Bach. Ing.Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD FLOTACION I. FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE FLOTACIÓN La definición tradicional de flotación dice que es una técnica de concentración de minerales en húmedo, en la que se aprovechan las propiedades físico-químicas superficiales de las partículas para efectuar la selección. En otras palabras, se trata de un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas. Según la definición, la flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida está representada por las materias a separar, la fase líquida es el agua y la fase gas es el aire. Los sólidos finos y liberados y el agua, antes de la aplicación del proceso, se preparan en forma de pulpa con porcentaje de sólidos variables pero normalmente no superior a 40% de sólidos. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Para la mayoría de los minerales, se logra un adecuado grado de liberación moliendo a tamaños cercanos a los 100 micrones (0,1 mm). Al aumentar el tamaño de la partícula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para producir un encuentro efectivo partícula burbuja. FLOTACIÓN BULK: Recuperación de todas las especies valiosas (oro, plomo, plata, zinc, cobre, etc.) en un solo producto llamado Concentrado Bulk. REACTIVOS DE FLOTACION: Los reactivos de flotación se dividen en: colectores, espumantes y modificadores. •Colector: Compuesto orgánico heteropolar que se absorbe selectivamente sobre la superficie de las partículas, haciendo que estas se vuelvan hidrófobas (aerófilas). Ejemplo: xantatos que se utilizan en la flotación de sulfuros. Correo:
[email protected] Página 1 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Los colectores usados con mayor frecuencia son los xantatos y los aerofloats. Sin los colectores los sulfuros no podrían pegarse a las burbujas y éstas subirían a la superficie sin los minerales y los sulfuros valiosos se irían a las colas. Una cantidad excesiva de colector haría que flotarán incluso los materiales no deseados (piritas y rocas) o los sulfuros que deberían flotar en circuitos siguientes. Así por ejemplo, en el caso de la flotación de minerales de plomo-zinc-pirita, en el circuito de plomo se mantiene deprimido el zinc, para flotarlo posteriormente en su respectivo circuito; pero un exceso de colector podría hacer flotar el zinc junto con el plomo. Una cosa similar sucedería en el circuito de zinc con un exceso de colector, haciendo flotar la pirita que se encuentra deprimida por el efecto de la cal adicionada. •Espumante: Son agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de: 1. Estabilizar la espuma 2. Disminuir la tensión superficial del agua 3. Mejorar la cinética de interacción burbuja – partícula 4. Disminuir el fenómeno de unión de dos o más burbujas (coalescencia) •Modificadores: Estos reactivos pueden ser de tres tipos: modificadores de pH, activadores y depresores. Modificadores de pH: El pH indica el grado de acidez o de alcalinidad de la pulpa. El pH 7 es neutro (ni alcalino ni ácido) y corresponde al agua pura. De 0 a 6 es ácido y de 8 a 14 es alcalino. El pH se mide con un aparato llamado potenciómetro o con un papel tornasol. Cada sulfuro tiene su propio pH de flotación, donde puede flotar mejor. Esta propiedad varía según el mineral y su procedencia. Los reguladores de pH tienen la misión de dar a cada pulpa el pH más adecuado para una flotación óptima. La cal es un reactivo apropiado para regular el pH, pues deprime las gangas y precipita las sales disueltas en el agua. La cal se puede alimentar a la entrada del molino a bolas. Es importante usar dosificadores automáticos para estar seguros de la cantidad de reactivo dosificado a las pulpas (Fig. 3). Hay reactivos sólidos y líquidos. Activadores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que ayudan al colector a adsorberse en la superficie del mineral a flotar. Sulfato de Cobre (CuSO4): El CuSO4 5 H2O, sulfato de cobre con 5 moléculas de agua, forma cristales azules brillantes asimétricos del sistema triclínico con una densidad de 2.28 g/ml. Es un activador de la esfalerita, también pirita, calcopirita, pirotita, arsenopirita y cuarzo. Correo:
[email protected] Página 2 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Depresores: Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que impiden la acción del colector en la superficie del mineral. Cianuro de Sodio (NaCN): Son cristales en forma de pellets de color blanquecino, se usan para el recubrimiento y depresión de minerales sulfurados de fierro, cobre y zinc Bisulfito de Sodio (NaHSO3): Es un depresor para sulfuros de zinc y fierro. Se usa en reemplazo del cianuro de sodio particularmente en minerales con contenido de plata, la adición del agente reductor sulfito de sodio o bisulfito de sodio previene la oxidación y por consiguiente, la activación resultante de la esfalerita Sulfato de Zinc (ZnSO4): El ZnSO4 7 H20, son cristales incoloros; es uno de los reactivos reguladores principales de acción depresoras, utilizada para la flotación selectiva de minerales de cobre y plomo de la esfalerita. En el cuadro podemos ver algunos reactivos aplicados a minerales específicos Correo:
[email protected] Página 3 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD En el siguiente diagrama podemos ver las etapas en las que se va adicionando los reactivos a la pulpa en un circuito de molienda Correo:
[email protected] Página 4 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Mecanismos de Flotación Para estudiar el mecanismo de la flotación es necesario conocer lo que sucede con la partícula de mineral y una burbuja de aire para que ellos formen una unión estable. El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables Correo:
[email protected] Página 5 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos. Por otra parte, los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua. Se puede observar además que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, o sea, no se adhieren normalmente a ellas. En resumen, es necesario incrementar la propiedad hidrófoba en las partículas minerales de una pulpa para facilitar la flotabilidad. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgánicos de carácter heteropolar, o sea, una parte de la molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un grupo polar con las propiedades iónicas, es decir, con carga eléctrica definida. La partícula queda cubierta por el colector que se adhiere a su superficie por medio de su parte polar, proporcionándole con la parte polar propiedades hidrofóbicas. El agregado de espumantes, como se ha dicho, permite la formación de burbujas de tamaño y calidad adecuada para el proceso. Pues bien, el contacto entre las partículas y las burbujas requiere que las primeras estén en constante agitación, la cual la otorga el rotor de la máquina de flotación, de modo que para realizar la unión con las burbujas son necesarios: a) su encuentro y b) condiciones favorables para formar el agregado. El contacto partícula-burbuja se acerca hasta el punto en que la película de agua que las separa es muy fina. En este momento para que la partícula pueda acercarse más a la burbuja tiene que superar lo que se considera una barrera energética. Para las partículas hidrofílicas, en que la asociación de la partícula con las moléculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las partículas no flotan. Para las partículas hidrofóbicas, la barrera queda repentinamente rota por fuerzas no bien conocidas, permitiendo un contacto trifásico (sólido-líquido-gas). Variables Operacionales Relevantes en el Proceso Algunas de las variables de mayor importancia para el proceso de flotación son: Granulometría: Adquiere gran importancia dado que la flotación requiere que las especies minerales útiles tengan