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CAPITULO I

DEFINICIN, HISTORIA E IMPORTANCIA DE LA FLOTACIN

1.1.- DEFINICIN

La flotacin es un proceso de separacin de materias primas de distinto origen que se efecta desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidroflicas e hidrofbicas.

En general es un proceso de separacin, pues se trata de la individualizacin de las especies que representaban anteriormente una mezcla. Esta separacin puede adoptar diversas formas, como por ejemplo, la flotacin colectiva en que se produce la separacin de varios componentes en dos grupos, de los cuales el producto noble, el concentrado, contiene por lo menos dos o ms componentes y la flotacin selectiva o diferencial en que se realiza la separacin de compuestos complejos en productos que contienen no ms de una especie individualizada.

Cuando las especies tiles constituyen una fraccin menor del mineral y las especies estriles son de gran volumen, las separaciones por flotacin toman el aspecto de un proceso de concentracin. Tales son, por ejemplo, las separaciones de minerales preciosos o no ferrosos de sus gangas respectivas. Por otra parte, en el caso de que la parte estril es una fraccin menor del mineral, las separaciones por flotacin adoptan el carcter de un proceso de purificacin.

La definicin de flotacin formulada anteriormente, indica que el proceso es aplicable a materias de distinto origen. Estas, segn la clasificacin clsica pueden ser orgnicas e inorgnicas. Estas ltimas son generalmente los minerales en toda su gama de variedades, o sea, los minerales metlicos y no metlicos; sulfuros, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc. metales nativos, sales, carbones y otras variedades ms que generalmente se incluyen en el reino mineral. Son materias orgnicas, especies tan variadas como resinas y semillas, fibras y aceites, papeles y pinturas, productos sintticos orgnicos y desechos.

Lo expuesto en consecuencia, indica que se trata de un proceso universal que tiene mltiples facetas, aplicaciones y posibilidades. Sin embargo, el campo de mayor aplicacin de la flotacin es la separacin de minerales.

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1.2.- FASES DE LA FLOTACIN

Segn la definicin, el proceso de flotacin contempla la presencia de tres fases: slida, lquida y gaseosa. La fase slida esta representada por las materias a separar. La fase lquida es el agua que debido a sus propiedades especficas constituye un medio ideal para dichas separaciones. Los slidos y el agua, antes de la aplicacin del proceso, se preparan en forma de pulpas que pueden contener desde pocas unidades hasta 40% de slidos. El gas utilizado en las separaciones es el aire que se inyecta en la pulpa, neumtica o mecnicamente, para poder formar las burbujas que son los centros sobre los cuales se adhieren las partculas slidas.

El proceso de flotacin esta basado sobre las propiedades hidroflicas e hidrofbicas de las materias slidas a separar. Se trata fundamentalmente de un fenmeno de comportamiento de slidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de las materias.

Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbn bituminoso, talco y otros son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofbicos. Por otra parte, los minerales que son xidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros y que generalmente representan la mayora de los minerales estriles o ganga son hidroflicos, o sea, mojables por el agua. Se puede adems observar que los minerales hidrofbicos son aeroflicos, o sea, tienen afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidroflicos son aerofbicos, o sea no se adhieren normalmente a ellas. Los minerales hidroflicos e hidrofbicos de una pulpa acuosa, se pueden separar entre s, despus de ser finamente molidos y acondicionados con los reactivos que hacen ms pronunciadas las propiedades hidroflicas e hidrofbicas, haciendo pasar burbujas de aire a travs de la pulpa.

Las partculas hidrofbicas se van a pegar a las burbujas de aire y pasar a la espuma, mientras que las partculas hidroflicas se van a mojar y caer al fondo de la mquina de flotacin como se puede apreciar en la Fig. 1.1.

De este modo una cabeza que contiene en el caso ms simple dos componentes, uno til y otro estril, por medio del proceso de flotacin, se separa en un concentrado que se recupera en forma de una espuma y un relave o cola que se elimina por la parte inferior de la mquina.

1.3.- ELEMENTOS TECNOLGICOS DEL PROCESO

En un esquema general, el tratamiento por el proceso de flotacin consta de los siguientes pasos: el mineral crudo o cabeza, proveniente de la mina, entra en una planta de trituracin donde se tritura en seco en dos o tres etapas hasta obtener trozos de mas o menos 10 mm. Estos trozos enseguida se entregan a una planta de molienda, donde en dos circuitos hmedos de molienda fina el mineral se reduce en tamao hasta 50 100 micrones, dependiendo de su diseminacin. El mineral tiene

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que molerse hasta el punto en que queda liberado, o sea, en que cada partcula individual representa una sola especie mineralgica.

