FLOTACIÓN

INDICE

Pag.

INTRODUCCIÓN 1

CONCEPTOS TEÓRICOS 2

FENOMENOS INVOLUCRADOS 3

FENÓMENOS INTERFACIALES 3

FENÓMENOS HIDRODINÁMICOS 6

FLOTACIÓN DE MINERALES

Etapas de flotaciónClasificación de los reactivos

1. Colectores2. Espumantes

Separación selectiva

12

122023

Equipos de flotación 27

1. Celdas mecánicas o convencionales 27

2. Celdas columna res 29

3. Otras celdas neumáticas 30

Celda G Cell (Giratory cell,Imhof) 30

Celda Jameson (Xstrata) 31

Circuitos de flotación 31

Principios de dimensionamiento (celdas agitadas mecánicamente) 33

Principios de dimensionamientos (columnas) 34

ASOCIACIONES DE CELDAS

APLICACIONES: ALGUNOS CASOS PRACTICOS

1. SEPARACION DE Cu, Pb y Zn DE UN SULFURO 35

2. TRATAMIENTO DE UN MINERAL DE FLUORITA/BARITA 36

0

FLOTACIÓN

3. FLOTACIÓN DE PEGMATITA 37

INTRODUCCIÓN

La flotación es un proceso selectivo que se emplea para llevar a cabo separaciones específicas de minerales complejos, basándose en las diferentes propiedades superficiales de cada uno de ellos.

Es el método de procesamiento de minerales más eficaz y con mayores aplicaciones de todos los existentes, aunque en muchos aspectos, es el más complejo de ellos.

De las tres alternativas iniciales: flotación con aceite, por película o con espuma, ésta última es la que se ha impuesto y ha alcanzado un notable desarrollo.

Esta técnica se fundamenta en la adhesión selectiva de los minerales en el seno de una pulpa acuosa a unas burbujas de aire que se introducen en ella. Los minerales adheridos a las burbujas se separan en forma de espuma mineralizada constituyendo el concentrado, mientras que los demás se quedan en la pulpa y constituyen el estéril.

Los antecedentes históricos del proceso se remontan a los inicios de la historia.

En este método de separación los reactivos son el componente y la variable más importante, ya que el número de especies de flotabilidad natural es tan reducido: talco, azufre, grafito, molibdenita y pocos más, y su importancia comercial tan reducida que se puede afirmar que la flotación industrial moderna no se podría efectuar si reactivos.

La flotabilidad natural depende de la polaridad

Un elemento tan importante del proceso influye con gran Separación por sensibilidad, ya que no solo tiene repercusión el tipo de reactivo, sino también su combinación, dosis, forma y orden de adición.

Se ha comprobado que los efectos favorables o desfavorables debidos a otras variables: grado de molienda, aireación, densidad de pulpa, etc. Nunca superan en importancia a los efectos positivos o negativos de una fórmula de flotación apropiada, por tanto, no debe extrañarnos que al estudio de la fórmula de flotación apropiada se haya dedicado el mayor tiempo y esfuerzo investigador.

El problema es complejo ya que la acción de los reactivos está basada en equilibrios iónicos, y este equilibrio es difícil de controlar, ya que aparte de los

1

FLOTACIÓN

reactivos que introducimos en la pulpa, hay una considerable cantidad de ion es en ella, procedentes de las impurezas que aporta el mineral así como el agua de tratamiento.

CONCEPTOS TEÓRICOS

En la flotación interviene la diferencia entre la masa volumétrica de lossólidos o flóculos y la del líquido en que se encuentran en suspensión. Sin embargo, contrariamente a lo que ocurre en la decantación, este proceso de separación sólido–líquido únicamente se aplica a partículas que tienen una masa volumétrica real (flotación natural) o aparente (flotación provocada) inferior a la del liquido que la contiene.

En la flotación provocada, se aprovecha la capacidad que tienen ciertas partículas sólidas o líquidas para unirse a burbujas de gas (generalmente, aire) y formar conjuntos partícula–gas menos densos que el líquido que constituye la fase dispersa.

La resultante de las fuerzas (gravedad, empuje de Arquímedes, fuerza de resistencia) conduce a un desplazamiento ascendente de los conjuntos partícula–gas que se concentran en la superficie libre del líquido.

Para que sea factible la flotación de partículas sólidas o líquidas más densas que el líquido, es preciso que la adherencia de las partículas a las burbujas de gas sea mayor que la tendencia a establecer un contacto entre las partículas y el líquido. Este contacto entre un sólido y un líquido se determina mediante la medida del ángulo formado por la superficie del sólido y la burbuja de gas (figura 1).

Figura 1-Ángulo entre la superficie del sólido y la burbuja de gas

2

FLOTACIÓN

Si θ = 0, el contacto entre el sólido y el líquido se realiza de forma perfecta; es imposible la adherencia sólido-gas. Si θ = 180°, el contacto entre el sólido y el líquido es nulo; es óptimo el contacto sólido gas. Se trata de un caso límite que nunca se da en la práctica, puesto que ningún líquido da un ángulo θ mayor de 110° (caso del mercurio).

Entre estos dos valores, la adherencia partícula–gas aumenta con el valor del ángulo θ. Puede considerarse este tipo de flotación de una partícula en el caso de partículas sólidas o líquidas (aceites) que tienen una forma relativamente simple y una naturaleza conocida. En el caso de partículas floculadas, a los fenómenos de superficie se suman las adherencias mecánicas ligadas a la estructura de los flóculos, especialmente inclusiones de gas en los flóculos.

