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Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Metalúrgica
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Curso Flotación (542401) Profesor: Leopoldo Gutiérrez Briones Semestre 1-2015
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CAPÍTULO 7 FLOTACIÓN COLUMNAR
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Máquinas de flotación
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.
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Descripción Las columnas de flotación son celdas de flotación que caen dentro de la clasificación de celdas neumáticas, en la cual la alimentación y el flujo de burbujas se mueven en contra corriente. Se diferencian de las celdas convencionales principalmente por su geometría (relación altura/diámetro), presencia de agua de lavado, ausencia de agitación mecánica y por la presencia de un sistema de generación de burbujas. Las columnas comerciales tienen dimensiones que varían entre 9-15 m de altura y 0.5-3.0 m de diámetro.
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Descripción
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Descripción
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Descripción Dentro de las partes más importantes de una columna de flotación están las siguientes:
Sistema de inyección de aire y generación de burbujas
Sistema de adición de agua de lavado
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Inyección de aire Los dispositivos de generación de burbujas en las columnas de flotación pueden ser internos o externos. Esta denominación queda definida por la ubicación de la zona en que se forman las burbujas, esto dentro o fuera de la columna.
Generación de burbujas interna: las burbujas son generadas directamente dentro de la columna por inyección de aire a través de uno, varios o muchos orificios (tubos con orificios perforados o hechos de un material poroso); Generación de burbujas externa: las burbujas son generadas fuera de la columna para ser subsecuentemente inyectadas en la columna, la que es usada principalmente como un estanque de separación.
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Inyección de aire Generación de burbujas interna
Columna Canadiense-Ingreso de aire interno. Contracorriente.
Generación de burbujas externa
Microcel-Ingreso de aire externo. Contra-corriente.
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Inyección de aire El sistema generador de burbujas de una columna de flotación es una parte primordial en la buena operación industrial de este tipo de celdas. Este sistema debe ser capaz de generar burbujas de 0.5-2 mm de diámetro, con valores de Jg de 1-3 cm/s con valores de hold-up eg de 15-20 % (Yianatos, 2006). Los inyectores de aire internos pueden ser rígidos de materiales cerámicos o acero inoxidable o flexibles de goma perforada o tela de filtración. Sin embargo el uso de materiales flexibles puede aumentar la obstrucción de los poros.
El mecanismo de acción de los aireadores externos consiste en generar una mezcla de agua (o pulpa) y aire a presión, la cual es posteriormente inyectada a la columna a través de lanzas. Tienen la ventaja de que se pueden remover e inspeccionar para controlar su buen funcionamiento. Los aireadores externos son los más usas en las columnas industriales (Yianatos, 2005).
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Inyección de aire-externa
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Inyección de aire Entre los inyectores de aire o Spargers más usados a nivel industrial están los siguientes: Comerciales: Minnovex, SlamJet
No comerciales: Un solo orificio, varios orificios
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Inyección de aire: Minnovex El aire entra a un dispositivo cerámico de sección anular variable, que permite cambiar el tamaño de burbuja generado.
Burbujas Aire entra
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Inyección de aire: Slamjet El sistema generador de burbujas Slamjet® fue desarrollado para generar burbujas finas dentro de una columna de flotación. El sistema Slamjet® fue diseñado con una construcción simple y de fácil operación, cuenta con un diseño robusto, de baja mantención, facilidad de limpieza y tiene la ventaja que puede ser retirado para su inspección mientras la columna está en funcionamiento. Este inyector permite variar el flujo de aire y las dimensiones del orificio de inyección de aire por reemplazo de la boquilla de salida.
Burbujas
Aire entra
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Inyección de aire: No comerciales Por los altos costos de los Spargers comerciales muchas operaciones han optado por construir sus propios inyectores. Básicamente consiste en tubos de acero o material plástico a los cuales de le hacen uno o más orificios. Aire entra
Aire entra
Burbujas
Burbujas
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Sistema de adición de agua de lavado Las columnas de flotación consideran un sistema de adición de agua de lavado en la parte superior que tiene por objetivo el mejorar el grado de limpieza del concentrado. El sistema de adición de agua de lavado debe asegurar una buena dispersión del agua sobre la superficie superior de la espuma obtenida. El agua de lavado elimina partículas finas hidrofílicas de ganga que son arrastradas por el flujo ascendente de agua y sólidos.
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Sistema de adición de agua de lavado El sistema de adición de agua de lavado puede ser interno o externo. Externo: está instalado arriba de la espuma. Tiene la gran ventaja de que permite inspección visual fácil. Tiene la desventaja de que requiere mayor flujo de agua para lograr BIAS, y reduce el porcentaje de sólidos del concentrado obtenido.
