UNIVERSIDAD DE ATACAMAFACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE METALURGIA

Físico-QuímicaTensión Superficial

Profesor : Juan Chamorro G.Alumnos : Carlos Gómez R

Michelle Mendieta A.Asignatura : Físico-QuímicaFecha : 17/06/10

Índice

Introducción __________________________________________________________03

Fenómenos Interfaciales ________________________________________________04

Fuerza de Cohesión____________________________________________________05

Tensión Superficial ____________________________________________________05

Tensión Superficial de una gota __________________________________________08

Influencia de la temperatura sobre la tensión superficial ________________________08

Métodos de medición de la tensión superficial en líquidos ______________________10

Adhesión interfacial ____________________________________________________13

Angulo de contacto _____________________________________________________13

Métodos de medición del ángulo de contacto _________________________________15

Compuestos tensoactivos ________________________________________________16

Clasificación de los compuestos tensoactivos_________________________________17

Flotación _____________________________________________________________22

Reactivos utilizados en flotación ___________________________________________24

Espumas y espumación __________________________________________________27

Conclusión ____________________________________________________________30

Bibliografía ____________________________________________________________31

2

Introducción

Cuando se tienen dos o más fases en contacto a través de un plano

superficial o región interfacial ocurren los llamados fenómenos interfaciales. Si

analizamos una de las fases, vemos que dentro de la misma, las fuerzas de

atracción entre las moléculas se anulan, esto es porque la molécula esta rodeada

por otras similares en todas direcciones. Pero si analizamos las moléculas que

están en la superficie de la fase, las fuerzas hacia dentro de la fase son mayores

que las que van en dirección hacia la otra fase, es decir, estas partículas tienen

mas energía que las que están en el seno de la fase. Debido a esto es que los

líquidos tienden a tomar forma esférica, ya que esta forma es la más eficiente en

cuanto a la relación de volumen y área.

La tensión superficial en los líquidos se puede medir de diversos métodos,

entre ellos se encuentran 2 grupos fundamentales: métodos estáticos y métodos

dinámicos. Entre los estáticos tenemos el ascenso capilar y la forma de gota o

burbuja. Mientras que entre los dinámicos están: peso de la gota o

estalagmometrico, anillo de Du Nouy y la máxima presión de burbuja.

La hidrofobia o la aerofilia y la hidrofilia o la aerofobia dependen de, entre

otros factores, del ángulo de contacto. Este ángulo tiene dos métodos de medirse,

estos son: de la forma de burbujas o gotas adyacentes y el método de la placa.

Los llamados compuestos tensoactivos o surfactantes son aquellas

sustancias capaces de modificar las propiedades físicas de una superficie o de

una interfase, reduciendo la tensión superficial. Existen varios tipos de agentes

tensoactivos como por ejemplo los catiónicos, aniónicos, etc.

Veremos el proceso de Flotación y las aplicaciones de reactivos para

modificar sus propiedades, entre ellas, las tensiones superficiales.

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Fenómenos Interfaciales

Los fenómenos de superficies o interfaciales se presentan cuando se tienen

dos o más fases en contacto a través de un plano superficial o región interfacial,

tal como se muestra en la figura.

α

β

Representación de dos fases, α y β, en contacto a través de la interfase I.

De acuerdo con la definición de fase, sus propiedades son homogéneas,

pero cambian al acercarse a la región interfacial y debido a que esta región

representa una discontinuidad de las propiedades del sistema. Por lo tanto, las

moléculas que se encuentran en el seno de la fase están en equilibrio, ya que se

encuentran rodeados por similares, fenómeno que no ocurre en la región

interfacial.

α

β

Representación esquemática de moléculas en el seno de la fase (a) y en a región

interfacial (b).

4

Como las propiedades de las fases son distintas, en la región interfacial se

produce un desbalance de fuerzas que genera una Tensión superficial, que se

define como un efecto mecánico y que es normal al plano de la superficie.

 Fuerza de cohesión

  Es una fuerza de atracción entre moléculas que tiende a mantenerlas

unidas.  Por ejemplo, el alcohol tiene menor fuerza de cohesión entre sus

moléculas, que el agua. Por esta razón el alcohol se volatiza mas rápidamente que

el agua.

