-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
CAPITULO 5:
SISTEMAS DE DISPERSION
En la actualidad, es comn que en los procesos de beneficio de
minerales, se
encuentre con dispersiones de un slido en un lquido, o con
emulsiones de dos lquidos inmiscibles. Un sistema es una dispersin
cuando consiste de una fase homo-gnea continua que contiene una
segunda fase discontinua.
Esto se puede encontrar, por ejemplo, en el transporte hidrulico
de slidos a
travs de una caera, en el cual se puede determinar las
propiedades fsicas tecnolgicamente importantes del sistema desde
las propiedades de las fases separadas y por la aplicacin de las
apropiadas leyes de la mecnica y de la hidrulica; la composicin
qumica de las fases no es tan importante, sin embargo, si las
partculas son relativamente gruesas. Si la mezcla es sometida a una
molienda al tamao submicrnico, el sistema adquiere caractersticas
no predichas por las leyes aplicadas anteriormente. Cabe hacer
notar que la produccin de finos es inherente a todo proceso de
reduccin de tamao.
En esta situacin, el sistema de dispersin est fuertemente
gobernado por
caractersticas superficiales, las cuales priman en procesos de
separacin o aglomeracin.
As, en el estudio de los coloides hay 3 aspectos principales:
uno es el
atributo de partculas individuales (el tamao, forma, potencial
superficial, etc.), el segundo es la estabilidad de la dispersin o
la interaccin entre las partculas, y el ltimo son las propiedades
estadsticas de estabilidad de sistema coloidales, las cuales estn
basadas en el conocimiento y teoras de las dos primeras. Estas dos
primeras se abordarn en el presente captulo.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
5.1. Definicin y Conceptos Generales
Las dispersiones son sistemas multifsicos, constituidos
generalmente por dos fases: la fase continua o medio de dispersin,
y la fase dispersa o fase discontinua.
Clasificacin de los sistemas dispersos: a) Segn el tamao de
grano (tamao de la fase difusa). Se distinguen:
- Suspensiones: Sistemas de dispersin con partculas de tamao
entre 10-4 y 10-2 (cm) (1 a 100 m).
- Coloides : sistemas de dispersin en que las dimensiones de las
partculas oscilan entre 10-7 y 10-5 cm. (10 a 1000 A)
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
b) Segn la Energa de Interaccin entre las partculas de la fase
dispersante y difusa.
Se sabe que ciertas sustancias forman con 11quidos soluciones
coloidales en forma espontnea, sin que estas partculas pierdan su
entidad como partcula. (Se puede evaporar la fase dispersante y al
agregar una nueva porcin del lquido a estos sistemas ste vuelve al
estado coloidal). Estos coloides se llaman reversibles y reciben el
nombre de lifilos (amigo del solvente). Al contrario otras
partculas son meras suspensiones de partculas de tamao coloidal y
no agregaciones de partculas y se llaman coloides lifobos o
irreversibles (enemigo del solvente). Ejemplos de coloides
reversibles o lifilos son soluciones acuosas de gelatina, almidn y
dextrina. Ejemplos de coloides lifobos son slidos disueltos en
agua. Por ejemplo aguas en plantas industriales como plantas de
concentracin (pueden ser tambin suspensiones).
En la vida diaria, se encuentran los siguientes sistemas de
dispersin: - Coloides y suspensiones:
Fase dispersa en slido y fase dispersante un lquido. -
Emulsiones
Fase dispersa y dispersante lquidos no miscibles. - Espumas
Fase dispersa el aire y la dispersante un lquido. -
Aerosoles
Fase dispersa en slido o lquido y la fase dispersante un gas
(humo, polvos) 5.2. Coloides Un sistema coloidal es un sistema
termodinmico inestable, tiene tendencia espontnea a formar
agregados para reducir el rea de contacto slido-lquido, segn:
G = dA salvo que se opongan fuerzas repulsivas a dicho
proceso.
