CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, S.C. PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES Mecanismo de aglomeración para la recuperación de materia orgánica a partir de jales de plantas lavadoras Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en Ciencias de Materiales presenta: Gema Trinidad Ramos Escobedo DIRECTORES DE TESIS DR. ERASMO ORRANTIA BORUNDA DRA. EMMA TERESA PECINA Chihuahua,Chih. Febrero 2016
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Mecanismo de aglomeración para la recuperación … Recuperación de partículas finas de carbón de los jales de Carbón en las plantas lavadoras ... Flotación de mineral aglomerado
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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES
AVANZADOS, S.C.
PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES
Mecanismo de aglomeración para la
recuperación de materia orgánica a partir de
jales de plantas lavadoras
Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en
Ciencias de Materiales presenta:
Gema Trinidad Ramos Escobedo
DIRECTORES DE TESIS
DR. ERASMO ORRANTIA BORUNDA
DRA. EMMA TERESA PECINA
Chihuahua,Chih. Febrero 2016
DEDICATORIA
A mi madre que ha sido para mí el mejor ejemplo que Dios puedo
regalarme en esta vida. Aunque no estuviste físicamente conmigo
MAMÁ, espiritualmente lo estuviste, porque es tu amor y
educación lo que me ha mantenido de pie aún ante todas las
adversidades que he tenido al tratar de cumplir este trayecto,
además de en mi enfermedad. Desde el cielo sé que siempre has
cuidado de mí y tu recuerdo y amor perdurará por siempre en mi
corazón.
A mi mejor amiga, quien me impulso a estudiar este posgrado, quien
siempre supo escucharme, regañarme en su momento pero sobre todo
transmitir su conocimientos siempre con humildad y sencillez. La
vida nos jugó rudo a las dos, pues solo Dios pudo separarnos
físicamente con tu partida junto a él. Sin embargo siempre estarás
presente en cada uno de los proyectos que emprendamos, porque tú
legado perdurará hasta que Dios nos vuelva a reunir gracias Dra.
Teresa Pecina.
A mi papá, mi hermano, a mi sobrina y seres queridos que aunque
no están conmigo físicamente, espiritualmente siempre lo estuvieron
presentes en mí corazón.
A Dios por darme una segunda oportunidad de vida para culminar
una promesa a este proyecto. Gracias por darme la fuerza de seguir
adelante a pesar que la vida ha sido difícil para mí en estos últimos
años.
AGRADECIMIENTO
Deseo externar mi agradecimiento a quienes hicieron posible la realización de este
proyecto:
A CONANCyT.
Por el apoyo económico otorgado para la realización de mi estancia de posgrado.
A PROMEP
Por el apoyo otorgado para poder lograr cumplir una de las metas de posgrado,
además del apoyo otorgado durante mi estancia durante el programa de doctorado.
A CIMAV-U. CHIHUAHUA.
Por todas las facilidades otorgadas durante mi estancia y por darme la oportunidad de
ingresar como estudiante en esta institución.
A mis Asesores
A mis asesores Dr. Erasmo Orrantia Borunda por su paciencia y comprensión, y por
cada instante que me dedicaron, a todos mis profesores que me apoyaron durante mi
estancia y me ayudaron a formarme personal y profesionalmente. Agradecimiento
muy especial a la Dra. Teresa Pecina, por el voto de confianza que tuvo hacia mí para
superarme académicamente, por transmitir sus experiencias siempre con humildad y
carisma.
A personal Técnico de CIMAV-ESI
A los técnicos del laboratorio: Karla Campos, Mónica Mendoza, Erika López, Alejandro
Benavidez, Silvia Miranda y Wilber Antúnez, por tener la paciencia y disponibilidad para
poder sacar este trabajo adelante. A Luis de la Torre, Enrique Torres y Pedro Castillo
por su gran disponibilidad y por compartir de sus conocimientos para la realizar las
pruebas experimentales de esta tesis.
A Laboratorio de Carbón de UAdeC-ESI. Gracias por darme la oportunidad de realizar
parte de los análisis de carbón en los laboratorios de esta institución, bajo la
supervisión del Ing. Hilario Cadena Cantú. Lo mismo que al Dr. Camacho Ortegón.
A mis Directores (ESI-UAdeC).
Agradecimiento muy especial al M.C. Héctor Torres Mireles por ser el director que me
permitió emprender este sueño, y concluirlo bajo la administración del Dr. Camacho
Ortegón. De igual manera al Srio. Administrativo Dr. Josué Enciso Cárdenas por el
apoyo otorgado durante mis ausencias para culminar esta meta.
A los investigadores de CIMAV.
Agradecimiento a investigadores como: Alejandro López, Virginia Collins, José Chacón,
Sergio Flores, Alejandro Vega, Guillermo González, Norma Flores, Mario Daniel
Glossman, Ana Arizmendi (Cimav- Mty), Hilda Piñón y Maquita (TECII) por los
conocimientos compartidos, su disponibilidad y dedicación para compartir sus
experiencias durante mi estancia por CIMAV.
A mis amigos.
Agradezco a Dios el haber puesto en mi camino a gentes humildes y de gran corazón
que me permitieron a lo largo de mi estancia por CIMAV, aprovechar de sus
conocimientos, pero sobre todo de su linda amistad, gracias: Sandra Cocha, Adriana
Chávez . Laura Chamorro, Andrés Burrola, Ana L. Olivas, Daniela Ramos, Cecilia Flores,
Raymundo Figueroa, Linda Martínez, Kathy Ramírez, Nora Sánchez y a todos mis
amigos fuera de CIMAV Sofía Villalobos, Carmen Carmona, Elsa Carranza, Roxana
Ramírez, Erandi Damián, Cinthia Holguín, y Flor Ureña que de alguna manera me
apoyaron durante la ejecución de la investigación realizada. Gracias a la Familia: Díaz
Gurrola, Martínez Mtz. Flores Estrada, Aguiñaga Aguilar y González del Río por sus
palabras de aliento y hacerme sentir siempre como parte de su familia.
A mis Evaluadores de Tesis.
Agradezco a los doctores: Lorena Álvarez, Antonia Luna, Fernando Camacho y Dr.
Alfredo Aguilar por sus valiosas observaciones y aportaciones a mi trabajo.
A mis Alumnos y Ex-Alumnos.
Agradezco a mis chiquillos de la ESI-UAdeC, quienes han sido mi fuente de energía y
gran apoyo durante mi ausencia por la universidad. Además de estar siempre dando un
mensaje de aliento y de tenerme siempre presente en sus oraciones. A todos ellos(as)
solo me resta decirles “Esto va por ustedes IRME y Geología de la UAdeC”.
Gracias también al Departamento de Compras y Posgrado en CIMAV.
Este proceso puede dividirse en dos fases: la fase inicial o de acoplamiento y la
fase secundaria o de sincronización. (Flint, Palmer et al. 2016), también incluye
una fase de acondicionamiento de la superficie que describe la interacción del
sustrato con el ambiente.
I. La adhesión inicial constituye el encuentro entre una superficie
acondicionada y un microorganismo planctónico. Esta fase es reversible y
depende de las variables fisicoquímicas de la superficie acondicionada y las
bacterias presentes en la cercanía de la superficie. Primero el organismo
deber ser conducido cerca de la superficie y una vez que alcanzan una
proximidad crítica, la adhesión dependerá de la suma neta entre las fuerzas
de atracción y repulsión generada entre las dos superficies (interacciones
electroestáticas, hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals, etc).
II. La segunda etapa de adhesión es la fase de anclaje y tiene lugar mediante
enlaces moleculares entre componentes celulares específicos y la
superficie. En esta etapa, en ausencia de intervención física o química, la
adhesión se hace irreversible.
pág. 48
Tras el inicial asentamiento puede existir una segunda colonización de
microorganismos que se beneficien de un ambiente protector y/o se alimenten de
los productos metabólicos de las otras bacterias. En esta comunidad secundaria
los mejores competidores (por espacio y/o nutrientes) pueden excluir a los más
débiles (Martini, Walter et al. 2003)
Una vez que las bacterias están irreversiblemente unidas a la superficie, comienza
el proceso de maduración de la biopelícula. La densidad total y la complejidad de
la biopelícula aumentan, así como, los microorganismos comienzan a replicarse
activamente y a morir. Los componentes extracelulares generados interaccionan
con moléculas orgánicas e inorgánicas formando el EPS. En este punto, la
biopelícula alcanza una masa crítica, y un equilibrio dinámico en el cual se
comienzan a producir células planctónicas en la capa más externa. Estos
organismos pueden escapar de la biopelícula y colonizar otras superficies. Ver
Figura 9.
Biopelículas.
La biopelícula se define como comunidades complejas de microorganismos y
polímeros extracelulares, fijos a una superficie, que pueden presentar una única
especie(Redmile-Gordon, Brookes et al. 2014) (Serra 2003). Regularmente una
biopelícula está conformada por una matriz de exopolisacárido que representan
aproximadamente el 50-90% del carbono orgánico total de biopelículas y se
considera que es el material de la matriz principal de biopelícula (Nielsen, Jahn et
al. 1997) (Wingender, Neu et al. 2000).
Estos Exopolisacáridos están principalmente compuestos de polisacáridos
extracelulares, proteínas, residuos celulares, dna, etc), que se adhiere a la
superficie del substrato.
pág. 49
Figura 9 Etapas de formación de la biopelícula. Etapa 1. La unión inicial de las células
a la superficie. Etapa 2. La producción de la matriz extracelular de ex polisacáridos. Etapa
3. El desarrollo temprano de la formación de la biopelícula. Etapa 4. La maduración de la
formación de la biopelículas. Etapa 5. La dispersión de la célula bacteriana de la
biopelícula.
pág. 50
CAPÍTULO 3
JUSTIFICACIÓN
Este trabajo de investigación tiene como finalidad lograr la aglomeración y
posterior beneficio de los residuos finos de carbón provenientes de las plantas
lavadoras de la Región Carbonífera de Coahuila. Generado ante la necesidad de
la industria que requieren del desarrollo de nuevas tecnologías aplicadas al
procesamiento de jales mineros.
Tomando en cuenta la gran cantidad en volumen de los jales de carbón generados
por las plantas lavadoras de la región, es posible aprovechar estos residuos
mediante el desarrollo e implementación de técnicas de tratamiento de partículas
finas, específicamente, la formación de flóculos y su posterior recuperación
mediante flotación.
Dada la selectividad del proceso, el cual pretende disminuir el contenido de
impurezas como cenizas y azufre de las partículas finas de carbón, éste
incrementa su poder calorífico generando un mayor valor agregado a este residuo,
el cual tendría ahora, posibilidades de ser comercializable.
El esquema de investigación involucra un aspecto innovador: Evaluar reactivos
alternativos como bacterias y aceites residuales en la aglomeración de finos de
carbón. Además, se cumple con la implementación de nuevas tecnologías más
amigables con el medio ambiente al emplear reactivos biodegradables
pág. 51
CAPÍTULO 4.
HIPÓTESIS
El uso de aceites vegetales, minerales y automotrices, además de bacterias,
capaces de interaccionar con la superficie mineral de partículas finas de
carbón, generaría cambios en las cargas superficiales que resultarían en la
formación de partículas que podrían ser recuperadas mediante flotación.
pág. 52
CAPÍTULO 5
OBJETIVO DEL PROYECTO
5.1 Objetivo General
Evaluar y desarrollar un proceso de recuperación de finos de Carbón a partir de
residuos mineros mediante aglomeración/flotación utilizando aceites orgánicos y
microorganismos extremófilos.
5.1.1. Objetivos Específicos
Evaluar la efectividad de reactivos químicos y biológicos en la
aglomeración de partículas finas de carbón.
Estudiar las variables metalúrgicas (tipo y concentración de floculante,
características mineralógicas, % peso de sólidos, pH) para optimizar la
floculación del residuos finos de carbón.
Determinar la cinética de flotación de partículas finas de carbón
empleando las condiciones óptimas de floculación.
Determinar la acción específica de los floculantes en la recuperación
selectiva de partículas de carbón sobre las partículas de la ganga
mineral. (Aglomeración más selectividad).
Establecer las condiciones más adecuadas para obtener un concentrado
comercializable
Proponer un posible mecanismo o mecanismos de la acción de los
reactivos empleados en el proceso de floculación/beneficio de los finos
de carbón.
pág. 53
CAPITULO 6
DESARROLLO EXPERIMENTAL
6.1 Muestras y Materiales
Los carbones utilizados en este proyecto corresponden a dos carbones tipo
bituminoso de distinto rango, cuya procedencia y denominación se da en la Tabla
5. Todos ellos son carbones recolectados de los patios de almacenamiento de las
Plantas lavadoras de carbón establecidas en la Región.
Cada una de las muestras de carbón fino fueron tamizados en húmedo empleando
las mallas -100+200, -200+400, y -400. La fracción comprendida entre 100+200, -
200+325 mallas fue separada para las pruebas de flotación y adhesión.
Para la realización de cada una de las pruebas de aglomeración con aceite se
empleó agua desionizada, alcohol etílico es de grado industrial. La acetona grado
analítico A.C.S. (Min. 99.7 y 4 tipos de aceites previamente seleccionados y
clasificados.
6.1.1 Preparación del carbón
Selección de las muestras
Para lograr una mejor eficiencia en el proceso de beneficio se realizó una
caracterización al carbón recolectado, siguiendo técnicas de cuarteo de acuerdo a
la norma ASTM D2234 / D2234M - 10 (ver Figura 10).
Tabla 5 . Procedencia y denominación de los jales de carbón recolectados en la Región Carbonífera de Coahuila
Sub-cuenca Procedencia Identificación de Muestra
Rio Escondido
Rio Sabinas
P.N.
Palaú
CFM
CFP
pág. 54
El cuarteo fue llevado a cabo a partir de 30 kg de cada una de las muestras de
carbón fino (CFP y CFM), obtenida de las plantas lavadoras ubicadas en las
Subcuencas antes mencionadas.
La preparación de las muestras se llevó a cabo en el laboratorio de preparación de
la ESI-UAdeC .
Figura 10 Técnica de Cuarteo.
6.2 Caracterización de las Muestras
Análisis próximo y elemental del carbón
Es imprescindible que las muestras tengan un pre-tratamiento que permita
analizar las muestras de acuerdo a la norma ASTM D5142-09. El pre-tratamiento
incluye secado, homogenización, cuarteo y tamizado (malla -60) de las muestras.
Con el producto final (aproximadamente 15 g) se realizan las mediciones del
análisis próximo. El análisis próximo incluye mediciones de análisis de humedad,
materia volátil, ceniza, como también poder calorífico y el carbón fijo. Esta
actividad se realizará en los laboratorios de la Escuela Superior de Ingeniería de la
Universidad Autónoma de Coahuila. Ver Tabla 6
pág. 55
Tabla 6 Normas A.S.T.M. establecidas para el análisis de Carbón.
DETERMINACIÓN APLICACIÓN GENERAL NORMA
Preparación de las
muestras
Reducción granulométrica según los análisis
a efectuar
A.S.T.M D2013-86
Modificada en 1994
Humedad Total Verificar condiciones contractuales A.S.T.M D3173-98
Cenizas Relación Combustible / Incombustible A.S.T.M D3174-97
Materia Volátil Indicar el rango del carbón.
Establecer características de combustión.
Base para compra-venta.
A.S.T.M D3175-93
Azufre Total y
formas de azufre
Evaluar procesos de lavado del carbón.
Determinar el potencial de contaminación
por emisión de gases sulfurosos.
A.S.T.M D4239-94
A.S.T.M D2492-94
Poder Calorífico
Bruto
Determinar el calor de combustión o aporte
de energía del carbón
A.S.T.M D3286-96
6.3 Análisis Granulométrico
El análisis granulométrico de los jales de carbón extraídos de las diferentes presas
de jales se llevó a cabo en húmedo para determinar su granulometría promedio.
Para ello se utilizaron los tamices 40, 100, 200, 325, 400, -400#.
Los resultados del mismo, expresados en tanto por ciento en peso, así como los
porcentajes de ceniza y carbón fijo de las fracciones granulométricas obtenidas
serán mostrados más delante en las Tablas 9 y 10.
Análisis de tamaños de partícula
La distribución del tamaño de partículas de las muestras de finos de carbón fueron
determinadas usando un analizador de partículas marca Malvern Mastersizer 2000
(Hydro 2000MU), el cual se basa en el principio de dispersión de luz láser. Las
pág. 56
partículas fueron dispersadas en un vaso de laboratorio estandarizado teniendo
suficiente agua destilada.
Una prueba ultrasónica fue empleada para ayudar a dispersar la muestra durante
30 segundos. Las partículas son introducidas al analizador del haz en una celda
de presentación de la muestra en una unidad óptica, la tabla de los resultados de
análisis de tamaño de partícula serán mostradas más adelante.
6.4 Análisis de tamaño de Poro.
Para el análisis fue utilizada la técnica de medición de áreas BET utilizando
isotermas de adsorción de N2 líquido a la temperatura (77° K). Se tomaron 11
puntos de adsorción desde 0.05 hasta 0.3 de presión relativa (p/p0) para la
determinación del área superficial por el método BET. El equipo usado fue el
caracterizador superficial Autosorb-1, marca Quantachrome. Para limpiar la
superficie se trató la muestra a 250°C, por un mínimo de 3 horas con vacío.
Con el propósito de conocer la superficie específica de cada una de las muestras
recolectadas
La información obtenida en la caracterización y en análisis granulométrico permitió
seleccionar las granulometrías de los carbones finos apropiados que necesiten ser
utilizadas para el proceso de aglomeración en aceite y el procedimiento de
beneficio a seguir.
Técnicas utilizadas para la caracterización de carbón, aceites
y bacteria.
6.5 Preparación de Briquetas
Para la elaboración de las briquetas se preparó una mezcla de 10 g de carbón fino
(tamaño de partícula <500 mm) resina y acelerador (Buehler). La pasta se
deposita en un molde cilíndrico de plástico (previamente el molde se le aplica una
capa ligera de vaselina). La mezcla se continúa homogenizando dentro del molde.
