PROCESOS UNITARIOS

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PROCESOS UNITARIOS en Tratamiento de Minerales Polimetlicos y Aurferos Compaa de Minas Buenaventura SAA. Plan BEP para Ingenieros de Plantas de Procesamiento

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PROCESOS UNITARIOS INTRODUCCINEn este captulo, haremos una revisin de los cambios en la materia, enfocados desde tres realidades: a. b. c. Los fenmenos fsico-qumicos que posibilitan los procesos (flotacin); Los procesos que implican qumica de superficie (adsorcin y desorcin); y Los procesos qumicos que implican la transformacin de la materia (cianuracin y fundicin).

CAPTULO 1: 1. FLOTACIN

MINERALURGIA DE POLIMETLICOS

La flotacin es indudablemente el ms importante y verstil proceso tcnico de concentracin de minerales, cuyo uso y aplicacin ha permitido tratar minerales de bajo grado de valores y mineralgicamente complejos que, sin la aplicacin de este proceso, no tendran valor econmico. El procedimiento tuvo rpida expansin desde que fue patentado en el ao 1906. Por aquellas pocas, los relaves de las plantas gravimtricas contenan valores metlicos ms altos que muchos minerales tratados por flotacin. La flotacin permiti procesar fcilmente estos recursos desechados, con lo que se increment su popularidad hasta la actualidad.

Fundamentos de la flotacin por espumasLa teora de la flotacin de espumas es compleja y no entendida completamente por la serie de variables fsico-qumicas que entran en juego. Estos fundamentos, revisados cuidadosamente por Klussen, Mokrousov y Glembotskii, permiten exponer las siguientes apreciaciones. La flotacin por espumas utiliza la diferencia de propiedades fsico-qumicas de la superficie de las partculas de los minerales presentes. Despus del tratamiento con reactivos, tales diferencias en las propiedades de la superficie expuesta entre los minerales dentro de la celda de flotacin sern ms aparentes para que la flotacin se efecte: una burbuja de aire producida en el ceno de la celda de flotacin, debe ser capaz de adherir muchas partculas de mineral y levantarlas hasta la superficie de

Juan Tovar Pacheco. Ingeniero Qumico. CIP 12 546 Lima - Per

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la celda, sin colapsar tanto por el peso adherido como por la turbulencia provocada por la agitacin mecnica de la pulpa o suspensin mineral-agua. El proceso se aplica solamente a partculas relativamente finas. Si estas son demasiado gruesas, la adhesin entre las partculas y las burbujas de aire ser menor por el exagerado peso de la partcula y la burbuja, por lo tanto, la dejar caer. En la concentracin por flotacin, el mineral valioso es transferido a la espuma, dejando la ganga en la pulpa constituyendo el relave. Este procedimiento se conoce con el nombre de flotacin directa; lo opuesto es la flotacin inversa, caso en el que la ganga es separada adhirindola a la burbuja.Figura 1: Principios de la flotacin por espumas

Las partculas de mineral pueden pegarse a la burbuja de aire, solamente si ellas pueden desplazar agua de su superficie, lo que solo sucede si el mineral tiene la propiedad de repeler al agua (carcter hidrofbico). Habiendo llegado a la superficie, las burbujas de aire podrn seguir soportando el peso de las partculas de mineral, solamente si ellas conforman una espuma estable; de otra manera, se rompern. Para lograr estas condiciones, es necesario utilizar numerosos reactivos qumicos conocidos como reactivos de flotacin. La actividad de una superficie de mineral, dentro de la fase acuosa, en relacin a los reactivos de flotacin, depende de la magnitud de las fuerzas que operan en esa superficie.

Fsico-qumica de la flotacin: Mojabilidad versus Angulo de contactoLas fuerzas que actan entre la superficie de la partcula y la burbuja, en medio acuoso, estn representadas en la Figura 2. Las fuerzas tensoras dejan que se desarrolle un ngulo entre la superficie del mineral y la superficie de la burbuja en forma equilibrada, denominndose como ngulo de contacto.

Ys/A = Ys/w + Yw/A Cos

(1)

Donde Ys/A, Ys/w y Yw/A son la energa superficial entre las fases slidoaire, slido-agua

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Pulpa

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y agua-aire, respectivamente, y es el ngulo de contacto entre la superficie del mineral y la burbuja. La fuerza requerida para romper la interface partcula-burbuja se denomina trabajo de adhesin, Ws/A, y es igual al trabajo requerido para separar la interface slido-aire y producir interfaces separadas aire-agua y slido-agua.