En estos casos la sedimentacin espontnea no ocurre, o presenta
una cintica lenta.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Un coloide desestabilizado es aquel en que sus partculas
perdieron el carcter de unitarias (sistema peptizado) y pasan a
formar agregados mayores de alta velocidad de sedimentacin (sistema
coagulado).
Un sistema coloidal estable es aquel en que la agregacin de
partculas, para
formar agregados mayores, est limitada o impedida, de tal forma
que la sedimentacin espontnea no ocurra (o sedimentacin muy lenta).
As, sus propiedades son constantes en el tiempo. 5.2.1. Coloides
lifobos
La qumica de los coloides lifobos es, en realidad, la qumica de
superficie de
la fase dispersa. nicamente sobre esta base pueden comprenderse
los sistemas de dispersin.
Una de las caractersticas ms tpicas de los coloides lifobos es
su
sensibilidad ante la adicin de un electrolito. Esto se
manifiesta en un cambio de estabilidad del sistema debido a cambios
insignificantes de la fuerza inica de la fase dispersante.
En sedimentacin el equilibrio se obtiene cuando se cumple la
relacin.
Sedimentacin difusin (5.1)
La densidad de flujo de sedimentacin queda definida por:
rmgCuJ s 6*
. == (5.2)
con: u : velocidad de sedimentacin. C : concentracin de las
partculas. mg : peso neto de la partcula en el fluido dado por:
( )21334 = grmg (5.3)
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
En direccin contraria se orienta la accin de la difusin, la cual
tiende a la
homogenizacin de la concentracin de las partculas en todo el
sistema, la ley de Fick da la densidad de flujo difusiva:
dhdCDJ D = (5.4)
donde D es el coeficiente de difusin para el movimiento
Browniano:
rkTD 6=
dhdC es el gradiente de concentracin.
En el equilibrio:
dhdC
rkTC
rmg
66 = de donde:
dhkTmg
CdC =
e integrando:
( )
=kT
mghChC exp0 (5.5)
que se conoce como Ecuacin de Perrin.
De la ecuacin 5.5, se tiene que la concentracin C(h) ser
homognea solamente cuando el valor de m sea pequeo, es decir,
cuando las partculas de la fase dispersa sean pequeas, en cuyo caso
la difusin y los movimientos Brownianos homogeneizan la
concentracin de la fase dispersa, contra la sedimentacin producida
por el efecto de las fuerzas de gravedad.
Debido al movimiento browniano, las partculas chocan entre s, lo
que puede conducir a que partculas aisladas se unan en conjuntos
mayores (agregados), lo cual, de acuerdo a Perrin, produce una
desestabilizacin del sistema. Este proceso de
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
agregacin se llamar coagulacin, y el fenmeno contrario, es
decir, la desintegracin de agregados, se llamar peptizacin.
La formacin de un agregado compuesto de dos o ms partculas
coloidales
slo puede producirse cuando stas chocan entre s y, por lo tanto,
el nmero de choques es de vital importancia para calcular la
velocidad de coagulacin. Sin embargo, cada choque puede no ser
efectivo, y no necesariamente conducir a la formacin de
agregados.
La efectividad de los choques, permaneciendo invariab1e 1as
dems
condiciones, est fijada por las propiedades de las partculas de
la fase dispersa y que pueden ser modificadas introduciendo al
sistema compuestos que se adsorben en la superficie de las
partculas. Se puede distinguir: - Coagulacin rpida: la velocidad de
coagulacin depende nicamente del nmero de choques: cada choque
conduce a la unin de las partculas.
- Coagulacin lenta: slo una parte de los choques conduce a la
unin de las partculas coloidales.
