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TÍTULO: DETERMINACION DEL TAMAÑO ÓPTIMO PARA MEJORAR LA
RECUPERACIÓN DEL CONCENTRADO (Pb-Ag) POR FLOTACIÓN EN LA
PLANTA CONCENTRADORA DE LA COMPAÑÍA PERÚ SOL HUARI- LA
OROYA A NIVEL DE LABORATORIO
1. RESUMEN
Son muchos los problemas que se presentan en el procesamiento de minerales
por flotación por espumas, manifestado en las bajas recuperaciones, la calidad de
los concentrados, los altos costos de operación, entre otros, por ello en toda Planta
Concentradora, se realiza permanentemente las investigaciones metalúrgicas para
afrontar estos problemas y optimizar el beneficio de los minerales.
Para emprender el presente estudio se ha identificado un problema en el beneficio
de minerales en la Planta, cual es, la falta de control en el grado de molienda de
los minerales causado por la deficiencia en equipos de molturación.
El desarrollo de la presente Tesis, está orientado fundamentalmente a solucionar
los problemas de tamaño de partícula para la flotación de los minerales
polimetálicos en la Planta Concentradora de minerales Perú Sol mediante pruebas
de investigación metalúrgica a nivel de laboratorio. Para cumplir con lo propuesto
se ha planteado como objetivo determinar el tamaño de partículas óptimas para
mejorar la recuperación del concentrado (Pb-Ag,) por flotación en la planta
concentradora de la compañía Perú Sol Huari- La Oroya.
Con el desarrollo y aplicación de esta investigación se dará un aporte en cuanto a
la optimización de las operaciones de molturación.
OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el tamaño óptimo para mejorar la recuperación del concentrado (Pb-
Ag) por flotación en la planta concentradora de la compañía Perú Sol Huari- la
Oroya a nivel de Laboratorio.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Controlar los parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de
chancado.
Controlar la moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y
clasificación.
Diagnosticar el comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la
flotación.
Determinar las recuperaciones de los elementos valiosos mediante el balance
metalúrgico.
2. LUGAR DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO
Instalaciones de la Planta Concentradora Perú Sol Huari La Oroya
Laboratorios de la facultad de Ingeniería Química
3. JUSTIFICACIÓN
4.1 Justificación científica:
Los tamaños finos de partículas producen las lamas, que son partículas del mineral
que se forman producto de moliendas finas (sobremoliendas). Los minerales
pesados como PbS se convierten fácilmente en lamas durante la trituración y
molienda oxidándose rápidamente.
Las lamas recubren las partículas valiosas impidiendo la colección, ofrecen una
alta superficie específica, ocasionando: alto consumo de reactivos, oxidación más
rápida de los sulfuros, reducción de la velocidad de flotación, incrementa la
viscosidad de la pulpa, aumenta la espumación y su estabilidad, baja de
probabilidad de colisión y adhesión a las burbujas de aire, alto consumo de
reactivos entre otros.
Por otra parte, la falta de molienda ocasiona una carente liberación de las
partículas, estas no se adhieren adecuadamente a las burbujas de aire por su
elevado peso y son precipitados junto con el relave, de esta manera disminuye las
recuperaciones. Cuando la molienda es gruesa, la densidad de pulpa es baja y la
flotación se descontrola. Por lo expuesto el trabajo se justifica ya que permitirá
controlar el tamaño de partícula adecuado para la recuperación de los minerales
en la Planta.
4.2 Justificación técnica
Las recuperaciones de los minerales en la flotación dependen de muchos factores,
especialmente del control de parámetros de molienda y clasificación para obtener
el grado de liberación óptima de las partículas valiosas, estas variables a controlar
son: grado de molienda, densidad de pulpa, porcentaje de sólidos, carga
circulante, entre otros. Así como el control en la etapa de flotación como son:
tiempo de contacto de los reactivos con el mineral, densidad de pulpa, pH de la
pulpa, reactivos de flotación, etc. El presente trabajo se justifica porque se ha
observado experimentalmente que el equipo instalado para la conminución se
encuentra de una parte incompleta y no permite el control adecuado de los
parámetros indicados. Con el presente trabajo se pretende solucionar de alguna
manera la variable grado de molienda expresado en el tamaño de partícula
obtenida para la flotación, así obtener mejores recuperaciones de los minerales e
incrementar la producción diaria de la planta Concentradora.
4.3 Justificación del impacto ambiental
Ambientalmente el impacto que traerá el presente trabajo de investigación no es
significativo, teniendo en cuenta que el mayor impacto es el técnico.
4.4 Justificación económica
El hecho de mejorar las condiciones de molienda obteniendo un tamaño de
partícula óptima donde se liberan las partículas valiosas adecuadamente, se
evitará la remolienda innecesaria del mineral así como la falta de molienda, en
ambos casos en económicamente favorable, por cuanto si hay mucha molienda, la
pulpa se lamea y no hay buena flotación asimismo los costos de molienda se
incrementan, por otra parte si la molienda es gruesa habrá deficiencias en la
liberación de las partículas valiosas y la flotación es deficiente, por lo tanto
disminuye el porcentaje de recuperaciones y se incrementan los valores metálicos
en el relave. En conclusión una buena liberación de partículas favorece la flotación,
disminuye los costos de tratamiento, se incrementa la producción de la Planta, se
obtiene mejores recuperaciones y mejor calidad de concentrados, todo esto
expresado en costos favorables.
