Flotacion Castro

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Universidad de ConcepcinFacultad de IngenieriaDepartamento de Ingenieria MetalrgicaSergio Castro - Juan Antonio GarcaRodrigo G. Ruiz RiveraIngenieria Civil MetalurgiaII semestre 2003NDICEI Fundamentos fisicoqumicos del proceso de flotacinI.1 Introduccin 1I.2 Fisicoqumica de superficies3I.2.1 Tensin superficial3I.2.2 Fuerza intermolecular y enlaces comunes6I.2.3 Adhesin partcula - burbuja 7I.3 Termodinmica de adhesin partcula - burbuja8I.3.1 Balance de energa libre superficial8I.3.2 Termodinmica de interfases. ngulo de contacto8I.3.3 Hidrofobizacin inducida por el colector 9I.3.4 Teora de Derjaguin 10I.3.5 Ecuacin de Fowkes 13I.3.6 Trabajo de adhesin y cohesin 15I.3.6.1 Adhesin e hidrofobicidad 16I.3.6.2 Datos de Wa, Wc en lquidos 17I.3.7 Hidrofobizacin inducida por el colector 17I.3.8 Relacin entre ngulo de contacto y recuperacin en flotacin 20I.3.9 Adsorcin 22I.3.9.1 Adsorcin del espumante 24I.3.9.2 Ecuacin de isoterma de adsorcin de Gibbs 24I.3.10 Tensin superficial dinmica 27I.3.11 Efecto conjunto colector - espumante 28I.3.12 Revisin de reactivos colectores 31I.3.13 Cintica de la flotacin 37I.3.14 Velocidad de flotacin 39I.3.14.1 Modelo de 1er orden de Garca - Zuiga 40I.3.14.2 Modelo de Klimpell 41I.3.14.3 Interpretacin de K 43I.3.14.4 Probabilidad de flotacin 43I.3.14.5 Probabilidad de colisin 43I.3.14.6 Probabilidad de adhesin 44I.3.14.7 Probabilidad de desadhesin 45I.3.15 Teora de flotacin de xidos 45I.3.15.1 Teora de accin de los colectores 45I.3.15.2 La doble capa elctrica en los xidos minerales 48I.3.15.3 adsorcin sobre interfases cargadas 49I.3.15.4 Mecanismo de accin de los tensoactivos 52I.3.15.5 Descripcin de las superficies minerales 53I.3.16 Teora de flotacin de los sulfuros 55I.3.16.1 Introduccin 55I.3.16.2 Teora electroqumica 57I.3.16.3 Tcnicas electroqumicas experimentales 58II. Flotacin de minerales sulfurados 62II.1 Reaccin redox X/X262II.2 Modulacin de flotacin 62II.3 Flotacin selectiva 65II.4 Modificacin de propiedades superficiales del mineral sulfurado 66II.5 Influencia de la temperatura 66II.6 Descomposicin qumica del recubrimiento del colector 66II.7 Implicaciones tecnolgicas 68II.8 Flotacin selectiva 70II.8.1 Minerales sulfurados de Cu - Fe - Mo - Zn - Pb 70II.9 Tratamiento de polimetlicos 74II.10 Accin de reactivos de flotacin 75II.10.1 Reguladores 75II 10.2 Activadores 75II.10.3 Ejemplo de depresores 76II.10.4 Efecto depresor de los cianuros 76II.10.5 Modificadores de pH 77II.11 Ejemplo de esquema de flotacin 78II.11.1 Ejemplo 1 78II.11.2 Respuesta de algunas especies 79II.12.1 Calcopirita 79II.12.2 Respuesta de la esfalerita 79II.11.3 Ejemplo 2 81II.11.4 Ejemplo 3 82III Operacin de circuitos de flotacin 83III.1 Tipos de circuitos 83III.2 ndices metalrgicos 84III.3 Operacin batch de celda unitaria 84III.4 Operaciones unitarias 85III.5 Ejemplos de circuitos de flotacin 87III.6 Otras alternativas 90III.7 Operacin de circuito de flotacin 94III.7.1 Introduccin 94III.7.2 Mquinas de flotacin 94III.7.3 Circuitos 94III.7.4 Diagnstico de plantas de flotacin 95III.7.4.1 Revisin de un caso 97III.7.4.2 Efecto del tonelaje sobre la recuperacin circuito rougher 99III.7.5 Cintica de flotacin de planta101III.7.6 Otra planta (circuito rougher)102III.7.7 Mejoramiento de circuitos de flotacin 104III.8 Clculo