 Cuando se forma una gota de agua actúa tanto la fuerza de cohesión como la

tensión superficial. Mientras la fuerza de cohesión mantiene unidas a las

moléculas del líquido en la gota, la tensión superficial hace que tome la forma

esférica, minimizando el área de la superficie que encierra a la gota.

 Si depositamos gotas de alcohol y aceite sobre vidrio, notaremos que la gota

de alcohol se aplasta más que la gota de aceite, debido a que la fuerza de

cohesión y la tensión superficial del aceite son mayores que en el alcohol.

 Una aplicación de esto ocurre cuando lavamos ropa. Resulta que la tensión

superficial del agua disminuye al mezclarla con detergente. Esta propiedad es la

que permite limpiar mejor la ropa, porque al disminuir la tensión superficial del

agua, ésta penetra mejor en las fibras de las telas y los químicos que contienen

esos detergentes actúan para sacar la mugre de ellas y así limpiar la ropa.

Tensión superficial

En toda porción de materia existen fuerzas intermoleculares que en cierta

forma mantienen unidas las moléculas que la componen. Si se piensa en una

molécula ubicada en el seno de, por ejemplo, un líquido, esta está rodeada de

moléculas de su misma naturaleza, por lo que las fuerzas de atracción

5

intermoleculares se compensan produciéndose un equilibrio energético. Este

equilibrio se rompe en la frontera, superficie, produciéndose un desbalance

energético. Es decir, las moléculas superficiales tienen una mayor energía que

aquellas ubicadas en el seno del líquido. Evidentemente la magnitud de este

desbalance depende de la naturaleza de las interacciones moleculares. Este

exceso de energía se denomina “energía libre superficial”.

Aumentar el área superficial de una cierta masa de líquido significa, por lo

tanto, entregar energía al sistema en forma de trabajo. Esta energía está dada por

la siguiente expresión; en condiciones de temperatura, presión y masa

constantes:

Donde:

G: energía libre superficial

A: área superficial

ϒ: tensión superficial

Reordenando la ecuación anterior se obtiene una expresión que define la tensión

superficial (ϒ) esta expresión es

En consecuencia, la tensión superficial es una medida del trabajo requerido

para aumentar la superficie en una unidad de área; a presión, temperatura y masa

constantes. En otras palabras es una energía libre superficial específica. Las

dimensiones de ϒ son (energía/área) o (fuerza/longitud).

La magnitud de la tensión superficial está directamente relacionada con la

magnitud de las fuerzas intermoleculares. Por lo tanto, si se conoce la naturaleza

química del líquido, es posible estimar el orden de magnitud de su tensión

superficial.

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Las interacciones moleculares y enlaces químicos más frecuentes, en orden

creciente de su fuerza de unión son:

- Fuerza de London-Van der Waals o de dispersión.

- Interacciones dipolo-dipolo inducido.

- Interacciones dipolo-dipolo.

- Enlace de hidrogeno.

- Enlace iónico.

- Enlace covalente.

- Enlace metálico.

Las fuerzas de dispersión son fuerzas atractivas débiles existentes en toda

materia, independiente de su naturaleza química. Tienen su origen en los

llamados dipolos instantáneos. Los valores de tensión superficial más bajos los

presentan los líquidos que interactúan solo con fuerzas de dispersión, y los más

altos los metales fundidos.

En la naturaleza, un proceso espontaneo ocurre cuando existe una

disminución de la energía libre. En este caso, una disminución de la energía libre

superficial se puede producir por una disminución de área o por una disminución

de la tensión superficial, la primera situación explica la existencia de fenómenos

tales como la coalescencia y la esfericidad de gotas y burbujas; la segunda, la

espontaneidad de la adsorción superficial de compuestos tenso activos que

reducen la tensión superficial.

En el caso de un sólido, la creación de nuevas superficies se produce por

ruptura, donde la energía superficial es la suma de dos componentes:

- Ruptura de enlaces.