La mezcla se deja secar durante 12 horas a temperatura ambiente, posteriormente
pág. 57
la pieza es retirada del molde y se corta en dos secciones. Una sección se
conserva como testigo, mientras que la segunda parte es devastada
secuencialmente con papel lija de grafito: (120, 320,800, 1200, 2400 4000),
posteriormente la muestra es pulida utilizando paños metalográficos y -alúmina
(en secuencia de 1m, 0.3m, 0.05 m), hasta obtener un acabado casi espejo. El
desbaste y pulido se llevó a cabo en el laboratorio de Lito preparación de la ESI-
UAdeC. Una vez que se obtuvo una superficie deseada, se realiza el análisis
petrográfico (A.S.T.M. D2797).
6.6 Análisis petrográfico.
La caracterización microscópica de los jales de carbón ha sido llevada a cabo de
siguiendo la normativa del comité Internacional de Carbones (I.C.C.P, 1973), y
comprende el análisis de macérales y la media de la reflectividad de la vitrinita así
como el estudio morfológico de la pirita y una estimación del número de partículas
de materia mineral y orgánica libre o asociada. Se utilizó un microscopio de luz
reflejada LEICA DM4500P, con un objetivo de inmersión de aceite (1.5280) de
50X y un espectrómetro MSP-Coal que permite cuantificar la reflectancia de los
macérales. La calibración del espectrómetro MSP-Coal se realiza con dos
estándares KLEIN & BECKER. El estándar de reflectancia 0.898% permite medir
los macerales de baja reflectancia y el estándar 1.694% permite medir macérales
de alta reflectancia. Cuando el equipo finalmente está calibrado, se coloca la
briqueta en un portaobjetos y se le adiciona una gota de aceite de inmersión para
iniciar el barrido. El diafragma es necesario reducirlo al mínimo para evitar las
mediciones con luz reflejada de alguna partícula distinta a la que se está midiendo.
La metodología indica seguir un sistema de trayectos horizontales escalonados
por una separación de 1.0 mm Esta rutina permite reunir 100 mediciones de
reflectancia (A.S.T.M.) D2798. El análisis puede tomar aproximadamente 45
minutos. Al terminar se comprueba la calibración y se retira la briqueta. Al finalizar
el sistema (MSP-Coal) este despliega en pantalla los resultados (estadísticos) los
datos obtenidos que se obtiene del conteo se reflejan en los histogramas,
pág. 58
arrojando la distribución de la refractancia. Estoy confundida con esto Dr. No
entiendo que es lo que solicita.
6.7 Determinación de composición de macérales
El protocolo de medición se define en la norma ASTM D2799, los resultados
permiten determinar la composición del maceral del carbón. Las mediciones se
realizaron utilizando un microscopio de luz reflejada Leica DM4500P, la cual
cuenta con un objetivo de inmersión de aceite (1.5280) de 50X. La metodología
utilizada consiste en identificar y cuantificar los grupos macerales: liptinita,
inertinita y la materia mineral. Los grupos macerales se identifican por su color,
textura y relieve. La liptinita se caracteriza por ejemplo por su color gris obscuro y
se encuentra dispersa en el material, la vitrinita es de color gris intermedio y se
encuentra predominantemente en los carbones y formando la matriz de las
partículas, por su parte, la inertinita muestra una tonalidad que va de un gris claro
a blanco con una alta reflectancia. La metodología indica seguir un sistema de
trayectos horizontales escalonados por una separación de 1.0 mm, además
sugiere reunir 500 campos de medición. (Ver Figura 11).
Figura 11 Conteo de Macerales mediante el análisis petrográfico
pág. 59
6.8 Caracterización por Difracción de Rayos X (DRX).
La identificación de los minerales mayoritarios presentes en las muestras de
carbón fino recolectadas se han llevado a cabo mediante difracción de rayos X
(DRX) sobre la materia minerales de los mismos. Para ello, las principales
especies minerales presentes en el concentrado fueron determinadas por
difracción de rayos X (DRX). Los espectros DRX de las muestras de carbón CFM
y CFP fueron obtenidos en un difractrómetro de Rayos marca Xpert-System
Panalytical usando radiación monocromática CuKα 1 (λ=1.54187 Å), con voltaje de
40 kV y una corriente de 35 mA y un detector PW3011/20. Los espectros fueron
obtenidos en el intervalo de 2θ= 10-90° con pasos de 0.02 y 12 segundos de
tiempo a temperatura ambiente. Las fases de los picos difractados en el equipo
fueron identificados con cartas PDF
6.9 Espectroscopia Infrarrojo (FTIR).
Los análisis de Espectrometría Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR)
fueron realizados en un espectrofotómetro marca Perkin Elmer Modelo Spectrum
FTIR System. Los espectros se analizaron bajo la técnica ATRI, con un accesorio
marca Amiths Modelo Durasampi IR II. Con ventana de diamante de 1 rebote. El
detector de operación interno es un DTGS con una resolución espacial de 10mm.
Todos los espectros FTIR obtenidos fueron registrados en un rango de 550 a 4000
cm-1 con una resolución de 4cm-1 y una co-adición de 16 scan para eliminar
cualquier relación de señal de ruido. Los espectros fueron desplegados en
términos de absorbancia.
6.10 Ángulo de Contacto
La medida de los ángulos de contacto de los aceites aglomerantes sobre la
superficie de las muestras de carbón fino fue realizada mediante el procedimiento
de burbuja cautiva. Para ellos se fabricó una pastilla de carbón que se preparó de
pág. 60
la siguiente manera: se usaron 8 g d carbón fino a ≤ 45 m y 2 g de aglomerante
(4:1 resina epoxi/endurecedor) se mezclaron ambos hasta homogenizar la pasta
que se introduce en un molde cilíndrico de aproximadamente 3 cm de diámetro y
se mezcla con las muestras CFP y CFM cada una por separado, se deja secar
estas probetas por espacio ± 12 horas. Posteriormente se extrae la pastilla y se
pule con lijas progresivamente desde la liga (120, 320,800, 1200, 2400, 4000).
Posteriormente cada una de las muestra es pulida utilizando paños metalográficos
y -alúmina (en secuencia de 1m, 0.3m, 0.05 m).
En el método de burbuja cautiva, la pastilla se fija a un soporte que se introduce
en una celda, de tal manera que quede horizontal e invertida. Utilizando una
jeringa con una aguja se crea una gota de aceite entre 0.0005 a 1e-4 L que es
capturada por la pastilla. Posteriormente se mide el ángulo de contacto formado
por el aceite y la superficie del carbón (CFP o CFM). Y mediante un microscopio
móvil equipado con un equipo FTA 200. Considerando como ángulo de avance el
formado por la gota durante los primero 30 segundos de contacto entre la
gota/carbón. Antes de cada medida, las pastillas son pulidas para evitar
contaminación o una posible oxidación superficial. Los ángulos de contacto son, al
menos, la medida de seis determinaciones con 3 gotas en diferentes zonas de la
superficie de la pastilla, siendo estimado mediante este método de ±4°. Las
mediciones se realizaron a Temperatura ambiente.
Los ángulos de contacto determinados experimentalmente sobre las pastillas c/r
se corrigen para la materia carbonosa c mediante la ecuación de Cassie.Baxter,
una vez determinados los ángulos de contacto sobre la resina r y asumiendo que
el área superficial de la pastilla ocupada por el carbón es igual a su fracción en
volumen de la misma. (ver Figura 12)
pág. 61
Figura 12 Criterio para la medición de ángulos de contacto por los métodos de gota libre y la burbuja cautiva
PRIMERA PARTE EXPERIMENTACION CON ACEITES
6.11 Caracterización Física de Aceites Aglomerantes.
Los aceites utilizados son de uso comercial de los cuales se clasifican en: Aceites
Minerales, Aceites Vegetales y Aceite Automotriz.
6.11.1 Análisis de Reometría Rotacional. Para determinación
de la Viscosidad de aceites.
Para ello se utilizó un Reómetro Rotacional marca Anton Paar MCR501 TruGap.
Para ello se empleó una geometría de cilindros concéntricos CC27 (27 mm es el
diámetro del cilindro) en el cual se sometieron las muestras de aceite. Para esta
prueba se requirió aproximadamente 0.03L de muestra de aceite. (ver Figura 13)
La finalidad de esta técnica es obtener el comportamiento de la viscosidad en
función de la velocidad de deformación. Las mediciones de viscosidad se llevaron
a cabo en un reómetro Anton Paar Physica MCR 501, utilizando una geometría de
cilindros concéntricos. La temperatura a la cual se realizaron las mediciones fue
1e 40°C y 100°C. Los resultados de estos se presentarán más delante en la Tabla
1 los valore de η0 (viscosidad a velocidad de corte cero).
Sólido
Aceite o
agua
Aire
Gota Libre
Sólido
Aceite o
agua
Aire
Gota Libre
pág. 62
a) b)
Figura 13 Prueba de medición de viscosidad de aceites utilizados para pruebas de
aglomeración para carbón fino. A) equipo de medición. b) gráficos de resultados
de medición de viscosidad para aceite.
6.11.2Análisis de densidad de aceite.
Para esta prueba fue necesaria la utilización de un picnómetro, el cual es especial
para poder medir la densidad de un líquido. La finalidad de esta prueba fue
determinar la densidad del aceite a emplear durante las pruebas de aglomeración.
(ver Figura. 14)
Para ello se utilizó la siguiente formula.
𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷(𝜌) = 𝑤𝐹−𝑤𝑂
𝑉=
𝑚
𝑉 (6.1)
Donde Wf = Peso final del Picnómetro + aceite. (g), Wo = Peso del Picnómetro
(vacío) (g), V= volumen empleado (ml) (capacidad de 25 y 50 ml)
pág. 63
Figura 14 Representación de prueba de medición de densidad de aceite a) picnómetro de 25ml y 50 ml de capacidad. a) Picnómetro vacío de 25 ml b) Peso del picnómetro vacío, c) peso de Picnómetro lleno con aceite, d) Picnómetro vacío de 25 ml e) Peso del picnómetro vacío, f) peso de Picnómetro lleno con aceite
6.12 Caracterización Fisicoquímica Estructural de los Aceites
La densidad de los diferentes aceites utilizados para este proyecto se determinó
mediante un densímetro comercial. La viscosidad se midió mediante un
viscosímetro de tipo capilar de vidrio siguiendo las especificaciones de la norma
ASTM D445.86. Para su calibración se utilizó dos líquidos de viscosidad conocida
y agua.
a) b) c)
d) e) f)
pág. 64
6.12.1 Procedimiento de Aglomeración con Aceite
Los experimentos de aglomeración se realizaron en un mezclador-agitador de alta
velocidad Waring compuesto de un vaso de vidrio de sección cuadrada con
capacidad de 1 L y con una hélice de cuatro palas en su fondo que se acopia al
motor el vaso mezclador está previsto de dos tapas concéntricas que permiten su
cierre hérmético: la exterior es de goma y la interior de material de acrílico. Esta
última tiene un diámetro de 6 cm y puede ser abierta en el transcurso del
experimento para la incorporación de reactivo. Las velocidades de agitación del
motor son dos comprendidas entre 18,000 y 22000 rpm. En todos los
experimentos de aglomeración se ha utilizado agua des-ionizada con resistividad
de 20 M/cm.
En cada experimento de aglomeración se introduce en un recipiente agitador, 16 g
de muestra de carbón fino CFM o CFP (-74 +44m), y se agrega 0.400L de agua
des ionizada (formando una pulpa de 4% sólidos). Se encendió la licuadora y
durante los primeros 5 minutos se comenzó a mezclar el agua con la muestra por
(las velocidades a las cuales se realiza la agitación es de 18,000 y 22,000 rpm)
para dispersar la muestra en el agua. Posteriormente, se agrega el aceite en peso
en concentraciones que van desde (5,10, 20, y 30%), manteniendo la agitación por
1 min más (Tiempo total de esta prueba 6 min) y es en este lapso donde se
observa la aglomeración de las partículas finas de carbón con el aceite.
La fracción recuperada del carbón fino flotado es separada del rechazo mediante
un tamiza o por medio de flotación en celda.
En este caso, se utilizó la separación por medio de flotación, para ellos las dos
aglomeración simultaneas, realizadas en condiciones idénticas se pasaron a una
celda de flotación con capacidad de 1 L, Ambos materiales recolectados son
mezclados a una velocidad de agitación de 2700 rpm durante 1 min y sin entrada
de aire. A continuación se introduce aire en la celda y se recupera los
aglomerados que flotan durante 240 segundos. El rechazo formado por la muestra
no aglomerada y los aglomerados que no han flotado permanecen en suspensión.
pág. 65
Posteriormente el aglomerado y el rechazo son separados manualmente, se filtran
y lavan mediante la adición de alcohol etílico con el objetivo de disolver el aceite,
después se agrega acetona, para asegurar la disolución del aceite residual. El
mineral que queda en el fondo del recipiente fue identificado como “hundido” se
filtra sin agregar alcohol etílico ni acetona debido a que carecen de aceite. Las
muestras se colocan en un horno a 45°C por 24 h para su secado.
La fracción recuperada en la parte superior del recipiente es como mineral flotado
de valor (RF), mientras que la fracción correspondiente del carbón limpio
contenido en el concentrado se denomina recuperación de carbón. (Ver Figura 15)
6.12.2. Cálculos de Recuperación
Para obtener los resultados se utilizan las siguientes formulas:
La recuperación indica el % en peso que se está recuperando y la fórmula es la
siguiente:
Recuperación de Materia Orgánica (% RF)
%𝑅𝐹 = [𝑀𝐹(100−𝐶𝑧𝑎𝐹)
𝑀𝐴(100−𝐶𝑧𝑎𝐴)] ∗ 100 (6.2)
Porcentaje de reducción de Ceniza (%RCza):
% 𝑅𝐶𝑧𝑎 = [1 −𝑀𝐹
𝑀𝐴∗
𝐶𝑧𝑎𝐹
𝐶𝑧𝑎𝐴] ∗ 100 (6.3)
Donde %RF es la recuperación de Materia Orgánica en peso %; MF es la masa de
concentrado (%); CzaF es el contenido de ceniza del concentrado en peso (%); MA
es la masa en la alimentación (%); CzaA es el contenido de ceniza en el carbón
alimentado en peso (%).
pág. 66
Figura 15 Aglomeración de aceite para carbón fino (-150 m+44 m).
Flotación de mineral aglomerado en celda Denver
6.13. Diseño de experimentos usando la metodología en
Minitab.
El análisis estadístico se llevó a cabo con el paquete estadístico MINITAB, se hizo
un análisis de varianza (ANOVA) para determinar las variables que influyen
durante el proceso de aglomeración en ambas muestras CFM y CFP.
2DA PARTE DE LA EXPERIMENTACION. (S. carnosus)
En este trabajo, llevó a cabo el estudio de la adhesión de la bacteria Stphylococus
carnosus sobre dos muestras de carbón fino a diferentes pH y tiempos de
adhesión.
Los reactivos químicos utilizados son de grado reactivo. El agua utilizada para
preparar las soluciones es agua destilada
pág. 67
6.14 Cultivo de Bacteria y Crecimiento de S. carnosus
Para la preparación y crecimiento de la bacteria S. carnosus se elaboró el caldo
constituido por: tripticaseína soya con extracto de levadura (Medio ATCC No
1887). Para su elaboración se presaron 30 g de tripticaseína y 3.0 g de extracto de
levadura, los cuales se diluyeron en 1 L de agua destilada. Posteriormente se
ajustó a un pH 7. El medio se sometió a un proceso de esterilización en un equipo
autoclave (ALLAMERICAN Model N0 25X) durante 15 min. Una vez atemperada, a
37°C el caldo de cultivo se inoculó con la bacteria S. carnosus (ATCC 51365)
liofilizada, la cual fue incubada durante 24 h a 37°C.
6.15 Cinética de crecimiento de S. carnosus.
Para la determinación de la cinética de crecimiento de la bacteria, esta se llevó a
cabo una medición de crecimiento microbiano en el medio de cultivo al tiempo
especificado en la Fig. 1 (la cinética inicio desde 0 a 60 h). Para el conteo de
microorganismos existentes, se utilizó una cámara Neubauer (Camara Neubauer
Reichert) y el microscopio de contraste de Fases ( BX53). Para ello se tomó una
muestra de 1.45e-5 L y esta fue colocada en la cámara Neubauer.
6.16 Isoterma de Adhesión.
Para la realización de las isotermas de adhesión se utilizó 1 g de muestra de
carbón fino en 0.050 L de cultivo de bacteria fresco. El tiempo de toma de muestra
fue desde 5 hasta 360 segundos. La concentración de la bacteria inicial y al
tiempo t se determinó mediante el conteo directo en la cámara Neubauer. La
cantidad de bacteria adherida para un tiempo t se determinó mediante la siguiente
fórmula:
𝐵𝐴𝑑ℎ =(𝐵0−𝐵)𝑉
𝑊∗𝐴𝑠𝑢𝑝 (6.4)
pág. 68
Donde Badh es la bacteria adherida (cell/m2): B0 y B son la concentración de
bacterias libres en tiempo cero y t, respectivamente (cell/ml); V es el volumen de la
muestra en ml; w es el peso de la muestra de carbón (g) y finalmente Asup es el
área superficial del mineral.
En este caso el área superficial para la muestra de carbón fino CFP fue de 1.543
m2/g, mientras que para la muestra CFM el valor fue de 9.980 m2/g.
6.17 Determinación de Biofilm
Se llevó a cabo un pre-cultivo de la bacteria (medio+S.carnosus) por espacio de
12h a 18 h. Posteriormente este cultivo se ajustó al número de células
correspondiente a una densidad óptica de 0.5 unidades de absorbancia. Esta
medición se realizó en un espectrómetro UV a una longitud de onda de 620 nm.
Luego, se tomó una alícuota de 150 μL (1.50e-4 L) y se colocó en placas de 96
pozos donde se incubó a temperatura ambiente por 4 h para evaluar la adhesión.