de un circuito de flotacin 105III.8.1 Circuito rougher 105III.8.2 Frmulas para clculo de circuitos de flotacin 106III.8.3 Uso de tablas Denver 106III.9 Datos comparativos por tamao de celdas y capacidades de planta108III.10 Ejemplo de un proceso de flotacin 109III.10.1 Planta de molibdeno 109III.10.2 Planta de cobre porfrico 102III.11 Mquinas de flotacin 102III.12 Etapas en el diseo de circuitos de flotacin 111III.13 Algunos criterios de seleccin de celdas de flotacin 112III.13.1 Ventajas de las celdas de gran volumen 112III.13.2 Ventajas de celdas de pequeo de volumen 112III.14 Tiempo de residencia ptimo 114III.15 Flotacin convencional 115III.15.1 Caractersticas principales de celdas de flotacin 115III.16 Flotacin en columna 122III.16.1 Introduccin 122III.16.2 Definiciones bsicas 124III.16.3 Aplicaciones de columnas a cobre y molibdeno 128III.16.4 Tipos de columnas de flotacin 129III.16.5 Metodologa del diseo correcto de columnas de flotacin 138IV. Metodologa de ensayos de flotacin 139IV.1 Etapas de la investigacin en un proceso de flotacin 139IV.2 Seleccin de muestras para ensayos 139IV.2.1 Muestra 139IV.2.2 Utilidad de los datos obtenidos 140IV.2.3 Cantidad de muestras 140IV.2.4 Control de los ensayos de flotacin 140IV.2.4.1 Informacin a recolectar 140IV.2.4.2 Obs. tiles al obtener la muestra del contenedor141IV.2.5 Planificacin de los ensayos de flotacin 142IV.2.6 Ejecucin de los ensayos de laboratorio 143IV.2.7 Evaluacin correcta de los resultados de los ensayos 143IV.3 Metodologa de ensayos de flotacin 144IV.3.1 Objetivos de los ensayos de flotacin 144IV.3.2 Esquema metodolgico 145IV.4 Diagramas de flujo de procesos de flotacin 146IV.5 Principales variables de la flotacin 150IV.5.1 Propiedades dependientes de la mena 150IV.5.2 Caractersticas de los reactivos de flotacin 150IV.5.3 Caractersticas relativas de la celda de flotacin 150IV.5.4 Etapas y variables principales de la flotacin 150IV.6 Aspectos prcticos 151IV.6.1 Muestreo 151IV.6.2 Anlisis Qumico 151IV.6.3 Anlisis mineralgico 152IV.7 Tipos de ensayos de flotacin 152IV.7.1 Tcnicas de pequea escala 152IV.7.2 Ensayos batch de una sola variable a la vez 152IV.7.3 Ensayos de ciclos cerrados 153IV.8 Ensayos de flotacin en planta piloto 153IV.8.1 Introduccin 153IV.8.2 Justificacin de los ensayos en planta piloto 154IV.8.3 Ventajas y desventajas de los ensayos de planta piloto154IV.8.4 Aplicacin de planta piloto a la investigacin en flotacin 155IV.8.5 Tipos de planta piloto155IV.8.6 Factores de escala 156IV.8.7 Diseo de plantas piloto de flotacin 156IV.8.8 Operaciones de plantas piloto de flotacin 156IV.8.9 Ubicacin de planta piloto 157IV.8.10 Objetivos de los ensayos piloto de flotacin157IV.9 Control de factores del ensayo de flotacin 159IV.9.1 Muestreo159IV.9.2 Edad y alteracin 159IV.9.3 Remocin de espuma 159IV.9.4 Molienda de la muestra 160IV.9.5 Regulacin del pH 160IV.9.6 Calidad del agua 160IV.9.7 Temperatura 160IV.9.8 Densidad de la pulpa 161IV.9.9. Veloc. aireacin, agitacin, tamaos departculas y burbujas 161IV.10 Desarrollo de modelos y optimizacin 161IV.10.1 Modelos cinticos 161IV.10.1.1 Ensayos Batch 161IV.10.1.2 Modelo cintico de planta piloto 162IV.10.2 Modelos factoriales 163IV.10.3 Scaling - up 165IV.10.4 Simulacin de circuitos de flotacin 167IV.11 Comparacin de celdas de flotacin 169IV.11.1 Criterios 169IV.11.2 Factores