- Reordenamiento de átomos superficiales en un nuevo equilibrio

Actualmente no se dispone de métodos experimentales que permitan medir

la tensión superficial de un sólido, por lo que su efecto se analiza a través de

fenómenos interfaciales directamente medibles.

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Tensión Superficial de una Gota

Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y

es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de

superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea

estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, entonces

por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido

lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco

cuando está en contacto un líquido con un recipiente.

Influencia de la temperatura sobre la tensión superficial

La tensión superficial (γ) de todos los líquidos disminuye al aumentar la

temperatura. El efecto que produce un soluto sobre la tensión superficial de un

liquido depende de la naturaleza química del soluto, si las dos sustancias son

químicamente parecidas probablemente sus tensiones superficiales no difieren

mucho por lo que al mezclarse, la solución resultante tendrá probablemente

tensiones superficiales cercanas a una función lineal de las concentraciones.

La tensión superficial disminuye al aumentar la temperatura, esto se debe a

que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica.

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Tabla de valores de tensiones superficiales para distintos compuestos.

Sustancia Temperatura [ºC] γ [erg/cm2]

Neón -248 5,5

Argón -188 13,2

n-heptano 20 19,7

Metanol 20 22

Etanol 20 22,3

Benceno 20 28

Agua 20 72,4

Mercurio 20 484

Plata 960 930

Oro 1120 1128

Métodos de medición de la tensión superficial en líquidos:

Formalmente, la tensión superficial está definida para el liquido o solido en

equilibrio con su vapor. Sin embargo, debido a las dificultades que se presentan

para realizar las mediciones, se denomina tensión superficial a la medida que se

obtiene en presencia de aire atmosférico.

Existe una variedad de métodos para determinar la tensión superficial, los

que se pueden clasificar en dos grandes grupos: estáticos y dinámicos.

Métodos estáticos:

Ascenso capilar.

Forma de gota y burbujas.

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Métodos dinámicos:

Peso de la gota o estalagmometrico.

Anillo de Du Nouy.

Máxima presión en la burbuja

Ascenso capilar:

Cuando un tubo capilar de vidrio, abierto en ambos extremos, se introduce

verticalmente en un liquido, el liquido ascenderá o descenderá por él según si este

moja o no las paredes del tubo, hasta alcanzar una cierta altura en que se

produce un equilibrio entre el efecto de la tensión superficial y el peso de la

columna hidrostática. El valor de ϒ se obtiene de la siguiente expresión:

Donde:

h: altura de la columna liquida dentro del capilar

g: aceleración gravitatoria

r: radio del capilar

ρ: densidad del liquido en cuestión

Peso de la gota:

El método consiste en dejar escurrir un cierto volumen de liquido a través

de un aparato denominado estalagmometro, en cuyo extremo capilar el liquido cae

formando gotas. El peso por gota se relaciona con el valor de la tensión superficial

a través de la siguiente expresión: W= 2𝝅rFγ

Estalagmometro

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Dónde:

R: radio interior del capilar.

F: factor de corrección debido al desprendimiento irregular de las gotas.

Anillo de Du Nouy

Este método permite determinar la tensión superficial midiendo la fuerza

requerida para desprender un anillo metálico desde la superficie del líquido. La

fuerza de desprendimiento está dada por la tensión superficial multiplicada por el

perímetro de la superficie suspendida. Este perímetro total es 2 veces la longitud

del anillo, pues el menisco ejerce su acción a ambos lados del anillo la expresión

para determinar la tensión superficial incluye un factor de corrección B que se

adjunta al equipo.

Donde:

F: fuerza requerida para desprender un anillo metálico desde la superficie del

líquido

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B: factor de corrección

Adhesión Interfacial:

Si se pone en contacto dos fases de distinta naturaleza, la interacción de

las energías superficiales se conoce como tensión interfacial. Así entonces se

tendrá, por ejemplo, tensiones interfaciales sólido-gas, sólido-liquido, liquido-

liquido, liquido-gas.

Es de particular interés, para el caso de la flotación, la interacción de 3

fases: sólido, líquido (agua) y gas (aire). Esta situación se presenta al depositar

una gota de líquido o una burbuja de aire sobre la superficie de un sólido.