Luego de esta incubación, se descartó el medio de cultivo y se lavó la placa (cada
pozo) con una solución salina fisiológica estéril (NaCl al 0.85%). Posterior a los
lavados se adicionaron 1e-4L de medio fresco y se incubaron nuevamente por 24
h a 37º C. Después de esta incubación, se adicionaron 100 μL (1e-4L) de metanol
al 99% y se incubaron nuevamente por 15 min. Enseguida se removió el
sobrenadante y se dejaron secar las placas a temperatura ambiente. Después a
cada uno de los pozos que contenían los cultivos, se le adicionó 150 μL (1.50 e-
4L) de cristal violeta (0.5 %) y se incubaron por 20 min a temperatura ambiente,
para después lavar las placas con agua corriente. Para determinar el cristal violeta
atrapado en la biopelículas, a cada pozo se le adicionaron 200 μL (2e-4L) de ácido
acético al 33%, se agitaron y se les determinó la densidad óptica a una longitud de
onda de 540nm.
pág. 69
6.18 Condiciones de liofilización de Bacteria y Bacteria-
Carbón (CFM/CFP)
La liofilización se realizó en un equipo marca Labconco modelo Free Zone 12. El
proceso se inició a una temperatura de prec-ongelamiento por espacio de 5 h a –
40°C. Posteriormente se realizó una segmentación primaria a la muestras
(Bacteria (control), Bacteria con carbón CFM y Bacteria con carbón CFP, estas
últimas obtenidas después de que la bacteria interaccionó con el carbón) a una
temperatura de –45 °C. Finalmente el segmento secundario aplicado que
corresponde a la fase de secado se llevó a cabo a -10°C. La presión de trabajo en
la cámara fue de 0,1 Pa. Una vez concluido el proceso, los tubos se sellaron al
vacío y fueron identificados con una etiqueta con los datos siguientes: S.
Carnosus, S. C.-CFP, S.C.-CFM. El primero de ellos corresponde al bacteria de
control, mientras que el resto corresponde a la muestras de carbón después de
haber interaccionado con la bacteria. Cada ensayo fue realizado por duplicado
para tener una mejor confiabilidad en los resultados.
6.19 Microscopía Electrónica De Barrido (SEM).
Las muestras de microorganismos se fijaron mediante una solución de
glutaraldehído al 3% durante 2 h (120 min) y luego se lavaron 4 veces por 15 min
a una velocidad de 5,000 rpm, con un buffer de fosfato (0.1M y pH=7) para
eliminar los residuos de glutaraldehído que se quedaron sin reaccionar.
Posteriormente las muestras se mantuvieron durante 5 minutos en soluciones de
etanol con diferentes concentraciones (30, 50, 70, 90 y 100%) para su
deshidratación y su posterior secado por punto crítico. En seguida, las muestras
se colocaron sobre un soporte metálico recubriéndolas con una capa de oro. Las
muestras se analizaron mediante un microscopio electrónico de barrido Jeol JSM-
7401F.
pág. 70
6.20 Adhesión Microbiana a los Hidrocarbonos (M.A.T.H).
Esta prueba se llevó a cabo en un tubo eppendorf de 1.7 ml (1.7e-3L) donde se
colocaron 1 ml (1e-3L) de la suspensión de la bacteria en el medio de cultivo y
0.16 ml de solvente n-hexadecano, posteriormente este se acondicionó en un
vortex, durante tiempos de 20, 45, 60 y 90 segundos. Las pruebas se realizaron a
un pH 7, 8, 9, 10. La concentración de bacterias fue registrada en función del
tiempo de acondicionamiento, mediante el conteo de microorganismos en la fase
acuosa, en cámara Neubauer.
6.21 Microflotación
Para estas pruebas de microflotación se utilizó un tubo Hallimond modificado, el
cual fue colocado sobre una parrilla de agitación magnética. La flotación fue
dividida en dos categorías: la convencional y la bioflotación.
Control (Flotación convencional)
1 g de carbón fino (CFM/CFP) fue pesado y mezclado en 70 ml O 0.070L de
solución acoso a un pH de 9 (agua destilada con un pH controlado por la adición
de NaOH), durante 10 min en un vaso de precipitado de 200 ml (0.2L) de
capacidad. Como reactivos químicos se utilizó Diésel (colector) y MIBC
(espumante). Posteriormente la mezcla (agua/carbón) fue vertida sobre la celda
Hallimond donde se agregaron 150 m de diésel y 70 m de MIBC. El tiempo de
acondicionamiento fue de 7 min a 150 rpm. El aire fue introducido dentro de la
celda a una velocidad de o 200 ml/min y una presión de 60 psi.
6.21.1. Bioflotación
Previo a la microflotación se preparó un inoculo con la bacteria S.carnosus
(medio+ bacteria) y a un pH de 9. El tiempo de incubación fue de 12 h a 37°C y
190 rpm. Posteriormente se ajustó el medio inoculado a una concentración de 1x
109 cell/ml. Se pesó 1 g de carbón fino (CFM/CFP) y se agregó junto con la
pág. 71
mezcla inoculada sobre un matraz de 0.25L. Posteriormente el cultivo y el carbón
fueron sometidos a una agitación constante de 190 rpm y a temperatura ambiente.
Con la finalidad de garantizar un inoculo inicial. La muestra de mineral fue tomada
después de 12 h de iniciado el proceso Durante la flotación se vertió la mezcla
bacteria/carbón en la celda de flotación, la cual fue regulada a una presión de
nitrógeno y oxigeno de 60 psi y un flujo de aire de 200 ml/min. La flotación fue
llevada a los mismos tiempos que las pruebas de control.
Los tiempos de flotación fueron de 0 a 6 min. La muestra de carbón flotada y el
mineral que quedó asentado en el fondo de la celda fue filtrado, secado y su
flotabilidad calculada de acuerdo a la siguiente fórmula:
100%. xF
CadFlotabilid (6.5)
En donde: F es el peso alimentado en gramos de mineral y C es el peso en
gramos de mineral concentrado (flotado).
pág. 72
CAPITULO 7
RESULTADOS Y DISCUSIONES
7.1 Análisis químico y Petrográfico de CFM y CFP
En la Tabla 7 se despliega los resultados obtenidos de los análisis elementales y
proximales realizados en las muestras de carbón fino identificados como CFM y
CFP acorde a las normas ASTM.
En esta tabla se puede observar que la muestra de carbón fino CFP presenta un
mayor porcentaje de carbón elemental comparado con la muestra CFM. Así como
también una mínima diferencia entre el resto de los elementos (%S, %N2, %H2 y %
Fe) presentes para cada muestra.
Tabla 7 Análisis proximal y elemental de las muestras de los jales de carbón minero empleados empleados
Caracterización del carbón.
Parámetros Muestra
CFP CFM
Análisis Proximal % Ceniza % de Azufre M.V. Poder Calorífico (Kcal/Kg) Análisis Elemental (%) Azufre Fierro Carbón Nitrógeno Hidrogeno
40.70 1.38 17.21
4061.30
0.26 1.074 44.06 0.89 3.563
38.86 0.94 23.24
4751.00
0.28 1.13 37.24 0.83 3.25
pág. 73
Por lado, en esta misma tabla se puede ver, como el carbón fino CFM presenta
un valor más elevado del poder calorífico comparado con el carbón CFP. El este
resultado se debe a su bajo contenido de ceniza. En cambio para la muestra CFP
sucede lo contrario, es decir, presenta un menor poder calorífico debido a
presenta un contenido mayor de ceniza.
7.2 Análisis granulométrico. Tamizado.
En esta sección se llevó a cabo el análisis granulométrico sobre ambas muestras
de carbón fino recolectadas (CFM y CFP). Para este ensayo, cada muestra fue
cribada en vía seco y por vía húmeda. Los resultados obtenidos de esta prueba
se presentan en la Tabla 8
Durante este ensayo, 1 kg de cada muestra fue tomado como referencia para
tamizar en seco cada muestra y determinar el porcentaje de finos retenidos en
cada tamiz. De acuerdo con los resultados obtenidos durante esta prueba, se
observa que los tamices con mayor porcentaje de mineral retenido corresponde a
las mallas #: 30, 50 y 100#. Sin embargo, estos valores podrían ser no confiables,
debido a que la mayor parte de las partículas gruesas que quedan retenidos en
cada tamiz está aglomerada como terrones de carbón fino. (Ver Tabla 8.)
Por lo tanto, para tener una mayor confiabilidad en el tamizado, se propuso
realizar nuevamente un tamizado en húmedo, para asegurar que los tamaños de
partículas finas corresponden ciertamente a ese tamiz. Un total de 15 Kg
aproximadamente de cada muestra fueron tamizado mediante esta técnica. Los
porcentajes de mineral retenido en cada malla se presentan en la Tabla 9.
Posterior a este ensayo, se procedió a secar cada una de las muestras retenidas
en cada tamiz y enseguida realizar un análisis proximal a cada uno de ellas.
pág. 74
Tabla 8 Cribado en seco de las muestras CFM y CFP a partir de 1000 g
Muestra de Carbón Fino
Malla Fracción Retenida
(g)
Fracción Retenida
(%)
Fracción Acumulada
(%)
Fracción pasante (%)
CFM
#+30 625.84 62.584 62.584 37.416
#-30 + 50# 64.45 6.445 69.029 30.971
#-50 + 100# 89.06 8.906 77.935 22.065
#-100 + 200# 103.34 10.334 88.270 11.730
#-200 + 325# 99.00 9.900 98.169 1.831
#-325 + 400# 11.18 1.118 99.287 0.713
#-400 7.13 0.713 100.000 0.000
CFP
#+30 651.03 65.10 65.10 34.90
#-30 + 50# 107.27 10.73 75.83 24.17
#-50 + 100# 86.10 8.61 84.44 15.56
#-100 + 200# 76.21 7.62 92.06 7.94
#-200 + 325# 64.68 6.47 98.53 1.47
#-325 + 400# 9.47 0.95 99.48 0.52
#-400 5.25 0.52 100.00 0.00
Total de muestra 1000 100.00
Tabla 9 Concentrción de Carbón fino retenido por tamiz para las muestras CFM y CFP.
Muestra Tamiz
Fracción Retenida
Vía Húmedo (g)
Acumulación de C.
Tamizado Húmedo
% Peso rec
% Rec. (+)
% Rec (-) W C seco
CFM
"40" 672.19 672.19 4.48 4.48 95.52
15000
"-40+100" 2085.83 2758.02 13.91 18.39 81.61
"-100 + 200" 1663.23 4421.25 11.09 29.48 70.53
"-200 - 325" 823.87 5245.12 5.49 34.97 65.03
"-325+400" 469.2 5714.32 3.13 38.10 61.90
"-400" 8899.32 14613.64 59.33 97.42 2.58
CFP
"40" 1269.34 1269.34 8.46 8.46 91.54
15000
"-40+100" 2501.43 3770.77 16.68 25.14 74.86
"-100 + 200" 2120.34 5891.11 14.14 39.27 60.73
"-200 - 325" 756.23 6647.34 5.04 44.32 55.68
"-325+400" 384.56 7031.90 2.56 46.88 53.12
"-400" 7593.32 14625.22 50.62 97.50 2.50
pág. 75
De acuerdo a los resultados obtenidos de análisis granulométrico y del análisis
proximal en cada tamiz, se observó que el mayor porcentaje de carbón fijo
retenido se encontraba en las mallas de: -100 a +400#.
Con base a estos resultados, el tamaño de partícula seleccionados para cada uno
de las pruebas tanto de aglomeración con aceite como de bioflotación, fueron de:
-150 a +38 m (-100# a +400#), tal y como se señala en las celdas señaladas
con color gris claro de la Tabla 10.
Los parámetros analizados a cada muestra de carbón fueron: % carbón fijo, %
ceniza, %materia volátil y valor de poder calorífico. De estos resultados, se puede
decir que existe una ligera diferencia en cuanto a porcentaje de azufre (%S) y de
ceniza (%Cza). Por ejemplo en las muestras CFP los valores alcanzados fueron
(≈1.60%S y ≈30% Cza) y mientras que para la muestra CFM los valores fueron
(≈2.10%S y ≈38% Cza)
Tabla 10 Análisis proximal y granulométrico de los carbones finos CFM y CFP por tamiz. Identificación
de Muestra Tamiz %C.F. %Cza %S % M.V
P.C
(Kcal/kg)
CFP
+40#
-40# + 100#
-1000# + 200#
-200# + 325#
-325# + 400#
-400#
32.01
56.46
64.68
61.67
55.94
31.17
49.96
35.96
30.98
26.74
33.26
56.62
1.09
1.36
1.37
1.61
1.90
0.81
23.09
24.47
23.36
24.65
23.03
18.22
3733
5375
5794
6093
5465
3226
CFM
+40#
-40# + 100#
-1000# + 200#
-200# + 325#
-325# + 400#
-400#
46.12
39.43
55.41
61.42
61.91
34.47
69.64
49.90
42.40
32.16
41.48
54.40
1.84
2.09
2.06
2.10
2.25
0.83
17.52
21.01
21.43
22.23
24.35
17.92
1748
36.76
4872
5391
5649
3418
pág. 76
7.3 Distribución de Tamaños.
En las Figuras 16 y 17, se observa los resultados obtenidos de la distribución de
tamaños obtenidas del equipo Mastersizer para las muestras de carbón fino CFM
y CFP.
En las Figuras. 16a) y 17a) se representan los porcentajes del volumen retenido
por tamaño de partícula para las muestras CFM y CFP. Donde para la muestra
CFM el mayor porcentaje retenido logra alcanzar un 50% ente un rango de 44 a
150 m (Figura. 16a)) y el resto del volumen de muestra predomina en rangos
mayores de 150 m. Por otra parte, en la Figura. 16b) se representa la distribución
de la masa acumulativa por tamaño de partícula y en ella se observar como el
valor de d0.80 alcanzado es de 247.731 m. Esto significa que, la mayor cantidad
de mineral retenido está por debajo de este valor (Figura. 16b) y con un porcentaje
acumulativo de casi un 90%%. Este valor puede corroborarse con los resultados
de la Tabla 11, donde se observa que en los tamices de: 400, 325, 200 y 100 # se
alcanza una mayor cantidad de mineral retenido.
Esto mismo sucede para la muestra de carbón fino CFP, solo que existe una
significativa diferencia en cuanto al % en volumen obtenido por tamiz. Es decir,
éste alcanza valores de hasta un 60% (Ver Figura. 17a)) en un rango de partícula
de 44 a 210 m. En cambio, en la Figura. 17b) se representa el % masa aculada
por tamaño de partícula. Donde el tamaño de partícula d80 fue =184.57 m. Esto
significa que la mayor cantidad de carbón fino CFP se encuentra retenido por
debajo de 184.58m. Finalmente y tomando en cuenta estos valores se puede
decir que, la mayor parte de mineral corresponde a los tamices de luz de malla
comprendida entre 44 y 210 μm.
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0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
Vo
lum
en
%
Tamaño (m)
a)
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0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
MA
sa
Acu
mu
lati
va %
(-)
Tamaño (m)
d(0.80)=247.731m
Figura 16 Distribución granulométrica original de la Muestra CFM. A) Volumen de mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra tamaño de partícula
b)
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0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
% A
cu
mu
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Mate
rial R
ete
nid
o(%
)
Tamaño (m)
Figura 17 Distribución granulométrica original de la Muestra CFP. A) Volumen de
mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra
tamaño de partícula
d(0.80)
=184.57m
a)
b)
pág. 79
7.4 Análisis de Tamaño de Poro
Dentro de los factores que influyen en el proceso de flotación de carbón además
de los reactivos químicos, están en las propiedades superficiales del mineral a
beneficiar como son: el área superficial, el tamaño y tipo de poro. Por lo cual, para
esta investigación se realizó el análisis de partículas sobre las muestras
recolectadas y determinó que tipo y tamaño de poro tenía cada una de ellas
De tal manera que, en las Figuras 18 a) y b), se presentan los resultados
obtenidos de la medición del área superficial para las muestras de carbón CFM y
CFP. Indicando los siguientes resultados: Para la muestra CFM, el tamaño de poro
fue de 54.6 nm, con un área superficial de 9.98 m2/kg, En cambio para la muestra
de carbón CFP, el tamaño de poro fue 3.7 nm, y el área superficial de esta alcanzó
los 1.64 m2/kg respectivamente.
Los resultados de estas mediciones para cada una de las muestras recolectadas
indican lo siguiente:
De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede determinar que el tipo de poro
que presenta la muestra de carbón corresponde a un macroporo.. En cambio para
la muestra CFP el tamaño de poro corresponde a un poro tipo mesoporo.
Los macroporos no contribuyen grandemente al área superficial total, pero sirven
como conductos para facilitar el paso del material a adsorberse hacia los meso y
microporos. A través de los macroporos las sustancias se difunden hacia las
paredes de los poros de menor tamaño donde ocurre la adsorción. Este proceso
se produce debido a los terminales activos que se encuentran en los anillos
aromáticos del carbón, ya sea en forma de radicales libres o electrones no
apareados. Estos terminales se producen al momento de la ruptura de los enlaces
durante el proceso de activación, y son estabilizados por resonancia.
pág. 80
a)
b)
Figura 18 Medición de tamaño y área superficial de la partícula de carbón. a) CFM y b) CFP.
pág. 81
7.5 Análisis petrográfico.
Durante este trabajo de investigación fue necesario recurrir al análisis petrográfico,
para determinar y diferenciar la procedencia del carbón que había sido recolectado
y la cantidad de macerales presentes en cada una de las muestras. Para este
ensayo se realizó el conteo de estos y la medición de refractancia en cada una de
las muestra. (CFM y CFP)
En la Figura. 19 se presentan dos fotomicrografías de las muestras de carbón
CFM. En la primera de ellas (ver Figura 19 a) y b)) se puede valorar la presencia
de los constituyentes básicos presentes en el carbón y la forma como se
presentan al examinarlos por reflexión son : Vitrinita (1), liptinita (2) e inertinita
(3),además de encontrarse en esta misma muestra parte de materia mineral (4).
Por otro lado, también en estas micrografías puede observarse como en los límites
de las partículas de carbón existen alteraciones derivadas del tiempo al que ha
sido expuesto el jal. (Ver Figura 19 a).
El efecto de la oxidación trae consigo cambios importantes en las propiedades
físicas y químicas del carbón. Físicamente se consigue eliminar la plasticidad y se
favorece el desarrollo de una textura porosa y químicamente se aumentan los
grupos oxigenados con una disminución de los grupos alifáticos que son las
estructuras más vulnerables en la oxidación. Esto se comprueba claramente en los
análisis por medio de espectrofotometría realizados a cada muestra previo a los
ensayos de aglomeración y bioflotación.
