Diseño de Celdas de Flotacion

DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACION

DOCENTE: AIRE MENDOZA, Jhonny INTEGRANTES: 

CARHURICRA ESTRADA, Wilder Victor

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CHAVEZ CALLUPE, Carolay

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PANEZ TORRES, Margot

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SALVADOR REVIRA, Jeffry CURSO: DISEÑO DE PLANTAS II

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DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN

INTRODUCCIÓN Los circuitos de flotación constan de varias etapas, en general, en la flotación de minerales de cobre se utilizan las etapas rougher, cleaner, cleaner-scavenger y recleaner. Sin embargo, en la flotación de otros minerales podrían encontrarse etapas rougher, scavenger, cleaner y recleaner. La etapa primaria de flotación (etapa rougher) se alimenta con el rebalse de los hidrociclones de un circuito cerrado molienda/clasificación. molienda/clasificación. Por otra parte, es común que el concentrado de la etapa rougher se someta a una remolienda antes de ingresar a la etapa cleaner. En relación a las celdas de flotación utilizadas en los circuitos, las celdas mecánicas son utilizadas en las etapas rougher, scavenger y cleaner-scavenger, mientras que, columnas de flotación se aplican a las etapas cleaner y recleaner. Sin embargo, existen algunas concentradoras que usan celdas mecánicas en la etapa cleaner y celdas columnares en la etapa recleaner. En la actualidad, la tendencia es aumentar el tamaño de los equipos hacia celdas mecánicas de volumen superior a los 4000 pies3, originada por la disminución de los costos de operación (energía, mantención, etc.) de estas celdas de gran volumen.

DISEÑO DE PLANTAS I

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MARCO TEORICO 1. DISEÑOS DE CELDAS DE FLOTACIÓN: A) EQUIPOS DE FLOTACIÓN: Aunque existen diseños diferentes diferentes de máquinas de flotación, todas ellas tienen tienen la función primaria de hacer que las partículas que se han convertido en hidrofóbicas entren en contacto y se adhieran a las burbujas de aire, permitiendo así que dichas partículas se eleven a la superficie y formen una espuma, la cual es removida. Actualmente, las máquinas más usadas por su importancia tecnológica, por lo menos en lo que se refiere al continente americano, son las celdas de flotación Sub “A”, Agitair y de

columna. También se toman conceptos de máquinas de flotación de nueva generación, como la celda Jameson de Australia. B) FUNCION DE UNA CELDA DE FLOTACIÓN: 

Mantener todas las partículas en suspensión dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de prevenir la sedimentación de éstas.

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Producir una buena aireación, que permita la diseminación de burbujas de aire a través de la celda.

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Promover las colisiones y adhesiones de partícula – burbuja.

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Mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de espuma.

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Proveer un eficiente transporte de la pulpa alimentada a la celda, del concentrado y del relave.

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

C) CARACTERISTICAS QUE DEBEN REUNIR LAS CELDAS DE FLOTACIÓN: 

Facilidad para la alimentación de la pulpa en forma continua.

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Mantener la pulpa en estado de suspensión.

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No debe ocurrir la sedimentación de las partículas.

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Separación adecuada del concentrado concentrado y del relave.


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DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN D) EFICIENCIA DE UNA CELDA DE FLOTACIÓN: La eficiencia de una celda de flotación se determina por los siguientes aspectos. 

Tonelaje que se puede tratar por unidad de volumen.

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Calidad de los productos obtenidos y recuperaciones. recuperaciones.



Consumo de energía eléctrica, reactivos, espumantes espumantes y otros reactivos, con c on el fin de obtener los resultados óptimos.

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Gastos de operación y mantención mantención por tonelada de mineral tratado.

2. TIPOS DE CELDA DE FLOTACIÓN: Los equipos o celdas, usados en la flotación son las siguientes: 

CELDAS DE FLOTACIÓN MECÁNICAS.



LA CELDA DE FLOTACIÓN LA SERIE JJF

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CELDAS DE FLOTACIÓN WEMCO.

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CELDAS DE FLOTACIÓN JAMESON.



CELDAS DE COLUMNAS DE FLOTACIÓN.



CELDAS DE FLOTACIÓN EKOFLOT - V. 2.1 Celdas mecánicas.

La celda mecánica está constituida por un depósito en forma de paralelepípedo o forma cúbica, de distintas capacidades, capacidades, con un mecanismo rotor-estator para la dispersión del sólido y el aire. Las celdas se juntan en serie y forman un banco de flotación agrupándose de diferentes formas. Por ejemplo, un banco de 12 celdas mecánicas podría tener las siguientes configuraciones, de acuerdo a como se agrupen las celdas: 3-3-33; 2-2-2-3-3, etc. En las celdas de flotación, flotación, se pueden pueden distinguir tres zonas típicas típicas (figura 7.4): - Una zona de alta alta turbulencia, turbulencia, a nivel del mecanismo mecanismo de de agitación. - Una zona intermedi intermedia. a. - Una zona superior. superior. En la zona de alta turbulencia o zona de agitación se producen los choques para la adhesión partícula burbuja. En esta zona deben existir las condiciones hidrodinámicas y fisicoquímicas que favorezcan este este contacto.