Angulo de contacto.

En 1805 Thomas Young propuso analizar esta situación como un equilibrio

mecánico de las tensiones interfaciales, caracterizando este equilibrio con el

ángulo θ formado por el plano tangente a la interfase liquido gas y el plano

formado por el sólido en el contacto trifásico sólido-liquido-gas. Como muestra la

siguiente figura.

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Se tiene entonces que, cuando este ángulo, denominado ángulo de

contacto, es igual a cero, el líquido ha desplazado al gas de la superficie sólida,

por lo que se dice que el líquido moja totalmente el sólido, y se asigna a este el

adjetivo de hidrofílico o aerofóbico. Cuando el ángulo es de 180º, el gas ha

desplazado al líquido, diciéndose que el aire moja totalmente al sólido, adquiriendo

éste el adjetivo de hidrofóbico o aerofílico. Las superficies sólidas naturales

presentan ángulos intermedios, los que caracterizas en grado de hidrofobicidad de

la superficie o en otras palabras la estabilidad relativa de las interfases sólido-gas

y sólido-líquido.

Hidrofílico Hidrofóbico

Desafortunadamente, de los términos involucrados en la definición del

ángulo de contacto solo puede determinarse experimentalmente la tensión

superficial del líquido. Sin embargo, es posible hacer un análisis cualitativo de los

términos de la ecuación escribiéndola de la siguiente forma:

Si:

γsg > γsl el ángulo de contacto será < 90º

γsg < γsl el ángulo de contacto será > 90º

γsg = γsl el ángulo de contacto será = 90º

γsg - γsl > γgl no existe ángulo de contacto, no hay contacto

trifásico. En otras palabras, el líquido se esparcirá sobre la superficie del

sólido impidiendo el contacto con el gas.

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De lo anterior se desprende que un ángulo de contacto cero representa una

condición límite para la existencia del contacto trifásico.

Métodos de medición del ángulo de contacto.

Existen 2 métodos principales:

- De la placa

- De la forma de burbujas o gotas adyacentes.

Método de la Placa:

Este método ha dado los valores mas reproducibles y probablemente los

valores del ángulo de contacto mas exactos. Se debe disponer de una placa del

sólido, la que se sumerge en el líquido en posición vertical. Enseguida se cambia

lentamente el ángulo de inmersión hasta lograr una posición en la que

desaparezca el menisco. El ángulo medido en estas condiciones corresponde al

ángulo de contacto.

Método de la forma de la burbuja:

Esta técnica se basa es fotografiar las burbujas o gotas yacentes y

relacionar el ángulo de contacto con la altura y radio de la burbuja o gota.

El ángulo puede también medirse trazando en la fotografía la tangente a la

interfase líquido gas, tal como se representa en la ecuación de Young. Otra

alternativa es instalar un goniómetro en el ocular del microscopio en el que se

realiza la observación.

Se ha observado que las mediciones realizadas por el método de la gota

dependen de la forma de la medición. Se obtiene valores distintos si la superficie

sólida ha estado antes en contacto con el líquido. Específicamente, si se retira

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parte del liquido de la gota, el ángulo cambia (ángulo de retroceso), lo mismo

ocurre si se agrega el liquido (ángulo de avance); el valor real se considera aquel

medido en condiciones de equilibrio. Este fenómeno se denomina Histéresis de

ángulo de contacto.

Compuestos Tensoactivos

El término surfactante o tensoactivo es una contracción del término

“agente de actividad superficial”, con el que se designa a aquellas sustancias que

son capaces de modificar las propiedades físicas (mecánicas, eléctricas, ópticas,

etc.) de una superficie o de una interfase, reduciendo la tensión superficial.

Desarrollado en 1950, el término surfactante ha sido universalmente

aceptado para describir sustancias orgánicas con ciertas características en

estructura y propiedades. Con mucha frecuencia se ha utilizado la palabra

detergente en lugar de surfactante. Sin embargo, siguiendo su definición de

sustancia capaz de lavar, el detergente puede contener además sustancias

inorgánicas que favorecen su acción detersiva.