4. CONOCIMIENTO GENERAL DEL TEMA
6.1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (ANTECEDENTES)
BARONA (2007), desarrolló la tesis titulada “INFLUENCIADE LA DISTRIBUCIÓN
DE TAMAÑO DE BURBUJAS EN LA RECUPERACIÓN DELA FLOTACIÓNPARA
MINERALES DE COBRE”, para optar al grado de Magister en Ciencias de la
Ingeniería mención metalurgia extractiva en la universidad de Chile Facultad de
ciencias físicas y matemáticas departamento de ingeniería de minas. La
investigación realizada tiene por objeto relacionar los parámetros de la distribución
de tamaño de burbujas con la recuperación primaria de cobre específicamente,
busca estudiar experimentalmente la influencia de la distribución de tamaño de
burbujas en los rangos granulométricos con menor recuperación dela flotación
primaria, el mineral ultra fino y el grueso, luego de concluir el trabajo arriba a la
conclusión que la influencia de la distribución de tamaño de burbujas en la
recuperación del minerales equivalente para las partículas finas y gruesas. Para
ambos tamaños de partícula resultó beneficiosa la generación de distribuciones de
tamaño de burbujas más finas, aumentando en 3 y 10 puntos la recuperación,
para las partículas finas y gruesas, respectivamente.
LÓPEZ (2008), sustentó la tesis “Caracterización y optimización de flotación a
nivel laboratorio del mineral de cobre de la minera Candelaria”, para optar el título
profesional de Ingeniero Metalurgista en la Universidad Nacional Mayor de San
Marcos Facultad de ingeniería geológica, minera, metalúrgica y geográfica EAP
de ingeniería metalúrgica. Realizó la caracterización mineralógica para analizar el
grado de asociación del mineral de cobre y otros minerales con la ganga, la
mayor parte de calcopirita se encuentra asociada con la ganga cuarcífera y no se
aprecia encapsulamiento alguno; aquello facilitará su completa liberación en las
etapas posteriores de conminución. Realizó curvas de moliendabilidad a través
de pruebas sucesivas de molienda para controlar la granulometría del producto
de la molienda a ser investigada en la flotación. Además de la granulometría, el
pH de la pulpa, los colectores (SF-323, y Hostaflot LIB- C), el espumante MIBC y
la velocidad de agitación son las variables de flotación a investigar.
El principal objetivo del presente estudio es la obtención de la recuperación
óptima de cobre en flotación a nivel de laboratorio; el cual fue llevado a cabo
mediante el empleo de los diseños experimentales. El estudio fue realizado en 3
fases:
En la primera fase se estudió el comportamiento del mineral frente a las diferentes
variables de flotación, la misma que sirvió de base para las siguientes fases.
En la segunda fase se determinó las regiones óptimas mediante la técnica
de pendiente del máximo ascendente. En esta fase se obtuvo 91.64 % como la
recuperación máxima de cobre con una granulometría de 94.48%-malla100 Tyler
(Z2) y 900 rpm de agitación (Z6).
En la tercera fase se realizó la optimización final del proceso mediante un diseño
notable hexagonal. Dado que por debajo de 900 rpm de velocidad de agitación
fue imposible la formación de espumas necesarias para la flotación, se tomó
como centro del diseño final agitación de 925 rpm y granulometría de 92 % -malla
100 Tyler, puesto que según los resultados de la etapa anterior la máxima
recuperación de cobre estaría alrededor de estos rangos. Realizado los análisis
de esta fase se observó que la máximarecuperacióndecobrefue92.57%,
congranulometría de 94%-malla100 Tyler (Z2),y agitación de 915rpm(z6).Esta
recuperación es significativamente mayor al de la planta concentradora que
reporta 87 %.
6.2 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
6.2.1 relación partícula-burbuja en la flotación
La colección de partículas sólidas mediante burbujas de aire en la flotación,
ocurre por el resultado de tres micro procesos, el encuentro y colisión entre la
partícula y la burbuja, la adhesión y finalmente su asenso estable.
Según STECHEMESSER, el encuentro de la partícula y la burbuja implica el
acercamiento de una partícula a una burbuja en su campo de flujo. Esto se
encuentra determinado por la física del movimiento de la burbuja y la partícula y
por la hidrodinámica del fluido en que se desarrolla el proceso.
La colisión puede ser definida como cuando una partícula se acerca a una
burbuja a una distancia en la cual las fuerzas superficiales comiencen a funcionar.
Las partículas se mueven a esta distancia principalmente bajo acción de fuerzas
hidrodinámicas, fuerzas gravitacionales, fuerzas de inercia de la partícula, fuerzas
de fricción y la flotabilidad estática del líquido (Pyke).