Al chocar dos partculas, comienzan a actuar entre ellas fuerzas
de atraccin
(de Van der Waals) y fuerzas de repulsin (fuerzas
electrostticas). La relacin entre estos dos tipos de fuerzas fija,
por lo tanto la estabilidad de los coloides lifobos. - Estabilidad
de los coloides lifobos: Como se mencion, la agregacin entre
partculas toma lugar si las fuerzas repulsivas nter partculas no
exceden en magnitud las correspondientes fuerzas atractivas. Como
son las fuerzas electrostticas las responsables de la repulsin, se
puede alcanzar la agregacin de las partculas ajustando las
propiedades de la solucin para minimizar tales fuerzas y, al
contrario, si se desea 1a dispersin se necesita maximizar 1as
fuerzas repulsivas entre las partculas. Como se ha visto
anteriormente, un cambio en la concentracin de iones determinantes
de potencial altera 0 en tanto que un cambio en la concentracin de
electrolito indife-rente, altera la fuerza inica, y as el potencial
Zeta (se comprime la doble capa).
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Fig.: 5.1. Efecto de iones monovalentes en el Potencial
Superficial.
Para ver el efecto de la densidad de carga superficial s en la
condicin de electroneutralidad, debe tenerse que, de acuerdo al
modelo de Gouy-Chapman:
=0
dxs (5.6) Integrando y recordando (4.15) que:
2
2
4 dxdD
= (para superficie planas)
02
2
0 44 =
== X
s dxdDdx
dxdD
Insertando:
=
=
kTez
kTezkTDn
kTez
kTez
Dkn
dxd
iiis
iii
2exp
2exp
2
2exp
2exp8
000
0
O bien:
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
=kTezsenhkTDn iis 2
22
00 (5.7)
y expandiendo en exponenciales.
+++= .........531)(
42 xxxxsenh
Y si: 12
0
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
a) Efecto de la concentracin b) Efecto de Covalencia.
Fig.: 5.2. Efecto de la Concentracin y la Valencia del
electrolito en el valor de la carga superficial
- Teora D.L.V.O. (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeck).
Constituye en s la teora de estabilidad de coloides lifobos y es
la teora de la doble capa elctrica aplicada a partculas
coloidales.
Se aplica el modelo de Gouy-Chapman, es decir de la dob1e capa
difusa, a
partculas esfricas ( Derjaguin) o placas planas paralelas
(Overbeck). Se va a estudiar en particular el caso de placas planas
paralelas (modelo de
Verwey-Overbeck).
Fig.: 5.3. Representacin esquemtica del potencial elctrico entre
dos placas con res-
pecto a una sola doble capa.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Cuando las dos dobles capas tienen el mismo signo, existe una
cada potencial que es menor a la que existira en una nica doble
capa y a una distancia tal que 0 = 0.
Entonces el potencial superficial es el mismo en ambas
superficies ya que
debe existir un equilibrio termodinmico y depende de los
potenciales qumicos, i de los iones determinantes de potencial en
las dos fases.
constante C ;0 =+= ez
Ci
i (5.11) Se pretende encontrar una relacin entre d y la
distancia entre dos superficies planas. Para ello se toma como base
la ecuacin de Poisson - Boltzman, menos en las condiciones de
contorno.
=
+
++ kT
eZ
ikTeZ
i eZneZnDe
dxd
002
2 4 (5.12)
con las condiciones de borde: = 0 para X=0 = 0 para X=2d
0=dxd para X=d Integrando:
kTeZ
ikTeZ
ikT
eZ
ikTeZ
i
dd
enenenenDkT
dxd +
+
+
+ += 00008
Es posible realizar una integracin directa, pero sta es
compleja. En cambio se
pueden hacer algunas simplificaciones vlidas.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Para potenciales pequeos:
22dKdx
d = con ( )
DkTZnZne
K iie 2
02
04 + + += se obtiene: ( )
kdxdk
coshcosh
0= (5.13)
En x = d
kdd cosh1
0 =
Sin embargo, no entrega mucha informacin con respecto a la
estabilidad de coloides.
