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Experimento No. 9 Flotación de Minerales

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Experimento No. 9 - Flotación de Minerales

1 Objetivo

Familiarizar al alumno con el proceso de flotación por espuma e identificar las variables que afectan dicho proceso.

2 Introducción: La flotación es la técnica d reprocesamiento de minerales más importante y variada; su uso es extenso y actualmente se aplica mas en el tratamiento de tonelajes cada vez mayores de minerales y con leyes bajas. La flotación (patentado en 1906) permitió el procesamiento de yacimientos complejos y de bajo grado o ensaye, considerados en esos momentos como no económicos. Una aplicación práctica inicial se les dio alas colas de muchas plantas de concentración por gravedad, las cuales eran de un grado o ensaye muy alto. La flotación es un proceso muy selectivo que se usa para llevar acabo separaciones específicas de minerales complejos tales como plomo-zinc, cobre-zinc, plomo-cobre-zinc, etc. En sus inicios se utilizó para tratar sulfuros de cobre, plomo, zinc, molibdeno; actualmente el campo de la flotación se ha extendido para incluir los minerales oxidados y los no metálicos además de la carbón fino. 2.1 Principios Básicos de Flotación: La flotación aprovecha las diferencias en las propiedades físico-químicas de la superficie de las partículas minerales. Luego del tratamiento con reactivos, se altera aparentemente las propiedades superficiales de los minerales en la pulpa pudiendo ser posible la flotación, una burbuja de aire se debe unir a una partícula de mineral y elevarla hasta la superficie del agua. Según el esquema de la Figura 1.

Minerales adheridos a la burbuja de aire

Celda

Pulpa

Aire

Espuma Mineralizada

Figura 1 – Esquema de un proceso de flotación.

El proceso se aplica únicamente a partículas relativamente finas, ya qué si son muy grandes, la adhesión entre la partícula y la burbuja será mínima, por el peso excesivo de la partícula cayendo finalmente. En la concentración por flotación, el mineral o mena (valioso) se transfiere a la espuma o fracción flotante, dejando la ganga( no valioso) en la pulpa o las colas; denominada a esta forma de flotación por espuma “Flotación Directa”; si la ganga se separa en la fracción flotada se denomina “Flotación Inversa”. Las burbujas de aire solamente se pegan a las partículas minerales si estas desplazan agua en la superficie del mineral; esto ocurre si el mineral repele en cierta medida al agua o es hidrofobito.


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Una vez que las burbujas de aire alcanzan la superficie (figura 2), únicamente puede sostener la partícula de mineral si se forma una espuma estable; de otra forma revientan y cae la partícula de mineral. Es por eso que se utilizan numerosos reactivos químicos para alcanzar estas condiciones; estos se denominan reactivos de flotación.

Figura 2 – Esquema de un proceso de flotación. 2.2 Ángulo de Contacto; La actividad de una superficie mineral con relación a los reactivos de flotación en el agua depende de las fuerzas que operan sobre la superficie, así en la figura 3:

agua

γS/A θ

γW/A

γS/W sólido

aire

Figura 3 – Esquema del ángulo de contacto durante el proceso de flotación.

Se observa las fuerzas que tienden a separa una partícula y una burbuja. Las fuerzas de tensión conducen al desarrollo de un ángulo entre las superficies de minerales y la superficie de la burbuja, este ángulo se denomina “Angulo de contacto”, en el equilibrio:

γS/A = γS/W + γW/A Cosθ …… (1) La fuerza necesaria para romper la interfase particular- burbuja es el llamado Trabajo de adhesión WS/A, entonces:

WS/A = γS/W + γW/A - γS/A …… (2)

Combinando (1) y (2)

WS/A = γW/A (1- Cosθ) Donde :

• γS/W : Energía de superficie entre las fases sólido-liquido.

• γW/A : Energía de superficie entre las fases agua-aire.

• γS/A : Energía de superficie entre las fases sólido-aire.