La oxidación de carbón comienza con la absorción física del oxígeno sobre la
superficie para formar un oxycomplejo seguidos por una absorción química de
oxígeno para formar un OH-fenólico, carboxilos (Carbonyls), fenoles y peróxido
Ao, Huang et al. (2012) Zhu, He et al. (2012), Lu, Hao et al. (2016), Man, Feng et
al. (2014) Lu, Devasahayam et al. (2013) lu et al 2008, Polat and Chander (2003)
Dey (2012) Dey et al, 2013). Estos nuevamente forman grupos funcionales
hidrofilicos que permiten bajos rendimientos en la flotación. El carbón puede ser
oxidado por diferentes extensiones según el rango de carbón.
pág. 82
100m 100m
1
3 2
4
1 3
2
4
a) b) Zonas de
Oxidación
El conteo de macerales durante la caracterización petrográfica indica que la
muestra de carbón CFM corresponde a un carbón bituminoso vítrico, que presenta
una gran cantidad de partículas finas de carbón totalmente liberadas que pueden
ser recuperadas mediante la aglomeración con aceite. De igual modo, el valor del
índice reflector de la vitrinita alcanzó un valor de 1.1669, lo cual significa que el
rango y clasificación y en base a la norma norteamericana USA – ASTM,
corresponden a un carbón del tipo bituminosos coquizable
Figura 19 Fotomicrografía del carbón Fino de la muestra CFM. 1)Vitrinita, 2)
liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral.
Figura 20 Fotomicrografía de la muestra de Carbón Fino CFP.1)Vitrinita, 2) Liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral, 5) Fusinita, 6) Pirita
1
100m 100m
1
3
2
a)
3
2
4
b) 5
6
a)
4
1
pág. 83
En cambio en la Figura. 20 se presenta las fotomicrografías correspondientes a la
muestra de carbón fino (CFP). En esta imagen es claro observar los principales
macerales presentes corresponden a: Vitrinita(1), Liptinita(2), Inertinita(3) y
Materia Mineral(4), también se puede observar la presencia de fusinita (5), la cual
es en una menor proporción comparada con los cristales de vitrinita casi toda la
muestra.
Existe una distribución heterogénea de tamaño de grano, pero principalmente de
partículas finas de carbón en el cual la mayoría de ella corresponde al maceral de
vitrinita. Esto nos indica la existencia aun de mineral de valor que podría ser
aprovechado durante los siguientes ensayos a desarrollar para la recuperación de
materia orgánica. También es importante destacar que el índice reflector de la
vitrinita para esta muestra fue de 1.3922. Este valor y de acuerdo a la norma
norteamericana USA – ASTM, corresponden a un carbón del tipo bituminoso
coquizable. Ver Tabla 11.
Ambas muestras de carbón fueron analizadas también en las instalaciones del
Instituto Nacional de Carbón (INCAR) en Oviedo, España. Los resultados
obtenidos coincidieron con los valores obtenidos en el laboratorio de Petrografía
de la UADEC:
pág. 84
Tabla 11 Resultados de mediciones de reflectancia mediante análisis petrográfico en la muestra de carbón bituminoso CFP , ahora identificado como (PAL)
CFP
Vitrinitas de distinto rango: Reflectancia Número Porcentajes
Lignitos/Subbituminosos < 0.5 0 0.00
Hullas altas en volátiles 0.5 - 1.05 34 34.00
Hullas de coque 1.05 - 1.4 65 65.00
Hullas secas 1.4 - 2 1 1.00
Antracitas > 2 0 0.00
Total 100 100.00
CFM
Vitrinitas de distinto rango: Reflectancia Número Porcentajes
Lignitos/Subbituminosos < 0.5 0 0.00
Hullas altas en volátiles 0.5 - 1.05 31 31.00
Hullas de coque 1.05 - 1.4 66 66.00
Hullas secas 1.4 - 2 3 3.00
Antracitas > 2 0 0.00
Total 100 100.00
7.6 Análisis de Difracción de Rayos X (DRX)
El espectro de difracción de rayos X (DRX) de las muestras denominadas “CFM” y
“CFP”, se presenta en la Figura 21. A partir de estos se pudieron identificar los
minerales presentes de la fase inorgánica de los carbones utilizados para esta
investigación, constituida principalmente por cuarzo (Q)- (SiO2); caolinita (K)-
(Al2Si2O5(OH)4), carbonato de calcio (C)-(CaCO3), yeso (Y)-(CaSO4·2H2O),
bentonita (B) (SiO3*H2O) en ambos sustratos, así como la presencia de, carbón
(Ca). Todos estos minerales comúnmente se hacen presente en los carbones tipo
bituminoso.
La fase amorfa, evidente en la curvatura de la primera parte de los espectros, está
relacionada con el componente orgánico del carbón y varía de acuerdo al rango el
mismo. No obstante, se ha encontrado que en los carbones de bajo rango, no
solamente el carbón es el que aporta la fase amorfa, sino también lo hacen
algunos sulfatos e hidróxidos de hierro amorfos.
pág. 85
Además, se ha observado que a medida que aumenta el tamaño de grano y el
rango del carbón, incrementa la intensidad del espectro en el rango entre 25º y
26.6º 2θ, el cual es además el plano (002) del grafito (Maity and Mukherjee (2006).
En ella puede observarse claramente, que la mayor parte de los minerales
presentes corresponden a los minerales que conforman la ceniza de un carbón.
También se observa que a pesar de que las muestras de carbón recolectadas
corresponden a residuos de jales mineros, estos aún presentan una pequeña
porción de mineral de valor energético.
La intensidad del background también depende de la proporción de mezcla de
carbón en sí con minerales de alta cristalinidad como cuarzo, yeso y caolinita, los
cuales por escala tienden a minimizar el background. Por ello, los análisis
concernientes a la fase orgánica mediante DRX requieren una previa separación
de la fase mineral Takagi, Maruyama et al. (2004) (Maity and Mukherjee 2006) .
No obstante la presencia de la fase amorfa en los difractogramas, es posible
establecer diferencias notables en la mineralogía de ambos carbones a partir de la
intensidad de los picos de los diferentes minerales.
pág. 86
Figura 21 DRX de la muestra de carbón fino. a) CFM y b) CFP.
7.7 Espectrofotometría Infrarrojo FTIR- aceites.
La espectroscopia de infrarrojo es una técnica útil para la caracterización de
aceites y grasas comestibles debido a que es capaz de mostrar la frecuencia
exacta de las diferentes bandas de absorción así como la diferencia en las
intensidades de las mismas Guillén and Cabo (1997), Zhang, Liu et al. (2012),
Moya Moreno, Mendoza Olivares et al. (1999), Wójcicki, Khmelinskii et al. (2015)
Vlachos, Skopelitis et al. (2006) Estas bandas están asociadas a los distintos
grupos funcionales que constituyen los aceites y su intensidad se relaciona con la
concentración en los mismos. El grado de instauración se relaciona con la
concentración de los mismos.
En la Figura 22 son mostrados los espectros infrarrojos de los aceites utilizados
durante las pruebas de aglomeración para las muestras de carbón CFM y CFP. .
Guillen et al señalan que cada espectro de infrarrojo pueden ser considerada
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
a)
Ca
Q QQQCC C
C
YK BQQQK KKK
K
Q
C KKY
CY
Q
KK
Co
s
Posicion 2
CFM CFP
K
Q
Q
K
QK
Q
K
CaY
Q
K BYQ
K
B: Bentonita
Q: Cuarzo
Y: Yeso
K: Kaolinita
C: Carbonato de Calcio
Ca: Carbon
a)
pág. 87
como una huella dactilar, y en consecuencia, no existe ningún aceite que tenga el
mismo espectro de infrarrojo en términos de número de banda Guillén and Cabo
(1997).
Ejemplo de ello es observado en la Figura 22, donde los aceites de tipo vegetal
(Figura 22 a) y 22b)) tienen diferente número de bandas comparado con el resto
de los aceites tanto mineral (A3M) (Figura 22 c)) como aceite automotriz (A4K)
(Figura 22d)).
Entre las diferencias encontradas en estos espectros de infrarrojo están:
En primer lugar, se tiene una banda de mediana intensidad en 3009 cm-1,la cual
corresponde al estiramiento del enlace C-H , lo cual indica que la muestra puede
tener grupos olefínicos o aromáticos. Esto significa que el aceite A2G tiene un
contenido en ácidos grasos polinsaturados mucho más elevados que el aceite
A3M y A4K. La presencia de una banda a 723 cm-1, correspondiente al
doblamiento de los enlaces C-H tipo alqueno, correspondiente a los enlaces C=C
tipo alqueno, confirman que la muestra tiene carácter olefínico y no aromático. La
ausencia de las bandas típicas de los enlaces C=C aromáticos entre 1600 cm-1
también corroboran la afirmación anterior. Esto es coherente con la composición
reportada para los aceites de tipo vegetal, quienes se caracterizan por la
presencia de ácidos grasos insaturados. Además de las señales de alquenos
descritas, se observan dos señales intensas entre las bandas 2924 y 2854 cm-1
que corresponden a las bandas de estiramiento de los enlaces C-H. De igual
forma las bandas que aparecen entre 1469 a 1464 cm-1 correspondiente a los
grupos -CH3 y -CH2, mientras que la banda a 1378 cm-1 representa el doblamiento
del enlace C-H tipo alcano. Con toda esta información, puede asegurarse la
presencia de porciones de cadenas carbonadas saturadas que comúnmente se
encuentran en los triglicéridos de los ácidos grasos. Esto se confirma con la
presencia de una banda fuerte a 1754 cm-1, la cual reafirma la presencia de
grupos carbonilos tipo éster (estiramiento) esperada para los triglicéridos.
pág. 88
Aunque la configuración de los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados
de los aceites vegetales es mayoritariamente cis, puede existir una pequeña
proporción de dobles enlaces cuya configuración sea trans. La presencia en los
vegetales de ácidos grasos con dicha configuración trans en sus dobles enlaces
conlleva a la aparición en el espectro infrarrojo de una banda 1 967cm-1 debido al
modo de vibración de deformación fuera del plano del enlace =C-H trans-.
Por otra parte, en los rangos entre 1000 y 1380 cm-1se aprecian bandas que se
pueden asignar como enlaces C-O de ésteres. Sin embargo, comparando los dos
espectros de los aceites (A1O y A2G) se puede observar que en este rango existe
una ligera diferencia en el número de bandas que se hace presente. Esta
diferencia se basa en el número de componentes que conforma cada aceite, es
decir, para el caso del aceite tipo vegetal A2G, este contiene además del ácido
oleico (A1O), este contiene: acido esteárico, ácido palmítico y ácido linoleico. De
acuerdo a la ficha técnica de este aceite (A2G) ácido linoleico representa la mayor
proporción, y este tipo de ácido contiene principalmente acido grasos
polinsaturados
En cambio el aceite A1O, únicamente contiene ácido oleico. La ausencia de
señales entre 2500 y 3300 cm-1 (estiramiento de enlace O-H) demuestra que el
aceite no contiene cantidades significativas de ácidos grasos libres. Este análisis
demuestra que los aceites de tipo vegetal estás compuestos, como se esperaba,
de triglicéridos con instauraciones. El espectro infrarrojo no permite determinar la
naturaleza específica de cada uno de los componentes de la mezcla, ni su
proporción relativa.
En cambio en la Figura 22c) correspondiente al espectro infrarrojo del aceite
mineral A3M, las bandas que aparecen a los picos 2951, 2922 y 2857 cm-1
representan a los grupos funcionales metileno (-CH2-) y metilo (-CH3-) con un
modo de vibración simétrico y asimétrica .La banda que aparece a 1456 cm-1
pertenece a la de vibración flexión del grupo alifático de metilo (CH3) y metilenos
(CH2). Y la banda que aparece a 1376 cm-1 corresponde a las vibraciones de
flexión del grupo metilenos (CH2). Finalmente las bandas que aparecen a 808 y
pág. 89
725 cm-1 representan dobles enlaces cis y trans del grupo (-HC=CH-) con un modo
de vibración de flexión. Esta cadena de grupo funcionales nos indica que este tipo
de aceite corresponde al aceite obtenido de la refinación de petróleo cruda.
Conformado principalmente por una componente parafínico.
Por último en la Fig. 22d) se observa el espectro FTIR del aceite automotriz A4K.
En él se encuentra lo siguiente: la banda que aparece a 2954 cm-1 pertenece a las
bandas de vibraciones simétricas y asimétricas del grupo alifático de los metilos
(CH3). En cambio, la banda que aparece a 2923 cm-1 se atañe a las vibraciones
asimétricas y simétricas del grupo funcional de metilo (CH3). Mientras que a 1460
cm-1 se muestra la banda de vibración de flexión del grupo metilo (CH3) y metileno
(CH2). Y a 1377 cm-1 únicamente aparecen vibraciones de flexión en el grupo de
metilenos. Una pico ligeramente se hace presente a 1217 cm-1 el cual representa
la vibración de tensión del grupo funcional de estés (C-O). La banda a 722 cm-1 es
atribuida la interferencia del balanceo de vibración CH2 y la vibración fuera del
plano de olefinas di sustituidas.
Si el surfactante está disuelto en una fase oleica, su grupo apolar reacciona con el
solvente pero no su grupo polar. Nótese que las interacciones entre el grupo polar
ionizado o el agua son típicamente diez veces más intensas que las interacciones
apolares (London) entre los grupos metilenos de la parte apolar con el aceite. En
consecuencia un balance de interacciones polar-apolar implica que un surfactante
posea un grupo apolar netamente más grande que su grupo polar ionizado
(carboxilato, sulfonato, sulfato, amonio, fosfato), por eso un surfactante se
esquematiza a menudo con una pequeña "cabeza" polar y una larga "cola" apolar
Dey (2012) realiza un estudio sobre el mecanismo de adsorción de los grupos
funcionales que conforman el aceite para la recuperación de carbón. Y en él
señala que la superficie del carbón está conformada por un área inherentemente
hidrofóbica además de grupos funcionales como carboxilo, carbonilo, fenólico y
éster. También menciona que el primer mecanismo de interacción entre el
surfactante y la superficie de carbón aparece a través de los grupos funcionales de
pág. 90
los reactivos que interactúan con los grupos funcionales oxigenados en la
superficie del carbón por la vinculación con el hidrogeno.
El segundo mecanismo involucra la interacción con la cadena no polar con los
sitios carbonosos en la superficie del carbón por la dispersión de las moléculas de
agua de la superficie del carbón. La interacción entre una cadena de alifáticos y la
superficie del carbón es menos pronunciada que la cadena de anillos de benceno
y los sitios aromáticos en la superficie de carbón. También señala que los enlaces
de hidrogeno de los grupos oxigenados en los reactivos son más fuertes que las
interacciones de Van der Waals de la cadena de alifáticos con la porción de
carbonaceos de la superficie. Lo cual esto explica por qué los reactivos que
contienen grupos funcionales de oxigeno son mucho mejores colectores que los
aceites automotrices para la flotación de carbón bituminosos. Esto indica que los
aceites utilizados en la aglomeración absorberán sobre loa sitios de las superficies
oxigenadas en el carbón a traves de los enlaces de hidrogeno, los enlaces
hidrofílico de la cadena de hidrocarburos alifáticos con los sitios hidrofóbicos en la
superficie del carbón. Por lo tanto, de acuerdo con la Figura 23 los únicos aceites
que muestran picos en la zona de grupos oxigenados son los aceites A1O y A2G,
los cuales se encuentran localizados alrededor de los 1700-1800 cm-1 que son los
que interactúan mejor con la superficie del mineral. En cambio el aceite tipo A3M,
el cual corresponde a un aceite mineral este está conformado por una mezcla de
varios aceites, los cuales son de tipo parafinicos, y este está basado en alcanos,
los cuales precisamente son alifáticos (que no forman ciclos o anillos) de tal
manera que el aceite mineral tiene una eficiencia menor de recuperación porque
muchos de los grupos alifáticos que este contiene no da un buena respuesta. En
cambio los aceites tipo automotriz, estos están basados de la mezcla entre aceites
parafínicos y aditivos, y sabiendo que los aceites minerales están conformados por
grupos alifáticos la respuesta de recuperación de materia orgánica se ve reducida.
pág. 91
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
938
753
723
722
722
9701029
1098
1161
1215
1248
1284
1235
1217
1377
1378
1378
1378
1413
1459
1458
1464
1459
1708
1754
2855
2870
2954
2954
2925
2854
2854
2924
2924
2924
3009
Alifaticos Huella
Dactilar
Gpo.
Oxigenado
G.
AromaticosCarbon
Aromatico
d)A4K
c)A3M
b)A2G
Ab
so
rba
ncia
Longitud de onda cm-1
a)A1O
Aromaticos
3009
FIGURA 22 Espectro FTIR de los aceites a)A1O, b) A2G, c) A3M, y d) A4K
7.8 Aglomeración con aceite.
En la Tablas 12 y 13 se presentan los resultados obtenidos de las pruebas de
aglomeración con los cuatro aceites utilizados como colector, a diferentes
concentraciones. Estos valores comprenden a los porcentajes de: recuperación de
materia orgánica (%RF) y reducción de ceniza (%RCza) obtenidas de las
muestras de carbón fino CFM y CFP.
La influencia del tipo y la concentración de aceite son importantes para determinar
cuál de estos aceites podría ser aplicado como colector alternativo en el proceso
de lavado de carbón, con un menor costo y además que este no afecte al mismo
pág. 92
tiempo al medio ambiente. No obstante encontrar el mecanismo por el cual este
fenómeno sucede implica un mayor reto dentro de esta investigación.
Básicamente, el proceso de aglomeración consiste en que las partículas de carbón
con alto valor energético, es decir la materia orgánica son humedecidas con aceite
a partir de la mezcla de jales de carbón con agua bajo condiciones de agitación.
Las partículas de carbón puro siendo hidrofóbicas son aglomeradas por las gotitas
de aceite y el material de carácter hidrofílico son retenidas en la fase acuosa, lo
cual afecta la separación. La definición y los cálculos para determinar los
porcentajes de recuperación de materia orgánica y reducción de ceniza se
presentan en la metodología de esta tesis.
Para las prueba de aglomeración, las concentraciones de aceite que se manejaron
fueron de 5 a 30 % en peso aceite/ mineral. Cabo serie de experimentos fue
llevado a cabo por triplicado para tener una mejor confiabilidad de resultados. De
acuerdo a los valores que aparecen en las tablas, se puede observar que los
porcentajes de recuperación de materia orgánica superan más del 50% para cada
tipo de carbón y cuando las concentraciones de aceite son menores al 10%.