Si consideramos entonces, electrolitos simtricos, se puede
simplificar un poco ms,
y se llega a:
kTeZ
kTeZ
DkTn
dxd diii cosh2cosh28 0 = (5.14)
e introduciendo las variables:
kTeZ
y i=
kTeZ
u di=
kTeZ
Z oi= kX=
y se tiene:
uyddy cosh2cosh2 = (5.15)
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Ecuacin que representa la relacin que existe entre el potencial
superficial (z), el potencial 0 entre las placas y la distancia
(kd), si se integra entre = 0 y = kd.
En forma de una integral elptica:
= 22 ,
2,2
uZuuu
arcseneeFueFekd
( ) =
0221
,senk
dkF
Graficando:
Fig.: 5.4. Variacin del potencial d como funcin de la distancia
entre las placas (kd). En un sistema coloidal, existen fuerzas
atractivas (de Van der Waals) y repulsivas que dependen de la
pendiente y altura de la curva potencial-distancia. Esto se puede
enfrentar (Verwey-Overbeck) como una energa de interaccin entre
partculas. As, podemos esquematizar las energas de interaccin
obtenida por combinacin de una curva de atraccin con dos curvas de
repulsin diferentes.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Fig.: 5.5. Relacin energa de interaccin con la distancia entre
partculas.
Se debe recordar que un cambio en la iones determinantes de
potencial altera
0, en tanto que un cambio en iones indiferentes, cambia la
fuerza inica y el valor de 0, y por lo tanto el potencial Zeta.
Un electrolito indiferente comprime la doble capa de modo que a
una distancia fija x, (x) se reduce y por lo tanto decrece la
magnitud de las fuerzas repulsivas.
Fig.: 5.6. Efecto de la concentracin de electrolito sobre la
magnitud de las fuerzas
repulsivas.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Si las fuerzas repulsivas son cero, se producir coagulacin
espontnea del coloide ( 0 = 0). Si 0 > O aumentan las fuerzas
repulsivas y surge una barrera de potencial.
Fig.: 5.7. Efecto de o sobre la altura de la barrera
potencial.
- Fuerzas de Van der Waals en sistemas de dispersin:
Hamaker desarroll las ecuaciones que definen las fuerzas de
atraccin entre partculas coloidales; supone que las fuerzas de
interaccin entre dos partculas que contienen n tomos en un cm3 de
volumen, es de :
=1 2
6
2
21V V h
ndVdVE (5.16) dV1 y dV2 : elementos de volumen de las partculas
cuyo volumen es V1 y V2 h : distancia entre dV1 y dV2
: constante de London que caracteriza la energa la atraccin
entre dV1 y dV2 Se tiene que:
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
21
21212
3II
II+= (5.17)
1 y 2 ; coeficientes de polaribilidad de los tomos 1 y 2. I1 y
I2 : Energa de ionizacin respectiva de los tomos 1 y 2.
El valor /h6 expresa la relaci6n entre las fuerzas de dispersin
y la distancia.
Definiendo, la constante de Hamaker A , como
hArEA 12
= para partculas de radio r Con 22nA = (5.18)
Para dos placas paralelas de 1 cm2 de superficie, colocados en
el vaco y separadas entre s, por la distancia h, la fuerza de esta
interaccin es:
36 hA
dHdEQ == (5.19)
que sirve entonces para calcular las fuerzas de interaccin entre
las partculas coloidales.
En un sistema coloidal, las partculas estn sumergidas en un
lquido, esto es, se debe corregir la ecuacin anterior para
considerar este hecho:
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Fig. 5.8: Fuerzas de interaccin en el agua entre partculas
iguales.
Si designamos por 1 a las partculas del mismo tipo en un medio 2
se tiene:
122211 2AAAA += (5.20)
En que:
A11: Constante que caracteriza la energa de atraccin entre las
molculas del slido 1-1 A22 : constante que caracteriza a la energa
de atraccin entre las molculas del medio 2-2 A12 : constante que
caracteriza a la energa de atraccin entre las molculas del medio y
la superficie 1.
