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Flotacion

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Agregado: 10 de OCTUBRE de 2002 (Por ) | Palabras: 2404 | Votar! |
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Categoría: Apuntes y Monografías > Química >
Material educativo de Alipso relacionado con Flotacion
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    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.

    En un proceso de concentración de minerales ideal, la mena mineral se divide en un concentrado enriquecido con el componente útil y una cola con los minerales que componen la ganga.

    Por su parte, la estabilidad de la burbuja dependerá del espumante agregado.

    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 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)

    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 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.

    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.

    Reactivos de Flotación Utilizados en laboratorio

    Colector SF - 323 (Isopropil Etil Tionocarbamato)

    Propiedades Químicas:

    El SF-323 es un reactivo relativamente estable en medios ácidos, a pH alcalino

    presenta una buena estabilidad en los rangos normales usados en los procesos de flotación.

    Usos:

    El SF-323 es un colector fuerte, más selectivo que los Xantatos y ampliamente usado en la flotación de minerales sulfurados de cobre en medio alcalino o neutro.

    Su uso de debe normalmente debido a que su selectividad lo hace adecuado para la flotación de sulfuros de cobre en presencia de pirita y oro libre a pH alto; 10 a 11.5.

                El reactivo requiere de un tiempo de acondicionamiento, por lo que se recomienda su dosificación a la molienda.

                Las dosificaciones normales de SF-323 varían de 10 a 40 g/t de mena alimentada al circuito.

    Precauciones de Manejo:

    Durante su manejo se deben tomar precauciones para evitar el contacto prolongado, mediante el uso de anteojos y guantes de neoprene o PVC.

    Puede ser almacenado al aire libre cuidando que la protección contra la oxidación y corrosión de los envases sea adecuada.

    Se recomienda que los envases permanezcan cerrados.

    Debido a su naturaleza inflamable debe ser almacenado y manejado lejos de calores excesivos a llamas abiertas. En caso de inflamación debe ser usado un extintor tipo B o C.

    Colector XAP ó xantato amílico de potasio

    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 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.

    Espumante MIBC (Metil-isobutil carbinol)

    Descripción

                El MIBC, es usado ampliamente como espumante en la flotación de minerales sulfurados de cobre y en la flotación de oro y plata. Se utiliza también una mezcla con otros espumantes cuando se requiere de una espumación más resistentes.

                La velocidad de espumación del MIBC es mayor que la obtenida con otros espumantes. Esta menor persistencia es ventajosa en aquellos casos en que desea obtener  un manejo adecuado de los concentrados en instalaciones en las cuales un exceso de espumación  no es recomendable.

    El MIBC permite un excelente control del proceso de flotación por que no tiene características colectoras.

    Precauciones de manejo
    El MIBC debe ser manejado con los cuidados que requiere un producto inflamable y deben tomarse las precauciones pertinentes. En caso de inflamación debe ser utilizado un extintor tipo B ó C. La práctica usual recomienda una dosificación entre 30 y 70 g/ton de mineral alimentado al circuito.

    Aplicaciones de la Cal en Flotación

                Las plantas de procesamiento de minerales, usan cal como modificador de pH.

                El objeto de adicionar la cal en los procesos de flotación es para ajustar el pH, cambiando las propiedades electroquímicas de la pulpa, y así lograr una mejor acción de los reactivos espumantes y colectores, mejorando la interacción del colector con la superficie de mineral útil.

                El ambiente alcalino favorece la depresión de ciertas especies como la pirita.

    La cal puede ser adicionada en forma sólida - como cal hidratada - o en forma de lechada de cal. Su dosificación depende del aumento de pH requerido, a partir del pH natural de la pulpa, y el contenido de CaO hidrolizable de la cal.

    Así, cada sistema de flotación tendrá un consumo de cal particular, el cual debe de ser determinado experimentalmente.

    Formulación Matemática del Proceso

    Evaluación del Proceso

    Los índices que se utilizan para evaluar una operación de concentración son:

    Recuperación (R): Es la razón entre la masa del material útil obtenido en el concentrado y la masa del material útil de la alimentación.

