UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DE CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA E ING. QUÍMICA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA
REACTIVOS DE FLOTACIÓN DE MINERALES CUSCO – PERÚ 2010
REACTIVOS DE FLOTACIÓN DE MINERALES
Los reac Los reacttivos de flotación es el componente y la variable más importante del proceso de flotación debido a que este proceso no puede efectuarse sin los reactivos, que cumplen determinados funciones como la separación de minerales valiosos de la ganga.
CLASIFICACIÓN DE REACTIVOS DE FLOTACIÓN Los reactivos de flotación se clasifican en tres grupos principales. Estos reactivos son: a. Los colectores: es la de proporcionar propiedades hidrofóbicas a
las superficies de los minerales. b. Los modifica modificadores dores:: so son n las las que que regu regula lan n las las cond condic icio ione ness de funcionamiento de los colectores, así aumentando su selectividad. que permite permite formaci formación ón de una espuma espuma c. Los espumantes: es la que estable
1. LOS COLECTORES Un cole colect ctor or es una una sust sustan anci cia a norm normal alme ment nte e orgá orgáni nica ca de ca cará ráct cter er heteropolar que forma una superficie de tipo hidrocarbonado sobre una part partíícul cula minera nerall conte onteni nida da en una una pul pulpa ac acuo uosa sa.. El carác arácte terr hidrocarbonado viene condicionado por ser éstos los únicos que flotan. Las interfaces solido – líquido y líquido – gas son de gran importancia en la formación de un contacto estable, y es precisamente la función de un cole colect ctor or de infl influi uirl rlas as en la dire direcc cció ión n dese deseada ada.. La adso adsorc rció ión n (es (es la acumulación de una sustancia disuelta en un sólido) de un colector sobre la superfic superficie ie de un mineral mineral es favoreci favorecida da por un bajo potencial potencial electrocinética una vez que se efectúa, disminuye en forma notable la capa hidratada del mineral creando las condiciones favorables para su unión con las burbujas de aire. Los colectores se clasifican en dos grandes grupos: • •
Colectores aniónicos Colectores catiónicos
1.1. COLECTORES ANIONICOS Los colectores anionicos anionicos a su vez se clasifican en en dos tipos: colectores tipo thiol y colectores colectores tipo oxidrilicos. oxidrilicos. 1.1.1. COLECTORES TIPO THIOL:
En estos colectores el grupo polar contiene azufre bivalente, el que normalmente se utiliza para flotar sulfuros. Dentro de este tipo de colectores los más importantes son: los XANTATOS y DITIOFOSFATOS. Le sigue en importancia la TIOCARBANILIDA y MERCAPTOBENZOTIAZOL, usados en algunos casos como colectores de refuerzo, y luego están los de menor uso actual que son los XANTOGENADOS (minerac).
A). XANTATOS
La palabra Xantato proviene del vocablo griego “XANTOS” que significa amarillo que son usados como reactivos de flotación. Son colectores muy poderosos fabricados a partir de 3 elementos: bisulfuro de carbono, un álcali (potasa o soda cáustica) y un alcohol (metanol, etanol, etc.). Se producen comercialmente de alcoholes que tienen entre 2 y 6 átomos de carbono. Generalmente los xantatos que contienen más de 6 átomos de carbono no son tan efectivos como aquellos producidos de alcoholes con cadena de carbono más cortas. Bajo condiciones favorables, los xantatos son promotores excelentes para todos los minerales sulfurosos. En ausencia de agentes modificadores, su acción es esencialmente no selectiva. Todos los xantatos son de color amarillo o anaranjado claro, en forma de polvo o en pequeños cristales altamente solubles en agua que se produce una reacción endotermica, no suelen ser explosivos, pero arden con la misma intensidad que el azufre. Se descomponen fácilmente con el tiempo, en especial cuando están disueltos en agua. No son selectivos de un modo especial, ya que promueven la flotación de todos los sulfuros indiferentemente, no obstante, en proporciones reducidas, hacen flotar primero los sulfuros más susceptibles, pero si se usa en exceso, flotarán también los elementos indeseables, por ello, en la
flotación diferencial o selectiva, los xantatos se usan selectivamente pudiendo trabajar en circuitos alcalinos o ácidos, siendo mejor su rendimiento a pH mayor de 7. Las soluciones de xantatos se pueden preparar hasta un 35 % de concentración y son sencillas de realizar. El método de preparación de los xantatos alcalinos, de sodio o potasio, consiste en la disolución de un hidróxido alcalino en el alcohol alquílico apropiado, seguido por una adición de bisulfuro de carbono al metal – alcoholato y las reacciones son:
Como resultado de estas reacciones se producen sales de color amarillo, solubles en agua y de gran estabilidad en ella. El nombre del xantato depende del alcohol y el metal de hidróxido alcalino empleado. Los xantatos son compuestos heteropolares que contienen un grupo funcional inorgánico, iónico, unido a una cadena de hidrocarburos, no iónico. En medio acuoso el xantato se disocia en iones xantato e iones del metal alcalino que lo forma como en siguiente reacción.
Los xantatos de metales alcalinos y alcalinotérreos son solubles en agua, en cambio los xantatos de metales pesados tienen solubilidad limitada en soluciones acuosas.
