Bach. Ing. Metalrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD
FLOTACIONI. FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE FLOTACIN La definicin
tradicional de flotacin dice que es una tcnica de concentracin de
minerales en hmedo, en la que se aprovechan las propiedades
fsico-qumicas superficiales de las partculas para efectuar la
seleccin. En otras palabras, se trata de un proceso de separacin de
materias de distinto origen que se efecta desde sus pulpas acuosas
por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades
hidroflicas e hidrofbicas. Segn la definicin, la flotacin contempla
la presencia de tres fases: slida, lquida y gaseosa. La fase slida
est representada por las materias a separar, la fase lquida es el
agua y la fase gas es el aire. Los slidos finos y liberados y el
agua, antes de la aplicacin del proceso, se preparan en forma de
pulpa con porcentaje de slidos variables pero normalmente no
superior a 40% de slidos. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se
inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros
sobre los cuales se adhieren las partculas slidas. Para lograr una
buena concentracin se requiere que las especies que constituyen la
mena estn separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas
previas de chancado y molienda. Para la mayora de los minerales, se
logra un adecuado grado de liberacin moliendo a tamaos cercanos a
los 100 micrones (0,1 mm). Al aumentar el tamao de la partcula,
crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto
que las partculas muy finas no tienen el suficiente impulso para
producir un encuentro efectivo partcula burbuja. FLOTACIN BULK:
Recuperacin de todas las especies valiosas (oro, plomo, plata,
zinc, cobre, etc.) en un solo producto llamado Concentrado Bulk.
REACTIVOS DE FLOTACION: Los reactivos de flotacin se dividen en:
colectores, espumantes y modificadores. Colector: Compuesto orgnico
heteropolar que se absorbe selectivamente sobre la superficie de
las partculas, haciendo que estas se vuelvan hidrfobas (aerfilas).
Ejemplo: xantatos que se utilizan en la flotacin de
sulfuros.Correo: [email protected] Pgina 1
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Los colectores usados con mayor frecuencia son los xantatos y
los aerofloats. Sin los colectores los sulfuros no podran pegarse a
las burbujas y stas subiran a la superficie sin los minerales y los
sulfuros valiosos se iran a las colas. Una cantidad excesiva de
colector hara que flotarn incluso los materiales no deseados
(piritas y rocas) o los sulfuros que deberan flotar en circuitos
siguientes. As por ejemplo, en el caso de la flotacin de minerales
de plomo-zinc-pirita, en el circuito de plomo se mantiene deprimido
el zinc, para flotarlo posteriormente en su respectivo circuito;
pero un exceso de colector podra hacer flotar el zinc junto con el
plomo. Una cosa similar sucedera en el circuito de zinc con un
exceso de colector, haciendo flotar la pirita que se encuentra
deprimida por el efecto de la cal adicionada. Espumante: Son
agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de: 1. Estabilizar
la espuma 2. Disminuir la tensin superficial del agua 3. Mejorar la
cintica de interaccin burbuja partcula 4. Disminuir el fenmeno de
unin de dos o ms burbujas (coalescencia) Modificadores: Estos
reactivos pueden ser de tres tipos: modificadores de pH,
activadores y depresores. Modificadores de pH: El pH indica el
grado de acidez o de alcalinidad de la pulpa. El pH 7 es neutro (ni
alcalino ni cido) y corresponde al agua pura. De 0 a 6 es cido y de
8 a 14 es alcalino. El pH se mide con un aparato llamado
potencimetro o con un papel tornasol. Cada sulfuro tiene su propio
pH de flotacin, donde puede flotar mejor. Esta propiedad vara segn
el mineral y su procedencia. Los reguladores de pH tienen la misin
de dar a cada pulpa el pH ms adecuado para una flotacin ptima. La
cal es un reactivo apropiado para regular el pH, pues deprime las
gangas y precipita las sales disueltas en el agua. La cal se puede
alimentar a la entrada del molino a bolas. Es importante usar
dosificadores automticos para estar seguros de la cantidad de
reactivo dosificado a las pulpas (Fig. 3). Hay reactivos slidos y
lquidos.
