Selección de espumantes

MOLY-COP ADESUR S.A. A member of the SCAW Metals Group Planta Lima: Calle Santa Rosa 110, Santa Anita. Lima, Perú Teléfono: (51-1) 362 73 25 / Fax. (51-1) 362 73 19 Planta Arequipa: Jacinto Ibáñez 131, Parque Industrial. Arequipa, Perú Teléfono: (51-54) 24 18 24 / Fax: (51-54) 23 28 55

METODOLOGIA DE EVALUACION Y SELECCIÓN DE ESPUMANTES

Por:

Levi Guzman Rivera Ing° de Aplicaciones y Jefe de

Desarrollo de Productos Químicos Moly-Cop Adesur S.A.

RESUMEN.- En la práctica, los espumantes para flotación de mienrales se seleccionan siguiendo lineamientos generales y evaluaciones a nivel laboratorio y/o pruebas en planta de planta. Los términos “enérgico”, “selectivo”, “cinético”, etc qué normalmente se usan para caracterizar los espumantes tienen mas un sustento intuitivo y/o de experiencia en lugar de un sustento científico. Moly-Cop Adesur S.A. seleccionado diferentes metodologías desarrolladas por Klimpel, RR y Isherwood S. (1991) “modificación de la estructura de los espumantes” y últimamente por Laskowski J,S (2003), índice de espumación dinámica “DFI” y Concentración critica de coalescencia “CCC”, los cuales proveen de la información necesaria para clasificar los espumantes. INTRODUCCIÓN.- El proceso de flotación de minerales requiere normalmente una gran variedad de agentes de flotación. Aunque se cree que los reactivos más importantes son los colectores, los cuales usan para dar a los minerales valiosos las características hidrofobicas, el proceso de flotación no puede aislarse de la generación de la espuma como medio de transporte. La generación de la espuma requiere de uso de reactivos denominados espumantes, los cuales se utilizan para facilitar la dispersión del aire en pequeñas burbujas y para lograr una espuma estable como medio de transporte. La dificultad de dar una clasificación científica y comprensiva de los espumantes de flotación ha sido analizada por Wrobel desde hace 50 años. Esta situación después de 50 años no es diferente y los términos “enérgico” y “selectivo” todavía se utilizan para describir las propiedades de los espumantes. Los reactivos espumantes que son comercializados, normalmente vienen con información relacionada con sus propiedades físicas y químicas como la que se detalla en la tabla 1

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TABLA No 1 CARACTERISTICA COMERCIALES DE ESPUMANTES

Propiedad DF200 DF250 DF1012 Peso Molecular 200 250 400 Viscosidad 7 12 27 Densidad 0.970 0.980 0.988 Punto de congelación C° < 50 < 50 < 50 Punto de Inflamación F° 250 285 325

La información proporcionada en la tabla 1 es importante para el manipuleo de estos productos pero no dice a nada sobre sus propiedades de flotación. Por consiguiente, algunos fabricantes proporcionan alguna información técnica adicional sobre su aplicación referiendose a los productos como “selectivos” o “enérgicos” y o “cinéticos”. METODOLOGIAS SELECCIONADAS.- a.- Efecto de la estructura del espumante sobre el tamaño de partícula.- El trabajo desarrollado por Klimpel R,R y Isherwood S. (1991) con respecto al efecto de la modificacion de la estructura de los espumantes sobre la flotabilidad del tamaño de partícula esta resumido en la figura No 1

Figura No 1 .- Influencia de la estructura del espumante sobre el tamaño de partícula.-




Esta figura muestra cómo cada una de las estructuras de los espumantes esta directamente relacionado a un rango de tamaño de partícula donde su acción será mas eficaz. De acuerdo a la figura No 1, hay tres implicancias principales; la primera implicancia es que se nota claramente que ningún espumante puede flotar el rango completo de tamaños de partículas que se encuentran en un sistema de flotación de minerales; La segunda implicancia es por necesidad obvia, de realizar una mezcla de espumantes; combinando sus propiedades y flotabilidad en diferentes tamaños de partículas, para este efecto, esta figura podría usarse como una guía de mezclado. La tercera implicancia es quizás la mas importante, ya que postula que haciendo al espumante mas hidrofóbico, es posible flotar las partículas más gruesas que normalmente son difíciles de flotar. Este último concepto viene siendo aplicado por Moly-Cop Adesur S.A. para el diseño y aplicación de los espumantes MCFROTH que vienen utilizando en la minería peruana, lo cual puede ser apreciado en la figura No 2

CAPACIDAD DE LEVANTE POR TAMAÑOS

5,00

7,00

9,00

11,00

13,00

15,00

10 35 60 85 110 135 160 185 210 235Tamaño de Particula (micrones)

% R

ecup

erac

ion

en P

eso

MIBCH508H225DF200

Figura No 2.- Efecto del tipo de espumante sobre el tamaño de particula

En la figura 2 anterior, se puede apreciar claramente el efecto sobre el tamaño de partícula, por ejemplo los espumantes MIBC y DF200 diseñados para partículas/finas medias, muestran una mejor recuperación para partículas inferiores a 100 micrones, mientras que el espumante H-225 muestra un comportamiento intermedio y el H508 diseñado para partículas gruesas muestra mejor recuperación para partículas superiores a 150 micrones.




