INTRODUCCIÓN
La flotación es un proceso selectivo que se emplea para llevar a cabo separaciones específicas de minerales complejos, basándose en las diferentes propiedades superficiales de cada uno de ellos. Es el método de procesamiento de minerales más eficaz y con mayores aplicaciones de todos los existentes, aunque en muchos aspectos, es el más complejo de ellos. Las operaciones de flotación, como un proceso de concentración, tienen como objetivo la recuperación de los metales de interés, contenido en un mineral, en forma impura pero al mismo tiempo enriquecida. En este tipo de operaciones se basan en las características hidrofobias de ciertos componentes de los minerales (típicamente el azufre) a efectos, que al introducir aire se burbujas (flotación por
espumas)
forme y estas
partículas de mineral se adhieran a las burbujas y floten a la superficie donde son extraídos como concentrados.
OBJETIVOS
Definir los principales conceptos que constituyen la base para la comprensión de los principios de Flotación de minerales.
Comprender la función que cumple la flotación en la concentración de minerales pobres o de baja ley.
Manejar bien los instrumentos usados en el proceso.
Conocer los reactivos usados en la flotación de minerales.
FUNDAMENTO TEORICO
La Flotación Es un proceso fisicoquímico de tres fases (sólido-líquido-gas) que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire, las cuales transportan los sólidos a la superficie de la celda de flotación, donde son recolectados y recuperados como concentrado. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituyen las colas o relaves.
Así, la condición de flotabilidad es una fuerte adhesión entre las partículas útiles y burbujas, que deben ser capaces de soportar la agitación y turbulencia de la celda. Estas partículas se dicen hidrofóbicas, y las partículas del relave o colas son hidrofílicas. El proceso de flotación se lleva a cabo en celdas que poseen mecanismos de agitación y dispositivos de inclusión de aire a la pulpa o al líquido de separación. La agitación favorece la separación y suspensión de las partículas, mientras que la inclusión de aire promueve la formación de burbujas.
Etapas del proceso de flotación. 1. El mineral es molido húmedo hasta aproximadamente 48 mallas (297 micrones) 2. La pulpa que se forma, es diluida con agua hasta alcanzar un porcentaje de
sólidos en peso entre 25% y 45%. 3. Se adiciona pequeñas cantidades de reactivos, que modifican la superficie de determinados minerales. 4. Otro reactivo, específicamente seleccionado, se adiciona para que actúe sobre el mineral que se desea separar por flotación. Este reactivo cubre la superficie del mineral haciéndola aerofílica e hidrofóbica. 5. Luego se adiciona otro reactivo, que ayuda a establecer una espuma estable. 6. La pulpa químicamente tratada en un depósito apropiado, entra en contactos con aire introducido por agitación o por la adición directa de aire a baja presión. 7. El mineral aerofílico, como parte de la espuma, sube a la superficie de donde es extraído. La pulpa empobrecida, pasa a través de una serie de tanques o celdas, con el objetivo de proveer tiempo y oportunidad a las partículas de mineral para contactar burbujas de aire y pueden ser recuperadas en la espuma. Por lo tanto, podemos señalar que la flotación es un macrofenómeno de hidrofobicidad y de aerofilicidad de la superficie de los minerales, que se desean recuperar .
Fig. Esquema flotación por espuma.
MINERALES HIDROFÍLICS: Son mojables por el agua, constituidos por:
óxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos y otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga. Haciendo que se mojen, permanecen en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse.
MINERALES HIDROFÓBICOS: Son aquello que no son mojables o son poco mojables por el agua, dentro de ellos tenemos: los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como: grafito, carbón bituminoso, talco y otros, haciendo de que evite el mojado de las partículas minerales que pueden adherirse a las burbujas de aire y ascender.
Fig. Partículas hidrofóbicas e hidrofílicas.
Tipos de flotación Flotación bulk colectiva Flotación bulk o colectiva en la cual se obtiene en un concentrado todos los minerales valiosos contenidos en la mena y entiéndase por selectividad a la fijación preferencial del colector o reactivo heteropolar en la superficie de un determinado mineral valioso. Un relave con el material sin valor o ganga.
