Tesis Flotación de Minerales Joaquin Abarca

CIP Nº 108833

2011

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Ingeniería Metalúrgica.

ÍNDICE Caratula Índice

Concentración. 1. Antecedentes de la flotación. 1.1. Concentración 1.2. Flotación de Espuma. 1.3. Mecanismo de la Flotación de Espumas. 1.4. Tipos de Flotación. 1.5. Importancia de la Flotación de Espumas. 1.6. Aspectos del proceso de flotación de espumas. 1.7. Fases e interfaces en el proceso de flotación. 1.7.1. El agua. 1.7.2. El sólido. 1.7.3. El gas. 1.7.4. Características de las distintas interfaces. 1.8. La mineralización y su relación con la mineralurgia. 1.9. Aplicación de la flotación. Teoría de Flotación de Minerales 2. Flotación de minerales. 2.1. Clasificación de flotación de minerales. 2.2. Flotación de sulfuros. 2.2.1. Teoría química o de la oxidación superficial. 2.2.2. Teoría de semiconductores. 2.2.3. Teoría electroquímica. 2.2.4. Teoría de la adsorción física. 2.3. Flotación de minerales sulfuros. 2.3.1. Oro plata. 2.3.2. Plomo cinc 2.3.3. Plomo cinc fierro. 2.3.4. Cobre plomo cinc fierro 2.3.5. Cobre 2.3.6. Cobre molibdeno. 2.3.7. Cobre níquel 2.4. Flotación de minerales oxidados. 2.4.1. Teoría de la adsorción iónica o de la formación de hemi-micelas. 2.4.2. Teoría de la solubilidad. 2.4.3. Teoría ionomolecular. 2.4.4. Efecto de los hidroxi-complejos superficiales. Termodinámica de la Flotación 3. Principio termodinámica de la flotación. 3.1. Fenómenos eléctricos en la interfase mineral agua. 3.2. Esquema idealizado de la capa eléctrica doble. 3.3. Doble capa eléctrica. 3.3.1. Zona de la doble capa eléctrica. 3.4. Adsorción. 3.4.1. Clasificación. 3.5. Iones determinantes de potencial. 3.5.1. Punto de carga cero. 3.5.2. Potencial zeta y punto isoeléctrico. 3.5.3. Propiedades de la doble capa eléctrica. 3.5.4. Efectos de la doble capa eléctrica en el proceso de flotación. 3.6. Termodinámica del mojamiento o de interfases. 3.6.1. Angulo de contacto y ecuación de Young. 3.6.2. Angulo de contacto y ecuación de Young. 3.6.3. Termodinámica de la mineralización de las burbujas. 3.6.4. Mecanismo de la mineralización de las burbujas de aire. Equipos de Flotación 4. Celda de flotación. Ing. Joaquín Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

01 02 04 04 05 05 06 06 07 09 09 09 10 10 10 11 12 12 12 12 13 13 14 15 15 15 15 15 16 16 16 16 16 17 18 18 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 24 25 25 25 26 27 28 29 2


ÍNDICE Caratula Índice

Concentración. 1. Antecedentes de la flotación. 1.1. Concentración 1.2. Flotación de Espuma. 1.3. Mecanismo de la Flotación de Espumas. 1.4. Tipos de Flotación. 1.5. Importancia de la Flotación de Espumas. 1.6. Aspectos del proceso de flotación de espumas. 1.7. Fases e interfaces en el proceso de flotación. 1.7.1. El agua. 1.7.2. El sólido. 1.7.3. El gas. 1.7.4. Características de las distintas interfaces. 1.8. La mineralización y su relación con la mineralurgia. 1.9. Aplicación de la flotación. Teoría de Flotación de Minerales 2. Flotación de minerales. 2.1. Clasificación de flotación de minerales. 2.2. Flotación de sulfuros. 2.2.1. Teoría química o de la oxidación superficial. 2.2.2. Teoría de semiconductores. 2.2.3. Teoría electroquímica. 2.2.4. Teoría de la adsorción física. 2.3. Flotación de minerales sulfuros. 2.3.1. Oro plata. 2.3.2. Plomo cinc 2.3.3. Plomo cinc fierro. 2.3.4. Cobre plomo cinc fierro 2.3.5. Cobre 2.3.6. Cobre molibdeno. 2.3.7. Cobre níquel 2.4. Flotación de minerales oxidados. 2.4.1. Teoría de la adsorción iónica o de la formación de hemi-micelas. 2.4.2. Teoría de la solubilidad. 2.4.3. Teoría ionomolecular. 2.4.4. Efecto de los hidroxi-complejos superficiales. Termodinámica de la Flotación 3. Principio termodinámica de la flotación. 3.1. Fenómenos eléctricos en la interfase mineral agua. 3.2. Esquema idealizado de la capa eléctrica doble. 3.3. Doble capa eléctrica. 3.3.1. Zona de la doble capa eléctrica. 3.4. Adsorción. 3.4.1. Clasificación. 3.5. Iones determinantes de potencial. 3.5.1. Punto de carga cero. 3.5.2. Potencial zeta y punto isoeléctrico. 3.5.3. Propiedades de la doble capa eléctrica. 3.5.4. Efectos de la doble capa eléctrica en el proceso de flotación. 3.6. Termodinámica del mojamiento o de interfases. 3.6.1. Angulo de contacto y ecuación de Young. 3.6.2. Angulo de contacto y ecuación de Young. 3.6.3. Termodinámica de la mineralización de las burbujas. 3.6.4. Mecanismo de la mineralización de las burbujas de aire. Equipos de Flotación 4. Celda de flotación. Ing. Joaquín Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

01 02 04 04 05 05 06 06 07 09 09 09 10 10 10 11 12 12 12 12 13 13 14 15 15 15 15 15 16 16 16 16 16 17 18 18 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 24 25 25 25 26 27 28 29 2


4.1. Función de las celdas de flotación. 4.2. Tipos de celdas de flotación. 4.2.1. Celdas mecánicas. 4.2.2. Celdas neumáticas. 4.2.3. Celdas de flotación gigantes. 4.2.4. Celda columna. 4.3. Circuitos de flotación. 4.3.1. Circuitos simples. 4.3.2. Circuitos complejos. 4.3.3. Circuitos de acuerdo a la heterogeneidad del material. 4.3.4. Características de las celdas de flotación. 4.3.5. Ventajas tecnológicas de las celdas de flotación. 4.4. Balance y recuperación en la flotación. 4.5. Cinética de la flotación. 4.5.1. Método analógico. 4.5.2. Circuito de flotación bach. 4.5.3. Circuito de flotación continúo. 4.6. Dimensionamiento de acondicionador y celda. 4.7. Evaluación en el proceso de flotación de minerales. Reactivos de flotación 5. Reactivos. 5.1. Clasificación de los reactivos. 5.1.1. Espumantes. 5.1.2. Colectores promotores. 5.1.3. Modificadores. 5.1.4. Formula de preparación de reactivo. Bibliografía.

Ing. Joaquín Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

29 29 30 30 30 30 31 31 31 31 32 33 33 33 34 35 35 36 36 42 42 42 43 43 45 47

3


CONCENTRACIÓN DE MINERALES 1. Antecedentes de la Flotación. La flotación de espumas se puede decir que es relativamente reciente y por tanto, considerarlo como un proceso moderno, cuyos fundamentos teóricos y tecnológicos fueron desarrollados sólo en el siglo XIX. Sin embargo, como todos los grandes descubrimientos, este proceso tiene antecedentes históricos que se pueden remontar hasta varios siglos atrás. Así tenemos: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. l. m. n. o. p. q.

Herodotus 500 años A.C. relata la separación de granos de oro de las arenas utilizando plumas de ganso engrasadas. En 1491, los árabes separaban la azurita con resinas fundidas que impregnaban al mineral. En 1731 se conoce la adhesión de un sólido de aire, a partir de una pulpa. En 1860, Haynes descubre las diferencias en la humectabilidad de los minerales por el agua y el aceite. No se usó por el gran consumo de aceite en relación de 1:9 a 1:5 aceite/agua. En 1885-86 el americano Everson usó agua acidificada para producir las burbujas (ácido sulfúrico- carbonato de calcio). Este hecho marcó el comienzo de la flotación industrial. En 1901-02 Potter en Australia y Fromet en Italia utilizaron un gas como medio flotante. En 1905-06 se logra un importante avance cuando Ballot y Sulman y Picard reducen el consumo de aceite al introducir aire a la pulpa para producir las burbujas por agitación. En 1912 se estableció que el bicromato deprime a la galena (PbS) y que el SO 2 deprime a la blenda 2 o esfalerita (ZnS). En 1913, Bradfor descubre que el CuSO 4 activa a la esfalerita, lo que permitió la separación selectiva del PbS y ZnS. También se aplicó el principio de sub-aireación y el concepto de flotación reversa o inversa. En 1917 se patentó el primer colector no basado en aceites, - La x-naftilamina- por Coliss. También Sheridan y Griswold utilizaron el cianuro como depresor de esfalerita y pirita, del mismo modo el sulfato de zinc como depresor de la esfalerita. En 1924 Sulman y Edser patentaron los jabones del ácido graso. En 1925, Keller patentó a los xantogenatos alcalinos - Xantatos- como colectores. También este año se propuso el uso de colectores catiónicos para la flotación de silicatos, siendo en ellos el catión una amina primaria como grupo activo. En 1926, Whitworth patentó como colector al ácido dithiofosfórico -Aerofloats. En 1952, Tveter descubre al espumante soluble en agua -Dow froth. En 1954, Harris y Fischback descubrió desc ubrió al dialkil-tionocarbamato dialkil-tionocarbamato bajo como colectores. En 1978, R. Klimpel Introduce los modelos matemáticos de la cinética de flotación En 1979, Hansen y Meyer han desarrollado un colector para mejorar la recuperación de carbón oxidado.

A la fecha, los avances en flotación, se han enmarcado en el desarrollo de nuevos reactivos cada vez más selectivos y de usos más específicos, de uso para un determinado mineral, proveniente de un yacimiento también específico. 1.1. Concentración. La Mineralurgia está constituida básicamente de dos etapas principales que son: La liberación de los minerales valiosos de la ganga (Mineralurgia I – Chancado y Molienda), y Separación de estos minerales valiosos de la ganga, que comúnmente se le conoce como Concentración. Concentración. La mineralurgia está mineralurgia está relacionada principalmente con los métodos físicos de concentración, los cuales pueden ser: a. Propiedades ópticas (color, brillo, fluorescencia, etc.), radiactivas, etc., conocido c onocido desde muy antiguo como pallaqueo o escogido a mano. b. Diferencias en gravedad específica de los minerales, que se le conoce normalmente como concentración gravimétrica. Utiliza el movimiento diferencial de los minerales debido a los efectos de masa, por lo general en corrientes hidráulicas. c. Diferentes propiedades superficiales de los minerales que se le conoce como flotación de espumas, donde la pulpa se acondiciona con varios reactivos químicos, que hacen a los minerales valiosos ávidos por el aire (hidrofóbicos o aerofílicos) y que los minerales tengan más avidez por el agua y rechacen al aire (aerofóbicos o hidrofílicos), dando Ing. Joaquín Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

4

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica.

lugar a una separación selectiva por transferencia de los minerales valiosos a las burbujas de aire que forman la espuma flotante sobre la superficie de la pulpa, la cual se extrae como concentrado. d. Propiedades magnéticas de los minerales, que se le conoce como concentración magnética. e. Propiedades de conductividad eléctrica que se define como concentración electrostática. 1.2. Flotación de Espumas. Se puede definir a la flotación de espumas como un proceso mineralógico - químico cinético, o también, la flotación de minerales en espumas es un proceso físico-químico, cuyo objeto es la separación de especies minerales valiosas de las no valiosas, a través del uso de la adhesión selectiva de burbujas de aire a las partículas minerales valiosos. En un proceso de concentración de minerales ideal, la mena mineral se divide en un concentrado enriquecido con el componente útil o valioso y una cola o relave con los minerales que componen la ganga. Por su parte, la estabilidad de la burbuja dependerá del espumante agregado al proceso de flotación. El proceso de flotación de espumas se lleva a cabo en una máquina denominada Celda de Flotación. PROCESO �� A�� A��

PROCESO ��A��

PROCESO

��

��

��A ��

CINETICA MICROSCOPICA

��A��

MINERALES Y PROPIEDADES SUPERFICIALES

FLUIDO MICROSCOPICO Y CINETICA DE TRANSFERENCIA DE PARTICULAS

Fig. Nº 1-1: Celda de Flotación.

1.3. Mecanismos de la Flotación de Espumas. El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de los sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos naturales. Los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua. Además los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, o sea, no se adhieren normalmente a ellas. Minerales Hidrofílicos.- Son mojables por el agua, constituidos por: óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga. Haciendo que se mojen, permanezcan en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse. b. Minerales Hidrofóbicos.- Son aquellos 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 a.

Fig. N º 1-2: Mecanismo de flotación

Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

5


mojado de las partículas minerales, que pueden adherirse a las burbujas de aire y ascender 1.4. Tipos de Flotación. Flotación de espumas. Los tipos de flotación pueden ser:

Flotación por películas. Flotación por aceites.