Por ultimo si tomamos en consideración que el peso molecular de los espumantes es una propiedad química y estructural de los espumantes y analizamos el cuadro propuesto por Laskoswki, (figura No 3) podemos verificar que esta clasificación por el efecto del espumante sobre el tamaño de partícula tiene una relación directa con el peso molecular del espumante. Por ejemplo en la figura No 3 podemos observar que los reactivos mas selectivos tienen un peso molecular mas bajo (MIBC, Hexanol) y se encuentran ubicados en la zona inferior izquierda de la figura No 3, mientras que los espumantes mas enérgicos (DF400, DF1012) muestran un peso molecular mas alto.

Figura No 3.- Clasificación de espumantes por el peso Molecular b.- Cinética de Flotación.- De igual manera debido a que es muy difícil el saber porque un cambio a nivel industrial de algún parámetro es positivo en ciertos casos y negativo en otros. La mejor manera que se ha encontrado para demostrar la influencia de los diferentes parámetros es utilizar el concepto de los perfiles de la tiempo-recuperación, denominada cinética de flotación, los cuales se pueden ajustar con dos parámetros simples; es decir, una constante de primer orden (K) y un parámetro de la equilibrio-recuperación (R), denotados por la ecuación No 1.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Molecular Weight

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Cal

cula

ted

HLB

α-Terpineol

HexanolHexanol-2PO

MIBC-2POMIBC

T402

T411

DF400DF1012

DF1263

Glycerol(PO)n

CH3(C3H6O)nOH

POWERFULSELE

CTI

VE




[ ]

−−−= )exp(1)1(1 Kt

KtRRi (1)

Donde: Ri = Recuperación acumulada T = Tiempo R = Recuperación de equilibrio K = Constante de primer orden

Figura No 4.- perfiles de cinética de 2 tipos de espumantes para un mismo Mineral La figura No 4 demuestra un ejemplo típico de variación de parámetros de flotación, lo cual conduce a una modificación de los perfiles tiempo-recuperación, dando dos valores diferentes de R y de K, sobre los cuales los límites de confianza pueden ser establecidos. En los programas de evaluación del escalamiento laboratorio-planta, fue encontrado que al cambiar un cierto parámetro conduce casi siempre a una modificación de los perfiles de las curvas tiempo-recuperación. La figura 5 muestra diferentes perfiles de tiempo-recuperación para 4 diferentes tipos de espumante, se puede notar claramente las diferencias entre un espumante del tipo alcohol (MIBC)que poseen una mayor cinética de flotación comparado con uno tipo poliglicol DF200), sin embargo logran una recuperación de equilibrio similar diferenciándose




básicamente por la cinética de flotación inicial ya que ambos reactivos están diseñados para la flotación de un mismo rango de tamaños de partículas.

CINETICA FLOTACION - klimpel

0

1

23

4

5

6

78

9

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16T (min)

% R

ec P

eso

MIBC H508 H225 DF200

Figura No 5.- Perfiles de cinética para diferentes tipos de espumante c.- Indice Dinámico de Espumación y Concentración (DFI) Critica de Coalescencia (CCC).- En un reciente trabajo desarrollado por J.S. Laskwoski , se presenta una metodología para realizar una clasificación de los espumantes, basado en dos conceptos denominados DFI (Indice Dinámico de espumación ) y el CCC (concentración critica de coalescencia).

Tabla No 2 Common Name

Purity

Chemical formula

Molecular Weight g/mol

HLB

MIBC Technical CH3CHCH2CH(OH)CH 102.2 6.1 HEX Reagent C6H13OH 102.2 6.0 DF-200 Technical CH3(PO)3OH 206.29 8.0 DF-250 Technical CH3(PO)4OH 264.37 7.8

DF-1012 Technical CH3(PO)6.3OH 397.95 7.5

El DFI de los espumantes detallados en la tabla No 2, fueron determinados por J.S Laskoswki siguiendo la metodología empleada por Malysa y sus colegas (Malysa, et al); este FDI requiere la medición de tiempos de retención (rt), físicamente, el tiempo de retención, es el promedio de vida de una burbuja en el sistema (solución + espuma).