Flotación selectiva o diferencial , la cual por la acción selectiva de los reactivos permite obtener en un concentrado un sólo mineral valioso, es decir, en mayor concentración.
MECANISMOS DE FLOTACIÓN El proceso de flotación depende de fenómenos complejos que ocurren en la superficie de las partículas de mineral y en las burbujas de aire formadas en el agua.
Fig. Flotación un proceso físico químico
Factores que influyen en la flotación:
Presencia de impurezas en el mineral, en solución sólida o adsorbidas en minerales coloidales
Grado de liberación
Agua
dura afecta las interrelaciones entre el mineral y los reactivos, y
a veces forma compuestos insolubles con los reactivos.
Factores Que Intervienen En La Flotación En toda operación de flotación intervienen cuatro factores principales, que son
LA PULPA Es una mezcla del mineral molido con el agua, y viene a constituir el elemento básico de la flotación ya que contiene todos los elementos que forman el mineral La pulpa debe reunir ciertas condiciones, es decir que el mineral debe estar debidamente molido a un tamaño no mayor de la malla 48, ni menor a la malla 270, dentro de este rango de tamaño de partículas, se podrá recuperar de una manera efectiva las partículas de los sulfuros valiosos (Esto depende básicamente de la mineralogía de tipo de mineral)
LOS REACTIVOS Son sustancias químicas que sirven para la recuperación de los sulfuros valiosos, despreciando o deprimiendo a la ganga e insolubles. Mediante el uso de reactivos podemos seleccionar los elementos de valor en sus respectivos concentrados.
EL AIRE Es un factor importante que sirve para la formación de las burbujas (el conjunto de burbujas acompañadas de partículas de sulfuros forman las espumas) que se necesita en las celdas. Por tanto, el aire ayuda a agitar la pulpa Las espumas se encargan de hacer subir o flotar los elementos valiosos hacia la superficie de la pulpa, en cada celda o circuito.
LA AGITACIÓN La agitación de la pulpa nos permite la formación de las espumas de aire para la flotación, y además nos sirve para conseguir la mezcla uniforme de los reactivos
con los elementos que constituyen el mineral de la pulpa, dentro de la celda. Además, la agitación, nos evita el asentamiento de los sólidos contenidos en la pulpa.
CLASIFICACIÓN DE MINERALES SEGÚN SUS PROPIEDADES DE FLOTACION
1. Sulfuros (Cu, Pb, Zn, Ni, Hg, Sb) y metales
nativos:
Tienen
baja
mojabilidad. Flotan con xantatos 2. Minerales no metálicos no polares: Grafito, azufre, carbón, talco. Tienen baja mojabilidad. Flotan con colectores muy débiles y a veces con sólo espumantes. 3. Minerales oxidados (Cu, Pb, Zn): Flotan con sulfurización y xantatos, o ácidos grasos. 4. Minerales tipo Sales de Ca, Mg, Sr: Scheelita, powelita, apatita, fosforita, fluorita, calcita, baritina, magnesita, dolomita. Flotan con ácidos grasos.
Variables de La flotación. El Mineral. Las especies mineralógicas dentro de una mena, no son de la misma dureza. Esto significa que en el proceso de reducción de tamaño, las especies más blandas se desintegran en mayor proporción que las duras. Los minerales, tiene por lo general una estructura cristalina, esta estructura es como consecuencia de la composición química de las moléculas, iones y átomos de sus componentes.
El Agua El agua es el elemento en el cual se efectúa la flotación, por su abundancia
Hay que subrayar la importancia que tienen la impureza y contaminación de las aguas naturales e industriales. La dureza del agua por ejemplo causada por sales de calcio, magnesio y sodio. Estas sales pueden cambiar la naturaleza de la flotabilidad y son casi siempre causa de consumo considerable de reactivos, formando sales insolubles.