Flotación directa, cuando en

Siendo de mayor aplicación en la actualidad, en nuestro País, la flotación de espumas, que a su vez puede ser clasificada en:

la espuma se tiene al mineral vali oso concentrado y en la pulpa el mineral de ganga como relave. Flotación reversa o inversa,

cuando en las espumas se capta a la ganga y en la pulpa queda el mineral considerado de valor como relave que es recuperado posteriormente.

Flotación bulk o colectiva, en la

cual se obtiene en un concentrado todos los minerales valio sos contenidos en la mena y un relave con el material sin valor o ganga. También puede clasificarse en:

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. Fig. Nº 1-3: Esquema del proceso de flotación en una celda mecánica convencional.

Entiéndase por selectividad a la fijación preferencial del colector o reactivo heteropolar en la superficie de un determinado mineral valioso. 1.5. Importancia de la Flotación de Espumas. o

o

o

o

o

o

La introducción del proceso de flotación de espumas en los albores del siglo XX revolucionó la industria de los minerales que por su versatilidad se usa y aplica para procesar tonelajes cada vez más grandes y de más baja ley; de ahí que, su importancia radica en que desde su invención está permitiendo el tratamiento de menas complejas de muy baja ley, que de otro modo se habrían considerado menas no económicas. En cuanto al aspecto tecnológico-científico del proceso Actualmente el proceso de flotación de espumas es utilizado para concentrar minerales sulfuros complejos de Cu-Mo, Cu-Pb-Zn, Pb-Zn, Pb-Zn-Fe, etc.; minerales oxidados de Cu, Pb, Zn, Fe, W, Sn, etc.; minerales sulfuros que contienen Oro; minerales de Plata; minerales industriales no metálicos, azufre, talco, y carbón mineral. En cuanto al aspecto económico, permite al Estado obtener grandes divisas con las cuales puede desarrollar otros sectores de carácter social, como el sector educación, salud, de defensa, etc., en suma, el desarrollo del País. En cuanto al aspecto social, genera puestos de trabajo a nivel profesional, técnico y operarios, mejorando la calidad de vida y el desarrollo de los pueblos aledaños a los centros mineros. En cuanto a lo industrial (fabril) permite el desarrollo de todo tipo de industria desde la metal-mecánica, hasta la textil y alimentaria, empresas financieras, de seguros, de servicios, etc. La flotación de minerales difícilmente será reemplazada en el tiempo, debido a su relevancia en el procesamiento de minerales y que aún no ha sido medida en su real magnitud, sobre todo cuando influye enormemente en la metalurgia extractiva, lo cual implica que sin la existencia de este proceso, no hubieran podido desarrollarse procesos ulteriores, tales Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

6


o

o

como la tostación, la conversión, la fusión y la refinación. Hoy cada vez permite hacer una reingeniería en la flotación de sulfuros haciendo aplicable la bio hidrometalurgia para la extracción más limpia de los metales. Beneficio (adecuación) de materias primas (pigmentos, caolín, arcillas para cerámica); Medio Ambiente (separación sólido/líquido o líquido/líquido). Tratamiento de compuestos orgánicos (plantas de extracción por solvente), aceites, grasas y colorantes (ágatas). Tratamiento de efluentes que contienen metales pesados, aniones (CN -, CrO4 =, AsO4, SO 4 =, PO 4, MoO, F+), complejos y quelatos (galvanoplastia, siderúrgicas, industria MoO 4, minero- metalmecánica). Metales pesados "removibles" (recuperables) por flotación: Ag +1, Sn+2, As+3, Cr+3 /Cr+6, Au+2 /Au+4 Be+2, Cd+2, Co+2, Ga+2, Ge+4, Hg+2, Pb+2, Mn+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Sb+3, Se+2.

1.6. Aspectos del Proceso de Flotación por Espuma. Algunos Metalurgistas han señalado en sus estudios que en el proceso de flotación de espumas hay más de 32 variables. Southerland y Wark las han clasificado meridianamente en tres grupos importantes de variables y son: Dosificación y potencia de los reactivos.  Colectores.  Espumantes.  Modificadores:  Activadores  Depresores  Modificadores de pH. (Eh) pH (Eh) de mejor selectividad. 

a. Variables que dependen de los componentes químicos tales como:

Es decir, todo lo que concierne al comportamiento físicoquímico para lograr la hidrofobización del mineral valioso dentro del ambiente de la celda. 

b. Variables que dependen de los componentes de equipamiento:

   

Diseño de la celda convencional. Diseño de la celda columna. Agitación de la pulpa (RPM). Configuración del banco de celdas. Remoción de la espuma.

Es decir, todo lo que concierne al comportamiento hidrodinámico que involucra el movimiento partícula-burbuja-fluido dentro del ambiente de la celda de flotación de espumas.    

c. Variables que dependen de los componentes de operación:

      

Velocidad de alimentación (m3/h) o GPM). Tiempo de retención Mineralogía y ley de la mena. Tamaño de partículas (densidad y forma). Grado de liberación (grado de diseminación). Grado de oxidación (degradación). pH natural del mineral. Densidad de pulpa (% de sólidos). Temperatura. Flujo de aire (psi, Pa). Remoción de la espuma (natural o mecánica).


7


De todas las variables antes mencionadas, el proceso de flotación depende de dos variables o parámetros principales, a saber: Tiempo de retención necesario necesario para que ocurra el proceso de separación, con el cual se determina el volumen de pulpa y el número de celdas requeridas.

La flotación está basada en el tiempo de retención, por tanto hay dos alternativas a seguir para seleccionar el tamaño de celdas y la longitud de los bancos. Estas son:

La flotación está basada en el tiempo de retención, por tanto hay dos alternativas a seguir para seleccionar el tamaño de celdas y la longitud de los bancos. Estas son:

Celdas pequeñas y bancos grandes.

Agitación y aireación necesaria s para las condiciones óptimas de flotación, con las cuales se determina el mecanismo del tipo de flotación (en celdas mecánicas o en celdas columna) y la energía requerida.

Celdas grandes (gran volumen) y bancos cortos.

Reducir el cortocircuitamiento de las partículas valiosas. Buen control metalúrgico. Recuperación más alta del mineral valioso.

El modelo de flujo efectivo minimiza el corto circuitamiento de las partículas. La segunda alternativa es más aceptada para operaciones de alt o tonelaje empleando máquinas de flotación de gran volumen. El equipo de flotación moderno da la oportunidad de usar celdas más grandes y circuitos más cortos que permite:

Los analizadores en línea mejorados mantienen un buen control metalúrgico. Los analizadores en línea mejorados mantienen un buen control metalúrgico. Más bajo costo total.

Fig. Nº1- 4: Circuito de flotación simple


8


Fig. Nº 1-5: Circuito de flotación compuesta

1.7. Fases e Interfases en el Proceso de Flotación.

El proceso de flotación se desarrolla en un medio acuoso para lo cual estudiaremos cada estructura y sus respectivas propiedades de cada elemento que lo conforma. Fase Sólida: Esta representada por los sólidos a separar (minerales) que tienen generalmente una estructura cristalina. Esta estructura es una consecuencia de la comparación química de las moléculas, iones y átomos componentes que son cada uno, un cuerpo completo. Fase Liquida: Es el agua debido a su abundancia y bajo precio; y también debido a sus propiedades específicas, constituye un medio ideal para dichas separaciones. La dureza del agua ósea la contaminación natural causada por sales de calcio, magnesio y sodio. Estas sales y otro tipo de contaminaciones no solo pueden cambiar la naturaleza de la flotabilidad de ciertos minerales sino también son casi siempre causa de un considerable consumo de reactivos de flotación con los cuáles a menudo forman sales solubles . Fase Gaseosa: Es el aire que se inyecta en la pulpa neumática o mecánicamente para poder formar las burbujas que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. La función del aire en la flotación tiene distintos aspectos de los cuales los principales son: a. El aire influye químicamente en el proceso de flotación b. Es el medio de transporte de las partículas de mineral hasta la superficie de la pulpa. 1.7.1. El Agua

Fig. Nº 1-6: Estructura del agua

1.7.2. El Solidó. Los cuerpos sólidos tienen una estructura cristalina, por lo menos a lo que se refiere a los minerales, esta estructura es una consecuencia de la composición química de las moléculas, iones y átomos componentes que son, cada uno, un cuerpo complejo. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

9


• •

Minerales Apolares: Son hidrofóbicos (no reaccionan con los dipolos del agua). Minerales Polares: Son hidrofílicos (los sólidos tienen la capacidad de hidratarse).

1.7.3. El Gas. Con excepción de ciertos casos de carácter experimental la flotación industrial se efectúa exclusivamente con aire. La función del aire en la flotación tienes distintos aspectos de los cuales los principales son dos: • •

1.7.4.

El aire influye químicamente en el proceso de flotación. Es el medio de transporte de las partículas del mineral hasta la superficie de la pulpa. Características de las Distintas Interfases.

A) Gas-Liquido: Como se ha dicho anteriormente, en la flotación estas interfases se produce invariablemente entre el aire y el agua. La característica fundamental de la interfase gas-liquido. B) Solidó – líquido: Las superficies o partículas sólidas sumergidas en el agua son objeto de hidratación. Como se dijo anteriormente, esta depende del carácter de la superficie de los sólidos, o sea, de las características eléctricas que existen en las superficies después de su creación. C) Contacto entre las tres fases (S – L –V): En la flotación de una partícula sólida utilizando una burbuja de aire como medio de transporte, la unión entre estos dos elementos se efectúa a través del contacto trifásico (Sólido – Líquido Gas).

T = 0º

T = 180º

afinidad nula

máxima afinidad

∆G = γ LG (Cosθ − 1) Fig. Nº 1-7: Componente de la flotación

1.8. La Mineralización y su Relación con la Mineralurgia . En nuestro País, la mayoría de los yacimientos están situados en las cordilleras de los Andes (occidental, central y oriental), los cuales contienen minerales sulfuros, sulfosales y óxidos de los metales de Cu, Pb, Zn, Ag, Fe, Au (asociado), silicatos, carbonatos, feldespatos, etc. De intercrecimiento cristalino y amarre complejo y fino, lo cual hace un proceso mineralúrgico peruano muy complejo, para lograr la separación selectiva de cada uno de ellos c omo concentrados individuales. Esta complicada mineralización llevada a cabo en cada uno de los yacimientos peruanos desde su génesis ha permitido un elevado desarrollo de conocimiento de la mineralurgia para poder tratar menas complejas de Cu-Pb-Zn, Pb-Zn, Cu-Mo, Pb- ZnArsenopiritas auríferas, piritas auríferas argentíferas, etc...En consecuencia, a través del desarrollo del curso, se estudiará las diferentes tecnologías desarrolladas y adaptadas en nuestro país para el procesamiento de nuestros minerales complejos. Los yacimientos polimetálico, de la mena está constituido en los andes mayormente por lo siguiente minerales: Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

10

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica.     

Mineral de Cobre: Tetraédrica: 3Cu 2S Sb2s3; Calcopirita: CuFeS 2, etc. Mineral de Plata: Tetraédrica Argentífera; (Freibergita): 3Cu 2S Sb2S3Ag, etc. Mineral de Plomo: Galena: PbS, etc. Mineral de Zinc: Esfalerita: ZnS; Marmatita: ZnSFe, etc. La ganga está compuesta básicamente por: Pirita: FeS; Rodocrosita: MnCO 3; Roderita: MnSiO 3; Cuarzo: SiO 2, etc.

�� B��

��

��

��

��

��

��

��

Fig. Nº 1-8: Minerales del Ande Peruano

1.9. Aplicación de la Flotación. La flotación desde sus inicios hasta nuestros días, en una forma amplia se aplica para la separación y recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas. Las sustancias inorgánicas son generalmente los minerales metálicos y no metálicos, tales como los sulfuros, óxidos, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc.; metales nativos, sales, carbones, azufre, talco, etc. Las sustancias orgánicas las cuales son tan variadas, tales como resinas y semillas, fibras y aceites, papeles y pinturas, productos sintéticos orgánicos y desechos, materias biológicas tales como micro-organismos o bacterias, etc. Es un proceso universal que tiene múltiples facetas, aplicaciones y posibilidades. El objetivo principal del proceso de flotación es aplicarlo para la separación de minerales metálicos y no metálicos de interés económico y por ello en nuestro País constituye una tec nología de gran aplicación en la extracción principalmente de los sulfuros complejos de Cu-Pb-Zn-Fe, Cu-Pb, Pb-Zn, Pb-Ag, Au, etc.