QVrt

∆∆

= (2)

el índice dinámico de espumación (DFI) queda definido por la siguiente ecuación

0→

∂∂

=CC

rtDFI (3)

El DFI puede ser gráficamente determinado de la pendiente de la parte inicial del tiempo de retención (rt) vs la concentración, tal como se menciona en las publicaciones de Laskowski.

Tabla No 3 De igual forma en el trabajo de Laskowski se muestra la determinación grafica del CCC para los diferentes espumantes evaluados, tal como se ve en la figura No 6. En esta grafica se puede apreciar claramente que el espumante MIBC requiere de una mayor concentración para lograr una mayor CCC, mientras que el espumante del tipo poliglicol DF1012 requiere de menos concentración.

Frother

DFI s.L/mol

CCC mmol/L

DFI x CCC S

MIBC HEX DEMPH DEH MPDEH (PO)1 (PO)2 DF-200 DF-250 DF-1012

34,000 33,000 290,000 94,000 170,000 5,700 35,000 196,000 208,000 267,000

0.11 0.079 0.013 0.031 0.016 0.52 0.17 0.089 0.033 0.015

3.74 2.61 3.77 2.91 2.72 2.96 5.95 18.44 6.86 4.0




Figura No 6.- Determinación del CCC para diferentes espumntes Por ultimo basado en las determinaciones del DFI y del CCC del trabajo de Laskwoski, se resume una grafica donde se realiza una clasificación de los espumantes, con una base mas ciéntifica que experimental, sin embargo la clasificación se puede considerar similar al trabajo realizado por Klimpel, ya que obtienen un agrupamiento similar.

Figura No 7.- Grafico DFI-CCC para clasificación de los espumantes

0 0.2 0.4 0.6 CCC (mmol/L)

0

100000

200000

300000

DFI (s

.L/m

ol)

DF1012

DF250 DF200

MIBC (PO)1(PO)2

MPDEX

DEMPH

DEH

HEX

0 0.1 0.2 0.3 0.4Concentration (mmol/L)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Sau

ter D

iamet

er (m

m)

DF200DF250DF1012MIBC

CCC for DF200

CCC for DF250

CCC forDF1012

CCC for MIBC




La Figura No 7, muestra el diagrama DFI-CCC donde los espumantes denominados enérgicos (DF1012, DEMPH) se encuentran ubicados en la parte superior izquierda del grafico, mientras que los espumantes mas selectivos (MIBC, Hexanol, etc) se encuentran en la parte inferior derecha. Cabe anotar que un caso especial es el espumante DF200, el cual ha mostrado un efecto intermedio, lo cual no coincide con la realidad práctica; la verificación de la información obtenida con el DF200 deberá ser revisada para su correcta identificación. CONCLUSIONES.- Las metodologías presentadas en este trabajo para la selección de espumantes, mas que recomendar una de ellas, quiere incentivar al lector la profundización en la investigación de las mismas, lo cual puede llevar a obtener una metodología lo suficientemente confiable para la selección de espumantes. Por otro lado no hay duda que los trabajos desarrollados básicamente por Klimpel y Laskoswki, tienen una gran semejanza en los resultados obtenidos, ya que en ambos metodologías los espumantes enérgicos son clasificados de manera similar y los selectivos de igual forma. Por aspectos prácticos, Moly-Cop Adesur ha seleccionado la metodología desarrollada por Klimpel para la selección y diseño de espumantes para la flotación de minerales, ya que ha permitido desarrollar la serie de espumantes MCFROTH™ que han demostrado su aplicación a nivel industrial. Bibliografía.- Benavente H, Guzmán, L, (2004), reportes internos de evaluación de espumantes, Moly-Cop Adesur S.A Cho, Y.S., Laskowski, J.S. (2002a). Effect of flotation frothers on bubble size and foam stability. Int. J. Min. Proc., vol 64, pp 69-80. Cho, Y.S., Laskowski, J.S. (2002b). Bubble coalescence and its effect on bubble size and foam stability. Canadian J. Chem. Eng., vol 80, pp 299-305. Czarnecki, J., Malysa, K., Pomianowski, A. (1982). Dynamic frothability index. J. Coll. Interf. Sci., Vol 86, pp. 570-572. Klimpel, R.R., Hansen, R.D. (1988). Frothers. Reagents in Mineral Technology (P. Somasundaran and B.M. Moudgil, eds.), Marcel Dekker, pp. 385-409. Klimpel, R.R., Isherwood, S. (1991). Some industrial implications of changing frother chemical structure. Int. J. Min. Proc., vol 33, pp 369-381. Laskowski, J.S. (1993). Frothers and flotation froth. Min. Proc. & Extractive Metal. Review, Vol 12, pp 61-89.




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