Activadores: Son reactivos qumicos orgnicos o inorgnicos que
ayudan alcolector a adsorberse en la superficie del mineral a
flotar. Sulfato de Cobre (CuSO4): El CuSO4 5 H2O, sulfato de cobre
con 5 molculas de agua, forma cristales azules brillantes
asimtricos del sistema triclnico con una densidad de 2.28 g/ml. Es
un activador de la esfalerita, tambin pirita, calcopirita,
pirotita, arsenopirita y cuarzo.
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Depresores: Son reactivos qumicos orgnicos o inorgnicos que
impiden la accin del colector en la superficie del mineral. Cianuro
de Sodio (NaCN): Son cristales en forma de pellets de color
blanquecino, se usan para el recubrimiento y depresin de minerales
sulfurados de fierro, cobre y zinc Bisulfito de Sodio (NaHSO3): Es
un depresor para sulfuros de zinc y fierro. Se usa en reemplazo del
cianuro de sodio particularmente en minerales con contenido de
plata, la adicin del agente reductor sulfito de sodio o bisulfito
de sodio previene la oxidacin y por consiguiente, la activacin
resultante de la esfalerita Sulfato de Zinc (ZnSO4): El ZnSO4 7
H20, son cristales incoloros; es uno de los reactivos reguladores
principales de accin depresoras, utilizada para la flotacin
selectiva de minerales de cobre y plomo de la esfalerita.
En el cuadro podemos ver algunos reactivos aplicados a minerales
especficos
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En el siguiente diagrama podemos ver las etapas en las que se va
adicionando los reactivos a la pulpa en un circuito de molienda
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Mecanismos de Flotacin Para estudiar el mecanismo de la flotacin
es necesario conocer lo que sucede con la partcula de mineral y una
burbuja de aire para que ellos formen una unin estable. El proceso
de flotacin est basado sobre las propiedades hidroflicas e
hidrofbicas de los slidos a separar. Se trata fundamentalmente de
un fenmeno de comportamiento de slidos frente al agua, o sea, de
mojabilidad de los slidos. Los metales nativos, sulfuros de metales
o especies tales como grafito, carbn bituminoso, talco y otros, son
poco mojablesCorreo: [email protected] Pgina 5
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por el agua y se llaman minerales hidrofbicos. Por otra parte,
los minerales que son xidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y
otros son hidroflicos, o sea, mojables por el agua. Se puede
observar adems que los minerales hidrofbicos son aeroflicos, es
decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que
los minerales hidroflicos son aerofbicos, o sea, no se adhieren
normalmente a ellas. En resumen, es necesario incrementar la
propiedad hidrfoba en las partculas minerales de una pulpa para
facilitar la flotabilidad. Esto se efecta con los reactivos
llamados colectores, que son generalmente compuestos orgnicos de
carcter heteropolar, o sea, una parte de la molcula es un compuesto
evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un grupo polar con
las propiedades inicas, es decir, con carga elctrica definida. La
partcula queda cubierta por el colector que se adhiere a su
superficie por medio de su parte polar, proporcionndole con la
parte polar propiedades hidrofbicas. El agregado de espumantes,
como se ha dicho, permite la formacin de burbujas de tamao y
calidad adecuada para el proceso. Pues bien, el contacto entre las
partculas y las burbujas requiere que las primeras estn en
constante agitacin, la cual la otorga el rotor de la mquina de
flotacin, de modo que para realizar la unin con las burbujas son
necesarios: a) su encuentro y b) condiciones favorables para formar
el agregado. El contacto partcula-burbuja se acerca hasta el punto
en que la pelcula de agua que las separa es muy fina. En este
momento para que la partcula pueda acercarse ms a la burbuja tiene
que superar lo que se considera una barrera energtica. Para las
partculas hidroflicas, en que la asociacin de la partcula con las
molculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las
partculas no flotan. Para las partculas hidrofbicas, la barrera
queda repentinamente rota por fuerzas no bien conocidas,
permitiendo un contacto trifsico (slido-lquido-gas). Variables
Operacionales Relevantes en el Proceso Algunas de las variables de
mayor importancia para el proceso de flotacin son: Granulometra:
Adquiere gran importancia dado que la flotacin requiere que las
especies minerales tiles tengan un grado de liberacin adecuado para
su concentracin. Tipo de Reactivos: Los reactivos pueden
clasificarse en colectores, espumantes y modificadores. La
eficiencia del proceso depender de la seleccin de la mejor frmula
de reactivos. Dosis de Reactivo: La cantidad de reactivos requerida
en el proceso depender de las pruebas metalrgicas preliminares y
del balance econmico desprendido de la evaluacin de los consumos
Densidad de Pulpa: Existe un porcentaje de slidos ptimo para el
proceso que tiene influencia en el tiempo de residencia del mineral
en los circuitos.Pgina 6
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Aireacin: La aireacin permitir aumentar o retardar la flotacin
enbeneficio de la recuperacin o de la ley, respectivamente. El aire
es uno de los tres elementos imprescindibles en el proceso de
flotacin, junto con el mineral y el agua. Regulacin del pH:La
flotacin es sumamente sensible al pH,especialmente cuando se trata
de flotacin selectiva. Cada frmula de reactivos tiene un pH ptimo
ambiente en el cual se obtendra el mejor resultado operacional.
