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Universid ad de Concepc ión Facultad de Ingeniería Departamento de Ing eniería Metalúrgica

Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Curso Flotación (542401) Profesor: Leopoldo Gutiérrez Briones Semestre 1-2014

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CAPÍTULO 3 REACTIVOS DE FLOTACIÓN

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CAPÍTULO 3 REACTIVOS DE FLOTACIÓN


Flotación

Conceptualización Par tíc u la s hidrofóbicas

Par tíc u la s hi dr of íli ca s

La flotación consiste en la adhesión selectiva de partículas valiosas hidrofóbicas a burbujas de gas, producto de lo cual se forman agregados partícula-burbuja lo cuales por su baja densidad aparente respecto de la pulpa, flotan formando una corriente de alta ley en el elemento de valor llamada concentrado.

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Flotación

Conceptualización

Proceso Termodinámico

Flotación de Minerales

Proceso Cinético, Físico

Reactivos Químicos Mineralogía , Química de Superficies

Máquina de Flotación

Flotación


Conceptualización Aire

Concentrado

Drenaje

Espuma Transporte a zona de espum a

Arrastre

Des adh esi ón par tícu la- burbuja

Burbujas

Pulpa Ad hes ión p artícu la- burbuja

Aire u otro gas

Mineral+agua


Flotación

Conceptualización

-Mineralogía -Presencia de arcillas


Flotación

Reactivos de flotación El proceso de flotación requiere el uso de reactivos químicos: colectores, espumantes, modificadores (activadores, depresores, modificadores de pH). : permiten inducir hidrofobicidad en partículas minerales. Colectores E s p u m a n t e s : aumentan el área de contacto burbuja-partícula, estabilizan la espuma

y reducen el tiempo de inducción (adhesión partícula-burbuja).

Modificadores : permiten manejar las condiciones físico-químicas del sistema para

mejorar la eficiencia del proceso de flotación.


Colectores

Reactivos de flotación



Colectores: adsorción

El extremo polar de las moléculas de colector se adsorbe sobre las superficies de las partículas hidrofílicas, eliminando los sitios iónicos que interactuan con el agua. De esta forma el extremo no polar o hidrofóbico queda expuesto hacia afuera generando un recubrimiento hidrofóbico (recubrimiento colector). De esta forma la partícula pasa a comportarse como una partícula hidrofóbica.



Colectores: adsorción en doble capa

Si se sobredosifica el colector, los extremos no polares hidrofóbicos interactúan a través de fuerzas hidrofóbicas, formándose una doble capa de adsorción. En este caso el extremo polar o hidrofílico de las moléculas queda expuesto hacia afuera generando un recubrimiento hidrofílico , lo que origina una baja en recuperación.



Colectores: adsorción en doble capa



Colectores ionizables catiónicos (Aminas)

R  NH 2 

Aminas primaria

R1 R2 NH

Aminas secundaria

R1 R2 R3 N

Aminas terciaria



Colectores ionizables catiónicos (Aminas) Las aminas primarias se pueden ver como derivados del amoniaco (NH 3) con un átomo de hidrógeno remplazado por un radical (R). La formula general es la siguiente:

R  NH 2

Donde

R  Cn H 2n1

( n  10 )

En medio acuoso reaccionan con ácidos formando sales. Se adsorben sobre las partículas minerales a través de interacciones electroestáticas. Caso flotación KCl en salmueras.



R  NH 2  H R  NH 2  HCl







R  NH 3 

R  NH 3  Cl





Colectores ionizables catiónicos (Aminas) Las aminas primarias se usan en la flotación catiónica de minerales tipo óxidos (cuarzo, hematita), sales de KCl.

Colectores de cadena larga (R) son mucho más potentes.

Flotación de SiO 2 usando aminas prim arias de largo de cadena (R) variables a p H 7 (Fuersten au et al., 1964)



Colectores ionizables catiónicos (Aminas) A valores de pH sobre 7 cuando el potencial zeta de la goethita es negativo la eficiencia de la flotación es alta con aminas (colector catiónico) y baja con sulfatos y sulfonatos (colectores aniónicos). A valores de pH bajo 7 cuando el potencial zeta de la goethita es positivo las aminas no se adsorben y por lo tanto la flotación no es eficiente. A valores de pH bajos la adsorción de colectores aniónicos es alta.