WILLS, explica que el proceso de adhesión y transporte se basa en la diferencia
de propiedades físico-químicas en las superficie de las partículas de distintos
minerales. Para que ocurra la flotación una burbuja debe ser capaz de adherirse
ala partícula y transportarla hacia la superficie .Por este motivo el proceso puede
aplicarse sólo a partículas relativamente finas, ya que, si la partícula es muy
grande la fuerza de adhesión entre la partícula y la burbuja será menor que la
fuerza ejercida por su peso, impidiendo que permanezcan adheridas.
Las burbujas de aire sólo pueden adherirse a las partículas de mineral, si logran
desplazar el agua de la superficie del mineral, por lo que es necesario que la
especie de interés sea, en alguna manera, repelente al agua o hidrofobia.
Alcanzada la superficie,
lasburbujasdeairesólopuedencontinuarsoportandoalaspartículasdemineral, si
éstas forman una espuma estable, sino, estallarán y el mineral caerá nuevamente
dentro de la celda.
Por otro lado STECHEMESSERY NGUYEN, señalan que un aspecto
importante del proceso de asenso estable, es el estudio de la separación del
agregado burbuja-partícula debido a fuerzas externas al interior de la celda de
flotación. Este concepto cobra mayor fuerza y relevancia al momento de estudiar
la flotación de partículas de mayor tamaño y/o de mayor masa.
Lasplantasconcentradorasdesulfurosmetálicoshansidohistóricamentediseñadas
para la recuperación departículasconunrangodetamañoacotado,entrelos40–100
micrones, ver Figura Nº 1. Las condiciones de molienda, clasificación,
acondici
onamiento,equipos(hidrodinámica/aireación),parámetrosoperacionales,etc,
noestándiseñadosnioptimizadosparalarecuperacióndepartículasfinasnigruesas.
Figura Nº 1: Variación en la recuperación producto del tamaño de partícula en
concentradores industriales
En función de lo anterior se puede decir que en cualquier sistema de flotación
existe un tamaño y una distribución de tamaño de partículas óptimas, donde la
captura del mineral valioso por las burbujas es máxima.
Tabla Nº 1: Rango de tamaño de partícula para la máxima recuperación en
flotación.
Mineral
Rango de
tamañoCondiciones
um
Baritina 10 -30 Laboratorio
Casiterita 3 -20 Industrial
Fluorita40 -110 Laboratorio
50 -150 Industrial
Galena40 -300 Laboratorio
10 -75 Industrial
Pirita 50 -150 Laboratorio
Cuarzo 10 -50 Laboratorio
Esfalerita8 -70 Laboratorio
15 -100 Industrial
Wolframita 20 -50 Laboratorio
Diversos autores coinciden en que el tamaño de partícula afecta los procesos
físicos de impacto, adhesión y separación entre las partículas y las burbujas en
las celdas de flotación.
⎣ ⎦
Colisión.- Antes que la partícula pueda ser recuperada mediante la flotación, es
necesario que ésta colisione y se adhiera ala burbuja. Distintos autores han
estudiado y modelado la fenomenología del proceso coincidiendo que existe una
proporcionalidad entre la eficiencia de la colisión y el radio de la partícula, realiza
una compilación de autores entre los cuales se puede mencionar:
Sutherland (1948)
Gaudin (1957)
FlintandHowarth (1971)
ReayandRatcliff (1973)
AnfrunsandKitchener (1977)
WeberandPaddock (1983)
Adhesión.- Como se mencionó anteriormente la adhesión entre las partículas y
las burbujas es un proceso complejo de interacciones hidrodinámicas y
fuerzas superficiales. La probabilidad de que este fenómeno ocurra es definida
como la fracción de partículas que se mantienen adheridas ala burbuja después
que la colisión ha ocurrido ,y se modela en términos de tiempo de inducción y
contacto.
El tiempo del contacto es el tiempo durante el cual una partícula y una burbuja
están en contacto después de la colisión, mientras que el tiempo de inducción es
el tiempo
mínimorequeridoparaquelafinapelículalíquidaentrelapartículaylaburbujapueda ser
desplazada y así se forme una línea trifásica de contacto.
El sub proceso de adhesión no es bien entendido en la actualidad, pero
Sutherland propone de manera simple que la adhesión será exitosa si el tiempo
de contacto es mayor que el tiempo de inducción.
Después de la colisión partícula burbuja, el tiempo de contacto ocurre por un
período sumamente corto, típicamente10-2segundos o menos. Como el tiempo de
contacto de la burbuja-partícula es controlado por las fuerzas hidrodinámicas, las
investigaciones en
estecamposehancentradoencalculareltiempodecontactoconlosprincipios dela
dinámica de fluidos.
Dobby y Finch, plantea ronunmo de lo en donde al aumentar el tamaño de la
partícula se obtenía un aumento de la probabilidad de colisión pero una
disminución en la probabilidad de adhesión.
