Curso de Flotacion Metalurgia i 2015 (1)

IPCHILE SEDE LA SERENA

FLOTACIÓN DE MINERALES Docente: Karol Vega Saavedra.

FLOTACION DE MINERALES DE COBRE

1. Fundamentos de química metalúrgica Minerales sulfurados de cobre: Calcopirita Bornita Calcosina Covelina Enargita Minerales de Molibdeno: Molibdenita: MoS2 Wulfenita : PbMoO4 Powellita : CaMoO4

Fundamentos de flotación El proceso de flotación, se basa en la creación de condiciones de no mojabilidad a partículas de mineral que queremos recuperar y enviar al depósito de relaves, las no deseadas ( Pirita, Calcita, Cuarzo, etc. )

Fundamentos de flotación Minerales que no son mojables por el agua, se dicen que son hidrofóbicos (metales nativos, los sulfuros y otras especies) y que al mismo tiempo tienen afinidad o atracción por las burbujas de aire. Minerales como los óxidos, silicatos, carbonatos, sulfatos, etc., que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua.

Fundamentos de flotación Mediante la flotación se separan las partículas de súlfuros en forma de una espuma y el resto de la pulpa constituye el relave. Las partículas que no se mojan con el agua se van a adherir a las burbujas de aire y pasarán a la espuma. Las partículas de minerales que son mojables van a caer al fondo del equipo de flotación, las que se eliminarán posteriormente en los relaves.

Fundamentos de flotación Un adecuado grado de liberación es moler a tamaños cercanos a 100 micrones ( 0.1 m/m ). Partículas de mayor tamaño se sueltan de las burbujas

portadoras, por su mayor masa.

Partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para producir un encuentro efectivo partícula-burbuja.

Fundamentos de flotación En el proceso de flotación, las burbujas se hacen subir a través de la pulpa mineral y forman una espuma sobre la superficie de la celda de flotación. Los minerales deseados se adhieren a las burbujas y las gangas permanecen en la pulpa.

Etapas de la flotación Circuito rougher o primario: Se elimina gran parte de la ganga.

Se logran altas recuperaciones.

El concentrado rougher está constituido por middling, por lo

tanto, es de baja ley y debe continuar a otras etapas para seguir aumentándola.

Etapas de la flotación Los relaves rougher, por otra parte, pueden ser relaves finales o alimentación de circuitos scavenger. Circuito scavenger o de barrido: El objetivo es aumentar la recuperación desde los relaves rougher. Producen relaves finales del proceso y un concentrado que puede juntarse a la alimentación de flotación, o a una etapa de remolienda y posterior tratamiento.

Etapas de la flotación Circuito cleaner o de limpieza: Junto a los circuitos recleaner, pretenden aumentar la ley de los concentrados rougher o scavenger, a fin de alcanzar un concentrado de ley aceptable. Normalmente, se requiere de un mayor grado de liberación que el circuito rougher.

Etapas de la flotación Opcionalmente, se usan también circuitos cleaner scavenger, los que reciben las colas cleaner como alimentación. Sus colas, dependiendo de la ley que posean, pueden juntarse a las colas finales. Los concentrados pueden juntarse a concentrados rougher o concentrados cleaner, dependiendo de la ley y características mineralógicas de éste.

Circuitos de flotación

Equipos usados

Impulsor y difusor

Celda de flotación Agitair

Las celdas de flotación mecánicas tienen tres zonas típicas : una zona de alta turbulencia a nivel del mecanismo de agitación, una zona intermedia de relativa calma, y una zona superior. La zona de agitación Es aquella donde se produce la adhesión partícula-burbuja. En esta zona deben existir condiciones hidrodinámicas y físicoquímicas que favorezcan este contacto.

La zona intermedia Se caracteriza por ser una zona de relativa calma, lo que favorece la migración de las burbujas hacia la superficie de la celda. La zona superior Corresponde a la fase acuosa, formada por burbujas. La espuma descarga por rebalse natural, o con ayuda de paletas mecánicas. Cuando la turbulencia en la interfase pulpa - espuma es alta se produce contaminación del concentrado debido al arrastre significativo de pulpa hacia la espuma.

