FLOTACIÓN CON AGUA DE MAR Sergio Castro Departamento de Ingeniería Metalúrgica Universidad de Concepción Seminario Cytec Flotación 2010 (21-22 octubre-Antofagasta)
Objetivo Analizar y discutir los desarrollos recientes en relación al uso de agua de mar en la flotación de minerales sulfurados de Cu-Mo.
Objetivo Analizar y discutir los desarrollos recientes en relación al uso de agua de mar en la flotación de minerales sulfurados de Cu-Mo.
Requerimiento de agua Sólo el consumo de agua fresca en plantas concentradoras de cobre alcanza entre 0,4 a 0,8 m3 /ton de mineral. El consumo de agua total (agua fresca + agua recuperada) varía en el rango de 1,0 a 2,5 m3 /ton de mineral mineral
Desalinización del agua de mar?
El mar es la mayor reserva de agua para la industria minera en el Norte de Chile; y también en otras zonas áridas del mundo. La disyuntiva es usarla: con desalinización o uso directo?
Osmósis inversa
La osmósis inversa ofrece una tecnología efectiva para transformar agua de mar en agua dulce. Sin embargo tiene dos grandes problemas: Alto costo Producción de salmueras que pueden afectar fuertemente el medio ambiente
Agua de mar desalinizada? Se requiere realmente desalinizar el agua de mar para usarla en plantas concentradoras, o puede usarse sin desalinizar? El uso directo de agua de mar produce: 1. Corrosión e incrustación en equipos y estructuras. 2. Problemas metalúrgicos en los procesos (molienda, clasificación, flotación, espesamiento, filtración y secado).
Evaluación de la flotación con agua de mar
Un error frecuente es hacer pruebas de laboratorio aplicando las mismas condiciones empleadas con agua dulce, lo cual entrega resultados más bajos en recuperación de Cu. Esto ha llevado en ocasiones a descartar la opción de uso directo de agua de mar, concluyendo que el problema estaría en su alta salinidad; y por lo tanto la solución técnica exigiría su desalinización
Fenómenos físico-químicos Para entender mejor los fenómenos asociados a la flotación con agua de mar, se revisarán los siguientes tópicos:
Tamaño de burbuja Espumación Flotabilidad de especies minerales Consumo de cal en pulpas de flotación Química del agua de mar
TAMAÑO DE BURBUJA
Efecto del espumante sobre el tamaño de burbuja Es sabido que en flotación el rol de inhibir la coalescencia de burbujas lo desempeña el reactivo espumante. Para caracterizar los espumantes se usa el concepto de concentración crítica de coalescencia, CCC.
Evaluación gráfica de los valores de CCC para espumantes del tipo Dowfroth.
Agua de mar y coalescencia También el agua de mar es capaz de disminuir el tamaño de burbuja en ausencia de reactivos químicos. Mientras que en presencia de espumante ocurre un efecto sinérgico.
Effect of the frother MIBC on bubble size in seawater (Castro et al., 2010).
Efecto sobre el holdup de gas Si el espumante y el electrolito disminuyen el tamaño de burbuja, ambos deben aumentar el holdup de gas, (para un flujo constante de gas). Esto se demuestra en la figura, donde con 0,4M de NaCl se logra el mismo holdup que 8,5 ppm de MIBC.
Determining equivalent frother (MIBC) concentration (Jg = 0.7 cm /seg) (Quinn et al., 2007).
El electrolito reduce el tamaño de burbuja
Desde el punto de vista del tamaño de burbuja y del holdup de gas, la presencia de un electrolito a concentración adecuada, puede sustituir en gran medida al reactivo espumante en una celda de flotación.
Esto explica por qué la flotación de minerales naturalmente hidrófobos (p. ej., carbón bituminoso) se realiza en soluciones salinas (proceso conocido como salt flotation” ), y opera perfectamente sin adición de ningún espumante ni colector. “
ESPUMACIÓN
Efecto del agua de mar sobre la espumación La espumación distingue: 1.
Espuma de dos fases (dispersión de aire en una solución acuosa)
2.
Espuma de tres fases (con partículas minerales hidrofóbicas, es decir, espuma de flotación)
Efecto del KCl sobre espuma dos fases
El aumento en la concentración del electrolito KCl (0,1 y 2,0M) disminuye la altura de la capa de espuma; pero además disminuye el agua arrastrada a la espuma, p. ej., para el espumante alfa-terpineol
Effect of concentration of α-terpineol and KCl on foaming and water content carried by bubbles (Iskra and Laskowski, 1969).
Espuma de tres fases: rougher 9,0
7
8,5
6
8,0 7,5
5 m
7,0 ,
c
m c
6,5
,
á
6,0
x
ar
5,5 A
5,0
tul
m
x
im
a
a
4 mi á m ra
3 tul A
2
4,5 4,0
Agua de mar Agua dulce
3,5 3,0 8,5
9,0
9,5
Agua de mar Agua dulce
1
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
0 8.5
9.0
9.5
pH flotación rougher
10.0
pH flotación rougher
9
8 m c , a u
m
7 p s e o im x a m
6 r o s e
espesor maximo, agua dulce p s E
espesor maximo, agua de mar
5
4 8,0
10.5
8,5
9,0
9,5 pH
10,0
10,5
11,0
11.0
11.5
12.0
FLOTABILIDAD DE ESPECIES MINERALES
Flotación de calcopirita 100
80
% , n
60
ió c ar e p u c
40
e R
en agua destilada en NaCl 0.5 M en agua de mar
20
0 0
4
8
12
16
20
Concentración colector, ppm
Efecto del IsopX de sodio sobre la flotación de calcopirita.