Por su gran importancia en la industria, sobre todo en concentración de

minerales en el caso de los reactivos de flotación, estudiaremos en algún detalle la

acción de compuestos que modifican la tensión superficial producto de una

adsorción positiva en la interfase.

Se trata de compuestos orgánicos, con un radical hidrocarburo conveniente,

y un grupo polar como por ejemplo -COOH, -OH, .NH2, -CONH2, -SH, -SO3H, -

OSO3H y sales de estos compuestos.

Los compuestos tensoactivos pueden clasificarse en cuatro tipos según su

naturaleza: aniónicos, catiónicos, no ionizantes y anfotéricos.

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Clasificación de los compuestos tensoactivos.

- Compuestos aniónicos:

Son ácidos carboxílicos y sus sales de sodio o potasio con 12 o18 átomos de

carbono en la cadena. Su reacción de disociación es:

Su constante de disociación:

es muy pequeña, y la disociación está fuertemente influenciada por el pH: El ácido

carboxílico es estable a pH acido en forma molecular y a pH básico lo es en forma

ionizada, teniendo, por lo tanto, una mayor solubilidad en soluciones alcalinas.

De la expresión de kd se obtiene:

Donde pk = - log kd

|A-| = actividad del anión del acido en la solución.

|HA| = actividad de moléculas del acido en la solución.

Aquí: pH = pkd cuando |A-| = |HA|

Así, para el acido oleico por ejemplo pkd = 5, entonces el acido se disocia

cuando pH > 5, y se encuentra en forma molecular cuando pH < 5.

Por otra parte, las sales sódicas de ácidos carboxílicos se hidrolizas en el

agua:

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Por lo que se forma una solución con una cierta cantidad de acido libre

debido a la formación de una cantidad equivalente de iones OH-, así, a mayor

concentración de la sal, el pH de equilibrio es mayor.

Por otra parte, los ácidos no saturados se disuelven mejor en el agua que

los ácidos saturados.

Además, entre los componentes del primer grupo se encuentran también:

- Los ácidos sulfúricos R SO3H (o R SO2OH) y sus sales, los sulfatos por

ejemplo: R SO3Na

- Sulfatos (ésteres del acido sulfúrico) de forma general ROSO3H

- Compuestos catiónicos.

En este grupo figuran las aminas primarias, secundarias y terciarias y las sales

amoniacales cuaternarias que se disocian bien dando origen a electrolitos fuertes.

Las propiedades de las aminas se desprenden de las propiedades del

amoniaco. Una de ellas es la formación de sales por la reacción con los ácidos:

Esta facultad que le permite capturar el protón por el nitrógeno trivalente;

aparece también en las aminas.

El amoniaco con el agua forma una solución básica:

Para las aminas se tiene un comportamiento similar por ejemplo para la

dodecilamina:

cuya constante de disociación es:

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Así, a pH bajos (baja concentración de OH-), se favorece la disociación y,

por lo tanto, la solubilidad de las aminas.

El siguiente grafico confirma lo anterior:

Tensión superficial de las soluciones de clorhidrato de dodecilamina a diversos

pH.

En el gráfico se aprecia que las soluciones alcalinas, esto es cuando la

amina se encuentra en forma molecular, ella es mejor compuesto tensoactivo que

a pH acido donde es un compuesto ionizado, y se comporta como un electrolito

(son sustancias tensoactivas).

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- Compuestos no ionizantes.

A este grupo pertenecen todos los compuestos que contienen grupos etéricos,

CH2 – CH2O-n, obtenidos del oxido de etileno CH2 - CH2. También caen en este

grupo los compuestos de tipo alcohólico. O

- Compuestos anfotéricos.

Estos compuestos contienen en sus moléculas tantos grupos catiónicos y

aniónicos, como es el caso de la estructura: RNHCH2 COOH cuyas reacciones

serían:

H

Todas las propiedades de las disoluciones de estos compuestos, por

ejemplo, la solubilidad, facultad para formar espuma, humectación y reducción de

la tensión superficial, dependen en algo grado del pH y alcanzan ciertos valores

extremos a pH correspondiente al del punto isoeléctrico (las cargas positivas se

hacen igual a las negativas).

