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fecha de publicación25.08.2016
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Universidad Nacional de San Agustín

Ingeniería de procesos

Ingeniería Metalúrgica

Jorge Mamani Sacsi

.


PROCESOS FISICOS DE SEPARACION DE MINERALES UTILIZADOS EN INGENIERIA METALURGICA- “FLOTACION”
Jorge Noel Mamani Sacsi, Facultad de Ingeniería de Procesos, Escuela de Ingeniería Metalúrgica

jorge_ms_@hotmail.com

RESUMEN: El objetivo del presente trabajo es mencionar y dar a conocer algunos procesos físicos para la separación de minerales el cual está relacionado a la rama de la ingeniería metalúrgica, desarrollando ampliamente el proceso de flotación.

Estos procesos como la flotación en celdas, el chancado, la molienda son utilizados en la mayoría de los procesos extractivos del área minero-metalúrgico, lo que permitiría una mejor factibilidad para el desarrollo del procedimiento y la obtención de mejores resultado en la extracción de minerales.
PALABRAS CLAVE: chancado, flotación, físico-químico, minero-metalúrgico
ABSTRACT: The aim of this study is to mention and to present some physical processes for the separation of minerals which is related to the branch of the metallurgical engineering, widely developed the flotation process.

These processes such as flotation cells, crushing, grinding are used in most extraction processes of mining and metallurgical area, allowing a better feasibility for the development of the procedure and obtaining better results in the extraction of minerals .
KEY WORDS: Chancado, floating, chemical physique, metallurgic miner.



INTRODUCCIÓN:
La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
Operaciones básicas de obtención de metales:
Operaciones físicas
Triturado, molienda, filtrado (a presión o al vacio), centrifugado, decantado, flotación, disolución, destilación, secado, precipitación física.
Daremos a conocer pequeños conceptos de alguno de estos procesos.

1. Flotación en columna
La flotación en columna es una técnica atractiva para minerales complejos que presentan problemas de selectividad; con una sola etapa de limpieza, ella permite elevar sustancialmente el grado del concentrado y una mayor recuperación. Como en todo proceso, solo después de que todas las variables involucradas son examinadas puede lograrse su buen entendimiento.


2. Chancado
Durante el chancado de minerales de cobre que serán beneficiados a través de procesos hidrometalúrgicos, se genera por efecto de una combinación de abrasión y atricción, una fracción de partículas denominadas finos. Estas partículas tienen un tamaño inferior a 212 µm (tamaño de la abertura de la malla 70 de la serie ASTM E-11). Normalmente esta fracción varía entre un 2 y un 25% en peso del total del mineral chancado, dependiendo de la génesis de cada yacimiento.
Como una alternativa a este procedimiento, en este trabajo se estudia la separación neumática de los finos, a través de la aplicación de un flujo ascendente de aire a muestras representativas del mineral chancado. Esta separación permitiría obtener una corriente de gruesos libres de finos que podría ser lixiviada en pilas en forma convencional eliminado los problemas ocasionados por los finos. Además, se obtendría una fracción de finos que debido a su alta liberación podría tratarse directamente, generando una corriente concentrada de finos factibles de procesarse, por ejemplo, a través de una lixiviación agitada

3. Molienda
La molienda en el laboratorio de las distintas muestras de coque se realiza en un molino de bolas, modelo Retsch MM400. El molino posee dos cilindros de acero de 3,5 cm de diámetro y 6,5 cm de largo, con una bola de acero de 1 cm de diámetro en su interior y que se mueve libremente a una frecuencia controlada por el usuario.
Con el fin de minimizar el gasto energético se estudiaron tres frecuencias de trabajo: 5, 10 y 20 Hz, durante diferentes tiempos totales de molienda y con distintas cargas del coque en los cilindros.
De estos experimentos previos se establece que la frecuencia óptima es 10 Hz debido a que la cantidad de finos obtenida con una frecuencia de 5 Hz es muy escasa y la frecuencia de 20 Hz no difiere sustancialmente respecto a la operación a 10 Hz. Para utilizar una frecuencia de 10 Hz el molino necesita una potencia de 63 W.