Interno: está instalado 10-20 cm bajo el rebalse de concentrado. Tiene la ventaja de requerir menos flujo de agua y producir concentrados con mayor porcentaje de sólidos. Tiene la desventaja de que no permite inspección visual y los orificios se obstruyen con facilidad.
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Parámetros de diseño-Conceptos Nivel: se refiere al límite físico entre la zona de colección y la zona de limpieza (Hc). Hold-up: Es la fracción volumétrica de aire en una zona de la celda de flotación (eg).
Velocidad superficial de gas Jg: razón entre el caudal de aire Qg y el área de la sección transversal de la celda Ac en cm/s. BIAS JBIAS: fracción neta de agua de lavado que fluye a través de la espuma. También se puede expresar como cm/s.
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Parámetros de diseño-Conceptos Capacidad de levante (Carrying capacity): es la máxima velocidad de transporte y descarga de concentrado por unidad de área seccional en una columna, que se expresa en unidades de toneladas por unidad de áreea seccional por unidad de tiempo t/h/m2.
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Parámetros de diseño Parámetro
Rango
Valor de diseño
7-15
12
Diámetro de columna, m
0.5-3.0
2.5
Altura espuma, m
0.5-2.0
1.0
Velocidad superficial de gas Jg, cm/s
0.5-3.0
1.5
5-35
15
Diámetro de burbuja db, mm
0.5-2.0
1.0
Velocidad superficial de pulpa Jp, cm/s
0.2-2.0
1.0
2-3
2.5
Velocidad superficial de BIAS Jb, cm/s
0.0-0.3
0.1
Velocidad superficial de agua de lavado Jw, cm/s
0.2-1.0
0.4
Altura de columna, m
Hold-up eg, %
Capacidad de levante, t/h/m2
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Parámetros de diseño-tiempo de residencia El tiempo de residencia en una columna se calcula considerando el volumen de la zona de colección. En la siguiente tabla se señalan los parámetros de diseño típicos de una columna de flotación.
Vuc Ac H c 1 e g c QT QT
Vuc : Volumen útil para pulpa en la zona de colección QT : Flujo volumétrico de cola de flotación Ac : Área de sección transversal de la celda de flotación H c : Altura de la zona de colección e g : Hold-up de gas= volumen de aire/volumen total.
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Parámetros de diseño-tiempo de residencia Parámetro
Valor de diseño
Altura de columna, m
12
Diámetro de columna, m
2.5
Altura espuma, m
1.0
Hold-up eg, %
15
Tonelaje alimentación columna, t/h/m2
10.0
Capacidad de levante, t/h/m2
2.5
Porcentaje sólidos, %
30
Densidad de concentrado, t/m3
4.2
2
3 m QT 94.6
h
2 .5 3.14 11 1 0.15 2 c 0.485 h 29 min 94.6
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Estrategias de control operacional Las estrategias de control están orientadas a mantener la operación de la columna en forma estable y manejar las variables recuperación y ley del concentrado obtenido.
Control de nivel: se puede controlar mediante la adición de agua de lavado mientras que el flujo de cola se fija de acuerdo a los volúmenes de cola y concentrado usando la razón de BIAS como set-point.
Control de nivel: se puede controlar mediante la variación de flujo de cola usando como set-point la adición de agua de lavado.
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Parámetros metalúrgicos
Una característica interesante de las columnas es que permiten obtener concentrados de mayores leyes que las celdas convencionales para la misma recuperación.
Finch and Dobby, 1990
La adición de espumante permite aumentar la fracción de aire en la zona de colección para un mismo flujo de aire.
Finch and Dobby, 1990
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Parámetros metalúrgicos
El aumento en el flujo de aire Jg reduce el flujo de agua a través de la espuma lo que se ve reflejado en una disminución del BIAS.
Finch and Dobby, 1990
El aumento en el flujo de aire Jg mejora la recuperación en la zona de limpieza espuma (Rf). A mayor diámetro de columna (dc) baja Rf, lo mismo ocurre cuando la altura de la zona de limpieza disminuye.
Finch and Dobby, 1990
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Parámetros metalúrgicos
El aumento en el flujo de aire Jg es positivo en la recuperación global hasta cierto límite. A valores muy altos de velocidad superficial de gas, aumenta coalescencia de burbujas, desestabiliza la espuma, lo que impacta negativamente en la recuperación global.
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