Flotación Y Concentración De Minerales_angel Azañero Ortiz.pdf

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Historia, Introducción y Definición de la Flotación. Fisicoquímica de Superficie y Cinética de Flotación. Reactivos de Flotación de Minerales. Variables del Proceso de Flotación. Celdas de Flotación. Circuitos de Flotación y Balance Metalúrgico. Flotación de Minerales Sulfurados. Flotación de Metales Preciosos. Flotación de Minerales Oxidados de Plomo, Cobre y Zinc. Concentración Gravimétrica de Minerales. Evaluación de Reactivos de Flotación. Modelos Matemáticos para Simular Flotación Industrial a Partir de Pruebas de Laboratorio.

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'ÍNIVERSIDAD NACIONAL

MAYOR

LIMA - PERÚ

DE SAN

MARCOS

FLOTACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE M I N E R A L E S

ANGEL AZAÑERO ORTlZ

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

L I M A - PERÚ

Flotación y Concentración d e M i n e r a l e s

La presentación y disposición de: "Concentración y Flotación de Minerales" son propiedad de Á n g e l Azañero Otiz. Email: [email protected] [email protected]

Primera e d i c i ó n :

2015

D E D I C A T o k l A

T Diseño y diagramación: Editorial Colecciones J ó v i c

L

Tiraje: 1000 unidades Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2015-11571 Indecopi: partida registral N° 00760-2015

Impresión: Editorial Colecciones J ó v i c De: José Carlos Esquivel Sánchez Av. Argentina Stand I - 19 Primer Piso Galería Unicentro; Cercado de Lima - 1 Telf.: 332 4732

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a elaboración de un libro no es tareMácil, requiere mucha disciplina, firmeza y tenacidad, para alcanzar los objetivos y a d e m á s la contribución de muchas p e r s o n a s , por eso qujero dedicar este libro a mi e s p o s a Elena Rosales por su apoyo, pac¡encia>Qomprensión durante la redacción, a mis hijas María Elena por darme soporfénnformático y a María del Pilar por s u asesoramiento legal y ambas por ayudarme en la traducción de artículos técnicos. Especial reconocimiento a mi hermano Segundo Augusto, quien continuó la tarea en forjarme una profesión al fallecimiento de m i padre. A mis padres Augusto y Mavila, que ya no están con nosotros y que habrían disfrutado con la salida a la luz de este texto y que hubiesen compartido conmigo con mucha alegría y satisfacción.

,

[email protected] Esta obra se terminó de imprimir en el mes de agosto del 2015 Todos los derechos reservados. Quedando totalmente prohibida, sin la autorización escrita del titular de los derechos, bajo sanciones establecidas en las leyes vigentes sobre la materia, la reproducción parcial o total de los contenidos de los artículos, fotografías, cuadros y dibujos de esta publicación por cualquier medio o procedimiento electrónico, mecánico, fotocopia, fotografía, etc.

Impreso en Perú

Printed in Perú 3

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

AGRADECIMIENTO

PROLOGO

E

l autor reconoce con gratitud la ayuda que han proporcionado todos y cada una de las instituciones, e m p r e s a s m i n e r a s , directivos y personalidades, mediante su participación que de alguna u otra forma han hecho posible la ejecución ydifusión de este libro: Al Dr. Pedro Cotillo Zegarra Rector de la Universidad Nacional IVlayorde San Marcos, al Dr. Carlos Cabrera, Decano de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minas, Metalurgia y Ciencias Geográficas y al Ing. Jorge Ventosilla, Director de la EAP Ingeniería Metalúrgica. Al Director del Instituto de Investigación de la facultad Magíster Daniel Lovera, a todos y cada uno de los docentes de mi escuela p o r s u apoyo constante, a las secretarias Srta. Bertha Laura, Myrella Miranda y Doris Vásquez, por el apoyo en el mecanografiado y a i Bachiller José Pumayalli, que se encargó del diseño de cuadros, diagramas y f i g u r a s . Proporcionaron

muestras

de

minerales

y visita

a

sus

plantas

concentradoras: Al Dr. Daniel Biggemann Presidente del directorio y al Ing. Rodrigo Soria Gerente General de Minera Santa Lucía de Bolivia. A l o s ingenieros:MelchorTenorio, Gerente General,Belisariode la Cruz y Romel Vera de Minera Paraíso. Al Ing. Víctor Guillermo Santolalla Meyer; Gerente General y al Dr. Tomas Rosales León; Asesor Financiero de Compañía Minera Sap Nicolás Al Ing. Francisco Cárdenas Presidente del Directorio d e Minera La Candelaria. Al Ingeniero Manuel Cabrera Meléndez, Presidente de la Cámara Júnior de Oro del Perú. A los Ingenieros: Rosa Amelia Coronado, Vidal Aramburú, Luis Puente, Luis Orihueia, Marilú Calderón, profesores de la escuela que se encargaron de la revisión y corrección. A los Ingenieros: Benigno Aquino, Marco Morales Valencia, Erica Huanca, Daniel Yataco, Alberto Arotinco, Ismael Molina, Jesús Rodríguez, Dora Matias, Antonio l\/lanzanares, Sergio Gallesi, Fiorella Montalva, colaboraron con información y o p i n i ó n técnica actualizada. A mis profesores:Ings.Guillermo Tantaleán Vanini, Gustavo Vela, Elard León, Samuel Rosario y Eusebio Dionicio y otros que ya no están con nosotros c o m o la Dra. Gladis Young de Banchero y el Ing. Teófilo Baldeón. A mis colegas, exalumnos y a i u m n o s que sería difícil enumerarlos a todos. Angel Azañero Ortiz

E

ste libro está dirigido a estudiantes, docentes universitarios, investigadores, profesionales del sector público y privado que se desarrollan en la metalurgia extractiva. Si bien los temas del texto son altarfíente especializados y se ocupa de la difusión del conocimiento, y procesos técnico-científicos para enriquecer nuestros recursos minerales, no deja de preocuparnos un tema de palpitante actualidad no solo en el Perü, sino a nivel global, es el medio a m b i e n t e y e l entorno social. La opinión ektá dividida en cuanto a que unos dicen que la minería tiene un impacto ambiental severo mucho más que cualquier otra actividad y, por lo tanto, nó se debe aprovechar nuestros recursos naturalesyla otra que opina en serüido contrario que la minería sí debe confinuaren producción. \ C o m o todos s a b e m o s el Perú ha s i d o \o desde tiempos inmemoriales y lo seguirá siendo por mucho tiempo, la pregunta es ¿qué actividad económica no impacta? Pues todas d e ^ l g u n a u otra forma. Por otro lado sí a la población le preguntan ¿qué prefltec^s agua u oro? La respuesta es obvia, o si a una población cercana al mar donde se va a explorar y explotar petróleo le muestras en la televisión todos los días una plataforma que se está incendiando, obviamente los habitantes de ese lugar s e van a oponer al desarrollo de ese proyecto; con la tecnología actual (fue se dispone para ambos ejemplos mostrados se puede eliminar ese r i e s g o o mitigara rangos que no dañen al medio ambiente, en ese sentido iKiy mucho que trabajar, difundir y hacer entender incluso a .uiuellos dirigentes que no entienden o no quieren entender que la minería K í s p o n s a b l e s i puede seguir trabajando. Con respecto a los inversionistas mineros; deben d e s a r r o l l a r e n la zona '1(1 influencia proyectos en valor de tal manera que la población no se vea ilüctada cuando los recursos minerales se agoten y la mina cierre. El I .lado debe vigilar que todos paguen impuestos y se formalicen y estos iiHjontes recursos aprovechados para generarempleo y progreso mediante l.i inversión en infraestructura, seguridad, educación, salud e invesfigación. Finalmente recalcarque el 9 5 % de los metales no ferrosos, y gran parte ' l i ' los minerales ferrosos y no metálicos, se procesan por flotación. Por ' r . l i i razón es de gran Interés para el ingeniero metalúrgico el conocimiento 'lo los principios teóricos científicos q u e l o s u s t e n t a n , a s í c o m o t a m b i é n sus .ipllcficiones prácticas en la industria minero metalúrgico. EL A U T O R

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

INTRODUCCION

L

os metales siempre llamaron la atención al liombre desde los inicios de su existencia, estos materiales se hallaban en la superficie de las zonas mineralizadas en forma de óxidos y en el caso del cobre, plata y oro también en forma metálica o como elementos nativos. Los antiguos peruanos trabajaron los minerales desde antes de la época preinca, lo s a b e m o s por muchos tesoros encontrados en las diferentes culturas y ahora se exhiben en los diversos museos, aprendieron a manejar los metales, como lo describen las obras citadas en el primer capítulo. En cuanto a la exploración, minado y metalurgia se ha avanzado mucho, tenemos una variedad de minerales de muy difícil ubicación, extracción y metalurgia, habiendo logrado tener profesionales m u y competitivos en los tres c a m p o s , no por algo la minería aporta con el 6 0 % de los ingresos al estado, siendo el cobre y el oro los dos primeros productos en importancia que exporta. En ese contexto con el auspicio de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, mediante RR N" 00779-R-14, del 17 de febrero del 2015, y e n base la experiencia profesional ydocente escribo este libro que está dirigido a los estudiantes y profesionales de la especialidad que coadyuve a actualizar, mejorar y entender los diferentes temas para lograr una óptima recuperación de los minerales, especialmente por los procesos de flotación ygravimetría. Este libro no tiene la intención de hacer propaganda a una marca de e q u i p o o m á q u i n a e n p a r t i c u l a r , t a m p o c o t i e n e la intención de recomendar o no el uso de algún o algunos reactivos de flotación que se mencionan en este texto,' nuestro objetivo es d a r á conocerlos conocimientos disponibles en los diferentes medios escritos y l o s adquiridos por nuestra experiencia, que actualmente se aplican en el procesamiento de minerales por flotación. En el primer capítulo tratamos sobre la historia de la metalurgia y e n particular de la flotación que cumple unos cien años desde su descubrimiento, con el objeto de a p r e c i a r c o m o e n los Inicios de la flotación se usaba varios kilogramos de un determinado t-eactivo y ahora se ha reducido a unas decenas,de gramos por tonelada, otro aspecto importante es lo referente a los reactivos que se usaron con la invención de la flotación, muchos de ellos se siguen usando actualmente, como el cianuro de sodio, dicromato de sodio, xantatos, ditiofosfatos y sulfato de cobre, algunos altamente tóxicos para el medio ambiente y la salud h u m a n a , por lo que la tendencia actual es a remplazados total o parcialmente por otros menos dañinos; e n e s t e campo aún queda mucho porhacer. Otro equipo a resaltar es la celda callow fue patentada en 1914, remplazaba la agitación mecánica por agitación neumática, la máquina era en forma de un cajón de 50 c m . de profundidad, 100 c m . de ancho y 2 0 metros de largo. Este conocimiento 6