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DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN La zona intermedia se caracteriza por ser una zona de relativa calma, lo que favorece la migración de las burbujas hacia la parte superior de la celda. La zona superior corresponde a la fase espuma, está formada por burbujas separadas por finos canales de pulpa. La pulpa descarga por rebalse natural, o con la ayuda de paletas mecánicas. Cuando la turbulencia en la interfase pulpa/espuma es alta, se produce una contaminación debido al arrastre significativo de pulpa hacia la espuma. Figura 7.4. Zonas típicas de una celda de flotació


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AMALGAMACION DEL ORO a) Ventajas: 1 Diseño de la celda DC con gran capacidad del flujo y alta velocidad de flotación. 、

2 El aire de inflación se realiza por el soplante exterior con amplia regulación. 、

3 Poco cubrimiento de área con peso ligero por unidad. 、

4 Se adopta el cilindro cónico permite el gran ciclo vertical hacia arriba fortaleciendo la 、

agitación inferior de la celda y mejorar la suspensión del mineral, lo que es adecuado para las operaciones díficiles de separación con gran volumen de aire inflado. 5 El impulsor se usa para la circulación de la pulpa y la dispersión del aire y el impulsor 、

ubica en la celda profundida reduce la abrasión del agitador para mantener la estabilidad de la superficie de la pulpa. 6 El espacio muerto axial y radial entre el impulsor y la placa es mayor que lo de la serie A 、

facilitando la instalación y mantenimiento. 7 La consumición de reactivos y la energía se reduce obviamente mientras el índice de 、

flotación se sube.

b) Principio: Las partículas gruesas y de gran densidad se suben hacia arriba por el flujo vertical pasando por el cilindro cónico evitando el sedimiento y la delaminación. El aire de baja presión se dispersa en toda la celda inflado por el soplante. Las burbujas mineralizadas se suben verticalmente hasta la zona estable superior de la celda dejando las gangas. Se consta con el carácter de corta distancia de subida para burbujas.

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HIDROMETALURGIA II

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c) Esquema

Es una celda de flotación mécanica agitación con aire-inflación con simple estructura tales como manguera de aire,eje principal, manguito, cilindro circular, junta de ajustación, guiador, placa para cubir, placa de conectada y motor, etc. El impulsor consta con 8 platos de paletas radiales. La placa se compone de 4 grupos de plato con 24 paletas radiales alrededor ubicadas. El espacio muerto axial entre el impulsor y la placa es 15~20mm y el radial es 20~40mm. El tubo de inflación arriba del cilindro central se conecta con el cilindro de viento, la parte abajo del cilindro central se conecta con el cilindro circular. Se instala la pieza formada campana al abajo del cilindro central por conducción.

d) Aplicación Se utiliza ampliamente en las operaciones de beneficio para los minerales metálicos y no metálicos.



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2.2 LA CELDA DE FLOTACIÓN LA SERIE JJF:

a) Ventajas 1 Alta circulación de pulpa a 2.5 veces facilitando la mineralización del mineral, reactivo 、

y gas. 2 Gran capacidad inspiratoria, buen efecto de dispersión. 、

3 Buena suspensión sin hundimiento 、

no hace falta salir la pulpa.

，

4 Alta eficiencia de recuperación con amplio escala de partícula. 、

5 Auto-aspiración de aire pero no pulpa, se requiere el dispositivo de escalera(distancia 、

300-400mm). 6 Unidad combinada con la serie SF, SF como tanque de succión y JJF como tanque de flujo 、

directo.

b) Principio Una presión negativa formada por la agitación del impulsor para tener el flujo de vórtice con el fin de mezclar el aire con la pulpa.El mixto del gas y la pulpa se extiende uniformemente en el tanque. Las burbujas son raspadas para ser productos.



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c) Estructura

La celda de flotación JJF se compone principalmente de celda, impulsor, estator, cubierta descentralizada, falsa baja, tubo de diversión, tubo vertical, anillo de ajustación. 1

、

Celda somera con corto diámetro del impulsor, baja velocidad y bajo consumo de

energía.



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2 Gran espacio entre el impulsor y el estator que es un cilindro con agujero oval para la 、

mezcla y dispersión del aire y la pulpa. 3 La altura del estator es inferior que el impulsor para gran circulación del lodo a 2.5 veces 、

que otros. 4

、

La cubierta dispersa del modo paraguas con agujeros del estator separa la vórtice

generada por el impulosr con la capa de burbujas mantiendo la superficie estable.

d) Aplicación Se utiliza en la clasificación de los metales no ferrosos, metales ferrosos, minerales no metálicos, es adecuado para flotación primera y separación de barrido de plantas grandes y medianas.

e) Datos técnicos Model o

Volum Capaci en dad(m efectiv 3/min) o (m3)

Diámetro del impulsor (mm)

Velocidad del impulsor (r.p.m)

Potenci a del motor para agitaci ón (kw)

Potencia del motor para raspador( kw)

JJF-4 JJF-5 JJF-8 JJF-10 JJF-16 JJF-20

4 5 8 10 16 20

410

305

11

1.5

540

233

22

700 730

180

37

2.0-4 2.0-6 4.0-8 5.0-10 5.0-16 5.0-20

Peso de celda por unid ad (kg) 2303 2416 4700 4820 8000 8500


DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN 2.3 CELDAS DE FLOTACIÓN WEMCO.