Ws/A = Yw/A + Ys/w - Ys/ACombinando con la ecuacin (1) da:

(2)

Ws/A = Yw/A (1-cos )

(3)

Como se podr observar, cuanto ms grande sea el trabajo de adhesin, ms grande ser la adhesin entre partcula y burbuja. Por lo tanto, la flotabilidad de un mineral se incrementa con el incremento del ngulo de contacto. Minerales con alto ngulo de contacto, se alta afinidad al aire que al agua. O tambin, dice con hidrofbicas.

TECNOLOGI DEdice que son aeroflicas, porque tienen una por su capacidad de rechazar el agua, se Muchos minerales, en su estado natural, no son repelentes al agua y es necesario aadir reactivos de flotacin a su superficie para volverlas hidrofbicas (o aeroflicas) y de esta manera facilitar su unin a las burbujas de aire.

Naturaleza de los reactivos de flotacinLos reactivos espumantes ayudan a suministrar razonable estabilidad a la espuma para el transporte de las partculas mineralizadas. Los reactivos reguladores se usan para controlar la flotacin, ellos activan o deprimen la accin de adhesin a las burbujas de aire. Otros, se usan para controlar el pH del sistema.

Componentes del sistemaSin embargo, para que suceda la flotacin, no solo es atributo de fenmenos fsicoqumicos, sino de un conjunto de estrategias que pueden ser clasificadas en tres grupos:

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a.

Componentes qumicos Referidos, bsicamente, a los reactivos qumicos orgnicos e inorgnicos cuya presencia activan los fenmenos fsico-qumicos, en mayor grado, y de qumica de superficie, en menor grado.

b.

Componentes operacionales Importante grupo en los que intervienen las caractersticas mineralgicas y fsicas del mineral, as como la destreza con la que se manejan las mquinas, y la calidad de los sistemas que proveen informacin del rendimiento.

c.

Ingeniera de los equipos O mejor dicho, la competividad en eficiencia y costos de la tecnologa usada.Figura 3: Componentes del sistema de flotacin

Teora del acondicionamiento.El acondicionamiento de la pulpa con reactivos es un paso importante para asegurar su dispersin y contacto con las partculas de mineral. Se mide en funcin del tiempo que requiere permanecer el reactivo en el seno de la mquina, en contacto con la pulpa, para optimizar sus atributos. El tiempo de acondicionamiento necesario para cada reactivo (por ejemplo, en la molienda,

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o alimentacin a cada una de las etapas del circuito de flotacin), se determina mediante pruebas de laboratorio. El acondicionamiento se realiza en tanques cilndricos que disponen de agitadores con un diseo especial que permiten una completa agitacin y con ello, un buen mezclado de la pulpa con el o los reactivos. El dimensionamiento de los acondicionadores (volumen y cantidad) de los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio, que evalan tiempo de acondicionamiento vs. recuperacin de valores. Es importante recordar que el acondicionamiento ayuda, adems, a reducir el nmero de celdas requeridas en un proceso de flotacin, lo que equivale a menor inversin y reduccin del costo operativo.

Cintica de la flotacin. Tiempo de flotacinA semejanza del tiempo de acondicionamiento, el mineral tiene que residir un tiempo prudencial dentro de las celdas de flotacin que conforman los bancos de flotacin de cada una de las tres etapas bsicas siguientes, con el propsito de que se realice adecuadamente la flotacin prevista en las pruebas metalrgicas. Este tiempo se denomina tiempo de flotacin y se expresa en minutos.

Etapas de la flotacin. Flotacin selectiva y gradual.La flotacin, con los propsitos de a) obtener mxima recuperacin de los valores, y b) obtener ptima calidad de concentrados, tiene que efectuarse, selectiva y gradualmente, es decir por etapas. Es selectiva, cuando de minerales polimetlicos se trata. Por ejemplo, una mena con valores sulfurados de cobre, plomo, plata y cinc, primero se flota los valores que tienen caracterstica hidrofbica natural (cobre, plomo y plata) y, luego, creando esta caracterstica a la que no lo es (el cinc). Se procede, en ambos casos, gradualmente, en tres etapas. En una primera etapa, se hace un barrido de los valores, tratando de que las espumas contengan alto contenido de valores y bajo contenido de impurezas (es la etapa rougher). En una segunda etapa, final, se hace una extraccin exhaustiva de los valores, tratando de que se pierda lo menos posible, pero sin generar demasiadas impurezas (es la etapa scavenger). En esta etapa se obtiene el relave, en el caso de los minerales monometlicos, o la cabeza para la flotacin de valores de cinc, en el caso de