El ángulo θ se puede aumentar mediante el uso de sustancias tensoactivas que forman una película hidrófoba alrededor de las partículas. Tales sustancias poseen en sus moléculas una parte no polar (hidrófoba) que es atraída por las burbujas de aire en ascensión y otra polar (hidrófila), que es atraída por la fase dispersa. El empleo de sustancias espumantes también ha sido recomendado paraformar una mezcla más estable de burbujas y partículas: tales sustancias tienen, además, la propiedad de reducir el tamaño de las bolas de aire, aumentando la superficie específica de las mismas, para proporcionar mayor capacidad de absorción y tiempo de contacto, ya que bolas de aire pequeñas poseen menores velocidades ascensionales.

Los mecanismos de contacto entre las bolas de aire y las partículas pueden resultar de las siguientes acciones:

a) Colisión entre la bola y la partícula, debido a turbulencia o a atracción entre ambas.

b) Aprisionamiento de las bolas contra los flóculos o contacto entre los flóculos que están sedimentando y las bolas de aire en ascensión.

c) Crecimiento de las bolas de aire entre los flóculos. Cuando se tienen partículas hidrofílicas, los mecanismos b y c parecen ser los responsables de la eficiencia de la flotación, en tanto que el mecanismo a parece predominar en la obtención de una ligazón más estable entre las bolas de aire y las partículas, las cuales requieren un cierto grado de hidrofobia.

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 énfasis en los fenómenos interfaciales determinantes y en la hidrodinámica de captura.

3

FLOTACIÓN

A. 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. 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 al agua (hidrófila) o al aceite o aire (hidrófoba) (Fig. 2)

Figura 2. Superficie mojable por agua (izq) y por aire (der)

Si el ángulo de contacto con el agua, definido como lo indica la figura 3 es netamente inferior a 90°, la superficie es hidrófila o hidrofílica; si es netamente mayor que 90°, la superficie es hidrófoba. En este último caso, es el ángulo de contacto con el aire o con el aceite que es netamente inferior a 90°.

Cuando una superficie es hidrófoba las gotas de aceite o las burbujas de aire tienen tendencia a "pegarse", es decir, a adherirse a la superficie sólida. En el caso de la figura 3 es obvio que la probabilidad de despegue o de arranque de una burbuja en un medio agitado es mucho menor si esta burbuja está aplastada sobre la superficie (Fig. 3

Arriba izq.), que si presenta un gran ángulo de contacto con el sólido (Fig. 3 arriba der.).

Lo mismo ocurre en el caso en que las partículas son más pequeñas que las burbujas. Si la superficie sólida está hidrofobada (Fig. 3 abajo izq.), las partículas tienden a penetrar en el interior de la burbuja, resultando así abrigadas de las turbulencias externas que puedan favorecer su despegue de la burbuja, como en el caso de una partícula hidrófila (Fig. 3 abajo der.).

4

FLOTACIÓN

Figura 3: flotación de partículas hidrófobas (izq.) no-flotación de las hidrófilas (der.)

El ángulo de contacto depende de consideraciones energéticas, las cuales pueden analizarse simplemente considerando la diferencia entre los casos (a) y (b) de la figura 4, que representan una misma área interfacial.

Figura 4. Cambio al extenderse una burbuja en la superficie

5

FLOTACIÓN

En el caso (a), la energía por unidad de área de la zona de acercamiento de la burbuja al sólido corresponde a la energía de la interacción agua-aire de un lado de la película y agua-sólido del otro lado.

En el caso (b), la energía para la misma área corresponde a la energía de interacción aire-sólido, y por otra parte a la energía de interacción agua-agua para el agua de la película que desapareció.

Por otra parte, el aplastamiento de la burbuja hace que el área de contacto entre el aire y el sólido en (b) sea mayor que el área de contacto de la película en (a).

El problema consiste en saber cuál de los estados (a) y (b) es el estado más estable, es decir, cual estado ocurrirá espontáneamente si la oportunidad de un cambio se presenta

B. FENÓMENOS HIDRODINÁMICOS

Los fenómenos hidrodinámicos conciernen principalmente a la probabilidad de captura de una partícula hidrofobada por una burbuja; ya que se trata de un proceso un tanto estocástico se puede hablar de probabilidades.

La probabilidad de extracción de una partícula resulta de tres factores, que pueden

Definirse como:

- la probabilidad de contacto o colisión partícula-burbuja

- la eficiencia de la colisión o probabilidad de adhesión

- la probabilidad de arrastre en la espuma

Es obvio que en los casos prácticos en los cuales la dispersión de partículas de sólido y de burbujas está sometida a una agitación intensa no es posible modelizar los fenómenos sino aproximadamente. De los estudios hechos se pueden extraer los siguientes lineamientos:

Las colisiones se deben a procesos inerciales, de sedimentación o de difusión browniana según que las partículas y burbujas sean grandes, micrométricas o submicrométricas. El caso de la captura de partículas por una burbuja que sube, permite ilustrar las dificultades (Fig. 5).

6

FLOTACIÓN

Figura 5. Captura de una partícula por una burbuja

Sólo las partículas presentes en las líneas de corriente muy vecinas a la burbuja podrán adherirse. Además, es obvio que para una buena probabilidad de colisión se deberá reunir las condiciones de drenaje rápido de la película acuosa entre el sólido y el gas, y darle un tiempo suficiente. Esto puede significar que debe haber poca agitación yque las burbujas deben ser muy pequeñas.

Pero por otra parte es obvio que laprobabilidad de colisión entre burbuja ypartícula es mayor en un medio muyagitado, especialmente si hay efectosinerciales intensos.

Si se trata de un proceso de flocoflotación es obvio que una agitación intensa provocará una desfloculación de las partículas coloidales aglomeradas, lo quees contraproducente.

Cuando la partícula y la burbujapasan a una distancia que puedeconsiderarse suficientemente pequeña paraser una colisión, existe todavía la etapa deadhesión, que tiene que ver con laprobabilidad de que la película líquida serompe o no durante el "tiempo decolisión". Esto depende de factores cinéticoscomo el drenaje de la película, perotambién de factores termodinámicos comolos potenciales involucrados y el estado delas superficies.