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2.4 Celdas de Columnas de flotación a) Celda-columna Los mismos principios de físicoquímica de superficie que se aplica a flotación en celdas convencionales son válidos para la flotación en celda-columna, siendo la cinética de flotación mucho más rápida en esta última; de esa manera las partículas hidrofóbicas son adheridas a las burbujas, las cuales ascienden y son removidas como concentrado. A diferencia de las celdas convencionales, no usan agitadores mecánicos, 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, y simultáneamente un spray de agua colocado en la parte superior 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 los que reciben mayor atención en toda instalación antigua o nueva; se puede afirmar que los generadores de burbujas son el "corazón" de la celdacolumna. Aquí algunos conceptos básicos importantes: 1. Holdup.- Se define como el % de volumen en la columna usada por el aire en cualquier momento, el límite del holdup es 16%. Para fines prácticos se puede usar la siguiente fórmula:

Holdup = ( H espuma/ H columna) x 100 2. Impending holdup.- Deficiencia para trasladar el concentrado al labio del overflow. 3. Bías.- Es la relación que hay 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. 5. Coalescencia.- Periodo en el que no puede extenderse el holdup en una columna; en este punto las burbujas colapsan y se crea una caída en la recuperación.



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Variables más importantes en su operación son: 1. Flujo de alimentación 2. Flujo de aire 3. Flujo de agua de lavado 4. Nivel de pulpa y espuma 5. % de sólidos 6. Dosificación de reactivos

b) Zonas de la celda-columna Se distinguen dos zonas básicas en la celda (figura N.° 1): zona de recuperación o colección y zona de limpieza; sin embargo, cuando se trata de realizar trabajos de investigación (figura N.° 2) se debe estudiar la celda de acuerdo con lo que a continuación se indica: 1. Zona de limpieza: fase espuma, región que se extiende hacia arriba desde la interfaz pulpa -espuma hasta el rebase de la columna. 2. Zona de limpieza: interfaz pulpa-espuma, región de longitud arbitraria en la interface pulpa-espuma; a esta región se le asigna el espacio entre 0.15 m sobre la interfaz 0.15 m por debajo de la interfaz. 3. Zona de limpieza: fase pulpa; región que se extiende hacia abajo desde la interfaz pulpa-espuma hasta la tobera de inyección del material de alimentación. 4. Zona de colección, región que se extiende hacia abajo desde la tobera de inyección o alimentación hasta los difusores.

c) Forma de la celda-columna Se caracteriza por su forma rectangular, cuadrada o redonda con poco diámetro y una gran altura. Prevalece la forma redonda; las formas cuadradas y rectangulares requieren fierro extra, lo que representa un gasto adicional.



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d) Aireación de la celda El sistema de inyección de aire es la parte fundamental de la celda y se realiza mediante inyectores internos o externos que buscan mejorar la producción del enjambre de burbujas y el tamaño de las mismas; así, por ejemplo, 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 convenientemente a una cámara pequeña que contiene gravas, de preferencia de canto rodado, a presiones que fluctúan entre 60 a 70 PSI. También es importante el burbujeador microcel de Process Engineering Resources, Inc., que es un mezclador estático para disponerse fuera de la columna formando microburbujas que van desde 1000 a 600 micras. Finalmente, podemos mencionar los slam jet sparger de Canadian Process Technologies de regulación automática de gas, que trabajan fuera de la columna y son diseñadas para fácil instalación y mantenimiento en línea. El control de aire en la celda se hace midiendo el tiempo de éste en el interior de la misma, lo que en inglés se llama holdup, que se define como la fracción de aire presente en la pulpa de cualquier celda de flotación expresada en porcentaje y se determina fácilmente implementando dos visores: uno en la parte inferior y otro en la parte superior de la columna (figura N.° 3), deduciendo que la diferencia de niveles a través de dichos visores debe ser proporcional al aire contenido dentro de la celda.

e) Agua de lavado En la figura N.° 4, podemos apreciar el perfil de la espuma en la celda-columna, zona muy importante del proceso de flotación; la forma y calidad de espuma serán factores importantes en la eficiencia del proceso. En la celda-columna el 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.



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f) Instrumentación y control Qza
g) Instalación La instalación de la celda-columna se puede realizar para trabajar en serie (figura N.° 6) o en paralelo (figura N.° 7); en el primer caso se hace con el objeto de realizar todo el proceso en celdas-columna y la instalación en paralelo generalmente trabajará con un circuito adicional de celdas convencionales donde se flotará un scaverger para lograr resultados aceptables en grado y recuperación.

h) Modelos de celda-columna Con el objeto de mejorar la performance metalúrgica y de operación de la celda-columna, se han desarrollado otros modelos, como por ejemplo la celda-columna de 3 productos: C3P (figura N.° 8), que considera un drenado de partículas mixtas para su posterior remolienda y retorno al circuito de flotación. Otro ejemplo es la celda Packed Flotation Colum (figura N.° 9), que posee en su interior una cama de empaques reticulados, pudiendo ser éstos de plástico o metal corrugados para producir microburbujas, los que van colocados en módulos orientados en 90 grados respecto al eje vertical de la columna.

i) Diagrama de flujo La ubicación de la celda-columna dentro del circuito de flotación convencional (figura N.° 10) puede ser en forma parcial dentro del circuito (figura N.° 11) o reemplazar todas las celdas convencionales (figura N.° 12) por celdas-columna.



