CAPITULO IV CIRCUITOS Y MAQUINAS DE FLOTACION

PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 1 CAPITULOIV MQUINAS Y CIRCUITOS DE FLOTACIN 4.1.OBJETIVO. Alculminarelestudiodeestecapitulo,elestudiantetendrunconocimientorazonabledeltipode mquinasdeflotacin,suutilizacin,funcionamientoyoperacin.Sercapazdedimensionary seleccionarmquinasdeflotacin,conocereltipodecircuitosdeflotacin,asimismoquedar instruido en lo que respecta a celdas columnas, su dimensionamiento y operacin. 4.2.MQUINAS DE FLOTACIN. Desde que se descubri y desarroll la flotacin como un proceso de concentracin, se han utilizado muchos diseos de mquinas de flotacin. Se puede definir como el equipo utilizado para efectuar el proceso de flotacin consistente de tanques de seccin rectangular o cilndrica, dispuestas en bancos de un cierto nmero de celdas. El objetivo es asegurar un flujo de pulpa homogneo a travs de ellas yquelaspartculasestnsometidasauntiempouniformedetratamiento.Todasellaspueden considerarse o clasificarse segn su modo de agitar o airear la pulpa, en dos categoras: -Mquinas de flotacin mecnica o convencional. -Mquinas de flotacin neumtica-celda columna. 4.2.1.MQUINAS DE FLOTACIN MECNICAS O CONVENCIONALES. Este tipo de celdas han sido y son en la actualidad las de mayor uso en las Plantas Concentradoras delmundoydelpas.Secaracterizanportenerunagitadormecnicoformadoporunejevertical unido a un impulsor de diseo especial y un difusor, que mantienen la pulpa en suspensin y dispersa el aire dentro de ella. Segn el mtodo o forma de aireacin, este grupo de celdas se pueden subdividir en: -Celdas sub-aireadas o auto-aireadas. -Celdas de aireacin forzada En las celdas auto-aireadas, el mecanismo de agitacin (dispersor-difusor) sirve tambin para aspirar ydispersarelaireenlapulpa,elcualesnecesarioparalaflotacin.Porlotanto,paramediro controlar el volumen necesario de aire, estas celdas poseen una vlvula reguladora de accin manual o automtica. En las celdas de aireacin forzada, para suministrarles el volumen de aire necesario para la flotacin, necesitan de un equipo adicional denominado Soplador (Blower), el cual insufla el aire generalmente a 1 atmsfera de presin. Tambin poseen un mecanismo de regulacin del volumen de aire. Enlasceldasmecnicas,alentrarenoperacin,ensuvolumeninterior,seencuentrantreszonas bastante bien definidas. Estas zonas son: -Zona de mezcla, localizada en el entorno del mecanismo de agitacin (A), donde el aire sedispersaenpequeasburbujasdebidoalaaltaturbulenciaqueaquseproducey toman contacto con las partculas de mineral ya hidrofobizado. -Zonadeseparacin,demovimientohidrodinmicopocoturbulento(B),endondelas burbujas se agrupan unas con otras y drenan partculas indeseables que pudieran haber sido atrapadas o arrastradas. -Zonadeespumaoconcentracin,queesbastantetranquilaenrelacinalasdos primerasC,dondeseformaunlechoocolchndeespumasdealturavariableyque contienen el mineral valioso en la ley o grado requerible, segn el circuito de flotacin, por lo tanto, es removida o rebosa de la celda, formando el concentrado respectivo. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 2 En la figura 4.1 se muestra las zonas que se producen en una celda mecnica, durante la operacin. AZONA DE MEZCLABZONA DE SEPARACINCZONA DE ESPUMA Fig. 4.1. Esquema de las zonas en una celda mecnica de flotacin, operacin e instalacin. A este tipo pertenecen las celdas:1). Agitair-Galigher. 2). Outokumpu. 3). Denver. 4). Wenco. 5). WS-Morococha,quepuedenoperarindividualmenteoenbancosdeflujoabierto,odivididosenvarios compartimientos. Las funciones que cumplen las celdas de flotacin son: 1.Mantener en suspensin al interior de la pulpa todas las partculas minerales, incluyendo lasmsgrandesypesadas,evitandolasegregacindelosslidosportamaoso densidad. 2.Proporcionar una buena dispersin de aire en burbujas pequeas al interior de la pulpa. 3.Permitirquetodaslaspartculasdemineralvaliosoqueingresanalaceldatenganla misma probabilidad de ser flotadas. 4.Permiten el buen control de la altura de pulpa, la altura del lecho de espumas, aireacin y grado de agitacin. 5.Promover las colisiones entre partculas minerales hidrofobizadasy las burbujas de aire, de modo que el conjunto mineral-burbuja tenga baja densidad y pueda elevarse desde la pulpa hasta la zona de espumas o concentracin. 6.Mantenercondicionesdepocomovimientoenlazonainmediatadebajodelazonade espuma,paraminimizarelingresodepulpaelasespumas,evitandoquelazonade espumas se rompa por la turbulencia generada. 7.Procurareltransporteeficazdelapulpadealimentacinalaceldaypermitiruna adecuada evacuacin de los relaves y concentrados. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 3 Losprincipalesfactoresqueseconsideranparalaevaluacindelaeficienciadeunamquinade flotacin son: -Capacidad o alimento en m3/h o t/h por unidad de volumen -Consumo de energa -Rendimiento metalrgico representado por la ley o grado y/o la recuperacin. -Flujo especfico de aire para controlar el nivel y la calidad de la espuma. -Dispersin de burbujas -Consumo de reactivos -Mantenimiento y disponibilidad de repuestos. En la seleccin y diseo de las celdas de flotacin influyen principalmente las siguientes variables: 1.La molienda. 2.Los reactivos de flotacin 3.El tiempo de flotacin. 4.El porcentaje de slidos 1.La molienda, de acuerdo al tamao de partcula afecta al tiempo de flotaciny a la cantidad de reactivosqueserequiere,debidoalasuperficieespecficadelaspartculas,esdecir,la interrelacinqueexisteentrelamasaylasuperficiedelapartcula.Delmismomodo,la recuperacin generalmente aumenta a medida que el grado de liberacin incrementa, pero decae cuandolaspartculasdelmineralvaliososonmaspequeasdeltamaonecesario,esdecir,se pasa a una sobre-molienda. 2.Lacantidadytipodereactivosdeflotacinutilizadossonimportantesparaseleccionarel material del cual est fabricada la celda.(ejemplo: H2SO4). 3.El tiempo de flotacin, que est relacionado al comportamiento cintico del mineral valioso y de laganga,sedenominatambintiempoderesidencia,atravsdelcualselogralamxima recuperacin del mineral valioso. Es propio de cada mineral y vara de una mina a otra. 4.Elporcentajedeslidoseselfactorconelcualsedeterminaelvolumendepulpaquedebe manejarseporcadatoneladademineral.Estevalorsedeterminaexperimentalmente,debidoa queunosmineralesserecuperanmsfcilmenteabajosporcentajesdeslidosyotrosaaltos porcentajes de slidos. EnelPerlasceldasmecnicasmsutilizadasson:Agitair-Galigher,Denver,Morococha, Wencoy Outokumpu, hoy hay nuevas versiones, producto de la fusin de las compaas fabricantes. 1.Las celdas AGITAIR-GALIGHER trabajan con aire a presin (1-2psi) insuflado por el mecanismo delimpulsoryquepuedeserreguladodeacuerdoalasnecesidadesdeoperacino funcionamientodelacelda.Eldiseodesuestabilizadorevitalugaresmuertosenlazonade agitacinpreviniendolaacumulacindearenas.Lavelocidaddelimpulsorpuedeserregulada entre800y1200RPM.dependiendodelaetapadeoperacin.Sonidealesenlasetapasde desbaste(Rougher)yderecuperacin(Scavenger).Enlatabla4.1sepuedeapreciaralgunas caractersticas importantes de sus modelos. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 4 Tabla 4.1. Caractersticas de las celdas Agitair-Galigher. ModeloTamao de celdaVolumen de celda pie3Impulsores por celda L x VA x L x H 8 x 0,3 8 x 8 x 80,31 12 x 1,012 x 12 121,01 15 x 1,615 x 15 x 121,61 24 x 1024 x 24 x 2710,01 36 x 22,536 x 36 x 4022,51 48 x 3248 x 48 x 24324 48 x 5048 x 48 x40401 60 x 6060 x 60 x 30601 60 x 10060 x 60 x 481001 78 x 15078 x 78 x 481501 78 x 20078 x 78 x 562001 96 x 20096 x 96 x 402004 90 A x 300120 x 90 x 543001 120 x 300120 x 120 x363001 120 A x 400120 x 120 x 544001 120 x 400120 x 120 x 484004 120 A x 500120 x 120 x 645001 144 x 650144 x 144 x 546504 120 A x 1000240 x 120 x 6410002 2. LasmquinasdeflotacinDENVERpuedenserbancosdeflujoabiertoodivididoporceldas individuales.DeestasltimaslassubAsonampliamenteusadasprincipalmenteporsu versatilidadparamodificarcircuitos,debidoalascaractersticasdesuimpulsorquealactuar comosuccionadornosoloproduceunaauto-aireacinsinoqueevitaelusodebombasparael manipuleodeconcentradosyrelaves.Esporelloqueestasceldasseutilizanenlasetapasde limpieza o separaciones diferenciales. Tabla 4.2 Especificaciones para mquinas de flotacin DENVER D-R CELDAS DE PROFUNDIDAD ESTANDAR Volumen por celda, pie3N de MquinaHP de motor por 2 celdas 38110123 12153 18185 2518-sp7402110 502415 1003025 20020030 CELDAS DE POCA PROFUNDIDAD 2018 sp-205 3021-3074024-4010 6030-6015 Mquina de flotacin DENVER CELDA A CELDA 381 1012112152 18183 2518 sp3 40215 502471003010 - 15 PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 5 Celda DENVER Sub-A y detalle interno 3. MQUINAS DE FLOTACIN WS-MOROCOCHA (PERUANAS). Las mquinas de flotacin WS-Morococha (Peruanas), son celdas tipo tanque, cuyas caractersticas son: -Gran volumen y capacidad por cada unidad -Operacin independiente en cada maquina -Mnima superficie de construccin y no necesitan cimentacin especial. -Esencialmente se trata de maquinas de flotacin cilndricas con una relacin altura-dimetro mayor a la unidad (H/D > 1). -La pulpa es alimentada sobre un disco, el cul dispersa tanto la pulpa como las burbujas de aire succionadas por accin del impulsor, originando la mineralizacin de estas burbujas. -El relave es descargado por un tubo que forma un codo de 900. Estasmquinastienenbuenrendimientometalrgico,peroaltoconsumoenergticoyla regulacindelniveldeespumaesdificultoso.Enlatabla4.3seindicanlascaractersticas importantes de este tipo de mquinas. Tabla 4.3. Caractersticas de las celdas WS(Morococha) TamaoVolumenPotencia Dimetro x Altura Pies CbicosHP 60 x 9050,75 90 x 120242,00 120 x 150544,00 150 x 180997,50 180 x 21016610,0 210 x 24025913,0 240 x 27037815,0 270 x 30055620,0 4. LasMQUINASDEFLOTACINOUTOKUMPU,cuentanconunnovedosodiseodel impulsor,basadoenprincipioshidrodinmicos.Elaireesinsufladoalaceldaatravsdeleje