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s ayudó y dio origen a un equipo mejorado parecido, pero instalado en forma vertical; actualmente se le denomina celda columna. En el capítulo II, se define los fenómenos interfacíales, ángulo de contacto, potencial zeta, potencial isoeléctrico y su importancia en la flotación. Explica la interacción de los reactivos al c a m b i a r l a superficie de los m inerales al volverlos más o menos hidrófilos o hidrófobos, según lo que el metalurgista quiera hacer con el mineral valioso. La cinética de flotación, como influye en el desarrollo del proceso metalúrgico, c o m o determinar el índice cinético y e l índice de selectividad. Los reactivos químicos su clasificación y l o s usos que se le da a los principales reactivos empleados en la flotación se trata en forma amplia en el capítulo lil, campos de acción de los diferentes reactivos en función del pH y temperatura, fórmulas químicas de los principales colectores y e s p u m a n t e s , nuevas tendencias y características que deben tener los reactivos de flotación en un futuro próximo, manejo de los reactivos químicos deflotación en función de la seguridad del t r a b a j a d o r y d e l medio ambiente. Las variables que intervienen en el proceso de flotación de minerales y las herramientas para enfrentar y optimizar cada uno de estos parámetros, se trata e n el capítulo IV. Indudablemente todas las variables son importantes; solo por citar un ejemplo, el aire influye químicamente en el proceso de flotación y como medio de transporte de las partículas de mineral hacia la superficie, en consecuencia el aire es una variable importantísima, sin él no hay burbuja y por lo tanto no hayflotación. En el capítulo V, resaltan la celda de laboratorio y e n forma m á s am plia los equipos desde sus inicios de la flotación hasta las celdas de gran volumen que están saliendo al mercado, las cuales actualmente alcanzan hasta 500 m ' de capacidad. También se trata las celdas columna y muchas otras celdas que se han introducido en el mercado local y mundial. Importancia de las celdas en el proceso de flotación m o d e r n a . En la bibliografía especializada se puede tener mayor información o solicitando a los m i s m o s fabricantes de acuerdo a las necesidades del proyecto minero metalúrgico a ejecutar. Los circuitos de flotación y balance metalúrgico s o n tratados en el capítulo VI, desarrollo de los diagramas de flujo en función del mineral o minerales a beneficiar reglas a tener presente en el planeamiento de un circuito de flotación. Importancia de los flow sheets en el desarrollo de los balances de m a s a de los diversos circuitos de flotación; balance metalírgico para d o s , tres y cuatro productos de flotación y software usados para facilitar los cálculos en trabajos de investigación y optimización en planta concentradora. La flotación de minerales sulfurados d e : cobre - molibdeno, separación del cobre/molibdeno; flotación de cobre-plomo-zinc, y separación del bulkcobre-plomo;flotac¡ónde minerales de antimonio;flotación de fluorita; 7

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

flotación de minerales de m a n g a n e s o (pirolusita). Contaminantes de arsénico, antimonio, mercurio, bismuto y m a n g a n e s o en los concentrados sulfurados y como eliminar a atenuar su efecto durante o d e s p u é s de la flotación y avances en flotación de minerales sulfurados es visto en detalle en el capitulo VII y en el capitulo IX se trata la flotación de los minerales oxidados.

INDICE

En el capítulo VIII, se tiene un amplio panorama de la flotación de los metales preciosos: oro y plata, métodos de recuperación del oro enfocado principalmente d e s d e el punto de vista de la flotación. Aspectos físicos y químicos de la flotación del oro, sinergia del doble colector y doble e s p u m a n t e , efectos galvánicos. Flotación del oro en sus diversas f o r m a s e n q u e s e encuentra en la naturaleza: flotación de oro telurado, flotación de oro en minerales complejos o refractarios, flotación del oro de minerales carbonáceos, oro en pirita, marcasita, arsenopirita y pirrotita, etc. Diagramas de flujo para flotar oro. Minerales de plata yflotación d e estas m e n a s . Finalmente mostramos un cuadro estadístico con la producción del oro en el Perú desde 1901 hasta el año 2 0 1 3 . El último capítulo tratamos los diferentes métodos de concentración de m i n e r a l e s : gravimetría; (jig, m e s a y espiral humphrey), sink and float y concentración magnética. Es necesario puntualizarlos adelantos y progreso que se han tenido en los últimos años en lo referente a capacidad de procesamiento de minerales, en nuestro medio ya están operando plantas concentradoras con más de 100 000 toneladas diarias y la tendencia es a incrementarse a 200 000 y posiblemente en el mediano plazo ya se estará procesando 500 000 toneladas por día. Otro aspecto de interés es la optimización en el uso del a g u a , con cero de efluentes líquidosal medio ambiente, producción de relave en pasta con el objeto de recuperar m á s agua y facilitar la disposición de los relaves en menores áreas, con esto se consigue un entorno más sano y s a l u d a b l e y disminuir la tensión social m u y sensible a la minería por los pasivos ambientales que han quedado de operaciones metalúrgicas a n t i g u a s . La tecnología actual es también capaz de eliminar o disminuir los elementos o compuestosformadosdurante las operaciones de concentración yflotación de minerales, de tal manera que la minería responsable, sí se puede desarrollar conjuntamente con la agricultura y la ganadería.

El

autor

CAPITULO I HISTORIA INTRODUCCIÓN Y DERNICION DE LA FLOTACIÓN 1. Metalurgia en la Época Preincaica 2. Época Incaica 3. Época Colonial 4. Metalurgia durante la República 5. Histona de la flotación 6. Flotación durante el siglo XIX 7. Desarrollo d e la flotación a principios del siglo XX 8. Desarrollo de nuevos reactivos y máquinas 9. Flotación a fines del siglo XX e inicios del siglo XXI 10. Desarrollo de la flotación en el Perú 1 1 . Definición de la flotación 12. Descripción del proceso de flotación 13. Importancia de la flotación 14. Avances en el proceso flotación 15. Diagrama de flujo para el procesamiento de minerales por flotación

15 18 21 25 26 27 28 33 34 35 37 38 39 40 41

CAPITULO II FISICOQUIMICA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

DE SUPERnCIE

Y CINETICA DE FLOTACIÓN

Fisicoquímica de superficies e interfaces Iones determinantes del potencial Efectos de las propiedades de la doble capa eléctrica Potencial zeta y punto isoeléctrico Termodinámica de las interfaces Angulo de contacto Contacto de tres fases Importancia del ángulo de contacto en la flotación Influencia de los reactivos Contacto entre partícula y burbuja Cinética y a d h e s i ó n entre partícula y burbuja Cinética de flotación ecuaciones cinéticas de flotación batch y flujo continuo Indice cinético Indice de selectividad

45 50 52 54 56 56 56 59 59 59 60 60 63 64 65

CAPITULO III Mr ACTIVOS DE FLOTACIÓN DE MINERALES 1 Mi'.iclivDS de / ( l.i.ilicación de los reactivos de 1 , Culoclores: xantatos

8

flotación flotación '.

69 70 71 9

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 4. 5

Rangos de pH de trabajo de los diferentes colectores 75 Promedio de vida de los xantatos en función del pH y la t e m p e r a -

• tura

15. Reactivos químicos de flotación: seguridad y medio ambiente CAPITULO IV

'' °^ 91 V: 9° 99 101 102

VARIABLES DEL PROCESO DE FLOTACIÓN 1. Definición y variables más importantes 2. Componentes principales en la flotación 3. Variables de la flotación: Mineral 4. Oxidación del mineral 5. Granulometria del mineral 6. Influencia de las lamas o f i n o s 7. Densidad de pulpa y porcentaje de sólidos 8. Acondicionamiento y aireación de la pulpa 9. pH 10. Factor reactivos y dosificación 1 1 . Cargas circulantes 12. Aire y su importancia en la flotación 13. Efecto del agua en flotación de minerales

109 111 111 113 115 no 117 \ \

' l^'i 122

CAPITULO V CELDAS DE FLOTACIÓN 1. Importancia de las celdas de flotación 2. Celdas de flotación mecánica 3. Celda de laboratorio 4. Celdas convencionales 5. Celdas de gran volumen 6. Celda de flotación flash 7. Celda columna 8. C o l u m n a de flotación de tres productos-C3P 9. Flotación Neumática 10. Celda J a m e s o n 1 1 . Celda de contacto

127 128 1-^2 1-^5 136 1*-* "^^^ 153 155 156 158

160 161 163

CAPITULO VI

11

6. Ditiofosfatos 7. Espumantes 8. Reactivos modificadores 9. Modificadores del medio o de pH 10. Activadores 1 1 . Depresores 12. Nuevas tendencias en reactivos de flotación 13. CMC (carboximetil celulosa de sodio) 14 Características que deben tener los nuevos reactivos de flotación

10

12. Criterios para seleccionar celdas de flotación 13. Dimensionamiento de celdas de flotación 14. Importancia de las celdas en el proceso de flotación moderna

CIRCUITOS DE FLOTACION Y BALANCE METALURGICO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Circuitos de flotación 169 Diagrama de flujo para ingeniería 176 Diagramas de flujo de flotación 177 Circuitos de flotación de minerales 177 Clasificación de los circuitos de flotación 189 Reglas a tener presente en el planeamiento de un circuito de flotación 193

7. Balance metalúrgico 8. Importancia y objetivos del balance metalúrgico 9. Conceptos básicos para calcularel balance 10. Evaluación de los procesos metalúrgicos 1 1 . Cálculos metalúrgicos 12. Balance metalúrgico de dos productos 13. Balance metalúrgico de tres productos 14. Balance metalúrgico para cuatro productos

193 194 195 198 198 198 201 206

CAPITULO VII I LOTACIÓN DE MINERALES

SULFURADOS

1. 2. 3. 4. n (í ! M

Flotación de minerales 213 Flotación de sulfuros 216 Flotación diferencial o selectiva 218 Flotación de sulfuros de cobre - molibdeno 218 I lolación diferencial cobre - molibdeno 221 I loinción de sulfuros de cobre, plomo, y zinc 223 Siiparación bulk: cobre/plomo 229 I Ini.ición de minerales de antimonio 236 I i'ii.ición de fluorita 237 10 I lalación de m i n e r a l e s d e m a n g a n e s o (Mn02) 238 I I Coniaminantes de arsénico yantimonio en los concentrados sulfurados 239 12, Míircurlo y bismuto en los concentrados sulfurados 240 13 M a n i j a n o s o e n los concentrados sulfurados 241 14. Aviincos en flotación de minerales 241 CAPITULO VIII

ñ fíTACION DE METALES PRECIOSOS t Iniiciilucción a la flotación y producción del oro yplata

245

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 2. Minerales auríferos principales 3. Procesamiento de menas auríferas 4. Concentración y recuperación de oro por gravedad 5. Flotación y química de la flotación del oro 6. Flotación del oro 7. Reactivos químicos yotros parámetros para flotar oro 8. Tamaño de partícula para flotar oro 9. Factores químicos yfísicos que afectan a la recuperación del o r o . . . 10. Flotación del oro aluwalen ganga de óxidos 1 1 . Flotación de oro libre en ganga de sulfuros de hierro 12. Flotación de oro en solución sólida en sulfuros refractarios 13. Flotaciónde mineralesde ganga en menas auríferas 14. Flotación de teluros de oro 15. Flotación de pirita aurífera 16. Flotación de arsenopirita-oro 17. Flotación de la pirrotita asociada al oro 18. Flotación de sulfuros de cobre-oro 19. Flotación de galena - esfalerita - oro 20. Flotaciónde minerales carbonáceos asociados al oro 2 1 . Tratamiento porflotación de oro-sulfuros con silicatos flotables 22. Flotación flash para recuperar oro... 23. Flotación en columna 24. Tratamiento del oro porflotación y cianuración 25. Diagramas de flujo para flotar oro 26. Minerales de plata 27. Flotación de minerales de plata

253 258 259 261 264 265 267 269 271 271 272 272 273 273 275 276 277 278 279 280 280 281 281 282 283 284

CAPITULO IX FLOTACION DE MINERALES OXIDADOS DE PLOMO, COBRE Y ZINC 1. Principales minerales oxidados 2. Fisicoquímica y termodinámica de flotación de óxidos 3. Fisicoquímica de superficie de oxi-metales 4. Termodinámica de los óxidos minerales 5. Teorías sobre de la flotación de minerales oxidados 6. Concentración yflotación minerales oxidados 7. Flotación directa de óxidos 8. Flotación con sulfurización

289 291 291 292 294 295 295 296

9. Reacción general de sulfurización de carbonates, sulfates ysilica tos 10. Reactivos químicos para flotar óxidos 1 1 . Reacciones químicas de sulfurización 12. Diagramas de flujo para el tratamiento de minerales oxidados 13. Flotación práctica de un mineral oxidado

297 298 298 300 300

12

CAPITULO X CONCENTRACION GRAVIMÉTRICA DE MINERALES 1. Escogido manual y selección 2. Propiedades d e l e s minerales 3. Concentración gravimétrica 4. Mesa gravimétrica 5. Espiral Humphrey 6. Concentración en jig 7. Principie de operación del jig 8. Tamaño de partículas de alimentación al jig 9. Aplicaciones industríales del jig 10. Concentración p o r m e d i o s densos 1 1 . Equipes separadores 12. Separadores por gravedad 13. Separadores centrífugos 14. Ventajas del proceso en medio denso 15. Desventajas del proceso en medio denso 16. Aplicaciones del s i n k a n d float 17. Concentración magnética 18. Principies de concentración magnética 19. Proceses de separación magnética 20. Equipes yaplicaciones de separación magnética

309 309 310 312 313 315 322 328 329 330 337 333 341 342 343 343 344 345 343 348

ANEXOS 1. Hoja de c á l c u l e d e b a l a n c e m e t a l ú r g i c o

354

2. Evaluación de reactivos de flotación 3. Modelos matemáticos para simularflotación industrial a partirde pruebas de laboratorio 4. Alio d e l e s metales en que se enseña el verdadero beneficie de los d e e r o y p l a t a p o r a z o g u e : Carátula y página 49

356

Mlhllografía General

367 379 331

13

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

CAPITULO I H I S T O R I A , I N T R O D U C C I Ó N Y DEFINICION DE LA 1.