La flotación espumante es un proceso de concentración físico-químico para minerales de tamaño fino que ha sido ampliamente estudiado en el área minero-metalúrgica y se encuentra totalmente incorporado en la mayoría de los procesos extractivos (Laskowsky y Ralston, 1992; Rubio y Tessele, 2001). Se basa en la hidrofobicidad de las partículas, es decir, la tendencia de la superficie de la partícula a no asociarse estrechamente con el agua ni a formar hidruros sobre la misma.
Proceso de separación de minerales
CONCENTRACION Y FLOTACION DE MINERALES:

-Flotación como proceso:
La flotización es un proceso fisicoquímico que consta de tres fases (sólido-líquido-gas) que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire.

Los principios básicos en que se fundamenta el proceso de la flotación son los siguientes:
La hidrofobiciudad del mineral que permite la adherencia de las partículas sólidas a las burbujas de aire.
La formación de una espuma estable sobre la superficie del agua que permite mantener las partículas sobre la superficie.
Para establecer estos principios se requiere la adicción de reactivos químicos al sistema. Estos reactivos de flotación son los colectores, depresores, activadores y modificadores, cuyas acciones principales son inducir e inhibir hidrofobicidad de las partículas y darle estabilidad a la espuma formada.
Las partículas minerales hidrofóbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en tanto que las hidrofílicas, como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofóbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la fase líquida, mientras que la superficie hidrofílica tiene afinidad por la fase líquida.
La flotación es un proceso muy utilizado en la recuperación de los minerales sulfurados de cobre debido a la hidrofobicidad natural que tienen. También se usa para la limpieza de aguas usadas con contenidos de grasas o aceites para su reutilización. Existen equipos que realizan este proceso como las celdas de flotación y las columnas de flotación; estas últimas han ido reemplazando a las celdas por sus menores costos operacionales.
La primera flotación de Europa fue desarrollada por el ingeniero cántabro don Leopoldo Bárcena Díaz de la Guerra en la localidad cántabra de Torrelavega.

FLOTACION Y BALANCE  METALURGICO


CIRCUITOS DE FLOTACION:
Generalmente las celdas se ordenan en serie, formando un circuito o bancada (Banco de celdas) que reciben los relaves de la precedente y se tendrá 1,2,3 ó más circuitos o bancos de celdas, según las clases de materiales valiosos que se desea recuperar de un mineral, así por ejemplo:

-Si se tiene un solo elemento valioso se requiere de un banco.

-Si se tiene dos elementos valiosos se requiere de dos bancos.

-Si se tiene tres elementos valiosos se requiere de 3 bancos. Las celdas de flotación en cada banco o circuito se pueden clasificar según las etapas de flotación de las partículas sólidas, así tenemos:
a) Celdas Rougher :
 (Celdas devastadoras, o celdas de flotación primaria) Aquí se obtiene el concentrado primario. Es el conjunto de celdas cuyas espumas se colectan juntamente con las de la celda donde se alimenta la pulpa al circuito. Es la celda que recibe la carga de pulpa del acondicionador o directamente del clasificador.
 b) Celdas Scavenger:
(Celdas recuperadoras o Celdas agotadoras)Son las celdas donde se realiza la recuperación de las especies valiosas que no han podido ser recuperadas en las celdas Rougher. Pueden haber 1er. Scavenger, 2do.Scavenger, 3er. Scavenger, etc. dependiendo de la flotabilidad del mineral valioso.

c) Celdas Cleaner:
(Celdas de limpieza).Son las celdas donde se hace la limpieza del concentrado primario o el producto de la flotación Rougher.
d) Celdas Recleaner:
(Celdas de re limpieza).Son aquellas donde se efectúa la limpieza de las espumas provenientes de las celdas Cleaner. Si es que hay más de dos etapas de limpieza las celdas de limpieza reciben el nombre de 1era. Limpieza, 2da. Limpieza, 3era. Limpieza, etc. Dependiendo de la dificultad que se tenga para alcanzar las leyes mínimas de comercialización que debe tener el concentrado final.
Control de Calidad en Plantas:
Concentradoras:
Para obtener el producto comercial o "Concentrado" con las condiciones técnicas requeridas por el comprador, los constituyentes indeseables de la mena deben ser rebajados a un porcentaje especificado. Si en la mena está presente más de un mineral valioso, podemos separarlos del tal modo que cada uno pueda comercializarse por separado. El fundidor o comprador se protege de las pérdidas financieras imponiendo penalidad es sobre todos los concentrados que no alcancen las leyes mínimas en elemento valioso o que sobre pasan el contenido máximo permisible de constituyentes indeseables.