Luttrelly Yoon, plantearon un modelo para la probabilidad de adhesión en función
del número de Reynolds de la burbuja, el tiempo de inducción, la velocidad de la
burbuja, el diámetro de la burbuja y el diámetro de la partícula, en donde también
se predice una disminución de la probabilidad al aumentar el diámetro de
partícula en concordancia con Dobbyy Finch. Además Luttrelly Yoon plantean
que el óptimo en la probabilidad de adhesión es función del tamaño de burbuja,
debido a diferencia de efectos en el proceso de adhesión producidos por el
tamaño de burbuja y su velocidad de ascenso.
Para un tamaño de partícula y burbuja dado, el tiempo de inducción disminuye
con el aumento del ángulo de contacto. Por lo tanto, aumentando el ángulo de
contacto de la partícula se logrará aumentar la eficiencia de la adhesión.
Obviamente, cuanto más hidrofobica es la superficie de la partícula, es más fuerte
la atracción hidrofobia y así es más baja la energía total potencial (barrera) entre
la partícula y la burbuja (YoonyMao).
Yoony Luttrell, demostraron que la eficiencia de la adhesión para burbujas
menoresa0,4[mm]esconsta
nteydelordende0,5.Paraburbujasmayoresaestediámetro, disminuciones en su
tamaño aumentan la eficiencia de adhesión. Por otro lado el tamaño de partícula
afecta fuerte mente en el tiempo de inducción, el
cualaumentaconeltamañodepartículadisminuyendolaeficienciadeadhesión.
Agregado estable partícula-burbuja.- Laestabilidaddelagregadopartícula-
burbujaescontroladoporlarelaciónqueexiste entre las fuerzas que actúan en la
adhesión de la partícula a la burbuja, y las tensiones externas presentes en la
celda de flotación. El análisis de la separación es de vital importancia en los
sistemas turbulentos, debido ala constante presencia de tensiones
queimpactanyquepuedenllegaradesestabilizarelagregadopartícula-burbuja.
La estabilidad de los agregados partícula-burbuja ha sido investigada
teóricamente por Schulze, y experimental por Crawford y Ralston, exponiendo
una relación establecida entre el tamaño de partícula máximo flotable (dpmax)y el
ángulo de contacto, la densidad de la partícula ,el tamaño de burbuja y la
velocidad.
Como se mencionó la eficiencia en la estabilidades dependiente de las fuerzas de
adhesión entre la partícula y la burbuja. Esta última es directamente proporcional
al
ángulodecontactoeinversamenteproporcionalaldiámetrodelapartícula.Esasícomo
se puede definir, que la fuerza resultante entre la fuerza de adhesión menos la
fuerza de separacióndefinirálaestabilidaddelagregadopartícula-
burbuja.Lafuerzadeseparación dependerá asu vez de la gravedad, la flotabilidad
estática, la presión hidrostática ,la fuerza capilar y las fuerzas adicionales
causadas por la agitación en la máquina de flotación.
Flotabilidad de partículas gruesas.- El problema fundamental a entender en la
estabilidad del agregado partícula-burbuja es saber si la fuerza de adhesión, que
está actuando en la línea trifásica de contacto,es lo bastante grande para prevenir
la destrucción del agregado bajo condiciones dinámicas que existen en la celda de
flotación.
Nguyen, realiza una determinación del tamaño máximo para que una partícula
sea flotable. Las ecuaciones utilizadas son una función del ángulo de contacto de
la partícula, la tensión superficial ,la densidad de la partícula y la aceleración
centrífuga de corrientes turbulentas al interior de la celda. En el artículo citado se
seña la que, para los
tamañosdepartículasyángulosdecontactoencontradostípicamenteenflotación,el
tamañodeburbujatienemuypocoefectoenlatenacidaddelaadhesióndelapartícula.
Además, Nguyenseñalaquelarecuperacióndelaspartículasmásfinasylaspartículas
más gruesas, es usualmente, muy baja. Las partículas gruesas presentan
problemas debido a que el agregado partícula-burbuja no es lo suficientemente
fuerte como para impedir el desprendimiento causado por el peso de la partícula y
las corrientes turbulentas durante el ascenso de los agregados. Indica que la
eficiencia de la estabilidad del agregado partícula-burbuja depende del tamaño
de la partícula, su
hidrofobicidadyfuerzasexternasquetiendenadespegarlo.Inclusoparapartículasfinas,
el desprendimiento del agregado puede influenciar en forma significativa la
cinética de flotación, debido a una agitación turbulenta demasiado intensa.
El autor realiza un análisis físico-matemático y obtiene como resultado que el
tamaño de
burbujanotienemuchainfluenciaenlafuerzadeadhesióndelagregadonitampocoen la
determinación del tamaño máximo para una partícula flotable.
Sin embargo, experimentos de Gallegos-Acevedo et al. indican que la carga
máxima quepuedellevarunaburbujadependende:eldiámetrodelaburbuja,ladensidad
dela partícula,eldiámetrodelapartícula,laformadelapartículayelarreglogeométrico
de las partículas.