En la Tabla 13 por ejemplo, puede observarse como la recuperación de materia
orgánica, para ambos aceites resultaron ser mayores de un 51% a
concentraciones menores al 10% de aceite. También en esta misma tabla, se
puede apreciar existe una diferencia poco significativa en los valores tanto de
recuperación materia orgánica como reducción de ceniza.
El rendimiento recuperación de materia orgánica (RF) resulta ser superior cuando
la velocidad de aglomeración es de 18,000 rpm, esto se atribuye a que hay una
mejor interacción/coalición entre las partículas de carbón y el aceite, por tanto,
aumenta el contacto entre las partículas de carbón y las gotas de aceite.
Provocando al mismo tiempo un mayor rendimiento de aglomerado y reducción de
cenizas (% RCza) para cada tipo de carbón (CFM Y CFP).
En cambio, cuando la velocidad de aglomeración es mayor (22.000 rpm), las
colisiones entre las partículas de carbón y gotitas de aceite aumenta, sin embargo,
pág. 93
el aumento de rendimiento provoca el atrapamiento de más ceniza que conforman
los constituyentes en el aglomerado,
Por lo tanto, parece que operar el proceso a una velocidad de agitación inferior
(18.000 rpm) daría lugar a un aglomerado más limpio, con un mayor rechazo de
cenizas, con una mayor recuperación de materia orgánica, con menor consumo de
energía en comparación con una se lleva a cabo a una mayor velocidad de
agitación.
Un caso similar sucede con Cebeci y Sonmez quienes también informaron que la
máxima recuperación combustible o materia orgánica ocurre a una menor
velocidad de agitación menor, seguido por una disminución en la recuperación de
materia orgánica a velocidades de agitación más altas (Cebeci 2003) . En el
presente estudio, más del 80% de los aglomerados formados a 18000 rpm y con
un rango de tamaño de partícula entre las 75 y 45 m.
Dentro de los resultados más destacables de esta sección están por ejemplo:
Para el aceite vegetal A1O, de acuerdo a la tablas de resultados, se puede
observar que con este aceite se logran mantener en cualquier concentración de
aceite recuperaciones de materia orgánica superiores al 85% tanto para el carbón
CFM como para CFP, cuando las velocidades de aglomeración en este caso fue
menor (18000 rpm). El orden del porcentaje de recuperación de materia orgánica
va desde 89.78-88.08% para CFM y de 93-89% para CFP. Mientras que los
porcentajes de reducción de ceniza alcanzan valores desde de 43-32% para CFM
y de 54-42% para CFP. Swanson AR, Bensley CN et al. (1977.) , Garcia, Vega et
al. (1995), Valdés and Garcia (2006) y Slaghuis and Ferreira (1987) señalaron
grades aglomerados contienen un mayor atrapamiento de agua junto con una gran
cantidad de materia mineral, por consiguiente el mineral aglomerado contenía un
mayor contenido de materia mineral y una mejor reducción de ceniza.
Pero si la velocidad de aglomeración incrementa, existe muy ligero reducción en
cuanto al porcentaje de recuperación de materia orgánica del orden de 88-83%
para CFM y de 87-85% para CFP. Además de obtener porcentajes de reducción
pág. 94
de ceniza de 41-35% para CFM y de 40-39% para CFP. De acuerdo con estos
datos, se puede decir que el carbón con mayor hidrofobicidad es el CFP
comparado con el carbón CFM y aun cuando esta última muestra presenta un
menor contenido de ceniza ≈38%Cza comparado con el CFP que contiene ≈ 41%
Cza.
En cambio en el caso del aceite A2G, se destaca entre los resultados obtenidos
estan: A una menor velocidad de aglomeración se obtiene porcentajes de
recuperación de materia orgánica (RF) desde 81% a-91% para carbón CFM y de
84-91% para carbón CFP. Estos porcentajes son alcanzados cuando las
concentraciones de aceites son del 5 al 20% respectivamente.
Para el caso de los aceites tipo mineral A3M y automotriz A4K, los resultados
recuperación de materia orgánica máximos alcanzados a una menor velocidad de
aglomeración fueron: de casi un 81% para CFM y para CFP fue de 67%. En
cambio a una mayor velocidad de aglomeración los resultados alcanzaron un 79%
de recuperación de materia orgánica para CFM, utilizando una concentración de
aceite del 10%, mientras que para el carbón CFP el porcentaje de recuperación de
materia orgánica alcanzó casi el 67%, con un 20%wt de concentración de aceite.
Por otra parte se puede mencionar, que aun y cuando los porcentajes de
recuperación de materia orgánica para los aceites tipo mineral resultan ser
ligeramente menores que los aceites vegetales, estos obtienen también buenos
porcentajes de reducción de ceniza de hasta un 70% en ambas tablas de
resultados y con ambas velocidades de aglomeración.
Para el caso de los aceites tipo automotriz A4K los máximos porcentajes de
recuperación de materia orgánica se lograron en el menor porcentaje de
concentración de aceite con valores superiores al 60% y reducciones de ceniza de
hasta un 60% para ambas muestras de carbón y velocidades.
Sin embargo, la apariencia del producto aglomerado cambia notablemente y este
pierde consistencia cuando incrementa la concentración de aceite. De hecho
cuando la concentración de los aceite A1O, A2G, A3Ky A4K es ≥30%wt, la
pág. 95
apariencia del aglomerado es como una pasta aceitosa. Esto a su vez provoca
disminución en el porcentaje de recuperación de materia orgánica, la razón por la
cual eso ocurre se debe a que existe una saturación de aceite sobre la partícula
de carbón de valor y el exceso de aceite residual permanece en la fase acuosa
que se añade a la contaminación del medio ambiente. Hallazgos experimentales
están de acuerdo con el estudio realizado por Petela, que sustenta que el diámetro
del aglomerado, crece continuamente con la cantidad de aceite presente hasta
alcanzar la máxima concentración de aceite denominado concentración crítica
micelar (CCM). A partir de este valor, el diámetro del aglomerado y en
consecuencia, el porcentaje de recuperación de materia orgánica permanece
constante hasta que la cantidad de aceite en la suspensión acuosa llega a ser
excesiva. Y tiende a formar un aglomerado de apariencia pastoso, es decir, no hay
aglomerados como tal y se produce una disminución en la recuperación materia
orgánica. Petela, Ignasiak et al. (1995)
Por otro lado, Valdés and Garcia (2006) también señalan que, este tipo de
apariencia en los aglomerados ha sido previamente observados durante el
proceso de aglomeración de carbón tipo antracita en España al utilizar aceites
vegetales.
Cabe señalar que el mecanismo de interacción del aceite y las partículas de
carbón son principalmente debido a la interacción hidrofóbica. La hidrofobización
de la superficie mineral, es la premisa de la profunda interacción del aceite y
minerales. Dado que las fuerzas de atracción de Van der Waals dominan los
alrededores de una superficie, las partículas no se puede separar de la superficie
por el movimiento browniano, y por lo tanto se adhieren de forma irreversible.
En cambio, cuando la interacción de Coulomb se vuelve dominante a una
distancia lejana de la superficie, las fuerza de Van der Waals disminuye
drásticamente con la distancia.
pág. 96
Tabla 12 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de Ceniza para la Muestra de carbón CFM.
Aceite Resultados
Resultados
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n
(rpm
).
Tip
o
Co
nce
ntr
ació
n
% %
RF %
RCza PC
(Kcal/Kg)
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n.
(rpm
)
% RF
% RCza
PC (Kcal/Kg)
18000
A1O
5 88.43 43.13 6957.83
22000
86.82 41.74 6870.82
10 89.78 38.52 6826.48 88.60 39.51 6831.17
20 89.50 34.38 6678.53 86.71 35.72 6655.15
30 88.09 32.76 6589.25 83.12 35.30 6543.53
A2G
5 81.24 63.52 7622.76 77.53 62.58 7505.77
10 85.24 54.62 7328.45 83.21 52.98 7213.98
20 91.42 68.07 7993.36 80.51 54.31 7205.65
30 89.88 53.55 7380.71 83.70 57.50 7410.78
A3M
5 72.87 63.62 7393.23 69.11 54.94 6924.07
10 79.65 70.65 7957.33 79.31 55.85 7241.67
20 81.47 57.84 7365.85 64.72 61.60 7125.38
30 76.85 68.03 7741.18 41.14 70.53 6682.59
A4K
5 66.65 77.83 8029.31 56.48 60.39 6745.06
10 51.44 73.53 7359.82 59.67 68.73 7383.84
20 31.94 90.22 8216.15 39.35 83.89 7770.48
30 19.27 90.42 7461.56 21.24 84.18 6778.79
Observación: % RF = Recuperación de Materia Orgánica. % RCza = Reducción de Ceniza PC = Poder Calorífico (Kcal/Kg)
pág. 97
Tabla 13 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de Ceniza para la Muestra de carbón CFP
Aceite Resultados
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n
(rpm
).
Tip
o
Co
nce
ntr
ació
n
%
% RF %
RCza PC
(Kcal/Kg)
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n.
(rpm
)
% RF %
RCza PC (Kcal/Kg)
18000
A1O
5 89.85 54.02 7505.01
22000
87.54 40.72 7126.05
10 93.62 42.71 7272.58 86.28 37.15 7003.03
20 92.16 44.51 7294.76 85.96 32.98 6905.08
30 90.63 44.32 7267.11 85.81 39.57 7056.97
A2G
5 84.37 75.54 8060.21 81.81 65.24 7712.69
10 88.89 60.66 7673.16 86.96 61.06 7653.76
20 91.39 61.38 7720.74 86.13 52.58 7412.28
30 88.69 63.28 7741.95 85.69 56.18 7491.08
A3M
5 28.60 97.79 8662.99 56.92 90.23 8383.20
10 36.17 29.28 8311.49 55.12 63.00 7428.14
20 67.31 68.91 7658.39 67.19 77.92 8028.82
30 51.29 98.24 8792.69 44.67 84.02 7867.38
A4K
5 66.27 51.10 6968.41 75.06 65.96 7900.10
10 55.12 61.92 7086.42 60.28 68.14 8078.72
20 21.88 76.69 6187.70 74.70 69.22 7710.56
30 29.52 88.02 7745.79 23.88 81.19 6887.92
Observación: % RF = Recuperación de Materia Orgánica. % RCza = Reducción de Ceniza PC = Poder Calorífico (Kcal/Kg)
pág. 98
7.9 Efecto de la concentración y tipo de aceite sobre la
Reducción de Ceniza con diferentes velocidades de
aglomeración.
En la Figura 23 se presenta los resultados obtenidos de la reducción de ceniza
durante las pruebas de aglomeración con las muestras de carbón fino CFM y CFP
para diferentes tipo de aceite y concentraciones
Cuando la velocidad de aglomeración alcanza los 18000 rpm, el porcentaje de
reducción de ceniza para las muestras de carbón CFM y CFP logra obtener
valores más altos y utilizando una mínima concentración de aceite. Por ejemplo,
con el aceite A1O, los valores de reducción de ceniza son de alrededor del 43%
para CFM y del 54 % para CFP. En cambio para el aceite A2G, los porcentajes de
reducción obtenidos resultan ser superiores al 60% en ambas muestras de carbón
Un caso similar ocurre para las muestras de carbón CFM y CFP, utilizando el
aceite automotriz A4K y donde se obtiene porcentajes de reducción alrededor del
78% y 51% de ceniza. Aunque la muestra de carbón CFP requiera una mayor
concentración de aceite, para alcanzar reducciones de ceniza del≈ 62%, para el
sector minero, utilizar una menor concentración de aceite (es decir un 5%wt de
aceite) y obtener reducciones de ceniza del 51%RCzas y 66%RF, podría ser
razonablemente aceptable, ya que no se invertiría en un mayor costo de consumo
de este aceite y no afectaría además de una manera severamente al medio
ambiente. (Ver Figura 23 a) y 23 c)).
Por otro lado cuando la velocidad de aglomeración se incrementa a 22,000 rpm los
porcentajes de reducción de ceniza disminuyen significativamente con algunos
aceites y muestras de carbón. Tal es el caso de los aceites tipo vegetal donde
para el caso del aceite A1O, los porcentajes de reducción de ceniza alcanzaron
≈42% CFM y 41% CFP. En cambio para el aceite A2G, los porcentajes de
reducción alcanzados fueron de ≈63% CFM y 65% CFP. Lo mismo ocurre en con
el aceite automotriz donde el porcentaje alcanza valores de 60 % en el carbón
pág. 99
CFPM y ≈66% RCza para el carbón CFP, todos estos valores fueron logrados con
una mínima concentración también de aceite del 5% wt.
Sin embargo, para el caso del aceite mineral A3M, conseguir una mayor máxima
reducción de ceniza requiere al menos de una concentración de un 20%wt de
aceite para alcanzar reducciones de ceniza de aproximadamente un 61% para el
carbón CFM. En cambio para la muestra CFP, esta requiere de un concentración
de aceite mínima del 5%wt y lograr reducciones de ceniza de 90%, tal y como se
observa en las Figuras 23 b) y 23d) respectivamente.
Se podría decir que el porcentaje de reducción de ceniza, se ve influenciado con la
velocidad de aglomeración. Es decir, aunque la diferencia de velocidades es
mínima, una menor velocidad de aglomeración, permite durante el proceso de
aglomeración que el aceite se vuelva más selectivo sobre las partículas de valor. Y
al mismo tiempo, se puede decir que al haber una mayor velocidad de
aglomeración incrementa el rendimiento de recuperación pero al mismo tiempo
causa el atrapamiento de más ceniza, en el aglomerante, por lo tanto decrece el
porcentaje de reducción de ceniza.
En base a estos resultados, se puede discutir qué a bajas relaciones entre aceite
/Carbón fino, el proceso se hace mucho más selectivo y solo será aglomeradas las
partículas más hidrofóbicas, dando lugar a altas eliminaciones de ceniza. Un
incremento de la cantidad de aceite disponible en el medio aumenta, crea la
posibilidad de que partículas de materia mineral (mixtos) sean aglomerados por el
aceite dando lugar a eliminaciones de ceniza inferiores. Esto significa que el
sistema se vuelve menos selectivo y se comienzan a recuperar partículas
intermedias (mixtas “materia orgánica- y mineral”).
Garcia, Vega et al. (1995), Slaghuis and Ferreira (1987), y (Shrauti and Arnold
1995) señalaron que a medida que aumenta la concentración del aceite existe la
posibilidad de aglomerar partículas con materia mineral cuya presencia debilitaría
los aglomerados provocando la entrada de agua que contiene materia mineral
disuelta o en suspensión, en los mismos.
pág. 100
Por otra parte García et al señalaron que cuando la relación entre el jal de carbón
y el aceite mínima, la cantidad de aceite es insuficiente para absorber a todas las
partículas de carbón presente durante el proceso de aglomeración. La
humectabilidad de cada aceite dependerá en gran medida del tipo y estructura de
cada aceite utilizado como colector. Esto significa que únicamente las partículas
con mayor hidrofobicidad y menor contenido de materia mineral serán
aglomeradas, por lo tanto, se lograra con ello un mayor rechazo de ceniza. En
cambio cuando la cantidad de aceite se eleva, el número de gotitas de aceite
disponible para la coalición con los jales mineros para formar aglomerados
aumenta, de tal manera que el producto aglomerados además de contener
partículas de valor energético estos también están asociados con partículas de
materia mineral no deseable (ceniza). Por lo tanto, el porcentaje de reducción de
ceniza disminuye al incrementar la concentración de aceite es altamente viable
tanto para el tipo de aceite como para el tipo de carbón a recuperar.
pág. 101
Figura 23 Influencia de la concentración y tipo de aceite en la eliminación de
cenizas de las muestras a) CFM, 18000 rpm, b) CFM, 22000rpm, c) CFP 18000
rpm y d) CFP 22,000 rpm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
Cza
% Concentración de Aceite
A1O, A2G
A3M A4K
0 5 10 15 20 25 30 35
% Concentración de Aceite
CFP 18,000rpm 22,000rpm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
Cza
% Concentración de Aceite
A1O, A2G
A3M A4K
0 5 10 15 20 25 30 35
% Concentración de Aceite
CFM 18,000rpm 22,000rpm
a) b)
c) d)
pág. 102
7.10 Efecto del tipo de aceite sobre la recuperación de
materia orgánica (RF)y reducción de ceniza (RCza).
En las Figuras 24-27 se representan los resultados obtenidos de la recuperación
de materia orgánica y reducción de ceniza durante el proceso de aglomeración
con los distintos aceites utilizados como colector y aglomerados a diferentes
velocidades.
La influencia de la concentración y tipo de aceites sobre las muestras recolectadas
se ven reflejadas en estas gráficas, donde puede verse claramente como los
aceites de tipo vegetal A1O aglomerados con diferentes velocidades en las
muestras de carbón recolectadas muestras un rendimiento en recuperación de
materia orgánica muy similar. Es decir, no existe un cambio significativo en cuanto
al porcentaje de recuperación de mineral de valor, logrando obtener porcentajes
de un 88 a 90%RF a diversas concentraciones de aceites. En cambio, el
porcentaje de reducción de ceniza con este aceite (A1O) presentan un cambio
muy claro respecto para ambas muestras de carbón aglomeradas en la diferentes
concentraciones de aceite.
Lin, Chen et al. (2012) señalan que el incremento de la materia orgánica con el
incremento del contenido de carbón puede ser atribuido a la distancia entre las
partículas más grande con un bajo contenido de sólidos, que a un alto contenido
de sólidos. Por lo tanto la posibilidad de coalición entre las gotas de aceite y las
partículas de carbón incrementa al aumentar el contenido de carbón. Sin embargo,
disminuye la selectividad debido al incremento del número de partículas por
unidad de volumen al incrementar el contenido de carbón lo cual podría resultar
más bajo en ceniza.