    Razón de Concentración (Rc): Es la razón entre la masa de alimentación y la masa de concentrado. En términos prácticos, se refiere a las toneladas de mineral necesarias de beneficiar para obtener una tonelada de concentrado.

    Balances en Concentración por Flotación

    Concentrado

    C,c

     


    Recuperación Metalúrgica:

    R  =   C * c   * 100  =    c  *  ( f - t  )  * 100

                                                   F  *  f                 f  * ( c - t  )

               

    Razón de concentración:

    Rc =  F  =  c -  t

                                                                        C     f -  t

               

                Con  F, C, T:   Flujos másicos de alimentación, concentrado y relave, respectivamente.

    f, c, t:  Leyes de alimentación, concentrado y relave, respectivamente.

    Procedimiento

    1.      Después de realizadas las curvas de molienda,  y con el tiempo determinado (18min.35seg.) Sé procedio a moler 850 gramos de mineral que contiene pirita.

    2.      Se colocaron en el molino de bolas 850 gramos de mineral y 500 ml de agua.

    3.      Se preparo el molino de laboratorio y la carga de bolas.

    4.      Ademas en el molino se agregaron los siguientes reactivos:

    NOMBRE COMERCIAL

    NOMBRE QUIMICO

    DOSIS

    CANTIDAD DE REACTIVO

    FUNCION

    SHELL FLOAT 323

    ISOPROPIL ETIL TIONOCARBONATO DE SODIO

    20 g/t

    2 gotas

    COLECTOR SELECTIVO DE COBRE

    CAL

     OXIDO DE CALCIO

       

    2.4 gramos

    REGULADOR pH

    5.      Después de moler se agregaron los siguientes reactivos:

    NOMBRE COMERCIAL

    NOMBRE QUIMICO

    DOSIS

    CANTIDAD DE REACTIVO

    FUNCION

    MIBC (80 % VOL.)

    METIL ISOBUTIL CARBONIL

    40 g/t

    6 gotas

    FORMAR UNA ESPUMA ADECUADA

    DITIOFOSFATO DE SODIO

    40 g/t

    5 gotas

    COLECTOR DE COBRE METALICO

    6.      Se acondicionaron los reactivos por 5 minutos.

    7.      Sé abrio la válvula de admisión de aire y se floto durante 2 minutos, durante este tiempo se removió la espuma mineralizada en intervalos de 10 segundos.

    8.      Se detuvo el agitador y el aire.

    9.      Se enrazo, nuevamente con agua hasta lograr el volumen de pulpa requerido teniendo cuidado de mantener el pH.

    10.  Se agrego el siguiente reactivo:

    NOMBRE COMERCIAL

    NOMBRE QUIMICO

    DOSIS

    CANTIDAD DE REACTIVO

    FUNCION

    XANTATO AMILICO DE POTASIO

    40 g/t

    3.4 ml

    FLOTACIÓN COLECTIVA

    11.  Se acondicionaron los reactivos por 2 minutos.

    12.  Abierta la válvula de aireación se floto por 8 minutos evacuando la espuma cada 10 segundos.

    13.  Después de esto lo que queda en la celda es la cola.

    14.  Analizar la entrada, primera flotación, segunda flotación y la cola.


    Resultados

    Análisis de cobre para cada etapa de la prueba realizada:

    Inicial

    Flotación Selectiva

    Flotación Colectiva

    Cola

    1.3 %

    20 %

    7 %

    0.8 %

     800 grs

    54.4 grs

    117.5 grs

    628.1 grs


    UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAÍSO

    FACULTAD DE INGENIERIA

    ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

    Laboratorio de Operaciones

    Unitarias Metalúrgicas

    Flotación

    Profesores  :   Jorge Santana C.

    José Torres T.

    Integrantes  :    Claudio Carrillo

    Tomas Verdejo

    Germán Pérez E.


     
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