Capitulo 7-Maquinas de Flotacion

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Univers idad de Concepci ón Facultad de Ingeniería Departamento Departamento de Ingenier ía Metalúrgica

Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Curso Flotación (542401) Profesor: Dr. Leopoldo Gutiérrez B. Semestre 1-2018

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CAPÍTULO 7 MÁQUINAS DE FLOTACIÓN


Máquinas de flotación

Definición Una máquina de flotación es un estanque agitado diseñado de tal forma de promover la generación de agregados partícula-burbuja y su posterior separación selectiva desde la pulpa. El objetivo global de la máquina de flotación es realizar la separación selectiva de las partículas valiosas en un sistema multicomponente de 3 fases. Una máquina de flotación debe considerar un mecanismo impulsor y estabilizador a través del cual se generan burbujas (por efecto de aire forzado o autoaspiración).

Univers idad de Concepci ón Facultad de Ingeniería Departamento de Ingenier ía Metalúrgica


Zonas de máquina de flotación (punto de vista metalúrgico)

Desde un punto de vista metalúrgico en las máquinas industriales de flotación se pueden distinguir dos zonas.



Zonas de máquina de flotación (punto de vista hidrodinámico) Zona de espuma. Las partículas adheridas a las burbujas finalmente salen de la celda como concentrado. Alguna de estas pueden retornar a la pulpa por coalescencia de burbujas. Partículas hidrofílicas también pueden salir como concentrado por arrastre mecánico. Zona tranquila. Se produce la separación de los agregados partículaburbuja para posteriormente formar una zona de espuma.

Zona de transición. Comienza la separación de los agregados partículaburbuja de la ganga. Zona de mezcla. En esta zona se producen colisiones entre partículas y burbujas producto de lo cual se generan los agregados partícula-burbuja. La zona de mezcla requiere alta agitación para lograr una alta frecuencia de colisión (especialmente importante para partículas finas).

El gran desafío existente en el diseño de una máquina de flotación radica en que en un mismo estanque se requiere una zona de alta turbulencia, para promover la colisión partícula-burbuja, y al mismo tiempo una zona tranquila que promueva separación y baja desadhesión partícula-burbuja.



Objetivos específicos de una máquina de flotación 1.

Fácil alimentación de la pulpa y en forma continua.

2.

Proveer un eficiente transporte de pulpa alimentada, concentrado y cola.

3.

Mantener las partículas minerales de la pulpa en suspensión (Zona de m ezcla).

4.

Promover el proceso de colisión y adhesión partícula-burbuja (Zona de mezcla).

5.

Separación adecuada de concentrado y relave (Zonas de transición y tranquila).

6.

Buena aireación que permita la dispersión de burbujas de aire a través de la celda.

7.

Mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo el colchón de espuma.

8.

Proveer un mecanismo de control de la altura de la pulpa y espuma, aireación de la pulpa y grado de agitación.



Generación de burbujas en máquinas de flotación Las máquinas de flotación requieren la generación de burbujas de aire (u otro gas). Existen varias tecnologías para generar estas burbujas. 1. Rompiendo mecánicamente el aire a través del uso de aspas o impulsores (celdas mecánicas, burbujas de 1-5 mm). Burbujas son generadas por rompimiento en las aspas de un impulsor que rota en forma continua. 2. Haciendo pasar aire a través de un material poroso (sparger) ( celdas neumáticas burbujas de 0.5-5 mm). 3. Succión por la acción de un jet de líquido dirigido a alta velocidad sobre una superficie líquida (celda Jameson). 4. Nucleación de burbujas desde una solución. Vacuum flotation (100 micron), dissolved air flotation (75 micron), microflotation (50 micron). 5. Por electrolisis o electroflotación. Se requiere buena conductividad y condiciones de baja turbulencia. De estos 5 métodos, por lejos el primero es el más popular.



Tipos de máquinas más usadas a nivel industrial Dentro de las máquinas de flotación destacan las celdas de flotación mecánicas y neumáticas.

Celdas de flotación mecánicas . Las burbujas son generadas rompiendo mecánicamente la corriente de aire usando impulsores o agitadores de distintos diseños. Son las más usadas en la industria.

Celdas de flotación neumáticas . Las burbujas son generadas por succión cuando se contacta fluidos a alta velocidad, por la aireación mecánica de la pulpa o inyectando aire a través de un medio poroso.


Celdas mecánicas

Concepto y clasificación En las celdas mecánicas las burbujas son generadas rompiendo mecánicamente la corriente de aire usando impulsores o agitadores de distintos diseños. El aire al romperse produce pequeñas burbujas de alta concentración cuya coalescencia es prevenida por el efecto del espumante. Dentro de las celdas mecánicas se pueden distinguir dos tipos:

Autoaspirantes. El aire ingresa producto de la succión generada por el movimiento del impulsor.

Aireación forzada. El flujo de aire se inyecta en forma controlada.