11


TEORÍA DE FLOTACIÓN DE MINERALES. 2. Flotación de minerales. La flotación de minerales depende de las propiedades de los minerales que le permite adherirse a burbujas de aire y ser llevados a la superficie de la pulpa. Los reactivos que se adiciona a la pulpa (mineral agua) es con el propósito de crear una superficie hidrófoba, se denominan colectores. Para facilitar la adhesión del colector al mineral útil y para impedir esta adhesión al mineral no valioso se agregan otros reactivos denominados activadores y depresores, estos compuestos llevan el nombre genérico de modificadores o moduladores de la colección. La teoría de flotación debe explicar el mecanismo mediante el cual actúan los colectores y los modificadores, las condiciones para que un compuesto químico sea colector de un determinado mineral, y debe establecer la condición físicoquímicas que producirán un mejor rendimiento del proceso. 2.1. Clasificación de Flotación de Minerales. Metales Flotación

Sulfuros Óxidos Carbones

No metales

Carbonatos. Feldespotos

2.2. Flotación de Sulfuros. Los sulfuros son fuertemente hidrófobos, lo cual permite que tengan una buena flotabilidad. Sin embargo, este comportamiento se ve afectado negativamente cuando existe una oxidación superficial o hay presencia de lamas. Para que la flotación de sulfuros sea efectiva, es necesaria la presencia de oxígeno con colectores sulfhídricos, y así ocurra la adsorción de este reactivo en el mineral. Este fenómeno puede ser explicado por teorías que se describe King (1982). Se han tratado de explicar con varias hipótesis el mecanismo de la flotación, dentro del contexto podríamos exponer cuatro mecanismos que han sido aceptados para la explicación de la interacción mineral sulfurado/colectores: Teoría química o de la oxidación superficial. Teoría de los semiconductores. Minerales Sulfuros

Teoría electroquímica. Teória de la adsorción física

2.2.1.Teoría química o de la oxidación superficial. En medio acuoso alcalino, la mayoría de los minerales sulfurados sufren oxidación superficial. Para el caso particular de la galena, existen numerosos estudios que demuestran que la superficie estaría recubierta por especies oxidadas, especialmente tiosulfato básico de plomo. La reacción con un xantato ocurriría por mediación de esta capa oxidada, operando un mecanismo de intercambio iónico. El mecanismo propuesto puede resumirse en las siguientes reacciones: 2PbS + O 2 + H 2O  PbS 2O 3 + Pb(OH)2 PbS 2O 3 + ROCS 2  Pb(ROCS 2 ) 2 + S 2O 3 2-

De esta forma se explica la formación de un recubrimiento de colector formado por xantato de plomo, el que sería responsable de la hidrofobización de la partícula. Sin embargo, resultados experimentales de varios autores, han mostrado que superficies de plomo recubiertas con este compuesto conservan s u hidrofobicidad. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

12


Este mecanismo de oxidación superficial es poco realista para metales como platino y oro, y ha mostrado ser poco importante para cobre y galena, en algunas experiencias en que se ha adicionado xantato a superficies libres de especies oxidadas. 2.2.2.Teoría de semiconductores. Esta teoría presenta una diferencia fundamental con la anterior, puesto que, la hidrofobización se atribuye a la formación de una especie oxidadad del colector, un disulfuro orgánico conocido como dixantógeno, el que se formaría directamente sobre la superficie mineral. El rol del oxígeno, que es un fuerte aceptor de electrones, se interpreta en el sentido que su adsorción tomaría los electrones libres de las capas superficiales del retículo cristalino del sulfuro semiconductor, de tal forma que de semiconductor tipo –n pasaría a semiconductor tipo –p. Cuando las bandas de conducción de un sulfuro semiconductor son electrones en exceso, se habla de semiconductores tipo –n (negativos), mientras que, cuando las bandas están representadas por huecos, se tienen semiconductores tipo –p (positivos). Así, la adsorción de especies aniónicas, como xantato, estaría favorecida sobre una especie semiconductora tipo –p. La oxidación de xantato a dixantógeno se produciría por el paso de un electrón a la red cristalina, debido a la presencia de huecos (ausencia de electrones libres). El dixantógeno, por ser una molécula neutra, permanecería coadsorbido físicamente en la película de colector, confiriéndole a la superficie una fuerte hidrofobización.

B�� 2

�

η 1 � � � � � � �

η 0

�1 B��

��

��

A�� (� 2)

Fig. N° 2-1: Diagrama de la acción de oxígeno sobre los niveles de energía del mineral sulfurado (tipo n)

2.2.3.Teoría electroquímica. Según la literatura, el mecanismo más común de interacción entre xantato y sulfuros es de naturaleza electroquímica. Iones xantatos son oxidados a dixantógeno o xantato del metal, de acuerdo con una de las siguientes reacciones: ROCS 2-  (ROCS 2 ) + e - MeS + 2ROCS 2 -  Me(ROCS 2 ) 2 + S +2e - 2MeS + 3H 2 O + 4ROCS 2-  2Me(ROCS 2 ) 2 + S 2O 3 2- + 6H+ + 8e -

Independientemente de la trayectoria de oxidación del xantato, este proceso anódico precisa ser balanceado por una reacción catódica. Uno de los papeles importantes del oxígeno en sistemas xantato/mineral sulfurado es entregar la reacción catódica. El producto real de la reducción de oxígeno en ambiente acuoso puede ser H 2O o, OH - de acuerdo con una de las reacciones: O 2 + 4H + + 4e -  2H 2 O

2O 2 + 2H 2 + 4e -  4OH -

La primera de estas reacciones es más apropiada para describir el proceso en medio ácido (bajo acción catalítica de la superficie mineral). La segunda reacción es más realista en medio alcalino. El mecanismo electroquímico es coherente con varias evidencias experimentales, tales como, la presencia de xantato de metal o dixantógeno, la adsorción no uniforme del colector en la superficie (debido a la diferencia de potencial entre varios puntos) y la necesidad de oxígeno para la flotación de sulfuros.


13


Esta teoría establece que el desarrollo de la hidrofobicidad de las partículas sulfuradas del mineral en la flotación de mineral se basa en el proceso anódico que involucra la descomposición del colector y que es completado a una reacción de celda con un proceso catódico que generalmente comprende la reducción del oxigeno. Cuando tiene lugar una reacción sobre un electrodo el potencial E queda determinado por la transferencia de carga entre el electrodo y la solución. Para una reacción única en el equilibrio el potencial esta dado por la ecuación de Nernst. Así por ejemplo, para una reacción redox cualquiera, el mecanismo de transferencia de e- puede representarse a través de la siguiente ecuación general: En una reacción Redox de la siguiente forma: Ox + ne− ↔ Re d en la que aplicando la ecuación de NERST tenemos: e th = e0th +

RT nF

 Ox    Red 

Ln

Para esta reacción tendremos un grafico corriente-potencial tal como se da a continuación:

XOx + mH + neEh = Ehº-

0.059m pH n

═

+

YRed + H2O  (Ox ) x    (Red ) y 

0.059log

Fig. N° 2-2: Diagrama de corriente potencial

Para un potencial dado la oxidación ocurre a una velocidad finita  y al mismo tiempo el producto oxidado se reduce a una velocidad finita  . De aqui se deduce que cuando la velocidad de oxidación es igual a la velocidad de reducción, tendremos una corriente igual a cero.         �, en este caso el potencial corresponde al potencial de equilibrio, este es el potencial que asume un electrodo sumergido en una solución, para tiempos suficientemente prolongados que permiten alcanzar la situación de equilibrio. El Xantato por su parte reacciona formando el siguiente: 2X - + ½ O2 + 2H+X2 +H2O El cual toma lugar sobre la superficie del mineral vía dos procesos de electrodo separados y en forma simultánea. Oxidación anódica: Reducción catódica: 2X  X2 +e ½ O2 + 2H+ 2e- H2O

La que en forma física se puede observar.

En la que graficando las curvas individuales de    , tenemos

2.2.4.Teoría de la adsorción física. Hidrólisis y formación de acido xantico en una pulpa alcalina. Se considera finalmente que los minerales con cristales de estructura atómica favorece la adsorción física y los minerales con estructura iónica favorecen la fijación por intercambio iónico. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

14


En este último caso el potencial de la superficie del mineral no influirá la reacción porque ella se desarrollara según la afinidad de los iones para la formación del nuevo compuesto. Sin embargo en el caso de una adsorción física, potencial de la superficie es de gran importancia y será mas activa cuando este potencial sea igual a cero. Finalmente se puede señalar que los compuestos adsorbidos se mueven sobre la superficie del mineral tratando de recubrirlo en forma pareja y este movimiento esta limitado solo a la superficie del mineral sin disolución en agua y posterior re adsorción. Oro

Oro Plata Plomo Zinc

��

Plomo

Plomo Zinc Fierro Plomo Cobre Zinc Hierro

Cobre

Cobre Molibdeno

Cobre Níquel 2.3. Flotación de Minerales Sulfuros. 2.3.1.Oro Plata. En la flotación de oro y plata se realiza cuando esta asociado a minerales sulfurados refractarios donde se realiza un pre concentración como pirita aurifera en ello puede estar constituida por pirita, arsenopirita, pirotita y asociados, la flotación se realiza en pH ácido y neutro. 2.3.2.Plomo-Cinc Los principales minerales son la galena PbS y la esfalerita o blenda ZnS. Otras especies: wurtzita, marmatita y formas oxidadas. Depósitos conteniendo galena finamente cristalizada en general contienen oro y plata disueltos, actuando como núcleos de cristalización. Metales preciosos pueden aún estar disueltos en otros sulfuros, por ejemplo a pirita, o estar presente en los contornos de los granos. Los principales minerales de ganga son pirita y pirrotita (sulfuros), dolomita y calcita (básicos) y, cuarzo y silicatos (ácidos). Las menas tratadas presentan en general una ley combinada de plomo y cinc de 3% a 20%. El procedimiento padrón es flotar secuencialmente el plomo y el cinc, a pesar de existir por lo menos un ejemplo de flotación “bulk”, seguida de separación. 2.3.3.Plomo-Cinc-Fierro En estos sistema de emplea la flotación diferencial siendo los sulfuros de fierro los últimos a flotarse. En algunos casos son producidos concentrados separados de pirita ( FeS 2 ) y pirrotita ( FeS x ). 2.3.4.Cobre-Plomo-Cinc-Fierro. Las menas complejas que contienen cobre, plomo, cinc y fierro finamente diseminados están entre los sistemas de más difícil beneficiamiento por flotación, especialmente cuando la oxidación superficial lleva a la disolución de iones cúpricos que activan la esfalerita, disminuyendo la selectividad del proceso. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

15


El esquema de flotación es semejante a los anteriores, excepto la primera etapa la cual, generalmente, involucra la producción de un concentrado “bulk” de cobre y plomo, cuya separación puede realizarse deprimiendo tanto uno como otro grupo de sulfuros. Existe por lo menos un ejemplo de producción de un concentrado “bulk” de cobre y cinc, seguido de desactivación y separación entre el cobre y el cinc. 2.3.5.Cobre. Los sulfuros de cobre se dividen en tres tipos: a) sulfuros puros (calcosita y covelina); b) sulfuros de cobre y fierro (calcopirita y bornita); y c) súlfuros complejos (enargita, estanita y tetrahedrita). Es común la presencia de trazas de cobre nativo, siendo poco común su ocurrencia en cantidades significativas. Los sulfuros de cobre asociados a pirita y pirrotita son los de más difícil flotación, ya que el uso excesivo de depresor para los sulfuros de fierro puede llevar a la depresión de los sulfuros de cobre. 2.3.6.Cobre-Molibdeno. La asociación de molibdenita, MoS 2, con sulfuros de cobre, especialmente la calcopirita, es bastante común. A pesar de que la molibdenita es uno de los pocos minerales que presenta hidrofobicidad natural, los sistemas industriales de flotación pueden presentar dificultades, tales como: liberación en granulometría muy fina, asociación con sulfuros de fierro (pirita y pirrotita), oxidación superficial de la molibdenita, asociación con otros minerales da hidrofobicidad natural, por ejemplo, grafito y talco. El esquema normal de flotación consiste en la producción de un concentrado “bulk” de Cu-Mo, y posteriormente la separación a través de la depresión de los minerales de cobre. 2.3.7.Cobre-Níquel. La pentlandita,( FeNi)9 S8 , el principal sulfuro de níquel, ocurre en la naturaleza asociada frecuentemente a calcopirita y pirrotita. La llamada pirrotita niquelifera está constituida por diseminación extremadamente fina (del orden de algunos micrones) de pentlandita en una matriz de pirrotita. El tratamiento convencional involucra la producción de un concentrado “bulk”. La separación de pentlandita/calcopirita puede efectuarse tanto por flotación (depresión de pentlandita) como por vía pirometalúrgica. La obtención del concentrado de pirrotita considera generalmente una combinación de flotación y separación magnética. 2.4. Flotación de Minerales Óxidos. Algunas teorías han sido propuestas para explicar los mecanismos de adsorción de colectores (catiónicos y aniónicos) en superficies minerales no-sulfuros (óxidos, silicatos, carbonatos, fosfatos, nitratos, sulfatos, y otros). De entre estas teorías se destacan las siguientes: Teoría de la adsorción iónica o de la formación de hemimicelas. Minerales Óxidados

Teoría de la solubilidad.

Teoría de la formación de complejos ionomoleculares. 2.4.1.Teoría de la adsorción iónica o de la formación de hemi-micelas. La teoría de la adsorción iónica o de la formación de hemi-micelas, debido a investigadores Gaudin y Fuerstenau admite que los colectores son adsorbidos de acuerdo con dos mecanismos principales (figura 2-3): Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

16

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica. 



