UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS E.A.P. INGENIERIA METALURGICA PROFESOR: ANGEL AZAÑERO ORTIZ
CURSO: CONCENTRACIÓN Y FLOTACIÓN DE MINERALES
15.-CELDAS DE FLOTACION a). CELDAS CONVENCIONALES A principios del Siglo XIX, las operaciones de concentración de minerales se realizaban en celdas cuyos volúmenes unitarios fluctúan entre los 10 y 100 pies cúbicos. Es la marca Denver con la celda Sub-A (Sub-aireadas) hoy llamadas celda a celda (cell to cell), evolucionó la flotación, no obstante la aparición posterior de celdas de mayor volumen y modelos, aún hoy siguen vigentes en plantas donde las capacidades de operación no permiten el uso de celdas grandes. Otras marcas como agitair (Galigher) y Wenco (Enviroteck) también fabricaron celdas de volúmenes menores, actualmente discontinuadas. A continuación presentamos las celdas Denver Sub-A: Celda número Volumen (pies3) x cell (m3) x cell
8 2.75 0.07 8
12 10 0.283
15 12 0.340
18 18 0.173
18 * 21 24 40 0.68 1.133
24 50 1.416
30 100 2.832
* special
Cálculo del número de celdas convencionales de flotación Se emplea la siguiente ecuación: n x 1440 x Vk x K n x Vk x K = ; donde : Vc Vm n = número de celdas necesarias t=
Vm
= es el volumen entrante de pulpa a una operación de flotación
(m /min) 3
t
= tiempo de flotación (minutos)
Vk
= capacidad de la celda (m3)
K
= es 70% de su capacidad nominal se descuenta el volumen ocupado por las espumas, partes mecánicas. 1
Vc
= volumen de pulpa entrante al circuito de flotación (m3/día)
Ejemplo: se desea flotar 2,400 TMSPD de un mineral cuyo Pe = 3.00, la pulpa alimentada al circuito de flotación tiene 25% de sólidos,
se ha
determinado que se requiere 10 minutos de flotación, calcular el número de celdas Denver Sub-A N°18 special
32” x 32”, cuyo volumen nominal
es de 24 ft3/celda (0.68 m3). Cálculo del volumen de pulpa que se alimenta al circuito (Vc) Rp
= ( 100- 25) 25 = 3.0
TMPD Agua = 3 x 2400 = 7200 TM/día Vagua Vsólidos
= (7200 TM/día) / (TM/m3) = (2400 TM/día) / (3TM/m3)
Vc
=
7200 m3/día
=
800 m3/día
=
8000 m3/día
Cálculo del número de celdas: n=
Vc x t 1440 x Vk x K
8000 M 3 / día x 10 min n= = n = 116.7 ≅ 117 celdas N°18 1440 min/día x 0.68 m 3 / celda x 0.70 En este caso se debe usar celdas de mayor volumen, por ejemplo celdas No. 30. 8000 M 3 /día x 10 min. = 28 celdas N °30 = 2 circuitos de 1440 min/día x 2.832 M 3 /celda x 0.7 flotación n=
b). CELDAS DE GRAN VOLUMEN A partir de los años 60, empieza a salir al mercado celdas de volúmenes mayores a los 100 pies cúbicos, ya se habla de celdas de 180, 200, 300 y 500 pies cúbicos, Denver y Agitair son líderes en la fabricación de estas celdas. Las celdas de gran volumen son aquellas que están sobre los 1000 pies cúbicos por unidad y entran al mercado por el año 1975, en los proyectos de Cobriza y Tintaya se instalan celdas de 500 pies cúbicos autoaireadas y 1350 pies cúbicos con aire forzado respectivamente, lo cual incentiva a otras minas a instalar celdas de volúmenes mayores, logran imponerse en las etapas de limpieza de cobre y zinc, por los años 90 se instalan celdas gigantes de 3500 pies3, las cuales tienen un nuevo diseño, son de forma 2