Fig. 1.1.- Corte transversal de una celda de flotacin(1) Zona de agitacin(2) Zona de mineralizacin(3) Zona de separacin

El mineral preparado de este modo se acondiciona con distintos reactivos: unos que tienen como objeto preparar las superficies de los minerales para la adsorcin de los reactivos (modificadores), y otros que aumentan las propiedades hidrofbicas de los minerales (colectores), y otros que facilitan la formacin de una espuma pareja y estable (espumantes). Las pulpas acondicionadas con los reactivos se introducen enseguida en las mquinas de flotacin, donde el producto noble, normalmente, se separa en el concentrado y la parte estril se descarga como relave.

Posteriormente, los productos de concentracin pasan por las etapas de desage, tales como espesaje, filtracin y, si es necesario, secado. Adems, para su tratamiento metalrgico posterior puede necesitarse la aglomeracin o nodulacin de los finos. Los relaves se llevan a un depsito donde se desaguan generalmente por decantacin.

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Cuando el mineral consta de varios componentes tiles, como es el caso de menas complejas de cobre, fierro y molibdeno o de plomo, zinc y cobre, entonces la separacin de minerales es algo ms complicada. En primer trmino, en la flotacin inicial (primaria), se puede optar por una flotacin colectiva o selectiva. Esto significa, que se pueden flotar todas las especies tiles en conjunto (flotacin colectiva) para separarlas de la ganga y despus entre s, o se puede flotar un componente tras otro en forma selectiva. A este ltimo mtodo se le llama a veces flotacin diferencial.

Al separar los concentrados individuales de cualquiera de las dos formas, se procede, primero, a su limpieza por medio de flotaciones consecutivas y enseguida se hace el desage y, si es necesario, el secado y la aglomeracin, como se sealo anteriormente. Un diagrama de flujo tpico de un proceso de flotacin se puede apreciar en la Fig. 1.2.

Mineral de Alim. Flotacin colectiva primaria

Trituracin Concentrado Relave

Molienda fina Flotacin selectiva Depsito de colas

Acondicionamiento

Conc. 1 Conc. 2

Limpieza Limpieza

Desage Desage

Fig. 1.2.- Diagrama tpico de flujo de un proceso de flotacin

1.4.- DESARROLLO HISTRICO DEL PROCESO

La patente ms antigua que se puede considerar est relacionada con el proceso de flotacin es aquella del ingles HAYNES en 1860. l reconoci las diferencias en la mojabilidad de diversos minerales por el agua y los aceites siendo la base para numerosos procesos de flotacin en aceite. Durante los 50 aos posteriores la flotacin pasa por tres etapas de desarrollo:

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a) Flotacin en exceso de aceites (bulk ol flotation)b) Flotacin de pelcula (skin flotation)c) Flotacin de espuma (froth flotation).

La historia del desarrollo del proceso de flotacin se puede dividir tambin en dos perodos, de acuerdo al tipo de reactivos qumicos en ella empleados:

a) Flotacin con aceites de 1860 a 1920b) Flotacin qumica de 1921 hasta nuestros das.

1.4.1.- FLOTACIN EN EXCESO DE ACEITES

Ya en el siglo 15 en manuscritos persas se describen dos mtodos de amasado en pulpa aceiteada, de forma que los granos no mojables permanecan en la masa de aceite y los granos mojados eran liberados en la fase acuosa. Los procesos en exceso de aceites, estn relacionados al proceso de turbia amasada. En adicin al recubrimiento de aceite selectivo sobre los minerales deseados, estos procesos involucran el transporte de los slidos por el aceite debido a su menor densidad. Entre estos procesos se debe mencionar el de HAYNES, EVENSON y los de ELMORE.

1.4.2.- FLOTACIN DE PELCULA

Frente a los procesos que hacen uso de grandes cantidades de aceite se pueden ubicar a aquellos conocidos generalmente como flotacin de pelcula, en las que granos minerales secos o que se estn secando se ponen en contacto con una superficie libre acuosa y que ejerce una seleccin entre los granos minerales. Tpicas maquinarias y procesos para flotacin de pelculas fueron descritos por BRADFORD, NIBELIUS, MACQUISTEN, de BAVAY y WOOD.

La flotacin de pelcula se desarrollo entre 1890 1915, pero ste y la flotacin en exceso de aceite quedaron obsoletos con la aparicin de la flotacin de espuma.