Si las partculas son diferentes:
Fig. 5.9. Fuerzas de interaccin en el agua entre partculas
diferentes.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
TABLA 5.2.: CONSTANTE DE HAMAKER PARA ALGUNOS SISTEMAS
Sistema A (erg) Agua/vaco/agua 3.6 6.3 x 10-13
Agua/hidrocarbono/agua 3.4 7.0 x 10-14
Hidrocarbono/vaco/hidrocarbono 5.0 9.0 x 10-13
Hidrocarbono/agua/hidrocarbono 3.4 7.0 x 10-14
Cuarzo/vaco/cuarzo 8.0 10.0 x 10-13 Cuarzo/agua/cuarzo 1.0 x
10-13 Oro/agua/oro 1.24 3.3 x 10-12
entonces, A = A12 + A33 - A13 - A23 Segn Fowkes, estos valores
de A sern: ( )22121112 6 ddhA = (5.22)
h11 : distancia entre las partculas de agua.
dd21 , : contribucin de fuerzas de dispersin a la tensin
superficial.
Para partculas coloidales iguales, las fuerzas son de atraccin y
por lo tanto
A.>0.
Para dos partculas diferentes, puede tenerse que A < 0.
As, las fuerzas de London provocarn la repulsin de las dos
partculas, debido a que las interacciones entre las partculas y las
molculas de agua sern ms intensas, que entre las partculas entre s.
As, habr una capa de hidratacin que les impide su acercamiento.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Fuerzas Elctricas de la Doble Capa (Atraccin o repulsin).
El punto de carga cero (ZPC) es una propiedad experimentalmente
accesible para determinar la repulsin o atraccin entre partculas, y
consecuentemente la estabilidad de una suspensin. En este aspecto
juegan un rol fundamental los iones determinantes de potencial
(l.D.P.) que pueden modificar el potencial superficial y alterar el
espesor de la doble capa elctrica. Esto tambin es posible de
obtener mediante la accin de especies qumicas ionizadas o polmeros
(modificacin del potencial Zeta).
Las fuerzas estricas son tambin importantes en la determinacin
de las propiedades de los coloides. Ellas se deben al
traslapamiento de las capas adsorbidas y pueden ser de atraccin o
repulsin, dependiendo si las capas exteriores de las partculas
prefieren o no estar en contacto con el solvente. Si el poder
solvente del medio para las porciones expuestas de las capas
externas, por ejemplo aquellas de una capa de polmero adsorbido, es
satisfactorio, ella ser compatible con el medio y la suspensin
permanecer estable. Por otra parte, si la potencia solvente para la
capa adsorbida es mnima, habr una tendencia, para las porciones
expuestas de la capa adsorbida de una partcula a interpenetrar
dentro de la capa de otra partcula y as se promover la
agregacin.
Fig.: 5.10 Representacin esquemtica del potencial elctrico entre
dos placas, en
comparacin con el de una nica doble capa.
Las fuerzas repulsivas que aparecen, si las partculas tienen el
mismo signo, se deben a que el campo elctrico E, difiere de la
tensin de la parte exterior: (Derjaguin).
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
( )21228 EEDR = (5.23) se puede demostrar que la fuerza tiende a
un lmite cuando 0 tiende a 100 mV. Si 0 > 100 mV la fuerza de
repulsin deja de depender de 0 y as los criterios de coagulacin son
diferentes.
El criterio de Derjaguin, para coloides de bajo potencial
superficial es:
mA
Dd d 1 mm. Para partculas pequeas d
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
: coeficiente de la capa lmite.
: viscosidad cinemtica = /
Estas ecuaciones, permiten calcular la velocidad de sedimentacin
para una sola partcula.
Si es el caso de una suspensin, entonces existen modificaciones
a estos
valores que, toman en cuenta la concentracin de la suspensin y
adems la forma de la partcula.