Tipos de Xantatos •
Xantato etílico de sodio
R = etil
CH3 – CH2 – O – C
S SNa
El xantato etílico de sodio es el más débil, pero es el producto más selectivo de los xantatos. Este reactivo es usado frecuentemente en minerales complejos donde se requiere el grado más alto de selectividad. Su aplicación es en la separación de plomo – zinc por el método de flotación su empleo puede ser solo con agentes modificadores o en combinación con ditiofosfatos para efectuar la separación deseada. Las dosificaciones requeridas dependerán de las condiciones metalúrgicas del circuito y generalmente en un rango de 20 – 160 g/ton. •
Xantato isopropilico de sodio
R = isopropil
CH3
CH2 – O – C CH3
S SNa
Este xantato es más empleado en la flotación de minerales sulfurosos, debido principalmente a su bajo costo. Se emplea en gran escala en la flotación de cobre plomo y zinc. Las dosificaciones de este reactivo están en un rango de 20 – 160g/ ton.
•
Xantato isobutilico de sodio
R = isobutilico
CH3 CH3
CH2 – CH2 – O – C
S SNa
El xantato isobutilico de sodio es un colector más fuerte que los precedentes, pero tiene la inconveniencia de ser menos selectivo en contra de las piritas y otros sulfuros. Este reactivo se usa generalmente en sulfuros complejos y también puedes ser usado solo, con agentes modificadores o en combinación con otros colectores como ditiofosfatos, tiocarbamatos o ditiocarbamatos. La dosificación de este reactivo es en un rango de 20 – 160g/ton.
•
Xantato amílico de potasio R = amil
Es el colector más fuerte y es el menos selectivo. Este reactivo es empleada generalmente en la etapa rougher o en circuitos de flotación scavenger donde se deseen altas recuperaciones. Este producto puede ser empleada solo o en combinación con otros colectores. El rango de dosificación está entre 20 – 160 g/ton. El xantato amílico de potasio es el preferido para la recuperación de los minerales oxidados de plomo y cobre después de la sulfurizacion. •
Xantato etílico de potasio
R = etil El xantato etílico de potasio es un reactivo débil pero muy selectiva. Este reactivo es utilizado en minerales complejos donde se requiere un alto grado de selectividad. Es usada con más frecuencia para los minerales de plomo – zinc ya sea solo o con otros agentes modificadores o en combinación con otros colectores. El rango de dosificación está entre 20 – 160g/ton.
XANTATOS COMERCIALES NOMBRE DE REACTIVO Etil Xantato Potasico Etil xantato sódico Propil Xantato Potasico Propil Xantato Sodico
AMERICAN CYANAMID 303 325
DOW CHEMICAL Z–3 Z–4
HOECHST X X
Isopropil Xantato Potasico
322
Z–9
X
Isopropil Xantato Sodico
345
Z – 11
X
Butil Xantato Potasico
Z–7
X
Butil Xantato Sodico Isobutil Xantato Sodico
Z – 14
Butil Xantato Potasico Secundario Butil Xantato Sodico Secundario Amil Xantato Potasico
Z–8 301
Z – 12
X
350
Z–6
X
Amil Xantato Sodico Amil Xantato Potasico Secundario Amil Xantato Sodico secundario Hexil xantato Potasico
X Z–5
Z – 10
X
Hexil Xantato Sodico
B). DITIOFOSFATOS
También denominados aerofloats son esteres secundarios del acido ditiofosforico y se preparan haciendo reaccionar pentasulfuro de fosforo y alcoholes. Como el acido ditiofosforico se hidroliza fácilmente, igual que en el caso de los xantatos, es necesario usar alcoholatos para obtener las sales en vez de los ácidos. De esta manera, la reacción fundamental para la producción de los ditiofosfatos es:
Donde R es el radical alquilo de alcohol o radical arilo de fenol.
La estructura de estos compuestos puede ser representado por formula general:
la
Siendo R el radical hidrocarburo aromático o alifático y Me, átomos de hidrogeno o metal alcalino. Los ácidos diaril y dialquilditiofosforicos son líquidos con buena solubilidad en soluciones acuosas.
EL AEROFLOAT LÍQUIDO: El ácido fosfocresílico o dicrosildithiofosfórico es un compuesto fabricado por la American Cyanamid Co. (Cytec) Y que se comercializa bajo la denominación Aerofloat. Los aerofloats no exigen una dosificación tan exacta como los xantatos, de manera que un ligero exceso r es excesivamente perjudicial para la flotación. Además tienen poca selectividad sobre la pirita y se emplean para seleccionar otros sulfuros metálicos sin levantar la pirita. Se les suele utilizar con preferencia a la THIOCARBANILIDA, excepto cuando el sulfuro a flotar es la galena. Los aerofloats pueden trabajar en un circuito alcalino, pero son más efectivos en un circuito neutro. En caso de circuitos ácidos, son preferibles a los xantatos, pues éstos podrían descomponerse en dicho medio. El aerofloat líquido es muy corrosivo para los metales, además produce cierta cantidad de espuma en la pulpa lo que puede ser perjudicial cuando hay que usarlo en una pulpa que ya tiene espumante, provocando un exceso dañino. Los promotores aerofloat 15, 25, 31, 33, 242 son, básicamente acidos aril – ditiofosforicos. Los promotores aerofloat 31, 33, 242 contienen, además, una pequeña cantidad de un promotor secundario de solubilidad limitada. Los promotores aerofloat 135 y 194 son de distinta composición química y a diferencia de los demás aerofloats, fueron desarrollados específicamente para flotación en circuitos ácidos. •
Aerofloat 15 El promotor aerofloat 15 solo, o en combinación con promotores aerofloat (secos) o Xantatos aero, es un promotor efectivo para sulfuros de plata, cobre, plomo y zinc, cuya flotación promueve selectivamente en presencia de sulfuros de hierro en un circuito
alcalino. También es valioso como promotores secundarios y espumante primario en la flotación de menas de oro. •
Aerofloat 25 El aerofloat 25 es ampliamente usado como un promotor efectivo para minerales sulfurosos de plata, cobre, plomo y zinc. Generalmente no flotan fácilmente los minerales sulfurosos de hierro en un circuito alcalino. En un circuito acido o neutro es un promotor espumante fuerte y no selectivo para todos los sulfuros. Algunos investigadores han encontrado que tanto el aerofloat 15 como el 25, son útiles en la recuperación de sulfuros de cobre, plomo y zinc muy finamente molidos. Los promotores aerofloat 15 y 25 también han hallado aplicaciones en la flotación de arena para vidrio, donde su principal función es la de estabilizar la espuma.
