Principales Ventajas de las Celdas de Flotación Auto Aspiradas
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El presente documento tiene por finalidad indicar las principales características y ventajas de las celdas de flotación WEMCO ® que la hacen ser una de las celdas más vendidas a nivel mundial, con aproximadamente el 70% del mercado. Estas características y ventajas son las siguientes: 1. Mayor Recuperación de Partículas Gruesas. 2. Mayor Recuperación de Partículas Finas. 3. Transformación de Energía en Recuperación. 4. Ingreso del aire en forma Auto Aspirada (sin Soplador). 5. Consumo y Control Auto Ajustable del Aire. 6. Consumo de Aire en Altura. 7. Menor Hold Up. 8. Alta Disponibilidad y Utilización. 9. Mayor Tiempos de Residencia y Recuperación.. 10. Menor Corto Circuito, Mejor Hidrodinámica. 11. Mayor Presencia en el Mercado. A continuación se detalla y explica cada una de las ventajas y características antes mencionadas.
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MAYOR RECUPERACIÓN DE PARTÍCULAS GRUESAS Tal como se ilustra en la figura 1, las pérdidas de recuperación de partículas sulfuradas en el proceso de flotación, corresponden tanto a partículas de bajo tamaño (ultrafinos) como a partículas gruesas.
Figura 1: Recuperación vs Tamaño de Partículas.
Sin embargo, normalmente las mayores pérdidas de recuperación en el proceso de flotación están relacionadas con partículas de mineral sulfurado que no flotaron por su mayor tamaño, lo cual se debe a que estas partículas, una vez que son colectadas tienen más probabilidades de desprenderse durante su recorrido hacia la canaleta colectora de concentrado. De esta forma, si el diseño de la celda de flotación minimiza la distancia de dicha trayectoria, las posibilidades de que ocurra éste desprendimiento, disminuirán notablemente. El diseño mecánico de la Celda WEMCO® minimiza estás pérdidas por la ubicación del rotor y la zona de colección, en la parte superior de la celda. La partícula una vez colectada es trasportada rápidamente a la zona de evacuación de concentrado, disminuyendo sus probabilidades de desprendimiento de la burbuja mineralizada. Esta particularidad del diseño WEMCO® marca una diferencia notable con las celdas del tipo aire forzado.
Figura 2: Esquema Recuperación Gruesos en Celda WEMCO®
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Un Ejemplo se lo anterior, se observa en las siguientes figuras, las cuales resultaron del análisis de algunas pruebas industriales, para la selección de celdas de Flotación y retrofit de estas.
Figura 3: Ejemplos de Mayor Recuperación de Partículas Gruesas en Celdas
WEMCO®.
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2. RECUPERACIÓN DE PARTÍCULAS FINAS No obstante, aunque dadas las condiciones de diseño indicadas en el punto anterior, que configuran a la Celda WEMCO® como buena recuperadora de partículas gruesas, ensayos realizados en diferentes plantas han indicado que la Celda WEMCO® además es una celda adecuada para recuperar partículas finas, esto, dada la característica optimizada de su hidrodinámica y a su buena transferencia de energía que se le aplica a la partículas. Las partículas finas y ultra finas no flotan por una falta de Momentum, ( M*V, masa por velocidad) dado que por su tamaño poseen una muy pequeña masa, luego para romper las líneas de corriente o flujo que rodean a las burbujas y poder adherirse a estas, necesitan mayor velocidad. Esta mayor velocidad esta dada por la mayor energía que usa y transfiere la celda WEMCO® a las partículas.
Figura 4: Efecto del Momentum en las Partículas Finas.
Esta mayor energía produce una mayor flotabilidad a partículas finas y ultra finas, y por ende una mayor recuperación de estas. Ejemplos de esto se pueden observar al ver las siguientes figuras, que corresponden al análisis granulométrico de un concentrado de Platino, de una prueba, donde se compararon celdas de aire Forzado y WEMCO®
Figura 5: Tamaño de Partículas y Recuperaciones en concentrados de Pt, para distinto tipo de celdas.
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Esta particularidad de la celda WEMCO®, también se puede ver en la siguiente grafica, que corresponde a una prueba industrial de la celda WEMCO® de 300m3, en la flotación de Molibdeno.
Figura 6: Efecto de la Energía en la Recuperación de Mo.
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3. TRANSFORMACION DE ENERGÍA EN RECUPERACIÓN. Normalmente se interpreta como una desventaja de las celdas WEMCO® el mayor consumo de energía asociado a su funcionamiento. Sin embargo, y mediante innumerables demostraciones empiricas, se ha logrado demostrar y comprobar que este mayor consumo de energía no es en vano y muy por el contrario, es lo que permite que la celdas WEMCO® entregue mayor recuperación cuando se le compara con celdas de otra tecnología. Algunas demostraciones de lo anterior, se pueden verificar al analizar las ecuaciones siguientes que muestran la dependencia entre la energía, el tamaño de burbuja y la constante de recuperación de modelo de flotación.
