Manual de Concentracion[1]

8/6/2019 Manual de Concentracion[1]

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Servicio Nacional de Geologa y Tcnico de Minas SERGEOTECMINProyecto Capacitacin de Mineros en Escuela Minera de Chiripujio

Edgar B. Alcal Cruz Alfredo Flores Corrales Arturo Beltrn Alfonso

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MANUAL DE ENTRENAMIENTO EN

CONCENTRACIN DE MINERALES

SECCIN VI FLOTACIN

1. INTRODUCCIN

La flotacin es hoy el mtodo ms importante de concentracin mecnica. Patentado en 1906,ha permitido la explotacin de yacimientos complejos y de bajo contenido, los cuales habransido dejados como marginales s in la ayuda de la flotacin.

En su forma ms simple, es un proceso de gravedad modificado en el que el mineral metlicofinamente triturado se mezcla con un lquido. El metal o compuesto metlico suele flotar,mientras que la ganga se va al fondo. En algunos casos ocurre lo contrario. En la mayora delos procesos de flotacin modernos se emplean aceites u otros agentes tenso activos paraayudar a flotar al metal o a la ganga. Esto permite que floten en agua sustancias de cierto peso.En uno de los procesos que utilizan este mtodo se mezcla con agua un mineral finamentetriturado que contiene sulfuro de cobre, al que se le aaden pequeas cantidades de aceite,cido y otros reactivos de flotacin. Cuando se insufla aire en esta mezcla se forma unaespuma en la superficie, que se mezcla con el sulfuro pero no con la ganga. Esta ltima se vaal fondo, y el sulfuro se recoge de la espuma. El proceso de flotacin ha permitido explotarmuchos depsitos minerales de baja concentracin, e incluso residuos de plantas de procesado

que utilizan tcnicas menos eficientes. En algunos casos, la llamada flotacin diferencialpermite concentrar mediante un nico proceso diversos compuestos metlicos a partir de unmineral complejo.

2. PRINCIPIOS DE LA FLOTACIN

La flotacin es un proceso fsico-qumico de separacin de minerales o compuestos finamentemolidos, basados en las propiedades superficiales de los minerales (mojabilidad), que hace queun mineral o varios se queden en una fase o pasen a otra. Las propiedades superficialespueden ser modificadas a voluntad con ayuda de reactivos.

El proceso de flotacin se basa en las propiedades hidroflicas e hidrofbicas de los minerales.Se trata fundamentalmente de un fenmeno de comportamiento de slidos frente al agua(Fig. 1).

Los metales nativos, sulfuros o especies como el grafito, carbn bituminoso, talco y otros sonpoco mojables por el agua y se llaman minerales hoidrofbicos. Por otra parte, los sulfatos,carbonatos, fosfatos, etc. Son hidroflicos o sea mojables por el agua.


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Fig. N 1.Propiedad hidrflica e hidrofbica de los minerales

3. TIPOS DE FLOTACIN

Los tipos de flotacin en orden cronolgico son:

a) FLOTACIN NO SELECTIVA DE ACEITE (BULK OIL FLOTATION)

Esta tcnica desarrollada en 1860, consist a en mezclar la mena molida con aceite yposteriormente con agua, de tal manera que las partculas del mineral sulfuroso, porsus propiedades superficiales hidrfobas, quedaban retenidas en la fase aceitosa yaquellas partculas que se mojaban en el agua se quedaban en la fase acuosa, de modoque al final del proceso, flotaba una capa de aceite sobre la pulpa, la cual contena laspartculas de mineral sulfuroso que eran separados por decantacin y se separaba delaceite por filtracin.

b) FLOTACIN DE PELCULA (FILM OR SKIN FLOTATION)

En esta tcnica, el mineral finamente molido era esparcido cuidadosamente sobre lasuperficie libre del agua, de modo que las partculas de sulfuro, que se caracterizan por

tener propiedades hidrfobas, sobrenadaban en la superficie del agua, formando unadelgada pelcula que era removida por medio de algn mecanismo; en cambio laganga se mojaba y sedimentaba en el fondo del recipiente de agua.