Interacción electrostática de los iones colectores con la superficie del mineral, de acuerdo con la teoría de la doble capa eléctrica. Asociación de las cadenas hidrocarburadas de los iones colectores por fuerzas laterales de Van der Waals, formando hemi-micelas.

Fig. N° 2-3: Representación esquemáticamente de la doble capa eléctrica en la presencia de un colector aniónico; (a) adsorción como iones simples en bajas concentraciones; y (b) formación de hemi-micelas en concentraciones altas del colector.

Parecen seguir este mecanismo diversos sistemas colector catiónico/óxidos y silicatos, también los colectores aniónicos, especialmente aquellos de cadena más corta (hasta 12 carbonos), pueden ser adsorbidos de acuerdo con los mecanismos de la teoría de la adsorción aniónica. Ejemplo típico de un sistema que sigue este modelo de adsorción física de especies ionizadas del colector en la región interna de la doble capa eléctrica se presenta en la figura 2-3. En ese ejemplo se muestra claramente que la flotación de goetita (PIE = 6,7), solo es posible cuando un surfactante aniónico es usado en las condiciones de pH correspondientes a potenciales zeta positivos, mientras que, en la región de potenciales zeta negativos, solamente un surfactante catiónico puede promover la flotación de ese mineral. 2.4.2.Teoría de la solubilidad La relación directa entre los datos de producto de solubilidad y la precipitación de las respectivas sales orgánicas en la interfase sólido/solución, constituye la esencia de la teoría de la solubilidad. Ésta es una de las teorías más antiguas formuladas para la adsorción, principalmente de ácidos grasos y sus jabones alcalinos. La teoría de la solubilidad fue sugerida por Taggart et al. Esta teoría asume que la adsorción de colectores en los minerales se debe a enlaces químicos que siguen las leyes que gobiernan la precipitación de sustancias de baja solubilidad. La estructura cristalina, las propiedades eléctricas de superficie y los fenómenos de adsorción física son generalmente no considerados por esta teoría. La quimisorción es un mecanismo frecuente en muchos sistemas, principalmente con ácidos carboxílicos (de cadena larga) o sus jabones alcalinos. Altas densidades de adsorción, así como, altas recuperaciones en la flotación de minerales, con colectores aniónicos, en rangos de pH donde el potencial zeta es altamente negativo, indican adsorción química del colector. Esto es especialmente válido en el caso de los ácidos grasos y de metales (constituyentes de la red cristalina), para los cuales los primeros tienen alta reactividad. En el caso de la químisorción, la fuerza promotora es la reactividad de la parte polar del colector en relación a los sitios catiónicos, generalmente metales alcalino-térreos y de transición, o complejos derivados de esos metales. Normalmente, esos metales son constituyentes originales de la red cristalina de los minerales; pueden, sin embargo, haber sido adicionados como agentes activadores. Una evaluación muy conveniente de la reactividad de un colector aniónico con un metal específico es el producto de solubilidad de la sal correspondiente, en medio acuosa. Los valores extremadamente bajos de los productos de solubilidad de los jabones de los metales alcalino-térreos que se presentan en la literatura, muestran claramente que tales compuestos son muy estables y podrían perfectamente precipitarse en la interfase mineral/solución. Lo cual ocurre en muchos casos, de acuerdo a lo evidenciado a través de la espectroscopia infrarroja. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

17


En la figura N° 2-4 se muestra la flotación de cromita en función del pH empleando miristato como colector. 60 ) � � ( � � � � � � � � � � � � �

�4

1�10 � �� 1�10�3 � �� 2 1�10 � ��

40 20 0 �20 �40 �60 100

) % ( � � � � � � � � � � � � � � � � �

80

60

40 ��4�� 3�� 3��

20

0

0

2

4

6

8

10

12

14

��

Fig. N° 2-4: Dependencia de la recuperación de la goetita (FeOOH) del potencial zeta (carga superficial) de la interfase sólido/líquido y la carga del grupo polar del colector utilizado. Las curvas de potencial zeta muestran que el PZC se encuentra en pH 6,7. Las curvas de recuperación fueron obtenidas con los colectores: cloruro de dodecil amónio (RNH3Cl), dodecil sulfato de sodio (RSO4Na), y dodecil sulfonato de sodio (RSO3Na).

Fig. N° 2-5: Flotación de cromita en función del pH en presencia de 1x10 -4 de miristato.

2.4.3.Teoría Ionomolecular. Más recientemente, Somasundaran han señalado que asociaciones moleculares diversas entre las dos especies unitarias, ión y molécula neutra, se formarían en solución, antes de la adsorción. Estas asociaciones serían bastante simples, y serían abundantes en distintos rangos de pH, en concentraciones inferiores a las respectivas CMC’s. Particularmente activos en las interfase, tanto sólido/líquido como líquido/aire, serían los dímeros ión-molécula neutra, los llamado complejos ionomoleculares. Estudios realizados en soluciones acuosas de oleato de potasio, y también de cloruro de dodecil-amónio, mostraron una notable disminución de la tensión superficial justamente en las regiones de pH donde las concentraciones de esos complejos ionomoleculares eran máximas. Más significativamente aún, pruebas de flotación reportadas por Somsundaran con varios minerales muestran también máximos en los mismos rangos de pH; para el oleato, esta región sería entre 7 y 8. En la figura N° 2-4 se muestran resultados de la flotación de hematita con oleato de potasio y la formación del complejo ión-molecula. Por otra parte, en la figura 6.5 se presenta un diagrama de distribución de especies de oleato en función del pH. 2.4.4.Efecto de los hidroxi-complejos superficiales. Los iones complejos de metales polivalentes son en general activos en relación a la interfase sólido/líquido de muchos oximinerales. Muy importante es el primer hidroxi-complejo resultante de la hidrólisis del catión metálico simple; para los metales divalentes, ese ión tiene la formula general MOH +. Siendo también un catión, este complejo es atraído por las interfases con carga negativa, donde se adsorbe específicamente. La gran importancia de estos complejos se debe a la posibilidad de formación de uniones de hidrógeno entre sí (debido a los oxidrilos) en un proceso de polimerización después de la adsorción. Esto resulta en la formación de una red de sitios reactivos cubriendo largos trechos de la interfase sólido/líquido. Esta red promueve cambios de estructura drástica en la doble capa eléctrica (en relación a su condición original), lo que frecuentemente resulta en el establecimiento de un nuevo plano interno de Helmholtz (IHP); es exactamente allí que se localizan entonces los nuevos sitios activos en relación a los iones colectores, que por lo tanto pueden adsorberse específicamente. Este método de adsorción es bastante típico de casos de activación, esto es, en sistemas originalmente inactivos, y que por este mecanismo se tornan reactivos. Un ejemplo es el del cuarzo, que para valores de pH superiores a 3 solo mostraría potencial zeta negativo, por lo cual, con la adición de iones plomo, hay una reversión de carga, tornándose positivo en el rango de pH de 6 a 10, con un máximo en pH = 8 (fig. N° 2-6). Es precisamente en ese rango de pH donde la concentración de la especie PbOH + muestra un máximo (fig. N° 2-7). Por lo tanto, la flotación de cuarzo, así activado, se torna ahora posible con colectores aniónicos, por adsorción puramente física, como el dodecil sulfonato, lo cual se muestra en la fig. N° 3-6. En dicha Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

18


figura se observa que la recuperación de cuarzo con iones plomo (primer hidroxi-complejo) aumenta verticalmente cuando el valor del pH está en torno a 6,0, y disminuye también drásticamente en pH superiores a 12. De igual forma, en esa figura se muestran curvas de recuperación de cuarzo con el primer hidroxi-complejo de fierro y manganeso . 3200

100

80

�� 5 � � �� 3�10 � �5 ��3 8�10 �

2880 2560 2240 1920

60

1600 1280

40

960 640

20

320 0

4

5

6

7 ��

8

9

10

Fig. N° 2-6: Correlación de la flotación de hematita y la formación Fig. N° 2-7: Diagrama de distribución de especies de oleato en del complejo ión-molécula (acid-soap complex). función del pH. Concentración total de oleato = 3x10-5M.

Fig. N° 2-8: Potencial zeta de cuarzo en función del pH, en la presencia de 1x10-4M PbCl2

Fig. N° 2-9: Diagrama de concentración logarítmica para 1x10 -4M Pb+2. Datos de equilibrio.

Fig. N° 3-8: Activación del cuarzo con iones metálicos en relación al pH en la flotación de cuarzo con dodecil sulfato de sodio en concentración de 1x10-4 M (la concentración de los iones metálicos también es de 1x10-4 M).


19


TERMODINÁMICA DE LA FLOTACIÓN 3. Principios Termodinámicos de la Flotación. En Procesamiento de Minerales, el método de concentración por flotación de espumas es, indiscutiblemente, la técnica de separación de minerales valiosos de los no valiosos más importante y representa una de las aplicaciones más desafiantes de la química de superficies. El proceso de flotación está controlado por la termodinámica, la cinética y la hidrodinámica del sistema. En consecuencia, incluye aspectos fundamentales, tales como: • • •

La creación de una superficie hidrofóbica en una especie mineral en particular (condición termodinámica). Previsión de tiempo suficiente para la adhesión de la partícula hidrofóbica con la burbuja de aire (co ndición cinética). La estabilización de los agregados partícula-burbuja bajo el flujo de pulpa prevaleciente (condición hidrodinámica).

La acción conjunta de estos principios hacen a la flotación de espumas, un proceso selectivo que se usa para llevar a cabo separaciones específicas de minerales de menas complejas tales como: Cu-Pb-Zn, Pb-Zn, Cu-Zn, menas menos complejas de Cu, Cu-Mo, Pb(Ag), Fe(Au), etc., menas de minerales óxidos y los no metálicos, incluyendo al carbón fino, al azufre y talco. Para tener un conocimiento ampliamente claro que nos conlleve a comprender, interpretar y evaluar los procesos metalúrgicos que intervienen en la concentración de minerales es necesario estudiar las principales propiedades físicas y químicas de las superficies de los minerales (sulfuros, óxidos, carbonatos, silicatos, sales solubles, etc.), es decir, la química de superficies, fases e inter fases, etc. puesto que es necesario también entender las relaciones que existen entre las fases masivas o condensadas sólida, líquida y gaseosa y las inter fases que ocurren entre ellas. La teoría de flotación de espumas es bastante compleja y aún no está estudiada en forma completa. Sin embargo, existen grandes avances en el estudio de este importante proceso de flotación de minerales. En nuestro estudio, trataremos dos aspectos que creemos son los más importantes. Ellos son: • •

Química de superficies relacionada a la inter fase mineral-agua (capa eléctrica doble). Termodinámica de superficies, relacionada con el ángulo de contacto (mojabilidad de superficies minerales).

3.1. Fenómenos Eléctricos en la Interfase Mineral-Agua. Cuando se pone en contacto un mineral finamente molido en un líquido polar como el agua, las regiones interfaciales de las dos fases cambian para ajustarse al nuevo ambiente y a partir de este momento, las propiedades que determinan su comportamiento son las propiedades superficiales determinadas por cada una de las fases presentes: sólida, líquida y gaseosa y las interfases o intercaras generadas entre estas fases. Entre estas propiedades superficiales están la carga superficial y el potencial eléctrico generado en la interfase, es decir, se establece una doble capa eléctrica en la interfase mineral-agua (más claramente, mineral-pulpa) la cual balancea la carga eléctrica global en el sistema. Esta afecta al comportamiento de la superficie mineral y su interacción con los reactivos químicos, un factor que es crucial en procesos de separación químico-superficial.

Fig. Nº 3-1: interacción de reactivo y mineral


20


3.2. Esquema Idealizado de la Capa Eléctrica Doble. 1 ��

�2

�

+2

��

�

�2

��

�

+2

+2

�2

�2

�

+2

��

�

�

�

�2

�

�2

��

�

�

�2

�

�2

+2

�

�

��

�

+2

��

��

+2

+2

�2

�2

��

• Fila 1 y 2: iones no disturbados en el mineral. • AB : representa la celda no disturbada del mineral • Fila 3: la parte de la celda de donde se extrajeron los

5

+2

�2

��

+2

�

4 ��

�2

��

+2

��

+2

��

+2

�

3

�2

�

�2

��

+2

��

+2

��

A

2

��

�

• • •

+2

�2

B

+2

+2

•

cationes de plomo; un exceso de aniones azufre da una carga negativa a la superficie. CD: representa el límite físico del sulfuro de Pb. Fila 4: representa la capa exterior ordenada de cationes Pb en el líquido. EF: representa el límite del líquido está fuertemente enlazado a y se mueve con la partícula. Fila 5: la capa de iones difusos.

�

��

+

+ +

�

+

+

��

+ +

+

+ + + + + +

+

+ + +

��

+

+ + +

+ +

+

+

�

�

+

+

��

�� 100

��

0 ��

Fig. Nº 3-2: capa eléctrica.