huecodelimpulsorarelativaprofundidad;lasplacascomohojaseneltopeocultanalimpulsor tipo turbina. El conductor externo y las hojas verticales en el perfil del impulsor, estn diseadas para balancear el incremento de la presin hidrosttica en las fuerzas dinmicas que desarrolla el impulsoral dispersarel aire.Cada hoja dispersora delimpulsores un efectovaciado en perfiles en"U"invertidas.Estosirveparaatraerlapulpadesdeelfondodelaceldaybombearlofuera, paramezclarlontimamenteconelflujodeairedisperso.Lashojasangostasdelestatorque rodean al impulsor convierten la verticidad tangencial arremolinan la pulpa a un flujo radial, de ah quelasceldasOKtienenunaexcelentecaractersticademezcladoypuedemanteneran PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 6 partculas slidas de gran tamao en suspensin a travs del tanque. Las ventajas de utilizacin de las celdas de flotacin OK son: -Bajo consumo de energa. -Mejor dispersin del aire. -Suspensin completa. -Arranque con carga. -Bajos costos de desgaste y mantenimiento. -Bajo consumo de reactivos. -Control. -Bajos costos de instalacin. -Reduce los cortocircuitos. -Buen rendimiento metalrgico. En el cuadro 4.4 se muestran las caractersticas tcnicas de las celdas de flotacin OK. Cuadro 4.4. Caractersticas tcnicas de las celdas OK Tipo de CeldaVolumen AproximadoTanquem3 Efectivom3 RPM ImpulsorPotencia Consumida Kw Instalado Consumido AirerequeridodelBlower Presin (bar)m3/min OK-3839,138,11505530 - 400,33 (4.8)10..20 OK-1616,616,01603015 - 220,23 (3,33)6.15 OK-88,48,0180158 - 130,17 (2,5)4.10 OK-33,23,02007,53 - 50,14 (2,0)24 OK-1,51,61,52205,51,5 - 40,11(1,6)1.2 OK-0,50,60,52402,750,5 - 10,07(1,0)1 5. MquinasdeflotacinWEMCO.Estasmquinasconaireacinpropiafueronoriginalmente conocidas (1930)como celdasy comercializadas porla Cyanamid. Lacombinacin rotor-estator consistadepiezasmltiples"unrotorenjaulado"rodeadopor"unestatorenjaulado".Estas mquinas fueron eficientes en cuanto a su propia aireacin pero careca de las caractersticas de desplazamiento,proporcionadasporelimpulsoryquesonnecesariasparamanteneralos slidosgruesosensuspensincompleta,particularmenteenlasceldasdegranvolumen.En 1967/68Wencodesarrollunnuevomodelocondospiezas"1-1estator-rotor-dispersor" profundamentecombinados,paraconseguirunamayorcirculacininternadelapulpaypara simplificarelmantenimiento.Elrotordispersor,estsumergidoarelativaprofundidadpara proporcionar una aireacin propia eficiente, aun en mquinas de gran tamao (1000 pies3).En las mquinas Wenco ms grandes, el estator-rotor se prolonga hasta ms abajo del dispersor oculto poruntubodecorrientedeairequesirveparabombearlapulpadesdemsabajoquevienea ser el falso fondo de cada celda. Este ltimo arreglo provee circulacin interna de la pulpa desde elfondoencadaceldayestdiseadoparapromoverunasuspensinuniformedelosslidos, particularmente de los slidos gruesos. En la tabla 4.5 se muestran las caractersticas tcnicas de las celdas WEMCO. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 7 Cuadro 4.5. Caractersticas tcnicas de las celdas WEMCO. Modelo VolumendeCeldaen pies3 Dimensionesenpulg. WxLxD Dimetrodelrotory altura en pulgadas PotenciaInstaladaen HP/Celda 66D10066x60x4716x1615 8415084x63x5316x1615 120300120x90x5322x2325 -30 144500144x108x6326x2630 - 40 1641000164x119x9330x3060 - 75 1901500190x140x10535x38100 -125 Celdas de Flotacin BQR DELKOR LaCeldadeFlotacinBQRsehafusionadoconlosproductostradicionalesdeDelkoryhasido renombradacomolaCeldaFlotacinBQRDelkor.Estetipodeestanquescircularesdeceldasde flotacin, logra una operacin ptima a travs de un diseo orientado hacia la suspensin adecuada de los slidos, ajuste de flujo de aire, fcil instalacin del forth-cone, y un interfaz estable de la pulpa-espuma.LasceldassonutilizadasenunidadesRougher,Scavenger,CleaningyRe-cleaningy plantaspilotodeceldaspuedenserutilizadasenlosprocesodecobre,zinc,metalesdelgrupo platino, fosfatos, escorias y efluentes. El nmero de celdas necesarias depender de la aplicacin en particular. Las celdas cuentan con un estator colgante, fcil acceso al rotor, tasas de flujo de aire ajustables y ajustes del froth cone adems de una canaleta de recuperacin externa a la zona de pulpa para producir una excelente combinacin entre aspectos de proceso y bajos costos de operacin. Ventajas del procesoAltas fuerzas de corte para un mejor contacto con burbujas de partculas Buen equilibrio entre Ley y Recuperacin alcanzados a travs de una adecuada seleccin del rotor y el estator Elreasuperficialdelaburbujaesoptimizadafcilmentegraciasalaseleccindela combinacin de ventilador- rotor-estator. Fcil optimizacin de procesos gracias a ajustes del suministro de aire y forth cone Distribucin de aire eficiente Ventajas operativas Inicio fcil bajo carga Las condiciones ideales de espuma son mantenidosInstrumentacin apropiada consigue un funcionamiento estable Interfaz espuma - pulpa quieta Alta disponibilidad y mantencin fcil Repuestos disponibles El mecanismo completo es removible para mantenimiento Beneficios econmicos El diseo simple, reduce los costos de repuestos Eficiencia energtica mejorada Bajo costo de mantencin Enresumen,podemosconcluirqueunaceldaflotacindiseadaparaobtenerunabuena recuperacin metalrgica debe reunir las siguientes condiciones: 1.Suministrarsuficiente cantidad de burbujas pequeas finamente dispersas enun medio, PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 8 para poder flotar por contacto las partculas deseadas. 2.Proporcionarsuficientecirculacindepulpaparamantenerlosslidosensuspensin dentro del volumen disponible. 3.Proporcionar suficiente contacto fsico entre las partculas flotables y las burbujas de aire, resultante en una eficiente mezcla. 4.Proporcionar suficiente tiempo en el rea de mezclado para que se establezca una matriz estable de partculas adheridas a las burbujas para la flotacin. 5.Mantenerunazonasuficientementetranquilaparapermitirlaseparacindelaespecie flotable del resto de la pulpa y evitar el atrapamiento mecnico del material inerte una vez que se forma la cama de espuma. 6.Manteneruncolchndeespumaestable,relativamentesinturbulenciaconunflujo uniformemente dirigido hacia el derrame o rebose. 4.2.2.CELDAS DE GRAN VOLUMEN Losaltoscostosdeoperacin,lanoexistenciademinasdealtaley,laviabilidaddetratamientode menasdebajaleyyaltascapacidadesdetratamientodelasPlantasConcentradoras(5000a240 000 t/d) hace que los fabricantes diseen celdas de gran volumen para minimizar el tamao acorde a esta necesidad y concordantes con estos tres factores. 1.Emplearunreducidonmerodeceldasconmayorventajaenlaoperacin,controly mantenimiento de las mismas. 2.Menor rea requerida para la instalacin. 3.Menor demanda de fuerza requerida. En consecuencia, hay criterios tcnicos de diseo de estas celdas de gran volumen, que comprenden fundamentalmente los siguientes: El tonelaje de alimentacin al circuito. Variaciones de tonelaje a alimentarse a la seccin de flotacin. Balance de slidos finos por cada etapa de flotacin. Concentracin de slidos en peso (Cw) en el alimento a las diferentes etapas de flotacin. Gravedad especfica de los slidos. Variaciones de la ley de cabeza. Concentracindeslidosenpeso(Cw)enelconcentradodelasdiferentesetapasde flotacin. Tiempo de flotacin mnimo. Volumen til de la celda. Nmero de celdas por banco. Variacin mxima del caudal de pulpa para efectos del nmero del clculo de celdas. Tiempo de acondicionamiento. Dilucin de la pulpa. Entre las Celdas de Gran Volumen, las ms utilizadas son: -Celdas Door-Oliver. -Celdas WEMCO. -Mquina de flotacin SmartCell WEMCO -Celdas OUTOKUMPU. -Celdas de Flotacin Svedala RCS (REACTOR CELL SYSTEMS) A.MQUINAS DE FLOTACIN DOOR-OLIVER. EldiseodelasceldasdesarrolladasporlaDOOR-OLIVER,estbasadoenelcomportamiento hidrodinmico de celdas prototipo probadas experimentalmente con pulpas industriales de diferentes tipos de minerales. Estas caractersticas de comportamiento incluyen una zona turbulenta de mezcla enlaparteinferiordelacelda,ausenciadeembanquesdearena,unazonatranquila,unazonade enriquecimiento y una zona estable de espuma. El mecanismo en s de estas celdas, consiste de dos partes, El Rotor y el Estator. Los propsitos del ROTOR son: -Debe realizar el trabajo de una bomba, manteniendo en suspensin las partculas de mineral, PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 9 Zona de espuma Zona de enriquecimiento sobre todo en las partes inferiores de la celda. -Debe dispersar eficientemente el aire en toda la pulpa. Estemecanismoqueensesunabombadealtaeficiencia,permitemanejargrandescaudalescon consumos energticos relativamente bajos. La alta eficiencia del rotor permite una buena suspensin de las partculas finas y gruesas. Por tener el rotor la zona de succin en la parte inferior de la celda, permite coger y dispersar aquellas partculas que se hayan asentado. El flujo positivo de la pulpa y la profundidaddelrotor,dispersalaspartculasfinasdeaireatravsdetodalaceldayenlaszonas msbajas,aumentandoelcontactoconlaspartculasdemineralymejorandolasposibilidadesde flotacin. ElpropsitodelESTATOR,esdesviarelflujodepulpadescargadatangencialmenteporlarotacin delrotorencorrientesdepulpadirigidasradialmente,loquemejoralarecirculacindelapulpay ayuda a evitar los remolinos al interior de la celda. Estos remolinos, inhiben la formacin de una capa estable de espuma en la superficie de la pulpa. El flujo de pulpa es dirigido por el estator hacia los lados y restringe la turbulencia en la celda de las regionesbajas,dondelasuspensinesimportanteydejalapartesuperiordelaceldasin perturbaciones, mantiene las partculas en suspensin y favorece la dispersin del aire. ElDiseodeltanquedelaCeldaayudaaquelaspartculasdeslidomsgruesasfluyanhaciael mecanismo para favorecer su suspensin. La pulpa se conduce por el fondo del tanque hacia el rotor, desdedondeseexpeleenformaradialporsupartesuperior.Estosevefavorecidoporlaforma redondeada del fondo de la celda, que tiene un perfil tipo U.