•
Aerofloat 31 El promotor aerofloat 31 combinado con el promotor aerofloat 25, se emplea principalmente en la flotación de sulfuros de plomo y plata. Es también muy adecuado para la flotación de menas oxidadas de oro y menas de sulfuro de cobre argentífero. Los promotores aerofloat 31 y 242 son los mejores promotores para los minerales de plata.
•
Aerofloat 33 El promotor aerofloat 33 se usa principalmente en la flotación de galena. También se usa como colector de oro y cobre metálico así como sulfuros de cobre. Es ligeramente más fuerte y menos selectivo que el promotor aerofloat 31. Promueve la flotación de partículas de minerales no liberados asi como partículas gruesas de sulfuros liberados.
•
Aerofloat 242 El promotor aerofloat 242 es el más selectivo del resto de promotores aerofloat líquidos. Es un promotor fuerte y ha encontrado gran aceptación particularmente en la flotación de sulfuros de plomo y cobre, en la presencia de sulfuros de esfalerita y hierro, donde la selectividad hacia estos últimos sulfuros representa un problema serio. Es un promotor de acción rápida y muy adecuada para la alimentación por etapas en los circuitos de flotación.
Al preparar soluciones acuosas de este reactivo el procedimiento adecuado es añadir agua al aerofloat 242. En ningún caso deberá permitir que la concentración de la solución descienda a menos de 10% antes de alimentarse al circuito. •
Aerofloat 194 Este colector fue desarrollado específicamente para la flotación de sulfuros y cobre metálico en circuitos ácidos, tales como LPF (lixiviación – precipitación - flotación), a niveles de pH de 4 a 7. Es un colector de tipo parcialmente oleoso, fácilmente dispersible en agua mediante una agitación vigorosa. La dispersión no es estable y se recomienda alimentarla sin dilución posterior al circuito de molienda, acondicionador y a la flotación. El aerofloat 194 debe probarse en dosis que varian entre 0.01 a 0.10 libras por tonelada de mena. Las dispersiones de de aerofloat 194, al permanecer sin movimiento durante largos periodos, pueden presentar sedimentos de precipitado coloidal.
•
Aerofloat 135 El aerofloat 135 fue desarrollado para la flotación en medios ácidos, donde funciona esencialmente como promotor conjuntivo de los sulfuros. Es un buen colector para sulfuros de cobre y cobre metálico. Debido a que el aerofloat 135 es un liquido oleos, de limitada solubilidad en agua, se prefiere alimentarlo al molino de bolas o barras, o al acondicionador. Tiende a hidrolizarse en presencia de agua y por lo tanto no se recomienda alimentarlo como emulsión, si esta ha de almacenarse durante cualquier periodo de tiempo. Las dosis recomendadas varían entre 0.01 a 0.10 libras por tonelada de mena
EL AEROFLOAT SÓLlDO (SECOS): Los promotores de aerofloat son sales de acido alquilo ditiofosforico que fueron desarrollados originalmente para cubrir las necesidad de promotores aerofloat que tuvieran pocas o ningunas características espumantes, se emplea extensamente en la flotación de menas de cobre – plomo – zinc. Para evitar los inconvenientes del aerofloat líquido, se fabrica también el aerofloat de Sodio, que es sólido y soluble en el agua. Su acción no es tan poderosa como, promotor, pero suele emplearse junto a los xantatos de etilo para la flotación de minerales que contienen piritas, cuando por alguna de las razones expuestas, el aerofloat líquido no es conveniente. Se suelen comercializar variantes con selectividad especial para cada tipo de mineral.
Estos reactivos son prácticamente no espumantes y solubles en agua. Habitualmente se alimentan a los circuitos de flotación en soluciones acuosas de 5 a 20%. En general y principalmente debido a su selectividad hacia los sulfuros de hierro, los promotores aerofloat secos pueden usarse con menor alcalinidad que los xantatos para obtener resultados óptimos, especialmente en presencia de sulfuro de hierro y de sulfuro de cobalto y níquel. A continuación describiremos cada una de los colectores aerofloat secos.
•
Sodium aerofloat (ditiofosfato – dietilico de sodio) Este promotor se utiliza en la flotación de zinc, particularmente cuando se desea selectividad con respecto a la pirita u otros sulfuros de hierro. El sodium aerofloat es un colector eficaz y selectivo de zinc. También es empleada en la flotación de minerales sulfurosos de cobre, especialmente ante la presencia de pirita, a la que no promueve activamente, del Sodium aerofloat no es colector de galena.