La densidad del agregado burbuja-partícula(ρbp)puede calcularse a partir del
diámetro dela burbuja(db),la densidad de la partícula (ρp) y el diámetro de la
partícula (dp).
Asumiendoquelaburbujaseen
cuentracompletamentecargadaconunamonocapadepartículas.
Apartirdetrabajosexperimentalesseobtuvodiferentesvaloresdecargamáximapara
diferentes diámetros de burbuja, como semuestraenlaTablaNº2:
Tabla Nº 2: Diámetro de burbuja y su carga en peso
db S Masasólidoscm cm² mg
1 0,21 0,14 2,72 0,22 0,15 3,93 0,21 0,14 2,84 0,15 0,07 1,45 0,19 0,11 1,86 0,14 0,06 0,87 0,40 0,28 5,68 0,50 0,22 5,49 0,45 0,21 3,710 0,53 0,27 5,211 0,54 0,26 4,312 0,50 0,28 5,9
Estos resultados confirman que existe una relación entre el tamaño de burbujas y
las característicasdelmineralquesedeseaflotar,enparticularsugranulometría.
WillsyRalstonetal. Coinciden en que a medida que aumenta el diámetro de
partículaatransportar,laestabilidaddelagregadovaresultandocadavezmásinestable
producto de la interacción de las fuerzas presentes en la celda de flotación. En
donde para tener posibilidades de éxito el diámetro de la burbuja debe ser
considerablemente superior al de la partícula a transportar.
Flotabilidad de partículas finas.- Wills y Ralstonetal. Coinciden en que el
modelo planteado por Scheludkoetal. Que busca representar el diámetro de
partícula mínimo flotable, genera una buena predicción:
6.2.2 Flotación por espumas
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.
Reactivos Usados en la Flotación
Los reactivos de flotación corresponden a sustancias orgánicas que promueven,
intensifican y modifican las condiciones óptimas del mecanismo físico-químico del
proceso. Pueden clasificarse en:
Colectores: Son sustancias orgánicas que se adsorben en la superficie del
mineral, confiriéndole características de repelencia al agua (hidrofobicidad).
Espumantes: Son agentes tenso activos 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)
Los reactivos modificadores, por otro lado, tales como activadores, depresores o
modificadores de pH, se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores
sobre la superficie del material.
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, súlfuros de metales o
especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables
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 primerasestén en constante agitación, la
cual la otorga el rotor de la máquina de flotación.
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.
Aireación: La aireación permitirá aumentar o retardar la flotación en beneficio 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.
6.2.3 Molienda y clasificación de minerales.
Molienda de minerales.- La molienda de minerales es la última etapa en el
proceso de conminución de las partículas, en consecuencia, se puede definir
como una operación metalúrgica unitaria principal, que efectúa la etapa final de
reducción de tamaño de las partículas de mena hasta rangos donde se alcanza la
liberación del mineral valioso de la ganga, bajo consideraciones técnicas y
económicas. De acuerdo a esto, la molienda óptima es aquella malla de molienda
en la cual la recuperación del mineral valioso es tal que los beneficios económicos
son máximos, al ser concentrados.
De otro lado, diremos que la molienda es la etapa previa a los procesos de
concentración por flotación, separación gravimétrica, separación magnética,
lixiviación, etc. por lo tanto, deberá preparar al mineral adecuadamente en
características tales como liberación (o grado de liberación), tamaño de partícula o
propiedades superficiales, cuya malla de control dependerá de muchos factores,
entre otros, tales como:
La dispersión y amarre del mineral valioso con la ganga.
Proceso de separación subsiguiente a que se someterá la mena.
Mecanismo de fractura (impacto y abrasión).
Molienda en seco o en suspensión en agua (en húmedo).
Esta operación de molienda, consiste en la reducción de las partículas entre 250 y
5 mm a tamaños entre 300 y 10 m, con radios de reducción altos, entre 200 a
500, aplicando fuerzas de cizallamiento, compresión, atricción, impacto y
abrasión. La finalidad importante de la molienda radica en primer lugar en lograr
un grado de liberación adecuado dentro de límites debidamente preestablecidos,
para conseguir una eficiente recuperación de la parte valiosa de la mena, como
concentrado y de la parte no valiosa o ganga, para ser debidamente empleada en
el relleno hidráulico o su deposición en canchas de relaves, con mínimas
consecuencias ambientales.
Máquinas de molienda de minerales en húmedo
Las máquinas en las que se lleva a cabo esta operación se denominan “molinos”
que generalmente son cilindros rotatorios protegidos o revestidos interiormente
con forros de material de alta resistencia al impacto y abrasión, el cual se carga
una fracción de su volumen (40 a 50%) con mineral y los elementos moledores
(barras, bolas, guijarros, pebbles, etc.) y que al girar, se produce el levantamiento
e impacto de la masa molturadora sobre el mineral, produciéndose la reducción de
tamaños, cuyo correcto control será la llave de un buen procesamiento de
minerales en términos de calidad del producto y recuperación del metal valioso.