REACTIVOS DE FLOTACIÓN Para que la flotación de minerales sea efectiva, se requiere de los siguientes aspectos Los reactivos de flotación, son el componente y la variable más importante del fenómeno de la flotación, debido a que no puede efectuarse ésta sin la participación de los reactivos. El número de minerales de alta flotabilidad natural es muy restringido (grafito, talco, azufre, etc.) y su importancia relativa tan limitada que no es posible afirmar que la flotación de minerales en la actualidad pueda efectuarse sin la activa participación de los reactivos, por lo que debemos reiterar que son sumamente importantes. Siendo elementos tan importantes para la flotación de minerales, los reactivos influyen, además, con una gran sensibilidad, no sólo el tipo de reactivo que se agrega, sino que también influye toda la combinación de reactivos, sus cantidades o dosificación. Diferentes investigadores han establecido que los efectos que pueden producir otras variables como la molienda, la aireación, la densidad de pulpa, etc., no superan en importancia a los efectos que produce una fórmula de reactivos, por lo tanto en la solución de los problemas de la flotación juega un rol muy importante el aspecto de los reactivos que se utilizan. Los reactivos de flotación, son productos químicos naturales o artificiales, que
aseguran que la flotación de minerales sea selectiva y eficiente y produce condiciones óptimas para mejorar este método de concentración de minerales. Son generalmente surfactantes o modificadores de la superficie de los minerales. De acuerdo con el propósito que se persigue, se clasifican en: • Colectores
spumantes
•E
eguladores o modificadores.
• R
LOS COLECTORES. Son compuestos químicos orgánicos que actúan selectivamente en la superficie de ciertos minerales, haciéndolos repelentes al agua y asegurando la acción de las burbujas de aire, haciéndolas aerofílicas.
Fig. Colectores. Colector es un compuesto orgánico heteropolar que se absorbe selectivamente
sobre la superficie de las partículas, haciendo que estas se vuelvan hidrófobas (aerófilas). Ejemplo: xantatos que se utilizan en la flotación de sulfuros. Los colectores usados con mayor frecuencia son los xantatos y los aerofloats. Sin los colectores los sulfuros no podrían pegarse a las burbujas y éstas subirían a la superficie sin los minerales y los sulfuros valiosos se irían a las colas. Una cantidad excesiva de colector haría que flotarán incluso los materiales no deseados (piritas y rocas) o los sulfuros que deberían flotar en circuitos siguientes. Así por ejemplo, en el caso de la flotación de minerales de plomo-zinc pirita, en el circuito de plomo se mantiene deprimido el zinc, para flotarlo posteriormente en su respectivo circuito; pero un exceso de colector podría hacer flotar el zinc junto con el plomo. Una cosa similar sucedería en el circuito de zinc con un exceso de colector, haciendo flotar la pirita que se encuentra deprimida por el efecto de la cal adicionada. La gran mayoría de los colectores comerciales son moléculas complejas, estructuralmente asimétricas y están compuestos de una parte polar y de una parte no polar, con propiedades diferentes. La parte no polar es orientada hacia el agua, debido a que difícilmente reacciona con los dipolos del agua y por consiguiente tiene propiedades fuertes para repeler al agua y la parte polar hacia el mineral, debido a la superficie del mineral que presenta una respuesta frente a esta parte de los colectores. Esto hace que la superficie de mineral cubierta por las moléculas de los colectores se haga hidrofóbica. El colector constituye el corazón del proceso de flotación puesto que es el reactivo que produce la película hidrofóbica sobre la partícula mineral. .
Fig. Superficies de contacto de la burbuja aire sobre el mineral.
Los colectores realizan el siguiente trabajo Los colectores son reactivos a los cuales les gustan los sulfuros y el aire. Entonces, en una celda de flotación, actúan primero sobre los sulfuros cubriéndolos con una capa delgada y luego se pegan a una burbuja de aire que pasa cerca y viajan con ella hasta la superficie llevando consigo su carga de sulfuros
¿Qué pasa si no hay colectores? Si no hubiera colectores, no habría quien “pegue” los sulfur os
a las burbujas. En
este caso, las burbujas subirían sin carga a la superficie y todos los sulfuros valiosos se pasarían al relave.
¿Qué sucedería si se alimentara una cantidad excesiva de colector? El exceso de colector hace flotar en cantidades excesivas a los materiales indeseables (pirita y roca) o a los sulfuros valiosos que se espera flotar en otros circuitos de máquinas.