3.3. Doble Capa Eléctrica. La carga eléctrica de los sólidos presentes en una pulpa acuosa atrae una “atmósfera” de iones de carga contraria, parte de la atmósfera es difusa. La carga de superficie, en conjunto con la capa difusa, constituye la doble capa eléctrica. La doble capa eléctrica establecida en la interfase mineral-agua puede ser considerada como análoga a un condensador eléctrico o impedancia, la cual puede ser investigada experimentalmente para caracterizar superficies o reacciones superficiales. La carga superficial en el mineral (Ψ) en un sistema mineral puro-agua puede establecerse mediante varios mecanismos. Entre ellos tenemos los siguientes:


21

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica.  Polarización de un conductor o semiconductor por una

fuente externa, por ejemplo, un electrodo cargado.  Disolución de iones a partir de y/o adsorción de iones sobre el mineral (por ejemplo, un sólido iónico como el Ag2S) el cual termina en una carga neta desigual.  Reordenamiento de la superficie cristalina del mineral para presentar iones de diferente valencia a la interfase sólido líquido, por ejemplo, silicatos complejos. Esta carga superficial se debe a alguno de los siguientes factores: Distribución desigual de los iones constituyentes. Ionización de las superficies minerales. Adsorción específica de los iones de la solución. Sustitución isomorfa. Orientación dipolar.

    

Fig. Nº 3-3: (a y b). La doble capa eléctrica en una superficie mineral en agua.

Hay una caída del potencial eléctrico a través de la doble capa , desde su valor en la superficie o potencial superficial, Ψ , hasta cero en el seno de la solución o pulpa. En esta capa eléctrica doble, según la distancia, d, a la superficie mineral, está formada por: o

  

Una primera capa de potencial eléctrico Ψo, que corresponde a la propia superficie cargada. Una segunda capa de potencial eléctrico Ψδ, en contacto directo con la primera capa de iones específicos adsorbidos, se le denomina potencial de Stern. Una tercera capa de potencial Ψδ, que corresponde al límite entre la solución que se adhiere a la superficie y la solución que puede moverse con respecto a la partícula y corresponde al potencial electrocinético, ξ, o potencial zeta.

3.3.1.

Zonas de la Doble Capa Eléctrica. En la doble capa eléctrica se distinguen las siguientes zonas: La carga superficial, la capa de Stern (constituida por los iones en la fase acuosa próxima a la superficie) y la fase

líquida. 3.4. Adsorción. Se denomina adsorción al fenómeno de acumulación de materia en una interfase, en modo tal que su concentración sea mayor o menor que aquellas de las fases que forman la interfase. Cuando la concentración es mayor en la interfase se dice que la adsorción es positiva y es negativa en el caso contrario. El fenómeno de adsorción se produce en las interfases.   

Líquido - gas. sólido - gas. sólido - líquido.

Está descrita por la ecuación de adsorción de Gibbs. Esta ecuación se encuentra en diversas formas, pero la más útil para los fines de la mineralurgia es: Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

22

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica. i

d γ = − SdT −

∑ Γ i d µ i i =1

Donde: γ = Energía libre interfacial o tensión superficial. Σ = Entropía superficial. Τ = Temperatura absoluta. µΙ = Potencial químico de la especie i en el sistema. Γι = Densidad de adsorción de la especie i.

O también en la siguiente forma: Γ i = −

C d γ . RT dC

Que indica que si una sustancia (ion o molécula) está presente en concentración más alta en la superficie de un líquido o fase sólida, con respecto a su concentración en la masa o seno en esa fase particular, se ha adsorbido sobre la superficie de la fase. Para que esto suceda, es decir, para que una sustancia sea adsorbida en una interfase, ésta debe originar una reducción en la energía superficial, esto es d γ /dC debe ser negativo. 3.4.1. Clasificación. La adsorción, en base a la naturaleza de la interacción adsorbido/adsorbente, se clasifica en:  Adsorción física (fisisorción) y  Adsorción química (quimisorción). a. Adsorción Física. La adsorción física es resultante de interacciones químicas secundarias o residuales (tipo Van der Waals), caracterizándose por un bajo calor de interacción, ninguna o casi ninguna acción de selección entre el adsorbente y el adsorbido, siendo posible la formación de multicapas. b. Adsorción Química. La adsorción química se debe a interacciones químicas primarias (por ejemplo, covalentes) entre el adsorbente y el adsorbido. Existe selectividad, formándose compuestos de superficie. Apenas una monocapa puede ser adsorbida. 3.5. Iones Determinantes de Potencial. Generalmente, un conjunto de iones pueden ser identificados como determinantes de potencial, los primeros responsables por la carga superficial. Estos iones se denominan iones determinantes de potencial. Existe una concentración particular de estos iones para la cual la carga de superficie es nula. 1. Son considerados como iones determinantes de potencial, tal como el caso del AgI, donde los iones determinantes de potencial son Ag + e I-. 2. En el caso de los minerales tipo óxidos, los iones determinantes de potencial son H + y OH-. 3. Para sólidos, del tipo “salt type”, tales como, calcita, CaCO 3, los iones determinantes de potencial son Ca 2+ y CO 3=, y también H+, OH- y HCO3-. En el caso de sólidos iónicos, tales como, BaSO 4, CaF2, AgI y Ag 2S, los iones de la red cristalina. 4. En el caso de los minerales tipo silicatos, tales como arcillas y las micas, los cuales tienen estructuras de capas, son cargados negativamente en la mayoría de las condiciones naturales, debido a la substitución de Al 3+ por Si4+ en la sílica tetraédrica, o, Mg 2+ por Al3+ en la capa octohedral de la red del cristal.


23


3.5.1.

Punto de Carga Cero.

La actividad de los iones determinantes del potencial al que la carga de superficie es igual a cero, se llama el punto de carga cero (PCC) del mineral, que influye directamente en la adsorción de los reactivos sobre la superficie de los minerales. Cuando los iones H + y OH- son determinantes del potencial, el punto de carga cero se expresa en función del pH.

Fig. No 3.4: Punto de carga cero (PCC).

3.5.2.

Potencial Zeta y Punto Isoeléctrico.

Cuando las partículas de una pulpa se desplazan en relación al fluido, surge un plano en el cual la doble capa eléctrica se parte, el plano de cizallamiento. Este desplazamiento diferencial de las partes de la doble capa eléctrica origina un potencial eléctrico llamado potencial zeta o potencial electrocinético, el cual puede ser medido por diferentes métodos. El punto donde el potencial zeta se anula se denomina punto isoeléctrico, PIE. 3.5.3.

Propiedades de la Doble Capa Eléctrica .

Las propiedades de la doble capa eléctrica de un mineral puede afectar el rendimiento del proceso de separación de partículas por flotación, del siguiente modo: 1. El signo y magnitud de la carga superficial controla la adsorción de los reactivos de flotación físicamente adsorbidos. 2. Una alta carga superficial puede inhibir la quimisorción de los colectores químicamente adsorbidos. 3. La extensión de la floculación y dispersión de los minerales en suspensión está controlada por la doble capa eléctrica. 4. La ocurrencia y magnitud del revestimiento de lama están determinados por la interacción de la doble capa eléctrica. 5. La cinética de flotación depende de la doble capa eléctrica, de la velocidad de adelgazamiento del film de agua, el cual también afecta la unión partícula burbuja.

XIDO SiO2, sílice gel SiO2, cuarzo-alfa SnO2, casiterita ZrO2, zircón TiO2, rutilo Fe2O3, hematita natural Fe2O3, hematita sintética FeOOH, goetita Al2O3, corindón MgO, magnesita


PZC (pH) 1-2 2-3 4,5 4 5,8-6,7 4,8-6,7 8,6 6,8 9,1 12

24


3.5.4.

Efectos de la Doble Capa Eléctrica en el Proceso de Flotación.

La doble capa eléctrica puede afectar al proceso de flotación de diferentes formas: 1. El signo y la magnitud de la carga superficial controla la adsorción de los agentes de flotación adsorbidos físicamente. 2. Una alta carga superficial puede inhibir la quimisorción de colectores que se adsorben químicamente. 3. El efecto de la lamas (“slime coating”) es determinado por la interacción de la doble capa eléctrica. 4. La floculación, coagulación y dispersión de suspensiones minerales es controlada por la doble capa eléctrica.

Fig. Nº 3-4: Modelo de Zeta Meter

3.6. Termodinámica del Mojamiento o de Interfases. La superficie de un mineral desde el punto de vista fisicoquímico se puede caracterizar como:  Superficies escasamente energizadas, y  Superficies altamente energizadas. Esto se debe a que la superficie de un cuerpo cristalino se forma por la ruptura de los cristales de este compuesto, destruyendo cierta cantidad de uniones entre los átomos que lo constituyen. Entendiéndose entonces que cuanto mayores sean las fuerzas que actúan entre los átomos y iones del cristal, tanto más energía se necesita para romperlo y mejor será la insaturación de la superficie recién creada, por ende, tanto más energizada. 3.6.1.

Angulo de Contacto y Ecuación de Young.

Thomas Young (1805) propuso tratar el ángulo de contacto de una gota de líquido colocada sobre una superficie sólida plana, como un equilibrio mecánico de las tensiones interfaciales sólido-líquido, sólido-vapor y líquido-vapor. Que representa la ecuación Young; donde el producto Cos θ γ lv se denomina Tensión de adhesión la cual puede ser considerada como una medida de la fuerza requerida para la hidrofobización del sólido.

Sólido hidrofóbico Sólido hidrofílico Fig. Nº 3-5: Angulo de adhesión


25


Donde: �� θ γ �� γ �� γ �� → En equilibrio � �� θ γ �� γ �� γ �� En consecuencia, la Ecuación de Young establece la condición termodinámica de equilibrio entre las tres fases e

introduce el concepto hidrofobicidad que es uno de los factores intervinientes importantes en el proceso de flotación de un mineral. 3.6.2.

Angulo de Contacto y Ecuación de Young.

El ángulo de contacto θ puede definirse como el ángulo formado por el plano tangente a la interfase líquido-gas y el plano formado por el sólido en un contacto trifásico sólido-líquido-gas, que nos da una noción de mojabilidad e indica los parámetros superficiales que se necesitan medir; de modo que, cuando un líquido moja completamente a un sólido, el ángulo de contacto θ será igual a cero y un valor de θ > 0° indica mojabilidad parcial y mientras mayor sea el ángulo de contacto, menor será la mojabilidad, en consecuencia, mayor el grado de hidrofobicidad. Sin embargo, en Cos θ γ lg = γ sg - γ sl Sólo se puede medir experimentalmente la tensión superficial del líquido, mas no así γ sg � γ sl� Pero es posible hacer un análisis cualitativo de su influencia sobre el ángulo de contacto. La ecuación de Young también se puede escribir como: Cosθ =

γ sg − γ sl γ lg

Aquí podemos notar que, si: γ �� γ �� → El ángulo θ de contacto será < que 90°. ; γ �� γ �� → El ángulo θ de contacto será > que 90°. Entonces, para que exista un contacto estable debe cumplirse que: γ sg - γ sl < γ lg Si el líquido moja completamente al sólido se tendrá que: γ sg - γ sl > γ lg La misma ecuación puede aplicarse para una burbuja de gas en contacto con la superficie plana de un sólido dentro de un medio acuoso; o bien, para una gota de aceite bajo las mismas condiciones. Pero como podemos ver, la medición del ángulo de contacto, es sólo posible en un estado de equilibrio de fases, mientras que la flotación es realmente un sistema en el cual las partículas minerales y las burbujas de aire dentro de la pulpa contenida en la celda, conforman esencialmente un sistema dinámico que no está en equilibrio. El Dr. D. Crozzier expreso que el ángulo de contacto es un indicador, mas no una medida del carácter hidrofílico de una mena o más directo, del mineral valioso. La termodinámica es importante en los estudios de flotación, porque nos permite definir la condición que proporcionarán superficies estables de comportamiento adecuado a una flotación. Predice de sí y o no ocurrirá el cambio, pero nada nos dice de cuando ocurrirá, entonces, si las condiciones de un proceso de flotación son dinámicas, no será posible hacer una predicción termodinámica de los resultados expresados en ley y recuperación del mineral en el concentrado, bajo ciertas condiciones operativas. A lo más podríamos termodinámicamente predecir algunos resultados de flotación cambiando variables como la Temperatura, pH, Concentración del colector. Las modificaciones posibles y de interés son: a. Sistema sólido-líquido-gas.


26


Θ →0º

Θ →180º

Fig. Nº 3-6: Sólido hidrofílico

Fig. Nº 3-7: Sólido hidrofóbico

b. Sistema sólido-aceite-agua.

Θ →0º

Θ →180º

Fig. Nº 3-8: Sólido hidrofílico

Fig. Nº 3-9: Sólido hidrofóbico

3.6.3. Termodinámica de la Mineralización de las Burbujas. El trabajo de adhesión se define como el trabajo necesario para separar 1 cm 2 de interfase 1,2 en 2 superficies 1 y 2  Termodinámicamente, podemos expresar que las ecuaciones que describen la variación de energía libre y el trabajo de adhesión y cohesión son las siguientes: (Fig. a) ∆G = γ 1 + γ 2 γ 1-2. Por lo tanto. Wa = γ 1 + γ 2 - γ 1-2. Y trabajo de cohesión (WC) (mJ/m2): energía necesaria para separar 2 superficies idénticas desde el contacto hasta una separación infinita (Fig. b). ∆G = 2 γ L Trabajo de adhesión (WA) sólido-líquido (ml/m 2): energía necesaria para separar 2 superficies diferentes desde el contacto hasta una separación infinita. Esto es : WA = γ L + γ S - γ LS. 