Fig. 4.2. Esquema del mecanismo de flotacin Door-OliverFig. 4.3. Conjunto Rotor/Estator de Door-Oliver

Fig. 4.4. Circuito de flotacin y detalle interno de la celda Dorr-Oliver. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 10 Eltiempoderesidenciaescrticoparamejorarlosrendimientosmetalrgicosyestediseoha reducidoelfenmenodecargascortocircuitadas,permitiendodeestemodo,quelostiemposde residencia en la Planta, sean muy cercanos a los tiempos de diseo. En las figuras 4.2, 4.3 y 4.4 se muestran algunas caractersticas de estas celdas. B.MQUINAS DE FLOTACIN WEMCO. LasCeldasdeflotacinWEMCOdegranvolumenquesemuestraenlafigura4.5consistedeun rotor estrella (1) suspendido en la pulpa dentro de un tubo de recirculacin (3) al fondo de la celda y un tubo cilndrico (2) en la parte superior de la celda. Alrededor del rotor est instalado el dispersor (4) como un cuello con orificios a travs de los cuales pueden pasar las tres fases de material. En operacin, al girar el impulsor genera un vrtice en la pulpa que se extiende desde la parte interior mediadeltubocilndrico,atravsdelrotor,haciaabajohastalapartesuperiordeltubode recirculacin.Estoenelcentrodelvrticegeneraunvaco,locualsuccionaaireporelorificio superiordeentrada(6)haciaelinteriordelrotor.Esteairealcircularentrelashojasdelrotor,se mezclaconlapulpalacualessimultneamentecirculadaporelrotordesdeelfondodelaceldaa travsdeltuboderecirculacinhaciaelrotor.Unavezqueestamezclapasaporeldispersor,no existemsaccin mecnicademezcladoyelconjuntodepartculasflotablesyburbujasdeairese separa del resto de la pulpa flotando hacia la parte superior de la celda. El faldn (5) modifica el flujo originandounazonatranquilafavorablealaformacindeuncolchndeespumaestable.Mientras que todos los mecanismos indicados anteriormente soninterdependientes e influencian mutuamente los patrones hidrodinmicos de flotacin de la celda, el rotory el difusor son los dos elementos ms importantes.Eldimetrodelrotoreslaclaveparaextrapolarlamquinadeflotacin,siendoel parmetrodominanteenladeterminacinde:Transferenciadeaire,yCapacidaddecirculacindel mecanismo,(ver fig.4.5). La capacidad para autoinducir el aire y la recirculacin de lquido del rotor, se determina tambin por lavelocidaddeoperacinysusubmergenciaenlapulpa.Estasubmergenciasedefinecomola distancia vertical entre la parte superior del rotor y la superficie de la pulpa cuando el rotor no est en operacin.Elfuncionamientohidrodinmicodeunmecanismodeflotacinpuedeserrepresentado porunnmerodeintensidaddefuerza,porunnmeroqueindiqueelflujodeaire,porlavelocidad del rotor y por la submergencia del mismo. En la figura 4.6 se muestra que: 1. Cuandolasubmergenciadelrotorsemantieneconstanteunaumentoenlavelocidaddelrotor produceunaumentoenlacapacidaddetransferenciadeaireyfuerza.Tambinaumentala velocidad del lquido. 2. Manteniendo constante la velocidad del rotor, un aumento en la submergencia del rotor, provoca un aumento en la fuerza requerida por el rotor y una disminucin en la capacidad de transferencia deaire.Elaumentodefuerzadelrotoresproporcionalalaumentodelacapacidadde recirculacindellquidodebidoalamayorsubmergenciadelrotormanteniendolavelocidad constante. Fig. 4.5.Caractersticas hidrodinmicas de una celda de flotacin WEMCO. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 11 Fig. 4.6. Con Auto-aireacin. Fig. 4.7.Con induccin de aire. C.MQUINA DE FLOTACIN SmartCell WEMCO. Esta mquina de flotacin optimiza simultneamente la recuperacin del metal, la ley del concentrado ycostosdeoperacin,elsistemadeflotacinhaintegradolomejordedostecnologasmuy PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 12 diferentes. No slo deba los objetivos mecnicos de los slidos en suspensin, la distribucin de aire ycoleccindeespumaselogreconungradoaltodefiabilidadyeficacia,elsistematambindebe responder dinmicamente a la velocidad del alimento cambiante y caractersticas. LasnuevasmquinasdeflotacinSmartCelllogranambosobjetivoscombinandoelmecanismo probado WEMCO 1+1, reconfigurado para mejorar la eficacia de energa, con un sistema experto de controlincluido.Elrendimientoconfiableseconstruyesobreunmecanismoprobado.Laseriede SmartCell retiene el mecanismo robusto de WEMCO 1+1 de aeracin que ha sido probado en miles deinstalacionesentodoelmundo.Sucojinetedehierrocoladomacizomantienelaalineacindel rbolexactabajotodalacargaymomentos,asegurandounavidadeserviciolarga.Elflujodeaire inducido proporciona aireacin eficiente, simplicidad mecnica y economa. Como la WEMCO 1+1, la SmartCellpuederepararseenlneaypuedereiniciarsefcilmentebajocargallena.Lanueva configuracin de la celda se aprovecha eficiencia mecnica. TodamquinaSmartCellcaracterizaeldiseodeunanuevaconfiguracindelaceldapara perfeccionar la eficiencia de energa, de aireacin y mezclando. Las caractersticas claves incluyen un tanque cilndrico, un tubo de calado cnico y un arremolinador de espuma. El tanque cilndrico mejora la eficiencia de mezcladoyla distribucin de aire porque todoslos puntosenlaperiferiadel tanque sonequidistantesdeladescargadelrotor.Elmezclamientouniformesereflejaenlasuperficie mediante un nivel de espuma estable que hace la mquina SmartCell una opcin obvia para la etapa delimpieza(cleaner)tantocomolaaplicacinalaetapadedesbaste(Rougher).Eltubodecalado cnicomejoraelbombeo,lacirculacinylasuspensindelosslidos.Sereduceelcortocircuito aumentandolasoportunidadesdecontactoburbuja-partculaconunimpactopositivoenel rendimiento metalrgico. Elarremolinadordeespumaaceleraeltransportedelosslidosporlasuperficiedelacelda, reduciendo el tiempo de residencia en la fase espuma y el ingreso de aire requerido para mantener la espuma. Acortando los intervalos de recuperacin traducido directamente en la economa de energa de aireacin. Los parmetros de operacin sujeto a control incluyen: oLa proporcin de aireacin. oLa velocidad del Mecanismo. oEl nivel de la pulpa. oLa profundidad de espuma. oLa dosificacin del reactivo. oCantidad de agua de lavado del alimento. El fondo plano: Ms aprovecha el proceso. Basado solamente en los cambios de diseo mecnico la Mquina de flotacin WEMCO el SmartCell ofrece reducciones en cambio consumo de energa de 30 40%comparadoconmquinasdeflotacinWEMCO1+1convencional.Laincorporacinde sistemasdecontrolexpertosprometegananciasaunmayoreseneficienciadeoperaciny rendimiento metalrgico. Volumen de Mquinas de flotacin SmartCell Aplicacinm3 ft3 Escala piloto0,05 0,15 1,8 5,3 Fabricacin de mquinas de flotacin SmartCell 5180 10350 20710 301060 401410 602120 702470 1003530 1304590 1605650 2007060 2508830 PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 13 Fig. 4.9. Caractersticas de la SmartCell Fig. 4.10. Instalacin de la celda SmartCell y su espuma caracterstica. D.MQUINAS DE FLOTACIN OUTOKUMPU. El diseo de la celda de Flotacin mecnica de OUTOKUMPU, hoy OUTOTEC denominada OK Tank Cell, de 100 m3, permite el usode ms variables en la solucin delproblema de flotacinexistente. Estaceldahasidodiseadademaneraquelasvariablesquepuedenusarseparaoptimizary controlar el proceso de flotacin son: Mecnicas: -Dimetro y diseo del rotor. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 14 -Diseo del estator. -Espacios libres inferiores y radiales. -Distancia de transporte de la espuma. Operativas: -Cantidad o tasa de adicin de aire. -Espesor del colchn de espuma. -Velocidad del impulsor. -Superficie de espuma Bajo estas consideraciones dise el mecanismo llamado Free Flow cuya principal caracterstica es eldimensionamientodeloscomponentesdelflujo.Paraquesesuspendalaspartculasgruesas,el volumen de flujo de mezcla principal denominado F2 deber ser grande (ver figura 4.11). ElconceptodeTankCellreneunrangodeconocimientodeflotacindiferenteaalgodesarrollado antes. Los elementos mayores de importancia incluyen: Excelente capacidad de mezclando y dispersin del aire. La seleccin del mecanismo se basa en el tamao de partcula. El patente arremolinamiento de la espuma y control del rea superficial. El acercamiento del reactor unitario a la curva cintica. El control inteligente integrado. Fig. 4.11. Flujos principales en el impulsor de la Celda TC-300-. 300 m3. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 15

Configuracin de instalacin celda a celda Outokumpu y operacin Tabla.4.6. Datos para seleccin de celdas Outokumpu. MQUINA DE FLTACIN FLASH SKIM-AIR. Outokumpu describe la flotacin en el circuito de molienda como Flotacin Flash y ha desarrollado lamquinadeflotacinespecialmenteparaestaaplicacin.Diseadaparaprocesarlasarenasdel hidrocicln o del rebose del molino. LarecuperacindelaceldaSkim-Airfrecuentementerepresentaentreel30%al60%dela recuperacintotalylosmejoresresultadossehanobtenidoempleandosolamenteunespumante, paraelcasodeloro.LosrelavesdelaceldaSkim-Airfluyenporgravedadhaciaelmolinodebolas para continuar molindose. ElmtodoFLASHFLOTATION,consumquinaSKIM-AIR,sehademostradoqueexistetodava campo para la investigacin de nuevas formas o tecnologas que nos conlleven a mejorar y optimizar los resultados metalrgicosyla recuperacin econmica en la mayoradelosprocesos flotacinde minerales y metales preciosos. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 16

ConcentradofinalRebose del hidrociln aflotacin convencionalAlimento a hidrociclnMolino debolasSkim-AirHidrociclnAlimento frescoSumideroBomba Fig. 4.12. Muestra la posicin de una celda Skim-Air en un circuito de molienda. Tabla. 4.7. Dimensiones de celdas Skim-Air Fig. 4.13. Circuito de flotacin con celdas OK-16 y OK-3. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 17 E.CELDAS DE FLOTACIN SVEDALA RCS (REACTOR CELL SYSTEMS) Denver Equipment Company fue fundada en 1927y comienza la fabricacin industrial de las Celdas de Flotacin DenverSubA (Submerged-Aereation),mquinasde flotacin celda a celda, basado en eldiseoconceptualFahrenwald.Estemismoconceptoseuspormuchosaosyaunsesigue usandoconxitoenaplicacionesparticulares,especialmenteeninstalacionespequeasoremotas. Durantelosaos30y40elavancetecnolgicodeestasmquinasconsistienlaaplicacinde nuevos materiales y mtodos de construccin, especialmente en el uso de revestimiento de jebe en la construccindelosimpulsoresydifusores,Denverfueellderenelusodejebecomomaterialde desgaste. Enlosaos1950Denver,comienzaaliderarlatecnologademquinasdeflotacin,conla introduccindelaprimeraceldadeflotacinde100pies3SubAyFreeFlow,estambinenesta dcada que se desarrollan los nuevos y especficos espumantes solubles en agua, contribuyendo en mejorar los resultados metalrgicos de flotacin, como ya hemos visto en 2. En los aos 1960 con el desarrollo de equipos de trituracin y molienda ms grandes y con productos paraflotacinmsgruesos,obligadisearceldasdeflotacingrandesyquepuedanmanejar partculas relativamente gruesas y mantenerlas en suspensin y permitir su flotacin al mismo tiempo. En este momento DENVER desarrollo las maquinas de flotacin DR capaces de mantener un positivo flujoverticalcirculanteenloscircuitosdeflotacin,usandoaireprovenientedesopladores manteniendo una buena y eficiente dispersin mecnica del aire de flotacin, es en esta dcada que DENVERdesarrollamquinasdeflotacinDRde200y300pies3.Enlosaos1970lapresinde operaciones mineras grandes, con leyes de mineral cada ves mas bajas, exigen a los fabricantes de mquinas de flotacin desarrollarequipos degrantamao tambin, en estos aos esqueDENVER introduce en el mercado celdas de flotacin tan grandes como 1250 y 1500 pies3.