Flotación de calcopirita 100
80
% , n
60
ói c ar e p u c
40
e R
20 en NaCl 0.5M en agua de mar 0 2
4
6
8
10
12
pH
Efecto del pH sobre la flotación de calcopirita
Flotación de calcocita 100
Distilled water
80
[NaCl]=0.5M % , 60 y r e v o c40 e R
Sea water
20
0 5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
pH
Effect of pH (adjusted by NaOH/HCl) on the flotation of chalcocite in a Halli mond tube (15 mg/L IsopX and 10 mg/L amyl alcohol) (Alvarez and Castro, 1976).
Flotación de pirita 100
80
% , 60 y r e v o c40 e R Distilled water 20
[NaCl]=0.5M Sea water 0 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
pH
Effect of pH (adjusted by NaOH/HCl) on the flotation of pyrite i n a Hallimond tube (15 mg/L IsopX and 10 mg/L amyl alcohol). (Alvarez and Castro, 1976).
Flotación de molibdenita 100
90
Sin Cal Con Cal; pH=7 Con Cal; pH=8 Con Cal; pH=9 Con Cal; pH=10
% , 2
S o
80 M n ói c a r e
70 p u c e R
60
50 0
10
20
30
40
50
60
[NaCl], g/L
Recuperación MoS2 v/s [NaCl] g/L, con 10 ppm de Xantato, 10 ppm de MIBC, a distintos pH (con Cal como regulador de pH) (Castro et al, 2007).
QUÍMICA DEL AGUA DE MAR
Composición química agua de mar
Iones Cloruro (Cl-) Sodio (Na+) Sulfato (SO42-) Magnesio (Mg2+) Calcio (Ca2+) Potasio (K+) Bicarbonato (HCO 3-) Bromuro (Br -) Borato (BO33-) Estroncio (Sr 2+) Fluoruro (F-)
Concentración ppm, (mg/kg) 19345 10752 2701 1295 416 390 145 66 27 13 1
Efecto buffer El agua de mar tiene un pH alrededor de 7,8-8,2 y presenta un marcado efecto buffer o tampón, por lo cual tiende a mantener constante el pH frente a la adición de un agente alcalinizante
CO2 + H2O € H2CO3 +
-
H2CO3 € H + HCO3 -
+
=
HCO3 € H + CO3
2
HBO3
H
3
BO 3
Consumo de cal En agua de mar se produce un mayor consumo de cal en la regulación del pH, comparado con agua dulce 12 Fresh water 25% seawater 50% seawater 75% seawater 80% seawater
10
n ot / g k
8
, n oi t p m
6
u s m o c
4
e im L
2
0 7
8
9
10
11
pH
Effect of seawater dilution on consumption of lime needed to adjust pH in the flotation of a copper
Reacciones de precipitación Reacciones de precipitación con cal: Ca(OH)2 + Mg 2+
Ca
2+
€ Mg(OH)
2
+
+
2+
Ca
-
2OH € Ca(OH)2
2-
-
Ca(OH)2 + CO3 € CaCO3 + 2OH 2-
-
Mg(OH)2 + CO3 € MgCO3 + 2OH 2-
-
Mg (OH)2 + SO4 € MgSO4 + 2OH 2-
Ca(OH)2 + SO4
+
-
2H2O € CaSO4 ·2H2 O + 2OH
FLOTACIÓN A ESCALA PLANTA PILOTO EN AGUA DE MAR (mineral Andacollo)
Condiciones de pH
El pH rougher óptimo para minerales sulfurados secundarios de cobre es más bajo comparado con el pH en agua fresca (de pH 10,5 baja a pH 8,5-9,5). El pH es crítico en etapas de limpiezas. Para minerales secundarios, la ley de Cu en concentrado cae fuertemente con el aumento del pH entre pH 9,0 y 10,5.
Pilotajes Andacollo
Para una mena secundaria constituida por calcosina y calcopirita: 1,2%Cu total y 0,1%Cu soluble. Se logró un concentrado de 30%Cu, con una recuperación de Cu de 75%. Para una mena primaria (calcopirita), con ley de 0,56%Cu y 0,08% Cu soluble, se logró un concentrado de 27%Cu y 80% de recuperación.
Mineral de Andacollo 41
95
40 90
%
39 38
f
37
d
o
ni
a
l,
36
e
35
c
o
34
e
33
L
y
n
c
n
t
ar
e n a
8.8
el
80
c n ói ar
c
75
e p u
70
32 31
,r
%
85
65 Ley concentrado final, % Recuperación cleaner, % 9.2
9.6
10.0
pH Cleaner
10.4
10.8
R
e
c
Flotación pórfido secundario Andacollo
La recuperación de Mo en flotación colectiva (kerosene al molino), llegó a 50% y 71%, para mineral secundario y primario respectivamente. La flotación selectiva Cu-Mo con el depresante LR-744 no mostró buenos resultados.
Flotación a escala industrial con agua de mar
Plantas industriales
El uso de agua de mar en plantas de flotación de la pequeña minería se remonta a la década de 1930 en Chile (Tocopilla). Entre las plantas que operan hoy con agua de mar destacan: Mediana minería: Planta Las Luces Gran Minería: Planta Esperanza 95.000 TPD (actualmente en puesta en Marcha)
Problemas metalúrgicos
Minerales con alto contenido de pirita introducen problemas de ley de concentrado; y de recuperación de Cu y Mo en etapas de limpieza, al usar cal como depresor, especialmente a pH mayor a 10,5. Activación de pirita por iones Cu2+, generados por reacciones redox que ocurren al entrar en contacto sulfuros de Cu y Fe en un medio acuoso salino (efectos galvánicos).