5.2.3. Coagulacin y Floculacin
Coagulacin es el fenmeno de agregacin de las partculas
coloidales, bajo la influencia de un electrolito (producida por la
reduccin de las fuerzas repulsivas electrostticas). Se forman
agregados compactos.
Floculacin, es un proceso de agregacin de partculas aisladas en
conjuntos mayores, pero en este caso es provocada por reactivos
orgnicos que se adsorben en la superficie de las partculas
provocando hidrofobicidad. Son agregados libres o abiertos.
(a) Coagulacin: reduccin de la doble capa que permite
acercamiento de las partculas a una distancia tal que las fuerzas
de Van der Waals son importantes.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
(b) Floculacin, formacin de una superficie hidrfoba sobre las
partculas.
Fig.: 5.12. a) Coagulacin b) Floculacin
Sobre la superficie, al agregar reactivos orgnicos pueden
existir sitios lifilos y lifobos (cubiertos con el reactivo
orgnico).
Esta adsorcin en las partculas minerales, y la efectividad del
polmero adsorbido para promover la floculacin, depende de una gran
cantidad de propiedades del polmero tales como peso molecular,
naturaleza y concentracin de grupos fun-cionales y configuracin y
propiedades de la solucin como fuerza inica y poder de
solubilizacin del polmero.
Las fuerzas responsables de la adsorcin resultan principalmente
de 3 tipos
de uniones: electrosttica, y enlaces covalentes e hidrgeno. La
predominancia de cual quiera de ellos depende del sistema
particular polmero/mineral y del medio acuoso.
En este sentido, las poliacrilamidas que contienen grupos +3NH y
grupos COO- , son buenos floculantes para casi todas las
suspensiones, si predomina la unin electrosttica.
La floculacin se produce solo cuando existen cantidades ptimas
de
reactivos. Si la concentracin de estos es demasiado grande, la
accin se invierte y el sistema se hace ms estable. El ptimo se
obtiene cuando la adsorcin forma slo una cobertura parcial de la
superficie, y as dejando un extremo libre del floculante para
interaccionar con otra partcula.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Si hay un exceso de floculante esta interaccin se inhibe.
Tambin, la floculacin es eficiente cuando el floculante y las
partculas
tienen cargas pequeas y de signo diferente. La formacin de
flculos ayuda en los procesos de sedimentacin y
filtracin (se obtienen sedimentos ms porosos y as es ms fcil
eliminar el agua). Reactivos Floculantes:
Son compuestos multimoleculares que se obtienen por sntesis
orgnica a base de almidn.
Molcula almidn.
Los productos de hidrlisis del almidn son: dextrina, maltosa,
glucosa.
Otra molcula floculante es la carboximetil celulosa:
CH2OCH2COONa.
Entre los reactivos sintticos la poliacrilamida es una de las ms
usada:
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Estas poliacrilamidas, pueden ser parcialmente hidrolizadas, de
modo que
una parte de los grupos -CONH2 es reemplazada por grupos -COONa,
y as, en agua, las macromoleculas contienen grupos COO- y
CONH3+.
Los compuestos aninicos tpicos son los poliacrilatos de
sodio.
O los polimetilacrilatos:
La coagulacin puede ocurrir, en general para partculas de un
mismo tipo
(homocoagulacin) o para partculas de diferente naturaleza
(heterocoagulacin). En el caso de homocoagulacin; puede llegar a
ocurrir, sobre una cierta
concentracin de la solucin del agente que se adsorbe
selectivamente, que se invierta el potencial zeta (sto ocurre
principalmente con iones multivalentes) y aumentando hasta valores
muy grandes y as causar la dispersin de las partculas (dispersantes
de ganga). Aunque su accin no est an determinada completamente
(sulfato de sodio o calcio).