Las dos tcnicas anotadas anteriormente no tuvieron xito en su aplicacin en laindustria por lo que en la actualidad ya no se las usa.

AguaAgua

Mineralhidrofbico

Mineralhidroflico


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c) FLOTACIN DE ESPUMA

Con la flotacin de espuma la separacin se la realiza gracias a la adhesin selectiva departculas hidrfobas a pequeas burbujas de gas (aire) que son inyectadas al interiorde la pulpa. El conjunto partcula-burbuja asciende a la superficie formando una

espuma mineralizada, la cual es removida por medio de paletas giratorias osimplemente por rebalse. Las propiedades superficiales de las partculas y lascaracter sticas de l medio pueden ser reguladas con ayuda de reactivos.

d) FLOTACIN DE IONES

Con ayuda de reactivos de flotacin se precipitan los iones y luego stos son flotadoscomo en el caso de la flotacin de espuma.

3.1 FLOTACIN DE ESPUMA

Este tipo de flotacin es el que ha sobrevivido y es la tcnica que ms se emplea en laconcentracin de minerales.

Como ya mencionamos la flotacin de espuma se basa en la repelencia natural o inducida delos minerales al agua (hidrofobicidad).

El principio de funcionamiento de un equipo de flotacin podemos observar en la figura N 2y esencialmente consta de mecanismos de inyeccin de burbujas de aire y de mantenimientoen suspensin de las partculas. El volumen de las celdas vara desde 2 a 3000 pies cbicos eincluso ms grandes.

El tiempo de flotacin es el tiempo promedio de retencin de las partculas e n la celda. Es eltiempo suficiente para que las partculas hidrfobas se adhieran a las burbujas de aire y flotena la superficie. Este tiempo puede variar desde algunos segundos hasta varios minutos.

Elporcentaje de slidos en peso es tambin muy importante y ste puede estar entre 15 y 40 %.

El tamao de las partculas depende del grado de liberacin. En la prctica este tamao fluctaentre 65 mallas Tyler hasta aproximadamente 10 micrones. Sin embargo, en el caso dealgunos minerales no metlicos, como el carbn, fosfatos, potasa, etc., la flotacin se puedellevar a cabo desde -28 # Tyler.


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Fig. N 2. Princ ipio de la f lotacin de espu ma

3.1.1 PRINCIPALES REACTIVOS USADOS EN LA FLOTACIN DE ESPUMA

COLECTOR

Compuesto orgnico heteropolar que se absorbe selectivamente sobre la superficie delas partculas, haciendo que estas se vuelvan hidrfobas (aerfilas). Ejemplo: xantatosque se utilizan en la flotacin de sulfuros.

Los colectores usados con mayor frecuencia son los xantatos y los aerofloats. Sin loscolectores los sulfuros no podran pegarse a las burbujas y stas subiran a la superficiesin los minerales y los sulfuros valiosos se iran a las colas.

Una cantidad excesiva de colector hara que flotarn incluso los materiales no deseados(piritas y rocas) o los sulfuros que deberan flotar en circuitos siguientes. As porejemplo, en el caso de la flotacin de minerales de plomo-zinc-pirita, en el circuito deplomo se mantiene deprimido el zinc, para flotarlo posteriormente en su respectivocircuito; pero un exceso de colector podra hacer flotar el zinc junto con el plomo. Unacosa similar sucedera en el circuito de zinc con un exceso de colector, haciendo flotarla pirita que se encuentra deprimida por el e fecto de la cal adicionada.

ACTIVADOR

Compuesto inorgnico que modifica selectivamente la superficie de las partculas parapermitir que el colector se absorba sobre stas. Ejemplo: sulfato de cobre, que se utilizaen la activacin de algunos sulfuros, como la antimonita.