Tiempo de Residencia: El tiempo de residencia depender de la
cintica de flotacin de los minerales de la cintica de accin de
reactivos, del volumen de las celdas, del porcentaje de slidos de
las pulpas en las celdas y de las cargas circulantes. Calidad del
Agua: En las Plantas la disponibilidad de agua es un problema.
Normalmente se utiliza el agua de recirculacin de espesadores que
contiene cantidades residuales de reactivos y slidos en suspensin,
con las consecuencias respectivas derivadas por este flujo de
recirculacin.
CELDAS DE FLOTACION: Funciones: 1. Mantener todas las partculas
en suspensin dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de
prevenir la sedimentacin de stas. 2. Producir una buena aireacin,
que permita la diseminacin de burbujas de aire a travs de la celda.
3. Promover las colisiones y adhesiones de partcula-burbuja. 4.
Mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de
espuma. 5. Proveer un eficiente transporte de la pulpa alimentada a
la celda, del concentrado y del relave. 6. Proveer un mecanismo de
control de la altura de la pulpa y de la espuma, la aireacin de la
pulpa y del grado de agitacin.
Caractersticas: 1. Facilidad para la alimentacin de la pulpa en
formas contina. 2. Mantener la pulpa en estado de suspensin. 3. No
debe ocurrir la sedimentacin de las partculas. 4. Separacin
adecuada del concentrado y del relave
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Eficiencia La eficiencia de una celda de flotacin se determina
por los siguientes aspectos: 1. Tonelaje que se puede tratar por
unidad de volumen. 2. Calidad de los productos obtenidos y
recuperaciones. 3. Consumo de energa elctrica, reactivos,
espumantes y otros reactivos, con el fin de obtener los resultados
ptimos. 4. Gastos de operacin y mantencin por tonelada de mineral
tratado. CELDAS DE FLOTACIN MECNICAS Las celdas de flotacin
mecnicas tienen tres zonas tpicas: La zona de agitacin es aquella
donde se produce la adhesin partcula-burbuja. En esta zona deben
existir condiciones hidrodinmicas y fisicoqumicas que favorezcan
este contacto La zona intermedia se caracteriza por ser una zona de
relativa calma, lo que favorece la migracin de las burbujas hacia
la superficie de la celda. La zona superior corresponde a la fase
acuosa, formada por burbujas. La espuma descarga por rebalse
natural, o con ayuda de paletas mecnicas. Cuando la turbulencia en
la interfase pulpa -espuma es alta se produce contaminacin del
concentrado debido al arrastre significativo de pulpa hacia la
espuma.
Reactivos de Flotacin Utilizados en laboratorio Colector XANTATO
Z5 Propiedades qumicas y usos Es un producto que se aplica
generalmente en aquellas operaciones que requieren el ms alto grado
de poder colector. Se usa en la flotacin de minerales sulfurosos
de
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cobre. Los xantatos tienden a descomponerse en soluciones con un
pH inferior a 6.0. Se aplica con especial xito en la flotacin de la
pirita que contiene oro. Precauciones de Manejo Los xantatos son
estables durante largos perodos de tiempo, siempre y cuando se
almacenen en un lugar seco y fresco. Las personas que manejan las
xantatos deben tomar ciertas precauciones. Debe evitarse la llama
viva o el fuego, puesto que las xantatos y algunas de sus productos
de descomposicin son combustibles. Los xantatos, en trminos
generales, deben manipularse con el mismo grado de precaucin que se
aconseja para otros productos qumicos orgnicos
Qu se puede hacer despus de que haya ocurrido la contaminacin?