Figura N.° 1. Celda-columna (22)

Figura N.° 2. Zonas de la celda-columna (8)


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Figura N.° 4. Perfil de la zona de la espuma ianatos 1985 (6)

Figura N.° 3. Medida de la presión del gas y dirección de flujo en celda-columna (22)

Figura N.° 4. Perfil de la zona de la espuma yianatos 1985 (6)


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Figura N.° 5. Celda-columna con instrumentación básica (23)

Figura N.° 6. Instalación en serie (18)


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Figura N.° 7 Instalación en paralelo (18)

Figura N.° 8 . Celda-columna de 3 productos


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Figura N.° 9. Celda de flotación (15)

Figura N.° 10. Circuito convencional


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Figura N.° 11. Circuito convencional con celda-columna

Figura N.° 12. Celdas-columna en todo el circuito de flotación


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2.5 Celdas de flotación Jameson a) Flotación de alta intensidad y eficiencia. La Celda Jameson es una celda de flotación de alta intensidad que puede crear circuitos de flotación de menor costo, más eficientes y con mejor rendimiento. La primera Celda Jameson comercial se instaló en 1989 en la operación de Mt Isa Mines en respuesta a los defectos de las celdas de flotación columnar. Desde entonces la tecnología ha mejorado significativamente, así como también nuestra comprensión de cómo utilizar mejor sus funciones para diseñar mejores circuitos de flotación. Actualmente existen más de 250 celdas Jameson instaladas en la industria de los minerales que realizan el tratamiento de carbón, metales base y caudales de extracción por solventes. Existen más aplicaciones en la industria del tratamiento de agua.



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La Celda Jameson es un dispositivo resistente que utiliza principios simples para generar una flotación intensa. Las diferencias claves con las celdas mecánicas convencionales y las columnas de flotación son: Un chorro a presión altamente cortante que crea una zona de mezcla de alta intensidad, lo que produce una nube de burbujas finas que se mezclan rápidamente con partículas. Las burbujas de aire finas permiten una alta carga de sólidos por burbuja de aire y, de este modo, se produce una alta capacidad de transporte de espuma. Esto se traduce en tasas de producción altas en un espacio pequeño. La pequeña área requerida para su instalación (huella) permite contar con lavado de espuma para mejorar la calidad del producto. La mayor parte de la interacción partícula-burbuja sucede en la zona del “downcomer”, lo que significa que el tanque de la celda se requiere solamente para la separación de la espuma/pulpa (y para el lavado de espuma). A diferencia de las columnas, no es necesaria una gran zona de colección y no existe la necesidad de realizar los cálculos de "tiempo de residencia" de las celdas convencionales. La Celda Jameson no tiene piezas móviles, lo que se traduce en una alta disponibilidad y bajos costos de mantenimiento. No utiliza un suministro de aire externo, lo que reduce aún más los costos de operación. El simple, pero poderoso mecanismo de creación de burbujas, crea una distribución del tamaño de burbujas uniforme para lograr un rendimiento consistente. A diferencia de las columnas, no existen rociadores que producen burbujas finas cuando son nuevos y burbujas grandes cuando son antiguos. Escalamiento simple para las máquinas de gran tamaño. Las celdas instaladas varían de una alimentación de 80 m3/h a una de 3.000 m3/h. Filtración de concentrados frecuentemente mejorada debido a la alta recuperación tanto de las partículas gruesas como finas de interés, en combinación con un buen rechazo de los finos no deseados.



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Estas características únicas de la Celda Jameson crean diversas oportunidades de diseño: Expansiones de bajo costo para los circuitos existentes: una sola celda necesita poco espacio, no necesita aire y se puede alimentar a partir de una bomba existente. Una sola celda puede producir rápidamente sobre 30% del concentrado antes de la etapa rougher y de la limpieza y, por lo tanto, aumenta la capacidad de las celdas existentes. De manera adicional, el lavado de espuma en la Celda Jameson aumentará la calidad general del concentrado. Una instalación de Celda Jameson representa generalmente entre un 40% y un 60% del área de huella de las celdas de flotación convencional y menos de un 30% de la altura de las celdas de columna. Diseño de nuevos circuitos de bajo costo: la combinación de las funciones de la Celda Jameson mencionadas anteriormente con las celdas convencionales pueden producir un circuito más pequeño y eficiente, que logra una mayor ley y recuperación que cualquiera de estas tecnologías podría lograr de manera independiente. Instalaciones simples de celda unitaria: donde se necesita una alta tasa de producción en un espacio pequeño. Este es el motivo por el cual la Celda Jameson es la tecnología de flotación dominante de reemplazo en la industria australiana de flotación del carbón y del orgánico de SXEW. Todos los minerales recuperados mediante la flotación se pueden procesar con la Celda Jameson. Se han instalado más de 250 celdas Jameson en todo el mundo en aplicaciones de metales base, carbón y SX-EW, con las celdas tratando tasas de alimentación desde 80 m3/h a 3.000 m3/h. La Celda Jameson patentada fue desarrollada en conjunto por Isa Mines (actualmente Xstrata Queensland Ltd) y el Profesor Graeme Jameson de la Universidad de Newcastle y es comercializada en todo el mundo por Glencore Technology.




