con la parte polar propiedades hidrofóbicas.

El agregado de espumantes, como se ha dicho, permite la formación de burbujas de tamaño y calidad adecuada para el proceso. Pues bien, el contacto entre las partículas y las burbujas requiere que las primeras estén en constante agitación, la cual la otorga el rotor de la máquina de flotación, de modo que para realizar la unión con las burbujas son necesarios: a) su encuentro y b) condiciones favorables para formar el agregado.

El contacto partícula-burbuja se acerca hasta el punto en que la película de agua que las separa es muy fina. En este momento para que la partícula pueda acercarse más a la burbuja tiene que superar lo que se considera una barrera energética. Para las partículas hidrofílicas, en que la asociación de la



partícula con las moléculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las partículas no flotan. Para las partículas hidrofóbicas, la barrera queda repentinamente rota por fuerzas no bien conocidas, permitiendo un contacto trifásico (sólido-líquido-gas).

7.- Variables Operacionales Relevantes en el Proceso

Algunas de las variables de mayor importancia para el proceso de flotación son:

7.1 Granulometría: Adquiere gran importancia dado que la flotación requiere que las especies minerales útiles tengan un grado de liberación adecuado para su concentración.

7.2 Tipo de Reactivos: Los reactivos pueden clasificarse en colectores, espumantes y modificadores. La eficiencia del proceso dependerá de la selección de la mejor fórmula de reactivos.

7.3 Dosis de Reactivo: La cantidad de reactivos requerida en el proceso dependerá de las pruebas metalúrgicas preliminares y del balance económico desprendido de la evaluación de los consumos.

7.4 Densidad de Pulpa: Existe un porcentaje de sólidos óptimo para el proceso que tiene influencia en el tiempo de residencia del mineral en los circuitos.

7.5 Aireación: La aireación permitirá aumentar o retardar la flotación en beneficio de la recuperación o de la ley, respectivamente. El aire es uno de los tres elementos imprescindibles en el proceso de flotación, junto con el mineral y el agua.

7. 6Regulación del pH: La flotación es sumamente sensible al pH, especialmente cuando se trata de flotación selectiva. Cada fórmula de reactivos tiene un pH óptimo ambiente en el cual se obtendría el mejor resultado operacional.

7.7 Tiempo de Residencia: El tiempo de residencia dependerá de la cinética de flotación de los minerales de la cinética de acción de reactivos, del volumen de las celdas, del porcentaje de sólidos de las pulpas en las celdas y de las cargas circulantes.

7.8 Calidad del Agua: En las Plantas la disponibilidad de agua es un problema. Normalmente se utiliza el agua de recirculación de espesadores que



contiene cantidades residuales de reactivos y sólidos en suspensión, con las consecuencias respectivas derivadas por este flujo de recirculación.

8.CELDAS DE FLOTACION:

Funciones:

1. Mantener todas las partículas en suspensión dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de prevenir la sedimentación de éstas.

2. Producir una buena aireación, que permita la diseminación de burbujas de aire a través de la celda.

3. Promover las colisiones y adhesiones de partícula-burbuja.4. Mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de

espuma.5. Proveer un eficiente transporte de la pulpa alimentada a la celda, del

concentrado y del relave.6. Proveer un mecanismo de control de la altura de la pulpa y de la

espuma, la aireación de la pulpa y del grado de agitación.

Características:

1. Facilidad para la alimentación de la pulpa en formas continúa.

2. Mantener la pulpa en estado de suspensión.

3. No debe ocurrir la sedimentación de las partículas.4. Separación adecuada del concentrado y del relave.

Eficiencia

La eficiencia de una celda de flotación se determina por los siguientes aspectos:



1. Tonelaje que se puede tratar por unidad de volumen.2. Calidad de los productos obtenidos y recuperaciones.3. Consumo de energía eléctrica, reactivos, espumantes y otros reactivos,

con el fin de obtener los resultados óptimos.4. Gastos de operación y mantención por tonelada de mineral tratado.

CELDAS DE FLOTACIÓN MECÁNICAS

Las celdas de flotación mecánicas tienen tres zonas típicas:

•La zona de agitación es aquella donde se produce la adhesión partícula-burbuja. En esta zona deben existir condiciones hidrodinámicas y fisicoquímicas que favorezcan este contacto.•La zona intermedia se caracteriza por ser una zona de relativa calma, lo que favorece la migración de las burbujas hacia la superficie de la celda.

•La zona superior corresponde a la fase acuosa, formada por burbujas. La espuma descarga por rebalse natural, o con ayuda de paletas mecánicas. Cuando la turbulencia en la interfase pulpa -espuma es alta se produce contaminación del concentrado debido al arrastre significativo de pulpa hacia la espuma.


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