Propiedades similares caracterizan a las poliacrilaminadas, muy usadas en

la industria y que son polielectrolitos que se emplean como sustancias floculantes

o como compuestos tensoactivos.

Propiedades de los compuestos tenso activos

La solubilidad de la mayor parte de los compuestos tenso activos es muy

baja. En la siguiente tabla se indica la solubilidad en agua de algunos ácidos

grasos saturados y de algunas aminas, a 250c

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Compuesto Solubilidad [mol/L]

Ácidos grasos

C10 3x10-4

C12 1.2x10-5

C14 1x10-6

C16 6x10-7

C18 3x10-7

Aminas

C10 5x10-4

C12 2x10-5-2.3x10-4

C14 1x10-6

En la disolución de estos compuestos algunas moléculas pueden disociarse

y al mismo tiempo hidrolizarse formando acido. Ciertas concentraciones se llega a

producir asociaciones llamadas miscelas estructuradas, a base de centenares de

moléculas e iones del compuesto tenso activo.

La concentración de la solución a la que se produce miscelas se llama

concentración crítica de miscelas y se designa por CMC.

Un claro indicio de haber sobrepasado el CMC al preparar soluciones de

compuestos tensoactivos es el enturbiamiento de las soluciones, en que toma

características coloidales. El exceso de esta concentración influye claramente en

todas las propiedades de la solución (tensión superficial, conductividad y

transparencia) lo que se visualiza a continuación

Cambio de

diversas

propiedades

coloidales de

compuestos.

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Concentración critica de miscelas de algunos compuestos

COMPUESTOS CMC [mol/L] TEMPERATURA [ºC]

Laurato de sodio 3.59x10-2 20

Oleato de sodio 2.7x10-3 20

Oleato de potasio 7-12 x10-4 26

n-decil sulfato de Na 3.27x10-2 25

n-dodecil sulfato de Na 8-16x10-3 25

Muchas sustancias de muy baja solubilidad en agua, tal como los

hidrocarburos saturados, se disuelven mejor en aquellas soluciones coloidales de

compuestos tensoactivos que forman miscelas. De este modo es posible la

disolución de muchísimos compuestos casi totalmente insolubles. Una influencia

muy grande en este proceso tienen las sales inorgánicas. Se considera que

aquellas aumentan la facultad de los compuestos no polares para disolverse, en

forma conjunta y coloidal con las sustancias tensoactivas, en tanto que influyen en

forma más bien desfavorable sobre esta clase de soluciones de compuestos

polares.

Flotación

La flotación se define como un proceso físico-químico de tensión superficial

que separa los minerales sulfurados del metal de otros minerales y especies que

componen la mayor parte de la roca original.

Durante este proceso, el mineral molido se adhiere superficialmente a

burbujas de aire previamente insufladas, lo que determina la separación del

mineral de interés. 

La adhesión del mineral a estas burbujas de aire dependerá de las

propiedades hidrofílicas (afinidad con el agua) y aerofílicas (afinidad con el aire) de

cada especie mineral que se requiera separar de las que carecen de valor

comercial y que se denominan gangas.

21

En la etapa previa (molienda), se obtiene la roca finamente dividida y se le

incorporan los reactivos para la flotación. El propósito es darle el tiempo necesario

de residencia a cada uno de los reactivos para conseguir una pulpa homogénea

antes de ser utilizada en la flotación. Con la pulpa (o producto de la molienda) se

alimentan las celdas de flotación.

Al ingresar la pulpa, se hace burbujear aire desde el interior y se agita con

un aspa rotatoria para mantenerla en constante movimiento, lo que facilita y

mejora el contacto de las partículas de mineral dispersas en la pulpa con los

reactivos, el agua y el aire, haciendo que este proceso se lleve a cabo en forma

eficiente.