rectangular con fondo en U, se ha llegado hasta 1550 pies3 y en forma circular hasta 4,500 pies3 , diseñadas hasta 7,000 pies3 (200m3), trabajan con control automático de nivel de espumas. Algunas ventajas de usar celda de gran volumen 1. Menor consumo de energía por pie3 Tamaño de celda 100 pie3 300 pie3 500 pie3 1275 pie3
Hp consumido 100 % (base) 67% 53% 39%
2. Menor área de edificio Estas celdas tienen mayores profundidades en consecuencia ocupan menores áreas, significa un menor costo del edificio, iluminación y supervisión. Tamaño celda 10 17 25 50
celdas celdas celdas celdas
500 300 200 100
pies3 pies3 pies3 pies3
Area requerida Para montaje 893 pie2 1050 pie2 1150 pie2 1800 pie2
Costo de Construcción 100.00 (base) 1.18 1.29 2.01
3. Menor costo por pie3 de celda Es más fácil fabricar un motor, un tanque, que dos ó más Volumen de Cada Celda 40 pie3 50 pie3 100 pie3 300 pie3 500 pie3 1500 pie3
Precio $/pie3 100 % (base) 91 61 52 37 31
PRINCIPALES CELDAS DE GRAN VOLUMEN AGITAIR Celdas de flotación, de la Galigher Co. tiene una gran cantidad de lengüetas estabilizadoras alrededor del impulsor. CELDA JAMESON Su característica principal es que suprime la parte central de la columna de flotación, el aire y la pulpa se ponen en contacto en un tubo vertical
3
central que ingresa a la celda por la superficie, su aplicación es para flotación de carbón, plomo y zinc. CELDA LEEDS Se aplica preferentemente en circuitos de limpieza, las celdas disponibles en el mercado tiene volúmenes entre 3 y 17 m3. CELDA EKOF La flotación se realiza en varias unidades conectadas en línea, parecidas a la
flotación convencional, los costos de maquinaria y equipo son 30 a 60
por ciento menores, se aplica en flotación de carbón y flotación inversa de minerales de hierro. BOOTH Estas celdas son fabricadas por la Booth Co. y son probablemente las más pequeñas, usada principalmente en la flotación rougher. WEMCO En 1930 fueron conocidas como las celdas Fagergren, Wemco ha sido líder en la fabricación de grandes celdas de flotación,
en 1978 introdujo la
primera celda de 28m , en 1983 la de 43 m y en 1986 la de 86m3, se 3
3
usan en la flotación de fosfatos, cobre, plomo, zinc y oro. Las celdas de última generación de Wemco se denominan SmartCell, en tamaños hasta de 142 m3. MAXWELL Son celdas cilíndricas, se caracterizan por presentar un bajo nivel de aireación , menor área de piso y de espumas por unidad de volumen NAGAHM Fabricadas por Mitsui del Japón, son celdas cilíndricas desarrolladas para flotación de partículas ultrafinas y precipitados de efluentes contaminados de una concentradora de minerales de plomo y zinc. OUTOKUMPU Al inicio de los 90, Outokumpu ya era líder en el suministro de celdas de flotación,
las de mayor volumen alcanzaban los 100m3 y sus bondades
descansan en una buena dispersión de aire y el mantenimiento de sólidos en suspensión en todo el tanque, una ventaja adicional era que la máquina podía arrancarse aún arenada debido a su impulsor de diámetro pequeño. Actualmente producen la celda denominada Tankcell, se considera cada celda de flotación como un reactor unitario , alcanzan volúmenes de 130 m3 (OK-130 TC).