EldesarrollodeSALA,tambinhaceimportantecontribucineneldesarrollodemquinasde flotacinenEuropa,especialmenteenEscandinava,En1940elprofesorKihlstedtdesarrolluna celdadeflotacinBFP(BolidenFlotacinPropeler),estamquinafuecircularenelfondoyde seccinrectangularenlapartesuperior,eficienteenflotacindefinosymedios,tubounxito comercialysuaplicacinseextendienvariospases,astalafusinquehuboconDenver Equipment.Elmsimportantecambiodesde1970debidoaexpansindeoperacionesminerasde grantamaoydebajasleyes,fueeldesarrollodemquinasdeflotacindegrantamaoque asegurabanoperacionesminerasrealmenterentables,estasoperacioneshicieronpresinenel mercado por equipos en general, realmente gigantes. FueenestascircunstanciasquesedesarrollanlasCeldasdeFlotacinSvedalaRCS(ReactorCell Systems), con la experiencia de muchos aos de Denvery Sala, se empieza la introduccin de esta nuevatecnologaenceldascircularesdeflotacin,conelsistemamecnicodeagitacinDV,que permiti disponer de equipos de flotacin en el rango de tamaos siguiente: Un mecanismo de flotacin es casi imposible de disear sobre la base de principios tericos, por las diferentesfuncionesyfactoresqueintervienenyquedebensertomadosencuenta,porlotantoel nuevodiseodebeserprobadoenformaexhaustiva,yduranteeldesarrollodelnuevoconcepto Svedala DV (Deep Vane) los criterios tomados en cuenta fueron los siguientes: -Creacin de patrones de flujo en la celda para permitir una buena suspensin de slidos en todo su volumen. -Un eficiente contacto de partculas de mineral con las burbujas de aire. -Eficiente dispersin y distribucin de aire en todo el volumen de la celda. -Minimizar la alta velocidad en la zona de dispersin para evitar desgastes excesivos. -Minimizar el consumo de energa. -Excelente bombeo radial con un fuerte retorno en el impulsor, generando un doble patrn de flujo, como se muestra en la figura siguiente. MQUINA DE FLOTACIN RCS Para el desarrollo del impulsor y difusor adecuado fue necesario probar diferentes modelos y diseos exhaustivamenteantesdeldiseodelmecanismoDV,enestaspruebasseconsiguiqueel mecanismo DV pudiera proporcionar en forma eficiente los aspectos tcnicos mencionados. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 18 DISEO. Luego de las investigaciones y pruebas realizadas es que nace este nuevo producto como un nuevo concepto de flotacin RCS DV, que desde el ao 1966 est disponible en el mercado como WORLDCLASPRODUCT.Estenuevomecanismoconeldiseoespecialdedifusorproporciona patrones de flujo como se indica en la figura adjunta. DISEO DEL MECANISMO En la figura anterior, se aprecia claramente los flujos generados en el interior, un radial muy fuerte (1)que se dirigea la pared del tanque, luego un flujo primario de retorno (2)en el fondo del tanque condireccinalcentrodelimpulsoresteflujoevitacualquierarenamientoenelfondodeltanque, adems minimiza las posibilidades de un corto circuito, al dirigir el flujo siempre al centro de la celda, finalmente se genera un flujo secundario (3) en la parte superior del impulsor que permite incrementar la dispersin y adicionar una oportunidad mas de contacto entre las burbujas de aire y las partculas de mineral PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 19 APLICACIONESLa importancia de las celdas de flotacin en la concentracin de minerales es muy conocida, adems es muydifundido su uso industrialen actividades como, recuperacin de aceites enlaindustriadepetrleo,ascomoenlarecuperacinderesiduosdepescadoyaceitesenla industria de la harina de pescado, en la que no solamente tienen ventajas econmicas, si no adems previenen la contaminacin ambiental, en la industria de eliminacin de tintas en la recuperacin de pulpas de papel etc. DIMENSIONESDebidoalosrequerimientoscadadamsexigentesdeoperacionesminerasque manejangrandestonelajes,lasnuevasceldasRCSDVfuerondiseadasparasatisfacerestas exigencias, las dimensiones y caractersticas de estas grandes mquinas de flotacin se muestran en el siguiente cuadro: Todas las dimensiones en mm. Especificaciones tcnicas PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 20 SISTEMADEEXTRACIONDEESPUMAS.Elsistemausadoenlaremocindeespumasesta conformado por canaletas transversales que permite ejercer un control variable en la longitud de labio deespuma,desdecasi4dimetrosacasi8veceseldimetrodelacelda,estoesposibleporla incorporacin de canaletas transversales a las ya existentes, permitiendo que la espuma producto de laflotacinsearemovidasinprdidadetiempoaumentadoconsiderablementelaeficienciadel conjunto OTRASCONSIDERACIONES,Todosestosequiposdeflotacinsonsuministradosconmodernos sistemasautomticosdecontroldenivel,porsudiseocircularlaslneasdeflotacinpuedenser diseadasenformamodularquesuarreglosepuedaacomodaralasdisposicionesyarreglosde plantasexistentesenformamuysencilla,plataformasdesupervisinestndar,controlopcionaldel flujodeaire,ascomovariadoresdevelocidadsilaaplicacinlorequiere,enotraspalabraseste nuevoconceptodeflotacinsehaespecificadodetalmodoquesuaplicacinseasiempreuna ventaja operativa en la industria de concentracin de minerales. CELDA DE FLOTACIN SUPERCELL. LasceldasdeflotacinSuperCellhandemostradoreducirloscostosdeoperacinylainstalacin como consecuenciade las economas de escalay una reduccin delos pies se imprime con menos puntosdecontrol.EscalasecompletconmodelosvalidadosCFDconlaspruebasmetalrgicas global a escala completa. No hay degradacin de rendimiento metalrgico con la superCell. La celda de flotacin SuperCell incluye los siguientes beneficios: Reduccin de puntos de control. Reduccin del costo la instalacin. Fcil aplicacin de control de procesos sofisticados. Igual o mejor metalurgia. Rendimiento probado en hidrodinmica, la metalurgia, y fiabilidad mecnica. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 21 CONSUMO DE ENERGIA. Elconsumodeenergaestambinunparmetrocrticoqueseconsideraparalaseleccindeuna mquina de flotacin. Los principios de diseo de una celda estn en funcin de la hidrodinmica que stadesarrollamediantesudispositivodeagitacin.Estehechohasidoampliamenteestudiadoy descrito por Harris y otros investigadores. De ah que los aumentos progresivos que le introdujeron a las grandes celdas de flotacin en aos recientes, se han basado en dos nmeros adimensionales y son: -El nmero de potencia , P0 -El nmero de flujo de aire, Flg El nmero de potencia esta dado por: 5 3aD NPPop=(4.1) Donde : P =Potencia en Kw N=Velocidad del agitador en revoluciones por unidad de tiempop=Densidad del fluido Da =Dimetro del agitador. El nmero de flujo de aire Flg esta dado por: 3,ag vgNDIFl =(4.2) donde: Iv,g= Gasto o caudal volumtrico a travs del impulsor El nmero de flujo de aire, cuando se aplica a celdas de flotacin se presenta a menudo en forma modificada para tomar una consideracin el rea de superficie de la celda a travs de la cul puede pasar el aire, Af . En este caso, la ecuacin 4.2 se multiplica por Da2/Af para dar. a fg vgND AIFl,= (4.3) 4.3.CIRCUITOS CONVENCIONALES DE FLOTACION. Laflotacinindustrialesunprocesocontinuo,enelquelasceldasestnarregladasenserie formando un banco que por la calidad de sus concentrados, van a tomar el nombre de circuitos. Estos circuitosdeflotacingeneralmenteestnconstituidosdevariasetapas,puestoquenoesposible recuperar el mineral valioso y eliminar el mineral de ganga en forma simultnea en un solo paso, solo de la manera en que se presenta en el siguiente diagrama. CIRCUITO DE FLOTACINFLOTACIN DE RECUPERACINRECUPERADORESFLOTACIN DE CONCENTRACINLIMPIADORCircuito Rougher (primario)Circuito scavenger (barrido)Cleaner (Limpieza)Recleaner (Relimpieza) PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 22 Las etapas que se puede encontrar en algn circuito de flotacin son: 1.Etapa de flotacin de desbaste (Rougher) 2.Etapa de flotacin recuperadora (Scanvenger) 3.Etapa de flotacin limpieza (Cleaner) 4.Etapa de flotacin Re-limpieza (Re-cleaner) Laetapadedesbasteesaquellaquerecuperaunaaltaproporcindelaspartculasvaliosasana costadelaselectividad,utilizandolasmayoresconcentracionesdereactivoscolectoresy/o depresores, velocidades altas de agitacin (1200 a 1400 RPM)y baja altura de la zona de espumas (2 a 3 pulgadas). Esta etapa produce dos productos; un "concentrado" que an no es producto final, elculpasaalaetapadelimpiezayun"relave"queantienemineralvaliosopasaalaetapade "apure" o recuperacin. Lasetapasdelimpiezaquepuedenserporlogeneral2omstienenporfinalidaddeobtener concentrados de alta ley an a costa de una baja en larecuperacin. En esta etapa para mejorar la selectividad,seutilizanbajosporcentajesdeslidosenlaspulpasdeflotacinascomomenores velocidades de agitacin (800 a 900 RPM), mayor altura de la zona de espumas (5 a 6 pulgadas). En esta etapa generalmente no se adicionan reactivos colectores y espumantes, solo ocasionalmente se agregaeldepresorconelfindeincrementarlaselectividaddelaflotacin.Losrelavesdeestas etapasnosedescartan,sonrecicladosalaetapaanterior.Elconcentradodelaltimaetapade limpieza, constituye el concentrado final. Laetapadepuradora(Scavenger)esaquellaenqueserecuperalamayorcantidaddelmineral valioso.Elconcentradodestaetapageneralmenteretornaalaetapadedesbasteyelrelave constituye el relave final del circuito. Comoreglageneral,lascargascirculantesdebentenerleyessimilaresalosflujosaloscualesse unen. As mismo se pueden incluir una o varias etapas de remolienda, generalmente a los siguientes productos: -Concentrados de desbaste. -Relave de desbaste. -Concentrado de depuracin (Scavenger). -Relave de la primera limpieza. Esto se puede ver en los diagramas de flujo que se muestran en las figuras 4.14. 15 y 16. ROUGHER FLOTATION SCAVENGER FLOTATIONCLEANER FRE-CLEANER FFEEDTAILINGCONCENTRATE Fig.4.14. Circuito bsico de un solo concentrado o un solo elemento valioso. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 23 Enresumen,ladisposicindelasetapasdeflotacinenuncircuitodeterminado,esunodelos aspectosmsimportantesenelestudiodeldiseodeunaPlantaConcentradora.Paraestefines muy comn realizar un gran nmero de pruebas de laboratorio y planta piloto, estudiando las etapas dedesbaste,recuperacin,limpiezaylasremoliendasintermediasnecesariasparaobtener recuperacionesyleyesdeconcentradoadecuadosparasutratamientoenfundicin.Ademsestas pruebas permiten determinar datos tales como el tipo, frmulay consumo de reactivos, su punto de adicin, grado de molienda (grado de liberacin) etc. Flotacin desbasteFlotacin recuperadoraFlotacin limpiezaConcentradoAlimentoRelave Fig. 4.15.Circuito con remolienda de concentrado y relave de desbaste. Flotacin desbasteFlotacin recuperadoraFlotacin Limpieza IF Limpieza IIRelaveConcentrado Fig. 4.16.Circuito con remolienda del concentrado scavenger y del relave de limpieza PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 24 SELECCIN DE TAMAO MQUINAS DE FLOTACIN CONVENCIONAL A.SELECCIN Cuandoya se ha establecido las etapas deflotacin y su disposicin dentro del circuito, el siguiente pasoesseleccionarlasmquinasdeflotacinadecuadasparaposteriormentedimensionarlas,es decir, especificar sus caractersticas tcnicas, principalmente de tamao y potencia. Para poder seleccionar una mquina de flotacin se debe considerar los siguientes aspectos bsicos: -El rendimiento metalrgico de las celdas. -El consumo de energa. -Facilidad de su mantenimiento. -Requerimiento de equipo auxiliar (soplador, bombas, etc). -Costo de capital. As mismo, como gua general se debe tener en cuenta dos aspectos: 1.Deber preferirse celdas mecnicas si las partculas a flotar son gruesas y/o pesadas 2.La geometra de la celda deber ser adecuada para la operacin. Del mismo modo, existe cierto criterio para utilizar celdas de determinado volumen que depende de la capacidad total de la planta. Entre otros, estos criterios pueden ser: -Debe basarse en la combinacin de dos tipos de factores: a) Especficos,quecorrespondenalosdatosproporcionadosporeloperadorydelos clculos resultantes para determinar el volumen total de las celdas de flotacin. b) Racional,esdecir,enbasealaexperienciadelIngenieroMetalurgista,decidirlamejor distribucin de los equipos dentro de la Planta, al ms bajo costo posible y que garantice una alta eficiencia de procesamiento. -Volumentotaldelasceldas,basadaenlainformacindedatostalescomo:Tonelajeatratar, gravedadespecficadelmineral,porcentajedeslidosenlapulpaalimentadaalcircuitoyel tiempo de flotacin. -La celda correcta deber ser del tamao ms grande disponible en el mercado, la cual produzca una eficiente operacin de flotacin y al menor costo posible, pero siempre en concordancia con el tamao de la Planta Concentradora. -Elnmerodeceldasautilizarseenundeterminadobancooetapadelcircuitodeflotacinse determina observando los siguientes valores: a. Caractersticas propias de flotacin de los minerales. b. Experiencias en la industria y sus resultados obtenidos. c. UbicacinyfuncindelasceldasencadaetapadelcircuitodeflotacinenlaPlanta Concentradora. As: -Celdas de 300 m3 o ms para circuitos de desbaste de Plantas de 50 000 tpd o ms. -Celdas de 150 m3 para Plantas Concentradoras de 20 000 a 50 000 tpd. -Celdas de 20 a 50 m3 para Plantas Concentradoras de menos de 10 000 tpd. B.DIMENSIONAMIENTO Elpasofinaleseldimensionarlasmquinasdeflotacinseleccionadas,loculimplicatenerun conocimiento del tiempo de flotacin para recuperar un determinado porcentaje de mineral valioso en un producto de una ley determinada y para ello es impredecible conocer la cintica de flotacin de la especie que se quiere recuperar. Tradicionalmente el dimensionamiento de celdas de flotacin se ha PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 25 realizadocalculandoelvolumennecesariodeceldasparatenerlapulpaalimentadaduranteun tiempo t, esto es: 1.Clculo del caudal de pulpa Q que se alimentar al banco de celdas considerando recirculaciones de productos intermedios. 2.ClculodelvolumennetonecesariomultiplicandoQxtdondeelvalortserigualaltiempode retencin en el pilotaje o en el laboratorio, multiplicando por un factor f de escalamiento. 3.Clculo del nmero de celdas, utilizando la siguiente relacin: h Vot QN**=(4.4) donde: N=Es el nmero de celdas necesarias. Vo=Volumen total de una celda h =Factor que varia de 0,5 a 0,75 (0,7 generalmente) Q=Caudal de pulpa alimentado a la celda, m3/min t=Tiempo de flotacin para una etapa dada, min Algunosfabricantesdancomodatoelvolumentildelacelda,esdecirdirectamenteVc=Vo*h, entonces la frmula anterior se convierte en: 1440 ** *VcVs t FN =(4.5) donde: F =Toneladas secas de mineral por 24 horas t=Tiempo de residencia o de flotacin, min. Vc =Volumen de cada celda, m3 Vs =Volumen de la pulpa por tonelada seca de mineral, m3 =1/(P x S), en la que P es la fraccin decimal en peso de los slidos y S es la gravedad especfica de la pulpa. PROBLEMA: Siaunaetapadedesbastesealimenta45000toneladasdemineralperoconunagravedad especficade2,8ylapulpacon35%deslidosporpeso.Calcularelnmerodeceldasquese requieren si el tiempo de residencia es 12 minutos y volumen de cada celda es de 1000 pies3. Solucin Datos: F=45 000 t/da S=2,8 Cw = 35% D = 0,35 t=12 min Para utilizar la frmula (4.5) debemos calcular Vs y S. 1) Clculo de la gravedad especfica de la pulpa(s). Por definicin de densidad de pulpa tenemos que: PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 26 l gx CwKDp / 12908 , 2 / ) 1 8 , 2 ( 35 100100000100100000= == Con KSS=1 LuegoS = 1,29 t/m3. 2) Clculo del volumen de pulpa por tonelada seca de mineral Vs. VsPxS xm = = =1 10 35 1292 2153, ,, 3) Clculo de N. Tenemos que: Nx xxVcmVc= =45000 12 2 2151440830 6253, , Como Vc = Vo x h = 1000 pies3 En m3 Vc pies xmpiem = = 1000 0 02832 28 323333, , Entonces N celdas = = ~830 62528 3229 33 29,,, El nmero total de celdas de una etapa es: Ntotal= N + 1 N + 2=29 + 1=30 celdas Elnmerodeceldasporbancoesde8a14celdas.Porlotantopodemosinstalar3bancosde10 celdas cada uno 4.4.FLOTACIN COLUMNAR INTRODUCCION Laceldacolumnaesuntipodemquinaquepertenecealasceldasneumticas,laculenla actualidad tiene un gran potencial de aplicacin en el procesamiento de minerales, cuyo diagrama se presenta en la figura 4.17 HISTORIA DE LAS CELDAS COLUMNA El desarrollo de las celdas columna empez en 1910 y fue por primera vez probada comercialmente en 1915 en Inspiration Copper Company. Sin embargo, este temprano diseo no tuvo xito comercial porhaberseplagadoporlasedimentacindeslidoseneldistribuidordeaire.Enunintentode superar el problema de sedimentacin de slidos Sinkovich en 1952, us una celda columna con un agitadordebajavelocidadinstaladacercaalabasedelaunidad.Enlosaosde1960Bostiny Wheeler(Anon,1965)desarrollaronypatentaroneldiseocorrientedeincorporacindeaguade lavado a la celda columna para suprimir la recuperacin de ganga. EnlaactualidadlasceldascolumnasondiseadaseinstaladasporlaDiesterConcentrator Company,ComincoEngeneeringServices,MinProcEngineersyPyramidResourcesysus PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 27 subsidiarias.Ellassonempleadasenvariasaplicacionesenlaindustriadelprocesamientode minerales,talcomolosostienenDobbyyFynch,1986;ClinganyMcgregor,1987,Ounpuny Tremblay,1991,etc.yenlalimpiezadecarbnfinosegnBensley,1985,Luttrell,1988,Perckh, 1990, etc.

Fig.4.17.Esquema de una Celda columna TERMINOLOGA. Para poder alcanzarunamejor familiarizacin conla operacin de una celdacolumna, es necesario definir los siguientes trminos: -Air Hold up o Hold up. -Bias. -Coalescencia. -Impeding Hol up. -Spargers o difusores de aire. -Hold up, se define como el volumen de aire en el interior de la celda columna a cualquier tiempo, seexpresacomoporcentajedelvolumentotaldelapulpa.ElHoldupesdirectamente proporcionalalflujovolumtricodeairequeatraviesaeldifusoreinversamenteproporcionalal dimetro de las burbujas. A medida que aumenta el Hold up se incrementa la recuperacin hasta un punto donde se inicia la coalescencia. -Bias,eslarelacinquehayentreelflujoderelaveyelflujodealimentacin.Enunacelda convencional esta relacin es menor que la unidad (Bias negativo) y en la celda columna es igual o mayor a la unidad (Bias positivo)y esto se debe a la adicin de agua en lugar sobre o debajo del rebose de la celda. -Coalescencia, es el instante en el cual no puede extenderse mas el Hold up en la celda. El aire puedeincrementarsehastaelpuntodondeelholdupempiezaadecrecer,puestoque,eneste punto las burbujas colapsan y se crea una cada en la recuperacin. -Inpeding Hold up, es la deficiencia de sobrefuerza requerida para transportarel concentradoal labio del rebose debido a un acumulamiento excesivo del contenido en el colchn de espuma. -Spargers o Difusoresde aire, son generadores de burbujas tiles para la flotacin que pueden PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 28 estarhechosdediversosmaterialesyformas,perogeneralmentetienenformatubularcon pequeos agujeros a travs de los cuales se inyecta aire a la celda. El dimetro de los agujeros, la separacin entre ellos y el tipo de forro de los difusores deben ser capaces de generar burbujas del menor tamao posible y crear un hold up adecuado dentro de la columna. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y OPERACIN. Los canadienses: Pierre Boutin, Remy Tremblay y Don Wheeler,introdujeron la celda columna, por la dcada del 60 con el objeto de procesar minerales finos y aplicarlos en las etapas de limpieza de los circuitos de flotacin, varias Compaas Mineras productoras de cobre y molibdeno lo adoptaron para la etapa de separacin y limpieza con resultados muy alentadores, probndose posteriormente en las etapas de relimpieza y rougher,en algunos casos conxito: Plomo, Zinc, Oro y Carbn. Unaceldacolumna,talcomosemuestraenlafigura.4.17esdeseccincircular,cuadradao rectangular, en la que la pulpa acondicionada se alimenta un tercio o un cuarto de distancia desde el rebosedelacelda,elaireesintroducidooinyectadoatravsdelosdifusoresqueseencuentran cercaalabaseyelaguadelavadoingresaatravsdeunaespeciededuchade3a6pulgadas sobre o debajo del rebose de la celda. Las partculas de mineral contenidas en la pulpa tropiezan con una nube ascendente de burbujas de aireysonllevadashastaelrebose,peroestasalpasarporencimadelpuntodealimentacin,se encuentranconunflujosuavedescendentedeaguafrescaquelavalaspartculasdemineralno valioso (ganga) adheridas a ellas. El concentrado de este modo, emerge por el rebose de la celday los relaves se descargan por la parte inferior de la celda. Elprocesodecoleccinenunaceldacolumnasesustentaenelhechodequelaspartculas mineralesdelaespecievaliosaygangaestnmovindoseensentidocontrarioalanubede burbujas, lo cual puede explicarse en dos patrones de flujo en contracorriente: 1.Unflujodescendentedepartculasdemineralyburbujasascendentesenlazonade coleccin, y 2.Burbujas ascendentes y un flujo descendente de agua de lavado en la zona de limpieza. Sedicequeunaceldaoperaconbiasnegativoybiaspositivo,veamosentoncesenqueconsiste cada situacin: PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 29 Operacin con bias negativo, en este rgimen, el flujo de alimentacin es siempre mayor que el flujo derelaves,causandoexcesodevolumenparasurebosadacomoconcentrado.Elloindicaque, alguna cantidad de agua del alimento va al concentrado, lo cual da un producto de baja ley. Esto es: QQBIASTF= < 1 Operacin con bias positivo, en este caso el flujo de relave es mayor al flujo de alimentacin. Esto es: BIASQQTF= > 1 dandocomoresultadounproductodemayorcalidad,esdecir,demsaltaleydebidoalamenor cantidad de ganga. +Funcin del agua de lavado. El agua de lavado agregada en el rebose de la celda columna tiene las siguientes funciones, para: -Formar el bias -Mantener el nivel de pulpa, lo cual satisface mediante la siguiente ecuacin: QF + QW=QT + QC (4.7) -Limpiador del concentrado -Lubricante del concentrado +Funcin del aire. En funcin de como se inyecta el aire a la columna sus funciones son: -Produccin de burbujas muy finas, consiguiendo la mxima retencin del aire o hold-up. -Promover la mayor probabilidad de encuentro partcula-burbuja, de modo de alcanzar una mayor recuperacin de la especie de tamao fino. -Permite establecer una relacin de flujo de aire-velocidad de extraccin del concentrado-Recuperacin-Ley. +Clculo del Hold-up. El hold-up se determina instalando en la celda columna dos visores, tal como se muestra en la figura 4.18. Uno en la parte superior y otro en la parte inferior de la columna. Aceptando que la diferencia de nivelesatravsdedichosvisoresdebeserproporcionalalairecontenidodentrodelacelday asumiendounadensidaddepulpahomogneaentodalazonadecoleccin,sepuededeterminar unafrmulamatemticaquepermitecalcularconrelativafacilidad,laretencindeaireoHold-up, expresado como porcentaje: % Hold up =|\

|.| +

11 1 1002 1pTxH HLx( )(4.8) Aproximadamente est entre 20 y 25%. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 30 AUTOMATIZACIN DE UNA CELDA COLUMNA. Esreconocidoengeneralquelasceldascolumnadeflotacinseprestanporsmismasbienala automatizacin, al menos en parte, porque ellas estn controladas por flujos de entrada y salida de la celda (McKay, Foot y Huiatt, 1985). Esteconceptohasidoutilizadoparainstrumentarycontrolarcolumnasendiversasoperaciones comerciales(Amelunxen,Wheeler,1985).Tpicamentesehaempleadoelestablecimientodetres lazos de control, a saber: -El lazo de control del nivel de pulpa -El lazo de control del BIAS, y -El lazo de control del Hold-up Tal como se muestra en la figura 4.20. Estos lazos de control mantienen a las variables del proceso ensetpointsespecficosconstantes,paraestabilizarelrendimientodeunaceldadeflotacin Columna. -El lazo de control del BIAS, busca mantener un BIAS fijo de flujo entre el relave y la alimentacin de modo que: QT>QF es decir, para un BIAS positivo. Generalmente el lazo de control del BIAS consiste de: -Flujmetro de alimentacin -Flujmetro de relaves -Vlvula de control en la lnea de relaves -Controlador del Set point del BIAS PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 31 Figura 4.18. Diagrama de una celda Columna con visores Figura 4.19. Diagrama de una celda Columna mostrando los flujos PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 32 Fig. 4.20.Establecimiento de los lazos de control en una celda de flotacin Columnar. -El lazo de control del nivel de pulpa.- El control de nivel de pulpa es imprescindible durante la flotacin en columna. Una ventaja que ofrecen las celdas columna, es la habilidad para variar la profundidad de la espuma desde pocas pulgadas a varios pies (Ynchausti, 1987). El aumento en la profundidad de espuma permite alta ley del concentrado del mineral a recuperarse en la celda columna.Ellazodecontroldelniveldepulpamantieneelniveldepulpaconstantemediantela variacindelavelocidaddeadicindeaguadelavadoalacolumna.Sielniveldepulpaest demasiado bajo, se aumenta el agua de lavado y viceversa. En este caso la ecuacin que sigue es: QWW = Qc + BIAS(4.9) Este lazo de control puede consistir de: -Un sensor de nivel de pulpa. -Vlvula de control de agua de lavado. -Controlador-indicador. -Flujmetro de agua de lavado. -Lazo de control del Hold-up.- El Hold-up ha recibido tambin mucha atencin en relacin a los efectos con el tamao de burbuja, velocidad o cantidad de adicin de aire y tamao de partcula (Dobby and Finch, 1985). El Hold-up en una columna debe permanecer en un valor crtico mnimo para garantizar una alta recuperacin de mineral valioso. El lazo de control del Hold-up utiliza una combinacindelacantidaddeadicindeaire,cantidaddeadicindeaguadelavadoyla cantidad de adicin de espumante para alcanzar un hold-up constante: La instrumentacin bsica necesaria para este lazo es: -Flujmetro de agua de lavado. -Flujmetro de aire. -Sensores de nivel superior e inferior de pulpa. -Vlvula de control de agua de lavado. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 33 -Vlvula de control de aire. -Controlador programable. Elsistemadecontrolnosolamenteestabilizaelrendimientodelacolumnasinoarmoniza ptimamentecadalazodecontrolparaasegurarelrendimientoyproductividaddelacolumna promovindolos a sus lmites. Sindudaenesteimpresionantecaminodecontrolautomticodeprocesoshayproblemas asociadosconlaautomatizacindelaceldacolumna.Luegocomoenelcasoanteriordeceldas columna, la etapa inicial en el anlisis de algn problema de control de flotacin es la identificacin de las variables importantes las cuales describen al sistema y la separacin respectiva. La serie de variables que afectan a la flotacin columnar se pueden catalogaren cuatro tipos a saber: 1. VARIABLES DE PERTURBACION -Composicin mineralgica. -Grado de oxidacin del mineral. -Fluctuacin de la distribucin del tamao del alimento. -Fluctuacin de las leyes del alimento. -Viscosidad y densidad de la pulpa. -Caudal de la pulpa. -Caractersticas del agua (pH, dureza). -pH natural del mineral de cabeza. -Hold-up. -Cristalizacin del mineral. 2. VARIABLES CONTROLADAS -Ley o grado -Recuperacin -Porcentaje de slidos del alimento. -Tonelaje tratado. -Nivel de pulpa. -Razn del BIAS. -Tamao de burbuja. -Longitud de la zona de coleccin. 3. VARIABLES MEDIBLES -Ensaye qumico (Concentrado, relaves, etc.) -Velocidad de flujo volumtrico (Alimento, relave, agua delavado) -Densidad de pulpa -Nivel de pulpa -Eh -pH -Distribucin de tamao -Adiciones de reactivo -Adicin de surfactante -Razn del BIAS -Hold-up 4. VARIABLES MANIPULABLES -Caudal volumtrico (Alimento, relave, agua de lavado). -Densidades de pulpa. -Nivel de pulpa. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 34 -Razn del BIAS. -Adicin de reactivos y surfactante. -pH. -Eh. -Cantidad de aireacin. Despus de definir las variables y asignarlas a cada familia, el siguiente paso o siguiente etapa esdeterminarlasrelacionesenestadoestableentrada/salidadelcircuitocolumnar(Herbstetal., 1986)lamatrizdelproceso(Shinkey,1979)desarrolladaparaunaseriedevariablescontroladasy manipuladas en la columna pertinente se ilustran en la tabla siguiente: Tabla 4.4. Matriz Proceso de la Respuesta de variables controladas a cambios en variables manipuladas Variables ManipulablesVariables Controladas LeyRecuperacin Caudal de pulpaF-F- Cantidad adicionada de agua de lavadoF+S- Nivel de pulpaF-S+ Razn del BiasS+S- Hold upS-F+ Adicin de espumanteS-F+ Densidad de pulpa SoSo Tamao de burbujaS-F- Aqu,laletraF(rpido)oS(lenta)relacionalavelocidadderespuestadelavariablecontrolada tan pronto la variable manipulada es aumentada. El signo de entrada indica la direccin de cambio de lavariable controlada (+, aumenta,-, disminuye, o,no cambia)tan prontolavariable manipulada es aumentada.Estoes,lamatrizprocesomuestraqueunasolavariablemanipuladanoafecta solamenteunavariablecontroladarelacionada,sinoquelasvariablesdelacolumnason interdependientes.Unejemplodelaautomatizacindeunaceldacolumnaeslascolumnasde flotacin de la Planta Concentradora de Cuajone de SPCC (R. L. Amelunxen, R. Llerena, P. Dunstan y B. Huls) - Moquegua - Per, donde la instrumentacin para esta estrategia de control se muestra en la figura 4.21. Fig. 4.21.Diagrama de instrumentacin de celda columna. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 35 MuestraellazodecontroldelBIASdeWhueler,tambincontieneellazodecontroldeaguade lavado-nivel de pulpa, donde el nivel de pulpa se mantiene con adiciones de agua de lavado. El tercer lazoesellazointeractivodenivel.Enestelazolainformacinencuantoalascaractersticasdel concentrado es imprescindible, como lo es para el lazo interactivo aire. Si se conoce la relacin entre lagravedadespecficadelapulpadelconcentradoylaleydelconcentrado,esposiblecalcularel contenidodeaguadelconcentradorebosanteporellabiodelaceldaenlaleydeseada.Las condiciones principales que se requieren para la flotacin columnar son que el caudal de relave debe ser ms grande que el caudal del alimento; es decir: QT>QF y Qww =Qc+BIAS donde Qww y Qc son los caudales para el agua de lavado y concentrado respectivamente, y BIAS=QT - QF (4.10) En el lazo interactivo-nivel, el aire es todava la fuerza motriz de la flotacin pero, como en el caso de Cuajone,semantieneenunacantidadmximajustobajolacoalescencia.Elsistemadecontrol distribuidodigitalinicialmentecalculaelrequerimientodeaguadelavado,Qww.ElBIASyQcson ingresados por el operador y son calculados de varias medidas e ingresados: -Del operador o del analizador de Rayos X, la ley de cobre en el alimento. -Larecuperacinylaleydeseada.EsoconformealosestablecidoporlacurvaLey-Recuperacin por aquel sistema y son pre-fijados (pre-set) en el computador. -De datos de campo, % de slidos en el alimento. ElQwwcalculadoseconvierteenelsetpointdelvolumendeaguadelavadoalacolumnaquese requiere mantener. Este lo hace comparando el flujo de agua de lavado actual a el set point. Si este flujoesmsbajoqueelsetpoint,automticamenteelevaelsetpointdelnivel.Puestoquela recuperacin aumenta al incrementar el nivel de la pulpa, este se traduce en un consumo ms alto de agua Qww. Este nivel es aumentado hasta la conveniente demanda de agua de lavado pre-fijada. DIMENSIONAMIENTO DE CELDAS COLUMNA. Eltamaodeunaceldadeflotacincolumnarestenfuncindelaalturadelazonade coleccin o recuperacin. Por esto es que se considera la dependencia de tres factores geomtricos: -El grado de mezclamiento, Np -Velocidad volumtrica del BIAS, B, L/min -Velocidad volumtrica del aire (gas), G, L/min SELECCIN DE LA ALTURA DE LA ZONA DE RECUPERACIN. En el presente la mayora de las instalaciones de celdas columna son diseadas y escaladas por analogaconlacinticaqumica(DobbyandFinch,1986,Luttrelletal,1993,O'Connoretal,1994, etc.).Enestemtodo,lavelocidadderecuperacindelaspartculashidrofbicasenlazonade coleccinpuedeserrepresentadacomo un proceso de velocidadde primerorden.Enla cintica de primer orden, el rendimiento puede ser predicho a partir del conocimiento de los datos cinticos ylos parmetrosdelmodelodeflujo.Elcomportamientodelaspartculasslidasenlacolumnade flotacinestdescritaporelmodelodesedimentacindispersa.As,solamentelaconstantede velocidadKylosparmetrosdemezclamientodelrecipientedeprocesooladistribucindelas partculas,serequierenparalaprediccindelaconversin,orecuperacinennuestrocaso.As pues, la recuperacin fraccional est dada por: ( ) ( )||.|

\| ||.|

\|+|.|

\| =NpaaNpaaNpaR2exp 12exp 12exp 412 2 (4.11) PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 36 donde a est definida como: 2141

+ =NppKa (4.12) Por definicin, el nmero de dispersin en el tanque est dado por: H Up UEpNpI) ( +=(4.13) donde Ep est relacionado al dimetro de la celda segn Dobby y Finch (1985) Ep = 0,063 D (4.14) Up se determina a partir de la ley de Stokes y UI est dado por ) 1 ( Eg AQUpulpaI= o ) 1 ( Eg VcFHUI= (4.15) tp puede ser estimado a partir de (Dobby and Finch, 1985; Yianatos et al, 1986). Up UUIIIp+=tt(4.16) Nomenclatura utilizada B=Velocidad del flujo volumtrico, L/min D=Dimetro de la columna, m Ep =Coeficiente de dispersin axial de los slidos, m2/s F=velocidad del flujo volumtrico de alimento, L/min G=Velocidad volumtrica de aire (L/min), (en el medio de la zona de coleccin) H=Altura de la zona de coleccin, m Jb= Velocidad superficial del BIAS, cm/s Jg =Velocidad superficial del aire, cm/s K=Constante de velocidad, min-1 L=Altura total de la columna, L = H + 2, m Np=Nmero de dispersin en el recipiente para los slidos R=Recuperacin en fraccin Ul =Velocidad intersticial del lquido, cm/s Up =Velocidad terminal de sedimentacin de las partculas, cm/s Vc =Volumen de la zona de coleccin, m3 Eg =Hold up promedio en fraccin tl =Tiempo de residencia en el medio del lquido, min tp =Tiempo de residencia en el medio de las partculas, min Donde:HJgVcG =HJbVcB = De aqu podemos deducir que en la prctica se cumple la siguiente relacin H/D = 10/1aH/D = 5/1 4.5.CELDA DE FLOTACIN JAMESON. Enestosltimosaoselconsiderableaumentoenelusoyaplicacindelasceldascolumna paramediantelaflotacinlograrlaconcentracinyrecuperacindeminerales,aceleradoporel inters en mtodos alternativos ms econmicos y eficaces, sin duda ha sido el creciente nmero de PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 37 unidades instaladas en todo el orbe minero-metalrgico. Esta tecnologa con un xito ya bien logrado, aparecidoaprincipiosdelosaossesenta,lehansalidoalencuentrootrastecnologascomolas celdasflash,laflotacincentrfugaymsrecientementelaceldaJameson,desarrolladaenla UniversidaddeNewCastle,Queensland,Australia(1988,Jameson).Lascaractersticasms importantes de esta celda son: La capacidad de generar altas fracciones de gas en el tubo de descenso manteniendo un rgimen estable de flujo. La ausencia de un sistema generador de burbujas. El uso de agua de lavado para la espuma. Ausencia de un compresor para inyectar el aire. Es de operacin simple. Unaalturatalquepermitasuinstalacinsinmayorescambiosestructuralesenplantasya existentes. El esquema de esta celda se muestra en la figura 4.22: Fig.4.22 Esquema de una celda Jameson y sus varias zonas activas. MECANISMO DE LA FLOTACIN EN UNA CELDA JAMESON En una celda Jameson, el aire y la pulpa son mezclados en el tope de un tubo vertical, denominado seccindecontactootubodedescenso.Lamezcladesciendeverticalmenteenco-corriente, descargando en una celda abierta, donde las burbujas mineralizadas ascienden formando la espuma. Elniveldeespuma.Elniveldepulpadentrodelaceldasecontrolaparadarlaalturaadecuadade espuma y mantener la descarga del tubo de descenso bajo el nivel de interfase, asegurando no slo laselectividaddelprocesosinotambinlaestabilidaddelmismo.Aligualqueenlascolumnasde flotacin, el agua de lavado es adicionada a la espuma para mejorar la selectividad del proceso. Una ventaja prctica de este arreglo reside en que la presin hidrosttica generada en el tope de la zona de contacto es menor que la presin atmosfrica, por lo cual el aire necesario para la flotacin puede seraspiradonormalmente,eliminndoseelcompresordeaire,quenormalmenterepresentauna fraccin importante de la inversin inicial en cualquier equipo de flotacin. Algunas de caractersticas PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 38 de operacin de la Celda Jameson se dan a continuacin: 1.Profundidaddelafaseespumaquevarade200mma1000mmafindelograrlamejor recuperacin y flotar tamaos de partcula tan pequeas como de 10 um. 2.La velocidad del aire superficial Jg (cm/s) del hacia arriba en la celda de flotacin. En la celda Jamesonsedeterminadividiendolavelocidaddelaireeneltubodedescenso(cm3/s)por rea transversal (cm2) de la parte de ascenso de la celda. 3.El tamao de burbuja, que vara entre 300 a 600 um. 4.Larelacinaire/alimento,conlaqueoperaunaceldaJamesonesde0,3a0,9.El mantenimientodelrendimientometalrgicoabajasrelacionesaire/alimentopuedenser explicados considerando el flujo de reainterfacial Sb(rea interfacial/s) porunidadde rea transversal de la columna (s-1) como lo han definido Finch y Dobby. Dado por: dJSgb6 = (4.17) donde d es el dimetro de la burbuja. 5.Lacantidaddeaguadelavado,estdefinidacomolarazndelaadicindelacantidadde agua de lavado a la cantidad de flujo de agua en el concentrado. Esto es: WCWWQQW = (4.18) dondeQWWeslacantidaddeflujodeaguadelavadoyQWCeslacantidaddeflujodeaguaenel concentrado. Otro mtodo de describir la adicin de agua de lavado es en trminos del bias, que es, elexcesoabsolutodelaguadelavadoaplicadosobrelacantidaddeaguarecuperadaenel concentrado, expresado como la velocidad superficial Jb (cm/s): CWC WWbAQ QJ= (4,19) dondeACeselreatransversaldelacolumna.Sinoseutilizaaguadelavado,latasadeaguade lavado es cero y el bias es negativo. Cuando Jb = 0, W = 1; entonces un bias positivo corresponder a tasas de agua de lavado mayores a la unidad. Enconsecuencia,laceldaJamesonsepuededividirentreszonasprincipales:elDowncomer,la zona de pulpa, y la zona de la espuma. 1.ElDowncomereselcorazndelaceldaJamesonyesdondealentrarlapulpaocurreel contactoprimarioentrelasburbujasdeaireydelaspartculasdemineral.Lapulpadela alimentacinsebombeaenelDowncomeratravsdeunalente,creandounchorrodealta presin.Elchorrodepulpaarrastraelaire,queesaspiradoenformanatural.Debidoalaalta velocidaddesemezclayalagranreainterfacialgrandehaycontactorpidoycoleccinde burbujasdeaire/partculas.Eltiempoderesidenciadeldawncomervaraentrediezytreinta segundos. 2.Lazonadepulpaesdondeocurreelcontactosecundarioentrelasburbujasdeaireylas partculas de mineral y es donde las burbujas de aire se retiran de la zona de la pulpa. La mezcla de pulpaaireada de la mezcla sale deldawncomery entra en la zona de flotacin. La velocidad delamezclaylagrandiferenciadedensidadentreellayelrestodelapulpaeneltanquedan lugaraunrecirculamientodelneasdefluido.Estomantienealaspartculasensuspensinsin necesidad de agitacin mecnica. El tiempo de residencia en la zona de pulpa del tanque vara a entre dos a cinco minutos. 3.La zona de espuma es donde los materiales transportados por las burbujas (colchn de espuma) sonremovidosdelaespumapordrenajedelaespumay/olavadodelaespuma.Laceldase disea para asegurar unaeficientezona quieta de espuma que permite un flexible manejo de la espuma. El tiempo de residencia de la zona de la espuma vara de cuatro segundos a un minuto. Estas zonas se denotan claramente en la figura 23. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 39 Figura 23. Esquema de una celda Jameson con ms de un dawcomer 4.6.CELDA DE FLOTACIN EKOFLOT. Esotrotipodemquinadeflotacinneumtica,quefuediseadaporelDr.RainerImhofen Alemania.Estaceldasevieneaplicandoindustrialmentedesde1987enlaflotacindecarbn, magnesita,calcita(CaCO3)yotroscomoremediacindeterrenos.Porprimeravezseutilizen flotacin de sulfuros metlicos de cobre en la Ca Minera Michilla S.A de Chile. Estas celdas Ekoflot trabajan con un aireador auto-succionante, lo que garantiza una aireacin limpia y sin costo. Genera una alta interaccin partcula-burbuja y adherencia, lo cual se traduce en una flotacin exitosa pese al breve tiempo de mezclado. Un esquema de esta celda se muestra en la Figura 4.24 Figura 4.24 Esquema de la celda Ekoflot. LaCeldaEkoflotcuentaconunconoquesedesplazahidrulicamentequepermiteaumentaro disminuir el volumen de espuma, para rebosar en forma lenta o rpida el concentrado. Tambin esta formadeoperarpermiteincrementarodisminuirlarecuperaciny/olaleydelconcentrado,de acuerdo a las variaciones de la ley de cabeza. En este sistema de flotacin, la agitacin se realiza por PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 40 laaccindelaireapresinqueingresajuntamenteconlapulpaformandoburbujasalascualesse adhierenlaspartculasdemineralhidrofobizadoporalgncolectoryfortalecidaporunespumante, favoreciendo de esta manera una alta recuperacin, an cuando las partculas sean gruesas.