Flotación columnar

CELDAS COLUMNARES NEUMATICAS La tecnología de flotación columnar ha logrado una amplia aceptación en la industria de procesamiento de minerales por las ventajas que ofrece sobre los equipos de flotación convencional en las etapas de cleaner y recleaner.

Spargers: Son generadores de burbujas en forma tubular con pequeños agujeros a través de los cuales se inyecta aire.

Marca WENCO

Modelo PY 1248

Tipo Celda de Columna

Medidas (m) 4 Φ x 14

Volumen (m3) 176

Aireación (SPAYER) 24

Agua de lavado (m3/h) 35

La pulpa se introduce a un nivel unas dos terceras partes arriba de la columna, lo que permite aproximadamente 1.5 m de profundidad para que se desarrolle el lecho de espumante. Luego se introduce aire u otro gas ( nitrógeno ) cerca del fondo de la columna mediante un rociador que produce burbujas de unos 1 – 2 mm de diámetro.

El agua se agrega al espumante con cuidado para lavar el concentrado a medida que sube por la columna de espuma. Las colas se descargan por el fondo de la columna usando una válvula moduladora o una bomba de velocidad variable para mantener el nivel de la pulpa en la celda ( comandado por computadora de la sala de control ).

Las limitaciones de la celda columnar son la altura que se puede instalar dentro de un edificio, generalmente restringida a unos 10-12 m como máximo y el área transversal de 15 m2. También hay que considerar la capacidad de acarreo de espuma y la longitud del labio de descarga de la espuma.

Zonas de la celda-columna Se distinguen dos zonas básicas en la celda: zona de recuperación o colección y zona de limpieza; sin embargo, cuando se trata de realizar trabajos de investigación se debe estudiar la celda de acuerdo con lo que a continuación se indica: 1) Zona de limpieza: Fase espuma: región que se extiende hacia arriba desde la interfaz pulpa-espuma hasta el rebalse de la columna.

2) Zona de limpieza: Interfaz pulpa-espuma: región de longitud arbitraria en la interfase pulpa-espuma; a esta región se le asigna el espacio entre 0.15 m sobre la interfaz 0.15 m por debajo de la interfaz. 3) Zona de limpieza: Fase pulpa: región que se extiende hacia abajo desde la interfaz pulpa-espuma hasta la tobera de inyección del material de alimentación.

4) Zona de colección: Región que se extiende hacia abajo desde la tobera de inyección o alimentación hasta los difusores. Forma de la celda-columna Se caracteriza por su forma rectangular, cuadrada o redonda con poco diámetro y una gran altura. Prevalece la forma redonda; las formas cuadradas y rectangulares requieren fierro extra, lo que representa un gasto adicional.

Aireación de la celda El sistema de inyección de aire es la parte fundamental de la celda y se realiza mediante inyectores internos o externos que buscan mejorar la producción del enjambre de burbujas y el tamaño de las mismas Se han usado inyectores cerámicos, tubos perforados, cubiertos con lonas de filtro y últimamente el generador de burbujas desarrollado por el Bureau de Minas de Estados Unidos

El control de aire en la celda se hace midiendo el tiempo de éste en el interior de la misma, lo que en inglés se llama holdup, que se define como la fracción de aire presente en la pulpa de cualquier celda de flotación expresada en porcentaje y se determina fácilmente implementando dos visores: uno en la parte inferior y otro en la parte superior de la columna, deduciendo que la diferencia de niveles a través de dichos visores debe ser proporcional al aire contenido dentro de la celda.

Agua de lavado En la figura, se puede apreciar el perfil de la espuma en la celda-columna, zona muy importante del proceso de flotación; la forma y calidad de espuma serán factores importantes en la eficiencia del proceso.

En la celda-columna el agua de lavado tiene funciones muy importantes: 1. Formar el bías. 2. Mantener el nivel de pulpa y espuma 3. Limpiar el concentrado. 4. Lubricante de las partículas minerales.