FLOTACIÓN

Metalurgia en la Época Preincaica

L

a minería en el antiguo Perú se practicaba por las diversas culturas prehispánicas,fue una actividad de mucha importancia, se ocupaba como lo es en la actualidad a proveer de materias primas para la construcción, agrícola, bélica, alfarera y textil, suministraba oro para el ornato de tem píos y artículos de decoración para distintos dioses yaI adorno de las clases religiosas y d i r i g e n t e s . La actividad minera se inicia con el uso de ciertos óxidos de sílice y otros no metálicos tales como la piedra para la construcción de t e m p l o s , palacios, fortalezas, caminos empedrados, andenerías canales, mausoleos, monolitos, estelas, lanzónos etc. Se sabe que los antiguos peruanos extraían piedras haciendo una hilera de huecos para luego introducir cuñas secas de madera, que al mojarlas se hinchaban y ejercían fuerte presión fracturando la r e c a e n el t a m a ñ o y f e r m a r e q u e r ¡ d a , a s í s e e b t u v i e r e n grandes rocas que los tenemos hasta la actualidad en los restes arqueológicos de Machu Picchu, considerada una de las siete maravillas del m u n d o , piedra de les d o c e á n g u l o s , c a m i n o s d e l Inca, Sacsayhuaman, Ollantaytambo, Chavin de Hunntar, Tiahuanaco, y otros. El cuadre N" 1.1, muestra el gran ronocimiento que tenían nuestros ancestros de los minerales en la época I 'irlnca. La minería metálica en el antiguo Perú se inicia con las nuevas grandes culturas y ahora se conoce gracias a les cronistas del siglo XVI, XVII, XVIII, (lii|ii(las en documentes tales como testamentos, juicios, donde se tratan liKchos ocurridos durante el incanato o antes y también a los restes «M|U(i()lógices tales come huaces, herramientas, piezas de orfebrería y a i n n l i i i l i o del idioma quechua. I i i s piezas de oro que están ahora en diferentes m u s e o s del Perú y del mundo provienen en su gran mayoría de las culturas del norte I H i n c I p a l m e n t e de Lambayeque, Moche y C h i m ú en la Libertad. El primer Miiiiiil i(at)ajado fue el oro debido a sus propiedades muy conocidas por '.1! lo consideraba muy cercano a una divinidad. Los religiosos; I li iiH h.i 1638, Bernabé Cobo 1652 y e l m i s m o Garcilazo de la Vega, Mii.ii.iM lo Intimamente ligado que estaba la minería y l a religión. I 'iii ojomplo, en el incanato el dios que guardaba las minas de oro se ILinmlia ( ; h u q u i , e l o r o e r a las lágrimas y e l sudor del dios S e l , yla de plata ( MVI1 V tirito metal era las lágrimas de la l u n a . En el fondo no existe en la MI liinllil.iil íiuliciosde laborees importantes preincas o i n c a s , ya que todas liNM m'Im ii,it)ajadas durante la colonia y muchas de ellas siguen lt«lin|.iiniir.(! liasta ahora. Geerge Peterson menciona más de 120 áreas de liHliM|M i i M i i c i o o n e l territorio del Tahuantinsuyo, ubicados en el Perú, Chile

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz y Bolivia: Ananea, Canza, Cailloma, Castrowreyna C e ™ ^ Chinchipe, Sandía, Yanacocha y Yauncocha. En Chile Caleta el Cobre Carrizal ^ t o , Cuquicamata, El Salvador, y Huantajaya. En Bolivia c S a p u (La Paz), Cerro descuelga (llliman.) y Pasco.

^iistancis Arriiia f pmiainosa Ataca mita A 71 iritíi Rrnrhantlta "Halcita Cinabrio (^Diaoita Coquirmoita Fctnlprita Geothita Hematita Jaros ita ^ Melanterita ^/l=lIa^uit^^ Obsidiana • .Qropimente • Piro US ita RoialnPir Turauesa Wad Yeso, anhidrita

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Verde amarillento Verde vivo Azulado Verde claro Rianco amarillento Rojo, bermejo, carmín rosaao Anaranjado, amarino verdoso Amarillento Blanco anrariiienio Amarillo, pardo negruzco. Rojo ladrillo ¿ Rojo, ladrillo, sanguíneo Amarillo, pardo , Verde claro, amarillento Verde azulado . Gris verdoso (pulverizado) Ocre, amarillo , cromo claro , Pardo negruzco Cromo anaranjado Verde azul Negro pardo blanco

Cuadro N° 1 1 Minerales conocidos por su color en el antiguo Perú F u e n t Í F e í í a n d e z concha Murazzi, Marco; Actividad Mnera R-eh^panica en el Antiguo Perú. En la cultura Chavin, 900 y 500 a . C , empiezan a mezclar el oro con plata y cobre, la Cultura Vicus en Piura, 100 a. C, y 300 d.C, muestra objetos de enchape de oro, narigueras de plata y oro, así como artefactos de m e t a l , como cinceles, cetros y agujas. La cultura C h i m ú , 1,200-1,460 d . C , destacó por s u metalurgia, sin sabeHo aplicaron el laminado, con notable perfección, conocieron el dorado y plateado al fuego p o r a m a l g a m a c i ó n yaicanzaron un apreciable desarrollo en el enchape con plata y o r o , plata sobre cobre y o r o sobre plata y c o b r e . La cultura Paracas muestra adornos de oro con mezclas variadas de plata y cobre. La cultura Tiahuanaco trabajó el cobre y el estaño, alcanzando la aleación del bronce, en piezas de oro y p l a t a , los minerales de cobre se trataban en hoyos en el s u e l o , logrando la reducción de los óxidos a metal por m e d i o de la leña y aplicación de una fuerte corriente d e a i r e .

16

La cultura Mochica conoció el oro, la plata, el cobre, obtuvieron distintas aleaciones, cobre y estaño para obtener el bronce y utilizaron el plomo y e l mercurio. Según Virgilio Roel y otros historiadores en Batán Grande (Lambayeque), el arqueólogo Isumi Shimada estudió la forma en que operaban las minas . en tiempos de la cultura Sicán, años 750 a 1150 d.C. Esta zona era un verdadero complejo metalúrgico de la época, tuvo un área de 6 kilómetros, en la cual las minas se hallaban unidas por c a m i n o s : en Cerro Blanco explotaban cobre, en Cerro Mellizo se explotaban minerales arsenicales, en Cerro León extraían óxidos de hierro que eran utilizados c o m o fundentes y la mina de Cerro Barranco Colorado que era polimetálico. Refiriéndose a esta cultura Isumi Shimada afirma que los antiguos mineros, removieron el material comenzando por la cima yd e sce n d i e ro n hasta el centro de la montaña. La abertura de la cima tenia 1.5 m t d e ancho y se extendía casi a 100 mts hacia debajo de la ladera, el cual aún no hemos explorado, decía en 1994. En la planta se pasaba al pallaqueo, que consistía en la trituración (pallaqueo probablemente se debió a que lo realizaban las mujeres llamadas pallas), molían el mineral con una enorme piedra movida por un palo remecido a m a n o , para aplastar las menas metalíferas, el mineral Iriturado pasaba a la separación yfundición de las especies m á s ricas, la lundición se realizaba en crisol cuya llama era atizada p o r e l viento (w/aira i|iio significa viento), al calentarse la plata o el oro se derretía. Los hornos de fundición de cobre o de bronce arsenical para lograr di:.Untos tipos de aleaciones, descubierto por Shimada en los cementerios l a m b a y e q u e corresponde a la cultura Sicán, donde s e encontraba el 1 iHiiplejo metalúrgico más grande de toda Indo América de entonces. Se liiin identificado más de 100 hornos, al lado de ellos se han encontrado lalliiics de calentamiento, refundición, vaciado y refinación. En cada taller huilla de 3 a 4 hornos, en las cuales había instrumentos para el martillado. Mil iicido, corte y m o l d e a d o . Los hornos tienen la forma de pera de 30 cm x I m de alto, con 10 cm de abertura y c o n capacidad de 1.5 a 3 litros de • M'.HMlad de metal fundido. Los hornos podían soportar temperaturas de 1-1 la 1400 °C. A la energía natural del viento se añadía la fuerza del aire ' " l i a d o por el soplido de 4 ayudantes. El combustible era leña de algarrobo, unaiaiKjo, quinua, e ichu y t a m b i é n excremento de llamas y a i p a c a s . Dospués se la fundición se procedía a su aleación y a I acabado de la pln/n, para darie la apariencia que deseara. Mediante el enchapado por H|oiiipl() una pieza de cobre por sumersión en oro fundido, logrando de esta iiifliiiiia que el objeto tenga una pátina de oro. El dorado de la pieza se liiyittiin por aleación del cobre con el oro. Mlilmnda muestra su asombro y señala que usan con gran maestría las nl»«( loiuis (llamadas en quechua o runasimi:tumbaga), con las aleaciones • N nlnv.i 1,1 calidad del metal, se obtiene mayor solidez y estabilidad del t'ttlnii, ai iiucesita menos energía para su fundición, se puede manejar una

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz gran diversidad de colores asi como de sonidos y propiedades del oro, con las técnicas del laminado, recortado, calado, embutido, repujado, cincelado, engastado o soldado, estas técnicas se perfeccionan en las culturas Mocfiica y Sicán. B arqueólogo Walter Alva, descubrió la tumba del señor de Sipan (alto funcionario de la cultura Moctie), con soberbios objetos de oro tales como coronas, máscaras, pectorales, brazaletes, collares, orejeras, vasos diversos, discos de gran tamaño, alfileres, figuras múltiples, instrumentos de música, etc. La cultura Vicus resalta el trabajo en filigrana, nx)saico, recopado y cera perlada. La cultura Huari obtiene objetos burilados en metal, los ctiimúes introducen la técnica del satinado. Por entonces ya cuentan con metalurgistas altamente especializados en la fabricación de objetos metálicos sumamente elaborados de alta calidad y artísticos, además producían en gran escala con fines religiosos y de culto. Durante la época de la colonia siguieron utilizando las técnicas de las wairas, seguida del proceso de patio que tiene un origen peruano-mexicano para extraer la plata.

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies Según Fray Diego de Mendoza, en esta época se produce la mayor riqueza de oro, plata, estaño, cobre yotros metales, en los yacimientos de Potosí, Chichas, Lipes, charcas, Oruro, Carangas, Berenguela, Sicasica, Pacajes, Tiahuanaco, Larecaja, San Aintonio de Esquilache, Cailloma, L a m p a , P o m a s i , Santa Lucía, Condoroma, Vilcabamba yCarabaya. Según Medardo Echegaray, los incas obtuvieron oro de los ríos Sandia, Carabaya, Apurímac, Santa, Tablachaca y Puyango en T u m b e s , de las minas de Paucartambo, Marcapata y Collquemarca. Paloma Carcedo habla de minas de plata e n : /\ncash, Cajamarca, Cailloma, Cerrolindo, Cusco, Charcas, Chincha, Guanesa, H u a m a n g a , Huaraz, Oruro, Porco, Tarapacá, entre otros. Encontraron y explotaron yacimientos de cobre en las tierras de Loa y Atacama-Chile, Guillermo Lohman comenta sobre trabajos efectuados al interior del cerro Chacllatacana en Huancavelica, en donde perforaban el s u b s u e l o , taladrando numerosas cuevas y s o c a v o n e s . Los incas manejaban un conjunto de técnicas mineras y metalúrgicas, calificados por Luis Valcárcel como propios de la cultura Pre Inca, tales c o m o : Instalaciones para el lavado del oro, explotación de minas con penetración a profundidad, hornos de fundición (Huayrachira), sopladores de tubos de cobre, bronce, técnica del cobre martillado en frío, técnica del oro en delgadas hojas, vaciados de oro y plata en moldes y diversos métodos para el dorado. Los metalurgistas incas trabajaron las aleaciones tanto binarias; cobreoro, llamado punin, como ternarias de cobre-oro-plata. Se ha demostrado que los antiguos peruanos fueron buenos exploradores y mineros, a d e m á s excelentes metalúrgicos. Sus trabajos lo hicieron 111 odiante la fundición,forja, aglutinación, soldadura, remachado, recortado, itipujado, cincelado y burilado.