•
Aerofloat 208 (Ditiofosfato – dibutilico secundario de sodio y dietílico de sodio) Este promotor es más fuerte que a diferencia de promotor Sodium aerofloat y su mayor aplicación se encuentra en la flotación de menas de oro, plata y cobre. Es uno de los mejores promotores desarrollados para metálicos, tales como el oro, cobre y plata. Este reactivo, con frecuencia combinado con el xantato aero 301, es un promotor ideal para menas de oro. En aquellos casos en que el oro se presenta de forma libre y en parte asociado con la pirita y otros sulfurosos se usa extensamente al combinación de aerofloat 208 y Xantato aero 301, en ocasiones también con aerofloat 15 como promotor suplementario y principal o único espumante. El aerofloat 208 también es un colector eficaz para la calcopirita, bornita y covelita.
•
Aerofloat 211 (Ditiofosfato – diisopropilico de sodio)
Este reactivo es más fuerte que el Sodium aerofloat y similar, se usa en la flotación de esfalerita y la flotación de marmatita, donde es importante la selectividad hacia la pirita. •
Aerofloat 238 (Ditiofosfato – dibutilico secundario de sodio) Este reactivo se asemeja al aerofloat 208, por lo tanto es un colector eficaz para el oro y para menas con sulfuro de plata, cobre y zinc. No es un buen colector de galena, al igual que los promotores aerofloat ya mencionados, tiene una considerable selectividad con respecto a la pirita en circuito alcalino. Este reactivo es un promotor excelente para sulfuros de cobre y es especialmente útil en la flotación de calcopirita en presencia de pirita cuando se desea la selectividad.
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Aerofloat 243 (Ditiofosfato – diisopropilico de sodio) Es un reactivo que tiene semejanza con el promotor aerofloat 211, pero es ligeramente más fuerte. Es un colector excelente para menas de oro, plata, cobre y zinc.
•
Aerofloat 249 (Ditiofosfato – diamilico de sodio) Es un colector excelente para el cobre, particularmente cuando los medios constituyen un problema serio y aun se desea la selectividad. Tiende a producir más espuma que los demás promotores aerofloat y por consiguiente, necesita menos espumante.
COMPOSICION Y USO DE AEROFLOAT S COMERCIALES AEROFLO AT
USOS PRINCIPALES COMPOSICION APROXIMADA
Nº 15 25 31 33 203
15% P2S5 + Cresol 25% P2S5 + Cresol 25% P2S5 + 6% tiocarbanilida cresol Desconocida Sal –di - isopropilica
C u
P b
Z n
X X X
X X X
X X
X X
X
X
F e
A g
A u
Óxid os
X
X X X
X X X
X
X
X
208 211 213 226 238
Sal de sodio dietil y dibutilica Desconocida Sal de amonio di – isopropilica Sal de amonio dibutil – secundario Sal de sodio dibutil – secundario
X X
X
C). THIOCARBANILIDA o DIFENIL THIOUREA Tiene muy poca acción sobre la pirita, razón por la cual se emplea para flotar galena con una mezcla de pirita (sí se usara xantato, sin un depresor de la pirita, flotarían conjuntamente la galena y la pirita), teniendo el merito de no flotar los sulfuros de hierro. El colector es una sal que toma en el agua la forma tautonoma entre: la forma acida, sulfhídrica, es activa en la flotación y es consumida por los minerales, lo que desplaza el equilibrio hacia la derecha. Como la sal no es muy soluble, se agrega en solución de ortotoluidina, siendo adicionada en el circuito de molienda para su mejor dispersión:
OTROS COLECTORES SULFHIDRICOS Estos colectores son: tiocarbamatos, tioles y todos sus derivados, estos reactivos no tienen aplicación de tan gran volumen como los xantatos y los diotiofosfatos.
Los tioles o mercaptanos R–S–
H+
Son análogos a los alcoholes pero con el oxigeno reemplazado por azufre: R – SH. El radical puede ser de carácter alquílico o arilico. Existen también sales de estos reactivos. Los mercaptanos sirven para flotar los sulfuros de cobre y zinc, son también bueno colectores para los minerales oxidados. Sin embargo su uso es muy limitado debido a su olor sumamente desagradable.