En el caso de heterocoagulacin, tiene que suceder la agregacin
de partculas diferentes. La forma ms fcil que ello ocurra es lograr
que un tipo de partculas tenga signo contrario del otro tipo. 1 y 2
de signo contrario, y se tiene que la mxima coagulacin ocurrir
cuando los dos coloides se mezclan a un pH
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
intermedio entre sus puntos isoelctricos. Si se quiere que se
dispersen los tipos de partculas, entonces se selecciona un pH tal
que los dos tipos tengan el mismo signo (Floculacin selectiva).
Agregacin o dispersin selectiva:
Esta propiedad depende del grado de liberacin de cada partcula
individual y de la adsorcin de floculante en una o ms, pero no
todas las partculas.
La separacin de las partulas floculadas, de las no floculadas,
puede
lograrse usando tcnicas convencionales tales como flotacin,
elutriacin o sedimentacin, tratando de producir el mnimo de
redispersin de los flculos durante el proceso.
Esta interaccin selectiva (agregacin o dispersin) puede sugerir
varios
criterios:
Las partculas podran tener una carga similar a varios otros
tipos de los minerales presentes tal que no existe agregacin entre
ellos. (la magnitud de la energa repulsiva sea mayor que la energa
atractiva). El potencial zeta de las partculas debera ser mayor que
15-20 mV.
|1| y |2| > 15 20 mV ; 1 / 2 > 0
La carga en las partculas a ser agregadas, debera ser tal que la
energa
repulsiva entre ellas sea menor que la energa atractiva. Para
ello el potencial zeta para estas partculas, despus de la adsorcin
del coagulante o floculante, sea menor que 15 mV ( 1 < 15
mV).
La adsorcin de coagulante o floculante debe ser selectiva. En
este sentido,
debera ser suficiente tener diferencias slo en la velocidad de
adsorcin de reactivos de los componentes del mineral. As se debe
optimizar la adicin de los polmeros y su concentracin.
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
Para inducir la selectividad se usan polmeros, dispersantes y
activadores. La adsorcin selectiva de polmeros, puede alcanzarse
ajustando la
composicin qumica del medio, y as, el potencial superficial del
mineral, o introduciendo en el polmero grupos activos que forman
complejos o sales con las especies del mineral deseado (se forman
enlaces covalentes, como en el caso de algunos aditivos de
flotacin).
Fig.: 5.13. Efecto de la concentracin de xantato.
Fig 5.14. Efecto del grupo activo en la sedimentacin de
cuarzo.
% slido sedimentado
-
Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica
Curso: Fsico qumica de superficies
5.2.4. Activadores y Dispersantes
Cuando existen partculas muy finas de ganga en el mineral, ellas
pueden atrapar a las partculas mineralizadas, y as reducir la
selectividad de la floculacin.
En estos casos se conoce el efecto de aditivos que pueden
acomplejar a los
iones disueltos en la solucin o adsorberse en la partcula
mineral en forma selectiva. Por ejemplo para separar Hematita de
cuarzo se usa un reactivo qumico
llamado calgn (hexametafosfato de sodio) y fluoruro de sodio.
Tambin para flocular minerales pesados se usa como dispersante
sulfuro de sodio, poli fosfato o poli acrilatos.
Estos reactivos deben, sin embargo, ser escogidos cuidadosamente
para no
afectar el proceso aguas abajo. Estas agregaciones pueden tambin
obtenerse para formar agregados
esfricos, en tambores o platos a la forma de agregados o pelets.
En este caso se usan las propiedades de .puentes capilares entre
las partculas recubiertas son surfactantes.
En general, puede decirse que, al respecto de la floculacin y
dispersin
selectiva; esto es posible para casi todos los minerales: por e1
control de la composicin inica de la pulpa, pretratamiento y
preacondicionamiento del mineral y por el uso de adecuados
polmeros, activadores y dispersantes. Sin embargo, no se conocen
exactamente todos los mecanismos que gobiernan tales procesos.