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b) Ventajas de la Celda Jameson 

Capacidad de alta producción

Una sola celda puede tratar más de 3.000 m3/h y es capaz de producir una tasa de concentrado de 130 tph. En muchas instalaciones de la Celda Jameson el área útil necesaria ha sido reducida entre un 30% a un 40% en comparación con las celdas mecánicas convencionales. 

Alta recuperación y ley

Debido a las burbujas de aire fino, la mezcla intensa, la alta probabilidad de contacto y la alta carga de burbuja/partícula, la consistencia de la celda logra altas recuperaciones y leyes. La celda se puede ajustar fácilmente para lograr la posición deseada en cualquier curva de recuperación de ley. 

Mantenimiento rápido y de bajo costo

La Celda Jameson no tiene piezas móviles y no tiene un suministro de aire externo lo que hace del mantenimiento de la Celda Jameson simple y de bajo costo. El análisis en la selección de material para las piezas de la Celda Jameson dio como resultado la minimización de los repuestos requeridos. Los diseños actuales han comprobado que sólo el elemento principal que requiere el reemplazo cada dos o cinco años es el “Slurry Lens”. El “Slurry Lens” se reemplaza en línea y toma 5 minutos por “downcomer”. 

Operación fácil

Como el flujo de alimentación fluctúa por el “downcomer”, permanece constante, lo que da

como resultado un rendimiento constante. Una vez que la Celda Jameson se ajusta para las condiciones de alimentación pasa a ser un dispositivo que se "acciona y olvida". 

Encendido y apagado simple

La alimentación fresca se lleva en línea, por medio de la bomba, en el arranque de la celda y, la acción del mecanismo de recirculación garantiza que la celda alcanza rápidamente el equilibrio. El mecanismo de recirculación también permite que la bomba de alimentación siga bombeando, incluso cuando la alimentación fresca esté apagada, sin la necesidad de ninguna intervención del operador. Al apagarla, la alimentación se desvía a los relaves



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cuando se apaga la bomba, pero una vez que la bomba se ha reiniciado la celda alcanza rápidamente el equilibrio de nuevo. 

Diseño de celda flexible

No hay piezas móviles dentro de la Celda Jameson y la flexibilidad en la elección de materiales es amplia (FRP, HDPE, acero inoxidable/dulce). Debido a la simplicidad de la unidad, los cambios en el diseño se pueden implementar fácilmente y así la mayoría de las celdas se diseñan a medida para cada cliente: circular, rectangular, artesas internas/externas, caja de reciclado, control de nivel, sistemas de alimentación superiores o inferiores. 

Bajo costo e instalación simple

Una celda que puede tratar 1.200 m3/h tiene sólo 5,0 metros de diámetro y 4,0 metros de alto. El área de huella de una Celda Jameson es generalmente entre un 40 a un 60% de huella de las celdas de flotación convencional, mientras que la altura es meno r al 30% de las celdas de columna. De manera adicional, las celdas Jameson son autoaspirantes, por lo tanto no hay necesidad de un suministro de aire externo (compresor o soplador) y no hay agitadores o piezas removibles dentro de la celda. Como resultado, la Celda Jameson tiene un capital instalado y costos de operación y mantenimiento muy bajos. 

Escalamiento preciso

Los resultados de la escala piloto se escalan directamente al tamaño comercial con un 100% de precisión. El registro de escalamiento comprobado ayuda a reducir el riesgo del proyecto. 

Dependiente del contacto

En vez de que el dimensionamiento del equipo dependa del tiempo de residencia, como sucede con las celdas de flotación convencionales, el dimensionamiento de la Celda Jameson depende del flujo. El resultado es celdas mucho más pequeñas para realizar la misma labor. Cuando se compara con la tecnología de flotación convencional y de columna, las ventajas de la tecnología de la Celda Jameson se pueden ver claramente.


DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN Celda Jameson Si Lavado de espuma 0.3-0.5mm Tamaño de burbuja Número de etapas necesarias para 1 la flotación equivalente Pequeño Requerimiento de espacio Alta Recuperación de finos

Celda convencional No 1.0mm 3

Celda de columna Si 0.5-3.0mm 1

Grande Buena

Muy grande Buena

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La Celda Jameson combina un novedoso método para el contacto del aire y de la espuma donde un chorro a presión de pulpa deja entrar el aire de manera natural, logrando una alta fracción de vacío, burbujas finas y contacto íntimo de partículas de burbuja. En comparación con la flotación convencional, las burbujas pequeñas (0,3 a 0,5 mm) se producen constantemente y el contacto intenso entre burbujas y partículas ocurre en un período corto (6 a 10 segundos) en el “downcomer”. La combinación del pequeño tamaño de las burbujas

y el contacto intenso da como resultado una celda de alta intensidad que produce tasas de flotación de mineral rápidas, especialmente para los finos. Debido a que el contacto entre la burbuja y la partícula ocurre en el tubo de descenso, el propósito del estanque es principalmente para la separación de las burbujas y la pulpa, por lo tanto el volumen de la celda es muy pequeño en comparación con las columnas. Las altas tasas de flotación que resultan de la aeración intensa se traducen en una alta productividad por área de superficie,



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lo que hace al lavado de espuma aumentar el grado de concentrado. El consumo de energía es menor que en las celdas mecánicas o en las columnas de flotación (la única energía proviene del bombeo de alimentación, sin un soplador o compresor) y el orificio y la bomba de alimentación son las principales piezas de desgaste.