Finalmente, cuando una partícula se ha adherido a una burbuja, existe una cierta probabilidad que se mantenga adherida hasta que la burbuja alcance la espuma. Por otra parte, la agitación presente en la celda de flotación puede romper la burbuja o separar la burbuja y la partícula por efectos inerciales diferenciales. Afortunadamente, el fenómeno de histéresis del ángulo de contacto, tiende a favorecer la adhesión de la partícula a la gota. Sin embargo, puede ser que el tamaño de partícula sea crítico en cuanto a la eficiencia del arrastre.

7

FLOTACIÓN

Esta discusión indica que a pesar del nivel de comprensión que se ha logrado en el estudio individual de muchos fenómenos involucrados en la flotación, no se puede todavía dar cuenta cuantitativa de la combinación de estos fenómenos; por lo tanto, la flotación es todavía un proceso que requiere un estudio experimental previo para optimizar las condiciones. En particular la forma y las condiciones de operación de las celdas de flotación requiere un estudio por tanteos.

FLOTACIÓN DE MINERALES

La concentración de minerales, en el procesamiento de minerales metálicos, permite disminuir de manera importante la cantidad de material (ganga) que pasa a la(s) etapa(s) de extracción de elementos de interés (metalurgia extractiva), permitiendo un aumento de la eficiencia operacional y una disminución de los costos asociados. Con la concentración de minerales se obtiene el primer producto comercializable (con valor de mercado) en la línea productiva.

La concentración por flotación se efectúa aprovechando las diferencias en laspropiedades fisicoquímicas de las especies mineralógicas que se desee separar.Lo característico de esta operación es que las especies mineralógicas mantienensu identidad.

Si la mena contiene cantidades significativas de más de un mineral valioso, la finalidadde la concentración de minerales es, por lo general, separarlos, pudiéndose obtener más deun concentrado. Si hay minerales indeseables que puedan interferir con los procesossubsecuentes de refinación, que generen problemas de contaminación o que afecten lacalidad del producto, es necesario extraerlos en la etapa de separación.

En la siguiente Tabla se aprecia los niveles de consumos principales ycostos de la flotación de minerales de cobre sulfurado en Chile. Los valoresno corresponden a una faena en particular, sino que al promedio de ochofaenas importantes en términos de capacidad de tratamiento.

8

FLOTACIÓN

Etapas de flotación

Como se planteo en la introducción, las leyes de los productos y la recuperación metalúrgica son parámetros que se trata de maximizar, pero en la practica se debe optar por valores que maximicen el “optimo conómico” del proceso. Lo anterior se debe a que estos parámetros se relacionan de inversa, como se ve en la figura

Este aspecto conduce a especializar diferentes etapas de proceso, destinados a maximizar cada factor por separado y en conjunto alcanzar un óptimo de recuperación y la ley de concentrado

9

FLOTACIÓN

El mineral proveniente de la conminución es alimentado a una primera etapa deflotación rougher o primaria. Celdas con agitación mecánica, maximización de larecuperación (relave libre de especies de interés).

El concentrado obtenido de laetapa anterior, requiere de una etapaprevia de remolienda deconcentrados, antes de seguir a unasegunda etapa de flotación delimpieza o cleaner. Uso de celdascolumnares, maximización de lasleyes de concentrado.Puede usarse más de una de estasetapas: 1ª limpieza, 2ª limpieza, etc.De la última limpieza se genera elconcentrado final.

El relave de la limpieza suele ser retratado en una flotación scavenger o de barrido. Uso de celdas con agitación mecánica, maximización de la recuperación.

El concentrado de esta etapa retorna a la flotación de limpieza, con o sin remolienda.

Como el incremento en ley que se alcanza con la flotación columnar va acompañado de una pérdida significativa en recuperación, los relaves de la columna deben ser retratados en celdas mecánicas, en la etapa denominada scavenger – cleaner(barrido – limpieza).

10

FLOTACIÓN

Cuando se tiene más de una especie mineralógica de interés, ya sea que se pretenda obtener diferentes productos comercializables o separar especies contaminantes, es además necesario introducir más de un circuito, como el descrito, con la finalidad de realizar una eficiente separación selectiva.

Es habitual en estos casos y por razones obvias de eficiencias técnicoeconómicas, el proceder primero a separar la o las especies más abundantes que normalmente constituyen el relave. Con este fin se procede primero a separar un concentrado colectivo (en el que se encuentran las especies de interés) del relave. Se habla en este caso de un circuito o planta de flotación colectiva, la que está constituida por las diferentes etapas ya mencionadas.

Tras sacar al relave (T) del circuito, el concentrado colectivo (CC) debe ser procesado en una o más plantas de flotación selectiva, constituidas también por diversas etapas, donde esta vez tanto el concentrado como el relave final de cada una corresponde a un producto (Ci) y no a un material sin valor.

11

FLOTACIÓN

Clasificacion de los reactivos:

1. Colectores

Compuestos orgánicos cuya función es tornar hidrofóbicaslas superficies de los minerales.Los más comunes son iónicos siendo compuestos heteropolares solubles en agua. Su grupopolar es la parte activa que se adsorbe (física o químicamente) en la superficie de un mineral. La parte apolar se orienta hacia la fase líquida, sin interactuar con ésta.

12

FLOTACIÓN

Clasificacion de los colectores

Los colectores iónicos son los más comunes, en diversas subcategorías. Existen también colectores no polares (no ionizados).

Colectores ionicosContienen un grupo funcional polar hidrofílico unido a una cadena de hidrocarburos.Si al disociarse un colector en agua, su parte principal es un anión o un catión, sedistingue dos grupos de colectores: Colectores Aniónicos y Colectores Catiónicos.