Algunos de los elementos valiosos se pierden inevitablemente en los relaves, por ello uno de los objetivos es mantener estas pérdidas tan bajas como sea posible, para obtener una mayor rentabilidad del proceso. Es necesario también que la Planta manipule un tonelaje de mineral adecuado, porque de no ser así se producirían complicaciones en el tratamiento y se elevaría el costo total de la operación.


Razón de concentración.-

 (Radio de concentración o relación de concentración o ratio de concentración) : (RC)Es la relación existente entre el N° de toneladas de mineral de cabeza y el N° de toneladas de concentrado producido. Se interpreta como el N° de toneladas del mineral de cabeza que se requiere para obtener una tonelada de concentrado.
Recuperación.-
Se refiere a la eficiencia o rendimiento del tratamiento y está expresado en porcentaje señal a cuánto del elemento valioso que ingresa al tratamiento, pasa al concentrado. Cuanto mayor cantidad de elemento valioso pasa al concentrado, mayor será la eficiencia o rendimiento del proceso y mayor será la recuperación.
Balance Metalúrgico.-
Cualquiera que sea la escala de tratamiento de una Planta Concentradora, sea ésta grande, pequeña, automatizada o rústica, al final de la operación diaria, semanal, mensual, anual, o por campañas, requiere de la presentación de los resultados obtenidos en forma objetiva, en

a que se incluye los cálculos para determinar el tonelaje de los productos de la flotación, contenido metálico de los elementos valiosos en cada uno de los productos, la distribución porcentual y los radios de concentración; todos ellos condensado en lo que se denomina el "Balance Metalúrgico", que muestra también la eficiencia del proceso.
Peso neto seco.-
Es el peso del mineral de cabeza, concentrado o relave, sin humedad. Se sabe que el mineral que se extrae de mina tiene una cierta cantidad de humedad. Para los cálculos es necesario conocer el peso neto seco. Para determinar el Porcentaje de humedad se prepara una muestra, se pesa, se somete a secado a 100° C durante un tiempo suficiente como para eliminar todo el agua. Una vez fría la muestra se pesa nuevamente. La diferencia entre uno y otro peso corresponde el peso de agua contenido en la muestra. Por una relación simple se puede determinar el % de humedad de la muestra.
Contenido metálico.-
Se refiere el contenido de elemento valioso ya sea en el mineral de cabeza, concentrado o relave. Se determina multiplicando el tonelaje del producto por la ley correspondiente: Contenido metálico = tonelaje x ley Cabe hacer notar que la suma del contenido metálico de los productos (concentrados y relave) debe ser exactamente igual al contenido metálico de la cabeza. De no ser así deben efectuarse cálculos de reajuste para cumplir con la ley de conservación de la materia. Otra cuestión importante es que las leyes que se reporten en porcentaje deben dividirse entre 100 para hacer el reemplazo en la relación para determinar el contenido metálico. 
Razón de Concentración.-
En la flotación igual que en cualquier otro proceso de concentración, la cuantificación se puede efectuar a través de dos cantidades. La razón de concentración que expresa indirectamente a la selectividad del proceso y la recuperación que se refiere a su eficiencia y rendimiento. Si representamos por A, B y C los pesos de la cabeza, el concentrado y el relave y por a, b y c sus leyes respectivas en un cierto metal o mineral útil, entonces la relación A/B es por definición la razón de concentración que significa cuantas toneladas de cabeza sonnecesarias para obtener una tonelada de concentrado, esta razón nos indica cuantas veces se concentró el mineral o sea en forma indirecta nos expresa la selectividad del proceso.