Rgura N ' l . l Vestimenta de la clase dirigente durante la época del Incanato Fuente; http://www.elminero.pe/index.php/especial/189-junio-2012/146-historia-de-lamineria-a rtesanal-en-el-peru 2. Época Incaica Los incas extrajeron gran variedad de m e t a l e s , la mayor parte del oro procedía de los ríos en la cordillera de los /\ndes y la llanura de la Selva, la plata correspondía a las minas de Porco, cerca de Potosí en minas poco profundas, con el cobre y el bronce; aleación de cobre con estaño, s e usaron para fabricar utensilios, el estaño proviene del /Mtiplano. Trabajaron las aleaciones de oro-cobre y oro-plata, encontrándose vestigios de platino. 18

En el m u s e o de Chan Chan está el kero de plata; usaron el método de lopujado. Para a r m a r l o s los aretes de oro del Señorde Sipán se han usado iiii'is de 100 puntos de soldadura. En el trabajo de aleación cobre-oro o liiiiibaga, los antiguos incas encontraron una técnica de dorado muy piirocida a la galvanoplastia. Esta consistía en refregar las piezas con v
Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Íosddnorte

provenientes de Hualgayoc, Quiruvilca neos en arsénico

(enargita). Sustancia O rninorai • 1 1 •• I b •

1 Antracita Alabastro 1

Amatista

11 ****** ••• •

Atacamita

Azufre Chaicantita Calcopirita 1 Cinabrio Cobre Crisocola Cristal de

1 Cu3rzo

Esfalerita Esmeralda

Especularita 1 Estaño Fierro Fierro(óxicio 1 Galena Goethita Guano Halotriquita Hematita Magnetita Melanterita 1 1 1 1

Nltronatrita Obsidiana Qropimente Oro

20

Formula Ouimica C Ca SO4 2H2O

SÍO2 Cu CI2 3 Cu (0H)2 S Cuyü4 5H2O Cu Fe 82 HgS Cu Cu Si O3 H2O SÍO2 SÍO2 ZnS BeAl2(SÍ6

Runas imi (Quechua) Quillimsa Yurajrumí .al
Aymara

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Pirita Plata Plata(mena blanda) Plata roja Plata(óxidos) Plata (mena) Plata (cloruro) Plata(cajas) Plomo Rejalgar Sal(halita) Tierra blanca Tierra salobre Yeso

FeS Ag

—

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Ca SO4

Rachas

Arcilla Arena Cascajo Tierra Lodo - barro Greda (blanca) Panizo

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Tica/mito Tiu Silla l^cha/allpa Saña/turo

tica acu/calla -pachacha ñeque

Ch ako

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Villaciques Ffeicco Llijta/llucta Llipta

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nti/tite Hampi(veneno) Cachi Kontai Uachima

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hayu

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2H2O

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Cuadro N° 1.2. FVincipales minerales de la época Inca con su nombre actual y ; quechua o runasimi. ; Fuente: Fernandez-Concha Murazzi, Marco; Actividad Minera Prehispanica en elí Antiguo Perú ^ 3. Época Colonial

—

Carhuallimpi Colqui Llampo

|

Los españoles llegan al Perú en 1532, cuando el Imperio Inca se encontraba en una guerra interna por la posición del trono entre los i i j u i d o r e s del cusqueño Huáscar con les del quiteño Atahualpa, a m b o s I iiji is del poderoso Huayna Cápac. El territorio Imperial se hallaba polarizado V •mienazadesur/norteyse extendía p e r 4 , 0 0 0 km desde Pasto en la actual (.olombia hasta el Maule en el Chile de hoy, según los escritos de Cieza de I (lún desde Cartagena de Indias hasta Potosí, donde actualmente existe un iMonumente a Pachacutec. I n estes tiempos los españoles llegan a Cajamarca donde capturan al iiH.i, sin resistencia alguna y se rodean de colaboradores nativos, les • II i.'ñan el español y les sirven de guía. Se percatando las piezas de ore y i'i.ii.i que llevan sus cautivos ycfrecen liberar al Inca a cambio de un botín i'ii osos metales, el oro y la plata llega pero el rescate no se produce,

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Atahualpa es ejecutado, los conquistadores parten al Cusco donde s o n bienvenidos p o r H u á s c a r , pero éste también es ejecutado y cae asi el gran imperio Inca. En este periodo del virreinato del Perú s a l í a l a mitad de oro del m u n d o y dos tercios de la plata, Potosí tenía m á s habitantes que L o n d r e s . Figura N 1.2.

Rgura N° 1.2. Cerro RicoPotos í-Bolivia; 2010 Fuente: foto; Azañero O.A

ARi-HI -'^ CFNFR Kí. r £

ÍNDIAS

Rgura N° 1.3. Archivo General de Indias: SevillaEspaña; 2014 Fuente: foto; Azañero 0 . A

i

22

Los españoles logran que los indígenas los conduzcan a las minas de Porco y Potosí, esta última fue registrada en 1545 a nombre del español Villarroel y del indio Guanea, resultan siendo grandes emporios argentíferos, donde s e estima que salieron m á s de 35 mil toneladas de plata. Por esa época llega el Virrey Garci Hurtado de Mendoza y rumbo a Huancavelica, cae enferma su e s p o s a Tereza de Castro, la que queda en d e s c a n s o en una pequeña aldea minera donde se hace querer por los pobladores, que en su honor bautizan al lugar con el nombre de Castrovirreina, que termina siendo una rica mina de plata. En Lauricocha el nativo Huari Capcha le enseña al español José de Uñarte un rico yacimiento de plata que hace suyo y lo llama Cerro de Pasco. En Pachuca, México se inventa un método para extraer plata con azogue, un método que después llamarían a m a l g a m a c i ó n , el mercurio lo traían de las minas de Almadén-España; figura N° 1.4, hasta que Navincoa, curaca de Acoria lleva a A m a d o r d e Cabrera a un depósito de azogue de Guanea vélica que lo bautizan con el nombre de Santa Bárbara en honor a la patrona de los m i n e r o s , esta mina muy pronto se vuelve en abastecedora de azogue para todas las colonias de América, plata de Potosí, oro y plata, de las minas de oro de Alpacay y plata en Cailloma, ambas en Arequipa, San Antonio de Esquilache en Puno, por entonces solo trabajan el oro y l a plata, el acero y e l bronce lo traían ya elaborado de E s p a ñ a . Por entonces el Licenciado Albaro Alonso Barba, natural de Andalucía España,cura en laimperial de Potosí,de la parroquia de San Bernardo vino iil Perú en 1588 como eclesiástico y a la vezse interesó p o r e l estudio del beneficio de los minerales, después de más de 20 años, visitando y trabajanLi:., muchas minas. Potosí,Tiaguanaco, Yotola donde estaba el asiento minero Snn Cristóbal, Porco, Chacapa, Oruro, en la audiencia de Charcas, menciona In famosa tierra de Carabaya lugarde abundante oro de hasta 23 kilates de puioza, publicó en Madrid en 1640 el libro, titulado "Arte de los Metales en iil que se enseña el verdadero beneficio de los de oro yplata por azogue, el modo de fundirlos todos y como se han de retinar y apartar unos de o t r o s " . :í() deduce que en las Américas de entonces se empleaba muy bien el morcurio paraextraer el oroyia plata, incluso se habla de métodos mejorados (.orno el uso de la sal c o m ú n . De este valioso escrito incluimos la carátula y In página 4 9 , en el anexo 4 y en la página 4 8 , está el Capítulo XXVI, titulado "Do los Metales; Primeramente el Oro", en donde el autor reconoce al oro m m o el metal m á s perfecto de la naturaleza: " N a d a lo pudre, ni el aire y e l i'iii.i lo corroen frente al calor todos los metales se deshacen y él jiniinanece incorruptible". A los Españoles al inicio sólo les interesó el oro y l a plata, después el inoK.urio. El acero había desplazado al bronce en muchos usos. Durante los iniiiioros añosde la conquista, paraobtener los metales preciosos, obtuvieron viilliisas obras artísticas de los t e m p l o s , palacios y t u m b a s y c u a n d o se iii|cliaron pusieron s u atención en las minas de donde procedía la riqueza ilt'l Inca. 23

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Según José Baila, la minería colonial empezó en 1537 con la explotación de los yacimientos de oro yplata en Lucanas y P a r i n a c o c h a s , siguiéndole las m i n a s de plata en Jauja y Huancayo en 1 5 3 9 , las de oro en Jaén y Carabaya en 1544 y 1555 respectivamente, el descubrimiento de Potosí tuvo una influencia en el desarrollo del Altiplano. Los yacimientos m á s ricos fueron: Potos i, fundada el 19 de abril de 1545, Huancavelica fundada el 4 de agosto de 1 5 7 1 , con yacimientos de azogue, (mercurio), siendo una de las tres m i n a s m á s importantes del m u n d o ; Castrovirreyna fundada en 1594, rica en plata; Cerro de Pasco, fundada en 1 7 7 1 , Lairacota en Puno, rica en plata, Hualgayoc fundada en 1 7 7 1 , fue rica en plata. Al inicio s e explotaron los yacimientos de Carabaya, Oruro, Asillo y Azángaro; luego Sandía, San Gabán, Collay, C f i i m b o , Z a r u m a , Popayán, Quixos, Canchis, San Juan de Oro y Vilcabamba, en 1612 s e descubrió la m i n a de oro cerca de Cotahuasi, luego vendrían Chorunga (Ocoña)en 1750 y Chalhuani en 1,775. Según J a i m e Fernandez-Concha, quien con los datos obtenidos del historiador Rafael Laredo, el economista IVIanuel Moreyra y e l n u m i s m á t i c o Eduardo Dargent, refiere que el rescate de Atahualpa fue de 6,102 kilogramos de oro y 11,870 kilogramos de plata. El tesoro del Cusco fue de 2,706 kilogramos de oro y 52,511 kilogramos de plata. Se estima que durante la colonia se beneficiaron diez veces m a s metales preciosos que en la época Inca y Preinca. El español y escritor Felipe Calvo en s u libro"La Españade los Metales" menciona que s e g ú n A Von Humbolt, entre los años 1492 y 1803, los españoles extrajeron de las cordilleras de A m a r i c a d o s mil doscientas toneladas de oro y ciento dieciocho mil toneladas de plata.