13

FLOTACIÓN

Colectores Aniónicos (constituyen la mayoría)Estos colectores se disocian de modo que sus radicales junto con el grupo polarconstituyen un anión (-), dejando en la solución un catión que puede ser sodio (Na+),potasio (K+), calcio (Ca+) o el mismo hidrógeno.

Estructura del etilxantato de sodio

Colectores CatiónicosAminas y sales cuaternarias de amonio. Derivados del amoníaco, con hidrógenosreemplazados por radicales. Según el número de reemplazos se tiene aminas I, II y III. Las cuaternarias (IV). se obtienen al actuar cloruros sobre aminas terciarias.Los radicales con el nitrógeno forman el catión (+) mientras el anión es un hidroxilo.

Amina cuaternaria

14

Flotación de talco, micas, sericita, caolinita, carbonatos y, en menor grado, zirconio, cuarzo, silicatos, aluminosilicatos, óxidos, etc..

FLOTACIÓN

Colectores No IónicosNo poseen grupos polares. Hidrocarburos saturados o no saturados, fuel oil, kerosén. Tornan al mineral repelente al agua al cubrir su superficie con una finapelícula.Fuertemente hidrófobos, se utilizan en flotación de minerales pronunciadamente hidrofóbicos, tales como carbón, grafito, azufre y en especial, molibdenita.

Adsorción del ColectorEn la interfase mineral - solución, los iones colectores pueden adsorberse en la superficie del mineral en forma individual a bajas concentraciones, o en hemimicelasa altas concentraciones del colector.Las micelas son agregados de iones colectores de tamaño coloidal que se forman por uniones de van der Waal entre las cadenas de hidrocarbones del colector. Se forman debido a que las cadenas de hidrocarbones son no ionicas y existe incompatibilidad entre las moleculas polares del agua y las cadenas de hidrocarbones no polares.

Cuando se alcanza una cierta concentración de reactivo, se produce la asociación de las cadenas de hidrocarbones del colector. Esta concentración se denomina “concentración micelar crítica, CMC”

15

FLOTACIÓN

En estas condiciones las micelas, por hidrofobicidad, salen de la pulpa. Cuando este fenómeno ocurre en la superficie del mineral, estos agregados se llamanhemimicelasy los iones colectores son adsorbidos bajo estas condiciones. Se evita esto con la presencia de sales inorgánicas o moléculas orgánicas neutras tales como alcoholes de cadena larga.

Los colectores de una misma familia se distinguen entre si, entre otras cosas, por el número de carbones de la cadena apolar (radical). Esta característica se relaciona con la capacidad colectora expresada en el ángulo de contacto, como se ilustra para los xantatos:

Aspectos generales de la adsorción química/electroquímica de colectores en sulfurosEn flotación de sulfuros la adsorción de colectores sulfhídricos es fundamental. El oxígeno juega un papel importante en ella.

Teoría QuímicaEn un medio acuoso alcalino los sulfuros tienen una reacción previa con el oxígeno formándose especies oxidadas superficiales, las cuales reaccionan posteriormente con losiones colectores para formar sales metálicas de menor solubilidad que las especiesoxidadas.

16

FLOTACIÓN

Mecanismo de adsorción química:1. Oxidación superficial promovida por presencia de oxígeno.2. Formación de sales metálicas (por intercambio iónico) en la superficie del mineral.

Sales Metálicas:Son producto de la reacción química entre los iones colectores y los iones metálicos superficiales.La solubilidad de éstas depende del ión metálico y del colector, se puede encontrar sales de baja y alta solubilidad.

Solubilidad baja => son de difícil remoción de la superficie de minerales sulfurados de ese elemento. Ejm. los xantatos de plomo son de muy baja solubilidad comparado con los xantatos de cinc, por lo tanto la superficie de los minerales de plomo, en presencia de xantatos, es más hidrófoba que las de los cinc.

Solubilidad Alta => son de fácil remoción de la superficie de minerales sulfurados de ese elemento. Los xantatos de cinc son de fácil remoción de la superficie ya que son muy solubles.

Para un mismo tipo de colector y ión metálico, la solubilidad de la sal disminuye con el largo de la cadena. Ejemplo:

Etilxantato de Plomo (2 carbones):Producto de Solubilidad 2,1 x 10-17

Amilxantato de Plomo (5 carbones):

17

FLOTACIÓN

Producto de Solubilidad 1,0 x 10-24

Para un mismo tipo de colector y largo de la cadena hidrocarbonada, distintos iones metálicos originan sales de distinta solubilidad.

Etilxantato de Plomo (2 carbones):Producto de Solubilidad 2,1 x 10-17Etilxantato de Cinc (2 carbones):Producto de Solubilidad 4,9 x 10-9

Teoría Electroquímica (semiconductores)

En la superficie del mineral se produce la oxidación de ciertos colectores sulfhídricos, los cuales son luego adsorbidos.La reacción de oxidación, o reacción anódica, debe ser acompañada por una reacción de reducción (catódica) en la cual se ‘aceptan’ los electrones liberados.El más común aceptor de electrones es el oxígeno a través de la reacción de hidrólisis del agua:

½ O2 + H2O + 2e- 2OHMecanismo de adsorción electroquímica:

Evidencia:Potencial decrece cuando xantato es adsorbido.Bajos potenciales previenen adsorción.Concentración de oxígeno (OD) y pH afectan la adsorción

Tanto el pH como el oxígeno disuelto (OD) afectan el potencial en la pulpa. Aumentos en pH tienden a reducir el potencial, mientras que aumentos en el oxígeno disuelto lo aumentan.

18

FLOTACIÓN

Efecto de la aireación (oxígeno disuelto) en el potencial de pulpa:

Potencial de pulpa vs. tiempo en una celda de flotación de laboratorio. Aireación detenida a los 4.5 minutos.

Acero en molienda consume oxigeno (al oxidarse), por lo tanto el potencial electroquímico es reducido. Esto afecta el accionar de colectores en la etapa de flotación.