GI = g1,2 GII = γ 1 + γ 2 GI = 0 GII = 2γ L Fig. a

Fig. b

Fig. Nº 3-10: Trabajo de adhesión

Del mismo modo, consideremos una burbuja de aire aproximándose a una partícula de mineral.

a) Antes del contacto b) Después del contacto Fig. Nº 3-11: Energía libre en el contacto de una burbuja de aire con el mineral dentro del agua.

Del mismo modo ocurre cuando una gota de agua se adhiere sobre la superficie de un mineral. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

27


a.

b.

Fig. Nº 3-12: Energía libre en el contacto de una gota de agua con el mineral.

Mecanismo de la Mineralización de las Burbujas de Aire.

3.6.4.

La adherencia de las partículas minerales a las burbujas de aire es la base del proceso de flotación de espumas. Esta adhesión se produce mediante dos actos: Primero, las partículas se ponen en contacto con las burbujas de aire que ya se encuentran formadas en la pulpa, que dicho sea de paso, la función de esta burbuja será:  

Recolectar las partículas de mineral en la pulpa, y Transportarles hacia la superficie, valiéndose de las fuerzas de empuje (Ley de Arquímedes).

Segundo, las burbujas de aire se precipitan de la pulpa sobre la superficie de las partículas de mineral, siempre y cuando haya condiciones favorables para hacerlo, entre ellas las fuerzas dinámicas relacionadas con su tamaño y las condiciones eléctricas relacionadas por su mojabilidad.

Fig. Nº 3-13: Mecanismo de adhesión.


28


EQUIPOS DE FLOTACIÓN 4. Celda de flotación. La flotación de minerales se lleva a cabo en las llamadas celdas o maquinas de flotación, la que ha venido evolucionando en sus formas geométricas, en sus formas de agitación de la pulpa, así como en sus tamaños. La flotación de minerales pueden ser analizada en términos de:  Las propiedades físicas y químicas del mineral, independiente al control del operador.  Los efectos físicos y químicos del mineral, independiente al control de operador.  Las características de los equipos de flotación selectiva en términos de ley de concentrado y recuperación. Luego, la efectividad de las máquinas de flotación no depende solo de la flotabilidad de los minerales, sino de la interacción de los antes citados. 4.1. Función de las Celdas de Flotación. La principal función es distribuir pequeñas burbujas de aire a través de la pulpa de mineral, de modo de asegurar que cada partícula entre en colisión con una burbuja.    

Mantener en suspensión las partículas de la pulpa que ingresa a la celda de flotación. Formar y diseñar pequeñas burbujas de aire por toda la celda. Promover los choques entre partículas minerales y las burbujas de aire con el fin de que el conjunto mineral burbuja formado tenga una baja densidad y puede elevarse desde la pulpa a una zona de espumas. Mantener condiciones de quietud en la columna de espumas para favorecer su estabilidad.

De acuerdo a lo anterior las celdas de flotación deberán tener zonas específicas: a. Zona de Mezcla: Aquella en la cual las partículas de minerales toman contacto con las burbujas de aire. b. Zona de Separación: En la que las burbujas de aire se condensan una con otra y eliminan partículas indeseables que pudieran haber sido arrastradas por atropamiento u otro motivo. c. Zona de Espumas: En la donde las espumas mineralizados deberán tener estabilidad y ser removidas de la celda conteniendo el concentrado.

��

��

��

Fig. Nº 4-1: Parte del a separación

4.2. Tipos de Celdas de Flotación. Se clasificara a las celdas en dos tipos: Mecánicas y neumática.


29


4.2.1.

Celdas Mecánicas.

Se características por tener un agitador mecánico que mantiene la pulpa en suspensión y distribuye el aire debido de ella. El ingreso de aire para las celdas mecánicas puede realizarse por insuflación forzada o por la acción succionadora del impulsor. La velocidad del impulsor puede ser regulada de acuerdo a la etapa de flotación: las etapas rougher y scavenger precisarán de mayores números de revoluciones por minuto que las etapas de limpieza. A este tipo de celdas tememos: Agitair, Denver, Morococha, Outokumpu, wenco, etc.

Fig. Nº 4-2: Celda OK.

4.2.2.

Celdas Neumáticas.

Son maquinas que no tiene impulsor mecánica, la pulpa es agitada por aire comprimido. Estas celdas originalmente son tanques rectangulares con tuberías de difusión de aire instalado en el fondo de la celda. La celda columna se considera también como celda neumática; estas celdas funcionan con sistemas de flujos en contracorriente; se tiene un flujo ascendente de burbujas generales en forma continua, desde el fondo descendente de partículas sólidas en la pulpa. 4.2.3. Celdas de Flotación Gigantes.

Fig. Nº 4-3: Celda gigantes

4.2.4.

A medida que las leyes de los minerales fueron bajando, fue necesario tratar tonelajes mayores para mantener los niveles de producción de concentrado fino. Esta necesidad de aumentar la capacidad de tratamiento, estimuló la fabricación de molinos de gran tamaño y, por consiguiente, el diseño de celdas de mayor volumen para evitar el uso de una cantidad de celdas excesiva, que se tradujera en mayor mantención, mayor complejidad de control y mayor requerimiento de espacio. Normalmente, se entiende por celda gigante aquellos equipos de flotación con volúmenes superiores a 300 pie3. Después de los 80’s entraron al mercado las celdas mayores de 1 500 – 3 000 pie 3.

Celda Columna

En la flotación columnar, como en las celdas convencionales, las partículas de mineral hidrofóbicas son adheridas a las burbujas, las cuales ascienden y son movidas como concentrado; pero a diferencia de las celdas de flotación convencional, las celdas columna no usan sistema de agitación mecánico para suspender las partículas y dispersar el aire, esto las hace más eficientes enérgicamente y también en mantenimiento mecánico. La pulpa de alimentación entra a una corta distancia de la parte superior de la celda. La pulpa dentro, encuentra una corriente de aire ascendente y una corriente descendente del agua de lavado. El concentrado rebosa por la parte superior de la celda, mientras que la cola es descargada por el fondo. El aire es introducido por la parte inferior de la celda columna mediante generadores. Estos generadores pueden ser hechos de varios tipos de material y diferentes diseños con el objeto de producir pequeñas burbujas de aire. El agua de lavado es alimentada mediante ducha colocada en la parte superior de la celda. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

30


Flujo de alimentación Dosificació n de reactivos

Flujo de aite Variables de operación

Nivel de espuma

Porcentaje de sólido Flujo de agua Fig. Nº 4-4: Celda Columna.

4.3. Circuitos de Flotación. Generalmente no es posible recuperar el mineral valioso y eliminar la ganga en forma simultánea en un solo paso, por lo que se adoptan circuitos para el tratamiento de los minerales. CIRCUITO, es el termino que se emplea para expresar los caminos que siguen las corrientes de flujo principal de la pulpa que se va empobreciendo y la de los géneros que se van concentrando con objeto de aumentar la diferencia de valor entre ellos. Todos los circuitos de flotación pueden referirse a dos tipos básicos de circuitos de flotación. 4.3.1. Circuitos Simples. Son aquellos que en su operación sólo necesitan de la flotación para lograr la separación de los minerales valiosos, para lo cual se pueden establecer varias etapas de flotación. 4.3.2. Circuitos Complejos. Son aquellos correspondientes a otras formas de operación que necesita la flotación y otros procedimientos diferentes, tales como remolienda; deslamado, precipitación, etc. para lograr la separación de los compuestos valiosos de la ganga. La selección del tipo de circuito de flotación depende, principalmente, de la característica de diseminación del mineral valioso en la mena y la capacidad del conjunto a aglomerarse durante la trituración. 4.3.3. Circuitos de acuerdo a la heterogeneidad del material. Los circuitos de flotación pueden ser de un solo producto valioso o de múltiples productos valiosos, los de un solo producto son adoptados para las menas mono metálicas y lo circuitos multiproductos generalmente se adoptan para menas polimetálicas.

Fig. Nº 4-5: Circuito molienda y flotación


31


Las etapas de flotación que se adoptan dentro de los circuitos son: •

La etapa Rougher o etapa de flotación de desbaste, en esta etapa se recupera una alta proporción de las partículas valiosas aún a costa de la selectividad. El concentrado Rougher no es un concentrado final y deberá pasar por una limpieza.

•

Etapa de flotación cleaner o flotación de limpieza, que tiene la finalidad de obtener un concentrado de alta ley aún a costa de una baja en la recuperación. Las colas de la etapa rougher generalmente todavía contienen una proporción recuperable del mineral valioso, por lo que a este flujo se le somete generalmente a un agotamiento.

•

Flotación Scavenger o flotación de agotamiento, esta etapa es la que recoge la última parte recuperable del mineral valioso, las colas de esta etapa son el relave final. Las colas de la etapa cleaner y el concentrado de la etapa Scavenger son bombeados a la alimentación de la etapa rougher.

Fig. Nº 4-6: Circuito simple y complejo

4.3.4.

Características de las Celdas de Flotación. PARTES DE UNA C ELDA CONVENCIONAL

PARTES DE UNA CELDA COLUMNA AGUA DELAVADO DISTRIBUIDOR

CONCENTRADO

ZONA DE ESPUMAS A IRE DE SOPLA DOR

M OTOR ELECTRICO

INTERFASE 18-3 6 HP

ALIMENTACION ZONA COLECTORA

DIFUSOR

AIRE F ORR OS

ESPA RSOR

IM PULSOR

RELAVE

Fig. Nº 4-7: Celda mecánica y columna.


32


4.3.5.

Ventajas Tecnológicas de las Celdas de Flotación.

Celda Columna  Son de gran capacidad  Ocupan un reducido espacio, aprovecha el espacio vertical.  Consigue Concentrados más limpios, por eliminar los insolubles con el lavado de espumas  Logra incrementar las recuperaciones, aprovechando su mayor limpieza  Su costo operativo es mínimo (consumo de aire)

Celda Convencional  Son de poca capacidad  Ocupan mucho espacio y requieren de grandes edificios  Sus concentrados son menos limpios por no eliminar insolubles.  Su recuperación es limitada.  Su costo operativo es relevante (energía eléctrica y forros).

4.4. Balance y Recuperación en la Flotación

Alimento F Ley f

Concentrado C Ley c.

Relave R. Ley r. Fig. Nº 4-8: Balance circuito de flotación

Balance de Materia F= C+R; fF=cC+rR. C = F ( f − r ) (c − r )

Donde: N número de celdas Q Caudal ft 3 /min. T Tiempo minutos V volumen de celda ft 3

Dimensión de la Celda N =

Qtf Vh

; R

= 1 − (1 + kd λ ) − N

h factor de volumen 0.5 – 0.75 f Factor de corrección 1.5-2.7 donde 1.5 para celdas de grandes y 2 para celdas pequeñas.

4.5. Cinética de la Flotación. Se define como cinética de flotación a la variación de la cantidad del producto obtenido en la espuma de flotación respecto al tiempo de flotación. Empírico Existen cuatro métodos para determinar la ecuación de cinética de flotación:

Semi empírico Analógico Analítico

Para un razonable entendimiento de un proceso, las cantidades que deben ser evaluadas pueden dividirse en 3 grupos: • • •

Métodos experimentales para determinar la velocidad del proceso. Efectos de las variables del proceso. El mecanismo o la ecuación que denota velocidad. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

33


Sin embargo para la flotación de minerales es difícil aplicar tal metodología. Las bases de la cinética de la flotación de minerales y los problemas y métodos en el modelaje y simulación de la flotación se vienen revisando permanentemente. Los mecanismos fundamentales de la flotación aun no han sido plenamente establecidos. Un amplio número de variables, tanto químico como mecánico puede afectar la performance de las celdas o la velocidad de flotación. Los criterios químicos y termodinámicos son los que determinan la hidrofobicidad de la partícula requisito fundamental para una flotación. El proceso de flotación de minerales, aunque complejo, puede conceptualizarse en términos de un conjunto de subprocesos como: I. I.

La entrada de la pulpa La adhesión de las partículas a las burbujas

II. .

El transporte entre la pulpa y la espuma La remoción del producto de la flotación y los relaves.

Cada unos de estos procesos puede a su vez dividirse en otros micro procesos y en cada uno de ellos existir efectos diversos, por otro lado se ha comprendido que la velocidad de la flotación esta fuertemente influenciada por los sub-procesos II y III. Cuando las burbujas ascienden a través de la pulpa se encuentra con partículas de mineral valioso o ganga. Si se tiene que las partículas de mineral valioso son hidrofóbicos y se encuentran suficientemente cerca a la burbuja, ocurrirá la coalescencia. Si la adhesión es fuerte, la burbuja con la partícula del mineral ascenderá al tope. Cuando una burbuja se mueve a la interfase pulpa espuma, los residuos quedan bajo las espumas, mientras que la capa liquida, separa a las dos drenando hacia abajo lentamente. Nuevas burbujas que lleguen después empujan a las primeras hacia la zona de espuma con el fin de cargarse de mineral. La capa liquida entre las burbujas en la espuma tiene de valores tan buenos así como alguna ganga que pueda haber sido atrapada. La espuma en la parte superior de la celda es limpiada con su carga de partículas. Se reconoce que la fase espumosa juega un rol de interacción significante en la eficiencia de la flotación, especialmente en relación al grado del producto. 4.5.1.