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s 4. Metalurgia durante la República Hacia finales de la colonia por 1824, las únicas minas que se trabajaban eran Cerro de Pasco, Hualgayoc y Puno, que sirvieron en la guerra para c o m p r a r m a t e r i a l , a l i m e n t o , a r m a s yfinanciar la c a m p a ñ a , el mayor daño lo sufi-irían las minas de plata. En los siguientes años se recupera, pero durante la guerra con Chile tuvo otra reducción, igual sufrió durante la década de 1821-1830, la producción del oro disminuyó a 320 kg. Anuales. Durante los primeros años de la república la minería permaneció replegada, aparecen los primeros registros de la producción de oro, cuadro N° 8.9, en el año 1 9 0 1 , fije 589 kilogramos. Un d a t o q u e vale la pena resaltary que demuestra el poco valor histórico durante las generaciones al trabajo prehispánico, es el relatado por Heinrich Witt en su tesfimonio personal sobre el Perú del siglo XIX, 1624 a 1842, en donde menciona superfluamente que el gobierno de esa época, otorgó una concesión de explotación de huacas norteñas a una compañía a l e m a n a . La metalurgia se modernizó con el auge de la industria carbonífera, la producción de plata progresó de 46 mil kilos al año a 189 mil 600 kilos de 1896 a 1900 y l a s nuevas técnicas permitieron explotar otros m e t a l e s ; s e Incorporaron nuevos procesos para tratar el cobre. Fl auge del cobre originó una acelerada construcción de fundiciones c ( i m o C a s a p a l c a (1889), marcando el inicio de la metalurgia moderna en el l'iHu. En 1906 empezó a funcionarla fundición de Tinyahuarco de la Cerro Mininq Co., primer establecimiento de su género en América del Sur, para ii lililí minerales de baja ley con promedios de 5% de cobre. I !>•. acontecimientos minero metalúrgicos de esa época fueron la puesta • I' i n . i i c h a d e l complejo de Marcena en 1953, la producción de acero de la piiiiiiii siderúrgica de Chimtx)te en 1958,1a puesta en marcha en Toquepala mi l i i S / y la fundición de lio en 1960. En 1957 se descubrió el yacimiento iMiiliiilico de cobre de Michiquillay en C a j a m a r c a ; la exploración, desarrollo . i>ic.|i.II,ir.ión de Cobriza en 1957-1967;la puesta en marcha d é l a refinería I' III' iii- la Oroya, ampliación de las concentradoras de Atacocha, Milpo, II il(!l Banco Minero, fábricas de cemento de Pacasmayo, Tarma, " " | i i i | i . i V Juliaca. M I U I M I I I O S el siguiente cuadro con el resumen de la producción de oro y . i.iiii iio'.ilo la época prehispanica hasta el año 2 0 1 3 , publicado por J.; lililí I I . (Jiiispe, J.; Rivera R.; Valencia, M.; Huanacuni, D.; Rodriguez, I.; iii.iHn„i, I .; Paico, D. y Santisteban, A (INGEMMET).

25

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Producción liistórica del oro y d e la plata del Perú

Pre-Colonia

Colonia

1496-1532

1533-1820

1821-2013

Toneladas

170'

149.5 ''^

3,341

3,661

35,775^

137,319

173,094

Metal Oro

República

Producción Peruana (14962013)

Plata

Fuente:1) Hotiagen, J. 1937. " B oro en el Perú en 1936". Boletín I ^ . 118del cuerpo de Ingenieros de Minas del Perú. Lima, 1937. 2) Sámame Boggio, M. 1997. B Oro en el Perú. B Perú Minero, tomo VII, páginas 251-254. 3) Ministerio de Fomento. Dirección de Biergía y Minas y Ftetróleo. Anuarios 1900-1968. 4) Ministerio de Energía y Minas del Perú. Anuarios Mineros 1969-2013. Fuente: Acosta, J.; Ctiirif, H; Quispe, J.; Rivera R.; Valencia, M.; Huanacuni, D.; Rodriguez, I.; Villarreal, E; Paico, D. y Santisteban, A. Ingenieros de INGEMMET, "R-oducción Histórica del Oro y de la Rata", Revista: desde adentro; junio 2014; Lima-Fterú. 5. Historia de la flotación El proceso de flotación por e s p u m a s fue patentado por E. L. S a l m a n , H.F.K. Pici<ard y John Ballot en 1906. Pese a su aparente s i m p l i c i d a d , la flotaciones de origen relativamente reciente,es un proceso moderno,cuyos fundamentos teóricos y tecnológicos fueron desarrollados en el siglo XX, sin e m b a r g o como todos los grandes d e s c u b r i m i e n t o s , este proceso tiene historia que s e puede remontar hasta varios siglos atrás. En este sentido, el padre de la historia Herodoto (484 - 425 A G . ) en una de sus obras informa que hace más de 2,500 años atrás usaban plumas g r a s o s a s de ganso para hacerlas pasar a través de arenas auríferas, y en una corriente de agua recuperarlas partículas de oro adheridas a la grasa de las p l u m a s . Gaudin informa también que en el siglo XV, los persas usaban un método de concentración de piedras ultramarinas y d e azurita, que estaba basado sobre la mojabilidad selectiva de ciertos minerales con aceites y agua, éste método se practicó hasta el siglo XIX. El m i s m o autor cita también una obra de un científico francés, M. Petit,que en 1731 discute el problema fundamental de la flotación que se refiere a la adhesión selectiva de ciertos cuerpos sólidos a las burbujas de aire. Sin e m b a r g o , los antecedentes recién señalados indican que en aquelte épocas no tenían una idea clara sobre el f e n ó m e n o de flotación, y en cierto m o d o aplicaban el proceso, lo usaban como un arte o fenómeno curioso aislado, cuya generalización estaba todavía lejana, a d e m á s esto;; c o n o c i m i e n t o s t e n í a n p o c a d i f u s í ó n , d e e s t e modo el proceso de flotación ci los procesos que se parecen a él se pueden considerar inexistentes hasta l.i s e g u n d a mitad del siglo XIX. 26

6. R o t a c i ó n durante el siglo XIX 6 . 1 . P r o c e s o Bulk-Oil C o m o el primer descubridor del proceso de flotación se puede considerar al inglés William Haynes, en 1860 describía un proceso p o r e l cual los minerales triturados y mezclados con una cantidad de aceite, de 10% a 2 0 % en peso y enseguida agitados con a g u a , s e comportaban de manera tal que los sulfuros se asocian en una m a s a con el aceite y se apartan de la ganga mojada y del a g u a , de este modo se pudo establecer la afinidad entre los sulfuros y e l aceite. El proceso no tuvo aplicaciones en gran escala y fue industrializado m á s tarde por Elmore, quien lo patentó con el titulo de "proceso con uso de aceite en m a s a " (bulk-oil process) en Estados Unidos en 1 9 0 1 . El proceso consistía en que el mineral finamente pulverizado se mezclaba con agua hasta obtener una pulpa con consistencia de 1 0 % a 15% de s ó l i d o s , esta se pasaba por un mezclador horizontal, en el cual se ngregaba aceite en una proporción de aproximadamente 1 tonelada por 1 lonolada de mineral s e c o , el mineral acondicionado se descargaba en una i:iilda con fondo inclinado, de modo que la parte aglomerada junto con el iicoite, formaban una película de m á s o m e n o s 10 a 15 m m en la celda, la pulpa se agitaba lentamente para que no se desintegre la capa de aceite, el iilviil de la pulpa se mantenía de modo que el aceite y un poco de agua jidillan rebalsar. I I concentrado que contenía aceite y sulfuros se recuperaba, el aceite • ' iiiiiaba y regeneraba por centrifugación y lavado, perdiéndose unos 5 a 10 kilogramos por tonelada de mineral tratado. I ' . l i a mejorar la eficiencia del proceso se d e s l a m a b a los m i n e r a l e s , y n j i i i i i o (lol aceite agregaba un poco de ácidos grasos y a c i d o sulfúrico. Un lospetable lugar en la historia de la flotación ocupan también los iH.iimiiios Bessel quienes en 1877 patentaron un proceso para el beneficio I" giiitlto, hervían el mineral con agua y aceite, durante el calentamiento, se • Um intuid la aire y las partículas de grafito, cubiertas con aceite, se pegaban H irtu liiiihujas siendo así flotadas, de este m o d o , por primera v e z s e usó la "•'Irttilón con ayuda de burbujas de g a s . n i Mrocaso de f l o t a c i ó n por película 1 n I,, n .ii( 'lo con el proceso bulk-oil también s e estaba desarrollando otro ' " I" iii ii.ición que se basaba en el m i s m o principio de no mojabilidad, •• i i i t l n l i i i (lol proceso de flotación por película o "skin-flotation p r o c e s s " . •M..inii,i , i i i i.i separación de minerales por medio de agua, aprovechando I I H I I " , hidrofóbicas de los sulfuros. Figura N" 1.5. I » , i n n ' , I I . Bradford, y posteriormente en 1891 A.W. Nobelius ••«Mlrti MI I litados U n i d o s , un proceso porel cual los minerales secos y ^ ( ( ( • h l i i molidos al introducirse en un recipiente de agua se separan entre 27

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

s i , porque los sulfuros debido a sus propiedades hidrofóbicas, forman una película fina que flota, mientras que los minerales de la ganga caen al f o n d o .

Conexión al sistema de vacio

AUmenUcián

Concentrados ' aceite

Cilindro con eítriasdt goma

Uezclador (k pulpa y aceite

n

Esténies

n fl

1

" .

Adición de agua

Entrada de ia emulsión

Rgura N° 1.6. Proceso Elmore de flotación en vacío Figura N° 1.5.

Proceso de flotación por película

7. Desarrollo de la flotación a principios del siglo XX El verdadero desarrollo del proceso de flotación, tecnológica comprende la importancia de las burbujas transporte de las partículas hidrofóbicas; empieza en 1886 de los hermanos B e s s e l , sin e m b a r g o , debido a la conocimiento de estos trabajos, no tuvieron aplicación.

cuya aplicación de aire para el con los trabajos poca difusión y

E. Elmore, el m i s m o que industrializó el proceso bulk-oil, descubrió ol proceso de flotación en vacío, é s t e s e basa en la generación de burbujas dn aire por medio de vacío, figura N° 1.6, fue patentado en Gran Bretaña en 1904, pronto se aplicó industrialmente. Los minerales, que contenían sulfuros, se molían finamente con agua hasta un tamaño de 20 mallas y se decantaban en un e s p e s a d o r hasta obtener 5 0 % d e s ó l i d o s .

28

•'li

I I I pulpa d e n s a y d e s l a m a d a se introducía en un mezclador, se mtiMilii lonaba con 0.5% de aceite, las partículas s e acondicionaban vniMiMiU; hasta 15%-20% de sólidos y se alimentaba a una cámara Illa con el s i s t e m a de vacío, debido a éste, el aire disuelto en el Mi.í.i desprendía, las burbujas de aire s e cargaban con las partículas tililiiilnliii as cubiertas de aceite, subían a la superficie y rebalsaba, las , .ai. iii 1 i i i . ganga q u e d a b a n inactivas ycaían al f o n d o . • I

linultí'ineamente, con el proceso en vacio, aparecieron otros que I .i.ilian basados en la flotación por medio de burbujas de a i r e , I I " . lir. n i á s i m p o r t a n t e s f u e r o n e l o t r o proceso de E l m o r e , b a s a d o e n I iii'i.iil i l i K j e n e r a c i ó n d e g a s por medio de electrólisis en 1904, y l o s i'.ilimiados por Delprat en 1903 y Potter en 1904 tuvieron ' - I' aplicaciones industriales y e n realidad fueron las primeras I iHiiorciales que usaron la flotación por e s p u m a para la • < 11 do sulfuros.

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

7.1. P r i m e r a flotación por e s p u m a El proceso P o t t e r - D e l p r a t consistía en que el mineral bien m o l i d o , se introducía en un mezcladoren el cual se acondicionaba con cal o d o l o m i t a , durante esta operación también se agregaba una pequeña cantidad de aceite, por medio de dos tubos se introducía ácido sulfúrico de concentración 1%hasta 10%>al reaccionar el ácido con los carbonates, s e producía gasificación yagitación de la pulpa, separándose las partículas de sulfuros per medie de burbujas en forma de un concentrado de e s p u m a y les relaves se descargaban porel fondo, la reacción también generaba calor y aumente de temperatura, favoreciendo el procese. Figura N" 1.7. El método fue aplicado con gran éxito en Broken Hill, Australia, donde se beneficiaron les relaves de la concentración gravimétrica, que contenían 1 7 % de Zn y 3 % Pb, se fletaban obteniendo un concentrado de 4 9 % d e Zn y 6 % de Pb, recuperando desde 8 0 % hasta 9 0 % del zinc en una operación de m á s e m e n o s 350 toneladas per día. El uso industrial de la flotación en gran escala puso en evidencia el gran adelante que representaba este proceso en comparación con les proceses convencionales de concentración, particularmente los gravitacionales, en primer lugar, permitía el beneficio de minerales de baja ley, le que no s e podía lograr con el método anterior, en segundo lugar, se pedía recuperar con gran eficiencia les valeres metálicos que se encentraban en las lamas o finos, finalmente las recuperaciones y calidad de los productos obtenidos porflotación superaban las obtenidas por otros m é t o d o s . Pese a todas estas ventajas, la flotación también presentaba serios inconvenientes, uno de los m á s im portantes es que era cara, principalmente debido al alto c o n s u m o de reactivos. En seguida, el equipo mecánico empleado era bastante incómodo y mecánicamente imperfecto,finalmente había un vacie en les conocimientos teóricos de la flotación, que hacían de este proceso más un arte que una ciencia. La solución de todos estos p r o b l e m a s , llevó a lo que se puede considerar el m o d e r n o proceso de flotación.