La contaminacin que ocurre poco a poco generalmente no se puede
detectar hasta que el problema ha alcanzado una medida grave. El
resultado es que la limpieza de la contaminacin sea un proceso
complicado, caro, y a veces imposible. En general, una comunidad
cuyas aguas subterrneas han sido contaminadas tiene cinco
opciones:
Retener los contaminantes para prevenir su migracin desde el
punto de origen. Extraer los contaminantes del acufero. Tratar las
aguas subterrneas en el lugar de extraccin o antes de usarlas.
Rehabilitar el acufero por medio de inmovilizacin o detoxificacin
de los contaminantes, mientras que estos todava se encuentren en el
acufero. Abandonar el uso del acufero y buscar manantiales
alternativos para agua potable.
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Varios factores determinan cul es la mejor opcin, incluyendo el
tipo y magnitud de contaminacin, las condiciones geolgicas, si las
leyes requieren ciertas acciones especficas, y cuanto dinero es
disponible para el proyecto. Todas estas opciones son caras. Los
varios mtodos de tratamiento tienen costos muy altos y muchas
dificultades tcnicas, y de manera que muchas comunidades optan por
abandonar el acufero cuando se enfrentan con contaminacin de su
agua subterrnea. La comunidad entonces tiene que encontrar otro
abastecimiento de agua, o taladrar nuevos pozos ms lejos del rea
contaminada. La depuracin de las aguas: (Los desechos transportados
por el agua requieren de un tratamiento eficaz en plantas
depuradoras para destruir los elementos contaminantes, antes de ser
vertidas a los ros y al mar.
Mineral polimetlico Caso : Mineral con leyes : 1 % Pb , 1%Cu ,
1% Zn, 10 oz Ag/TM, y ganga
Un mineral polimetlico como el que se muestra, se flota para
obtener concentrados de cobre, plomo y zinc por separado, para lo
cual se tienen las siguientes pautas: pH de la pulpa alrededor de 8
en la primera flotacin ( bulk) deprimir el mineral de zinc en el
molino, con la adicin de alguno de los depresores para blenda, en
este caso usaremos la mezcla de cianuro de sodio y sulfato de zinc
( en proporcin uno de cianuro y tres de sulfato) acondicionar la
pulpa con un ditiofosfato como colector principal ( A-208 A404) y
como colector secundario un xantato ( Z-6 ) se obtiene un
concentrado bulk (plomo-cobre-plata) , el que luego ser limpiado y
despus acondicionado con un depresor (en este caso para el cobre)
el depresor de cobre a usar es una solucin de cianuro de sodio que
se agregar en exceso , hasta que se note que ya la calcopirita no
flota en las celdas de separacinPgina 10
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de esta manera tendremos un concentrado de cobre que saldr por
donde corrientemente sale el relave y otro concentrado que continu
flotando (plomoplata) el relave de este primer circuito de flotacin
bulk es luego acondicionado con sulfato de cobre para activar a la
esfalerita ( que se deprimi en la molienda ) se sube el pH de la
pulpa con lechada de cal hasta 10 y se adiciona en el
acondicionador el colector ( Z-11) y un espumante (D-250) se flota
la esfalerita en el relave iran las piritas, gangas y otros
componentes del relave
La dosificacin de los reactivos es el resultado de la evaluacin
de variables de flotacin hecha con el mineral en el laboratorio
metalrgico Ejemplo de adicin de xantato en solucin al 10 % : Si la