Instrumentación y control La celda-columna es muy versátil; su control se puede hacer en forma manual, mediante instrumentación básica o automatizada y conectada a un computador desde donde se puede efectuar el control del proceso.

Cola final

Las ventajas de la celda columnar sobre las celdas convencionales incluyen: Una metalurgia superior. Menos etapas de proceso. Ocupa menos espacio por unidad de capacidad. Exigencias de aire más o menos similares con las de una celda

convencional. No necesita agitadores.

Logra incrementar las recuperaciones, aprovechando su mayor limpieza.

El costo de inversión es menor que el involucrado en las celdas convencionales y, por lo general, su modernización es más fácil.

Consigue concentrados más limpios, por eliminar los insolubles con el lavado de espumas. En la limpieza de cobre, por ejemplo, se han reportado mejoras de ley de 2 a 4 %.

La introducción del agua de lavado permite a la columna operar con un bias positivo, el cual asegura que cualquier partícula de ganga liberada será reportada preferencialmente a la cola de la columna.

Bías: Es la relación que hay entre el flujo del relave y el flujo de alimentación; este valor es igual o mayor que la unidad por adición de agua de lavado.

Holdup: Se define como el % de volumen en la columna usada por el aire en cualquier momento, el límite del holdup es 16%.

Para fines prácticos se puede usar la siguiente fórmula: Holdup = ( H espuma/ H columna) x 100

Impending holdup: Deficiencia para trasladar el concentrado al

labio del overflow.

Coalescencia:

Periodo en el que no puede extenderse el holdup en una columna; en este punto las burbujas colapsan y se crea una caída en la recuperación. Variables más importantes en su operación son: 1. Flujo de alimentación 2. Flujo de aire 3. Flujo de agua de lavado 4. Nivel de pulpa y espuma

5. % de sólidos 6. Dosificación de reactivos Un ejemplo de la eficiencia superior de las columnas se aprecia en la flotación de molibdeno donde es normalmente posible reemplazar 12 etapas de limpieza convencional por tres etapas de flotación columnar.

Variables de la flotación

Factor mineral Cuenta la composición química de los minerales útiles y de la ganga; su diseminación, dureza, fenómenos secundarios de oxidación y meteorización; impurezas que acompañan a la mena; finalmente los antecedentes geológicos del yacimiento y su método de explotación.

Factor granulometría El tamaño máximo para la flotación se considera alrededor de 48 mallas, es decir, cerca de 0.3 m/m. Las partículas de diámetro superior ya normalmente ofrecen ciertas dificultades ya sea por la liberación misma o por su masa y curvatura.

Factor granulometría Si el mineral que se va a flotar no es molido hasta el punto de liberación de sus valores mineralógicos, las recuperaciones van a disminuir considerablemente, pues las partículas que llevan inclusiones de minerales de la ganga ( productos medios ) tienen una flotabilidad considerablemente inferior a las partículas liberadas.

Influencia de las lamas Una consecuencia del pequeño tamaño de las partículas es el aumento desproporcionado de la superficie del mineral. Lo anterior, significa un considerable aumento de la adsorción y consumo de reactivos de flotación.

Influencia de las lamas Además, interfiere el buen funcionamiento de los reactivos porque recubren las partículas útiles de tamaño adecuado dejándolas poco flotables pese a su buena superficie y liberación; en otras palabras, actúan como depresantes perjudicando notablemente las recuperaciones logradas por flotación.

Densidad de la pulpa ( porcentaje de sólidos ) En un circuito de flotación primaria, la pulpa tiene una consistencia entre 25 y 35% de sólidos. Una pulpa demasiado densa, 40% de sólidos o más, implica la reducción drástica en la velocidad de la flotación y la disminución de las recuperaciones.

Densidad de la pulpa ( porcentaje de sólidos ) La velocidad de flotación baja considerablemente porque la cantidad de aire inyectado por el rotor de la máquina de flotación es la misma e insuficiente para tratar la mayor carga de partículas minerales.