Variables de la molienda de minerales.
Hay muchas variables que deben considerarse cuando se efectúa un estudio de
molienda; entre las más importantes podemos citar las siguientes:
Disposición o forma de la alimentación.
Tamaño de partícula del alimento fresco.
Medios de molienda
Material. Forma.
Tamaño y distribución de tamaños.
Peso de la carga de bolas.
Tamaño del molino.
Velocidad del molino.
Consumo de energía
Consumo de barras, bolas y forros.
Dilución de la mezcla (agua/mineral).
Clasificación.-
6.3 CARACTERIZACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La Planta Concentradora Perú Sol, está ubicado en los terrenos de la Comunidad
Campesina de Huari, Provincia de Yauli La Oroya, administrado por el propietario
familia Rios, viene operando en forma continua desde el 20 de diciembre del año
2012, beneficia un promedio 150 TMS/día. La Planta cuenta con la sección
chancado compuesto por: una tolva de gruesos de 150 TMS, una chancadora de
quijadas que opera como chancado primario, una faja transportadoras, y una tolva
de finos de 200 TMS.
La sección molienda cuenta con: un molino de bolas 8’ x 8’ y un hidrociclon D-15
para la clasificación.
La sección de flotación cuenta con dos circuitos; un circuito para concentrados de
plomo o bulk y otro para concentrados de zinc que operan en separación
diferencial, donde se encuentran dos tipos de celdas: Denver y tres celdas
serrano6’ x 6’, instalados en los circuitos bulk y en el circuito de zinc se
encuentran celdas tipo Denver.
Procesa minerales sulfurados provenientes de pequeños y medianos mineros
prestando servicios en la recuperación de los minerales y obtiene concentrados
bulk de Pb-Ag. Los concentrados producidos son comercializados a consorcios
exportadoras de minerales. Para sus operaciones la Planta cuenta con 15
trabajadores obreros y como personal técnico y administrativo, tiene a un
Ingeniero Superintendente de Planta, dos Ingenieros jefes de guardia. La
producción actual está en promedio siguiente: las recuperaciones en los
concentrados Pb-Ag (80,00 % de Pb, 87,00 % Ag) en el concentrado de zinc las
recuperaciones oscilan entre 85-90 % las leyes de promedios de concentrado de
Pb-Ag están en 65 % de Pb, 70 0z/TM de Ag.
Como se observa, las instalaciones de la Planta se encuentran incompletas, solo
tiene una chancadora que opera como primaria, un molino de bolas de 8’ x 8’,
carece de chancado y molienda secundaria, tal situación hace que la molienda es
deficiente en muchos casos cuando la dureza del mineral es alta, teniendo como
resultado la falta de liberación de las partículas minerales valiosas y en muchos
casos pasan al relave por falta de una buena molienda. Frente a estos problemas
luego de identificarlos, en el estudio se pretende obtener el tamaño de partícula
adecuado en la molienda para cada tipo de mineral que se procesa, de esa
manera mejorar las recuperaciones de los minerales valiosos.
Formulación del problema
Problema general
¿De qué manera se podrá determinar el tamaño óptimo de partículas para mejorar
la recuperación de concentrados (Pb-Ag) por flotación en la planta concentradora
de la compañía Perú Sol Huari- La Oroya a nivel de laboratorio?
Problemas específicos
¿Cómo controlar los parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de
chancado?
¿Cómo controlar la moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y
clasificación?
¿Cómo será el comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la
flotación?
¿En qué medida se determinarán las recuperaciones de los elementos valiosos
mediante el balance metalúrgico?
7 SISTEMA DE HIPÓTESIS
7.1 HIPÓTESIS
Hipótesis general
El tamaño de partículas óptimas para mejorar la recuperación de concentrados
(Pb-Ag) por flotación en la planta concentradora de la compañía Perú Sol Huari-
La Oroya se determinará mediante pruebas de moliendabilidad y de flotación en el
laboratorio Cuantitativa de la Facultad Ingeniería Química de la Universidad
Nacional del Centro Del Perú.
Hipótesis específicos
Los parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de chancado se
determinarán mediante pruebas de reducción de tamaño
La moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y clasificación se
controlan realizando pruebas de molienda y clasificación
El comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la flotación está
condicionado por la naturaleza del mineral
Las recuperaciones de los elementos valiosos se determinan mediante pruebas
de flotación y balance metalúrgico.
7.2 VARIABLES
Unidad de análisis: Minerales polimetálicos de plomo-plata tratados en planta
concentradora
Variable dependiente: Mejorar las recuperaciones del concentrado. (Pb-Ag).