¿Qué pasa si hay insuficiente cantidad de colector? Relaves altos, porque no se recuperan los sulfuros valiosos
LOS ESPUMANTES Son sustancias orgánicas de superficies activas heteropolares, que se concentran por absorción en las interfaces aire – agua, ayudando a mantenerse a las burbujas de aire dispersas y evitando su coalescencia. Reducen el tamaño de las burbujas y otorgan estabilidad a las espumas formadas (aceite de pino, alcoholes).
Fig. Espumantes. Los espumantes son compuestos análogos en su estructura a los colectores, su diferencia con éstos radica en el carácter del grupo polar que en los colectores es un grupo químicamente activo para reaccionar con la superficie del mineral, mientras que en los espumantes es un grupo liofílico de gran afinidad por el agua. En forma general puede decirse que los colectores tienen afinidad por las interfaces sólido – líquido, los espumantes la tiene por las interfaces líquido – gas. Sus principales propiedades están dadas por lo siguiente: 1. Cuando un mineral ha sido transformado en hidrofóbico o repelente al agua, la estabilidad de la burbuja que se adhiere a estas partículas, depende de la eficiencia de los espumantes. 2. Las burbujas producidas por la agitación, se rompen muy fácilmente y se
fusionan rápidamente, formando grandes burbujas y que son menos estables. 3. Si pequeñas cantidades de un reactivo heteropolar, por ejemplo alcohol, son adicionadas al agua, se forma una espuma estable como resultado de la agitación o la introducción de aire en forma dispersa. 4. La adsorción del espumante en la interfaces aire – agua es debido a la actividad de superficie del reactivo y su habilidad para reducir la tensión superficial del agua por absorción. 5. La máxima tensión superficial se alcanza a una baja concentración del espumante. 6. Los dipolos del agua se combinan con el grupo polar de la molécula del espumante, mientras que el grado no polar es orientado hacia la fase aire. 7. La introducción de un electrólito en el agua incrementa la tensión superficial, por ello en la flotación de sales solubles no se requiere adición de espumante. 8. Los espumantes son usados en dosificaciones que usualmente son menores a 20 gr./TM.
¿Cómo seleccionar un espumante? Un espumante ideal debe responder en la práctica a varias condiciones, tales como: • Debe actuar a bajas concentraciones y producir una espuma de volumen y
estabilidad suficientes con la finalidad de ser un medio que separe las partículas flotables de las partículas no flotables. • Las espumas deben destruirse fácilmente a la salida de las celdas con la finalidad
de permitir todo tipo de manipuleo, ya sea en dirección a las celdas de limpieza, del espesamiento o de la filtración. • Las espumas deben permitir el drenaje o desaguado de las partículas finas que han
sido arrastradas pero no colectadas. • El precio del espumante debe ser reducido. • El poder colector del espumante debe ser lo más posible. • El espumante debe ser poco sensible a las variaciones del PH y a la presencia de
sales disueltas en la pulpa. • La eficacia de los espumantes se estima a partir de las recuperaciones y de los
contenidos de elemento valioso que se haya conseguido en el concentrado.
¿Qué pasa si no hay espumante? Sin espumante, la espuma se torna inestable y las burbujas se revientan antes de ser recuperadas, debido a esto las partículas de interés, se pierden por el relave.
¿Qué sucedería si se alimentara una cantidad excesiva de espumante? En esta condición la cantidad de burbujas generadas es mayor a la necesaria para el transporte de las partículas de cobre. En casos extremos, se produce una sobreespumación que genera problemas de capacidad en el bombeo, por la entrada de aire a las bombas. Esta pérdida de capacidad puede obligar a restringir la evauación de concentrados rougher y scavenger, provocando una pérdida importante de recuperación. Esta situación además de no contribuir a la recuperación, perjudica los costos del proceso. Notar en la animación, que debido al exceso de burbujas, la mayoría va descargada e incluso algunas van sin carga. En esta condición se observa una espuma "liviana" con burbujas descargadas.
¿Qué pasa si hay insuficiente cantidad de espumante? Las burbujas generadas no son suficientes para transportar todas las partículas de cobre, por lo tanto existen muchas partículas, que debido a esta falta de burbujas para su transporte, se van por el relave. Falta "poner más transporte para estas partículas", es decir faltan burbujas, esta situación que debe ser mejorada con mayores dosis de espumante. La dosis debe ser la suficiente para alcanzar la máxima recuperación, aunque ello signifique mayores consumos. En estas condiciones se observa una espuma saturada.