Esquema adhesión selectiva

B: burbuja;  P: partículas - g: sólido - gas;  s - l: sólido - líquido

Esquema de celda de flotación

22

Pocas partículas de especies minerales tienen flotabilidad natural. Es decir,

no forman una unión estable burbuja-partícula. Esto dificulta el proceso de

flotación y hace necesario invertir las propiedades superficiales de las partículas

minerales. Para ello deben mutar su condición  hidrofílica a propiedades

hidrofóbicas mediante el uso de un reactivo colector. Además, es necesario que

posean el tamaño adecuado para asegurar una buena liberación de las especies

mineral

Reactivos Utilizados:

Reactivos espumantes: alteran la tensión superficial de líquidos. Su

estructura les permite agruparse hasta formar otra fase distinta del resto del

fluido, formando una espuma que separa el mineral del resto de la

ganga. Su objetivo es producir burbujas resistentes, de modo que se

adhiera el mineral de interés.

Reactivos colectores: favorecen la condición hidrofóbica y aerofílica de las

partículas de sulfuros de los metales que se quiere recuperar, para que se

separen del agua y se adhieran a las burbujas de aire. Deben utilizarse

seleccionando el mineral de interés para impedir la recuperación de otros

minerales. 

Reactivos depresantes: se utilizan para provocar el efecto inverso al de

los reactivos colectores, esto es, para evitar la recolección de otras

especies minerales no deseadas en el producto que se quiere concentrar y

que no son sulfuros.

Modificadores de pH: sirven para estabilizar la acidez de la pulpa en un

valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que

el proceso de flotación se desarrolle con eficiencia.

Las burbujas de aire generadas arrastran consigo hacia la superficie los minerales

sulfurados, rebasando el borde de la celda de flotación hacia canaletas donde esta

pulpa es enviada a la etapa siguiente.

23

Mineral de Cobre concentrado en las burbujas

Este proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que en cada uno de

ellos se vaya produciendo un producto cada vez más concentrado.

Adicionalmente, se puede realizar un segundo proceso de flotación, con el

fin de recuperar el concentrado de otro metal de interés. El procedimiento es igual

que el anterior, pero utilizando reactivos y acondicionadores de pH distintos, lo que

permite obtener concentrados de dos metales de interés económico. 

La primera flotación se denomina colectiva, donde el concentrado contiene

dos o más componentes, y la segunda corresponde a la flotación selectiva, donde

se efectúa una separación de compuestos complejos en productos que contengan

no más de una especie individual. Un ejemplo de esto es la flotación de cobre y de

molibdenita.

Etapas del proceso de flotación

La flotación contempla tres fases: 

Fase sólida: corresponde a las materias que se quiere separar (material mineral). 

Fase liquida: es el medio en que se llevan a cabo dichas separaciones. 

Fase gaseosa: se refiere al aire inyectado en la pulpa para poder formar las

burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.

24

Celdas de flotación: Las hay de 3 tipos.

 Mecánicas: son las más comunes, caracterizadas por un impulsor mecánico que

agita la pulpa y la dispersa.

 Neumáticas: carecen de impulsor y utilizan aire comprimido para agitar y airear

la pulpa.

 Columnas: tienen un flujo en contracorriente de las burbujas de aire con la

pulpa, y de las burbujas mineralizadas con el flujo de agua de lavado.

Celda de flotación mecánica

Los productos de la flotación contienen habitualmente entre un 50% y 70%

de sólidos. Gran parte del agua contenida en las pulpas producidas por la flotación

es retirada en los espesadores de concentrado y cola, los que realizan

simultáneamente los procesos de sedimentación y clarificación. El producto

obtenido en la descarga de los espesadores de concentrado puede contener entre

50% y 65% de sólidos. El agua remanente en estos concentrados espesados es

posteriormente retirada mediante filtros hasta obtener un valor final que va desde

un 8% hasta un 10% de humedad en el producto final. Este último es la

alimentación para la siguiente etapa.

25

Espumas y Espumación

Para el proceso de flotación, las espumas son sistemas importantes, y

están ligadas a la acción de los compuestos tensoactivos.

Se pueden dividir en bifásicas y trifásicas (estas últimas están compuestas

de burbujas de aire, liquido y partículas solidas)

Las espumas al igual que otros sistemas dispersivos pueden formarse por

condensación y por dispersión. En el primer caso las burbujas de aire emanan de

la solución sobresaturada (la cerveza es un excelente ejemplo). En el segundo

caso se forman por la dispersión de un chorro de aire.