Tiocarbamatos
R
N–C
R
S S-
H+
Son formados cuando una amina primaria o secundaria en una solución alcoholica o acuosa reacciona con CS2 en presencia de un metal – hidróxido para formar la correspondiente sal:
La estabilidad de las soluciones de tionocarbamatos en varios rangos de pH parece ser similar a la de los xantatos, esto es en soluciones acidas se descomponen en amina y CS2. El tiempo de vida media es de 1.3 segundos a un pH de 2.0 y de 35 días para un pH de 9.0. en contraste con los xantatos, el ditiocarbamato cúprico y no el cuproso es la sal estable de cobre. Los ditiocarbamatos se obtienen haciendo reaccionar disulfuro de carbono con aminas o con soluciones amoniacales de alcoholes
Los tiocarbamatos tienen un precio mayor en el mercado que los xantatos y por eso, estos últimos continúan teniendo gran aplicación en las plantas de flotación donde la selectividad no representa un problema. Características principales de estos reactivos son: Son usadas en un rango de pH entre 4.0 – 10.0 No tienen acciones espumantes y se mezclan la mayoría de las veces con la aplicación de xantatos. Liquido solo ligeramente soluble en agua. Pueden usarse en circuitos ácidos y bases. Pueden ser agregadas en circuito de moliendas. • •
• • •
Ejemplo: Isopropiletiltionocarbamato
COLECTORES TIPO OXHIDRÍLICOS: Son usados generalmente en la flotación de menas no sulfurados. Dentro de este tipo se tienen los CARBOXILICOS, SULFATOS ORGÁNICOS Y SULFONATOS. Colectores carboxilicos
R–C
O
H+
O-
Este tipo de colectores contienen todos los ácidos grasos y sus sales, los jabones. Históricamente estos colectores por sus fuertes propiedades colectoras han desempeñado un importante papel en la flotación de metales y sales. Sin embargo, su relativa poca selectividad impide una eficiente separación de los sulfuros de sus gangas, lo que ha causado su gradual y casi absoluto reemplazo por los colectores sulfhídricos. Los colectores carboxílicos se pueden obtener por oxidación de parafinas o a partir de productos naturales tales como grasa de animales y aceites vegetales. Los tipos de ácidos son saturados y no saturados, con y sin doble enlace en la cadena de hidrocarburos. Los no saturados son los mejores colectores que a diferencia de los saturados. Para que sus propiedades colectoras sean satisfactorias, el número de carbonos no tiene que ser ni muy alto ni muy bajo. Los resultados óptimos se obtienen con cadena entre 8 y 12 carbonos. Los colectores con menor número de carbonos en la pulpa, forman fácilmente, con los iones alcalinos, jabones muy solubles, lo que es causa de un alto consumo de colector. Los ácidos grasos con mayor número de carbonos por otra parte son muy insolubles, lo que causa dificultad en su aplicación. El consumo de ácidos grasos en la flotación es por lo menos 2 o 3 veces mayor que el de reactivos sulfhídrico. Esto se debe a la formación de jabones y su solubilidad en agua, a la adsorción poco selectiva sobre los minerales y al consumo para formar espuma. Todas las características mencionadas anteriormente hacen que los ácidos grasos y sus derivados se usan solo en los casos cuando no hay otra alternativa.
Colectores Sulfatos alquílicos y sulfonatos O
R–O–S–O– O
H+
Alquil Sulfatos
R– S–O– O
H+
Sulfonatos
Este grupo de reactivos se obtiene por sulfatación o sulfonacion de alcoholes crudos que se extraen de productos naturales. Los más conocidos entre ellos son: •
• •
•
Aceite rojo de turquia (Turkey Red Oil) que es un ester de acido sulfúrico y un glicérido. Aceite de castor. Emulsol que son esteres del acido sulfúrico y distintas combinaciones de alcoholes. Duponoles productos de la Dupon, que son sulfatos de los alcoholes actilico, laurilico, octodecanilico y otros.
Estos reactivos se usan para la flotación selectiva de minerales que contienen calcio y también es utilizado para la flotación de sales solubles, como son los cloruros y sulfatos de distintos metales alcalinos, también es utilizado para la flotación de óxidos metálicos. Tienen poca sensibilidad a la dureza del agua y generalmente sirven en todos los casos en que se pueden usar ácidos grasos. Pueden flotar sulfuros pero con menor eficiencia aplicando en mayor cantidad que los xantatos. Su utilidad se manifiesta por su más fácil desorción en una flotación selectiva y por l posibilidad de uso en circuitos ácidos. Estos reactivos tienen propiedades espumantes y que sirven para la peptización de lamas finas. Un importante grupo de sulfonatos es el formado por los compuestos orgánicos cíclicos que se conocen como pinturas.
1.2. COLECTORES CATIÓNICOS Estos colectores producen hidrofobocidad debido a la cadena hidrocarbonada al que se le asocia un grupo polar de carga positiva. Entre estas se encuentran generalmente las AMINAS PRIMARIAS Y CUATERNARIAS. Las que se obtienen por lo general de grasas naturales. Con la finalidad de mejorar la solubilidad de los colectores aminas, estos se encuentran en forma de CLORUROS O ACETATOS.
R1
R N
R2
+ OH-
R3
La característica de los colectores cationicos es por la presencia del nitrógeno pentavalente. Estos colectores se distinguen por su fácil adsorción y desorcion, dependiendo de su concentración en la pulpa. Son menos selectivos que los colectores anionicos. Aplicación de este tipo de reactivos se encuentran en la flotación de minerales no – metálicos, tales como cuarzo, silicatos, aluminosilicatos y varios óxidos. Los minerales mas flotables con estos colectores son: talco, micas secundarias, sericita, caolina; de moderada flotabilidad son las micas primarias, kianita, zirconio, y silicatos poco alterados, por ultimo de poca flotabilidad son el cuarzo y silicatos inalterados También existen colectores no iónicos que permiten incrementar la hidrofobocidad lograda con los otros colectores previamente utilizados, debido a que fácilmente se adsorben sobre dichos colectores. Entre los más conocidos y bajo costo se encuentran el PETRÓLEO Y KEROSENE.
2.- MODIFICADORES Son compuestos que modulan el sistema de flotación regulando la química de la solución o la dispersión o aglomeración de partículas en la pulpa de flotación. Una gran cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos actúan como modificadores. Estos incluyen a reguladores de pH o sea ácidos y bases inorgánicos que mediante un mecanismo iónico influyen el potencial electrocinetico y la película hidratada de los minerales. También están los activadores que son reactivos que favorecen la formación de superficies hidrofobicas y los depresores, que favorecen la hidratación de superficies minerales. En general, los modificadores son ácidos, bases y sales inorgánicas también los hay de origen orgánico (tanino, almidón, etc.). La función específica de los reactivos modificadores es preparar las superficies de los minerales para la adsorción o desorcion de un cierto reactivo sobre ellas y crear en general en la pulpa condiciones propicias para que se pueda efectuar una flotación satisfactoria. Se clasifican en tres clases: •
Reguladores (Modificadores de pH) y Dispersores: que controlan las concentraciones iónicas de las pulpas y sus reacciones atreves de su acidez o alcalinidad.