Celda Jameson Diámetro promedio de la 300 burbuja de aire (micrón) 200-250 Corte / intensidad (1/s)

Celda Convencional 1000 7-10

c) La Celda La Celda Jameson se puede dividir en tres zonas principales: El “downcomer”, la zona de pulpa del estanque y la zona de espuma del estanque El “downcomer” es el corazón de la Celda Jameson y es donde ocurre el contacto primario de

las burbujas de aire y las partículas. La pulpa de alimentación se bombea al “downcomer” por medio de un ““Slurry Lens”” creando un chorro de alta presión. El chorro de líquido corta

y luego entra el aire, que ha sido aspirado de manera natural. Debido a la alta velocidad de mezclado y a la gran área interfacial existe un contacto rápido y una recolección de burbujas de aire/partículas. El tiempo de residencia del “downcomer” varía entre diez y treinta

segundos. La Zona de pulpa del estanque es donde ocurre el contacto secundario entre las burbujas de aire y partículas y es donde las burbujas se separan de la pulpa. La mezcla de pulpa aireada sale del “downcomer” e ingresa a la zona de la pulpa del estanque de flotación. . La velocidad

de la mezcla y el gran diferencial de densidad entre éste y el resto de la pulpa en el estanque resultan en patrones de recirculación de fluido. Esto mantiene las partículas en suspensión sin la necesidad de agitación mecánica. El tiempo de residencia de la zona de la pulpa del estanque varía de dos a cinco minutos. La zona de espuma del estanque es donde los materiales ingresados se extraen de la espuma por medio del drenaje de la espuma o del lavado de la espuma. La celda está diseñada para garantizar una zona de espuma quieta eficiente que permite la administración flexible de la espuma. El tiempo de residencia de la zona de espuma varía de cuatro segundos a un minuto.




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d) El “downcomer”: el corazón de la Celda Jameson El “downcomer” es donde ocurre el contacto, la unión y la mayoría de la recopilación de burbujas de aire/partículas. El “downcomer” de la Celda Jameson está compuesto de cinco

regiones distintas: el chorro libre, la trompeta de inducción, el chorro a presión, la zona de mezcla y la zona de flujo de la tubería.



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e) Celdas neumáticas La tecnología de flotación neumática ha tenido un gran desarrollo desde los años 20 hasta los nuevos diseños propuestos por el Dr. Rainer Imhof, en Alemania. Básicamente, introduce la desagregación operacional de la flotación, es decir, un control sobre las condiciones de alimentación, interacción partícula/burbuja, y la separación del concentrado y el ralave. Los últimos aportes a la flotación neumática, han sido realizados por el Dr. Imhof, quien a través de sus diseños comerciales Ekoflot y Ekoflot V, ha generado un avance importante en el mercado productivo, en aplicaciones industriales no metálicas y en la minería metálica, a nivel de flotación rougher, scavenger y cleaner. El principio básico de diseño de las celdas neumáticas, consiste en asignar las diferentes tareas del proceso a dispositivos específicos. Unidades de aireación introducen aire finamente distribuido en el seno de la pulpa, mezclada previamente con reactivos de flotación en el exterior de la celda. Casi todas las partículas hidrofóbicas, se adhieren ya en el interior de estos dispositivos de aireación, y en su camino hacia el recipiente de flotación, a las burbujas de aire densamente dispersadas. La energía cinética requerida para la fijación de las partículas, proviene de la corriente turbulenta de la pulpa en el reactor. Esta corriente turbulenta es generada por la bomba de pulpa, instalada por delante de la unidad de aireación. La tarea del recipiente de flotación propiamente tal, al que se alimenta la pulpa aireada, es la de recoger las burbujas de aire con las partículas sólidas adheridas y extraerlas con producto de espuma. En la figura 7.10 se muestra una celda neumática


DISEÑO DE CELDAS DE FLOTACIÓN Jameson.

Figura 7.10. Celda neumática.