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Mientras mayor sea el ángulo de contacto, mas grande será el trabajo de adhesión entre la partícula y la burbuja; además el sistema es mas elástico ante las fuerzas de rompimiento. Por consiguiente la flotabilidad de un mineral aun}menta con el “ángulo de contacto” denominándose a estos minerales aerofílicos es decir tienen mayor afinidad por el aire que por el agua. 2.3 Reactivos de Flotación: La gran mayoría de especies minerales en estado natural son hidrofílicos (son mojables), por lo tanto conviene agregar reactivos de flotación a la pulpa. Entre los principales reactivos de flotación mas utilizados tenemos a los colectores, los espumantes y los reguladores o modificadores. 2.3.1 Colectores: Son de importancia muy significativa, pues son adsorbidos sobre la superficie de los minerales y los convierte en hidrofílicos (aerofílicos) facilitando su adhesión a la burbuja. Los minerales se clasifican en tipos no polares ó polares según las características superficiales. Las superficies no polares poseen enlaces covalentes con enlaces relativamente débiles por lo que no se unen fácilmente a los dipolos del agua en consecuencia son hidrofóbicos. A este grupo pertenecen el grafito, el azufre la molibdenita, diamante, carbón y talco tienen alta flotabilidad natural con ángulos de contacto entre 60° y 90°. Los minerales con un fuerte enlace superficial covalente o iónico se conocen como del tipo polar. Las superficies polares reaccionan muy fuertemente con las moléculas de agua y son por lo tanto naturalmente hidrofílicos. Para flotar minerales de este tipo se les debe impartir cierta calidad hodrofóbica, es por ello que se le agregan colectores a la pulpa. Los colectores son compuestos orgánicos que pueden ser ionizados, los cuales se disocian en iones dentro del agua, o compuestos no ionizados que son compuestos prácticamente insolubles y vuelven repelente al agua el mineral cubriendo su superficie con una delgada capa (figura 4). Los colectores mas utilizados son del tipo sulfhídrico, muy poderosos y selectivos e flotación de minerales de sulfuro, en este grupo tenemos a los xantatos siendo los principales xantatos: el isopropilico de sodio (Z-11), el amílico de potasio (z-6) y el Isobutilico de sodio ( Z-3).

Mineral

Figura 4 - Adsorción del colector sobre una superficie mineral

2.3.2 Espumantes: Son reactivos que ayudan a mantener una espuma razonablemente estable. Cuando las superficies minerales se vuelven hidrofóbicas por el uso del colector, la estabilidad de la adhesión de la burbuja, especialmente en la superficie de la pulpa, depende en gran parte de la eficiencia del espumante (figura 5). Los espumantes son por lo general reactivos orgánicos de superficie activa heteropolar, capaces de ser adsorbidos en la interfase aire-agua.

Grupo polar

Grupo no polar


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Figura 5 – esquema de cómo actúa un espumante.

De este modo la acción espumante se debe a la habilidad del espumante para adsorberse sobre la interfase agua – aire, debido a su actividad superficial también es capaz de reducir la tensión superficial estabilizando así la burbuja. Algunos espumantes conocidos son: el carbonil isobutil metil (MIBC). El cresol (ácido cresílico). 2.3.3 Reguladores o modificadores: Son reactivos que se utilizan para controlar el proceso de flotación, activando o deprimiendo la adherencia de las partículas minerales a las burbujas de aire y también se utilizan para controlar el PH del sistema. Modifican la acción del colector haciendo más selectiva la acción del colector hacia ciertos minerales. a) Activadores: Estos reactivos alteran la naturaleza química de las superficies del mineral, convirtiéndolas en hidrofóbicas debido a la acción posterior del colector. Los activadores generalmente son sales solubles que se ionizan en solución y los iones reaccionan entonces con la superficie mineral. Ejemplos clásicos tenemos al CuSO4 para la esfalerita que se disuelve fácilmente en solución, ,la activación se debe a la formación de moléculas de sulfato de cobre sobre la superficie mineral.

22 ++ +↔+ ZnCuSCuZnS Depositándose sobre la superficie de la esfalerita, reaccionado con el xantato hacienda hidrofóbicas la superficie de la esfalerita. El Na2S para menas oxidadas (Cerusita, Smithsonita, Azurita, Maniaquita, etc), el sulfuro se hidroliza en solución y después se disocia:

SHNaOHOHSNa 222 2 +↔+

−+ +↔ HSHSH 2

−+− +↔ 2SHHS

Los iones HS- y S2- reaccionan con la superficie del mineral, modificándolas, tenemos por ejemplo el caso de la Cerusita.

PbSCONaPbCOSNa +↔+ 3232

b) Depresores: La depresión se usa para incrementar la selectividad en la flotación volviendo hidrofílicos (ávidos de agua) a ciertos minerales y evitando así su flotación. Ejemplos de depresores tenemos:

Agua Grupo polar

Grupo no polar


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El NaCN es el que mas se utiliza para la flotación selectiva de las menas de plomo – cobre – zinc y cobre – zinc; como depresores para la esfalerita, pirita y ciertos sulfuros de cobre. El ZnSO4 que actúa como complemento del NaCN para asegurar la depresión de la esfalerita, Volviendo la superficie mineral hidrofilica evitando la absorción del colector. C) Modificadores del pH: La flotación se lleva a cabo generalmente en un medio alcalino ya que la mayor parte de los colectores bajo esas condiciones son estables. El control del PH es extremadamente importante, especialmente en la flotación selectiva y la alcalinizad se controla por adición de cal, NaOH, Na2CO3 y H2SO4. 2.4 Circuitos Básicos de Flotación: La flotación comercial es un proceso continuo en el que las celdas están arregladas en serie formando un banco. Sin embargo toda empresa minero-metalúrgica debe realizar ensayos previos de dosificación y tiempos de flotación: Estos ensayos se realizan en las celdas unitarias Denver (figura 6).