Método Analógico.

Se denomina esta forma por que se basa en modelos tomados de la cinética química y asume que la flotación se puede considerar similar a un proceso químico que ocurre en un tanque agitador. La teoría actual de la cinética de flotación de minerales puede expresarse de la siguiente forma:

dCp dt

n

= K.C P .C b

m

Donde: CP y Cb: Concentración de las partículas y burbujas respectivamente t : Tiempo de flotación K : Constante de la razón de flotación n y m : Orden de la ecuación Si el suministro de aire es constante, cualquier tendencia de cambio en la concentración de la burbuja es pequeña, luego Cb = Pequeño, en tal situación la ecuación de velocidad se convierta en: Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

34

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica. dCp dt

dCp

n

= K.C P . , Si n = 1,

dt

Usando las condiciones limites: dC = K n .Cn . n=1 dt dC

∫

4.5.2.

No se recupera al 100% (C-C ) dC = −k (C − C ∞) dt ∞

Co C

C

dC

C 0

(C − C ∞ )

∫

= ∫ Kdt.

C Ln

= K.CP .

0

 C 0 − C ∞   = kt C C − ∞  

Ln

= kt

Circuito de flotación bach.

Co, t=0

Ct, t=t

Recuperación R =

C 0

C 0 − C C 0

dR dt

=

Relacionando.

, RC 0 = C 0 − C

− C 0 dR

dC C = C 0 (1 − R) dt

;

dt

C ∞ = C 0 (1 − R∞ )

dR dt

= k [C 0 (1 − R ) − C 0 (1 − R∞ ]

= −k [ R∞ − R ];

dR

R

∫

0

R∞ − R

t

= ∫ − k dt 0

R = R∞ (1 − e − kt )

R = 1 −

4.5.3.

t

= ∫ − k dt

Cc Co

= 1 − e −kt

Circuito de Flotación Continuo. ALIMENTO

Co , F

Cr, R

Banco de Flotación

RELAVE

Caudal QF Concentración CF

Caudal Q R Concentración C R Cc, C CONCENTRADO Caudal QC; Concentración C C

Concentración de la pulpa Kd =

Kd en función de la recuperación C0 - C

Velocidad de flotación Masa de la pulpa

k d =

 dc   dt K =  

 C 0 − C 0 + C   C 0  

λ .

−

c

Velocidad de flotación =

C 0

=

R´

λ .(1 − R´)

C 0 − C C 0

; R´= kd .λ

1 + kd .λ

;

N

C0 - C

k d =

∑ R´ = R´+ R(1 − R´) + R´(1 − R´)

2

+ ..... + R´(1 − R´)N −1

λ

λ Tiempo retenido en la celda. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

35

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental – E.A.P. Ingeniería Metalúrgica. C0 - C k d =

λ C

N

=

∑ R´ = 1 − R(1 − R´)

N

C 0 − C

λ

N

N

kd N ∑ R´ = 1 −   1 − 1 + kd .λ   R = ∑ R´ = 1 − (1+ kd .λ ) N

R = 100 − 100(1 + kd λ ) − N

La última etapa del proceso de flotación depende de la captura de las partículas de mineral hidrofóbicas por burbujas en la pulpa y su transferencia a la fase de espumación. En los inicios de la flotación hubo controversias en relación a los mecanismos de fijación de las partículas del mineral sobre las burbujas, como se menciono anteriormente el rival de la teoría de colisión era la de germinación de las burbujas en la superficie de la superficie de las partículas de mineral. Sin embargo tomas fotográficas a altas velocidades han demostrado que una discreta colisión entre las partículas y las burbujas son un pre-requisito para el enlace de las partículas alas burbujas excepto en sistemas que son diseñados específicamente para formar burbujas de soluciones súper-saturadas (aire disuelto para la flotación) La velocidad de remoción de las partículas o la velocidad de flotación desde la pulpa es consecuencia de: • Colisión entre las burbujas y las partículas • Adhesión de las partículas a las burbujas

• Desprendimiento u otros mecanismos de las partículas de

las burbujas.

Poniendo lo anterior en forma diferente se tendrá: R = Pc* Pa* Pd

R = Probabilidad de recuperación Pc = Probabilidad de colisión

Pa = Probabilidad de adhesión Pd = Probabilidad de desprendimiento

4.6. Dimensionamiento de Acondicionador y Celda. Para dimensionar una celda se deben de tener los siguientes criterios: a. Determinación del caudal de la pulpa Q que se alimenta al banco de celdas considerando recirculaciones de productos intermedios. b. Cálculo del volumen neto necesario multiplicado Qxt, donde el valor de t será igual al valor del tiempo de retención determinado en pilotaje ó el tiempo determinado en laboratorio en pruebas batch multiplicado por un factor mayor a 1. c. Calcular el número de celdas por la relación.

 Q.t   N =  V h .  0  t=t´xf

N Número de celdas necesarias. V0 Volumen total de una celda h Factor que según la celda se encuentra entre 0,5 a 0,75 f factor 1,5-2,7 ; 1,5 para celda de gran área de espumas (agitair) y 2 con áreas menores.

4.7. Evaluación en el Proceso de Flotación de Minerales. Es un balance metalúrgico para su mejor entendimiento y compresión designemos tanto a los pesos y sus leyes de los productos por las abreviaturas siguientes: F, f  Peso seco neta y ley de cabeza respectivamente. C, c  Peso seco neto y ley de concentrado respectivamente. T, t  Peso seco neto y ley de relave respectivamente.


36


�, � �, �

�, �

Balance general. F= C+T Balance de para un elemento valioso tanto en la cabeza, concentrado y relave. Contenido metálico fino = (Peso del producto) (ley); F (f) = C(c) + T (t). a. Cabeza (F): Es el mineral proveniente de la mina que se alimenta a una planta de tratamiento, y es de una ley determinada en el elemento de interés. b. Concentrado (C): Es el producto final valioso económico obtenido del tratamiento, de ley más alta que la cabeza en el elemento valioso. c. Relave (T): Esta constituido por el material mayormente inerte, es el mineral cabeza ya extraído en su mayor parte su contenido valioso posible y por consiguiente son desechados. En ciertos casos éstos relaves pueden servir de cabeza para la obtención de otros elementos de valor (como wolframio) ó para el tratamiento de recuperación de los mismos elementos pero aplicando tecnología más recientes. d. Recuperación (R): Es la razón entre la masa del material útil obtenido en el concentrado y la masa del material útil de la alimentación. R=

C (c ) F ( f )

x100

Considerando las anteriores se obtiene la expresión siguiente. c( f − t ) x100 R= f (c − t )

Teóricamente la ecuación es correcta, pero normalmente esto muchas veces en una planta de concentración no se cumple, por diferentes factores aparecen simple una discrepancia, por tanto ésta formula se convierta en la ecuación modificada siguiente: F (f)=C(c) + T (t) + d e. Razón de Concentración (Rc): Es la razón entre la masa de alimentación y la masa de concentrado. En términos prácticos, se refiere a las toneladas de mineral necesarias de beneficiar para obtener una tonelada de concentrado. F c − t K=R= = C f − t f. Flujo by-pass y Reciclo. � �

� �

� �

� �

B �

Flujo By-pass.

��

Flujo de Reciclo.

g. Balance de tres productos. Producto Cabeza Conc. Pb

TMPD %Pb F a1 X a2

% Zn Ag Onz/Tc b1 c1 b2 c2

Balance general Balance para el elemento 1 (Pb) Balance para el elemento 2 (Zn)


F= X+ Y + T a1F = a2X + a3Y + a4T b1F = b2X + b3Y + b4T 37


Conc. Zn Relave

X =

Y T

a3 a4

b3 b4

c3 c4

Balance para el elemento 3 (Ag)

F .[(a4 − a1 ) x(c4 xb3 − b4 xc3 ) − ( a4 − a3 ) x(c4 xb1 − b4 xc1 ]

[(a4 − a3 ) x(b4 xc2 − c4 xb2 ) − (a2 − a4 ) x(c4 xb3 − b4 xc3 )]

;

Y =

c1F

= c2X + c3Y + c4T

F (a4 − a1 ) + X (a2 − a4 )

(a4 − a3 )

1. EJERCICIOS Nº 01. A partir de un mineral de plomo de 6.5% de cabeza, que se trata a razón de 300TM/D, se produce un concentrado de plomo de 72.5% de plomo, y un relave de 0.55 de plomo. Encontrar la razón de concentración, el tonelaje de concentrado y la recuperación del metal analizado. Solución: � �1

� �3 � �2

Razón de concentración Rc =

Recuperación: R =

72.5 12x6.5

72.5 − 0.5 6.5 − 0.5

= 12 concentrado obtenido C =

300 12

= 25 Toneladas de concentrado.

x100 = 92.9%

2. EJERCICIOS Nº 02. Puntos de muestreo y resultados obtenidos. Para procesar 50TNPH de alimentación. Se muestreo del banco de 8 caldas agitair 60 agrupados de 4 bloques. La pulpa alimentada tiene 38% de sólido y su densidad del mineral es de 2,8 gr/cc. Determinar balance general y porcentaje de recuperación. Muestra %Pb

�

1 4.00

�

2 62.26

�

2

3 2.81

3

4 42.88

�

4

5 2.00

5

6 19.69

�

7 1.40

7

6

8 13.56

�

9 1.00

9

�

8 �


38


Solución.

Balance General.

��

��

 ( f − r )    (c − r ) 

C = F 

�� %�� (��)

��

�� %�� (��)

50 4.00

2.000

1.001

62.26

0.623

49.00

2.81

1.377

49.00 2.81

1.377

0.971

42.88

0.416

48.03

2.00

0.961

48.03 2.00

0.961

1.576

19.69

0.310

46.45

1.40

0.650

46.45 1.40

0.650

1.479

13.56

0.201

44.97

1.00

0.450

5.027

Qp= t= λ=

�� %�� (��)

��

53.09

Ft3 /min.

4.52 min. 1.13006 min./bloque

t =

30.84

1.550

Bloque A1 B2 C3 D4

N .V .h Q − N

R = 100 − 100.(1 + kd .λ )

N 1(1) 2(1) 3(1) 4(1) 1

%R(Pb) 31.16 30. 4 32.30 30.85 31.13

Kd 0.40 0.38 0.42 0.39 0.40

3. Ejercicios Nº 03. Prueba experimental para recuperar cobre. Tiempo min.

%Peso

0.5 0.5 2 3 4 Relave Cabeza

Nº 1 2 3 4 5

Ingreso 300 296.07 290.73 260.73 227.13

%Cu Concent. %Cu 2.75 3.93 20.00 2.52 5.34 17.10 2.25 30.00 7.70 1.63 33.60 6.10 0.96 35.10 3.50

Relave 296.07 290.73 260.73 227.13 192.03

%Cu 2.52 2.25 1.63 0.96 0.5

Tiempo Min 0.5 1 3 6 10 Relave

Simple Cobre Cu) Simple %Cu Peso P. Ac + Dist.