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3. DISEÑO DE CIRCUITOS BÁSICOS DE FLOTACIÓN Los circuitos de flotación son procesos continuos; las celdas están instaladas en series formando bancos (Figura 20). La pulpa ingresa a la primera celda del banco y entrega parte de su mineral valioso en forma de espuma; el overflow de esta celda pasa a la segunda celda, de donde es sacada más espuma mineralizada, y así sucesivamente hasta la última celda del banco. La altura de la columna de espuma es determinada por el ajuste de la altura de la salida de la cola; la diferencia de altura entre ésta y el labio del overflow de la celda determina la altura de la espuma. La alimentación ingresa a la primera celda del banco y la columna de espuma en las primeras celdas se mantiene alta, ya que hay abundante cantidad de partículas hidrofóficas de mineral que lo sustentan. El nivel de la pulpa sube de celda a celda, ya que la pulpa se hace más pobre en minerales flotables, por aumento progresivo, en la celda de colas. Las últimas celdas de un banco contienen espumas con bajos contenidos de mineral, conformados por partículas hidrofóbicas débiles. Estas son denominadas celdas scavenger, usualmente conformados por partículas mixtas, las cuales son recirculadas. Las celdas scavenger, tienen poco mineral para sustentar espuma alta, tienen su vertedero de colas crecido de tal manera que la pulpa sobrepasa siempre el labio de la celda. De esta manera se recupera el material flotante y se logra la máxima recuperación de las celdas. Debe evitarse las cargas circulantes excesivas, por más que la alimentación se diluya, y el tiempo de flotación se reduzca. El flujograma para este sistema básico se muestra en la figura 21, Este flujograma puede ser operado exitosamente solamente cuando la caja (ganga) sea relativamente no flotable, y requiera un especial y cuidadoso control para mantener uniforme la ley del concentrado si hay fluctuaciones en la ley de cabeza. Un sistema preferido, es diluir el concentrado de las primeras celdas de un banco, conocido como flotación rougher, y reflotarlos en celdas de limpieza (cleaners), donde los vertederos se los mantiene bajos para mantener una espuma alta y producir un concentrado de alta ley. En este sistema rougher-scavenger-cleaner (Figura 22), las celdas de limpieza reciben alimentación de alta ley, mientras que la sección scavenger puede trabajar con un exceso de aire para obtener una máxima recuperación.



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Figura 20. Banco de celdas continúo

Figura 21. Circuito de flotación simple Las colas de las celdas de limpieza, normalmente contienen partículas de mineral aerófílas que son generalmente recirculadas a las celdas rougher, y posteriormente a las scavenger. Este tipo de circuitos, también son muy prácticos para minerales que necesitan una máxima cantidad de aireación al final del banco para obtener una recuperación rentable, se emplea con frecuencia cuando la ganga tiene tendencia a flotar y es difícil de separar del mineral. En tales casos, puede ser necesario utilizar uno o más bancos de celdas de limpieza (Figura 23).



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El paso de pulpa del material no concentrado entre celda a celda se realiza mediante unos tubos denominados chupones que estan unidos a una caja o jaula unida al difusor en cuyo interior se halla el impulsor. Entonces este mecanismo permite que al girar el impulsor aspire la pulpa de la celda anterior e incluso aire (comportamiento de aspiración) y lo suelte por debajo del mismo para que sea mezclado y se puedan formar las zonas de flotación convencionales.

Figura 22. Sistema de flotación Rougher – Scavenger – Cleaner

Figura 23. Circuito con relimpieza



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3.1 DISEÑO DE FLUJOGRAMAS Los diagramas de flujo están identificados por un separador o por una unión.

Figura 24. Separador y unión en flujogramas En el diseño de un flujograma apropiado para una planta de flotación, el tamaño de grano de la molienda es de mayor consideración. Se puede estimar en base a experiencias del pasado y de una evaluación mineralógica, pero tienen que hacerse pruebas de laboratorio, para determinar las condiciones óptimas. El propósito de la molienda es promover una recuperación económica de los minerales valiosos. Deben realizarse pruebas con cargas de mineral, utilizando varias combinaciones de reactivos, en muestras de mineral con diferentes contenidos. Se deben pesar los concentrados, determinar sus leyes y los resultados ploteados en curvas Recuperación vs. Tiempo y Recuperación vs. Ley del concentrado (Figura 25).

Figura 25. (a) Recuperación vs. Tiempo; (b) Recuperación vs concentración



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Inicialmente se debe escoger la malla de molienda que da una ley y recuperación razonable con un tiempo de flotación rougher aceptable. Si la molienda es muy gruesa, algunos de los minerales valiosos, no flotaran. De cualquier manera, los tiempos de flotación excesivos pueden eventualmente permitir que algunas de estas partículas vayan a los concentrados, bajando su ley. Es aquí que el flotador debe usar su experiencia y decidir cuál es la ley del concentrado y el tiempo de flotación más razonables. Como el costo de la molienda es invariablemente el más alto, no se debe moler más de lo que realmente es justificable desde el punto de vista económico; es decir lo que interesa es la liberación de la partícula valiosa y tamaño adecuado de partícula para que pueda ser arrastrada.

3.2 FLEXIBILIDAD DE LOS CIRCUITOS DE FLOTACIÓN Habiendo sido alcanzada la decisión de diseñar un circuito de flotación de acuerdo a un esquema determinado, es necesario prever variaciones en el flujo de alimentación a la planta, ya sean más bajos o más altos y también considerar fluctuaciones en las leyes de los minerales. El camino más simple de mitigar las fluctuaciones de la ley y proporcionar un flujo uniforme a la planta, es colocando un tanque acondicionador de almacenamiento entre la sección de molienda y la planta de flotación: Cualquier variación en ley o tonelaje puede ser mitigada por el tanque acondicionador, de donde el material es bombeado o envia por gravedad una pulpa en una proporción controlada a la planta de flotación; es en el acondicionador donde los reactivos son adicionados. Es fundamental el pre-acondicionamiento de la pulpa antes de ingresar a la planta de flotación debido que aquí es dond etambien se gana mayor tiempo de contacto entre reactivos y minerales. Se tiene que tomar también una previsión para poder tratar mayor cantidad de pulpa, lo cual puede ocurrir por ejemplo cuando se tiene previsto hacer el mantenimiento de uno de los molinos del sistema. Esto se logra distribuyendo la alimentación en bancos de celdas paralelas (Figura 26)



Figura 26. Banco de celdas de flotación paralelas A continuación se muestran algunos circuitos de flotación:


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4. DESARROLLO DE UN DISEÑO DE LA CELDA DE FLOTACIÓN Los factores principales para calificar el rendimiento de la máquina son: 1. Rendimiento metalúrgico, representado por la ley y la recuperación. 2. Capacidad, en TMH y por unidad de volumen. 3. Costos de operación por tonelada de alimentación 4. Facilidad de operación (la cual puede bien ser subjetiva).