19

FLOTACIÓN

Si se encuentra que recuperación y ley aumentan a lo largo de un banco de celdas, es una indicación de que puede haber un problema de aireación.

Es una buena idea incluir una etapa de aireación entre molienda y flotación

Precaución con el potencial:Si el potencial de la pulpa se aumenta demasiado, por ejemplo aumentando el oxígeno disuelto, se corre el riesgo de que la oxidación superficial de los minerales haga que éstos sean hidrofílicosy por lo tanto no flotables.

(a) Zona de bajo potencial no favorece adsorción de colector.(b) Zona de potencial intermedio (rango de flotación).(c) Zona de oxidación de minerales, desfavorece flotación

2) EspumantesSon reactivos orgánicos de carácter heteropolar. Análogos a los colectores iónicos en su estructura, su diferencia radica en el carácter del grupo polar que en los colectores es activo para reaccionar con la superficie de los minerales, mientras que en los espumantes es un grupo con gran afinidad con el agua (OH). Permiten la formación de una espuma estable y burbujas de tamaño apropiado (pequeño) para llevar los minerales al concentrado.

20

FLOTACIÓN

Ácidos, aminas y alcoholes son los espumantes más usados.De estos tres, se prefiere a los alcoholes que al no tener propiedades colectorasfacilitan una flotación selectiva.

21

MIBC (metilisobutil carbinol): espumante más utilizado en la industria.Su bajo peso molecular hace que sea muy volátil, i.e., tiende a evaporarse.

FLOTACIÓN

Colector y Espumante: Contacto Mineral – BurbujaTras el contacto mineral-burbuja, las moléculas de espumante en la burbuja pueden penetrar la capa de colector sobre el mineral para formar una capa mixta, estableciéndose una adsorción mas fuerte (teoría de Leja y Schulman)Si se agrega un excesp de colector, las partículas son aparentemente incapaces de penetrar la interfase liquido-gas y la flotación se inhibe.Si se agrega exceso de espumante, la tensión superficial liquido-gas puede disminuir demasiado, reduciendo la variación de energía libre, lo que desfavorece la adhesión particula burbuja.

Mineralizacion de la BurbujaEn la pulpa, para que exista la unión entre burbujas y partículas (mineralización de la burbuja) deben concurrir 3 mecanismos: colision, adhesión y estabilización.

22

Dowfroth-250 (éter poliglicólico): su mayor peso molecular lo hace menosvolátil que el MIBC. Genera una espuma muy estable debido a que favorece el arrastre de agua.

FLOTACIÓN

Separacion selectiva

La separación selectiva de especies de interés más común en minerales sulfurados de cobre corresponde a aquella que se realiza para separar calcopirita de molibdenita.Esta separación se lleva a cabo en una etapa de flotación selectiva a la cual entra como alimentación el concentrado generado en la etapa de flotación colectiva (Cu-Mo).En la flotación selectiva se deprime la calcopirita para flotar sólo la molibdenita. Esto porque su mayor flotabilidad (flotabilidad natural) y porque se encuentra en menor cantidad.En este caso tanto el concentrado como el relave de la planta de flotación están constituidos por especies de interés.

Depresion de Calcopirita (flotación selectiva Cu-Mo):

En flotación selectiva se deprime el cobre (calcopirita) y se flota la molibdenita.

La calcopirita no es muy sensible a la adicion de cianuro como depresante comparado con la pirita.

Se deprime con la adicion de sulfuro de sodio o sulfhidrato de sodio (NaSH).

La flotabilidad de la calcopirita se puede reducir al disminuir el potencial electroquímico de la pulpa (se inhibe la adsorción de colector).

La flotación con nitrógeno para controlar el potencial.

23

FLOTACIÓN

La flotabilidad natural de molibdenita se acentua agregando fuel oil.

Existen especies mineralógicas que afectan negativamente las etapa de separación selectiva. Dentro de estas destacan:

Arcillas Enargita Pirita Arsenopirita Minerales de plomo Selenio Magnetita

PiritaLa pirita (FeS2) se encuentra típicamente acompañando a minerales sulfurados de cobre, plomo y cinc, al oro y a la plata y constituye una de las principales impurezas.

La presencia de sulfuros de hierro convierte a la mena en acidica (disminuye el pH) con la producción de sulfatos e hidróxidos de hierro, plomo y cinc, los cuales afectan la superficie de los minerales de plomo y cinc.Las sales disueltas tales como sulfato ferroso generan un consumo mayor de reactivos (xantato, cianuro).

Por otra parte concentrados de oro con pirita retardan o inhiben la transformación del oro metalico a solución.

Depresión de pirita:

24

FLOTACIÓN

pH alcalino (9-12) deprime la pirita (regulado con cal por razones económicas).

pH alto previene la oxidación del xantato a dixantogeno.

A estos pH la superficie de la pirita estará cubierta de hidróxido férrico.

La adicion de cianuro (NaCN) ayuda en la depresión de pirita.

Formación de un complejo Fe-CN insoluble por medio de un mecanismo electroquímico.

El cianuro además desplaza xantato ya adsorbido en pirita.

ArcillasLa presencia de arcillas en los minerales afectan nocivamente las distintas etapas del procesamiento de minerales (conminucion, flotación y separación solido-liquido). Dentro de las arcillas que se encuentran asociadas a los minerales de cobre destacan la Montmorillonita, la chamosita, la caolinita y la ilita.

Presencia de arcillas en minerales de cobre

La presencia de minerales arcillosos afecta la flotación de minerales de Cu/Mo en diversas formas:

Reduce la selectividad y recuperación, esta ultima debido a la formación de una capa de lamas arcillosas que recubre las partículas y a las burbujas de aire impidiendo la unión particula-burbuja.