Variables independientes: Indicadores
Tamaño granulométrico en la etapa de chancado : pulgadas
Grado de moliendabilidad de minerales polimetálicos : % a malla -200
Dimensiones: indicadores
Radio de reducción en la etapa de chancado : adimensional
Tamaño de partícula : m
Porcentaje de recuperaciones : %
8 METODOLOGÍA
El método a utilizarse en el desarrollo de la tesis es el Método científico cuyos pasos
que se siguen se simplifican así (modificado de Bunge, 1996 y Muñoz-Razo,
1998):
a) Planteamiento del problema. Se plantea una pregunta de investigación.
b) Formulación de hipótesis: se enuncian conjeturas acerca de la solución del
problema. Se definen relación es posibles en la nueva configuración y se genera
un soporte racional al mismo.
c) Levantamiento de información: se diseñan pruebas para validar las hipótesis.
Se realizan experimentaciones u observaciones para probar si la conjetura
propuesta es cierta o no. La recolección y el análisis de datos se hacen conforme
a las reglas de la estadística.
d) Análisis e interpretación de datos: a la luz de los procedimientos más
apropiados para cada ciencia, se interpretan y
estudianlosresultadosarrojadosporlas experimentaciones
yobservaciones.Seclasifican,analizan oevalúanlosdatos empíricos.
e) Comprobación de la hipótesis: se acepta o rechaza la hipótesis propuesta.
Seinterpretan los resultados
alaluzdelmodeloteórico.Secomparaloencontradoconlo
esperado.Secorrigeelmodelo.
f) Conclusiones: seafianzao debilitalateoríaquesoportaelestudio.Se proponen
nuevos enfoquesoextensiones.
8.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
La investigación es según el enfoque Cuantitativa, ya que las hipótesis se plantean
proposición es matemáticas que de notan relaciones funcional es entre
variables. Utilizan las técnicas estadísticas
e
instrumentosmuyestructuradospararecoleccióndeinformaciónymedicióndevariable
s.
Es Descriptiva: porque tieneel
propósitodeexplicarunfenómenoespecificandolaspropiedades
importantesdelmismo,apartirdemediciones precisasdevariables,sinllegara
definircómoserelacionanéstos.
8.2 POBLACIÓN Y MUESTRA
Población: 100 TMd de minerales polimetálicos de plomo-plata y zinc tomados de
la faja transportadora que ingresa al molino en periodos de tiempo de media hora.
Muestra: En la presente investigación, se trabajará con 100 kg de mineral
obtenidos de la población por cuarteo, compuesto por: sulfuros de plomo la galena
argentífera (SPb), como ganga contiene pirita (FeS2), magnetita (Fe3O4), hematita
(Fe2O3), sílice, minerales cuarcíferos.
Tipo de muestreo: Probabilística
8.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El diseño a aplicarse en el presente trabajo es el Experimental, ya que permite
establecer la relación de causa y efecto del tamaño de partícula a través de
procedimientos controlados donde de manipulan y controlan las variables que
ejercen incidencia sobre el fenómeno de tamaño de
partícula.Portanto,setienecontrolsobreeltratamientoenestudio.Mediante la
experimentación permite modificar y controlar variables a la vez que determina las
consecuencias de ello, es decir, permite adentrarse en el fenómeno y manipularlo y,
no solamente, observarlo.
En el diseño experimental dos grupos demuestras se escogerán al azar y se
ubicarán en un grupo experimental que recibe un tratamiento, y en uno de control
que no lo recibe. Al final del experimento, se comparará el desempeño de los dos
grupos, por lo que las diferencias observadas deben ser consecuencia del
tratamiento. El diseño propuesto es el siguiente:
Grupo Experimental Grupo ControlPruebaprevia PruebapreviaTratamiento NingúntratamientoPrueba posterior Pruebaposterior
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Las técnicas para la recolección de datos son por muestreos, análisis de
laboratorio para determinar el contenido del mineral, estudios de investigación
metalúrgica; donde se realizarán varias pruebas o corridas para determinar el
grado óptimo de molienda, técnicas de molienda, flotación, análisis
granulométrico, cálculos metalúrgicos en las operaciones, balances metalúrgicos,
escalamientos.
8.4 PROCEDIMIENTO PARA EL CONTROL DE LAS OPERACIONES
Para el cumplimiento de los objetivos trazados se realizará un plan de trabajo que
involucre los siguientes procedimientos:
Toma de muestras
Preparación de muestras
Pruebas de chancado y molienda-clasificación
Control de los parámetros de operación
Pruebas de flotación
Cálculos metalúrgicos
8.5 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS
De acuerdo al carácter experimental del presente trabajo de investigación, los
datos obtenidos se analizarán mediante la técnica estadística descriptiva
(porcentaje, media aritmética, varianza, desviación y coeficiente de variación) e
inferencial para el cálculo de la “t de Student” para contrastar la hipótesis.
a) Media aritmética (x̄ )
Es el valor promedio de un conjunto de datos, cuyo valor es igual al cociente de la
sumatoria de los valores entre el número total de datos. Es el valor más estable y
confiable entre todas las medidas de tendencia central. Se aplicará para
desarrollar el análisis descriptivo de los resultados. Su fórmula es:
x̄=∑ x in
b) Varianza (S2)
Es aquella medida de dispersión que determina el mayor o menor grado de
variación de los datos con respecto a la media aritmética. Se aplicará para
desarrollar el análisis descriptivo de los resultados. Su fórmula es:
S2=∑ (x i− x̄ )2
n−1
c) Desviación estándar (S)
Medida de dispersión que determina la mayor o menor dispersión con respecto a
la media aritmética: a mayor valor mayor dispersión y a menor valor menor
dispersión. Se aplicará para desarrollar el análisis descriptivo de los resultados.