1.4.3.- FLOTACIN DE ESPUMA

El uso de gas como medio de suspensin para aligerar los granos al punto que son ms ligeros que el agua fue ya usado en una poca tan temprana como a fines del siglo 19. Como los inventores de la flotacin propiamente se tiene que considerar a los hermanos BESSEL de Dresdn, quienes el 2 de julio de 1877 solicitaron la patente 42, pero ellos no reconocieron explcitamente la importante parte jugada por el gas hasta 1886 en su segunda patente. Los BESSEL aplicaron la flotacin al grafito crudo, flotndose el mineral con 1 10% de una amplia variedad de aceites o grasa en agua hirviendo (1877) o generando burbujas de gas por una reaccin entre un cido y carbonatos minerales (1886).Es interesante indicar que la parte fundamental jugada por la adhesin aire/slido en la flotacin de minerales en la superficie de un medio acuoso ya se conoca al principio del siglo 18, como queda demostrado en el trabajo de PETIT y por el posterior trabajo de los DUPR.

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En 1902 FROMET en Italia y POTTER en Australia comprendieron que las burbujas de gas eran el medio ideal para transportar los granos de mineral recubiertos con aceite hasta la superficie. Los procesos de FROMET; DELPRAT y POTTER son mtodos tpicos, en los que un gas es generado por una reaccin qumica de un cido con sulfuros en suspensin o carbonatos.

La produccin de un gas por electrlisis del agua se sugiri por ELMORE, pero no se aplic industrialmente. La generacin de burbujas de gas mediante vaco, tambin inventado por l, tuvo ms xito industrial y podra inclusive usarse hoy en da.

La introduccin directa de un gas por un agitador girando en una turbia est indicada en la patente de SULMAN, PICARD y BALLOT. Usando una corriente de burbujas de aire se redujo el uso del aceite. Este proceso, cuando se aplicaba para turbias cidas y con aceites usados como colectores, se constitua como un proceso de concentracin econmico para muchas de las menas sulfurosas durante los aos de 1906 - 1925. Sin embargo, prob ser poco aplicable para muchas menas complejas tales como las de Cu-Fe, Cu-Pb-Zn-Fe, Pb-Zn-Fe, Cu-Zn-Fe y Cu-Ni-Fe.

Posteriormente, HOOVER fabric las primeras celdas de flotacin del tipo agitacin. Otros desarrollos en la forma de introduccin de gas son la introduccin directa a travs de un fondo poroso (celda CALLOW) y de tuberas sumergidas (celda FORRESTER y HUNT).

HYDE instal en los Estados unidos la primera planta industrial de flotacin de espuma que trataba menas de Zn, el 1 de agosto de 1911 y que tenia una capacidad de 50 t/da.

1.4.4.- FLOTACIN CON ACEITES

Como se puede ver en los comienzos de la flotacin (bulk ol flotation) se recurri a grandes cantidades de aceites y grasas para permitir la separacin. Las concentraciones eran tan altas como una parte de aceite por cada parte de mena o como 10 20% basadas en la masa de la mena. La costumbre de cuantificar los reactivos empleados en la flotacin en g/t significa que 20% de aceite es equivalente a 200 kg/t. Con el reemplazo del aceite por gas como medio de suspensin se reconoci que el uso de grandes cantidades de aceite no era necesario y de hecho objetable (patente de los hermanos BESSEL 1 10% de aceite). La patente de SULMAN, PICARD y BALLOT se caracteriza tambin por la reduccin de aceite y la interpretacin de las cortes judiciales sobre esta patente es que su aplicacin trata del uso de cantidades menores al 1% de aceite con relacin a la masa de la mena tratada.

En aquellas plantas en las que todava se usa aceite en una cantidad suficiente para exceder la saturacin del agua con aceite, la cantidad est en el rango de 150 1000 g/t que es apenas una fraccin de lo que se usaba en los tiempos antiguos. A medida que ganaba aceptacin lo beneficioso que era reducir la cantidad de aceite se

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reconoci que no todas las sustancias aceitosas tenan las mismas propiedades de flotacin.

1.4.5.- FLOTACIN QUMICA

Aqu se debe entender los reactivos que actualmente sirven para la flotacin especialmente los colectores que reemplazaron en el efecto de hidrofobacin a los aceites. En 1917, CORLIES propone el empleo como colectores de las - naptilaminas, es decir los primeros colectores solubles polar-no polares. Ms tarde fueron descubiertos por PERKINS y SAYRE las propiedades como colectores de los compuestos orgnicos que tienen en sus grupos funcionales nitrgeno y azufre, como los tiocarbanilidas, que ahora son muy importantes en la flotacin de la plata y otros minerales sulfurosos.