25

FLOTACIÓN

Aumenta el consumo de reactivos de flotación por afinidad de estos con las arcillas y el consumo de otros reactivos, para contrarrestar los efectos perjudiciales de los minerales arcillosos.

Generación de espumas de mala calidad que afectan la recuperación. El tipo de espuma formada depende del tipo de arcilla; la montmorillonita y chamosita produce espuma fina, muy inestable que colapsa constantemente y desaparece rápidamente, aun con dosis alta de espumante. La caolinita y la ilita producen en un comienzo una espuma seca sin la textura de burbuja. Luego de remover esta espuma inicial, las burbujas crecen y transportan gran cantidad de lama al concentrado. Arcillas de tipo hidróxido de fierro destruyen completamente la espuma.

Producción de gran cantidad de lamas que son transferidas al concentrado afectando la ley (calidad) de este.

En presencia de minerales arcillosos se pueden buscar efectos compensatorios:

La densidad de pulpa o porcentaje de solido en la flotación El uso de dispersantes El deslame antes de flotación El tipo de espumante

Densidad de pulpa o porcentaje de solido en la flotación

La disminución del porcentaje de solido tiene un efecto positivo en la recuperación de cobre, en especial en rocas porfiricas y andesiticas, y presencia de arcilla tipo ilita-caolinita, montmorillonita y chamosita.

Uso de dispersantes

26

FLOTACIÓN

La adicion de dispersante mejoraría la flotación de minerales con contenido de arcillas dentro de estos encontramos:

El sulfuro de sodio (Na2S*H2O) es de particular interés pues reduce el consumo de colector al adsorberse en la superficie de las arcillas y actua como dispersante. Su uso además minimiza el efecto negativo del aumento de Ph sobre la recuperación.

SHQ ( mezcla de silicato de sodio Na2SiO3: calgonglass: quebracho a razón 40:40:20).

Daxad 19 (compuesto organico: sal de sodio de acidoalkilnaftalenosulfonico)

Deslame antes de la flotación

La eliminación de las arcillas antes de la flotación mediante lavado y deslame del mineral produciría un aumento en la recuperación, particularmente para aquellos casos donde hay presencia de arcillas del tipo montmorillonita y chamosita.

Tipo de espumante

La selección del espumante juega un rol importante en la flotación con presencia de minerales arcillosos. La recuperación de cobre aumentaría al utilizar la mezcla de espumantes MIBC/ aceite de pino. La mejora mas significativa en la recuperación se alcanzaría utilizando espumantes que se comporten bien sobre un amplio rango de pH.

Equipos de flotación

Una máquina de flotación es esencialmente un reactor que recibe el nombre de celda de flotación. Ahí se produce: el contacto burbuja partícula, la adhesión entre ellas y la separación selectiva de especies.

Cualquier celda de flotación debe ser capaz de:

Mantener una adecuada suspensión y dispersión de la pulpa

Posibilitar la incorporación de gas (aire)

Disponer de una zona sin turbulencia, para formación y remoción de la espuma

Ser adecuada a las resistencias de recuperación y/o calidad (ley) de concentrado

Permitir la variación de algunos parámetros operacionales (flujo de aire, nivel, etc.)

27

FLOTACIÓN

Las celdas de flotación se clasifican en dos grandes familias: celdas mecánicas y celdas neumáticas. Se presenta a continuación las principales características y ejemplos de ambos tipos de celdas.

a) Celdas mecánicas o convencionales

Son las más comunes y las más usadas en la industria. Se caracterizan por tener un impulsor o agitador mecánico (rotor o impeler). Alrededor del eje se tiene un tubo concéntrico hueco que sirve de conducto para el ingreso del gas al interior de la pulpa, lo que ocurre en el espacio entre el rotor y un estator o difusor, donde es dispersado en pequeñas burbujas (1-3mm.)

En la zona próxima al arreglo rotor – estator existe una gran agitación de la pulpa, para favorecer el contacto partícula – burbuja. A partir de un nivel medio de la celda se tiene una zona menos turbulenta, donde el agregado burbuja-mineral hidrófobo asciende con menor probabilidad de romperse. A medida que las burbujas se mueven al nivel del labio de la celda, son arrastradas fuera por el empuje de las burbujas que vienen atrás.

Según el tipo de aireación se tiene:

• Celdas auto aireadas, que utilizan el vacío creado por el movimiento del rotor para inducir o succionar el aire desde la atmósfera hacia abajo, por el tubo concéntrico alrededor del eje del rotor.

• Celdas con aire forzado, que reciben el aire desde un soplador.

Las celdas de flotación son operadas usualmente en serie, con la pulpa fluyendo continuamente de una celda a la siguiente a través de traspasos. Al final de cada grupo de celdas se tiene una compuerta que se utiliza para controlar el nivel de la pulpa.

28

FLOTACIÓN

El tamaño y número de celdas se ajusta a las características de la alimentación (flujo, flotabilidad de las partículas), de manera de compatibilizar los requerimientos de recuperación y calidad del concentrado. La pulpa que se descarga desde la última celda es la cola o relave.

En general, un banco de celdas con pocas unidades (menor a 4), aumenta la probabilidad de cortocircuitos, afectando negativamente la recuperación.

No existe una forma o geometría estándar para las celdas convencionales. Estas pueden ser cuadradas, rectangulares o circulares, con fondo plano o curvo.

El diseño del rotor puede variar en forma, tamaño y número de "dedos" del rotor y estator, el espacio entre estos, etc. Todas estas diferencias inciden en cierto grado en la suspensión y homogenización de los sólidos, así como en el consumo de energía.

La generación y características de las burbujas es una consecuencia de la cantidad de aire que ingresa a la celda, del diseño del arreglo rotor-estator y de la dosificación del reactivo espumante.