Una buena máquina de flotación debe tener facilidades para: 1. Alimentación de la pulpa en forma continua. 2. Mantener la pulpa en estado de suspensión. 3. Evitar las sedimentaciones. 4. Separación apropiada de la pulpa y de la espuma mineralizada. 5. Evacuación de la última en forma ordenada. 6. Fácil descarga de los relaves.

La construcción del prototipo se ha desarrollado en las siguientes etapas: 1. Cálculo de los parámetros de diseño. 2. Confección de los planos digitales utilizando el programa Autocad. 3. Construcción de las piezas que conforman la celda piloto en los talleres de Mametsa, gracias al apoyo brindado por su gerente general Dr. César Janampa Ramos. 4. Fundición del impulsor en los laboratorios de la E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica. 5. Pintado de las piezas en la Planta Piloto de la Universidad Mayor de San Marcos. 6. Ensamblaje final de la celda piloto con el motor. 7. Instalación del prototipo en el circuito de flotación de la Planta Piloto de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. 8. Pruebas metalúrgicas de funcionamiento. Por tratarse de un proyecto de investigación de construcción de un equipo físico, la mejor manera de presentarlo será mediante la exposición de fotografías de acuerdo al orden antes



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mencionado, indicando también que se cuenta con un video de funcionamiento para las pruebas metalúrgicas.

1. PARÁMETROS DE DISEÑO: CAPACIDAD DE LA CELDA CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO DE ALIMENTACIÓN Mínimo Máximo KSPH 30.000 50.000 % de sólidos 40.0 40.0 Densidad del sólido 2.80 2.80 CÁLCULOS: Mp Kg 75.000 125.000 Mw Litros 45.000 75.000 Qp LPH 55.714 92.857 PsV % 19.230 19.230 dp gr/litro 1 346 1 346 De los cálculos desarrollados y de los diseños aplicados se presenta un resumen de las especificaciones técnicas importantes. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL EQUIPO Tipo Tanque cilíndrico Tamaño 300 mm diámetro y 400 mm de altura Revoluciones 950 rpm Material Acero de medio carbono Motor 1.50 Kw 4P motor enjaulado Accesorios Faja en V con cobertura de seguridad Tubería de 1/4” para aire a baja presión

Sistema para ducha de agua Válvula de desagüe Canaleta de recepción de concentrados Patas de soporte Tiempo de flotación 22.5 minutos para alimentación de 30 kph 13.5 minutos para alimentación de 50 kph



Plano N.º 1. Impulsor de la celda.

Plano N.º 2. Tubo de alimentación y difusor.


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Plano N.º 3. Soporte del sistema de trasmisión.

Plano N.º 4. Tanque de agitación y canales.


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Plano N.º 5. Vista general del equipo

5. PINTADO DE LAS PIEZAS DE LA CELDA DE FLOTACIÓN

Foto N.º 3. Pintura de las piezas del equipo


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6. RESULTADO FINAL

Foto N.º 4. Celda “San Marcos” instalada en los circuitos de la Planta Piloto de flotación.

8. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Concluida la instalación de la celda piloto, en los ambientes de la Planta Piloto de la E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica, se procedió con las pruebas de funcionamiento de acuerdo a un programa. Este se inició con el chequeo de los componentes mecánicos y eléctricos en funcionamiento. Luego se pasó a operar el equipo solo con agua durante cinco días consecutivos y se verificó el buen estado del equipo en sus aspectos mecánicos y eléctricos. Se finalizó el estudio desarrollando una prueba metalúrgica con mineral de calcopirita durante un día, para ello fue necesario el funcionamiento de toda la Planta Piloto. El equipo funcionó eficientemente en todos sus aspectos, existe un video de esta prueba.



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CONCLUSIONES 

Los parámetros de diseño han sido correctamente establecidos para operar la celda en la Planta Piloto de flotación de la E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica.

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Los planos de los órganos de máquina han permitido la correcta construcción de las piezas que conforman la celda piloto.

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No se presentaron problemas en el ensamblaje por las previsiones tomadas en el diseño.

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La celda operó correctamente en vacío y con solo agua en forma continua por tres días, dando pruebas de su eficiencia mecánica y eléctrica.

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Las pruebas metalúrgicas en blanco desarrolladas operando toda la Planta Piloto han demostrado que la celda se adecua perfectamente a este tipo de concentración por flotación.

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Los profesores y alumnos de la E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica están en capacidad de emprender nuevos retos, para crear tecnología propia en el procesamiento de minerales.


Diseño de Celdas de Flotacion

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