Densidad de la pulpa ( porcentaje de sólidos ) Además, la fricción dentro de la pulpa aumenta considerablemente y con ésta, la cantidad de partículas que quedan desprendidas de sus respectivas burbujas. En resumen: BAJAN LAS RECUPERACIONES.

Factor tiempo de acondicionamiento pulpa La flotación consta esencialmente de las siguientes etapas:

1)Adsorción de los reactivos sobre las superficies minerales. 2)Encuentro de las partículas preparadas con las burbujas de aire, también previamente preparadas. 3)Transporte de las partículas hasta la superficie de la celda de flotación.

Factor tiempo de acondicionamiento pulpa En las condiciones industriales el tiempo necesario para el acondicionamiento de los reactivos normalmente varía entre una fracción de minuto y media hora. Tiempo de retención de la pulpa en las celdas Varía entre 5 y 30 min, siendo 8 a 10 min el tiempo promedio. El tiempo de flotación depende también de la naturaleza del mineral.

Factor influencia de pH: En general, la efectividad de todos los reactivos de flotación depende en gran parte del grado de alcalinidad o acidez de la pulpa. Generalmente la flotación de sulfuros de cobre está en un PH entre 9 y 12. Cuando hay demasiada presencia de pirita es conveniente flotar a PH mayor a 11.

Las condiciones alcalinas son creadas en el circuito de flotación colectiva agregando lechada de cal (Ca[OH]2) en varios puntos en los circuitos de molienda de los molinos SAG y circuito de flotación colectiva.

Control del PH de flotación: a)Nivel de PH inferior al requerido: El operador deberá chequear si el circuito de lechada de cal está expedito para alimentar y aumentar la dosificación de reactivo ( sin exceder el límite prefijado ) hasta alcanzar valores que se ajusten al rango establecido, considerando que las bombas de lechada de cal estén operando satisfactoriamente. La consecuencia, en este caso, es: Flotación de especies mineralógicas no deseadas ( por ejemplo: pirita ) y producto de inferior calidad a la requerida.

Control del PH de flotación: b)Nivel de PH superior al requerido: El operador deberá reducir la dosificación de lechada de cal al circuito, acción solicitada a la persona que corresponda ( molinero, flotador, muestrero u otro ). La disminución debe ser tal que permita alcanzar niveles de PH que se ajusten al rango prefijado. La consecuencia, en este caso, es: mayor consumo de reactivo ( cal ) y por ende mayor costo operacional.

Tipos de reactivos Colector: El objetivo principal, es producir una superficie hidrofóbica sobre la partícula mineral que se quiere flotar, adhiriéndose solamente a ellas de tal forma que le aumenta considerablemente su repelencia por el agua para que no pueda ser mojada, a la vez, que sea de fácil unión con burbujas de aire. Espumante: Permiten la formación de una espuma capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral, hasta que puedan ser removidas de la máquina de flotación.

Tipos de reactivos Modificadores Son compuestos de acción muy diversa y, en general, se usan para depresar, activar, dispersar, regular pH, etc. Por ejemplo, un depresante no permite que un colector se adhiera a una partícula mineral, impidiendo su flotación. Los activadores por el contrario, mejoran la adherencia del colector.

Tipos de reactivos Modificadores La lechada de cal, es un modificador, puesto que mejora la flotación y permite que ocurra en el margen de pH óptimo. Algunos de los reactivos se diluyen con agua y se agregan al proceso. Otros se agregan sin diluir.

Factor dosificación de reactivos El exceso de espumante, produce un sobre volumen de espuma, la que arrastra una gran cantidad de estériles. La deficiencia de espumante, produce en las celdas una escasa formación de espuma.

Con un aumento de la cantidad de espumante

el diámetro de las burbujas disminuirá para producir con la misma cantidad de aire la mayor superficie de contacto, y la estabilidad de la espuma aumentará debido al mayor grosor de su película.

Factor dosificación de reactivos Respecto al espesor de la capa de espuma: Muy grande, cuando se tiene un exceso de reactivo

Muy pequeña, si la cantidad es insuficiente

Eficiencia de la cantidad de espumante Pasada un cierta concentración de espumante no se producen cambios particulares y al pasar a una concentración más alta empiezan a sentirse efectos negativos, la espuma empieza a decaer. Al llegar a la saturación del espumante en el líquido la espuma desaparece completamente.