Figura 7: Transformación de Energía en recuperación
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4. INGRESO DEL AIRE EN FORMA AUTO ASPIRADA (SIN SOPLADOR). Otra característica y ventaja del diseño de la celda WEMCO® es su capacidad de auto aspiración de aire.
Figura 8: Característica Auto Aspiración Aire Celda WEMCO®.
Esta característica de la celda WEMCO® hace que no sea necesario incorporar sopladores, líneas ni instrumentación para el control del aire, ni edificios independientes para la instalaciones de los sopladores. Esta auto aspiración, se produce por la baja de presión que se produce al crearse el vórtice, por la acción del rotor de la celda.
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5. CONSUMO Y CONTROL AUTO AJUSTABLE DEL AIRE. Es necesario hacer notar que el consumo de aire en el proceso de flotación queda determinado sólo por la cantidad de aire que es capaz de aceptar la pulpa y esta es función del % de sólidos contenido en la misma. Es decir, la pulpa aceptará aire hasta su nivel de saturación y el aire agregado por sobre este punto no hará aporte alguno al proceso, por el contrario, sólo provocará una alteración en la hidrodinámica que perjudica el proceso de flotación (flotación indeseada de ganga y otros). Esta característica permite a la Celda WEMCO® una autorregulación del aire admitido en función del % sólidos, sin necesitar sistema de control instrumentado alguno.
Figura 9: Entrada de Aire en Celdas WEMCO® vs %Sólido pulpa alimentación. Prueba Comparativa Celdas Industriales, Chuquicamata año 2000.
Pruebas realizadas a escala industrial demostraron que el flujo de aire consumido por una celda auto aspirante es similar al consumido por una celda de aire forzado, lo cual refuerza el concepto antes planteado.
Figura 10: Consumo de Aire en Celda WEMCO® y de aire Forzado en prueba Comparativa Celdas Industriales, Chuquicamata, año 2000.
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6. CONSUMO DE AIRE EN ALTURA Existen numerosas instalaciones de celdas WEMCO® auto-aspirante operando en altura, y en algunos casos sobre los 4.000 msnm y los resultados han sido superiores, o a lo menos iguales, que los desempeños de celdas de aire forzado. Lo anterior se explica por el hecho de que la diferencia entre el nivel del mar y una operación a gran altura es la presión parcial de oxígeno presente en el aire, la cual prácticamente no influye en la eficiencia del proceso. La eficiencia del proceso de flotación se fundamenta principalmente en que la fase gaseosa sea suficiente para la generación de burbujas colectoras, no importando el contenido de oxígeno en esta fase. Un ejemplo de lo anterior es la flotación diferencial de molibdeno con gas inerte (bajo oxígeno). La figura siguiente muestra los resultados de recuperación alcanzados a nivel industrial en una operación a 4.200 msnm, en donde se comparan las dos tecnologías de celdas y se puede observar el mejor desempeño de las celdas WEMCO®, lo cual derrumba el paradigma de que este tipo de celda no es apta para operaciones mineras en altura. .
Figura 11: Comparación Recuperaciones Celdas WEMCO® y Aire Forzado, trabajando en altura geográfica de 4200 m.s.n.m.
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7. MENOR HOLD UP El diseño de la celda auto aspirada, que considera la admisión de aire por la parte superior de la celda, permite concentrar la fase gaseosa en el tercio superior de la celda. En el caso de una celda de aire forzado, el aire insuflado por el soplador se incorpora a la pulpa en la parte inferior de la celda, por lo que la fase gaseosa se distribuye en todo el volumen de la celda. Esta diferencia implica que la cantidad de aire disuelto en cada una de las máquinas es significativamente diferente, siendo menor en la celda auto aspirada, lo cual se traduce en un menor hold-up de aire, y por lo tanto en un mayor volumen efectivo respecto de un mismo volumen nominal. Un mayor volumen efectivo se traduce en mayor tiempo de residencia y por lo tanto en mayor recuperación de especies útiles.
Figura 12:
Hold Up de Aire en Celdas de Aire forzado vs Celdas
WEMCO®.
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8. DISPONIBILIDAD Y UTILIZACIÓN Una de las características más notables de las celdas auto aspirantes es la ubicación del rotor en la parte superior del equipo, lo cual permite, entre otras ventajas, reiniciar la operación en condiciones de “embanque” o arenamiento, esto ya que el rotor no quedará atrapado por la carga. De igual forma, esta característica permite, para efectos de mantención, retirar un mecanismo de una celda mientras el banco o la fila continúan en operación normal. Lo anterior impacta positivamente en la disponibilidad y utilización, por lo tanto, en la producción de cobre y molibdeno. Además, considerando que el rotor de la Celda WEMCO® está ubicado en el tercio superior de la celda, su desgaste es muy leve en la parte superior, lo cual permite, que cuando la parte inferior presente desgastes, poder invertir de posición del rotor, prolongando así la vida útil del elemento de mayor desgaste en una celda de flotación. Además el cambio del sentido de giro de rotación, permite aumentar si vida útil.
Figura 13:
Figura 14:
Posiciones Rotor WEMCO®
Vida Util componentes Celdas WEMCO®.