•
•
Activadores: que fomentan las propiedades hidrofobicas de los minerales y aumentan su flotabilidad. Depresores: que hidrolizan las superficies minerales y contribuyen a su depresión.
2.1. REGULADORES Y DISPERSORES La función de los reactivos incluidos en este grupo es la de controlar la alcalinidad o acidez, contrarrestar el efecto interferente detrimental en las lamas, coloides y las sales solubles. En las operaciones de flotación para el tratamiento de menas sulfurosas así como para muchas menas no metalicas, se usan circuitos alcalinos o neutros. En casi todas las operaciones de flotación se obtienen los mejores resultados cuando se mantienen el pH dentro de cierto margen. Por estas razones de mucha importancia controlar el pH apropiado. Los reactivos que comúnmente se usan para ajustar el pH son: la cal y carbonato de sodio, acido sulfúrico y clorhídrico, dióxido de azufre, carbón y hidróxido de amonio. Ocasionalmente se usa sosa caustica para incrementar el pH.
Cal La cal es el regulador de alcalinidad y pH que más comúnmente se usa. Generalmente se usa en la flotación en forma de cal hidratada Ca(OH)2. La cantidad de cal que se requiere en la operación varia considerablemente dependiendo del pH deseado y de la cantidad de constituyentes consumidores de cal que se encuentran presentes naturalmente en la mena. La solubilidad máxima de la cal pura en agua fría es aproximadamente de 1.4 gramos de CaO por litro de agua, quiere decir 1.4 Kg de CaO por tonelada de agua. La cal tiene un efecto floculante sobre las lamas de la mena, mientras que el carbonato de sodio tiende a actuar como un dispersador de tales lamas. Generalmente se prefiere el carbonato de sodio para el tratamiento de menas de sulfuro de plomo y de metales preciosos; la cal tiende a deprimir la galena y el oro metálico y su adición requiere un control más cuidadoso que la del carbonato de sodio. •
Carbonato de Sodio (Sosa Ash) El carbonato de sodio (Na2CO3) usado como regulador de pH en la flotación selectiva de menas de plomo y zinc pero ha sido
reemplazado por la cal debido a su menor costo y mayor disponibilidad. La sosa caustica (NaOH) se usa ocasionalmente en lugar del carbonato de sodio en algunas operaciones de flotación de Plomo – Zinc. En los casos en que las lamas de la ganga constituyen un problema serio, el carbonato de sodio puede ser muy efectivo para mejorar tanto la ley del concentrado como la recuperación.
Silicato de Sodio Este reactivo se usa para dispersar lamas silicosas y de óxidos de hierro, y a su vez actúa como un depresor de ganga silicosa en la flotación de sulfuros y de no metálicos el silicato de sodio se encuentra en el mercado usualmente en forma de un liquido viscoso, que es una solución acuosa hidratos de SiO2 y Na2O, con una relación
2.2. ACTIVADORES Los reactivos activantes son usados para realizar la flotación de ciertos minerales que normalmente son difíciles o imposibles de flotar con el solo uso de promotores y espumantes. El ejemplo clásico de este tipo de reactivos es el sulfato de cobre que se usa para activar esfalerita, los sulfuros de hierro y en algunos casos la arsenopirita. Otros ejemplos incluyen acido sulfhídrico y sulfuro de sodio para cubrir con una película sulfurosa los minerales constituidos por carbonato de plomo y cobre; al nitrato de plomo para mejorar la flotación de varios minerales no metálicos con promotores del tipo acido graso; al cloruro de aluminio para la flotación de mica con promotores del tipo cationico y al cianuro para mejorar la recuperación de minerales atmosferizados o lamosos de zinc.
•
Sulfato de cobre (CuSO4) El sulfato de cobre se usa generalmente para activación de la esfalerita, que no responde fácilmente a la flotación con los colectores comunes en ausencia de este compuesto químico. También se usa para reactivar los minerales que han sido deprimidos por el uso de cianuro, tales como calcopirita, pirita, pirrotita y arsenopirita.
•
Nitrato de plomo o acetato de plomo (PbNO3)
El nitrato de plomo se usa como un activador para la estibnita. También es usado como un activador del cloruro de sodio en la flotación de esta sal con acido graso y en presencia de sales de potasio. La estibnita no responde bien, usualmente, a la flotación sin una activación previa ya sea con nitrato o acetato de plomo. •
Sulfuro de sodio (NaS) El sulfuro de sodio se usa para la sulfurización de minerales oxidados de plomo, cobre y zinc. Para un resultado mejor con este reactivo es necesaria regular la cantidad que se añade por que una cantidad excesiva actúa como depresor de varios minerales sulfurosos. Por consiguiente, en la flotación de minerales parcialmente oxidados es práctica común flotar primero los minerales sulfurosos y luego continuar con la flotación de los óxidos con la adición por etapas de sulfuro de sodio y colector.