Una espuma muy delgada, puede presentar arrastres de pulpa en el concentrado.

Eficiencia de la cantidad de espumante

El operador especialista dosificará reactivos según sean las condiciones de los circuitos de flotación por cuanto, el comportamiento de los minerales no siempre es igual. Obviamente que las dosificaciones, el operador las manipulará manteniéndolas dentro de los rangos preestablecidos.

a)Circuito de flotación con espuma “ apretada “: el operador debe revisar la alimentación de lechada de cal, espumante y revisar las dosificaciones de los otros reactivos.

b)Circuito de flotación con exceso de espuma: el operador debe suspender la dosificación del espumante y revisar la dosificación de los otros reactivos ( por ningún motivo tapar las tomas de aire de las celdas ). c) Circuito de flotación con ausencia de espuma: el operador debe agregar gradualmente espumante, manteniendo quieta la superficie de la pulpa en la celda.

d)Circuito de flotación con espuma amarillenta: el operador debe verificar el PH de la pulpa y ajustar la dosificación de lechada de cal si fuere necesario.

e)Circuito de flotación “ recargado “: el operador debe cuidar que la capa de espuma le permita evacuar la mayor cantidad de ésta, cuidando de no arrastrar pulpa ( control de niveles de celdas, capa de espuma ).

El exceso de colector, da como resultado una espuma sucia, que rebasa dificultosamente y, a la vez, cargada de elementos estériles. La deficiencia de colector, provoca una espuma pobremente mineralizada, provocando, a la vez, mermas en las recuperaciones.

Hay casos en que la altura de espuma ha sido nula, debido a que: - Ha cesado la dosificación de espumante producto de

haberse agotado el reactivo. - La bombita peristáltica ha fallado. - Ha caído detergente al circuito, o algún

contaminante grasoso ( grasa de cargador ) que venía de la alimentación al molino, viéndose perjudicada notablemente la flotación.

Tipos de reactivos de flotación: Colectores Reactivo: SF-113 Usos: es el más usado de los xantatos en su aplicación como colector para la flotación colectiva de minerales sulfurados de cobre, molibdeno y otros.

Preparación y dosificación: debe ser usado preferentemente en soluciones acuosas siendo las más usuales al 10% en peso ( esto quiere decir que, si queremos preparar 100 l de solución tendremos que agregar 10 k de este reactivo ) y las dosificaciones más usuales están entre 25 y 150 g/t de mineral tratado.

Reactivo: SF-114 Usos: es un colector de amplio uso en la flotación colectiva de minerales de oro y plata, así como también de cobre, fierro y molibdeno. Preparación y dosificación: debe ser usado preferentemente en soluciones acuosas siendo las más usuales al 10% en peso y su dosificación debe estar entre 25 y 150 g/t de mineral tratado.

Reactivo: SF-203 Usos: es un colector de sulfuros de cobre, molibdeno y hierro para circuitos ácidos y alcalinos. Su uso normal es en la forma que se presenta o mezclado con alcoholes tales como el MIBC y/o con hidrocarburos ( ejemplo: kerosene o diesel oil: 0.7 lbs/t ) cuando son requeridos para promover la flotación de molibdenita.

Preparación y dosificación: viene líquido y su dosificación fluctúa entre 30 y 60 g/t de mineral.

Reactivo: SF 323 Usos: es un colector más selectivo que los xantatos y es ampliamente usado en la flotación de minerales sulfurados de cobre en medio alcalino o neutro. Además, se emplea mezclado con hidrocarburos para promover la flotación de molibdenita.

Preparación: viene líquido y su dosificación fluctúa entre 10 y 40 g/t de mineral.

AERO 3302 promotor Usos: Excelente colector para la molibdenita y a menudo usado en menas minerales que contengan cobre y molibdeno.