De tal manera que, para la muestra de carbón fino CFM de la Figura 24b) se
puede observar que la mayor reducción de ceniza se obtiene a una concentración
de aceite (5%wt), es decir, la reducción de ceniza obtenida a 18,000 rpm fue de
pág. 103
casi un 43%. En cambio a 22,000 rpm (Figura 25 b) el porcentaje de reducción de
ceniza disminuye ligeramente a un 40%,
Por otra parte con el aceite A2G, se observa como él % de recuperación de
materia orgánica incrementa de un 80 a 90%RF a medida que incrementa la
concentración de aceite en ambas velocidades de aglomeración y muestras de
carbón. Sin embargo, los porcentajes de reducción de ceniza presentan una
diferencia reveladora de acuerdo a la variación que existe en la velocidad de
aglomeración. Esto significa que a 18,000 rpm los porcentajes de reducción para
las muestras CFM y CFP son casi ≥ 60%. (Ver Figuras 24b), 26b)), Mientras que a
22,000 rpm, el porcentaje de reducción decrece ligeramente ≤ 60%. (Ver Figura
25b) y 27 b). Esto pasa debido a que a una menor velocidad de aglomeración, las
gotitas de carbón coalicionan mejor con las partículas de valor, en cambio a mayor
velocidad, el proceso es un poco menos selectivo y recolectan durante el proceso
partículas de mineral no deseable como la ceniza.
En el caso de aceite mineral A3M, si existe una diferencia muy marcada en ambas
muestras y sobre las dos velocidades de aglomeración manejadas. Esto quiere
decir que la muestra de carbón CFM muestras mejores resultados que muestra
CFP. (Ver Figuras. 24-27). Lo que significa que aun cuando los porcentajes de
recuperación de materia orgánica son ligeramente menores que los aceites
vegetales, los resultados con la muestra de aceite A3M son buenos de ≥ 70% RF
a 18,000 rpm y ≥65% a 22,000 rpm. (Ver Figura 24a) 25a). No obstante contrario
de lo que ocurre con la recuperación de materia orgánica, la reducción de ceniza
de los jales tiende a disminuir a medida que aumenta la concentración de aceite
utilizado. Esto se debe porque a bajas relaciones aceite/carbón, el proceso es muy
selectivo y solo serán aglomeradas las partículas más hidrofóbicas, dando lugar a
altas reducciones de ceniza. Un incremento de la cantidad de aceite disponible en
el medio ambiente, genera la probabilidad de que partículas de materia mineral
(mixtos) sean aglomerados por el aceite dando lugar a reducciones de ceniza
inferiores. Tal y como ocurre en las Figuras 24b) y25b) donde a una menor
velocidad de aglomeración (18,000 rpm) el porcentaje de reducción promedio
pág. 104
alcanzado fue ≥ 60%, en cambio 22,000 rpm, el porcentaje promedio de reducción
es ≤60%.
En el caso de la muestra CFP aglomerado con A3M, ocurre un cambio revelador,
y los resultados obtenidos están en función no solamente del tipo y concentración
de aceite sino también de la velocidad de aglomeración con el reactor.
Lo cual quiere decir que, cuando la velocidad de aglomeración alcanza los 18,000
rpm, el porcentaje de recuperación de materia orgánica incrementan
progresivamente de acuerdo a la concentración de aceite (5-20%wt). Esto significa
que, los valores de recuperación de materia orgánica obtenidos para estas
concentraciones fueron de un 28 a 65% RF (ver Figura 26a). Lo que significa que
a una menor concentración de aceite hay insuficientes gotitas de aceite en el
medio para hacer contacto con las partículas de carbón de valor y conforme
incrementa esta concentración la dispersión de estas gotitas de aceite, permiten
exista un mayor contacto y selectividad en el medio sobre las partículas de
carácter hidrofóbico. Llegando a un punto en el que existe una saturación de
aceite en el medio y existe una caída en el porcentaje de recuperación de materia
orgánica obteniendo valores de un 50%RF, debido a que el producto aglomerado
forma una pasta aceitosa.
Gürses, Doymuş et al. (2003), Aktaş (2002), y Ünal and Aktaş (2001) también han
informado de resultados similares para la explicación y el efecto del contenido de
carbón sobre el proceso de aglomeración. Disminución de las reducciones de
ceniza con el aumento del contenido de carbón puede indicar que más materia
mineral fue atrapado en el aglomerados ya que fueron encerrados en partículas de
carbón concurridas y no podría haber escapado del medio rodeado de gran
cantidad de partículas de carbón a la fase de agua, conocido como CCM
(Concentración critica micelar) y comienza el producto a formarse con apariencia
aceitosa o “Pastosa”
Lo anterior dicho se ve reflejado en las Figuras 26 b) y 27 b) donde por ejemplos
a 18,000 rpm el resultado más aceptable de reducción de ceniza se logra con una
pág. 105
concentración de A3M del 20%, debido a que además de alcanzar un 68% RCza,
también se obtiene recuperaciones de materia orgánica de 67%RF, En cambio
cuando se aglomera a 22,000 rpm y con una misma concentración, se obtiene
valores de 67% RF y 78%RCza. Por una parte estos resultados son buenos, pero
desde el punto de vista económico para el sector industrial implica un mayor costo
económico ya se hay un mayor consumo de colector.
Finalmente en el caso del aceite automotriz A4K, a una menor velocidad (18,000
rpm) requiere una menor concentración de aceite (5%) para obtener una el más
alto valor de recuperación de materia orgánica (RF) de hasta un 66%, además de
reducción de ceniza de hasta un 51%,. A medida que incrementa la concentración
de aceite, la recuperación de materia orgánica va decreciendo, es decir se va
haciendo menos selectivo, de tal forma que disminuye el porcentaje de materia
orgánica conforme incrementa la concentración de aceite, pero al mismo tiempo,
el poco mineral recolectado en la parte superior del reactor, contiene una mayor
concentración se materia orgánica que muestra tener menos contenidos de
ceniza. Por otra parte cuando la velocidad de aglomeración incrementa (22,000)
este requiere de una mínima concentración de aceite para lograr obtener buenos
resultados de hasta un 75% de materia orgánica y un 66% de reducción de ceniza.
(Ver Figuras 26 b y 27b)
pág. 106
Figura 24 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM, b) Reducción de Ceniza.
Figura 25 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM b) Reducción
de Ceniza.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
F
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
Cza
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
F
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
a) b)
a) b)
a) b)
pág. 107
Figura 26 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza.
Figura 27 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
F
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5.00 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
F
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
a) b)
a) b)
a) b)
pág. 108
7.11 Flotación de Aglomerados de Carbón Fino CFM y CFP
Los resultados obtenidos mediante aglomeración con aceite y flotación se ponen
de manifiesto en general, la aglomeración da lugar a mayores recuperaciones de
materia orgánica especialmente si los aglomerados se separan por flotación.
Mientras que en la flotación es un proceso más eficiente para la eliminación de
materia mineral. Estos hechos sugieren llevar a cabo los procesos de limpieza en
dos etapas: aglomeración/flotación o bien flotación/aglomeración, siendo es este
último etapa la más significativa para ambas muestras de carbón fino utilizadas
(CFM y CFP), ya que se podrían mejorar considerablemente los resultados. En
este sentido se han llevado a cabo una serie de ensayos con ambos carbones por
sometidos a una segunda etapa. Los resultados de estas pruebas se presentan en
las Tablas 15 y 16. La velocidad de agitación que se llevó a cabo en la celda de
flotación fue de 2700 rpm y tiempos de flotado de 5 minutos, el cual corresponde
al tiempo al cual se realiza en una planta lavadora.
La flotación del carbón CFM produce carbones limpios con una máxima
recuperación de materia orgánica del orden de 61.56 % A4K, 89.19% A1O, 79.48
% A3M, y 86.79% A2G con concentraciones que van desde un 10 y 30% de
aceite. Mientras que para el carbón fino CFP los valores fueron: 70.66 % A4K,
89.95% A1O, 87.92 % A2G y 67.25% A3MG con concentraciones de aceite que
van desde 5, 10 y 20% respectivamente.
Una comparación entre estos resultados y los ángulos de contacto de agua sobre
la superficie de las muestras de carbón CFM y CFP ponen de manifiesto que la
recuperación disminuye ligeramente a medida que el ángulo de contacto es
mayor, esto quiere decir que al disminuir la hidrofobicidad de la superficie del
carbón.
De acuerdo con Rodríguez-Maroto, Gomez-Moreno et al. (1996), la medida del
ángulo de contacto del agua sobre la superficie del carbón proporciona una
estimación de dicha hidrofobicidad, la cual determina a su vez la flotabilidad del
pág. 109
mismo. En este sentido, se ha encontrado correlación entre la flotabilidad de los
carbones con el contenido de carbón y los ángulos de contacto medidos.
Por otra parte la recuperación de materia orgánica (RF) mayores dan lugar a
menos eliminación de ceniza..De tal manera que los porcentajes de eliminación de
ceniza son directamente proporcionales al porcentaje de recuperación de Materia
orgánica (RF). Tal y como se observa en las Tablas 14 y 15, donde por ejemplo
los aceites vegetales (A1O y A2G) obtienen mayores rendimientos de
Recuperación de materia orgánica (RF) y menores porcentajes de reducción de
Ceniza ( RCza). En el caso de los aceites mineral (A3M y automotriz (A4K) ocurre
los contrario a menor valor de los % de RF mayor % reducción de ceniza (RCza)
en ambas muestras respectivamente
Tabla 14 Resultados de la pruebas de flotación después de la aglomeración con aceite de la Muestra de Carbón fino CFP. Tiempo de flotación: 5 min. MIBC
Muestra [ Aceite] Concentración % RF % Rcza % Rend PC
CFP
A1O
5 88.70 47.37 80.46 7315.53
10 89.95 39.93 83.13 7137.80
20 89.06 38.74 82.71 7099.92
30 88.22 41.94 81.33 7162.04
A2G
5 83.09 70.39 70.87 7886.45
10 87.92 60.86 76.78 7663.46
20 76.72 60.74 68.16 7535.34
30 77.19 59.73 76.47 7616.52
A3M
5 42.76 94.01 34.36 8523.10
10 45.65 46.14 20.58 7869.82
20 67.25 73.42 57.96 7843.61
30 47.98 91.13 39.04 8330.04
A4K
5 70.66 58.53 64.00 7434.25
10 57.70 65.03 52.51 7582.57
20 48.29 72.96 43.44 6949.13
30 26.70 84.60 24.12 7316.85
pág. 110
Estos resultados de recuperación y reducción de ceniza son graficados en las
Figuras 28 y 29. En ellas se observa como a una menor concentración de aceite
(5%)los aceite de origen vegetal (A1O y A2G)y automotriz (A4K) obtiene mejores
rendimientos de recuperación de materia mineral (RF) para ambas muestras de
carbón CFM y CFP. En cambio en el caso del aceite tipo mineral, la mayor
recuperación de materia orgánica (RF) se obtiene a un 10%(CFM) y 20%(CFP).
Los rendimientos de recuperación van desde valores de 90 a 60%
respectivamente.
Al igual que ocurre cuando se utiliza la flotación como método de separación de
aglomerados los valores máximos de Recuperación de materia Orgánica(RF) y
reducción de ceniza (RCza) son muy similares y se presenta en la Figura. 28. A
menor concentración, los aceite vegetales (A1O y A2G) obtiene las máximas.
Siendo el aceite Vegetal A2G una aceite más selectivo para la recuperación de
partículas hidrofóbicas. En cambio el aceite A1O muestra ser menos selectivo y
Tabla 15 Resultados de la pruebas de flotación después de la aglomeración con aceite de la Muestra de Carbón fino CFM.
Muestra [ Aceite] Concentración % RF % Rcza % Rend PC
CFM
A1O
5 87.63 42.44 78.35 6914.32
10 89.19 39.01 80.49 6828.82
20 88.11 35.05 80.96 6666.84
30 85.60 34.03 79.55 6566.39
A2G
5 79.38 63.05 66.29 7564.26
10 84.23 53.80 72.50 7271.21
20 85.96 61.19 71.42 7599.51
30 86.79 55.52 73.74 7395.74
A3M
5 70.99 59.28 61.55 7158.65
10 79.48 63.25 66.32 7599.50
20 73.10 59.72 62.98 7245.62
30 59.00 69.28 50.27 7211.89
A4K
5 61.56 69.11 52.10 7387.18
10 55.56 71.13 46.76 7371.83
20 35.64 87.05 28.64 7993.32
30 20.25 87.30 17.93 7120.18
pág. 111
por lo tanto hay una menor reducción de materia inorgánica para ambas muestras
de carbón CFM y CFP.
En el caso de los aceites A3M se puede ver a un 5% de concentración de aceite
en la muestra CFP logra una mayor reducción de ceniza (90%RCza), en cambio
para la muestra CFM, se requiere de una mayor concentración de aceite de hasta
un 10% y alcanzando valores de 60% RCza.
Finalmente con el aceite automotriz A4K, en amabas muestras de carbón fino
CFM y CFP se requiere de mayores concentraciones de aceite para lograr reducir
el contenido de ceniza en ambas muestras. Y en ambas muestras presenta un
incremento proporcional a medida que la concentración de aceite incrementa.
pág. 112
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
ecu
pe
ració
n M
.Org
án
ica(R
F)
Concentración de Aceite [%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
b)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
ecu
pe
ració
n d
e M
.Org
án
ica(R
F)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
a)
Figura 28 Rendimientos de la recuperación de Materia Orgánica (RF) en la flotación después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP. Condiciones de flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación.
pág. 113
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
ed
ucció
n d
e C
en
iza
(R
cza
)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
ed
ucció
n d
e C
en
iza
(Rcza
)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
b)
Figura 29 Valores de Reducciones de ceniza (RCza) obtenidos en la flotación después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP. Condiciones de flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación
pág. 114
7.12 Influencia del ángulo de contacto sobre las muestras de
Carbón CFM y CFP.
Loa mojabilidad de la superficie del carbón por el aceite determina la adhesión de
la gota de aceite sobre la partícula de carbón después de la coalición. La medida
del ángulo de contacto de la gota de aceite sobre la superficie del carbón
proporciona una estimación de dicha mojabilidad. En consecuencia, el
conocimiento de los valores de los ángulos de contacto de los distintos aceites
aglomerantes sobre las muestras de carbón CFM y CFP puede ser de gran ayuda
para explicar los resultados obtenidos en la aglomeración de dichas muestras con
cada uno u otro tipo de aceite. En otras palabras, la naturaleza química del aceite
determinará la mojabilidad de la superficie de la partícula del jal minero. Desde el
punto de vista químico estructural, la principal diferencia entre ambos aceites
cosiste en el mayor grado de instauración que presentan, es decir, a mayor
número de instauraciones facilita la aglomeración de partículas con mayor
contenido de ceniza y el contrario.
El ángulo de contacto de los aceites utilizados sobre la superficie de las muestras
de carbón CFM y CFP se dan en la Tabla 17. De igual manera, en esta Tabla se
presentan los rendimientos de recuperación de materia orgánica (RF) para cada
muestra de carbón y tipo de aceite. Los resultados de la medición del ángulo de
contacto sobre las briquetas preparadas de las muestras de carbón fino CFM y
CFP se muestran en la Figura 30
En estas imágenes se puede observar claramente como los aceites tipo vegetal
presentan un mayor valor en el ángulo de contacto. Por ejemplo para la muestra
de carbón CFM los valores alcanzados fueron de 18,20 A1O, 23,29 A2G en la
muestra de carbón CFM y 21.69 A1O y 14.13 A2G para la muestra de carbón
CFP. En cambio para el resto de los demás aceites como son A3M y A4K los
valores del ángulo alcanzados en las muestras de carbón fino CFM fueron de
13.73 (A3M), 14.36 A4K y de 8.33 A3M y 11.23 A4K para la muestra CFP
respectivamente.
pág. 115
En un principio, y sin tener en cuenta otras consideraciones, sería de esperar que
las recuperación de materia orgánica de un determinado carbón mediante
aglomeración con aceite fuese mayor cuanto mayor es el ángulo de contacto, que
forma el aceite sobre la superficie del carbón, puesto que, como ya se ha dicho,
este parámetro es una medida de la mojabilidad de la superficie del carbón por el
aceite. No obstante, una comparación entre los ángulos de contacto y las máximas
recuperaciones de materia orgánica obtenidas en la aglomeración de carbón se
presenta en la Tabla 16, en ella se pone de manifiesto que únicamente las
recuperaciones de carbón CFM tiende a aumentar con el ángulo de contacto,
especialmente si los aceites vegetales se consideran un bloque aparte al resto de
los aceites. Así, la recuperación de materia orgánica del carbón CFM alcanzó
valores superiores al 91% con el aceite A2G, mientras que dicho valor disminuye
hasta aproximadamente un 60% al emplear aceite automotriz A4K.
Por el contrario, las recuperaciones de materia orgánica de carbón CFP varían con
los ángulos de contacto de forma totalmente arbitraria. Así aceites con ángulos de
contacto similares sobre un mismo carbón producen recuperaciones de materia
orgánica diferentes y al contrario aceites con ángulos de contacto diferentes dan
lugar a recuperaciones muy parecidas. Algunos estudios realizados anteriormente
han demostrado que los ángulos de contacto de los aceites ligeros disminuyen con
el rango de carbón. (Petela and Petela 1996) Sahinoglu and Uslu (2013). De
acuerdo don Gutiérrez- Rodríguez [43] estos señalan que los ángulos de contacto
formados por la burbuja de aire aumentan con el contenido de carbón fijo hasta
alcanzar un máximo a CF≈ 80% (esto se presenta en carbones bajos y medios en
volátiles) que disminuye ligeramente para carbones en caída de los ángulos de
contacto. Sin embargo, carbones con porcentajes de carbón fijo >90% y al mismo
tiempo diferentes, forman ángulos de contacto de igual magnitud. Estos
resultados, tomando con las debidas precauciones habida cuenta de que
proceden de medidas de ángulos de contacto de burbujas de aire, sugieren o
indican que la disminución de los ángulos de contacto de los aceites aglomerantes
para ambas muestras de carbón fijo CFM y CFP, al menos en parte a las
pág. 116
diferencias entre los porcentajes de CF; pero evidentemente, esto no parece ser la
única causa.