influyentes en el diseo de circuitos de flotacin 169IV.12 Instrumentacin y control de procesos de flotacin 169IV.12.1 Introduccin 169IV.12.2 Instrumentos de flotacin 170IV.13 La flotacin en la metalurgia del oro 171IV.13.1 Introduccin 171IV.13.2 Flotacin de sulfuros y metales preciosos 172IV.14 Diagramas de flujo de flotacin 174IV.14.1 Descripcin del diagrama de flujo 178IV.14.2 Detalle de equipamientos 180IV.14.3 Circuitos de flotacin 1821CAPTULO IFUNDAMENTOS FISICOQUMICOS DEL PROCESO DE FLOTACIN I.1 Introduccin.Laflotacinesunprocesofisicoqumico,cuyoobjetivoeslaseparacinde especiesminerales,atravsdelusodelaadhesinselectivadeburbujasdeairea partculas minerales.aireB PColisinColisinAdhesin = f (hidrofobicidad)No adhesinHO2s - gs - lB: burbuja;P: partculas - g: slido - gas;s - l: slido - lquidoFigura 1: Esquema adhesin selectivaConcentradoHidrofbicasHidroflicasFigura 2: Esquema de celda de flotacin2Burbuja de aireSuperficie del lquido(pequea)PartculaPartculas finas(Suspensin mineral)tt: tensin de adhesinFigura 3: Esquema bsico del proceso de flotacin.Los principios bsicos, en que se basa el proceso de flotacin son:1. Mineralhidrofbico,repeleydesplazaaguadelasuperficiedesuspartculas.Esto permite la accin de las burbujas de aire que se unen a la partcula.2. Las burbujas de aire puedenmantener las partculas en lasuperficie, si se forma una espuma estable.Para cumplir esos principios bsicos, se usan reactivos qumicos. Estos agentes deflotacinsonlosllamadoscolectores,activadores,depresoresymodificadores.Sus acciones principales son:1. Hacen la superficie del mineral repelente al agua (flotado).2. Previene o evitan que otros minerales se hagan repelentes al agua.3. Forman una espuma razonablemente estable.Slo las partculas minerales hibrofbicas se adhieren a las burbujas, en tanto que las hidroflicas no se adhieren (ganga).Existenespeciesconhidrofobicidadnativa,inherenteo natural.Porejemplo, talco, azufre, grafito, molibdenita.Elrestodelasespeciessonhidroflicas,porloquenosonseleccionables mediante una corriente de burbujas.Hidrofobizacin Inducida:La accin de los reactivos colectores, modifica las propiedades superficiales.Se genera una transicin selectiva, inducida por colectores.HidroflicaHidrofbicaEs posible flotar minerales muy variados, incluso sales.Si se dispone de los reactivosqumicos adecuados, se puede separar casi todas las especies minerales.3Estudio de la afinidad de fases.Superficie hidrfoba es afn con una fase gaseosa (burbuja).Superficie hidroflica no es afn con una fase gaseosa (burbuja).I.2 Fisicoqumica de Superficies.I.2.1 Tensin Superficial.Lapropiedadquecontrolalaadhesinentrepartculayburbuja,eslaenerga libre superficial.Laadhesinocurreenagua,dondelaspartculasformanunapulpamineral,y donde se generan las burbujas de aire. Se establece un sistema trifsico, slido (mineral) -lquido (agua) - gas (aire). Si se supone un sistema formado por dos fases, se establece una interfaz (plano de separacin fsica entre dos fases), que puede ser:f1f2Lquido - gas, slido - lquido, slido - gas o lquido - lquido.Lapropiedadmsimportantedelainterfaz eslaEnergaLibreInterfacial,GS, laspropiedadesdelainterfazsondistintasalaspropiedadesdecadafase.Interesa considerar las propiedades de la primera.

###Gs = G###+ G###

###Se puede derivar la ecuacin fundamental de la qumica de superficie, a travs de las siguientes