Preparación y dosificación: colector aceitoso, no soluble en agua ( agregar en circuito de molienda ) y su dosificación debe estar entre 2 y 25 g/t de mineral.

AERO 4037 promotor Usos: Usado para minerales de cobre, particularmente cuando hay molibdenita.

Preparación y dosificación: colector aceitoso, no soluble en agua ( agregar en circuito de molienda ) y su dosificación debe estar entre 5 y 100 g/t de mineral.

Espumantes Reactivo: MIBC Es usado ampliamente como espumante en la flotación de minerales sulfurados de cobre-molibdeno.

Preparación y dosificación: viene líquido y su dosificación debe estar entre 30 y 70 g/t de mineral.

Espumantes Reactivo: AEROFROTH 73 Usos: usado principalmente en menas con contenido de cobre-molibdeno.

Preparación y dosificación: viene líquido y su dosificación debe estar entre 25 y 250 g/t de mineral.

Reactivos depresores: hidrosulfuro de sodio más súlfuro de amonio ( consumen en promedio 8 lbs/t ) súlfuro de sodio, ferricianuro, tiofósforo o tioarsénico o el dextrin ( depresa la molibdenita ). Podemos nombrar, además, el proceso Nokes que involucra a un depresor del cobre a base de pentasulfuro de fósforo e hidróxido de sodio, pero requiere de 3 a 5 k/t de concentrado.

Reactivos activadores: Ejemplo, el Actisel A-58 ( compuesto del producto base: súlfuro de sodio, carbonato de sodio y aceite de pino y el agente activador: peróxido de hidrógeno ). Reactivo: ACTISEL A-58 Usos: es un reactivo regulador – activador, de una alta selectividad y limpieza, para aplicar como apoyo de reactivos y colectores usados en la flotación colectiva de minerales sulfurados, especialmente cobre con contenido de molibdeno, oro y plata.

Preparación y dosificación: está compuesto por un producto base ( líquido ) y un agente activador ( líquido ) y la dosificación de cada uno es de 15 g/t de mineral.

Reactivo Tipo Función Dónde se agrega

Isopropil Xantato de Sodio SF-113

Colector Flota sulfuros Cajón de alimentación de ciclones de circuito de molienda primaria.

Cajones de alimentación de cada hilera de celdas de flotación primaria más barrido.

Primeros y terceros cajones de unión de cada hilera de celdas de flotación primaria más barrido.

Aeropromoter A-404

Colector Flota sulfuros de molienda gruesa

Cajón de alimentación de ciclones de circuito de molienda primaria.

Aeropromoter A-3477

Colector Flota sulfuros oxidados o enmohecidos

Cajón de alimentación de celdas de de barrido.

Cajón de alimentación de molinos de remolienda.

Segundo cajón de unión de cada hilera de celdas de flotación de de barrido.

Dowfroth 1012 Espumante

Formación de espuma estable

TEB-73 Espumante

Cajón de alimentación de celdas de barrido.

Segundo cajón de unión de cada hilera de celdas de flotación de barrido.

Lechada de Cal (Ca[OH]2)

Modifica-dor

Control de pH Cajón recolector de rebalse de ciclones.

Cajón de alimentación de molinos de remolienda.

Cajón de alimentación de celdas de barrido.

FLOTACION DE MINERALES DE COBRE Reactivo Tipo Función

Matcol Colector Principal Flota sulfuros a pH 9,5

AP-404 Colector Parcialmente flota minerales oxidados

Petróleo Diesel Colector Flota molibdenita

Isopropil Xantato de Sodio SF-113 Colector Alternativo Flota Sulfuros

enérgico

NALCO Espumante Principal Formación de espuma estable

MIBC Espumante

secundario

Lechada de Cal Modificador Control pH

Bibliografía

Criterios de diseño de procesos, 2007. Compañía Minera Carmen de Andacollo. Proyecto Hipógeno. AMEC. Franco, Yáñez. Edwin. 2008 «Curso flotación colectiva, selectiva y remolienda de minerales de cobre y molibdeno «. Minera Los Pelambres – Ceduc UCN. Coquimbo. www.google.cl

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