La materia mineral del carbón que se encuentra distribuida en la superficie de la
briqueta sobre la que se mide el ángulo de contacto disminuye la tensión en la
interfase carbón/agua debido a las interacciones entre los componentes de la
misma naturaleza hidrófila y el agua; además puede interaccionar con el afectando
la tensión en la interfase carbón aceite. Por lo tanto, el ángulo de contacto medido
sobre la briqueta es solo una estimación de la mojabilidad la superficie del carbón
por el aceite que determina, tal como se ha comentado con anterioridad, la
recuperación de materia orgánica. La mojabilidad, así estimada se alejará aún
más del valor real a medida que aumenta la cantidad de materia mineral en la
briqueta, o lo que es lo mismo, a medida que aumenta la materia mineral en el
carbón. La mojabilidad, así estimada, se alejará aún más del valor real a medida
que aumenta la cantidad de materia mineral en la pastilla o lo que es lo mismo, a
medida que aumenta la materia mineral en el carbón. La situación ideal sería
medir el ángulo de contacto del aceite sobre la superficie de carbón
suficientemente grande que permitiese distinguir entre las partes orgánicas de
naturaleza hidrofóbica, la cual se adhiere a la gota de aceite durante la
aglomeración y mineral del mismo. El ángulo así medido sería una estimación
mucho más exacta de la mojabilidad de la superficie del carbón por el aceite y en
consecuencia se correlacionaría mucho mejor con la recuperación de materia
orgánica. Sin embargo, en la práctica, resulta difícil debido a que en muchos
carbones la materia mineral se encuentra finamente distribuida en la matriz
orgánica del mismo y además, en las plantas lavadoras de carbón las fracciones
que se depuran mediante procesos basados en la diferentes propiedades
superficiales del carbón y su materia mineral, entre las que se encuentra la
mojabilidad por los líquidos, están a tamaños de partícula >0.5mm Por lo tanto, el
ángulo de contacto de cualquier aceite saturado medido sobre la superficie de la
pastilla y corregido para la materia carbonosa será menor que el ángulo del
contacto sobre la materia orgánica y disminuirá la materia mineral en la briqueta.
Por el contrario, los aceites vegetales que tienen instauraciones y grupos
pág. 117
funcionales con oxígeno e incluso ácidos grasos libres como los crudos, pueden
interaccionar con la materia mineral afectando la tensión en la interfase carbón
aceite. De tal modo que en la determinación de los ángulos de contacto de los
aceites vegetales, resultan ser difíciles de predecir.
Tabla 16 Ángulos de contacto de los aceites aglomerados en la interface
sólido/aceite/agua corregidas para la materia carbonosa y porcentajes máximos
de recuperación de materia Orgánica (RF) en las muestras CFM y CFP
Aceite CFM CFP
%RF %RF
A1O A2G A3M A4K
18,20 23.29 13.73 14.26
89.50 91.42 81.47 66.65
21.69 14.13 8.33 11.23
93.62 91.39 67.31 66.27
En resumen, el estudio de las propiedades físico-químicas –estructurales de los
aceites aglomerantes, especialmente la medida de los ángulos de contacto
permite explicar los resultados obtenidos por lo que a recuperaciones de materia
orgánica se refiere, en los siguientes tipis de experimentos: aglomeraciones de un
mismo carbón de alto rango cuyo porcentaje de materia mineral esté por debajo
de un límite, siempre que los aceites utilizados sean de la misma naturaleza por lo
que a composición, viscosidad y densidad se refiere, cual es el caso de las
aglomeraciones dela muestra CFM con los aceites vegetales.
pág. 118
Figura 30 Mediciones del ángulo de contacto sobre las muestras de carbón CFM y
CFP con los aceites: a, e) A1O, b, f) A2G, c, g) A3M d, h) A4K
a) b)
c) d)
CFM
e) f)
g) h)
CFP
pág. 119
7.13 Análisis de Varianza( Anova)
Empleando como variables de respuesta las constantes cinéticas de la Tabla 17,
Se llevó a cabo un análisis de varianza (ANOVA) para evaluar el efecto de la
velocidad de aglomeración en el reactor, la concentración y tipo de aceite sobre
las muestras de carbón fino CFM y CFP.
De acuerdo a los valores de obtenidos de la ANOVA, donde el nivel de confianza
fue de un 5% para las variables involucradas en el proceso fueron: los % de
concentración y tipo de aceite, la velocidad de aglomeración (18,000 y 22,000rpm)
y el tipo muestra (CFM Y CFP). Estas variables afectaron de manera significativa
los resultados de recuperación de la materia orgánica conseguida tras realizar las
pruebas de aglomeración.
Dada la importancia del efecto de la concentración y tipo de aceite sobre cada
muestra de carbón fino utilizado. Se observó que durante el primer minuto en el
que se hizo contacto las partículas de valor con el aceite, este logra obtener
recuperación superior al 50% de la materia orgánica y un menor contenido de
ceniza durante todo el tiempo de flotación. Los factores que afectan la cinética
durante este tiempo, tiene un impacto preponderante en el proceso de
aglomeración.
De acuerdo a la Tabla 17, con un nivel de confianza del 5% se refleja el siguiente
orden de importancia sobre la recuperación de carbón fino como es: el tipo de
aceite, tipo de carbón y concentración de aceite.
El análisis de varianza evidenció entre los cuatro factores analizados que influyen
en el proceso de aglomeración con aceite a: la concentración y el tipo aceite,
además del tipo de carbón. La razón se debe al notable aumento de la
hidrofobicidad del material orgánico, lo que permite que la superficie modificada
por el reactivo se adhiera fácilmente de partícula a partícula, provocando de esta
manera una mayor recuperación de materia orgánica con mayor facilidad durante
pág. 120
los primeros instantes de la aglomeración. En cambio, la velocidad de
aglomeración tiene un efecto poco significativo en este proceso.
La reducción de la tensión en un reactivo, altera la facilidad con la que la burbuja
de aire se mueve a través del sistema de aglomeración, al mismo tiempo que
definen su estabilidad y su tamaño. En el caso particular de los aceites
usualmente el proceso de aglomeración aumenta rápidamente conforme la
concentración del aceite incrementa pasando por un máximo y luego cayendo
rápidamente. Chary and Dastidar (2010)
Una mejor manera de describir estos resultados se pueden observar en la Figura
31, que muestra como los cuatro factores influyen sobre la recuperación de la
materia orgánica en las pruebas de aglomeración de las muestras CFM y CFP. En
esta figura se puede ver en el caso del tipo de aceite como los aceites tipo vegetal
(A1O y A2G) muestran un % de recuperación de alrededor el 90% mientras que
para los aceites mineral y automotriz los valores alcanzados son de alrededor del
45%. También en esta misma figura se observa como la velocidad de
Tabla 17 Tabla 18. Análisis de Varianza (ANOVA) efecto de las concentraciones y
tipo de aceite sobre el porcentaje de recuperación de la Materia Orgánica., en las
muestras CFM y CFP.
Fuente
Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio
Razón
F
Valor
P
EFECTOS PRINCIPALES
A: Tipo de Aceite 46481.10 3 15493.70 38.30 0.0000
B: Veloc. de aglomeración. 254.76 1 254.76 2.27 0.1342
C: Tipo de Carbón 1767.45 1 1767.45 15.78 0.0001
D:Concentración de aceite 1952.37 3 650.79 5.81 0.0010
RESIDUOS 13331.7 119 112.03
TOTAL (CORREGIDO) 63787.30 127
pág. 121
A4(K)A3(M)A2(G)A1(O)
100
90
80
70
60
50
2200018000
CFPCFM
100
90
80
70
60
50
3020105
TIPO DE ACEITE
%
VELOCIDAD DE AGLOMERACION rpm
Tipo de Carbón CONCENTRACION DE ACEITE
Efectos principales sobre % Rec. De mat. Organica
A4(K)A3(M)A2(G)A1(O)
100
90
80
70
60
50
2200018000
CFPCFM
100
90
80
70
60
50
3020105
TIPO DE ACEITE
%
VELOCIDAD DE AGLOMERACION rpm
Tipo de Carbón CONCENTRACION DE ACEITE
Efectos principales sobre % Rec. De mat. Organica
aglomeración no muestra un efecto significativo sobre ambas muestras. Sin
embargo, el tipo de carbón si presenta una efecto significativo sobre la
recuperación de carbón. Siendo el carbón fino CFP quien presenta un mayor
rendimiento de recuperación de materia orgánica comparado con el carbón fino
CFM. Finalmente en esta figura obtenida del software de MINITAB, se observa
que a un 10% de la concentración de aceite, se alcanza una mejor respuesta en
los resultados para la recuperación de mineral de valor, en este caso de carbón
fino.
Figura 31 Efecto de los factores que intervienen en el análisis de varianza
(ANOVA) durante el proceso de aglomeración con aceite en las muestras CFP y
CFM.
pág. 122
2DA FASE DE EXPERIMENTACION.
7.14 Influencia de la Bacteria S. Carnosus para la
Recuperacion de Partículas Finas de Carbón CFM y CFP.
7.14.1. Cinética de Crecimiento de S. carnosus
En la Figura. 32 se presenta la cinética de crecimiento de S. carnosus que
muestra la concentración de la bacteria respecto al tiempo de incubación. Los
resultados indican que el crecimiento en la fase logarítmica inicia durante las
primeras 2 horas, durante el este tiempo las bacterias comienzan su periodo de a
climatización a condiciones de crecimiento, Después de dos horas da inicio a la
fase exponencial y termina 12 horas después. Durante este periodo, un número de
células comienza a duplicarse por intervalos de tiempo, este crecimiento ocurre
bajo condiciones ideales de crecimiento (es decir donde hay abundancia de
nutriente. En seguida comienza la fase estacionaria del microrganismos en un
tiempo transcurrido de 12 a 38 h más tarde .Se le nombra así, ya que es la zona
donde se agotan los nutrientes, e inicia el proceso de división de las células vivas
y muertas. Posteriormente aparece la fase de muerte donde se hace presente
después de 45 h. En esta zona las condiciones prevalecientes no pueden sostener
más crecimiento y las células comienzan a morir hasta un lapso de proceso de
más de 60 h.
En base a estos resultados se estableció que el tiempo óptimo de incubación para
la bacteria fuera de un tiempo de hasta 12 horas, debido que la concentración de
la bacteria después de 20 horas a las 60 es casi constante y no varía mucho.
pág. 123
Figura 32 Cinética de Crecimiento S. carnosus.
7.15 Cinética de Adhesión de S. carnosus sobre las muestras
de carbón fino CFM y CFP.
Los isotermas de adhesión de la bacteria S. Carnosus sobre las muestras de
carbón CFM y CFP fue estudiada para examinar su afinidad a la superficie de
carbón, a diferentes pH y comenzando a una concentración inicial de bacterias [1
x 10 9] cell/ml. La adhesión de la bacteria S. Carnosus sobre las dos muestras de
carbón fino CFM y CFP fueron llevadas a cabo en función del pH y del tiempo. Los
resultados obtenidos de la cinética de adhesión de esta bacteria sobre las
muestras CFM y CFP son mostrados en las Figuras 33 y 34 respectivamente.
Para estas pruebas e adhesión fue necesario llevar a cabo este proceso por dos
soluciones diferentes, la primera de ellas se destaca la adhesión de la bacteria
sobre el mineral de carbón en un medio de cultivo y la segunda solución es
mediante una solución con electrolito a [1x10-3M] KNO3, Cada solución fue
preparada a diferentes pH´s de: 6, 7, 8 y 9 y tiempos de adhesión que se
manejaron en esta prueba fueron de 0 a 48 h.
0.00E+00
1.00E+10
2.00E+10
3.00E+10
4.00E+10
5.00E+10
6.00E+10
7.00E+10
8.00E+10
9.00E+10
1.00E+11
0 20 40 60 80
Lo
g (
cell
/ml)
Tiempo, Horas
Fase Estacionaria Fase de Muerte
Fase Exponencial
Fase de Lact.
pág. 124
La adhesión de la bacteria sobre las dos muestras de carbón fino fue llevada a
cabo en función del tiempo y del pH. La cinética de adhesión es mostrada en la
Figura 33. En esta figura también podemos observar que ambos isotermas están
graficados a diferentes pH´s y en diferente solución (bacteria en el medio de
cultivo y la bacteria con el electrolito).Donde en el caso de la muestra CFM, la
máxima adhesión de células fue >4.6 x 1011 cel/m2 a un pH de 9 y además se
destaca que la adhesión de la bacteria se completa después de 24 h (Ver Figura
33d)). La causa por la cual esto pudiera suceder es que la muestra CFM tiene una
mayor área superficial, lo cual significa que la superficie del muestra tienen una
mayor capacidad de adsorción de bacterias sobre la superficie del mineral.
Además de que la adhesión de bacterias en una superficie ocurrirá más fácilmente
en aquéllas más ásperas, más hidrofóbicas". Se ha descrito que la colonización
microbiana parece incrementar a medida que aumenta la aspereza de la
superficie. Esto sería debido a que están reducidas las fuerzas de deslizamiento, y
el área de superficie se torna mayor.
Por otra parte, las propiedades físico-químicas de la superficie también pueden
ejercer una fuerte influencia en el grado y extensión de la adhesión.
Aparentemente se produciría algún tipo de interacción hidrofóbica entre la
superficie celular y la del sustrato en este caso la superficie del carbón, que
permitirían a la bacteria superar las activas fuerzas de rechazo a cierta distancia
de la superficie del sustrato, y lograr adherirse irreversiblemente. La fase
reversible involucra fuerzas físicas como las electrostáticas y estéricas, van der
Waals e interacciones hidrofóbicas conocidas en conjunto como la DVLO. Esta ha
sido usada para describir la interacción total entre la célula y la superficie plana
como un balance entre dos factores aditivos. Las interacciones de van der Waals
son de atracción y las interacciones de repulsión se dan por la superposición entre
el sustrato y la célula (conocida como doble capa eléctrica) Este amplio rango de
pág. 125
fuerzas es conocido como fisisorción Mueller (2015). En este estado, las bacterias
muestran un movimiento browniano y puede ser fácilmente removida.
Una similar tendencia de máxima adhesión de células sobre la superficie de
carbón ocurre sobre la muestra de carbón CFP a un pH de 9. El número de células
adheridas a la superficie del carbón fue ≥ 3x 1011cell/m2 después de 24 h. (Ver
Figura 34 d)).La menor cantidad de adherencia de bacterias puede atribuirse a
que la muestra de carbón CFP tiene una menor área superficial, por lo tanto, la
adhesión de bacteria a la superficie de mineral es menor Esta diferencia de
concentración de bacterias se debe a que a pH más ácidos de la bacteria es más
positiva, en cambio a pH más básicos la carga es más negativa, por lo tanto, como
el carbón tiene una carga positiva y la bacteria a un pH de 9 más negativa, existe
la atracción en ambas para modificar la carga superficial del mineral y adherirse.
Otra razón por la cual podría explicarse por qué existe una mayor adhesión de
bacteria sobre la superficie de la muestra de carbón CFM sería mediante el
análisis proximal que se realizó a cada muestra. Y en el caso de la muestra CFP
presenta, esta presenta una mayor contenido de ceniza (40.70%) comparado con
CFP (38.8624%Cza) lo cual esto podría ser un indicador importante para señalar
de que la muestra CFM podría ser más hidrofóbico comparado con la muestra de
carbón CFP. Asimismo la hidrofobicidad de la superficie puede ser más dominante
para la determinación de la adhesión de la bacteria al carbón y las impurezas
asociadas. De igual modo, se observa que en el resto de los pH suspendidos en
medio de cultivo, la máxima adhesión de CFM fue ≤2x 1010cell/m2 para CFP
(Figura 34a) a 34c)) y ≤ 3x 1011cell/m2.para la muestra CFM (ver Figura 33 a) a
33c)).
pág. 126
Figura 33 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de Carbón Fino CFP. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml solución (caldo y/o electrolito).
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH6
CFP-ELEC pH6
a)
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH7
CFP-ELEC pH7
b)
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH8
CFP-ELEC pH8
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
3.00E+11
3.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH9
CFP-ELEC pH9
c) d)
pág. 127
Figura 34 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de Carbón Fino CFM. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml solución (caldo y/o electrolito).
Un cambio significativo durante la prueba se adhesión se ve reflejado cuando las
muestras de carbón CFM y CFP se encuentran suspendidas con el electrolito
1x10-3M KNO3 y diferentes pH. En las Figuras. 33 y 34 podrán observarse, la
cantidad de bacterias adheridas al carbón fino a diferentes pH´s de: 6, 7 y 8. Los
valores de adhesión de la bacteria resultan ser de| orden <3x109 cell/m2, para
CFM, mientras que para CFP los valores son <3x 1010 cell/m2. Sin embargo,
cuando la bacteria y el carbón se encuentran suspendidos con un electrolito, las
bacterias adquieren una fase de lactancia. Esto quiere decir, que la bacteria deja
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CALpH6
CFM-ELEC pH6
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH7
CFM-ELEC pH7
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
4.50E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH8
CFM-ELEC pH8
0.00E+00
1.00E+11
2.00E+11
3.00E+11
4.00E+11
5.00E+11
6.00E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH9
CFM-ELECpH9
d) c)
b) a)
pág. 128
de crecer y desarrollarse, debido a que el medio en el cual se encuentra
suspendido el microorganismo carece de nutrientes en el fluido para desarrollarse.
Esto significa que el potencial de crecimiento del microorganismo está limitado por
la disponibilidad de nutrientes, del pH interno, de la penetración de oxígeno y
fuentes de carbono en el ambiente inmediato.
7.16 Cinética de adhesión de bacterias mediante SEM
La cinética de la adhesión de la bacteria S. carnosus sobre las muestras de
carbón fino CFM y CFP es utilizada para determinar el tiempo de equilibrio de
adsorción para un pH de 9 y una concentración inicial de bacterias 1x 109 cell/ml.
(Figuras 35 y 36). Donde durante las primeras 2 h la adhesión de bacterias sobre
la superficie inicia de manera individual, posteriormente después de 6 h las
bacterias S. carnosus se observa en forma de monocapas. Y conforme el tiempo
avanza, las bacterias se multiplican y se adhieren más firmemente. Luego de 12 h,
éstas comienzan a aglomerarse unas con otras en forma de multicapas. Una vez
adheridas, las bacterias comienzan a segregar una matriz circundante conocida
como sustancia polimérica extracelular (EPS). La cual corresponde a una matriz
protectora y a partir de ahí, las colonias bacterianas empiezan a formar una
biopelícula.
El proceso de formación de la biopelícula tan y como se va observando en las
imágenes mostradas en la Figuras 35 y 36 comienza con la adhesión de las
células sobre la superficie de la muestra de carbón, conforme avanza el tiempo
están celular van formando microcolonias, esto sucede debido a la activación de
sus genes, con la producción de EPS (Exopolisacáridos) y una subsecuente
maduración de la biopelícula.