Su fórmula es:
S=√∑ (xi− x̄)2
N−1
d) Coeficiente de variación (C.V.)
Es la razón entre la desviación estándar con respecto a la media aritmética en
función a un ciento. Se aplicará para desarrollar el análisis descriptivo de los
resultados. Su fórmula es:
C .V .=Sx̄.100
e) t de Student
Para determinar la significancia de la correlación hallada se recurrió a la prueba “t
de Student”, cuya fórmula es:
t= r √n−2√1−r2
9 PROGRAMA DE ACCIONES
9.1 CALENDARIO DE ACTIVIDADES
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES Año 2013/ meses
Mar May Jun Jul Agos
1. Elaboración del Proyecto de tesis
2. Revisión de fuentes Bibliográficas
3. Desarrolo de las pruebas
experimentales
4. Presentation de datos
5. Discussion de Resultados
6. Redacción del Borrador
7. Presentación y Revisión del Borrador
de Tesis
8. Redacción Final y Sustentación
x
x x
x
x
x
x x
x
x
x
x
Fecha de inicio : Marzo de 2013
Fecha de culminación : Agosto de 2013
10 RECURSOS
10.1 ENTIDAD PATROCINADORA: Ninguna
10.2 EJECUTORES
EDITH LUZ VARGAS CRISOSTOMO
GRACE LORENA ALVAREZ CAMARENA
11 PRESUPUESTO
11.1 COSTO DEL PROYECTO
Elaboración del Plan de Tesis S/.200,00
Revisión bibliográfica 200,00
Desarrollo de la parte experimental 2000,00
Materiales y reactivos. 300.00
Alquiler de equipos. 100.00
Redacción e impresión de la Tesis 800.00
Servicios (pasajes, viáticos) 800.00
Imprevistos 200,00
TOTAL: S/.4600,00
11.2 FUENTES DE FINANCIAMIENTO
Los gastos que demandarán el desarrollo del proyecto de investigación será
autofinanciado.
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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MATRIZ DE CONSISTENCIA
ESTUDIO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS EN LA RECUPERACIÓN DE MINERALES POLIMETÁLICOS (Pb-Ag, Zn) POR FLOTACIÓN DIFERENCIAL EN LA PLANTA CONCENTRADORA DE LA COMPAÑÍA PERÚ SOL HUARI- LA OROYA
Problema Objetivos Hipótesis Unidad de análisis
Variables
Problema general¿De qué manera se podrá determinar el tamaño de partículas óptimas para mejorar la recuperación de minerales polimetálicos (Pb-Ag, Zn) por flotación diferencial en la planta concentradora de la compañía Perú Sol Huari- La Oroya?
Problemas específicos¿Cómo controlar los parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de chancado?¿Cómo controlar la moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y clasificación?¿Cómo será el comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la flotación?¿En qué medida se determinarán las recuperaciones de los elementos valiosos mediante el balance metalúrgico?
Objetivo generalDeterminar el tamaño de partículas óptimas para mejorar la recuperación de minerales polimetálicos (Pb-Ag, Zn) por flotación diferencial en la planta concentradora de la compañía Perú Sol Huari- La Oroya.
Objetivos específicosControlar los parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de chancadoControlar la moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y clasificaciónEstudiar en comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la flotaciónDeterminar las recuperaciones de los elementos valiosos mediante el balance metalúrgico
Hipótesis generalEl tamaño de partículas óptimas para mejorar la recuperación de minerales polimetálicos (Pb-Ag, Zn) por flotación diferencial en la planta concentradora de la compañía Perú Sol Huari- La Oroya se determinará mediante pruebas de moliendabilidad y de flotación
Hipótesis específicosLos parámetros de la reducción de tamaño en las operaciones de chancado se determinarán mediante pruebas de reducción de tamañoLa moliendabilidad del mineral en las operaciones de molienda y clasificación se controlan realizando pruebas de molienda y clasificaciónEl comportamiento del mineral frente a los diferentes variables en la flotación está condicionado por la naturaleza del mineralLas recuperaciones de los elementos valiosos se determinan mediante pruebas de flotación y balance metalúrgico.
Minerales polimetálicos de plomo-plata y zinc tratados en planta concentradora
VARIABLE DEPENDIENTE:Mejorar las recuperaciones de minerales polimetálicos (Pb-Ag, Zn).VARIABLES INDEPENDIENTES:Tamaño granulométrico en la etapa de chancadoGrado de moliendabilidad de minerales polimetálicosRecuperaciones en la flotación de los mineralesDoimensionesRadio de reducción en la etapa de chancadoTamaño de partículaPorcentaje de recuperaciones