Celdas mecánicas

Partes de una celda mecánica Impulsor. Es probablemente la parte más importante de las celdas mecánicas. El impulsor está conectado a un tubo concéntrico que sirve de conducto para el ingreso de aire al interior de la pulpa. Las funciones principales del impulsor son mantener la pulpa en suspensión, circular la pulpa a través de la celda y generar y dispersar las burbujas de aire en la máquina. En el caso de celdas autoaspirantes también cumple la función de generar succión para el ingreso del aire. En general el diseño considera el uso de paletas de distintos diseños.

Estator . La función del estator es generar zonas tranquilas. Dependiendo de la posición del estator en la máquina se generan distintos patrones de flujo en la celda.

Fondo falso. El fondo falso permite una buena circulación de la pulpa en la celda lo que reduce la posibilidad de formación de embancamiento.


Celdas mecánicas

Descripción de flotación en celda mecánica

A partir de un nivel medio de la celda se tiene una zona menos turbulenta, donde el agregado burbuja-mineral hidrófobico asciende con menor probabilidad de romperse. A medida que las burbujas cargadas con partículas minerales se mueven hacia la zona del labio de la celda, estas son arrastradas hacia la zona superior de la celda por el empuje de las burbujas que vienen más abajo. De esta forma las partículas valiosas zona llevadas hacia la zona de recolección de espuma formando el concentrado.

El proceso de flotación comienza en una celda mecánica cuando el aire entra en el espacio entre el impulsor (rotor) y el estator (difusor), donde es dispersado en pequeñas burbujas generalmente de tamaños entre 1 y 3 mm. En la zona próxima al arreglo impulsor –estator existe una gran agitación de la pulpa, para favorecer el contacto partícula –burbuja.


Celdas mecánicas

Variables de diseño de celdas mecánicas Geometría. En la actualidad la mayoría de las celdas mecánicas son de geometría cilíndrica. El uso de este tipo de geometría permite reducir la presencia de zonas muertas en la celda mejorando la homogeneidad de la distribución de pulpa en la máquina. En general se usan canaletas de colección de concentrado internas para disminuir la distancia de transporte del concentrado.


Celdas mecánicas

Variables de diseño de celdas mecánicas Canaleta radial. 0

Canaleta radial


Celdas mecánicas

Variables de diseño de celdas mecánicas Tamaño. El tamaño de las celdas de flotación utilizadas a nivel industrial ha aumentado del orden de 30 veces en los últimos 40 años. Hoy en día existen celdas de flotación de 500 m 3 (TankCell® e500, Wemco SmartCell). El uso de celdas gigantes que reemplacen celdas de menor tamaño tiene ventajas operacionales como menor costo de mantenimiento, ahorro de espacio de piso, en resumen menos problemas. Además el uso de celdas de gran tamaño permite separar de mejor forma las zonas de alta turbulencia de las zonas tranquilas. TankCell ® e500 Wemco SmartCell


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda WEMCO (FLSmidth). Autoaspirante. Aire

Motor

Canaleta de concentrado Estator (faldón) Salida concentrado

de

Dispersor

Impulsor (rotor ) 0

Alimentación

Salida cola o relave


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda WEMCO (FLSmidth).

Faldón

Rotor Dispersor


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda WEMCO (FLSmidth).

0

Consisten de un rotor estrella suspendido en la pulpa dentro de un tubo de recirculación al fondo de la celda. Alrededor del rotor está instalado el dispersor como un cuello con orificios a través de los cuales pueden pasar las tres fases de material. En operación, al girar el impulsor genera un vórtice en la pulpa que se extiende desde la parte interior media del tubo cilíndrico a través del rotor, hacia abajo hasta la parte superior del tubo de recirculación. Esto en el centro del vórtice genera un vacío, lo cual succiona aire por el orificio superior de entrada hacia el interior del rotor. Este aire al circular entre las hojas del rotor se mezcla con la pulpa la cual es simultáneamente circulada por el rotor desde el fondo de la celda a través del tubo de recirculación hacia el rotor. Una vez que esta mezcla pasa por el dispersor, no existe más acción mecánica de mezclado y el conjunto de partículas flotables y burbujas de aire se separa del resto de la pulpa flotando hacia la parte superior de la celda. El faldón modifica el flujo originando una zona tranquila favorable a la formación de un colchón de espuma estable. Mientras que todos los mecanismos indicados anteriormente son interdependientes e influencian mutuamente los patrones hidrodinámicos de flotación de la celda, el rotor y el difusor son los dos elementos más importantes.