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DEPRESOR

Generalmente es un compuesto inorgnico que modifica la superficie de las partculasvolvindolas hidrfilas o inhibe la absorcin del colector. Ejemplo: sulfato de zinc,usado en la depresin de es falerita.

REGULADOR DE pH

El pH indica el grado de acidez o de alcalinidad de la pulpa. El pH 7 es neutro (nialcalino ni cido) y corresponde al agua pura. De 0 a 6 es cido y de 8 a 14 es alcalino.El pH se mide con un aparato llamado potencimetro o con un papel tornasol.

Cada sulfuro tiene su propio pH de flotacin, donde puede flotar mejor. Esta propiedadvara segn el mineral y su procedencia.

Los reguladores de pH tienen la misin de dar a cada pulpa el pH ms adecuado parauna flotacin ptima.

La cal es un reactivo apropiado para regular e l pH, pues deprime las gangas y precipitalas sales disueltas en el agua. La cal se puede alimentar a la entrada del molino a bolas.

Es importante usar dosificadores automticos para estar seguros de la cantidad dereactivo dosificado a las pulpas (Fig. 3). Hay reactivos slidos y lquidos.

Fig. N 3 . Alimentador de reactivos


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ESPUMANTE

Los espumantes son reactivos tenso activos, que modifican la tensin superficial delagua y que producen una espuma estable. Ejemplo: Aceite de pino. Una espumaconsiste de un gas disperso en un lquido en una relacin tal que la densidad aparente

de la mezcla se aproxima ms a la dens idad del gas que a la del lquido.Al hacer pasar el aire a travs de agua pura, no se produce espuma. Al agregarpequeas cantidades de ciertos compuestos orgnicos como por ejemplo aceites, alsoplar a ire a travs del lquido se formaran burbujas de aire en forma de pequeasesferas que, al subir hasta la superficie del lquido y antes de entregar su contenido deaire a la atmsfera, tratarn de detenerse en forma de espuma. 1

El tamao de las burbujas y su estabilidad dependern de la cantidad de espumanteagregado; con un aumento de la cantidad de espumante disminuir el d imetro de lasburbujas pero aumentar la estabilidad de la espuma, debido al mayor espesor de supelcula. Sin embargo, si se supera una cierta concentracin la espuma desaparececompletamente.

Los productos ms usados como espumante son: aceite de pino, cido creslico,alcoholes sintticos como el Dowfroth 250, etc.

Idealmente, el espumante acta enteramente en la fase lquida y no tiene influenciasobre la superficie del mineral. En la prctica, sin embargo, hay una interaccin entreel espumante, el mineral y otros reactivos, y la seleccin del espumante ms apropiadopara un determinado mineral podr ser hecho recin despus de un extenso trabajo depruebas de laboratorio.

En la flotacin de minerales sulfurosos, es una prctica comn emplear por lo menosdos espumantes y ms de un colector. Espumantes especficos son elegidos para darpropiedades fsicas adecuadas a la espuma, mientras que el segundo espumanteinteracta con los colectores para controlar la dinmica del proceso de flotacin.

En el cuadro N 1 podemos ver algunos reactivos aplicados a minerales especficos.

1 Manual del Operador de Concentradoras de Mineral -FOMO


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MINERAL REACTIVOS

Espumante Colectores Modificadores

Plomo Oxidado

Cerusita, anglesita

Aceite de pino

cido cresilico

Xantato de

amilo

Sulfuro de sodio

Silicato de sodio

Plomo sulfurado

I) Galena sola

cido cresilicoo aceite de pinoy creosota

Xantato oaerofloat

Cal o carbonatode soda

II) Galena conBlenda Lo mismo Lo mismo

Cianuro de sodiocon o sinsulfato de zinc

Zinc sulfurado

Blenda Marmatita

Aceite de pino o

cido creslico

Xantato deetilo y, o

aerofloat

Sulfato decobre cal

(cuando haypirita)

Cobre sulfuradoCalcopiritaCalcosinaBornita, CovelinaEtc.