Potencial zeta y flotación de goethita ( -FeO(OH)) usando aminas primarias y colectores tipo sulfatos, sulfon atos (aniónico s) (Iwasaki et al., 1960)



Colectores ionizables catiónicos (Aminas)

Punto is oe lé ct ri co (iep)

Potencial zeta alumin a (Al ) 2 O 3 en K B r y K NO 3 . El p un to is oel é ct ric o (iep ) de la alúmin a es 8.8-9.

Flotación de alumina (Al 2 O ) 3 u san d o am in as p rim ar ia s y colectores tipo sulfatos (aniónicos) (Modi and Fuerstenau, 1960). El pu nto is oelé ct ric o (iep ) de la al úmi na es 8.8-9.



Colectores aniónicos (Ácidos Grasos-Fatty Acids) Los ácidos grasos son ácidos carboxilicos con una cadena hidrocarbonada larga. La formula general es la siguiente: R  COOH

Donde

R  Cn H 2n1

( n  11)

saturados

R  Cn H 2n1

( n  11)

no saturados

Nombre Ácido

Fórmula

Laurico

CH3(CH2)10CO2H

Mirístico

CH3(CH2)12CO2H

Palmitico

CH3(CH2)14CO2H

Palmitoleico

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H

Esteárico

CH3(CH2)16CO2H

Oleico

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H

Linoleico

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6CO2H

El ácido oleico es muy usado como colector aniónico. El anión oleato (CH3(CH2)7CH=CH(CH 2)7CO2) forma compuestos insolubles con el calcio de las apatitas (fosfatos). Estos compuestos muestran propiedades hidrofóbicas. El mecanismo de adsorción es químico.



Colectores aniónicos (Ácidos Grasos-Fatty Acids) Ácido carboxílicos y sus sales



Colectores aniónicos (Ácidos Grasos-Fatty Acids)

Colectores de cadena larga (R) son mucho más potentes.

Flotaci ón de calcita en fun ción de la co ncen tración d e ácid o gras o a pH 9.7 (Fuers tenau an d Mil ler, 1967).



Colectores aniónicos (Xantatos)

Los xantatos y sus derivados son muy usados en la flotación de minerales de cobre. Tienen grupos polares y cadena hidrocarbonada corta. Los xantatos son derivados del ácido xántico.



Espumantes Los espumantes tienen una distribución dispareja de grupos polares (interactúan con el agua) y grupos no polares que permiten la orientación preferencial en la interface agua/aire.



Espumantes Muy usados en la actualidad. Mezclas de alcoholes con 6-8 carbones. Muy poco solubles en agua. Permiten un buen control del tamaño de burbuja (Elmahdy and Finch, 2013).

Usados en los inicios de la flotación. Producidos de resinas de pino. Funcionan bien en el procesamiento de minerales arcillosos. En la flotación de minerales de metales base y cobre porfídico se usan en conjunto con alcoholes alifáticos. Lamentablemente hoy su disponibilidad es limitada. Usados al principio pero tóxicos.

Muy usados en la actualidad. Muy solubles. Generan espumas más estables que los alcoholes (Elmahdy and Finch, 2013).



Espumantes: caracterización de espumantes Los espumantes se pueden caracterizar utilizando varias técnicas entre las que se pueden mencionar las siguientes:  Mediciones de tensión superficial y concentración crítica micelar  Índice de espumabilidad dinámica (DFI)  Mediciones de distribución de tamaño de burbujas y concentración crítica de coalescencia (ccc)  Mediciones de tiempo de inducción



Espumantes Addi son et al., 1945.

Ast on et al., 1983.

El espumante produce una disminución de la tensión superficial del agua. La magnitud de esta disminución se puede usar para estimar la potencia del espumante. Espumantes potentes producen una baja considerable de la tensión superficial del agua a bajas dosis.



Espumantes: concentración crítica micelar

La concentración crítica micelar corresponde a la concentración a la cual las moléculas de espumante comienzan a formar micelas. Las micelas son agregados de moléculas de espumante originados por la acción de las interacciones hidrofóbicas de la parte no polar de las moléculas. Adiciones de espumante sobre cmc no producen una disminución adicional de la tensión superficial. Mientras menor es el valor cmc más potente es el espumante.