1.31 20.00 1.78 17.10 10.00 7.70 11.20 6.10 11.70 3.50 64.01 0.50 100.00 2.75

0.79 0.91 2.31 2.05 1.23 0.96 8.25

0.79 1.70 4.01 6.06 7.29 0.96 8.25

9.53 11.07 28.00 24.84 14.89 11.64 100

Rel. %Cu 2.52 2.25 1.63 0.96 0.50

Acumulado Cobre (Cu) Acumulado %Peso %Cu Peso Dist. Recup. 1.31 20.00 0.79 3.78 9.53 3.09 18.33 1.70 8.17 20.60 13.09 10.21 4.01 19.27 48.60 24.29 8.31 6.06 29.13 73.44 35.99 6.75 7.29 35.03 88.33 64.01 0.50 0.96 4.62 100.00 2.75 20.80 100.00


39


��

�� 25

90

20 � � % � � �

� � � � � � � � � � � � � %

15 10 5

75 60 45 30 15 0

0 0

5 10 ��

Laboratorio (min.) Tiemp Recup. 0.5 9.53 1 20.60 3 48.60 6 73.44 10 88.33

0

15

2

4

6

8

10

��

Formula Tiemp. Recup. 0.75 9.53 1.50 20.60 4.50 48.60 9.00 73.44 15.00 88.33

Nº CELDAS 1.585 2 3.17 3 9.51 10 19.02 19 31.7 32

Nº CELDAS 1.4513 1 3.3429 3 9.6459 10 19.217 19 31.138 31

4. Ejercicios Nº 04. Producto Cabeza Conc. Pb Conc. Zn Relave

TMS 368,030 45,618 66,656 255,755

LEYES Ag OTM % Pb 36,48 7,13 268,23 50,23 12,25 2,98 1,45 0,52

% Zn 9,08 2,90 45,30 0,74

CONTENIDOS Ag Pb Zn 13.423,95 2.624,47 3.340,09 12.236,04 2.291,54 132,20 816,51 198,78 3.019,63 371,40 134,16 188,26

DISTRIBUCION (%) Ag Pb Zn 100,00 100,00 100,00 91,15 87,31 3,96 6,08 7,57 90,41 2,77 5,11 5,64

Ratio 8,07 5,52

5. Ejercicio Nº 5: Pruebas de flotación. Producto Cabeza Conc. Pb Conc. Zn Relave

TNPD 1200,00 X Y R

%Pb 5,9 52,0 2,0 0,6

% Zn Ag Onz/Tc 9,9 15,00 4,0 120,00 60,0 10,00 0,7 2,00

a %Pb 5,9 52 2 0,6


b % Zn 9,9 4 60 0,7

c %Ag 0,047 0,375 0,031 0,006

40


6. Ejercicio Nº 6. Balance circuito de zinc.


41


REACTIVOS DE FLOTACIÓN 5. 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. Los reactivos de flotación juegan un papel importante en este proceso. Estos al ser añadidos al sistema cumplen determinadas funciones que hacen posible la separación de los minerales valiosos de la ganga. Sin embargo la aplicación adecuada de estos reactivos no siempre resulta una tarea fácil debido a una serie de dificultades técnicas que se presentan durante el proceso. En flotación el rendimiento de los reactivos, sean colectores o espumantes, depende mucho de la composición y constitución mineralógica de la mena Los reactivos utilizados para el acondicionamiento favorable del proceso, constituyen los llamados Agentes de Flotación. La selección y combinación apropiada de los mismos para cada tipo de mineral particular, constituye precisamente el principal problema del metalurgista a cargo de la operación. Los Alimentadores de Reactivos: Son reactivos que sirven para proporcionar exactamente la cantidad de reactivos que desea usar.   

Alimentador de disco y copas (Clarkson) Alimentador de reloj con válvula selenoide. Alimentador de válvula

Fig. Nº 5-1: Bombas Selenoide.

5.1.Clasificación de los Reactivos. Espumantes; tiene como propósito la creación de una espuma

capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta su extracción de la máquina de flotación (celdas) Los reactivos o agentes de flotación se clasifican en:

Colectores; es el reactivo fundamental del proceso de flotación

puesto que produce la película hidrofóbica sobre la partícula del mineral Modificadores;

actúan como depresores, activ adores, reguladores de pH, dispersores, etc. Facilitando la acción del colector para flotar el mineral de valor, evitando su acción a todos los otros minerales como es la ganga. 5.1.1. Espumantes. El propósito principal del espumante es la creación de una espuma capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta que puedan ser removidas de la maquina de flotación. Este objetivo se logra impartiendo cierta dureza temporal a la película que cubre la burbuja. - Metil isobutil carbinol (MIBC), frother (F-70), Dowfloth (D-50), aceite de pino, el cresol o ácido cresílico. - Fhother 210, Flother 250, Flother 700: Excelente Propiedad selectivas cuando se usa concentración óptima, en flotación diferencia Ag-Pb-Zn, Cu-Pb Ag-Zn, 10 – 70 gr/TM, cantidad en exceso produce efectos adversos. - Espumantes mejoradas: F-210D, F-250D, F-700D, F-800D, F-900D: Alto selectividad, ausencia de acción colectora y su efectividad en pequeñas concentraciones para minerales sulfurosos (Ag, Pb, Zn, Cu, Au). Una vez sacada de la maquina de flotación, la espuma debe disgregarse rápidamente, a fin de evitar interferencias con las etapas posteriores del proceso. Una característica primordial es la aptitud para reducir la tensión superficial del agua. También un espumante debe ser efectivo en concentraciones pequeñas y libres de propiedades colectoras. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

42


La mayoría de los espumantes son compuestos heteropolares orgánicos, en que la parte orgánica no polar repele al agua, mientras que la parte polar atrae a esta. 5.1.2. Colectores Promotores. Son compuestos químicos orgánicos, cuyas moléculas contienen un grupo polar y uno no-polar. El anión o catión del grupo polar permiten al ión del colector quedar adsorbido a la superficie también polar, del mineral. Por el contrario, el grupo nopolar o hidrocarburo queda orientado hacia la fase acuosa hidrofugando el mineral, ya que tal orientación resulta en la formación de una película de hidrocarburo hidrofóbico en la superficie del mineral. Carboxílico

No ionizado (No polares) Oxidrilo Colectores

Sulfonatos Sulfatos

Aniónico Ionizado

Xantatos

Catiónico

Sulfhidrilo Ditiofosfatos



Xantatos isopropilico de sodio Z- 11; Xantato amílico de potasio Z-6. Xantato etílico de potasio Z-3.; Xantato etílico de sodio Z-4. Xantato butílico secundario de sodio Z-12.



Xantato isobutílico de sodio Z-14.



Ditiofosfatos Aerofloat (A-3418, A – 31, A-3894, A- 404, A-208, A-33, A-242, A-238).

 

Z-11

Fig. Nº 5-2: Colector

5.1.3. Modificadores. La función especifica 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 La lista de modificadores o agentes reguladores usados en flotación es variada; y en general, el término regulador, es aplicado a todos aquellos reactivos, los cuales no tienen tareas especificas de colección o espumación. NaCN, ZnSO4, K2Cr2O7, �� , �� , NaHSO3

Depresores

Reactivadores o activadores Reguladores de pH

CaO, NaOH, H 2SO4

Modificadores Dispersante Floculante Sulfurizantes

CuSO 4 , Pb(NO3) 2, Pb(CH3OO)2

�� , �� 351

��,

NaSH, Na 2S


43


Bisulfito de Sodio y sulfato de zinc

Cianuro de sodio

Fig. Nº 5-3: Reactivos depresores

Sulfato de cobre

Sulfuro de sodio

a. Depresores. La función específica de los depresores es disminuir la flotabilidad de un mineral haciendo su superficie más hidrofílica o impidiendo la adsorción de colectores que pueden hidrofobizarla (inhibe de colección). 

          

Bisulfito de Sodio NaHSO 3. 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 ZnSO 4. El ZnSO4 7H 20, 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. Cianuro de sodio: Depresor de sulfuro de hierro, pirita, pirrortita, marcasita, arsenopirita, escalerita. En combinación con el sulfato de zinc, deprime calcopirita, enargita, tenantita, bornita. Cal: Deprime sulfuros de hierro, pirita, galena, zinc marmatitico y algunos minerales de cobre.(milpo 400gr/Tm) Dicromato de sodio o potasio: deprime la galena. Permanganatos: Deprime selectivamente la pirrotita y arsenopirita en presencia de pirita, Escalerita. Silicato de Sodio: Depresor de la sílice, coagulación de lamas. Hidróxido de Sodio: Deprime Stibnita, iones de sales solubles contenidos en la pulpa. Ácido Sulfúrico: Deprime el cuarzo. Dióxido de Azufre: Uso conjuntamente con almidón deprime galena de sulfuros de c obre. Quebracho y ácido tánico: depresión de calcita, dolomita. Almidón y Goma: Depresión de mica, talco, azufre.

b. Activadores o Reactivadores. Estos aumentan la flotabilidad de ciertos minerales, mejorando o ayudando a la adsorción de un colector. Los reactivos reactivadores, restablece la flotabilidad de un mineral oxidado o que ha sido deprimido La función activante es contraria a la función depresora y los reactivos de este tipo sirven para aumentar la adsorción de los colectores sobre la superficie de los minerales o para fortalecer el enlace entre la superficie y el colector. 

   

c.

Sulfato de Cobre CuSO 4. 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. Bisulfito de Sodio: Mayor 10% controlan efectivamente la activación de zinc Depresor de la escalerita. Acetato de plomo o nitrato de plomo : Activa la estibina y reactivar sulfuros de cobre previa mente deprimida con cianuro, activador de carbonatos y silicatos. Sulfuro de Sodio: Activador menas oxidados, efectiva menas de sulfuros de cobre con óxidos superficial. Sulfuro de Hidrógeno: Deprime oro, Ag y Cu-Fe en separación de molibdenita.

Reguladores de pH. Son los reactivos que controlan la acidez o alcalinidad de la pulpa. Es un reactivo que cambia la concentración del ión hidrógeno de la pulpa, lo cual tiene como propósito incrementar o decrecer la adsorción del colector como se desee salvo raras excepciones, la efectividad de todos los agentes de flotación, depende grandemente de la concentración de hidrógeno o ión hidroxilo en la pulpa 



Cal. En la práctica se emplea cal cáustica CaO y cal hidratada Ca(OH) 2 El hidróxido Ca(OH) 2 pertenece a las bases fuertes. Con la cal pueden ser obtenidas soluciones acuosas con una concentración del 0.17% en peso a 25 oC. Las soluciones de cal generalmente se denominan agua de cal, lechada de cal. Soda cáustica, ácido sulfúrico, etc. Ing. Joaquín José Abarca Rodríguez Flotación de Minerales – 2011

44


d. Floculantes: Reactivos que promueven la formación de coágulos en la pulpa. Superfloc 16, Superfloc 20, Aerofloat 3171, Magnafloc 990 e. Reactivos Dispersantes: Son reactivos de variada estructura química que reducen las fuerzas que unen las partículas minerales o incrementan las fuerzas que las repelen. Silicato de sodio, almidón. f.

Sulfidizante: Proceso por la cual se cambian las propiedades químicas de un mineral didrofilico, para convertirlo en una sustancia con carácter hidrofóbicas. Sulfuro de sodio (Na 2S), sulfuro de bario (BaS).

Reactivos ESPUMANTES Aceite de Pino Frother 70 Dowfroth 250 COLECTORES Xantato Z – 11 Xantato Z – 6 Aerofloat 25 Ditiofosfatos Reactivo 301

Exceso Gran cantidad de espumas Rebalsan los canales y cajones Tendencia a ensuciar los concentrados Flotan todo tipo de sulfuros No hay selección Se ensucian los concentrados Flota pirita e insolubles Produce carga circulante MODIFICADORES Despilfaro, consumos muy altos Sulfato de Zinc y Bisulfito de sodio Aumenta consumo de CuSO 4 Peligro de (Deprime sulfuros de zinc, ZnS) envenenar la pulpa Depresión de sulfuros de plomo Activación de sulfuros de fierro al bajar el pH Cianuro de Sodio (Deprime Pirita y Un exceso en el circuito de Pb o bulk, sulfuro de zinc) deprime los sulfuros de Pb y Ag Activa los sulfuros de Zn al subir pH Sulfato de cobre(Reactiva los Se espesan las espumas de los sulfuros de zinc que han sido concentrados de zinc, y los deprimidos por el sulfato de zinc) concentrados se ensucian con pirita Producen perdida de sulfuros en el relave Producen carga circulante innecesaria Lechada de cal, Carbonato de sodio Se eleva demasiado el pH Las espumas (reguladores de pH y depresores de son frágiles Aumenta el consumo de Pirita) colectores Los sulfuros se pierden en el relave Superfloc, Separan (floculante, Demasiado costo. Veloz asentamiento aglomerantes de lamas) de los sólidos, pueden plantar los rastrillos del espesador

Defecto Muy baja la columna de espuma Los sulfuros valiosos se pasan al relave Espumas muy pobres con concentrado limpio Espumas muy frágiles Los sulfuros valiosos se pasan al relave Flotan los sulfuros de zinc en el circuito de plomo o bulk

Flotarían mucho fierro y se ensuciaría el concentrado No se reactivan completamente los sulfuros de zinc que vienen de la flotación bulk. Además, se suavizan las espumas y los sulfuros valiosos se pasan al relave (espumas muy frágiles) Se baja el pH Flota pirita en exceso Se espesa las espumas Se ensucia el concentrado Pérdida de sólidos en el rebalse del espesador

5.2. Formula de preparación de reactivo. a. Reactivos secos. (gr del reactivo/min)(1440 min/día) Toneladas métricas/día

=

gr de reactivo Toneladas métrica

=

gr de reactivo Toneladas métrica de mineral

b. Reactivos líquidos. (mL del reactivo/min)(1440 min/día) Toneladas métricas de mineral/día c. Reactivos en solución. (mL del solución/min)(gr de reactivo/Lt de sol.)(1440 min/día) (Toneladas métricas de mineral/día)(4000)

=

gr de reactivo Toneladas métrica de mineral


45


1 gramo Tonelada métrica

0.002Lb Tonelada corta

=

Tanque de Xantato Z-11

Tanque de Mezcla

Para una altura de 1.2 metros (1 m con 20 cm) agregar 50 kg (un saco) de Z-11 (2.5% conc.)

Para una altura de 1.6 metros (1 m con 60 cm) agregar 100 kg de Bisulfito Na (4 Sacos) y200 kg de ZnSO 4 (4 sacos) (4.15 % conc.)

Fig. Nº 5-4: Tanque de preparación de reactivo

Leyenda Reactivo

cc/min

%Con.

gr/Tm


46

Tesis Flotación de Minerales Joaquin Abarca

Recommend Documents