Figura 6 – Celda de flotación Denver. La pulpa que entra a la primera celda del banco cede algo de su mineral valioso en forma de espuma mineralizada, el derrame de esta celda pasa a la siguiente celda de donde se extrae mas espuma mineralizada (que retornará a la alimentación para ser depurada), hasta que las colas estériles derraman en la ultima celda en el banco. El diagrama de flujo para este sistema básico se muestra a continuación:

Concentrado

Depuradoras

Alimentacion Relave

Celdas

Figura 7 – Banco de celdas de flotación. Esta opera con éxito solo cuando la ganga es relativamente no flotable y ello requiere un control extremadamente cuidadoso para producir un grado uniforme de concentrado.


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2.5 Prueba de Flotación de laboratorio La mayor parte de las pruebas de laboratorio se llevan a cabo en celdas de flotación por lotes (celdas Denver), Normalmente se utilizan muestras de 500g, 1Kg o 2kg de MENA. Las celdas reciben agitación mecánica la velocidad de rotación del impulsor es variable y simula los modelos a gran escala. La introducción de aire a la celda se realiza a través del ducto que rodea a la flecha del impulsor. La acción del impulsor jala aire hacia abajo del ducto y el volumen se controla mediante una válvula. El impulsor divide la corriente de aire en burbujas finas, luego estos se elevan a través de la pulpa hasta la superficie y se extrae en forma de espuma mineralizada. La espuma se capta e intervalos establecidos y es posible relacionar la recuperación de metal con el tiempo de flotación (ver diagrama de la figura 8).

Figura 8 – Recuperación de metal concentrado. Puntos experimentales a observar:

• La agitación de la pulpa debe ser bastante vigorosa para mantener a todos en sólidos en suspensión.

• Se requiere con frecuencia un periodo de acondicionamiento de la pulpa con los reactivos en un periodo de agitación que varia desde unos pocos minutos hasta los 30 minutos, antes de la entrada de aire; lo que permite que las superficies de las partículas minerales reaccionen con los reactivos.

• Se adiciona finalmente los espumantes por etapas y en pequeñísimas cantidades con el fin de poder controlar el volumen de espuma. La profundidad de la espuma debe ser entre 2 y 5 cm., algunas veces la reducción de la cantidad de aire se aprovecha para limitar la cantidad de espuma que se produce.

• Finalmente se retiran las espumas mineralizadas, hasta observar espumas claras que indican ausencia de minerales valiosos en las espumas.

3 Equipos y Materiales

• Equipo de Flotación de laboratorio “Denver”. • Celdas metálicas de diversa capacidad. • Molino de bolas para la molienda. • Muestra mineral 1 Kg. para cada prueba. • Reactivos de Flotación en solución:

Colector: Z – 11( xantato isopropilico de sodio). Espumante: MIBC ( metil isobultil carbonil). Modificador: Cal.

• Cintas Indicadoras del PH. • Agua. • Bandejas.

óptimo

Tiempo de flotación

% Recuperación de metal para el concentrado


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4 Procedimiento experimental a) Preparación de la muestra: • Tomar 10Kg. de una muestra de mineral de un lote mayor, reducir el tamaño

de las partículas minerales; en la chancadora de mandíbula y luego en la chancadora de rodillos.

• Esta muestra mineral debe de estar a100% -10 mallas • Tomar una muestra de 1Kg. de mineral y 500 cc. de agua (S/L = 2/1),

introducir el agua y el mineral dentro del molino de bolas, adicionar además cal 10g y moler según los tiempos siguientes: 12( grupo I ) y 15 minutos (grupo II ).

b) Acondicionamiento: • Transcurrido el tiempo de molienda, retirar la pulpa cuidadosamente (sin

derramar), lavar las bolas e interior del molino con la menor cantidad de agua, introducir la pulpa final en una celda de flotación del tamaño adecuado (celda para 1Kg. de muestra).

• Encender el equipo de flotación “Denver” y regularlo 1800 RPM, acondicionar por espacio de 2 minutos con los reactivos siguientes: Z – 11 0.08 gr/ Kg. (al 2% en solución), espumante (MIBC) de 2 a 4 gotas.

c) Flotación Rougher: • Abrir la válvula de aire, retirar la espuma con una espátula adecuada. • Flota por espacio de 3 minutos ( grupo I ) y 4 minutos (grupo II). d) Flotación cleaner: • Colocar el concentrado anterior en una celda de menor tamaño para la

limpieza (cleaner) agregar 2 gotas de MIBC y agitar a 1600 RPM. • Retirar la espumas hasta observar un tono claro en ellas. • Decantar y eliminar el agua de todos los productos (concentrado. Medios y

relave). • Secar los productos y luego pesar cada uno de ellos.

5 Resultados

Presente y discuta sus resultados.

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