MODIFICADORES La función específica de los reactivos modificadores es precisamente preparar las superficies de los minerales para la adsorción o desorción de un cierto reactivo sobre ellas y crear en general en la pulpa condiciones propicias para que se pueda efectuar una flotación satisfactoria. Ósea cambia o modifica la superficie de los sulfuros o de la ganga, para favorecer o impedir que los reactivos colectores actúen sobre ellos, evitando de esta manera que floten. Para controlar el pH del sistema, reducir la hidrofobicidad de la ganga, Sirven
para
crear condiciones
favorables en la superficie de los
principalmente para el funcionamiento selectiva de los colectores.
minerales,
a) -Modificadores de pH: El pH indica el grado de acidez o de alcalinidad de la pulpa. El pH 7 es neutro (ni alcalino ni ácido) y corresponde al agua pura. De 0 a 6 es ácido y de 8 a 14 es alcalino. El pH se mide con un aparato llamado potenciómetro o con un papel tornasol. Cada sulfuro tiene su propio pH de flotación, donde puede flotar mejor. Esta propiedad varía según el mineral y su procedencia. Los reguladores de pH tienen la misión de dar a cada pulpa el Ph más adecuado para una flotación óptima. La cal es un reactivo apropiado para regular el pH, pues deprime las gangas y precipita las sales disueltas en el agua. La cal se puede alimentar a la entrada del molino a bolas. Es importante usar dosificadores automáticos para estar seguros de la cantidad de reactivo dosificado a las pulpas .Hay reactivos sólidos y líquidos. b) Activadores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que ayudan al colector a adsorberse en la superficie del mineral a flotar.
Sulfato de Cobre (CuSO4): El CuSO4 5 H2O, sulfato de cobre con 5 moléculas de agua, forma cristales azules brillantes asimétricos del sistema triclínico con una densidad de 2.28 g/ml. Es un activador de la esfalerita, también pirita, calcopirita, pirotita, arsenopirita y cuarzo.
c) Depresores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que impiden la acción del colector en la superficie del mineral.
Cianuro de Sodio (NaCN): Son cristales en forma de pellets
de color blanquecino, se
usan para el
recubrimiento
y
depresión de minerales sulfurados de fierro, cobre y zinc
Bisulfito de Sodio (NaHSO3): Es un depresor para sulfuros de zinc y fierro.
Se usa en reemplazo del cianuro de sodio particularmente en minerales con contenido de plata, la adición del agente reductor sulfito de sodio o bisulfito de sodio previene la oxidación y por consiguiente, la activación resultante de la esfalerita
Sulfato de Zinc (ZnSO4): El ZnSO4 7 H20, son cristales incoloros; es uno de los reactivos reguladores principales de acción depresoras, utilizada para la flotación selectiva de minerales de cobre y plomo de la esfalerita.
CONCLUSIONES: •
Logramos aprender los diferentes conceptos para la comprensión de los
principios de flotación de minerales. •
Establecimos la función que cumple la flotación de minerales de baja ley.
•
Reconocimos los diferentes agentes que actúan en la flotación.
•
Se pudo conocer los diferentes reactivos usados en el proceso de flotación.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS (1) Capitulo I “PRINCIPIOS DE LA FLOTACION DE MINERALES”
Nataniel Linares Gutiérrez Follow by Nataniel Linares Gutiérrez , Working at Jorge Basadre Grohmann National University on May 18, 2010 www.monografias.com/usuario/perfiles/antonio_cesar_bravo_galve z/datos. Antonio C. Bravo G. “MANUAL DE FLOTACION” 2004 (2) www.monografias.com/usuario/perfiles/antonio_cesar_bravo_ galvez/datos. (3)
FLOTACION: TEORIA, REACTIVOS, BALANCE METALURGICO Y EJEMPLOS DE APLICACIÓN RichardSaavedra en May 30, 2012l https://es.scribd.com/doc/95348197/FLOTACION-TEORIA-Y-BALANCE-METALURGICO