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DENVER Denver Equipment desarrollo dos tipos de celdas, las Cell-to Cell y las DR, las celdas Cell-to-Cell fueron la evolución de las Sub A , las máquinas DR se aplican
en rougher, y en cleaner, se caracteriza por el uso de
recirculación homogénea de la pulpa a través del impulsor, lo que permite la mezcla de la pulpa con aire a baja presión, elimina los problemas de “arenamiento” y “zonas muertas”, así se logra obtener un mayor volumen de flotación, alcanzan volúmenes de 130, 160 y 200 m3. CELDAS DORR OLIVER La compañía Dorr Oliver puso en el mercado las celdas DO-1550 (44 m3) actualmente fabrican la DO-3500RT de 100m3, se aplican en la flotación de minerales de Cu, Pb. DAVCRA Estas celdas son neumáticas, se aplica en menas de plomo y zinc. FLOTAIRE Operan hidráulicamente
el agua aspira suficiente aire hasta el fondo de
la columna, el alimento a las celdas se hace por la parte superior, de tal forma que las partículas y las burbujas fluyen en contracorriente, partículas gruesas como 14 mallas, pueden ser flotadas. AKER 3
Con volúmenes de más de 40 m , son usadas para tratar una variedad de sulfuros, de tanque rectangular con una pequeña inclinación para la zona de las espumas.
Los
canadienses:
c). CELDA COLUMNA Pierre Boutin, Remy Tremblay
introdujeron la celda columna,
y
Don
Wheeler,
por la década del 60 con el objeto de
procesar minerales finos y aplicarlos en las etapas de limpieza de los circuitos de flotación, varias Compañías Mineras productoras de cobre y
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molibdeno lo adoptaron para la etapa de separación y limpieza con resultados muy alentadores, probándose posteriormente en las etapas de relimpieza y rougher,
en algunos casos con
éxito: Plomo, Zinc, Oro y
Carbón. Figura N°1
CELDA COLUMNA
Operación La pulpa entra a unas 2/3 partes de la zona inferior de la celda y encuentra una corriente de aire ascendente, el concentrado rebosa por la parte superior, simultáneamente un spray de agua colocado en la parte alta de la celda lava las espumas removiendo la ganga o estéril que se descarga por la parte inferior. El aire a presión es introducido mediante generadores internos o externos de burbujas y son los inyectores de aire lo que reciben mayor atención, se puede afirmar que los generadores de burbujas son el "corazón" de la celda columna. Conceptos básicos 1. Holdup.- Se define como el % de volumen en la columna usada por el aire en cualquier momento, el límite del holdup es 16%.
Se determina
por la ecuación: Holdup = ( H espuma/ H columna) x 100 2. Impending holdup.- Deficiencia para trasladar el concentrado al overflow. 3. Bías.- Es la relación entre el flujo del relave y el flujo de alimentación, este valor es igual o mayor que la unidad por adición de agua de lavado. 4. Spargers.- Son generadores de burbujas en forma tubular con pequeños agujeros a través de los cuales se inyecta aire. Variables 1. Flujo de alimentación 2. Flujo de aire y agua de lavado 3. Nivel de pulpa y espuma 4. % de sólidos 5. Dosificación de reactivos Ventajas ♦ Menor costo de instalación, operación y mantenimiento. ♦ Fácil automatización y control por computadora. 6
♦ Consumo de energía y reactivos de flotación menores. ♦ Trabaja con bias positivo y menor tiempo de retensión. ♦ Mejores resultados en grado (2 a 4%) y mayor recuperación: 2 a 3% adicional con respecto a las celdas convencionales. Zonas Se distinguen dos zonas básicas en la celda, Figura N° 1
zona de
recuperación ó colección y zona de limpieza. Figura N° 2.Medida de la presión del gas y dirección de flujo en celda columna Forma Se caracterizan por su forma rectangular, cuadrada o redonda con poco diámetro una gran altura prevalece la forma redonda. Aireación El sistema de inyección de aire es la parte fundamental y se realiza mediante
inyectores
internos
o
externos,
que
buscan
mejorar
la