Figura 4.25. Esquema de la celda Ekoflot modificada LaHumboldtWedagGmbHhaoptimizadoestaceldaneumticadeflotacindenominadaahora Pneuflot,instalandolosdispositivosespecficosenlaceldapararealizarciertastareasypara asegurarlo siguiente: La pulpa sigue siendo estableLa velocidad del proceso de la flotacin se maximiza; Se reduce al mnimo el desgaste. El diseo de la celda Pneuflot incluye lo siguiente: 1.Un tanque de condicionamiento externo para asegurar el tiempo de residencia adecuado para mezclamiento de los reactivos de la flotacin. 2.Un reactor externo para airear la pulpa. El aireador puede ser aspirado por l mismo (basado en el principio del Venturi) o provedo de un compresor de aire. Se reduce al mnimo el tiempo de flotacin porque la fijacin de las partculas aeroflicas a las burbujas de aire puesto que la pulpapasaatravsdelaireador.Laspartculasquenoseadhierenalasburbujasdeaire tienen una segunda oportunidad mientras que descienden a la parte ms profunda de la celda 3.Tanque cnico que evita el enarenamiento. 4.El distribuidor circular asegura la descarga de la pulpa aireada dentro de la celda. 5.Uncrowderajustabledelaespumaaseguradequeeldiseoestndardelrecipientese pueda utilizar para diversos usos tales como desbaste, barrido o limpieza.6.La unidad de flotacin neumtica ofrece alta capacidad con pequeo consumo de energa.7.La celda es ms barata que las convencionales.8.Pocas piezas desgastables y bajo requerimiento de energa. Figura 4.26. La celda Pneuflot La celda Pneuflot puede por lo tanto proporcionar ahorros substanciales en costos de operacin con respecto a las celdas convencionales de agitacin,a travs de producciones ms altas de producto. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 41 Adems, el espacio y los ahorros de la energa alcanzados estn arriba del 40%. Las instalaciones se extiendendelaconcentracindelcarbnydellignitohastalaproduccindelamagnetitayala concentracin del mineral de cobre. Una unidad experimental es decir, una Pneuflot est disponible para demostrar eficiencia. 4.7.CELDA DE TRES PRODUCTOS La columna de tres productos (C3P), y tambin los resultados de la flotacin de minerales y relaves a escaladelaboratorioypiloto.LacolumnaC3Ppermitelaextraccinselectivadelproductodrenado de la espuma (tercer producto)y posee una segunda agua de lavado en la zona intermedia entre la alimentacin y la zona de espuma. Esta celda ha sido probada en la flotacin de limpieza, scavenger y de relaves de minerales de oro, sulfuros de cobre, plomo y zinc. Losresultadosdemuestranquelasrecuperacionesmetalrgicassonprcticamentesimilaresenlas columnasconvencionales(rectas),perolasleyesdelaC3Psonsiempresuperiores.Laseparacin del material drenado de la espuma (mixto y fino de ganga) y el agua de BIAS adicionada en la zona intermedia, permiten la obtencin de concentrados limpios. El comportamiento particular de la columna C3P se debe a la eliminacin del material de recirculacin (mixtosygangafina)delainterfaseespuma-pulpa,normalmenteencontradoenlascolumnas convencionalesyporladisminucindelarrastrehidrodinmicodeultrafinosdegangadelazona intermedia. El tercer producto, dependiendo de la ley, puede serclasificado, molido y recirculado o simplemente descartado.Cuandoseutilizacomocolumnadeflotacinrougher-flash,seobtienenconcentrados con leyes de cobre de 40 % (2 % insoluble) y recuperaciones de 33,5 %. En relaves de flotacin de minerales de oro se alcanzaron recuperaciones de 15 % con leyes de 160 g/t. En la flotacin de limpieza de un mineral sulfurado de plomo y zinc, las recuperaciones fueron del orden de 92-94 % en las columnas recta y en la C3P, ms las leyes de la modificada fueron mayores, 80-82 % de sulfuro (70% en la columna recta). Los parmetros operacionales y de diseo de la columna y los resultados se discuten en trminos de lasvariacionesenlosfenmenosdetransporteenlasdiversaszonasdelacolumnaC3Pyenlas caractersticas fsicas de la pulpa en ambas columnas.Es comparable tambin el potencial tcnico y eleconmicodeestanuevaceldadeflotacincolumnar,sudesarrolloylasaplicacionesenel tratamiento de minerales. En la columna C3P se distinguen cuatro zonas de longitud variable, figura 4.27: -Zona de recoleccin, ubicada entre el burbujeador y el punto de alimentacin, de tamao variable. -Zona de lavado secundario o intermedio, entre un punto de alimentacin y el punto desde donde se adiciona el agua de lavado II, de tamao variable. -Zona de partculas drenadas (drop-back), ubicada en la parte inferior de la interfase pulpa-espuma; -Zona de limpieza o fase espuma, localizada en la parte superior de la columna, es decir, el rebose. MECANISMOS INVOLUCRADOS Y PRINCIPALES VENTAJAS DE LA C3P EN RELACIN A LA CELDA COLUMNA LosdiversosresultadosobtenidosylasprincipalesventajasdelaC3PenrelacinalaCCson debidos fundamentalmente a los siguientes factores: PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 42 Fig. 4.27. Esquema de la celda de tres productos C3P 1.La C3P se comporta como una columna de clasificacin de partculas en base a la hidrofobicidad y al tamao. As las partculas hidrofbicasy de tamao medio que tienen unaalta velocidad de flotacinsontransferidasrpidamentealconcentradoresistiendoaldrenado.Losmiddlings, partculasmixtas,opartculasmenoshidrofbicas,dependiendodelasfuerzasdeadhesiny tamao, son drenadas por el agua de lavado y colectadas junto con la ganga fina arrastrada, en el tercer producto. En las columnas convencionales, parte del material drenado permanece en la interfase pulpa-espuma (recirculando), otra fraccin retorna a la espuma y sale como concentrado contaminando, otra es transferida al relave; y una parte de la fraccin es drenada nuevamente de laespuma.Porlotanto,enestaCC,lasrecuperacionessonmayoresylasrazonesde enriquecimiento estn limitadas por la recirculacin del material drenado (ver figura abajo 4.28). 2.EnlaC3P,lapartesuperiordelazonaderecoleccineslibredeproductosdelaespumay recirculaciones.Estazonapermanececonstanteentrminosdecontenidodeslidos,leyes, viscosidad, presin y "hold-up" de aire. El agua de lavado secundaria reduce el grado de arrastre yatrapamiento(entrainmentyentrapment)degangafinayesresponsabledelBIASenla columna. Como consecuencia, la pulpa en la zona de coleccin en la columna modificada queda constante,mantenindosesinalteracionessignificativasladensidad,laviscosidad,el HOLDUPdegas,eldimetromedioyelnmerodeburbujas(verfiguraabajo).Elefectode enriquecimientodelaC3Phaceque,independientementedelaleydelmineraldevalorenla alimentacin,losconcentradosobtenidossonsiempredeunaleymayoralosobtenidosenla Celda Columna. 3.Elmaterialdrenado,porotrolado,dependiendodelacalidad(ley,liberacin,etc.)delsistema mineral, puede ser:1)clasificado enel caso de la presencia de mixtos e ultrafinos de ganga; 2) descartadocuandolaproporcindefinosdegangaarrastradosesgrandeo3)mezcladoal concentrado cuando los mixtos drenados contengan leyes intermedias. Esto ltimo fue observado en la flotacin de limpieza de concentrados primarios de cobre con granulometra gruesa. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 43 Fig. 4.28. Comparacin de flujos entre la CC y la C3P BENEFICIOS METALRGICOS, ECONOMICOS Y AMBIENTALES LaincorporacindelaC3Penplantasdetratamientodemineralespuedegenerarlossiguientes beneficios metalrgicos, econmicos y ambientales: 1.Obtencin de concentrados de mayor ley y con menor contenido de impurezas, independiente delaleydelmineralquesealimentealaC3P.Ejemplos:C3Pcomounidaddeseparacin primariarpidaycomoequipamientoparaeltratamientoderelave.Losestudioscon alimentacin primaria de sulfuros de cobre permiten producir concentrados muy limpios, con leyes de cobre superiores a 40%, bajo contenido de material insoluble (2%) y recuperaciones decobre sobre 32%.Estos resultados permiten sugerir el empleodela columna modificada como unidad de flotacin rpida (rougher-flash flotation. 2.Reduccin de etapas de remolienda y obtencin de concentrados finales. 3. La mezcla del concentradoy del tercerproducto, en los estudios de flotacin de minerales decobre en concentradosprimarios sin remolienda, presentaleyesde cobre e insoluble del mismoordendelconcentradofinaldelaplantaindustrial.Estosresultadosdemuestranque conlaC3P,anoperandodeformaabierta(concentrado+tercerproducto),esposiblela obtencindeconcentradosenriquecidos.Laaccindelimpiezadelazonaintermedia garantiza esta alternativa, lo que no es posible en la CC por las razones antes expuestas. Los principales beneficios son la reduccin en el consumo energtico y de los cuerpos moledores en funcin de la eliminacin de la etapa de remolienda del diagrama de flujo de la planta. 4.LaincorporacindelaC3Pcomounidaddeflotacinrpidapresentabeneficiostalescomo reduccindelnmerodeceldasconvencionales,ycostosdemolienda.Enuncircuito convencionaldemineralessulfuradosdecobreuoro,normalmente100%delamasadel concentrado de la primera etapa de flotacin (rougher) debe ser sometida a remolienda. El producto drenado, con leyes de cobre e insoluble del orden de los concentrados primarios, puede ser remolido y flotado en columna convencional para producir concentrados con leyes equivalentes al concentrado final. El relave de la columna modificada puede ser beneficiado para producir un relave final y los concentrados obtenidos pueden ser remolidos y, posteriormente, recirculados, dependiendo de su ley, a la etapa de flotacin primaria o de limpieza. 3. Uso de la C3P como unidad de tratamiento derelaves.EnestetipodeusolaC3Ppresentalasmayoresrazonesdeenriquecimiento(ley concentrado/leyalimentacin) alcanzandovalores prximos de 70 en el casode relave de oroy26, en relave de minerales de cobre. LaC3Peneltratamientoderelaves,ademsdelosbeneficioseconmicosresultantesdela reduccin del nmero de etapas de flotacin para producir un concentrado final de alta ley, contribuye a disminuir el impacto ambiental, reduciendo la concentracin de elementos y reactivos poluentes en las aguas de descarte y la masa de slidos contaminados con esos reactivos. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 44 4.8. CELDA DE CONTACTO AMINPRO Esunaceldadeflotacinquemezclaypresurizapulpasdemineralesenaguayaireysueltala emulsin en una columna de separacin. Se usa en: -Flotacin Flash-Flotacin de gruesos (Ej. Industria de fosfatos)-Separacin de aceite (alquitrn) y arenas (Industria de alquitrn)-Separacin de aceite y agua (Industria pesquera, medio ambiente)-Recuperacin de Molibdenita-Para lograr altas recuperacin y altas leyes de concentrado en una sola etapa.-Otros beneficios en comparacin a flotacin convencional: -Reduccin en costos de capital-Reduccin en rea de la flotacin-Reduccin en costos operativos (Energa primordialmente) La Celda Contacto Aminpro Enelao2004,laCeldadeContactoAminprorecibimejorasensudiseo.Elnuevodiseoesta siendo probado en la concentradora de Phelps Dodge Bagdad en Arizona, USA. Lo nuevo incorpora: Un rediseo del contactador asegurando que la cavitacin hidrulica produzca mejoras en el contacto de partcula-burbuja. Introduccin de un sistema de anti-corto circuito de la alimentacin. AlimentoSpargersConcentradoRelaveAireVlvulapinchAgua de lavado Figura 4.29. Esquema de la Celda de Contacto AMINPRO. PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 45 Figura 4.30. Sistema de Control automtico de la Celda de Contacto AMINPRO PROCESAMIENTO DE MINERALES MINERALRGIA IIING. NATANIEL LINARES G. 46 PROBLEMAS PROPUESTOS 1.En una Planta Concentradora, se desea dimensionar un circuito de flotacin de limpieza de mineral de Cu se cuenta con los siguientes datos: -El mineral fresco que entra al circuito rougher es de 2400 tcs/da con una gravedad especfica de 3,8 y un 38% de slidos. -El relave de la limpieza constituir una carga circulante del 20%. -Seestimaqueelcompsito(Mezcla)delmineralfrescoycargacirculanteensayael2%deCuyun tiempo de flotacin de 10 minutos. -Durante la flotacin rougher se obtiene un concentrado de 10% de Cu con un 90% de recuperacin. -La limpieza se debe hacer a 20% de slidos y con un tiempo de flotacin de 5 minutos. Se pide: 1.Determinar el volumen total neto necesario para el circuito rougher en m3. 2.Determinar el nmero de celdas que deber utilizarse. 3.Determinar el volumen total neto necesario para el circuito de flotacin de limpieza en m3. 4.Determinar el nmero de celdas que deber utilizarse. 5.Use las tablas que se da a continuacin. 2.