Espumantes: concentración crítica micelar Bajo cmc la relación entre concentración de surfactante y tensión superficial está dada por la ecuación de Gibbs:

 s  

1

d

2RT d ln c



c

d

2RT dc

 s : densidad de adsorción de surfactante (espumante) en la interface aire/agua c

(mol/m2) : concentración de surfactante (espumante) en solución (mol/m 3)

R

: constante universal de los gases (J/(mol*K))

T : temperatura (K)



Espumantes: índice de espumabilidad dinámica (DFI)

(1)

(2)

El índice de espumabilidad dinámica DFI se determina a través de pruebas de espumabilidad en una columna. En estas pruebas se mide en dos fases el volumen de gas en una columna de vidrio en función del flujo de aire inyectado (Figura 1). Luego se calculan los tiempos de retención ( rt ) para cada concentración de espumante (c ) los cuales se grafican (Figura 2). El DFI es el valor de la pendiente de la curva rt versus c cuando c tiende a cero. La ventaja de este método respecto de las mediciones de tensión superficial es que este es un test dinámico (la flotación es un proceso dinámico).



Espumantes: indice de espumabilidad dinámica (DFI) Espumante

rt, s

DFI, s*dm3 /mol

MIBC

13.1

35786

n-hexanol

38.3

42748

DF-200

-

196000

DF250

-

208000

DF-400

72.8

802142

DF-1012

-

267000

Laskow ski, 2003, IMPC Cape Town Sweet et al., 1997

Un valor de DFI alto quiere decir que el espumante produce un volumen alto de espuma a bajas concentraciones. Un tiempo de retención alto significa que la espuma es persistente.



Espumantes: tamaño de burbujas

La determinación de la distribución de tamaño de burbujas permite caracterizar distintos espumantes. En general se pretende usar espumantes que generen distribuciones de tamaño de burbujas más finas, especialmente para mejorar la



Espumantes: concentración crítica coalescencia (ccc)

La concentración crítica de coalescencia es la concentración límite después de la cual el diámetro de burbuja no disminuye. A condiciones hidrodinámicas constantes (flujo de aire, velocidad de agitación del rotor) no tiene sentido trabajar a valores de concentración de espumantes mayores a ccc. A valores sobre ccc sólo las condiciones hidrodinámicas afectan el tamaño de burbujas.



Espumantes: tamaño de burbujas

Elmahdy and Finch, 2013.

El espumante DF 250 es mucho más potente que el MIBC en reducir el tamaño de burbuja.

Elmahdy and Finch, 2013.

El espumante F 150 genera una altura de espuma mucho mayor que el Pentanol (alcohol). Los espumantes tipo poliglicol generan espumas más persistentes que los alcoholes. Los alcoholes permiten un mejor control del tamaño de burbuja.



Espumantes Los espumantes también producen una disminución del tiempo de inducción.

El tiempo de inducción ( ti) se define como el tiempo mínimo necesario para romper el film líquido existente entre partículaburbuja hasta que se produzca adhesión entre ambas fases.



Espumantes

La adhesión partícula-burbuja se produce cuando se cumple la relación:

t i  t colisión



Espumantes Otras funciones del espumante son las siguientes: 

Debe ser capaz de producir una espuma de comportamiento reológico tal que permita alta movilidad, crecimiento y fácil evacuación desde la máquina de flotación. Esto para evitar subir el nivel de la pulpa y contaminar el concentrado.



No debe tener un efecto colector de ganga (aceite de pino).



La operación industrial debe siempre considerar la acción del colector como posible causa de problemas de recuperación y eficiencia del proceso de flotación.



Modificadores 1) Reguladores de pH a) Cal (CaO) 2    H 2O CaO  H  Ca

b) Hidróxido de sodio (NaOH)  NaOH  Na  OH



c) Carbonato de sodio (Na 2CO3) CO

2

3



 H 2O  HCO3  OH



c) Ácidos fuertes (HCl, H2SO4). Para bajar pH. Reaccionan con los minerales.



Modificadores 2) Dispersantes a) Inorgánicos

Solubles en agua: poli fosfatos (PnO3n+1)(n+2)-, poli silicatos (mNa2nSiO2). Estos silicatos y fosfatos también hidrolizan y aumentan el pH. b) Orgánicos

Polisacáridos (dextrina, almidones, celulosas, gums), plifenoles, poliacrilatos. Los dispersantes orgánicos para que funcionen como dispersantes tienen que tener un peso molecular menor a 250.000. En caso contrario funcionan como floculantes.



Modificadores 3) Depresantes a) Inorgánicos: previenen que los colectores interactúen con los minerales

-Iones polivalentes como Ca y Mg. NaHS depresa CuFeS2 en la flotación Cu-Mo. -Silicatos: se usa en flotación de fosfatos para depresar arcillas carbonatadas. -Cianuros: depresa la flotación de sulfuros b) Orgánicos: actúan induciendo hidrofilicidad en partículas hidrofóbicas

Polisacáridos, ácidos húmicos .

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