Con el descubrimiento de las propiedades colectoras de los xantatos por KELLER y de los ditiofosfatos (aerofloats) por WHITWORTH en relacin con los minerales sulfurosos (principalmente Pb-Zn y Cu-Fe) as como el descubrimiento de las propiedades colectoras de los jabones por SULMAN y EDSER en relacin con los minerales xido, se dio un paso muy significativo, que tuvo un nuevo impulso, por una parte por el empleo de aminas, cuya accin colectora est relacionada especialmente con los silicatos y por otra parte por el empleo de los alquilsulfatos. Posteriormente se desarrollaron otros tipos de colectores como los dialquiltiocarbamatos, los hidroxamatos, sulfosuccionamatos, etc.

Muy pronto, dos tipos de flotacin fueron considerados: la flotacin colectiva y la flotacin selectiva o diferencial. Para lograr esto es necesario, junto con los colectores, utilizar agentes modificadores del tipo activadores y depresores, respectivamente. El papel de estos ltimos es justamente impedir al colector poder adsorberse sobre las superficies minerales, todo lo contrario de un activador. SCHWARTZ descubri la propiedad que representa el Na2S para sulfurizar las superficies de ciertos minerales tipo carbonatos. Otros adelantos fueron la patente sobre la activacin de esfalerita con CuSO4.5H2O debido a BRADFORD en 1913 y que recin se us en los Estados Unidos un ao ms tarde.

Entre los depresores los australianos constataron que los dicromatos inhiben la flotacin de galena y el SO2 fue usado para la depresin de esfalerita. Habiendo ya activadores y depresores se puede decir que as naci la flotacin diferencial en 1916. Aos mas tarde SHERIDAN y GRISWOLD patentaron el uso del cianuro en soluciones alcalinas en combinacin con ZnSO4 para depresar la esfalerita en la flotacin de galena. PALLANCH logr el mismo resultado con sulfitos y fue utilizado por primeras vez Na2S para la misma tarea por HELLSTRAND.

Cuando se reemplaz el aceite por el gas, como ya se ha mencionado el consumo de aceite baj, simultneamente fue necesario y obligatorio emplear los espumantes, p.e. del aceite de pino y alcoholes para obtener una espuma lo suficientemente estable, que permitiese recuperar los granos adheridos a las burbujas de gas. Otros tipos de

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espumantes como los metil eteres glicol propilenos desarrollados por TVETER, se usan frecuentemente en las plantas de flotacin.

En otro aspecto GAUDIN puso en evidencia el papel que desempea el pH en la regulacin del fenmeno de adsorcin de los colectores en la flotacin. Circuitos alcalinos se introdujeron alrededor del ao 1921 y son ahora estndar en la flotacin de menas sulfurosas por su gran ventaja contra la corrosin respecto a los circuitos cidos. El grado de acidez o de alcalinidad tal cual se mide a travs del valor de pH hoy en da es muy importante en una planta, ya que no hay pruebas de flotacin u operacin sin el control directo o indirecto del valor de pH.

1.5.- IMPORTANCIA DEL PROCESO

La importancia del proceso de flotacin en la metalurgia extractiva actual es de tal orden que no seria exagerado decir que sin ella no se habra podido llegar al presente nivel de nuestra civilizacin y satisfacer las necesidades que la especie humana tiene.

En primer lugar hay que subrayar el creciente consumo de metales minerales, sales, combustibles y sus derivados que se deben al aumento biolgico de la poblacin terrestre, al progreso cultural y a la elevacin del estndar de vida.

Tomando en cuenta los datos estadsticos de la produccin de metales, minerales y sus derivados, podemos constatar que en los ltimos 50 aos su volumen casi se ha cuadriplicado, mientras que las reservas de leyes altas han decado en forma espectacular.

No cabe duda que sin la flotacin como mtodo de concentracin no se habra podido alcanzar los presentes niveles de produccin porque no habra materias primas para tratar. La flotacin ha permitido beneficiar minerales que anteriormente se consideraban desechos y bajar la ley mnima de los minerales a tratar desde 5 a 100 veces. De este modo las reservas disponibles han crecido enormemente.

La flotacin no solamente ha abierto nuevas posibilidades sino que tambin ha mejorado los resultados tecnolgicos; hoy da la gran difusin de la flotacin se debe no solamente a que es un mtodo nico en sus posibilidades, sino tambin en su eficiencia. La flotacin no solamente permite la recuperacin de minerales de menas de ms baja ley, granulometra ms desfavorable y combinaciones de minerales ms complicados, sino que tambin permite hacerlo de mejor forma. Las recuperaciones por flotacin casi invariablemente son ms altas; las leyes de los productos nobles son superiores; las de los relaves son inferiores y los costos de operacin y produccin son ms bajos.

Por esta razn, el 95% de los metales no ferrosos y dispersos y una gran parte de los minerales ferrosos y no-metlicos, incluyendo los carbones, tienen como mtodo de concentracin la flotacin.

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