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda Outotec-Aireación forzada. Motor Aire (aireación forzada)

Canaleta de concentrado

Concentrado

Sistema rotor/estator

Alimentación Salida cola o relave


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda Outotec. Motor

Control de nivel Sistema rotor/estator

Alimentación

Salida cola o relave

Canaleta de concentrado


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda Outotec. Cuentan con un novedoso diseño del impulsor cuyo diseño se basa en principios hidrodinámicos donde el aire es insuflado a la celda a través del eje hueco del impulsor. El conductor externo y las hojas verticales en el perfil del impulsor están diseñadas para balancear el incremento de la presión hidrostática en las fuerzas dinámicas que desarrolla el impulsor al dispersar el aire. Esto sirve para atraer la pulpa desde el fondo de la celda y bombearlo fuera, para mezclarlo íntimamente con el flujo de aire disperso. Las hojas angostas del estator que rodean al impulsor convierten la verticidad tangencial y arremolinan la pulpa a un flujo radial. De ahí que estas celdas tienen una excelente característica de mezclado y puede mantener aún partículas sólidas de gran tamaño en suspensión a través del estanque.


Principales modelos Celda Outotec.

Celdas mecánicas



Celdas mecánicas



Celdas mecánicas



Celdas mecánicas


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda Dorr-Oliver-Aireación forzada (FLSmith). Motor Su diseño está basado en el comportamiento hidrodinámico de celdas prototipo probadas experimentalmente con pulpas industriales de diferentes tipos de minerales. Estas características de comportamiento incluyen una zona de alta turbulencia y mezcla en la parte inferior de la celda, ausencia de embanques de arena, una zona tranquila, una zona de enriquecimiento y una zona estable de espuma. 5-350 m3.

Sistema rotor/estator


Celdas mecánicas

Principales modelos Celda Dorr-Oliver (FLSmith).


Celdas neumáticas

Concepto y clasificación En las celdas neumáticas Celdas de flotación neumáticas. Las burbujas son generadas por succión cuando se contacta fluidos a alta velocidad (A), por la aireación mecánica de la pulpa (B) o inyectando aire a través de un medio poroso (C).

(A)

(B)


Celdas neumáticas

Concepto y clasificación En las celdas neumáticas Celdas de flotación neumáticas. Las burbujas son generadas por succión cuando se contacta fluidos a alta velocidad (A), por la aireación mecánica de la pulpa (B) o inyectando aire a través de un medio poroso (C).

(C)

Columna Canadiense-Ingreso de aire interno. Contracorriente.

Microcel-Ingreso de aire externo. Contra-corriente.


Celdas neumáticas

Principales modelos Celda Jameson (Tipo A). Celda de contacto co-corriente.

En la celda Jameson la pulpa mineral es alimentada a través de tubos verticales (Downcomer) donde se produce el contacto o mezcla aire-pulpa generando contacto partícula –burbuja. La entrada a alta velocidad de la pulpa alimentada provoca un vacío que permite la entrada de aire sin requerir de un compresor. Luego la pulpa se envía a un estanque de separación donde se produce la separación (flotación) de los agregados partícula-burbujas. Se pueden generar burbujas pequeñas de hasta 300-400


Celdas neumáticas

Principales modelos Celda Jameson (Tipo A).

Las unidades usadas en la industria incluyen varios downcomers descargando en un cámara de separación común.


Celdas neumáticas

Principales modelos Imhoflot-G Cell (Tipo A). Celda de contacto co-corriente. En la celda G-Cell la pulpa de alimentación es aireada previamente y posteriormente alimentada en forma tangencial a la celda usando varios puntos de alimentación lo que permite una separación más rápida entre las partículas de ganga y los agregados partícula-burbuja. El concentrado se recoge en la parte central superior del equipo, mientras que las colas salen por su parte central inferior. Una característica interesante de este equipo es tu bajo tiempo de residencia de alrededor de 30 segundos, comparado con las columnas que es del orden de 5-10 Puntos de minutos. alimentación, entrada tangencial


Celdas neumáticas

Principales modelos Imhoflot-G Cell (Tipo A).


Celdas neumáticas

Principales modelos Imhoflot-V Cell (Tipo A).

Cono de restricción de aire (froth crowder) permite mejorar el proceso de recuperación de espuma.


Celdas neumáticas

Principales modelos Ekof Cell (Tipo B). Celda de contacto co-corriente.



Comparación celdas mecánicas vs neumáticas MECÁNICAS

NEUMÁTICAS Ventajas

Tecnología probada ampliamente a nivel industrial, permite altas recuperaciones, instalación simple de bajo y la utilización de celdas de gran tamaño, pocas variables de operación.

Permiten generar burbujas pequeñas de hasta 400 micrones (Jameson) lo que aumenta la probabilidad de colisión partícula-burbuja. El uso de agua permite obtener concentrados de altas leyes pero con recuperaciones que pueden ser bajas (caso columnas, Jameson), alta selectividad, concentrado en una etapa, no deja de operar durante las mantenciones (Jameson).

Desventajas Es difícil obtener tamaños de burbujas Tecnología más nueva (Jameson), menores menores a 1 mm, selectividad, mantención recuperaciones, mayor inversión inicial (20-30 dificultosa ya que la celda debe dejar de % más). operar, pocas variables de operación.

Capitulo 7-Maquinas de Flotacion

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