Figura N° 1.7. Proceso Fbtter - Delprat de flotación por espuma Fuente: Potter, C.V. Process of Separation IVIetals fromSulfhide ores 7.2. Avances introducidos por Mineral Separation Un considerable cambio en la flotación e s p u m o s a y u n mejoramiento (jiineraldel procese s e produce en 1905, con Sulman, Picard y Ballot todos Inqtmieres de la firma británica Mineral Separation, quienes con la eficientp uyaida del Ingeniero Mecánico Howard Higgins introducen un nuevo método p r o d u c i r e s p u m a , aplicando la agitación para succionar y dispersar el 111(1 y e m p l e a n d o una pequeña cantidad de aceite inferior al 1 % para • pumación ycolección. I 11 compañía Mineral Separation fue creada en 1901 por John Ballet, en I' 1 .'• .1 las patentes adquiridasa Fromenty Cattermole quienes afirmaban la I" iiiiiidad de utilizaren flotación cantidades de aceite muy inferiores a las jun Mí usaban en aquellas é p o c a s , Sulman, Picard y Higgins quienes • 11(111 la m á q u i n a de flotación con agitación mecánica, legraron un I' iiiinución drástica de aceite mediante la introducción de la agitación Mioi iinica, que fue la base de la flotación e s p u m o s a m o d e r n a . I uto proceso fue perfeccionado y mejorado porTheodere J. Hoever ( U . i'ntdiite N" 953746). La idea de la máquina de flotación creada por ii.Mivíir se puede a p r e c i a r e n la figura N ° 1.8. I I p í i n c i p i o d e f u n c i o n a m i e n t e d e e s t e aparate es m u y s i m p l e ycensiste ' iil compartimiento de agitación, s e produce la succión del aire per wtmiiinto rápido de un agitador con paletas, la depresión causada per 1.1 movimiento produce la formación de un vórtice que alcanza hasta las 11 •. el aire se dispersa e impregna en la pulpa por el movimiento ' '• ,i)ntre 500 y 1,500 r p m .

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31

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

8. Desarrollo de nuevos reactivos y máquinas La posición exclusiva de Mineral Separation en el campo del beneficio de minerales porflotación,debido a la posesión de las patentes, creó en la primera década del siglo anterior dos movimientos opuestos que en resumen, fomentaron el desarrollo y la profundización del proceso, en primer lugar las compañías que tenían que pagar hasta 25 centavos de dólar por tonelada de mineral tratado, por los derechos de uso de patente, intentaron deshacerse de los m i s m o s e iniciaron intensas búsquedas de modificaciones ycambios del proceso; por otra parte, la Mineral Separation, ya rica y próspera, por su posición única, trató de mantenerla a través de una investigación intensa y mejora de sus procedimientos. Así d e b i d o a l a primera causa,fueron creados nuevos tipos de máquinas do flotación, tales como las callow,forrestery debido a la segunda se llegóa una drástica reducción del c o n s u m o de reactivos y a una fabricación de roactivos solubles en a g u a . La celda callow fue patentada en 1914, remplazaba la agitación mecánica )or una columna de burbujas inyectadas neumáticamente a través de una ola que cubría el fondo de la celda, la máquina era de construcción • u m a m e n t e s i m p l e , en forma de un cajón de más o m e n o s 50 c m . de pMiíundidad, 100 c m . de ancho y de 2 a 20 metros de largo, a cierta ilitiiancia del fondo, la celda estaba cubierta por una tela p o r o s a , de manera i|iin s o podía introducir aire a presión, el aire penetraba a través de la tela IMiiduciendo una columna de burbujas mineralizadas, que se juntaban en la • iipnrficie formando una espuma que rebalsaba, los relaves se eliminaban |HM lii parte inferior.

¡ Figura N° 1.8. Máquina de flotación Hoover La máquina de flotación por agitación de Mineral Separation tuvo gran éxito en la metalurgia extractiva de aquella época, en primerlugar se probó con muy buenos resultados en Brol<en Hill - Australia en 1905, donde se trataron m á s de 1.000.000 de toneladas de relaves gravimétricos, en segundo lugarencontró aplicaciones en otras minas de zinc y otros metales en Australia, Estados Unidos yotros p a í s e s . La introducción del proceso de flotación en s u forma moderna en los EE.UU causó, d e s d e el principio una guerra legal entre la Mineral Separation y particulares que trabajaban en la utilización del p r o c e s o . La primera instalación que utilizó la flotación como método de concentración en EE.UU. fue establecida por la Cía. Basin Reduction en Montana en 1 9 1 1 , que después de una concentración gravitacional trataba de recuperar valores de zinc que quedaban en los relaves, el proceso casi fracasó al principio, pero fue salvado por una flotación de limpieza quo proporcionó un concentrado de Zn de calidad aceptable para la fundición, j No pasaron dos meses de producción en esta planta cuando la Mineral Separation presentó una acusación jurídica contra la c o m p a ñ í a ; estos juicios siguieron después contra casi toda compañía norteamericana qua usaba la flotación para la concentración de míneralesy no pagaba derechos de patente, así fueron acusadas-las Compañías Miami Cooper, Nevada Cooper, Magma Cooper y otras, todas perdieron su caso y tuvieron quft pagar a Mineral Separation los derechos de patente. 1 r32

I n s ventajas de esta máquina estaba en su bajo costo de construcción y i»n lii ausencia de partes mecánicas de agitación, su desventaja estaba en íh iilititruccióndelos poros de las telas,debido a la formación de carbonato •IH 1 iili;i() por reacción en la pulpa, del CO2 del aire con la cal. I n las máquinas forrester, se elimina la tela y s e inyecta aire bajo una ilMiln prosión poruña cañería de 1 a 3 cm de diámetro, s e produce así una w t l u M i n a d e a i r e , c o n lo cual éste s e dispersa e impregna con las partículas mlniiiiiltis.

Indas ustas máquinas, naturalmente, han sufrido muchas modificacbnes i h illttiinlos países, llegando finalmente a las celdas que se usan iM)n«lm«)nlo en la industria moderna y que nos ocuparemos m á s adelante. • ( NwNclIvos sintéticos \\n i'ipoca inicial del desarrollo de la flotación, los reactivos que se HInIinm para la e s p u m a c i ó n y colección eran productos naturales, |M)tii(|'t4liiMinto aceites que provenían de la destilación del petróleo o aceite
33

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz En el periodo comprendido entre 1909 y 1 9 2 5 , s e produjo un c a m b i o paulatino que reemplazó casi en forma completa los antiguos reactivos y redujo las cantidades necesarias, par? efectuar una flotación satisfactoria desde unos kilos a unas decenas de g r a m o s . Tal vez el primer paso en este sentido fue dado por la m i s m a Mineral Separation que en 1909 patentó a nombre de Greenway, S u l m a n e Higgins el uso de aldehidos, q u e t o n a s y é s t e r e s como e s p u m a n t e s sintéticos en la flotación de minerales s u l f u r o s o s . Posteriormente, Perkins y Sayre patentaron en 1921 colectores sintéticos que contienen compuestos orgánicos con nitrógeno trivalente y azufre bivalente. En 1925 Keller patentó los xantatos (Patente U.S. N° 1 5 5 4 2 1 6 ) y en 1926 Whitworth patentó los ditiofosfatos (aerofloats) que colaboran con los xantatos en flotación de sulfuros. En paralelo con estos d e s c u b r i m i e n t o s , s e desarrolló el estudio de los reactivos para laflotaciónde óxidos metálicos y m i n e r a l e s no metálicos. En 1924 Sulman y Edser patentaron (Patente U.S. N° 1492904) el uso de jabones en la flotación de minerales oxidados, en 1935 se introdujeron los colectores catiónicos, para la flotación de minerales no metálicos. Para el desarrollo tecnológico de la flotación, fue también de gran importancia el descubrimiento de los reactivos específicos para la depresión yactivación de ciertos minerales, entre los descubrimientos más importantes de esta c l a s e , s e p u e d e n considerarlos indicados en la patente australiana de Bradford que señala al sulfato de cobre como poderoso activador de la esfalerita, la patente norteamericana de Sheridan y Grisword, que menciona a los cianuros como eficientes depresores de la pirita y de la esfalerita, y la patente australiana de Lowry y Greenway que señala al bicromato como depresor de la g a l e n a . En 1929, Gaudin demostró la influencia del pH sobre la flotabilidad de los minerales en diferentes condiciones, y d e este m o d o introdujo el control de este importantísimo factor en la tecnología de la flotación. C o m o p o d e m o s apreciar, entre los reactivos que se usaron al inicio de la flotación; todavía s e usa actualmente el sulfato de cobre, cianuro de sodio, bicromato de potasio, xantatos y ditiofosfatos. 9. Rotación a fines del siglo XX e inicios del siglo XXI Durante los últimos años se ha tratado de explicar los fenómenos do flotación con bastante aproximación b a s á n d o s e en físico-química do superficie, termodinámica y cinética del proceso, el método básico do flotación por e s p u m a no ha sufrido mayores c a m b i o s ; prevaleciendo fundamentalmente los reactivos sintéticos usados desde principios de la flotación, se están investigando nuevos reactivos químicos y t a m b i é n est.i llamando fuertemente la atención los m o d e l o s de c e l d a s ; actualmente so puede apreciar m u y claramente tres tipos de celdas y uno en etapa do investigación. ^ 34

1. 2. 3. 4.

Celdas convencionales, e j e m p l o : d e n v e r s u b - a Celdas de gran volumen que llegan hasta los 300 m ' o m á s . Celdas c o l u m n a . Celda de contacto.