La composición del expolímero/biopelícula es poco conocida, pero consta de
polisacáridos o glicoproteínas de diversos azúcares, como glucosa, fructuosa,
N.acetilgucosamina y otros. También pueden contener proteínas libres,
fosfolípidos y ácidos nucleicos o teicoicos Flint, Palmer et al. (2016) .
pág. 129
El mecanismo de adhesión al sustrato puede ser activo o pasivo, dependiendo de
la motilidad de las células. Una adhesión pasiva se da por efecto de la gravedad,
difusión y dinámica del fluido. En una adhesión activa la superficie de la célula
bacteriana facilita el proceso y las proteínas de adhesión y cargas de las
superficies, facilitan el proceso de agregación y adhesión El-Midany and Abdel-
Khalek (2014), (Redmile-Gordon, Brookes et al. 2014) Liu, Moran et al. (2013)
Los exopolisacáridos (EPS) tienden a absorberse en sitios como metales, y
materia orgánica, tales como las proteínas de los grupos aromáticos, alifáticos y
también en las regiones hidrofóbicas de los carbohidratos Flemming and Leis
(2003. ). Zhang, Wang et al. (2015)
Los EPS típicamente contienen un 20-50% de ácido uránico en polisacáridos.
Basado en el número estimado de los grupos carboxilo e hidroxilo disponibles, los
EPS son considerados tener una muy alta capacidad de unió. Guibaud, Tixier et
al. (2003). Tourney and Ngwenya (2014)
Algunos de estos componentes fueron encontrados en el análisis obtenido
mediante espectroscopia infrarroja (Figura. 39). Finalmente cuando la biopelícula
logra obtener su total madurez, las células comienzan a dispersarse hacia otras
regiones. Tal y como se observa después de un tiempo de 48 h. Ver Figura 37
Existen algunos otros métodos que podrían ser empleados para evaluar la
adhesión de bacterias como son: el análisis de microscopía, la técnica de placas,
la fracción aérea de superficie de cobertura entre otras, La ventaja de estas
técnicas es que son estandarizadas internacionalmente y permite la comparación
directa.
pág. 130
0 Hr 1 Hr
2 Hr 6 Hr
12 Hr 48 Hr
Figura 35 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus adherido a la muestra CFM a diferentes tiempos. pH= 9. Medio de cultivo.
pág. 131
Figura 36 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus
adherido a la muestra CFP a diferentes tiempos. pH= 9. Medio de cultivo.
6 Hr
0Hr
2Hr
12Hr
1 Hr
48 Hr
pág. 132
7.17 Isotermas de Adsorción
Los isotermas de adsorción de la bacteria sobre la muestra de carbón fino CFP y
CFM se muestras en la Figuras 34 y 35 con pH de 6, 7, 8 y 9 y suspendidas con
dos medios diferentes. El primero con un medio de cultivo y el segundo con un
electrolito 1x10-3M KNO3 respectivamente. El motivo por la cual hay una mayor
adsorción de S. carnosus para las muestras CFP y CFM a un pH de 9 es
principalmente a que durante la interacción entre la bacteria y el mineral de carbón
existe un cambio sobre la superficie del mismo. Por otra parte, la bacteria
S.carnosus bajo condiciones más básicas tiende a protegerse por si a misma
mediante la formación de biopelícula. El-Midany and Abdel-Khalek (2014)señalan
que ésta biopelícula tiene una naturaleza hidrofóbica similar a la del carbón amorfo
en su superficie, en consecuencia, conduce a la absorción de las bacterias.
7.18 Formación de biopelícula
Existen varios modelos que han sido propuestos para explicar el desarrollo y las
propiedades de las biopelículas.
Donde la primera teoría de la estructura de la biopelícula describe que es un
modelo continúo que describe las biopelículas como lisas, planas y homogéneas.
Una de la formas más sencillas y a la vez un poco tediosas para evaluar la
formación de biopelículas es usando el método colorimétrico, en el cual por medio
de la tinción delas células fijas con cristal violeta o safranina y su posterior lavado,
se analiza varias capas en un tiempo no mayor a 48 h y de esta manera se estimó
la adherencias de las células teñidas después de la etapa de lavado. El uso de
esta técnica ha permitido evaluar y comprobar la formación de la formación de la
biopelícula.
La capacidad de formación de biopelícula de la cepa S. carnosus se evaluó
mediante el ensayo de placas de 96 pozos descrito por Annuk and Moran (2010),
(Jun, Kim et al. 2010) Musk, Banko et al. (2005) .Se utilizó cristal violeta para
teñir la biopelícula formada y ácido acético para extraer el colorante absorbido por
pág. 133
a)
b)
ella. La coloración azul mostrada en la imagen, nos indica la formación de la
biopelícula sobre la superficie del pozo, en a) se muestra el control negativo donde
no hay formación de biopelícula, mientras que en b) se observa la biopelícula
formada por S. Carnosus (Figura 37).
Figura 37 Placa de 96 pozos para evaluación de biopelícula. a) Control de Negativo (caldo), b) Formación de biopelícula a partir del Inoculo a un pH de 9.
7.19 Espectroscopia de Infrarrojos por Transformada de
Fourier (FTIR)
Los espectros de infrarrojo de control de la bacteria S. carnosus, y los carbones
CFM y CFP son mostrados en la Figura 38 a), 38 b y 38c).Antes de realizar la
prueba de adhesión.
La Figura 38a) representa el espectro infrarrojo FTIR de la bacteria S. carnosus
antes de interactuar con el mineral de carbón fino. En el espectro FTIR se observa
los principales picos característicos que se encuentran presente únicamente
sobre la bacteria S. carnosus. A 1065 cm-1 aparecen los anillos vibratorios de los
polisacáridos, mientras que el pico localizado a 1535 cm-1 corresponde al grupo de
vibración de amidas II. Otro pico que muy débil que destaca se presenta en la
región de 1370 cm-1 y corresponde a los ácidos grasos y proteínas. Mientras que
pág. 134
en el rango de longitud de onda de 1050 a 948 cm-1 aparece la región de los
polisacáridos conocidos por la banda de adsorción de los carbohidratos presentes
en la pared celular del microorganismos. Por último, a 854 cm-1 aparece la región
de las bandas de flexión del grupo funcional de los aromáticos - CH.
Con este espectro podemos darnos cuenta que la absorción de la bacteria sobre
la superficie del carbón fino presenta lo siguiente:
La composición de la pared celular de la bacteria está conformada de
lípidos, fosfolípidos, polisacáridos y grupos carboxilos y estos controlan la
absorción de la bacteria sobre la superficie del mineral.
Además la afinidad de algunos grupos funcionales de la bacteria gram-positiva con
ciertos iones del mineral conduce a la unión de estos sobre la superficie del
substrato. De igual modo, mediante la generación de biopelículas, conformados
por componentes de ácidos grasos y polisacáridos, es como se provoca el cambio
de la carga superficial en el mineral a beneficial. Varios ejemplos del efecto de los
polisacáridos y de otros grupos funcionales sobre la pared de la bacteria se han
comprobado durante la flotación de la calcita o la depresión de la dolomita
Shashikala and Raichur (2002), Vidyadhar, Kumari et al. (2012), Sarvamangala,
Natarajan et al. (2013).
La capacidad de adhesión de la bacteria sobre el mineral a beneficiar, dependerá
en gran medida del tipo de microrganismo a utilizar durante el proceso. En relación
con esto, la interacción mineral -bacteria puede generar cambios en la superficie
de los minerales, como la formación de películas, con características
fisicoquímicas diferentes a las del mineral original, las reacciones de oxidación y
reducción catalizadas biológicamente generan cambios fisicoquímicos a escalas
nanométricas, para cambiar de este modo la superficie del mineral. La
quimisorción de productos metabólicos, puede resultar, también, en la
modificación superficial, debido a la disolución de constituyentes del mineral.
Márquez, Arroyave DM et al. (2009).
pág. 135
Es importante además mencionar que también se observa como los picos
correspondientes a los ácidos grasos en los espectros medidos después de que el
carbón interactúa con la bacteria S. carnosus indica que las fuerzas hidrofóbicas
juega un papel importante sobre la bacteria evaluada durante la adhesión de las
fuerzas electrostáticas.
En el espectro obtenido y mostrado en la Figura 38 b) y 38c) se observar una
banda anchas de absorción entre el rango de 3600-3200 cm-1 esta banda
corresponde al grupo de –OH. En donde el oxígeno del grupo funcional que se
encuentra en el carbón indica la presencia de compuestos orgánicos como:
alcohol, fenol, y acido carboxílico.
También se puede apreciar en el rango de 2920 y 2800 cm-1 de las Figuras 38b) y
38c) vibraciones de estiramiento de los grupos alifáticos –CH-CH2-CH3. Las
bandas localizadas alrededor de 1436 cm-1 corresponde a las vibraciones de
flexión de grupos alifáticos –CH. La banda amplia de absorción que se localiza
cerca de los 1620 cm-1 a las bandas de estiramiento de los grupos de carbonos
C=C de la estructura aromática y probablemente también a las vibraciones de
estiramiento de los grupo carboxilo. Además de que hay algunos picos
prominentes en el rango de 1200-1000 cm-1 el cual corresponde a la región de
vibraciones de estiramiento de Si-O. Mientras que los picos presentes entre 948 a
900 cm-1 corresponden a los picos de las vibraciones de flexión de Si-O-Si. Es
además importante señalar que las bandas localizadas en la región de 882 a 1200
cm-1 corresponden a las bandas de pirita.
Por otra parte en la Figura 39, correspondiente al espectro infrarrojo de la muestra
de carbón CFM (Figura 39 a)) y CFP (Figura 39b)) que interactúan con la bacteria
S.carnosus. En ella es notable ver que no existe un cambio notorio en los picos
principales de las muestras de carbón CFM+ S.carnosus y CFP+S.carnosus. A
excepción de los picos del grupo de –OH (3619 cm-1) estos desaparecen durante
la interacción con la bacteria. La razón por la cual ocurre este efecto puede ser por
dos cosas: la primera de ellas, puede ser porque este grupo funcional no
interacciona con la bacteria, sino con la ceniza que contiene el carbón fino CFM y
pág. 136
CFP, es decir, que este –OH puede corresponder a la caolinita presente en la
materia mineral de este carbón. O bien, la segunda razón puede ser atribuida a
que hay una reducción en los picos de ácidos grasos, así como en los picos de
hidratación de agua. La reducción de estos picos específicos confirma que la parte
la bacteria S. carnosus sobre la superficie del carbón se produce debido al efecto
de la unión del hidrógeno y las fuerza hidrofóbicas entre la pared de la célula y la
materia orgánica del carbón Brabcová, Karapantsios et al. (2015) Poortinga, Bos
et al. (2002).
pág. 137
Figura 38 FTIR de a) Bacteria S. carnosus , b) muestras de carbón CFM, c) muestra de carbón CFP.
1639
1535
1370
1154
1085
948 8
59
-0.01
0.04
0.09
0.14
0.19
0.24
0.29
0.34
400800120016002000240028003200
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
B.S.carnosus
a)
3619
2917 1601
1437
1007
912
798
747
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
40080012001600200024002800320036004000
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
CFM
3619
2922
1596
1436
1007
912
797
748
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
40080012001600200024002800320036004000
Ab
so
rban
ce ,
%
Ware number, Cm-1
CFP
b)
c)
pág. 138
Figura 39 FTIR de a) de la bacteria adherida al carbón CFM; b) de la bacteria adherida a la muestra CFP.
2918
17451646
1543
14
41 1
372
1154
1052
941
858
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
4008001200160020002400280032003600
Ab
so
rban
ce,%
Ware number, Cm-1
Carbón CFM + S.carnosus
2936 1609
14
37
1378
1163
1056
960
799
754
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
4008001200160020002400280032003600
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
Carbón CFP + S.carnosus
a)
b)
pág. 139
7.20 Hidrofobicidad de bacteria S.carnosus en función del
pH
La determinación del grado de hidrofobicidad de la bacteria se llevó a cabo
mediante la afinidad de S. carnosus con un solvente no polar (n-hexadecano). Los
resultados se muestran en la Figura 40.
En esta figura se puede observar claramente que conforme se incrementa el
tiempo de agitación el % de flotabilidad de la bacteria se incrementa a diferentes
pH. A un tiempo cero la flotabilidad de la bacteria (sin agitación) va desde 85.5% a
89% (pH 7 a 10). El comportamiento es muy similar con forme se incrementa el
tiempo de agitación hay un ligero incremento a pH más alcalinos. Esto indica que
la superficie de la bacteria S. carnosus posee características hidrófoba, útiles para
la flotación del mineral empleado. La razón por la cual ocurre esto es porque
cuando el pH se hace más alcalino la carga electrostática tiende a ser más
negativa y viceversa
Esto indica que en el procesamiento de lavado de carbón este se realiza a un pH
cercano al neutro y la mayoría de los estanques de jales de este mineral también
tienen un pH de 7-8. Este concepto se puede utilizar directamente sin ningún
ajuste del pH, lo cual lo hace atractivo para la aplicación en campo. Además, el
grado de mezclado requerido es significativamente menor en relación a los
floculantes poliméricos.
pág. 140
0
20
45
60
80
82
84
86
88
90
78
910
% F
lota
bili
dad d
e b
acte
ria
pH
0
20
45
60
Tiempo(seg)
Figura 40 % de Flotabilidad de la bacteria S.carnosus en función del pH.
7.21 Microflotación
La Figura 41 muestra los valores de la flotabilidad de los jales de carbón
acondicionados a un pH de 9 en ausencia de la bacteria. Los resultados de la
flotación convencional fueron: CFP≥60%≥CFM. Cabe recordar que estas pruebas
fueron llevadas a cabo con los reactivos químicos comúnmente utilizados en la
flotación (MICB y diésel) y que sirvieron como control para las pruebas de
microflotación. Ver Figura 41 a) y 41 b). Del mismo modo, en esta figura, se puede
observar también, como el porcentaje de flotabilidad para ambas muestras CFM y
CFP, incrementa progresivamente hasta alcanzar su valor máximo en un tiempo
aproximado de 5 minutos. Posterior a este tiempo, comienza a haber una
disminución en el rendimiento de mineral flotado.
En cambio para las muestras de carbón CFM y CFP modificados por la acción de
la bacteria usando diferente flujo de gas (Aire o Nitrógeno), los rendimientos de
flotabilidad de carbón resultan ser mejores. Lo que significa que la recuperación de
pág. 141
la materia orgánica se incrementa debido a la biomodificación, corroborando de
este modo el carácter hidrofóbico de la bacteria S. carnosus. Cabe destacar que,
los valores más altos que se obtuvieron durante la microflotación fueron casi
CFP≤90% ≥CFM (tanto con O2 como con N2) con un tiempo de flotación de 5
minutos a un pH de 9. La causa de estos resultados son atribuidos a la existencia
de los ácidos grasos del grupo funcional - CH2 en la superficie de la bacteria, el
cual causa una adhesión selectiva de las partículas de carácter hidrofóbico como
el carbón. O bien la mejora en la hidrofobicidad del carbón se debe a la secreción
de las proteínas inducidas por la bacteria en el extracto libre de células durante su
crecimiento en presencia del carbón. Rao, Vilinska et al. (2010)mencionan también
la adhesión del microorganismo sobre la superficie del carbón se acompañado de
la expresión de sustancias poliméricas extracelulares (EPS), que permiten la
adherencia y cambia de este modo la carga de la sobre bacteria o la de la
superficie del mineral.
Finalmente se puede decir que la bacteria S. carnosus posee un efecto hidrofóbico
sobre el carbón, lo que significa que, este microorganismo puede actuar como un
colector natural y favorecer la selectividad de mineral de valor en los procesos de
lavado de carbón. Además de que para el sector minero, la aplicación de este
proceso mediante la inyección de un flujo de aire en el proceso, resulta ser más
económico, que con el uso de gas N2.
Una de las ventajas de utilizar S. carnosus en el proceso de flotación son: los
bajos costos de inversión y operación, además del bajo consumo de energía. Sin
embargo, el inconveniente que este proceso tendría sería que es un proceso lento
y requiere de largos tiempos de residencia y habría que investigar para hacerlo
más competitivo.
pág. 142
Figura 41 Microflotación de los jales de carbón CFM y CFP en ausencia y
presencia de la bacteria S.carnosus. El tamaño de partícula: (-150 a +44m); pH 9; Concentración de bacteria: 1x 109cell/ml. a) CFM y b) CFP.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7
% F
lota
bili
da
d
Tiempo de Flotación (Minutos)
CTRL BACTERIA+O2 BACTERIA+N2
a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6
% F
lota
bili
da
d
Tiempo de Flotación (Minutos).
CTRL BACTERIA+O2 BACTERIA + N2
b)
pág. 143
CAPITULO 8
CONCLUSIONES.
El producto obtenido a partir de este tratamiento cumple satisfactoriamente con las
características para poder ser comercializado por parte del sector minero y
generar grandes ganancias a muy bajos costos de inversión.
En cambio en el proceso biológico esta muestra resalta en:
La capacidad que tiene S. carnosus de formar bio-películas favorece el proceso de
recuperación de materia orgánica durante la flotación del carbón fino CFM y CFP,
debido a genera un cambio en las cargas superficiales sobre la superficie de la
partícula favoreciendo con ello la flotación. El uso de S.carnosus como colector
además de ser un proceso más amigable con el medio ambiente, resulta ser muy
eficiente para la recuperación de finos de carbón, con recuperaciones de hasta
90%. Además de cumplir con las expectativas económicas requeridas por el
Sector minero.
pág. 144
CAPITULO 9
RECOMENDACIONES A FUTURO
Estudio de los aceites mediante la técnica de cromatografía de gases, RMN y
espectrometría de masas. El objetivo de esto es determinar la estructura orgánica
para cada aceite usado y también proponer el mecanismo por el cual este
fenómeno favorece al proceso de recuperación de materia orgánica. Todo ello se
realizaría en colaboración con la ESI-UAdeC – CIMAV.
Estudio de medición de carga eléctrica de la partícula de carbón, aceite y bacteria
mediante el Potencial Z (). El objetivo es determinar el mecanismo por el cual
ocurre la adhesión de bacteria- mineral en proceso de flotación. Colaboración:
CIMAV, CIDETEQ y las instituciones ESI-y FAQ de UAdeC.
pág. 145
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