un grado de liberación adecuado para su concentración. Tipo de Reactivos: Los reactivos pueden clasificarse en colectores, espumantes y modificadores. La eficiencia del proceso dependerá de la selección de la mejor fórmula de reactivos. Dosis de Reactivo: La cantidad de reactivos requerida en el proceso dependerá de las pruebas metalúrgicas preliminares y del balance económico desprendido de la evaluación de los consumos Densidad de Pulpa: Existe un porcentaje de sólidos óptimo para el proceso que tiene influencia en el tiempo de residencia del mineral en los circuitos. Página 6 Correo:
[email protected] Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Aireación: La aireación permitirá aumentar o retardar la flotación enbeneficio de la recuperación o de la ley, respectivamente. El aire es uno de los tres elementos imprescindibles en el proceso de flotación, junto con el mineral y el agua. Regulación del pH:La flotación es sumamente sensible al pH,especialmente cuando se trata de flotación selectiva. Cada fórmula de reactivos tiene un pH óptimo ambiente en el cual se obtendría el mejor resultado operacional. Tiempo de Residencia: El tiempo de residencia dependerá de la cinética de flotación de los minerales de la cinética de acción de reactivos, del volumen de las celdas, del porcentaje de sólidos de las pulpas en las celdas y de las cargas circulantes. Calidad del Agua: En las Plantas la disponibilidad de agua es un problema. Normalmente se utiliza el agua de recirculación de espesadores que contiene cantidades residuales de reactivos y sólidos en suspensión, con las consecuencias respectivas derivadas por este flujo de recirculación. CELDAS DE FLOTACION: Funciones: 1. Mantener todas las partículas en suspensión dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de prevenir la sedimentación de éstas. 2. Producir una buena aireación, que permita la diseminación de burbujas de aire a través de la celda. 3. Promover las colisiones y adhesiones de partícula-burbuja. 4. Mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de espuma. 5. Proveer un eficiente transporte de la pulpa alimentada a la celda, del concentrado y del relave. 6. Proveer un mecanismo de control de la altura de la pulpa y de la espuma, la aireación de la pulpa y del grado de agitación. Características: 1. Facilidad para la alimentación de la pulpa en formas continúa. 2. Mantener la pulpa en estado de suspensión. 3. No debe ocurrir la sedimentación de las partículas. 4. Separación adecuada del concentrado y del relave Correo:
[email protected] Página 7 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Eficiencia La eficiencia de una celda de flotación se determina por los siguientes aspectos: 1. Tonelaje que se puede tratar por unidad de volumen. 2. Calidad de los productos obtenidos y recuperaciones. 3. Consumo de energía eléctrica, reactivos, espumantes y otros reactivos, con el fin de obtener los resultados óptimos. 4. Gastos de operación y mantención por tonelada de mineral tratado. CELDAS DE FLOTACIÓN MECÁNICAS Las celdas de flotación mecánicas tienen tres zonas típicas: La zona de agitación es aquella donde se produce la adhesión partícula-burbuja. En esta zona deben existir condiciones hidrodinámicas y fisicoquímicas que favorezcan este contacto La zona intermedia se caracteriza por ser una zona de relativa calma, lo que favorece la migración de las burbujas hacia la superficie de la celda. La zona superior corresponde a la fase acuosa, formada por burbujas. La espuma descarga por rebalse natural, o con ayuda de paletas mecánicas. Cuando la turbulencia en la interfase pulpa -espuma es alta se produce contaminación del concentrado debido al arrastre significativo de pulpa hacia la espuma. Reactivos de Flotación Utilizados en laboratorio Colector XANTATO Z5 Propiedades químicas y usos Es un producto que se aplica generalmente en aquellas operaciones que requieren el más alto grado de poder colector. Se usa en la flotación de minerales sulfurosos de Correo:
[email protected] Página 8 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD cobre. Los xantatos tienden a descomponerse en soluciones con un pH inferior a 6.0. Se aplica con especial éxito en la flotación de la pirita que contiene oro. Precauciones de Manejo Los xantatos son estables durante largos períodos de tiempo, siempre y cuando se almacenen en un lugar seco y fresco. Las personas que manejan las xantatos deben tomar ciertas precauciones. Debe evitarse la llama viva o el fuego, puesto que las xantatos y algunas de sus productos de descomposición son combustibles. Los xantatos, en términos generales, deben manipularse con el mismo grado de precaución que se aconseja para otros productos químicos orgánicos ¿Qué se puede hacer después de que haya ocurrido la contaminación? La contaminación que ocurre poco a poco generalmente no se puede detectar hasta que el problema ha alcanzado una medida grave. El resultado es que la limpieza de la contaminación sea un proceso complicado, caro, y a veces imposible. En general, una comunidad cuyas aguas subterráneas han sido contaminadas tiene cinco opciones: Retener los contaminantes para prevenir su migración desde el punto de origen. Extraer los contaminantes del acuífero. Tratar las aguas subterráneas en el lugar de extracción o antes de usarlas. Rehabilitar el acuífero por medio de inmovilización o detoxificación de los contaminantes, mientras que estos todavía se encuentren en el acuífero. Abandonar el uso del acuífero y buscar manantiales alternativos para agua potable. Correo:
[email protected] Página 9 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Varios factores determinan cuál es la mejor opción, incluyendo el tipo y magnitud de contaminación, las condiciones geológicas, si las leyes requieren ciertas acciones específicas, y cuanto dinero es disponible para el proyecto. Todas estas opciones son caras. Los varios métodos de tratamiento tienen costos muy altos y muchas dificultades técnicas, y de manera que muchas comunidades optan por abandonar el acuífero cuando se enfrentan con contaminación de su agua subterránea. La comunidad entonces tiene que encontrar otro abastecimiento de agua, o taladrar nuevos pozos más lejos del área contaminada. La depuración de las aguas: (Los desechos transportados por el agua requieren de un tratamiento eficaz en plantas depuradoras para destruir los elementos contaminantes, antes de ser vertidas a los ríos y al mar. Mineral polimetálico Caso : Mineral con leyes : 1 % Pb , 1%Cu , 1% Zn, 10 oz Ag/TM, y ganga Un mineral polimetálico como el que se muestra, se flota para obtener concentrados de cobre, plomo y zinc por separado, para lo cual se tienen las siguientes pautas: pH de la pulpa alrededor de 8 en la primera flotación ( bulk) deprimir el mineral de zinc en el molino, con la adición de alguno de los depresores para blenda, en este caso usaremos la mezcla de cianuro de sodio y sulfato de zinc ( en proporción uno de cianuro y tres de sulfato) acondicionar la pulpa con un ditiofosfato como colector principal ( A-208 ó A404) y como colector secundario un xantato ( Z-6 ) se obtiene un concentrado bulk (plomo-cobre-plata) , el que luego será limpiado y después acondicionado con un depresor (en este caso para el cobre) el depresor de cobre a usar es una solución de cianuro de sodio que se agregará en exceso , hasta que se note que ya la calcopirita no flota en las celdas de separación Página 10 Correo:
[email protected] Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD de esta manera tendremos un concentrado de cobre que saldrá por donde corrientemente sale el relave y otro concentrado que continuó flotando (plomoplata) el relave de este primer circuito de flotación bulk es luego acondicionado con sulfato de cobre para activar a la esfalerita ( que se deprimió en la molienda ) se sube el pH de la pulpa con lechada de cal hasta 10 y se adiciona en el acondicionador el colector ( Z-11) y un espumante (D-250) se flota la esfalerita en el relave iran las piritas, gangas y otros componentes del relave La dosificación de los reactivos es el resultado de la evaluación de variables de flotación hecha con el mineral en el laboratorio metalúrgico Ejemplo de adición de xantato en solución al 10 % : Si la mejor dosis es 50 g por tonelada de mineral : a) Para una prueba en laboratorio, con medio kilogramo de muestra, el peso de xantato será : 50 mg por kg y para la muestra de ½ kg será 0,025 g b) Para preparar la solución de xantato al 10 % pesamos 10 gramos de xantato y adicionamos a 90 ml de agua, quedando una solución con una densidad aproximada a 1 g/cc c) De la solución anterior, tomamos 0,25 ml y añadimos al molino que previamente ha sido cargado con la muestra mineral y el agua Ejemplo de adición de A-208 puro Si la dosis encontrada es : 0,025 g / TM Para la muestra de mineral de ½ kg = 0,0125 g La densidad del A-208 es 1,15 g / cc Volumen de A-208 = 0,0125 / 1,15 = 0,01087 cc 20 gotitas de este colector hacen un cc Y para este caso se añadirá (20)(0,01087) / (1) = 0,217 gotitas Ejemplo de adición de A-208 en solución al 10 % Para la muestra de mineral de ½ kg se requiere 0,0125 gramos de A-208 Correo:
[email protected] Página 11 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD Para preparar una solución de A-208 al 10 % : tomamos 0,87 cc de A-208 puro ( 1 gramo ) y lo añadimos a 9 ml de agua ( 9 gramos) Esta solución contiene 1 g de A-208 por cada 9,87 cc Entonces la dosis será 0,123 cc de solución al 10 % (20)(0,123) / (1) = 2,46 gotitas % Cu Cabeza Concentrado Cu Concentrado Pb Concentrado Zn Relave 1 30 0,9 1 0,08 % Pb 1,1 1 68 0,9 0,09 % Zn 1,2 1,1 0,9 61 0,09 Oz Ag / TM 10 8,6 380 7,9 3,6 Balance de materiales: F 1F = A + B + + 1C + 0,9 C + 61 C C + T = 30 A + 0,9 B + 68 B + 0,08 T + 0,09 T + 0,09 T 1,1F = 1 A 1,2F = 1,1 A + 0,9 B A: Concentrado de cobre B: Concentrado de plomo C: Concentrado de zinc Correo:
[email protected] Página 12 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD PARA EL CÁLCULO DEL CONCENTRADO DE COBRE (A) : 1 1 1,1 1,2 1 30 1 1,1 1 0,9 68 0,9 1 0,9 68 0,9 1 1 0,9 61 1 1 0,9 61 1 0,08 0,09 0,09 1 0,08 0,09 0,09 A = (F) Se resta columna a columna, quedando determinantes de 3x3 0 -0,1 66,9 -0,3 0 -29,1 67 -0,2 0 0,1 -67,1 60,1 0 0,1 -67,1 60,1 0 -0,92 -0,81 -60,91 0 -0,92 -0,81 -60,91 A= (F) A = (F) -0,1 66,9 -0,3 -29,1 67 -0,2 0,1 -67,1 60,1 0,1 -67,1 60,1 -0,92 -0,81 -60,91 -0,92 -0,81 -60,91 Multiplicamos en equis ….. Restándolos : ejm : (-0,1) (60,1) - (-0,3) (0,1) = -5,98 (-0,1) (-67,1) - (66,9) (0,1) = 0,02 y así el resto … Correo:
[email protected] Página 13 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD A=F -5,98 0,02 -1748,89 1945,91 49,201 -61,813 49,201 -61,813 A = F [(-5,98) (-61,813) – (0,02) (49,201)] /[ (-1748,89) (-61,813) – (1945,91) (49,201)] A = F ( 368,65772 ) / ( 12363,41966 ) = (F) 0,029818426 Para una cabeza de 1000 TMS : A = Concentrado de cobre : 29,818 TMS PARA EL CÁLCULO DEL CONCENTRADO DE PLOMO (B) : B = F 1 1 1,1 1,2 1 0,9 68 0,9 1 30 1 1,1 1 30 1 1,1 1 1 0,9 61 1 1 0,9 61 1 0,08 0,09 0,09 1 0,08 0,09 0,09 Correo:
[email protected] Página 14 Bach. Ing. Metalúrgico SAAVEDRA ALVARADO, RICHARD B=F 29 -0,1 -0,1 29,1 -67 0,2 -29 -0,1 59,9 -29 -0,1 59,9 -0,92 -0,81 -60,91 -0,92 -0,81 -60,91 B =F 1734,2 -5,8 1748,89 -1945,91 1821,498 23,398 1821,498 23,398 B = (1000) (51141,5) / (3585391,701) = 14,264 TMS de Concentrado de plomo PARA EL CONCENTRADO (C): C= F 1 1 1,1 1,2 1 1 0,9 61 1 30 1 1,1 1 30 1 1,1 1 0,9 68 0,9 1 0,9 68 0,9 1 0,08 0,09 0,09 1 0,08 0,09 0,09 C = (1000) (-63102,75054) / (-3597755,121) = 17,539 TMS de Concentrado de Zinc y el cuadro del balance metalúrgico queda de la siguiente manera : Correo:
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