Entre las celdas de gran volumen podemos mencionar: Agitair, Booth, Denver D-R, Maxwell, N a g a h m , Outotec, Sala, W e m c o , Davcra, Flotaire, Comineo, Aker, BCS, Wedag, J a m e s o n , etc. Actualmente muchas compañías m i n e r a s , tienen instaladas celda columna,especialmente en las etapas de limpieza, pero también se están usando en etapas rougher y scavenger. 10. Desarrollo de la flotación e n el P e r ú Los procesos modernos existentes a inicios del siglo XX, eran (losconocidos en el Perú, solo se usaba el pallaqueo y la a m a l g a m a c i ó n , posteriormente llegó los procesos gravimétricos. Se patentó en Estados Unidos la flotación por el año 1906, usando reactivos naturales c o m o el rtcoite de pino y a i g u n o s destilados del petróleo. Se crea el Cuerpo de Ingenieros de Minas del Perú en 1902, como una (Inpondencia del Ministerio de Fomento; el año 1934, se creó el doparlamento de Minería Aurífera, se funda el Banco Minero del Perú en l l M ? , c o m o dependencia del Banco Central de Reserva del Perú, En 1943 'OI i i c a el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú, el Instituto Geológico •ini Ccrú en 1944, y el Instituto Nacional de Fomento Minero en 1 9 5 0 . El 3 lili iliciembre de 1968, mediante ley N° 17271 s e crea el Ministerio de I iioMila y Minas, en 1978 se crea el Instituto Geológico Minero y Mnlnlurgico del Perú. Como consecuencia del auge m i n e r o , el departamento de Minería •iKlInin, tiene entre sus objetivos, impulsartécnicamente la minería del oro, M«prii;ialmenteenel conocimiento y difusión de los procesos para beneficiar iiiliniial(!s,haymuchas publicacbnes de asientos mineros de la época, "El M n n i i i l o de Huancavelica" de A F . Umiauft, " R e c u r s o s Minerales de la iiiiN^iKla de Hualgayoc" F. Málaga Santolalla, "Informe sobre el Cerro de • a m o " M.A Denegri, "Yacimientos auríferos de Condesuyos y C a m a n á " I I I AJvai.ido, " R e c u r s o s Minerales e Importancia Nacional de la Provincia tlH l ' n l i i / " do Felipe de Lucio, "Informe sobre los yacimientos auríferos de * « n ( l i n " I . Pfluker y muchos otros que justifican plenamente la creación del •••(•udanionto de Minería Aurífera con laboratorios metalúrgico y químico upoyar a la pequeña minería.

t

(=11 lii'. ludios metalúrgicos s e impulsa el uso de métodos gravimétricos, »Hki I n n V I i m u r a c i ó n para beneficiar minerales de o r o , plata, p l o m o , cobre, •I»-, it|iiiiio iione una pequeña planta de flotación de 10 t p d , muy versátil HñiM iiKiiliiiiar p r o c e s o s , cuando así lo requiera el m i n e r a l , donde s e HMBIIHMI u m p i o b a r l o s resultados obtenidos en el laboratorio, procesaban • . . ( I o n i i i n aproximadamente 1 k g d e plata portonelada de mineral. 35

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Con la creación del Banco Minero en la década del cuarenta, cuya función es ayudar igualmente a la pequeña y mediana minería, con estudios de exploración, minado, metalúrgico y t a m b i é n con apoyo económico para instalar una planta de flotación al minero que lo solicite. Aparte instaló estratégicamente en el territorio nacional varias plantas de flotación, desde 50 hasta 200 t/d, para dar servicios a los mineros de las respectivas zonas de influencia m i n e r a ; Dorado en Hualgayoc-Cajamarca, Virgen del Pilar y Mesapata en Huaraz, Huachocolpa en Huancavelica, planta de lixiviación de óxidos de cobre en Nazca - lea, otras plantas en Huancayo, Pune y Arequipa, y el Laboratorio Central Químico-Metalúrgico en el Callao. En seguida mencionamos otros ejemplos de flotación en el Perú.

el INGEMET, en los años 80 el oro tiene una subida de precio en el mercado internacional llega a 800 dólares la onza y nuevamente toma impulso las inversiones. Es a finales del siglo pasado e inicios del presente que toma impulso el desarrollo y prospección minera y s e inician grandes proyectos c o m o Yanacocha, Antamina.Toromocho y muchos otros.

Antecedentes Históricos de Compañía Minera Caudalosa S. A " (Ingeniero Barja Arca, Francisco). • Desde 1586 el cronista Marcos Jiménez de la Espada, cita a la mina de Huachocolpa con minerales de plata. . 1920 don Agustín Arias Carrasado (español) descubre e inicia su laboreo en pequeña escala. • B trabajo intensivo se inicia a principios del siglo 20, durante la Segunda Guerra Mundial y de Corea. » Ftir el año 1940 el Sr. Antonio Abradovic, denuncia las minas de Rublo y al fallecer lo sustituye su hermano Mateo y forma la Cia. Minera Huanca, quien construye su planta concentradora y una hidroeléctrica. • La mina Caudalosa fue trabajada hasta el año 1942 por pequeños mineros, formado en marzo de 1942 La Cia. Minera Caudalosa S.A. • En 1946 nace la planta concentradora del Banco Minero, en 1980 es vendida a los pequeños mineros, formando COMIHUASA y en 1989 es vendida a Caudalosa. . En el año 1985, Buenaventura y S.A. Minera Condesa se asocian con los accionistas de S. A. Minera Caudalosa. . En el año 1989 los Señores Juan Francisco Raffo y Mario Suito adquieren las acciones de los pequeños mineros pasando a ser accionistas mayoritarios. • En marzo de 1999 La L.P. Holding.S. A. del grupo Raffo pasa a ser accionista principal con el 99.25 %. • Las sub unidades principales son: Bienaventurada, Chonta, Caudalosa y Rublo. • Actualmente las operaciones se realizan en las sub unidades Bienaventurada y Chonta. La e m p r e s a Americana Cerro de Pasco Copper Corporation, inició sus operaciones en el Perú en el año 1902, en Mahr Túnel, en 1936 inició In construcción de la planta concentradora, en 1937 comenzó la producción con las vetas de San Cristóbal, hasta 1949, por eses años el precio de los metales sufrió una fuerte baja, en consecuencia dichas vetas fueron paralizadas hasta 1952. En resumen la flotación en nuestro país se inicia por el año 1934, con l;i creación del departamento de minería aurífera, en la década de 40 y 50 su crean el Banco Minero, por los 60 se crea el Ministerio de Energía y Min.r. para dar m á s impulso al sector. Por los años 70 cae severamente l.i inversión externa c o m o consecuencia política coyuntural,secreaigualmcnii' 36

11.

Definición de la flotación

La flotación es un proceso de separación de materias de distinto origen (lue se efectúa desde sus pulpas a c u o s a s , por medio de burbujas de g a s , on base a sus propiedades hidrofilicas e hidrofóbicas. Es un proceso aplicable a los minerales metálicos, no metálicos, tiulfuros, silicatos, carbonates, fosfatos, metales nativos, carbones. Consiste 011 separar un mineral valioso del material estéril que lo a c o m p a ñ a , por ejomplo un sulfuro de plomo como la galena, de los alumino-silicatos'que contienen, referidos como ganga. Estas separaciones pueden adoptar diversas f o r m a s : •

Rotación colectiva

!'.() produce la separación en dos grupos, de los cuales el concentrado, • ninliiino por lo menos dos o más c o m p o n e n t e s . •

I l u t a c i ó n selectiva

Koiillza la separación en diferentes concentrados, uno p o r c a d a valor inuliilico. I ii.indo las especies útiles constituyen una fracción menor del mineral y Ittt. ....p.tcies estériles son de gran volumen, las separación porflotación tiimn iil iispecto de un proceso de concentración, por e j e m p l o : flotación litilh, cunndo la parte estéril es una fracción menor del m i n e r a l , las •«pHhirlonos por flotación adoptan el carácter de un proceso de lítiillli lición, ejemplo:flotación cleaner. I >
37

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s Cuando el mineral consta de varios elementos metálicos útiles, c o m o es el caso de menas complejas de cobre, fierro y molibdeno o de p l o m o , zinc y cobre, entonces la separación de hnínerales es algo m á s complicada, primero durante la flotación inicial, se puede optar por una flotación colectiva o selectiva; en el primer caso significa, que se pueden flotar todas las especies útiles en conjunto, para separarlas de la ganga y después separados cada valor metálico, o en forma selectiva se puede flotar un componente tras otro, a este último método también s e le llama flotación diferencial. En general las partículas hidrofóbicas se van a pegar a las burbujas de flire y pasar a la e s p u m a , mientras que las partículas hidrofilicas s e van a mojar y caer al fondo de la celda de flotación. 13. Importancia de la flotación

Figura N° 1.9. Esquema que explica los fenómenos hidrofilico e hidrofóbico Los minerales hidrofilicos e hidrofóbicos de una pulpa a c u o s a , se pueden separar entre sí, después de serrinamente molidos yacondicionados con reactivos que hacen m á s pronunciadas las propiedades hidrofilicas e hidrofóbicas; las partículas hidrofóbicas se van a p e g a r a las burbujas de aire y pasan a la e s p u m a , mientras que las partículas hidrofilicas s e van a mojar y caen al fondo de la celda. 12. D e s c r i p c i ó n del p r o c e s o de f l o t a c i ó n El mineral crudo o cabeza, proveniente de la m i n a , entra en una planta de chancado donde s e tritura en seco en dos o tres e t a p a s , hasta obtener trozos de m á s o menos Ví \s trozos en seguida se entregan a una planta de molienda, donde en circuitos húmedos de molienda fina, el mineral se reduce de tamaño hasta 50-100 micrones, dependiendo de su d i s e m i n a c i ó n , el mineral tiene que molerse hasta el punto en que queda " l i b e r a d o " , o sea que cada partícula individual representa una sola especio mineralógica. El mineral preparado de este modo se acondiciona con distintos reactivos; unos que tienen como objeto preparar las superficies de lo:i minerales para la adsorción de los reactivos llamados modificadores, otrufi aumentan las propiedades hidrofóbicas de los minerales; son los colectóme, y los que facilitan la formación de una e s p u m a pareja y e s t a b l e llamadon espumantes. Las pulpas acondicionadas con los reactivos, se introducen en l;i« celdas de flotación, donde el producto noble, se separa en el concentradn y la parte estéril se descarga como relave. Figura N° 1.10. Posteriormente, los productos de concentración pasan perlas etapas il» espesamiento,filtrac¡ónysies necesario, secado, los relaves se llevan a im depósito donde s e desaguan generalmente por decantación. 38

La importancia del proceso de flotación en la metalurgia extractiva «1 liinl, es de tal orden que no sería exagerado decir que sin ella no se Imlirla podido llegaral presente nivel de producción y satisfacerla demanda V c s i d a d e s de nuestra civilización, hay que subrayar el creciente M.iiino de metales, combustibles y sus derivados que se deben al onto biológico de la población, al progreso cultural y a la elevación del " . l a u d a r de vida. I a (lolación ha permitido beneficiar minerales que anteriormente s e nidoraban desechos y bajar la l e y m í n i m a de los minerales a tratar, de i'i modo las reservas disponibles han aumentado e n o r m e m e n t e . I "

' i i i i n d o l u g a ^ l a flotación ha permitidola recuperación de metales y

' l l ' I |iie anteriormente no se podían recuperare por falta de método e I. .| 1 l.'y. I iii límenle, la flotación no solamente ha abierto nuevas posibilidades, iiii' también ha mejorado los resultados tecnológicos, hoy la gran Milu i.M .ll- la flotación se debe que es un método único, también es m u y 'I' 'O otras palabras, la flotación no solo permite la recuperación de •I' minerales de más baja ley, granulometria m á s desfavorable y ' I "MI •. (lo minerales más complicadas, sino que también permite •I' l l inojor forma. ' " ' ii| 11 L i c i o n e s porflotación casi invariablemente s o n m á s altas, las I ' jiioductos nobles son superiores, los relaves son de menor ley ' 'lo operación yproducción son más bajos, l i l i ' i n , ol 9 5 % d e los metales no ferrosos, y u n a gran parte de ''' I' i'iisos yno metálicos, incluyendo los carbones, tienen c o m o " • lili•! lo de concentración; la flotación. " .

'111.1 idea general 3obre el volumen de esta industria, '|iie sólo en la década del 6 0 , en Estados Unidos existían '|iie utilizaban la flotación para tratar aproximadamente

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 200'000,000 toneladas de minerales y producir 20*000,000 toneladas de concentrados. Si s e toma en consideración el volumen de la producción mundial de minerales y metales, en ausencia de datos estadísticos, s e puede considerar que el volumen global de los minerales producidos por flotación podría ser hasta 100 veces mayor que lo anteriormente seña lado.

15. Diagrama de flujo para el p r o c e s a m i e n t o de minerales por flotación

i Figura N° I.IO.Diagramadeflujopara el procesamiento de minerales porflotación

14. Avances e n el p r o c e s o de flotación Las tendencias durante estos 100 años de historia de la flotación han s i d o : 1.

Aumento significativo en la capacidad de las plantas concentradoras.

2.

Disminución del c o n s u m o específico de energía por tonelada de mineral de las máquinas de flotación.

3.

La búsqueda de simplicidad en los diagramas de flujos.

4.

La configuración de circuitos s e simplificó considerablemente, se incluyen celdas columnares.

5.

Empleo de celdas columna de 11-14 m de altura.

6.

Desarrollo de automatización automático.

7.