Aceite de pinoXantato deetilo oaerofloat

CalCianuro (cuandohay mucha pirita)

Molibdenita Aceite de pino XantatoCianuro o calcuando hay pirita

Cobre + Plomo+ Zinc

Se flota primero un Bulk cobre plomo, deprimiendo el zinc concianuro. Luego se deprime el plomo con el bicromato de sodio.

Tabla N 1. Reactivos empleados en la flotacin de los principales

minerales metlicos.

En la figura N 4 podemos ver las etapas en las que se va adicionando los react ivos a lapulpa en un circuito de molienda.


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Fig. N 4. Flujograma de flotacin simple.

3.2 TIPOS DE FLOTACIN DE ESPUMA

3.2.1 FLOTACIN DIRECTA

La flotacin directa es aquella en la que el mineral valioso sale en la espuma y la ganga sequeda en el non-float.

3.2.2 FLOTACIN INVERSA

En este tipo de flotacin el mineral valioso se queda como non-float y la ganga es la que flota.

PULPA DEL CIRCUITO DE MOLIENDA

Regulador de pH

ACONDICIONAMIENTO

Activador o depresor

ACONDICIONAMIENTO

ACONDICIONAMIENTO

Colector

FLOTACIN

Espumante

CONCENTRADO COLA


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3.2.3 FLOTACIN COLECTIVA (Bulk flotation)

Se dice flotacin colectiva en el caso de que todos los minerales valiosos y de un solo tipomineralgico (por ejemplo: sulfuros) salen en la espuma.

3.2.3 FLOTACIN SELECTIVA O DIFERENCIALComo su nombre indica la flotacin es selectiva, se flota un solo mineral a la vez en cadaetapa.

El tamao mximo de partcula a flotar depende de la naturaleza de la partcula y su pesoespecfico. De modo que en la prctica el tamao lmite superior de las partculas para el casode sulfuros est entre 0,15 0,25 mm, para carbn entre 1 2 mm y para azufre nativo entre0,5 1 mm.

4. CIRCUITOS BSICOS DE FLOTACIN

Los circuitos de flotacin son procesos continuos. Las celdas estn instaladas en seriesformando bancos (Fig. 5).

La pulpa ingresa a la primera celda del banco y entrega parte de su mineral valioso en formade espuma; el overflow de esta celda pasa a la segunda celda, de donde es sacada ms espumamineralizada, y as sucesivamente hasta la ltima celda del banco. La altura de la columna deespuma es determinada por el ajuste de la altura de la salida de la cola; la diferencia de alturaentre sta y el labio del overflow de la celda determina la altura de la espuma. La alimentaciningresa a la primera celda del banco y la columna de espuma en las primeras celdas semantiene alta, ya que hay abundante cantidad de partculas hidrofficas de mineral que losustentan. El nivel de la pulpa sube de celda a celda, ya que la pulpa se hace ms pobre enminerales flotables, por aumento progresivo, en la celda de colas. Las ltimas celdas de unbanco contienen espumas con bajos contenidos de mineral, conformados por partculashidrofbicas dbiles. Estas son denominadas celdas scavenger, usualmente conformados porpartculas mixtas, las cuales son recirculadas. Las celdas scavenger, tienen poco mineral parasustentar espuma alta, tienen su vertedero de colas crecido de tal manera que la pulpasobrepasa siempre el labio de la celda. De esta manera se recupera el material flotante y selogra la mxima recuperacin de las celdas. Debe evitarse las cargas circulantes excesivas, porms que la alimentacin se diluya, y el tiempo de flotacin se reduzca. El flujograma para estesistema bsico se muestra en la figura N 6, Este flujograma puede ser operado exitosamentesolamente cuando la caja (ganga) sea relativamente no flotable, y requiera un especial ycuidadoso control para mantener uniforme la ley del concentrado si hay fluctuaciones en laley de cabeza. Un sistema preferido, es diluir el concentrado de las primeras celdas de unbanco, conocido como flotacin rougher, y reflotarlos en celdas de limpieza (cleaners), dondelos vertederos se los mantiene bajos para mantener una espuma alta y producir un concentradode alta ley. En este sistema rougher-scavenger-cleaner (Fig. 7), las celdas de limpieza recibencomparativamente una alimentacin de alta ley, mientras que la seccin scavenger puedetrabajar con un exceso de aire para obtener una mxima recuperacin. Las colas de las celdasde limpieza, normalmente contienen partculas de mineral aerflas que son generalmenterecirculadas a las celdas rougher, y posteriormente a las scavenger. Este tipo de circuitos,