En las celdas mecánicas, la eficiencia de separación se ve perjudicada al realizarse funciones en cierto modo incompatibles. Tienen que producir turbulencia para mantener las partículas en suspensión y favorecer el contacto partícula – burbuja, mientras que tienen que, simultáneamente, presentar una región en calma para que se produzca una separación de las burbujas cargadas.

Es inevitable arrastrar ganga al concentrado. Esto se debe a los siguientes mecanismos (no selectivos):

Grado de liberación del mineral de interés

La turbulencia de la pulpa en la interfase pulpa – espuma hace que entren partículas indeseables en la fase espuma

Arrastre a la espuma de partículas finas por el flujo de burbujas ascendentes

Arrastre a la espuma de partículas muy finas por la fracción de agua de alimentación que se reporta al concentrado

b) Celdas columnares

Las celdas de columna son los equipos neumáticos más usados en flotación, en especial en etapas de limpieza de concentrados, debido a las mejores leyes que es capaz de producir aunque con menores recuperaciones

29

FLOTACIÓN

Típicamente tienen una altura de 9 a 15 m (la gran mayoría de orden de 13m) y están compuestas de secciones cuadradas o rectangulares, con lodos contaminante de 1m.Siendo normal el combinarlas en una misma estructura de 4- 16 unidades (secciones de 1m2)

La pulpa se alimenta por debajo de la interface pulpa- espuma, descendiendo y encontrándose en contra-corriente con las burbujas. Las partículas flotables se adhieren a las burbujas en la zona de colección, siendo transferidas a la zona de limpieza (espuma), donde el agua de lavado se agrega sobre o dentro de la espuma, normalmente con un arreglo de tubos perforados

El aire ingresa a la columna a través de burbujeado res (inyectores o “spargers”) instaladas horizontalmente en una o más corridas. El diseño de los burbujeado res es tal que permite que sean reemplazados sin detener la operación.

Los diseños actuales (de fábrica) han incorporado mezcladores externos donde se junta aire y agua, formando micro burbujas, antes de entrar a los burbujeadores, y/o la posibilidad de variar la sección transversal por donde ingresa el aire. No obstante, en muchas operaciones se opta por la construcción de sus propios burbujeadores.

c) Otras celdas neumáticas

Aparte de la celda columna, que son actualmente las mas comunes en las plantas industriales, existe una serie de otras alternativas de tipo neumático. Las siguientes son un ejemplo de ellas

30

FLOTACIÓN

Celda G Cell (Giratory cell,Imhof)

La pulpa de alimentación, previo paso por aireadores, entra a la celda de manera tangencial en más de un punto.

El concentrado se recoge en la parte central superior del equipo, en tanto que las colas salen por su parte central inferior.

Celda Jameson (Xstrata)

La alimentación a esta celda es a través de tubos verticales (downcomer), en donde se mezcla con aire y se produce el contacto partícula – burbuja. La entrada a presión de la pulpa de alimentación provoca un vacío que permite la entrada de aire sin requerir de un compresor

31

FLOTACIÓN

Cuando la pulpa emerge al interior de la celda por el fondo del downcomer, los agregados burbuja – partículas hidrofóbicas pasan a la zona de espuma y se retiran como concentrado.

Circuitos de flotación

Dependiendo de la especie de la que se trate y del tipo de máquinas de flotacióninvolucradas, se tendrá diversas configuraciones de circuitos posibles, los queinvolucrarán bancos de celdas mecánicas en serie, varios de ellos en paralelo (paradar la capacidad de tratamiento requerida), columnas de flotación e incluso etapasintermedias de remolienda de concentrados. Aunque las combinaciones sonmuchas, 2 son los circuitos más típicos o al menos los que mejor los ejemplifican.

En los siguientes diagramas, una etapa de flotación está referida a múltiples equipos. En las etapas constituidas por celdas mecánicas, normalmente se trata de uno o más bancos en paralelo, de N celdas cada uno. En el caso de las etapas con celdas columna, se refiere a varias columnas en paralelo

El primer caso corresponde a los circuitos utilizados antes de la introducción a escala industrial de la flotación en columnas, los que podían tener un número variable de etapas de limpieza, siempre en una configuración en contra-corriente:

32

FLOTACIÓN

Por su mejor capacidad de limpieza, la introducción de la flotación en columnas permitió reemplazar varias etapas de limpieza, por una sola etapa en columna. Al incremento en ley que se alcanza con la columna le acompaña una menor recuperación, por lo que los relaves deben ser retratados en bancos de celdas mecánicas, en una etapa de barrido de limpieza. Esto da origen al circuito más usado actualmente:

33

FLOTACIÓN

Principios de dimensionamiento (celdas agitadas mecánicamente)

A partir de un estudio de la cinética batch, en condiciones de flotación ya definidas, y una vez determinados los parámetros cinéticos de flotación correspondientes (ℜ∞ y K), es posible dimensionar la flotación, estableciendo el tamaño y número de celdas más convenientes, para tratar un flujo de mineral dado y alcanzar una recuperación objetivo (óptimo técnico-económico)

Se considera que al realizar el proceso en continuo a nivel industrial bajo las mismas condiciones definidas, dichos parámetros no se modifican significativamente y pueden usarse para el dimensionamiento. Definida la recuperación (ℜ) que se quiere alcanzar se determina, para cada posible tamaño de celda, el número de ellas requerido por banco, utilizando la ecuación de la recuperación de un banco de N celdas en serie:

N=−log (1− ß

R∞)

log (1+Kτ )

Para los diferentes tipos de celdas disponibles, se considera sus volúmenes útiles y con ellos y el flujo volumétrico de pulpa que se requiere tratar, QT , se determina los tiempos de residencia τ correspondientes, según:

34

FLOTACIÓN

τ (min)=−V util(m

3)60(min/h)QT (m

3/h)

El número necesario de bancos en paralelo es consecuencia de la relación entre el flujo total del mineral a tratar y la capacidad de las celdas consideradas. En general se buscará utilizar más de 4 celdas por banco para evitar pérdidas de recuperación por cortocircuito

Principios de dimensionamientos (columnas)

En el caso de las columnas, no existe un test a escala de laboratorio que permita escalar resultados a nivel industrial, tal y como para las celdas convencionales. Esto lleva a realizar pruebas a escala piloto, en las que se utiliza el equivalente a una sección longitudinal de una columna industrial, i.e., una columna de altura equivalente a las industriales pero de pequeña sección circular (típicamente 2" de diámetro)

En estas columnas pilotos se ensaya, variando el tonelaje de alimentación y bajo condiciones de flotación pre-establecidas (aireación y reactivos), hasta alcanzar la ley de concentrado requerida.