Las espumas poseen cierta resistencia mecánica y elasticidad. Ello

obedece a que la forma de las burbujas en la espuma queda determinada por la

tendencia del sistema al mínimo de energía libre.

Los líquidos puros son reactivos a formar espumas, en tanto que sus

soluciones con compuestos tensoactivos se forman espumas duraderas.

Las espumas son sistemas inestables. Esto se debe a algunos fenómenos

que suceden simultáneamente en la capa espumosa:

Cambio en el tamaño de las burbujas.

Reducción en el espesor de las membranas de líquido entre las burbujas.

Tendencia del sistema a una reducción del mínimo de la energía libre,

mediante la disminución del área interfacial.

Para el caso de la siguiente figura:

26

Para una burbuja la energía libre será 4Πr22ϒ, debido a la doble superficie de la

burbuja. Esta burbuja tiende a la reducción de la energía, la que se produce si su

radio se reduce en dr. El cambio de la energía superficial seria entonces 16Πϒr dr.

Si este proceso no se produce, debe ser equilibrado por la diferencia de presión 𝜟p del gas entre el interior y el exterior de la burbuja que impide el aumento de

volumen 4Πr2 dr.

Esto es:

Y debería ser igual al cambio de energía libre superficial:

De lo cual se obtiene:

(Para las burbujas de gas en un líquido resulta )

Así, en la burbuja 1 se tiene:

Y en la burbuja 2:

Con p0 la presión atmosférica.

Para que se produzca el equilibrio mecánico en la figura anterior la curvatura de la

membrana entre las burbujas (radio R0) debe respetar las siguientes condiciones:

Solo se llegara al equilibrio mecánico si la membrana entre las burbujas

fuese totalmente impermeable. En la práctica, el gas difunde desde la

burbuja menor, donde ay mayor presión, a la burbuja mas grande.

Si las diferencias entre R1 y R2 son pequeñas, a medida que sigue este

proceso ellas van aumentando. Por lo tanto con el tiempo aumenta la

diferencia de tamaño de las burbujas en la espuma produciéndose un

desplazamiento de esta.

27

La salida del líquido de las membranas entre las burbujas se debe a las

fuerzas gravitacionales y a la succión adicional en los nodos.

Como las tenciones superficiales y la presión son uniformes en una burbuja,

la diferencia de curvatura de las membranas deben, de acuerdo a la

ecuación ( ) producir diferencias en las presiones del liquido en las

membranas, y por consiguiente, el agua que está en las membranas es

succionada hacia los nudos entre las burbujas.

La evaporación del líquido produce también pérdidas de liquido en las

membranas.

Todos estos efectos producen la paulatina reducción del grosor de las membranas

en la espuma y finalmente su ruptura.

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Conclusión

Entender el significado de palabras como tensoactivo y fuerza de cohesión

es de suma importancia para comprender el fenómeno.

Descubrir los procedimientos experimentales para obtener el valor de la

tensión superficial de un liquido y entender el por qué una gota de agua tiene una

forma esférica son parte de los conocimientos que hemos adquirido.

Además este informe nos ha ayudado a responder a preguntas como: ¿el

jabón aumenta o reduce la tensión superficial? Ya que uno al observar una

burbuja tiende a pensar que esta tiene mayor tensión superficial, lo cual es

incorrecto. ¿A mayor temperatura que pasa con la tensión superficial? Esta

disminuye ya que las fuerzas de cohesión se debilitan.

Gracias a la realización del presente informe nos hemos dado cuenta de la

importancia que tiene este fenómeno llamado tensión superficial tanto en la

naturaleza como en la industria metalurgista ya que es muy usado principalmente

en la hidrometalurgia, en el área de flotación

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Bibliografía

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http://labbio.bligoo.com/content/view/444744/Experimenta-Ascenso-

capilar.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensión_superficial

http://www.reocities.com/petersonpipe/puedefallar/puede23.html

http://www.codelcoeduca.cl/proceso/flotacion/t-profundizacion.html

Físico Química de Superficies

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Flotación

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Termodinámica

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Físico Química Vol. 1

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