2.3. DEPRESORES Los reactivos depresores ayudan a separar un mineral de otro cuando la flotabilidad de los dos minerales a ser separados es similar entre sí con respecto a cualquier promotor o combinación de promotores. El cianuro se usa para separar la galena de la esfalerita y pirita, así como también separar sulfuros de cobre de la galena, sulfuros de cobre de pirita, sulfuros de níquel y cobalto de los sulfuros de cobre.
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Cianuros (CN-) Los cianuros alcalinos son fuertes depresores de los sulfuros de hierro (pirita, pirrotita, y marcasita), de arsenopirita y esfalerita. Actúan como depresores en menor grado de la calcopirita, enargita, tenantita, bornita y casi todos los demás minerales sulfurosos, con la posible excepción de la galena. En la flotación selectiva de menas de cobre – plomo – zinc y plomo – zinc, es práctica común adicionar el cianuro directamente al molino de bolas. El cianuro de sodio se alimenta en forma de solución. El cianuro es usado también para la separación de galena y calcopirita de un concentrado “bulk” que contenga estos dos minerales. En este caso deprime la calcopirita mientras flota la galena.
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Cianuro de sodio: el cianuro de sodio se vende como solido en forma de bloques o huevos y en forma granular. Su contenido es 98% NaCN mínimo. Es fácilmente soluble en agua en concentraciones de 10 – 20%, que son las que generalmente se usan para su alimentación a circuitos de flotación. Otros depresores de uso común
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Cal: es utilizado para la depresión de pirita y otros sulfuros de hierro, y sulfuros de cobalto. Sulfitos e Hiposulfitos de sodio y calcio e hidrosulfito de sodio ( ): es utilizado para la depresión de pirita e esfalerita en la flotación de minerales de plomo y cobre. Sulfato de zinc: se utiliza conjuntamente con el cianuro o solo, para deprimir esfalerita mientras se flotan minerales de plomo y cobre. Cromato: es utilizado para deprimir la galena en separaciones de cobre plomo. Permanganatos: es utilizado para deprimir pirita y perrotita en presencia de arsenopirita. En algunos casos se usa también en separación de cobre – molibdenita cuando los minerales de cobre se deprimen con permanganato. Quebracho y ácidos tánicos: es utilizado para deprimir tanto la calcita y dolomita, como la pirita, en la flotación con ácidos grasos de fluorita y scheelita. Silicato de sodio: se usa para deprimir los silicatos y el cuarzo. Almidón y cola: se usa para deprimir mica, talco y azufre en la flotación de sulfuros. Hidróxido de sodio: es utilizada para deprimir estibnita. Ferrocianuro: es utilizada para deprimir sulfuros de cobre en la flotación de molibdenita y en la separación de ciertos sulfuros de cobre de la esfalerita. Acido sulfúrico: se usa para deprimir el cuarzo. Se evita la adsorción de iones metálicos sobre el cuarzo mediante la supresión de la ionización de los ácidos silicatos en la superficie del cuarzo.
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Acido fluorhídrico: se usa para deprimir el cuarzo en la flotación de feldespato con promotores cationicos. Dióxido de azufre: este reactivo depresor es utilizado junto con almidón caustico para separar o deprimir la galena en la flotación de sulfuros de cobre.
3.- ESPUMANTES Los espumantes son líquidos orgánicos poco solubles en agua, y tienen por función asegurar la separación de las partículas hidrófobas e hidrófilas, Las burbujas creadas, generalmente por inyección de aire u otro gas o por agitación, tienen una duración muy corta (la duración de la vida de las burbujas en el agua limpia es del orden de una centésima de segundo), y tendencia a unirse entre si, por lo que, para asegurar la estabilidad de la espuma y evitar con que las partículas captadas caigan nuevamente en la pulpa, perdiéndose la recuperación, se introducen unos compuestos espumantes, entre los cuales los más utilizados son el aceite de pino y el cresol (ácido cresílico), alcoholes de cadena larga tales como algunos de los espumantes aerofroth. Es importante que el espumante no se adsorba sobre la superficie del mineral, ya que si actúa como colector, la selectividad del colector propiamente dicho se ve disminuida. Un buen espumante debe tener la propiedad de trasladarse fácilmente a la interface líquido – gas. Los espumantes más ampliamente usados son compuestos heteropolares y surfactantes que contiene una parte polar, solubilizante y ávida de agua, otra parte no polar o ávida de aire. Los compuestos surfactantes de este tipo tienden a ser absorbidos en la interface liquido – gas en concentraciones muchos mayores que las que existen en la masa total del liquido. En una interface gas – liquido, los espumantes se orientan con el grupo polar hacia el agua y el grupo no polar hacia el aire. Los hidrocarburos saturados insolubles en agua, como el kerosene no formara una espuma satisfactoria. Los hidrocarburos no saturados tienden a formar una espuma ligera. Los compuestos orgánicos tales como el aceite de pino, alcoholes, fenoles y ácidos grasos, generalmente forman cantidades apreciables de una espuma relativamente estable.