9. MAYOR TIEMPO DE RESIDENCIA Y RECUPERACIÓN. 12
La celda WEMCO®, como se demostró en una prueba comparativa de celdas de industriales de flotación, en Chuquicamata en el año 2000, presentó la mejor hidrodinámica entre las celdas de flotación presentes en está prueba. Esto se puede apreciar en la siguiente figura,
Figura 15:
Comparación de Tiempo de Retención Teórico y Observado en Celdas de Flotación Industriales, Chuqicamata, 2000.
Lo anterior, muestra que las Celdas WEMCO® presentan el menor cortocircuito en el mercado y el menor volumen de zona muerta al interior de la celda. Además de lo anterior, debido a su draft tube, el cual le asegura una excelente suspensión de sólidos, se tiene una recirculación secundaria, la cual evita que las partículas que llegaron a la zona de colección y que por alguna razón no flotaron, tengan que volver al fondo de la celda para volver a ser colectadas, sino que son capturadas en el medio de la celda, aumentando de esta manera la probabilidad de colisión con las burbujas, lo que en definitiva aumenta la probabilidad de flotación de las partículas.
Figura 16: Hidrodinámica en Celdas de Aire Forzado y Celdas
WEMCO®
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Todos los puntos anteriores aseguran que la celda de flotación WEMCO®, sea la celda que presenta las mayores recuperaciones en el mercado actual. A modo de ejemplo, se presentan los resultados de una prueba comparativa realizada en Chuquicamata en el año 2000.
Figura 17:
Resultados Prueba Comparativa Celdas Industriales, realizada en Chuquicamata año 2000.
Lo anterior se ve reflejado que las celdas WEMCO® están presentes en la gran mayoría de las grandes faenas mineras más importantes tanto a nivel nacional como internacional, con una presencia mundial por sobre el 70%.
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10. MENOR CORTO CIRCUITO, MEJOR HIDRODINAMICA Una de las causas que genera pérdida de recuperación es el corto circuito, es decir, partículas que tienen el tamaño adecuado para ser colectadas, no tienen el tiempo de residencia suficiente en interior de la celda. El efecto anterior es minimizado en las celdas auto aspiradas WEMCO® debido al perfil hidrodinámico que el diseño de la celda le infiere a la pulpa. Se observa la figura 18 siguiente, que las líneas de flujo en la celda WEMCO® van dirigidas hacia el centro y luego ascienden. Sin embargo, en las celdas de aire forzado, las líneas de flujo apuntan hacia las paredes de la celda, es decir, las partículas son impulsadas por el rotor directamente hacia las cajas de traspaso, aumentando de esta forma el corto circuito (ver flechas azules).
Figura 18: Corto Circuito en Celdas de Aire Forzado y Celdas
WEMCO®
La mejor manera para determinar el corto circuito en cualquier reactor, es por análisis de las curvas de tiempos de residencia. Además de estas curvas se puede determinar que reactor tiene un comportamiento mas parecido a un estanque ideal o mezcla perfecta. En la siguiente figura se muestra, según Octave Levenspiel, Chemical Reactor Omnibook, Page 62-6, 1996, como son las curvas cuando un reactor presenta corto circuito.
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Figura 19: Figuras de Curvas de Tiempo de Residencia para Corto Circuito, Octave Levenspiel, Chemical Reactor Omnibook, Page 62-6, 1996
En diversas pruebas para determinar la Distribución de Tiempo de Residencia en Celdas de Flotación, realizadas mediante el uso de trazadores radiactivos, es la celda WEMCO® la que presenta el mejor comportamiento y se acerca de mejor forma al concepto de mezcla perfecta. En la figura 20 siguiente se ilustran los resultados de las pruebas realizadas en Chuquicamata, en donde se distingue claramente la mejor distribución de la celda WEMCO®.
Figura 20: Curvas de Tiempo de Residencia en Celdas de Flotación, según Resultados Prueba Comparativa Celdas Industriales, realizada en Chuquicamata año 2000.
Del análisis de estas figuras, se concluyó, que la celda WEMCO® era la que presentaba menor corto circuito y un comportamiento mas parecido a un estanque ideal o de mezcla perfecta.
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11. MAYOR PRESENCIA EN EL MERCADO. Las celdas WEMCO® son actualmente las celdas mas utilizadas en el mercado, con cerca de 70% de participación a nivel mundial. Esto se debe principalmente a todas las ventajas antes descritas y a que presentan una gran confiabilidad, alta disponibilidad y las mayores recuperaciones, incluso bajo condiciones de alto requerimiento, como son con altos %de sólidos y gran cantidad de partículas de sobretamaño de ciclones. A continuación, se presenta una lista resumida de los últimos proyectos con instalaciones de celdas WEMCO® a nivel mundial.
País
Planta
Numero Celdas
Volumen Celdas, m3
Aplicación
USA MEXICO CHILE CHILE CHILE AUSTRALIA USA
Mercator Minerals Peñasquito Los Pelambres Esperanza Los Bronces Moly Mines Mount Hope
10 66 22 26 28 25 16
257 257 257 300 257 257 257
Cu – Mo Pb – Zn Cu – Mo Cu – Mo Cu – Mo Mo Mo
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