mejor dosis es 50 g por tonelada de mineral : a) Para una prueba en
laboratorio, con medio kilogramo de muestra, el peso de xantato ser
: 50 mg por kg y para la muestra de kg ser 0,025 g b) Para preparar
la solucin de xantato al 10 % pesamos 10 gramos de xantato y
adicionamos a 90 ml de agua, quedando una solucin con una densidad
aproximada a 1 g/cc c) De la solucin anterior, tomamos 0,25 ml y
aadimos al molino que previamente ha sido cargado con la muestra
mineral y el agua
Ejemplo de adicin de A-208 puro Si la dosis encontrada es :
0,025 g / TM Para la muestra de mineral de kg = 0,0125 g La
densidad del A-208 es 1,15 g / cc Volumen de A-208 = 0,0125 / 1,15
= 0,01087 cc 20 gotitas de este colector hacen un cc Y para este
caso se aadir (20)(0,01087) / (1) = 0,217 gotitas
Ejemplo de adicin de A-208 en solucin al 10 % Para la muestra de
mineral de kg se requiere 0,0125 gramos de A-208
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Para preparar una solucin de A-208 al 10 % : tomamos 0,87 cc de
A-208 puro ( 1 gramo ) y lo aadimos a 9 ml de agua ( 9 gramos) Esta
solucin contiene 1 g de A-208 por cada 9,87 cc Entonces la dosis
ser 0,123 cc de solucin al 10 % (20)(0,123) / (1) = 2,46
gotitas
% Cu Cabeza Concentrado Cu Concentrado Pb Concentrado Zn Relave
1 30 0,9 1 0,08
% Pb 1,1 1 68 0,9 0,09
% Zn 1,2 1,1 0,9 61 0,09
Oz Ag / TM 10 8,6 380 7,9 3,6
Balance de materiales: F 1F = A + B + + 1C + 0,9 C + 61 C C +
T
= 30 A + 0,9 B + 68 B
+ 0,08 T + 0,09 T + 0,09 T
1,1F = 1 A
1,2F = 1,1 A + 0,9 B A: Concentrado de cobre B: Concentrado de
plomo C: Concentrado de zincCorreo: [email protected]
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PARA EL CLCULO DEL CONCENTRADO DE COBRE (A) :1 1 1,1 1,2 1 30 1
1,1 1 0,9 68 0,9 1 0,9 68 0,9 1 1 0,9 61 1 1 0,9 61 1 0,08 0,09
0,09 1 0,08 0,09 0,09
A = (F)
Se resta columna a columna, quedando determinantes de 3x30 -0,1
66,9 -0,3 0 -29,1 67 -0,2 0 0,1 -67,1 60,1 0 0,1 -67,1 60,1 0 -0,92
-0,81 -60,91 0 -0,92 -0,81 -60,91
A= (F)
A = (F)
-0,1 66,9 -0,3 -29,1 67 -0,2
0,1 -67,1 60,1 0,1 -67,1 60,1
-0,92 -0,81 -60,91 -0,92 -0,81 -60,91
Multiplicamos en equis .. Restndolos : ejm : (-0,1) (60,1) -
(-0,3) (0,1) = -5,98 (-0,1) (-67,1) - (66,9) (0,1) = 0,02 y as el
resto
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A=F
-5,98 0,02 -1748,89 1945,91
49,201 -61,813 49,201 -61,813
A = F [(-5,98) (-61,813) (0,02) (49,201)] /[ (-1748,89)
(-61,813) (1945,91) (49,201)]
A = F ( 368,65772 ) / ( 12363,41966 )
= (F) 0,029818426
Para una cabeza de 1000 TMS : A = Concentrado de cobre : 29,818
TMS
PARA EL CLCULO DEL CONCENTRADO DE PLOMO (B) :
B = F
1 1 1,1 1,2 1 0,9 68 0,9
1 30 1 1,1 1 30 1 1,1
1 1 0,9 61 1 1 0,9 61
1 0,08 0,09 0,09 1 0,08 0,09 0,09
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B=F
29 -0,1 -0,1 29,1 -67 0,2
-29 -0,1 59,9 -29 -0,1 59,9
-0,92 -0,81 -60,91 -0,92 -0,81 -60,91
B =F
1734,2 -5,8 1748,89 -1945,91
1821,498 23,398 1821,498 23,398
B = (1000) (51141,5) / (3585391,701) = 14,264 TMS de Concentrado
de plomo
PARA EL CONCENTRADO (C):
C= F
1 1 1,1 1,2 1 1 0,9 61
1 30 1 1,1 1 30 1 1,1
1 0,9 68 0,9 1 0,9 68 0,9
1 0,08 0,09 0,09 1 0,08 0,09 0,09
C = (1000) (-63102,75054) / (-3597755,121) = 17,539 TMS de
Concentrado de Zinc
y el cuadro del balance metalrgico queda de la siguiente manera
:
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