3.1. ESPUMANTES AEROFROTH Los espumantes aerofroth son alcoholes alifáticos de cadena larga y de origen natural, con excepción del espumante aerofroth 65 que es un producto sintetico soluble en agua y es de tipo poliglicol. Los
espumantes aerofroth se usan en la flotación de los minerales sulfurosos no metálicos, cuando se desea obtener una espuma selectiva y de textura fina. Producen una espuma más o menos frágil que reduce el arrastre mecánico de partículas minerales indeseables en la espuma y por esta razón se prefiere el aceite de pino y el acido cresilico. En el caso de menas lamosas es conveniente obtener el tipo de espuma producido por los espumantes aerofroth. La gama de espumantes aerofroth son: aerofroth 65, 70, 71, 73 y 77 todos son líquidos claros que con excepción del aerofroth 65, tienen una viscosidad menor que el agua. •
Espumante aerofroth 65 Este reactivo es un producto sintético y no es un alcohol que es un espumante soluble en agua que se utiliza en la flotación tanto de minerales metálicos como no metálicos. El espumante aerofroth 65 tiene la ventaja de ser soluble en agua en todas las proporciones. Una serie de espumantes sintéticos es Dowfroths producidas por la Dow Chemical. Estos son quimicamente esteres metílicos del propilen glicol solubles en agua, de formula general CH3(OC3H6).OH. El más conocido entre ellos es el Dowfroths Nº 250; también hay compuestos con otros números tales como el Nº 200 y el Nº 400. El número de un Dowfroth indica el peso medio molecular de la mezcla, pues estos productos sintéticos son mezcla de cadenas de distinto largo. La propiedad más importante de los Dowfroths es que no tienen propiedades colectoras y que por consiguiente, las funciones colectora y espumante se pueden controlar en forma precisa.
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Espumante aerofroth 70 Este espumante es de tipo alcohol con 6 carbonos en cadenas laterales. Se usa como espumante en la flotación de minerales tanto metálicos como no metálicos, produce una espuma selectiva y menos persistente que el aceite de pino o el acido cresilico.
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Espumante aerofroth 71 El espumante aerofroth 71 es un alcohol de cadena larga y consiste de una mezcla de alcoholes con 6 a 9 carbonos. Es utilizado en la flotación de minerales metálicos sobre todo cuando se desea tener una espuma más selectiva que la que produce el espumante aerofroth 70. Puede ser usada en combinación con
otros espumantes alcoholicos, y con el aceite de pino con el cual es miscible en todas proporciones. •
Espumante aerofroth 73 Este espumante es muy usado particularmente para la flotación de minerales tales como talco, grafito, azufre, molibdenita y carbón, también en menas de óxidos de cobre. Al igual que los demás espumantes alcohólicos producen una espuma más frágil y menos persistentes que el aceite de pino o el acido cresilico. Puede ser usado solo o combinación con otros espumantes.
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Espumante aerofroth 77 Este espumante está compuesto de alcoholes de cadena larga y recta. Es usada en la flotación de minerales tanto metálicos como no metálicos. Produce una espuma más activa y persistente que el espumante aerofroth 70.
3.2. ACIDO CRESILICO
El acido cresilico se obtiene por la destilación destructiva de los residuos que quedan después de la destilación del petróleo o a partir del alquitrán de carbón. El acido cresilico consiste principalmente en una mezcla de cresoles isómeros que son:
Aparte de los cresoles indicados, el acido cresilico contiene por lo menos unas 2 docenas de distintos compuestos químicos de los cuales los más importantes son: xilenoles, timoles, distintos fenoles, naftoles, tiocrisoles, tiofenoles, difenilos, etc. De ello podemos decir que el “acido
cresilico” es meramente el nombre comercial de una mezcla compleja que es producto de una destilación. Los características del acido cresilico para la flotación varían según el producto, pero en general contemplan un peso especifico entre 1.01 y 1.04; humedad no mayor de 1%; aceites neutros – hidrocarburos no más de 2 a 3%; ácidos de alquitrán, o sea, ingredientes activos entre 96 y 97%. Estos ingredientes tienen que estar en cierta proporción dentro de rangos de destilación que son: • • •
Hasta 190 ºC no más de 2%. Hasta 215 ºC no menos de 40% y no más de 80%. Hasta 235 ºC no menos de 95%.
Un buen acido cresilico debe tener escasas contaminaciones tales como agua y aceites neutros y por otra parte debe ser lo más rico posible en ingredientes activos. El acido cresilico es utilizado en la flotación de menas de plomo, cobre y potasa. Su poder espumante varia y esta generalmente en relación con su temperatura de destilación. El destilado a menor temperatura produce una espuma más liviana y menos persistente que el destilado a temperaturas mayores. El acido cresilico es un espumante enérgico que a diferencia de los espumantes alcoholicos, tiene algunas propiedades colectores y por lo tanto, tiende a ser no selectivo. Se usa donde se requiere una espuma persistente y donde la selectiva no es problema.
3.3. ACEITE DE PINO
El aceite de pino es el producto de la destilación del pino seco sobre una temperatura de 170 ºC. Las fracciones entre 170 ºC y 220º contienen un 78% del aceite total. La solubilidad de estos productos es muy baja, unos 2.5 gr/Lt y disminuye fuertemente la tensión superficial de agua. El aceite de pino es de ligeramente de carácter alcalino y por esta razón se usa con preferencia en los circuitos alcalinos. Es de color amarillo
variable, contiene un alto porcentaje de terpineoles de formula global C10H17OH, pero de distintas estructuras que son:
El aceite de pino es utilizado como espumante en la flotación de sulfuros. Como el acido cresilico, tiene algunas propiedades colectoras, especialmente con minerales tan fáciles de flotar como el talco, azufre, grafito, molibdenita y carbón. La espuma producida por el aceite de pino es generalmente más tenaz y persistente que la producida por el acido cresilico y su mayor característica indeseable es la tendencia a flotar ganga. Los principales compuestos surfactantes del aceite de pino son alcoholes complejos hidro – aromáticos como el terpinol.