producción de burbujas y el tamaño de las mismas, se han usado inyectores cerámicos, tubos perforados, cubiertos con lonas de filtro y últimamente el generador de burbujas desarrollado por el Bureau de Minas de Estados Unidos; el sistema consiste en la disolución de aire en agua alimentados
a una cámara pequeña conteniendo canto
rodado a
presiones que fluctúan entre 60 a 70 PSI, también el burbujeador microcel de Process Engineering Resources, Inc. que son mezcladores estáticos para disponerse fuera de la columna formando microburbujas que van 7
desde 600 a 1000 micras, finalmente podemos mencionar los slam jet sparger de Canadian Process Technologies de regulación automática de gas, trabajan fuera de la columna y son diseñadas para fácil instalación y mantenimiento en línea. Agua de Lavado Tiene funciones muy importantes: 1. Formar el bías. 2. Mantener el nivel de pulpa y espuma 3. Limpiar el concentrado. 4. Lubricante de las partículas minerales. Instrumentación y Control La celda columna es muy versátil su control se puede hacer en forma manual, mediante instrumentación básica, ó automatizada y conectada a un computador desde donde se puede efectuar el control del proceso. Instalación La instalación de la celda columna se puede realizar para trabajar en serie, Figura N°3
ó en paralelo, Figura N°4 en el primer caso se hace con el
objeto de realizar todo el proceso en celdas columnas y la instalación en paralelo generalmente trabajará con un circuito adicional de celdas convencionales donde se flotará un scavenger para lograr mejores resultados en grado y recuperación.
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Figura N° 3 INSTALACIÓN EN SERIE
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Figura N° 4 INSTALACIÓN EN PARALELO
Diagrama de Flujo La ubicación de la celda columna dentro del circuito de flotación convencional, Figura N° 5 puede ser en forma parcial dentro del circuito, Figura N°6 ó reemplazar todas las celdas convencionales, Figura N° 7 por celdas columna.
Figura N°5 CIRCUITO CONVENCIONAL
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Figura N°6 CIRCUITO CONVENCIONAL CON CELDA COLUMNA
Figura N°7 CELDAS COLUMNA EN TODO EL CIRCUITO DE FLOTACIÓN
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d). CELDA DE CONTACTO En los últimos años se ha concluido que la retención del aire es un factor importante en el rendimiento de una celda de flotación, la característica importante de las Celdas de Flotación Neumática es el tiempo de flotación, la mayoría de estas celdas requieren poco tiempo para flotar. Para mejorar el tiempo de flotación se inicio trabajos de investigación auspiciado por el Gobierno Canadiense e Inversionistas Privados para dar inicio a lo que llamaron la celda de contacto, cuyas características combinan lo mejor de celdas neumáticas, celdas columnas y sistema de inyección de aire, las características principales de la celdas contacto son: 1. Sistema de Inyección de aire USBM, para controlar el tamaño de las burbujas 2. Sistema de contacto presurizado para mejor control sobre la retención de aire dentro del contactador. 3. Sistema de separación y desenganche en un equipo similar a una columna de flotación Partes de la celda contacto. I
Contactador.- donde se lleva a cabo la mezcla de aire y pulpa.
II
El Separador.- donde la mezcla se separa en dos productos: Concentrado y relave, funciona muy parecido a una celda columna, sin embargo su altura solamente es una tercera parte y no tiene esparsores de aire; la mezcla aire-pulpa entra a un metro arriba del fondo, el concentrado recibe agua de lavado.
Los resultados de estas investigaciones han reportado mejoras en: a. Partículas gruesas y finas, b. Flotación rougher y limpieza. Tipos de Celdas y Tiempo de Flotación Celdas Convencionales Columna Neumática EKOF JAMESON CONTACTO
Retensión aire % 5 –10 10 – 25 > 65 > 55 45 –95 (controlable)
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de Tiempo Flotación Segundos 15 – 25 10 – 25 <1 <1 <1
de
Figura N°8 DIAGRAMA DE FLUJO CON CELDAS DE CONTACTO EN ROUGHER Y SCAVENGER
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