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tambin son muy prcticos para minerales que necesitan una mxima cantidad de aireacin alfinal del banco para obtener una recuperacin rentable, se emplea con frecuencia cuando laganga tiene tendencia a flotar y es difcil de separar del mineral. En tales casos, puede sernecesario utilizar uno o ms bancos de celdas de limpieza (Fig. 8).

Fig. N 5. Banco de celdas

Fig. N 6. Circuito de flotacin simple

Flujo de pulpa

Pulpa PulpaPulpaNivel

NivelNivel

Concentrado final

Scavenger

ColasAlimentacin

Celdas


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Fig. N 7 . Sistema de flotacin Rougher Scavenger - Cleaner

Fig. N 8. Circuito con re-limpieza

Alimentacin

Re-cleaner Cleaner Rougher Scaverger

Concentrado final

Colas


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5. DISEO DE FLUJOGRAMAS

En el diseo de un flujograma apropiado para una planta de flotacin, el tamao de grano de lamolienda primaria es la de mayor consideracin. Se puede estimar en base a experiencias delpasado y de una evaluacin mineralgica, pero tienen que hacerse pruebas de laboratorio, para

determinar las condiciones ptimas. El propsito de la molienda primaria es el de promoveruna recuperacin econmica de los minerales valiosos. Deben realizarse pruebas con cargas demineral, utilizando varias combinaciones de reactivos, en muestras de mineral con diferentescontenidos. Se deben pesar los concentrados y determinar sus leyes, y los resultados ploteadosen curvas Recuperacin vs. Tiempo y Recuperacin vs. Ley del concentrado (Fig. 9).

Inicialmente se debe escoger la malla de molienda que da una ley y recuperacin razonablecon un tiempo de flotacin rougher aceptable. Si la molienda es muy gruesa, algunos de losminerales valiosos, no flotaran. De cualquier manera, los tiempos de flotacin excesivospueden eventualmente permitir que algunas de estas partculas vayan a los concentrados,bajando su ley. Es aqu que el ingeniero debe usar su experiencia y decidir cual es la ley delconcentrado y el tiempo de flotacin ms razonables.

Como el costo de la molienda es invariablemente el ms alto, no se debe moler ms de lo querealmente es justificable desde el punto de vista econmico.

Fig. N 9. (a) Recuperacin versus Tiempo

(b) Recuperacin versus Grado de concentracin

Recuperacin

Recuperacin

Tiempo Grado de concentracin


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6. FLEXIBILIDAD DE LOS CIRCUITOS DE FLOTACIN

Habiendo sido alcanzada la decisin de disear un circuito de flotacin de acuerdo a unesquema determinado, es necesario prever variaciones en el flujo de alimentacin a la planta,ya sean ms bajos o ms altos y tambin considerar fluctuaciones en las leyes de los

minerales.El camino ms s imple de mitigar las fluctuaciones de la ley y proporcionar un flujo uniforme ala planta, es colocando un tanque acondicionador de almacenamiento entre la seccin demolienda y la planta de flotacin:

MOLIENDATANQUE ACONDICONADOR DE ALMACENAMIENTOPLANTA DEFLOTACIN

Cualquier variacin en ley o tonelaje puede ser mitigada por el tanque acondicionador, dedonde e l material es bombeado en una proporcin controlada a la planta de flotacin. Es en el

acondicionador donde los reactivos son adicionados. Es fundamental el pre-acondicionamientode la pulpa antes de ingresar a la planta de flotacin.