FLOTACIÓN DE MINERALES SULFURADOS OBJETIVO:
Demostrar las condiciones de una prueba de flotación incluyendo el orden de la adición de reactivos y una cinética de flotación.
ANTECEDENTES TEÓRICOS:
La flotación es una técnica de concentración que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral o especie de valor y la ganga. Se basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de gas (usualmente aire) generada en la pulpa por algún medio externo, en la celda de flotación. Las burbujas de aire transportan los sólidos a la superficie, donde son recolectados y recuperados como concentrado.
La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituye el relave. La propiedad de un determinado reactivo de tornar hidrofóbicos ciertos minerales es debido a la concentración de este reactivo en la superficie de esos minerales. O sea, el reactivo se deposita selectivamente en la superficie mineral recubriéndola de modo que se adhiera en la superficie de la partícula una película de la sustancia. Para que esto ocurra es necesario que las moléculas de la sustancia migren del seno de la solución a la superficie de la partícula y ahí se deposite.
La utilización de colectores en la flotación de sulfuro de minerales, es una práctica industrial establecida desde que se aplicó el método. Radicales de cadena relativamente corta son usados, etil hasta amil. Las superficies de los sulfuros naturales son menos hidratadas que la mayoría de los minerales oxidados. En este caso la superficie de las partícula sulfurada debe estar parcialmente cubierta por algún colector para que la interacción con las burbujas de aire sea posible. La Molibdenita es uno de los pocos minerales naturalmente hidrofóbicos. Los xantatos ejercen un liderazgo casi absoluto entre los compuestos usados industrialmente como colectores.
Por esta razón los estudios fundamentales buscan una mejor comprensión de la interacción colector/sulfuro mineral, la investigación se ha centrado en los mecanismos de acción de los xantatos. Varias hipótesis fueron presentadas en el pasado tratando de explicar el mecanismo de acción de los xantatos en la colección de sulfuro.
EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS:


  1. Mena sulfurada de Cobre.

  2. Celda de flotación Denver.

  3. Balanza de precisión.

  4. Probeta.

  5. Bandejas.

  6. Jeringas.

  7. Paleta para retirar la espuma.

  8. Pipeta.

  9. Reactivos.


CONCLUSIONES:
Estos procesos físicos , son my utilizados , y este proceso de flotación es una de aquellas , también podemos llegar a la conclusión de ver los detalles de cómo se realiza este proceso la cual se verá en el siguiente listado.


1. Determinar el volumen útil de la celda, dosificación de reactivos y mineral.
2. Revisar el funcionamiento de la celda.
3. Agregar la cantidad de agua a la celda
4. Acondicionar la pulpa (medir pH) y agregar

reactivos.
5. Poner en funcionamiento la celda de flotación
6. Agregar el mineral lentamente
7. Acondicionar la pulpa a un pH determinado (5 minutos)
8. Agregar colectores y acondicionar (1 minuto)
9. Abrir la entrada de aire a la celda
10. Recibir el concentrado en una bandeja durante 1 minuto
11. Repetir esta operación para 3, 5, 7, 10, 15 minutos
12. Retirar el relave de la celda, lavando con cuidado el mecanismo de agitación.
13. Filtrar, secar y pesar concentrado y relave.
14. Obtener muestras representativas para análisis químico.

BIBLIOGRAFIA:
Alexander Sutulov, P. (1950). FLOTACION DE MINERALES", Cap. VII.

Arthur Taggart, N. (1950). Minerologia y metalurgica. New York -Fourt Print : HANDBOOK OF MINERAL DRESSING.

Josse Guerra M. (1976). TECNOLOGIA DE LA FLOTACIÓN"UNI. Lima.

P, M. (2009). "MANUAL DE PRODUCTOS QUIMICOS PARALA MINERIA". New Jersey - EE.UU.: notas sobre tratamiento de minerales N°26 .

Tapia, J. (2003). Lixiviación Agitada de Crisocola en Medio Acido. ctas de XI Congreso Nacional de Metalurgia CONAMET .






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