Una vez que se ha alcanzado la ley de concentrado deseada, se determina dos factores de escalamiento:

Capacidad de Levante (CL): corresponde a la capacidad de transporte de mineral al concentrado, por unidad de área, en [toneladas de concentrado / h / m2].

Área Unitaria (AU): corresponde a la capacidad de tratamiento de mineral alimentado, por unidad de área, en [toneladas de alimentación / h / m2].Ambos parámetros son escalables y permiten determinar el área requerida a nivel industrial. Al obtener áreas diferentes, se escoge la mayor.

ASOCIACIONES DE CELDAS

Las celdas de flotación poseen un tamaño máximo del orden de 30-50 m3, peropor lo general no exceden 10 m3. En general se agrupan en bancos conteniendo cada unoentre 4 y 15 celdas montadas en serie. En general se distinguen 3 clases de bancos:

El primer tipo es el banco de celdas extractoras principales (en inglés rougher).Recibe el alimento y separan la mayoría del mineral enriquecido.

35

FLOTACIÓN

El mineral enriquecido se flota nuevamente en un banco de celdas limpiadoras(cleaner), mientras que la ganga se procesa en celdas despojadoras (scavenger).

Existen muchos arreglos posibles entre los bancos como lo indica la figura 10.

Tres esquemas típicos de asociación de celdas

APLICACIONES: ALGUNOS CASOS PRACTICOS

1) SEPARACION DE Cu, Pb y Zn DE UN SULFURO

Se trata aquí de un mineral de sulfuros mezclados de galena (PbS), esfalerita (ZnS), calcopirita (CuFeS2), y pirita (FeS), con carbonatos y silicatos, que puede tener la composición típica: 1% Cu, 4 % Fe, 6 % Pb, 10 % Zn.

36

FLOTACIÓN

Los colectores utilizados son xantatos, los cuales son susceptibles de hidrofobar la superficie mediante quimisorción, presumiblemente por formación del xantato del metal pesado o por adsorción de un dixantógeno por una reacción electroquímica.

Esta hidrofobación depende de la carga superficial y por lo tanto del pH, lo que permite separar los minerales.

Por otra parte, el efecto puede inhibirse con una sustancia que tiende a formar complejos como el cianuro, o a formar óxidos como el dicromato.

2) TRATAMIENTO DE UN MINERAL DE FLUORITA/BARITA

A menudo la fluorita (CaF2) y la barita (BaSO4) se encuentran asociadas junto con impurezas de sulfuros (PbS) y una ganga de calcita CaCO3 y silicatos. Un mineral típico puede contener: 30% CaF2, 15% BaSO4, 25% CaCO3, con galena PbS (0,5%), y con cerasita PbCO3 (0,2%).

La galena se flota a pH 9 con amilxantato, la cerusita no flota con xantato sólo y se le debe añadir Na2S para convertir el Pb superficial en la segunda separación. No se puede añadir Na2S al principio porque inhibiría la flotación de la galena.

37

FLOTACIÓN

Se añade luego silicato de sodio para impedir la flotación de silicatos, quebracho para impedir la flotación de calcita y dextrin para impedir la flotación de barita. La fluorita se flota a pH 9 con ácido oléico. A menudo existe toda una serie de bancos para llegar a una alta pureza de fluorita.

Se filtra la pulpa y se eliminan todas las sustancias solubles. Luego se flota el BaSO4 con alquil sulfato, usando quebracho como inhibidor de flotación de la calcita.

En este proceso se usa la acción inhibidora tanto de sustancias inorgánicas (silicatos de sodio) como orgánicas (dextrin, quebracho). También se usa la acción activadora del Na2S para transformar la superficie de carbonato en sulfuro.

3) FLOTACIÓN DE PEGMATITA

Con este ejemplo de minerales compuestos de óxidos, se efectúan lasseparaciones a pH ácido, alternando surfactantes catiónicos y aniónicos.

Las pegmatitas son minerales graníticos que contienen cuarzo, mica, feldspar,beril y trazas de óxidos de hierro. La separación se hace en base al pH que

38

FLOTACIÓN

corresponde al punto isoeléctrico de cada óxido: mica pH 1, cuarzo y feldspar pH 2.5, beril pH 3.5, óxidos de hierro pH 6.

A pH 2.5 con aminas, sólo la mica está cargada negativamente y por lo tanto se recubre de amonios que sirven de colectores para flotarlos.

A pH 3-3.5 sólo los óxidos de hierro son netamente positivos (punto isoeléctrico a pH 6) y por lo tanto flotan con un colector aniónico tal un sulfonato de petróleo.

En presencia de HF, el beril y el feldspar (aluminio-silicatos) se activan probablemente mediante la reacción

Al - OH + SiF6=-->Al - SiF6

-+ OH-

AlSiF6-+ RNH3--> Al - SiF6RNH3

Y por lo tanto flotan, mientras que el cuarzo se queda.

La separación del beril y del feldspar requiere la eliminación de la amina adsorbida por oxidación con hipoclorito. Se flota luego el beril con colector aniónico ya que a pH 3 es positivo mientras que el feldspar es negativo.

39

FLOTACIÓN

40