Se tiene que tomar tambin una previsin para poder tratar mayor cantidad de pulpa, lo cualpuede ocurrir por ejemplo cuando se tiene previsto hacer el mantenimiento de uno de losmolinos del sistema. Esto se logra distribuyendo la alimentacin en bancos de celdas paralelas(Fig. 10)

Fig. N 10. Banco de celdas de flotacin paralelas

Banco de celdas

Colas

Vlvula u obturador

Alimentacin

Distribuidor dealimentacin


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7. MQUINAS DE FLOTACIN

Aunque se fabrican una serie de mquinas en la actualidad, muchas otras han sidodesarrolladas y desechadas en el pasado. Es importante mencionar que en la actualidad haydos grupos predominantes: neumticas y mecnicas. El tipo de mquina es de gran

importancia en el diseo de una planta de flotacin.Las mquinas neumticas que usan el aire arrastrado por la turbulencia de la pulpa (celdas encascada), o el sistema ms comn de soplado o inducido. Generalmente las mquinasneumticas dan un concentrado de baja ley y muy pocos problemas de operacin. En vista deque el aire no es usado solamente para producir la espuma y aireacin, sino tambin paramantenerla en suspensin y en circulacin, se tiende a usar una cantidad de aire excesiva, poresta y otras razones se usan ya muy poco.

La celda de flotacin de columna, se usa para una mejor concentracin que en las celdascomunes, particularmente cuando se opera con material fino. En la figura N 11 podemosapreciar un esquema de esta mquina. Esta conformada de dos secciones. En la seccin pordebajo del punto de alimentacin (seccin de recuperacin), las partculas suspendidas en lafase de agua a l descender se cruzan con un conglomerado ascendente de burbujas producidaspor un dispersor en la base de la columna. Las partculas de mineral que flotan colisionan conlas burbujas y se adhieren a ellas siendo arrastradas a la seccin de lavado por encima delpunto de alimentacin. El material no flotante de la base de la columna es removido yconsiderado como cola. Estas columnas han sido instaladas en varios ingenios de COMSURcon buenos resultados.

Las mquinas de flotacin mecnicas son las de ms amplio uso en la actualidad, secaracterizan por un impulsor (impeler) mecnicamente accionado el cual agita la pulpa ydispersa el aire que llega, en pequeas burbujas. Las mquinas pueden ser auto aireadas, porla depresin creada por el impulsor que induce el aire, o superalimentadas en forma externacon ayuda de un compresor (Fig. 12). En un banco tpico de flotacin, hay un nmerodeterminado de estas mquinas en serie, y estn separadas por vertederos entre cada impulsor,considerndose mquinas deflujo abierto (open-flow) o flujo libre (free-flow) quepermiten virtualmente un flujo irrestricto de la pulpa al banco de celdas.

A mediados de los 60, las celdas de flotacin eran de 200 pies cbicos de capacidad, omenores (Fig. 13), en la actualidad es normal e l uso de celdas de una capacidad de 8,5 a 14,2metros cbicos.

La ms pronunciada tendencia en los ltimos aos, particularmente en la flotacin deminerales metlicos, ha sido moverse hacia celdas de flotacin de gran capacidad (Fig. 14),con la correspondiente reduccin de los costos de capital y operacin, particularmente dondeexiste un control automtico del proceso.

Los principales fabricantes de celdas son: Denver Equipment (36,1 m3), Galigher (42,5 m3),Wemco 42,5 m3), Outokumpu Oy (38 m3) y Sala (44 m3).


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Fig. N 11. Columna de flotacin

Fig. N 12. Celda sub - aireada


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Fig. N 13. Celdas de flotacin mecnicas

Fig. N 14. Celdas de flotacin de 42.5 m3.

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