En una perspectiva histórica, las capacidades de las plantas han crecidodesde 1,000t/d, década de los 7 0 y 8 0 a 120,000 t/d y s e habla de próximas instalaciones de 2 0 0 , 0 0 0 t/d y el volumen de las celdas ha aumentado desde alrededor de 3 m ' hasta 300 m ^

con niveles

Tamiz 1/2"

Circuito de Trituración y Almacenamiento de Minerales Trituradora terciaria

crecientes de control

8.

U s o de celdas gigantes del orden de 300 m

9.

El aumento de volumen en lo que a celdas s e refiere, no s e detiene y ya s e está trabajando una celda W e m c o de 500 m ^ con 10,87 m do diámetro, una altura de 8,49 m y una potencia de 1 000 H P . Igualmente Outotec ya está fabricando celdas de 500 m ^

To^a de finos

CIRCUITO DEMOÜENDAY

CU\SIFICACIÓN

Molino de barras

Hidrociclón

4

10. Analizadores de leyes en línea. 1 1 . Empleo de cámaras de video con analizadores de imágenes pam optimizarlos flujos de evacuación de concentrados en celdas unitarias de gran volumen.

Molino de bolas

Relave

12. Remplazo parcial o total de algunos reactivos de flotación por otros m á s amigables con el medio a m b i e n t e .

CIRCUITODE FLOTACION

13. Control automático del nivel, e s p e s o r y calidad de la espuma, monitoreo y análisis de e s p u m a s de flotación, permite conocer en tiempo real la apariencia, velocidad, dirección, tamaño de burbuja, estabilidad y color, de Ja e s p u m a .

Filtración

Secado

14. Análisis del tamaño de partícula de pulpas en línea. Despacho de concentrado

41

40 •l-^ltNWIÉIMWI,.,

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C I N E T I C A DE FLOTACIÓN

minera-en-el-peru,

1. R s i c o q u i m i c a de superficies e interfases

http://www.elminero.pe/index.php/especial/189-junio-2012/146-historia-

ara comprender los procesos que intervienen en la concentración de minerales, es necesario estudiar las propiedades químicas y llüicas de sus superficies y entender las relaciones que existen entre las tuses: sólida, liquida y g a s e o s a , e interases respectivas.

19.

P

de-la-mineria artesanal-en-el-peru 20.

http://beninar.blogspot.com/2008/06/el-mineral-de-plomo-se-separabacon.html,

21. 22. 23.

La química interfacial en la superficie del mineral es la base para los procesos de molienda, clasificación, flotación, floculación, aglomeración, siiparación magnética, gravedad, e s p e s a m i e n t o , filtración.

http://procesaminerales.blogspot.com/2012/09/flotacion-minerales.html, http://es.wikipedia.org/wil
24.

En un sistema a c u o s o , los átomos de la superficie deben estar en squilibrio eléctrico con los iones de la solución y como estos iones pueden • o r c o n t r o l a d o s , es posible controlarla naturaleza química de la superficie HMI mineral.

Tecnología A n d i n a " . lEP, Lima-Perú^ 1978. 25.

I 1. Doble capa eléctrica

Lothrop,S.K. "Instrumentos para Trabajar Metales en la Costa Central del P e r ú " Comprendidoen_Tecnología Andina". lEP, L i m a - P e r ú J 9 7 8 .

26.

I a doble capa eléctrica describe la variación del potencial eléctrico pióxlmo a una superficie, es un término que describe el arreglo que IMoriontanlos iones y las moléculas del solvente en solución, al aproximarse la superficie cargada eléctricamente, de tal forma que se presentan dos M'as con polaridad distinta, s e p a r a d a s por una distancia de orden HHiInoular, esta teoría adquiere importancia en el comportamiento de los inininales, específicamente durante la flotación.

Merrill, C.W. y Permington, J.W. "The Magnitude and Significance of Flotation

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I

I I primer modelo de la doble capa eléctrica se atribuye a Helmholtz, en I B / i i trató la doble capa eléctrica d e s d e un punto de vista matemático, ( i H t i i i d o ü n un modelo físico en el q u e una capa de iones es adsorbida en la i u | i i i i l i ( ; i o . Idealizó que los iones sodio (Na+) estaban alineados con una h«|irt (lo solvatación en la superficie del electrodo, y que estas cargas • » i r t l i i i n compensadas en n ú m e r o de electrones del lado o p u e s t o . l'iopone la existencia de una capa de solvente sobre la superficie y iMiiut) adsorbidos, plano interno de Helmholtz,seguida de una c a p a d o iones "•iiMMoti, plano externo de Helmholtz, de tal f o r m a q u e las cargas iónicas en ojiición son c o m p e n s a d a s por cargas opuestas en la superficie del HiHi ( l o d o . I hito 1910 y 1913, GouyyChc.'pman propusieron un modelo mediante MrtI nportaron una serie de modificaciones, al considerar que los iones se Miodnn a lo largo de un e s p e s o r d e solución finita conocida como la capa it, ll(jada a la agitación y c o n la función de balancear la carga del

44

45

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

electrodo, en este modelo el potencial superficial disminuye exponencialmente debido a la adsorción de los contraiones presentes en la s o l u c i ó n .

Doble capa de Helmholtz

El modelo de Gouy-Chapman, particularmente la versión linearizada, supone un potencial y una concentración iónica b a j a , por otra parte un ion solvatado de ia capa difusa no s e puede acercar a la superficie a una distancia inferiora s u radio.

m

El tratamiento de Gouy-Chapman supone que la constante dieléctrica del medio es la del solvente, en realidad dicho parámetro varia con la concentración de electrólitos.

•ojij®

,

Sólo las interacciones coulombianas s o n significativas.

o

El solvente es uniforme a escala atómica.

1.3. Doble capa eléctrica interfacial Cuando un sólido o un líquido apolarestán en contacto con una solución acuosa de electrólito, s e puede decir que la superficie del sólido o la interfase líquido-líquido, presenta un exceso de carga por unidad de aren, un equivalente pero de signo contrario está ubicado en la fase acuosa en lii proximidad de la interfase. Ambas distribuciones de carga constituyen lii llamada doble capa eléctrica interfacial, o doble carga interfacial. La carga ínterfacial s e debe a varios fenómenos que lo r e s u m i m o s :

0 @ 0

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0 0 0 1 ^ 0 © 0 ®0 ® ©

©

©

Figura N° 2.1. Modelos de la doble capa eléctrica Fuente: Morrison S.R Ttie Chemcal Physisc of Surfaces I 4 Cnrga Interfacial Al producirse una superficie sólida s e rompen unos e n l a c e s . En el caso ' ll» f i l l i ü G , dicha ruptura produce sitios con cargas positivas o negativas, i|Hii i i l contacto con agua resultan e n una hidroxilación, por liberación de i i M i o n hidrógeno, la sílice hidroxilada produce una superficie negativa, salvo • I H !• Mil i n cuyo caso la forma no disociada es estable. I lili'. . 11

l i m p i o la hematita (Fe203) se comporta en forma semejante a la I lili iH'ndo producir una superficie positiva o negativa s e g ú n el valor del

I 'I I loyn producida por iones e n la interfase líquido/liquido 'MOI

• • l l - . liijuidos apelares pueden contener sustancias susceptibles d e II la interfase, per ejemplo un aceite vegetal o el petróleo ' I i i menudo una cierta concentración de ácidos carboxilices, les imodon ionizarse:

N( (M)(( —..> RCOO + H*

46

^®0

0

©

Oistancia a la superficie

Los iones s o n considerados c o m o cargas puntuales. La carga eléctrica es constante en el interior de la doble c a p a .

0 © @ |

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® : 0

Actualmente s e utiliza el modelo de Gouy-Chapman-Stern, figura N° 2.1, en el cual s e combina la capa adsorbida de Helmholtz con la doble capa difusa de Gouy-Chapman, s e deducen importantes aproximaciones:

o

®

0

En la mayoría de los casos de interés, el e s p e s o r d e la capa de Stern es mucho m á s pequeño que el espesor de la capa difusa, sin embargo, se debe considerar el cambio de potencial dentro de esta c a p a , el cual puede ser grande. El exceso o defecto de carga de la capa de Stern respecto a la interfase sólida, depende de las fuerzas que determinan la adsorción de los iones y del estado de carga superficial respecto al punto de carga c e r o .

o

de Stern

0 ©

La principal modificación fue el modelo de Stern, postula que existe una capa fija de iones adsorbidos de espesorx, esta capa tiene el e s p e s o r d e un diámetro molecular o de algunos diámetros m o l e c u l a r e s , si los iones adsorbidos están solvatados.

o

deGouyChapman

(2.1)

47

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz El grupo carboxílico permanece en la superficie (en la capa fija), mientras que el protón pasa a la fase acuosa en la capa d i f u s a . 1.6. Cargas producidas por otros fenó.nenos La presencia de ciertas moléculasdipolares puede modificarel ambiente eléctrico cerca de la interfase, y modificar la distribución iónica en la fase acuosa. 1.7. Zonas de la doble capa eléctrica.

Stern, adyacente a la capa de Stern está la capa difusa de contraiones conocida como la capa de Gouy. También representa el cambio de potencial ! ' s u ° o e X i P m T ' ? ' h " f " " P " ' ' ^ ^ ^ ^ ^' P^'^"-^'^! de la superficie en U superficie mineral, hasta cero a una distancia infinita de la superficie es d e c i r e n la m a s a de la solución.

Iones Contraionesadsorbidos dGterminantes I (Capade Stern) del potencial 1

ir

En la doble capa eléctrica se distinguen las siguientes z o n a s : •

Carga superficial,

•

Capa de Stern,

.

•

Capa difusa o de Gouy

,

Iones determinantes del potencial

Contraionesadsorbidos • (Capa de Stern) L

S© 0 • 1 ^

Capadifusade contraíones (Capa de Gouy)

1.8. Interfase mineral-agua

0 © Capadifusade contraiones (Capa de Gouy)

ti

En el procesamiento de minerales porflotación, gravimetría, clasificación, cribado, filtración y molienda, es importante la interfase mineral-agua. La adsorción de iones procedentes de la solución en esta interfase depende de la composición química, quimiadsorción y la estructura de la superficie mineral, así como de la doble capa eléctrica.

Potencial de superficie,
El modelo de Stern de la doble capa eléctrica se ha usado para explicai la adsorción de a m b o s iones ycafiones c o m o contraiones en la superficid mineral. En un s i s t e m a heterogéneo se logra el equilibrio cuando el potencial químico de todas las especies es igual en todas las f a s e s .

I I

En la figura N° 2.2, se ve que si una especie iónica es adsorbida en unn interfase, entonces deben adsorberse contraíones por la electro neutralidad también representada por una superficie mineral y la doble capa eléctricn. se le conoce c o m o el modelo de Stern de la doble capa eléctrica.

I Distanciaa la superficie

Potencial Zeta, ?

Los iones quesonquimiadsorbidos en la superficie m i n e r a l , establci. i la carga de superficie y s e les llama iones determinantes del potencial y pueden ser iones de los que está compuesto el mineral, iones de hidróíiniü o hidroxilo, iones colectores que forman sales insolubles con los iones il<-\< superficie mineral, o iones que forman iones complejos con los Iones de i.i superficie mineral. La densidad de adsorción de los iones determinantes del potencial dn U superficie del mineral, determina la carga de superficie de un mineral Haciendo referencia a la figura N° 2.2, el p l a n o q u e pasa porel cenin la carga de los contraíones adyacentes a la superficie recibe el nombir i plano de Stern, a esta capa de contraiones se le conoce como c.\\<< • 48

Potencial de superficie, V„

' "

' ^

' ' "

'^'^ "^P^ eléctrica en una superficie nineral en solución acuosa (sogún Gaudin y Fuerstenau -Kruyt) • '"'ager, J l . "Doble Capa Eléctrica Interfacial." 49

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 1.9. Interfase aire-agua La adsorción en la interfase aire-agua es de interés particular en el proceso de flotación, los e s p u m a n t e s , muchos de ellos s o n alcoholes, a d e m á s s o n agentes de acción superficial que s e utilizan para controlar la e s p u m a , la curva que aparece en la figura N° 2.3, es tiplea de la forma en que la adición de un alcohol reduce la tensión superficial. La tensión superficial de la solución s e reduce d e s d e la del agua (0.073 N/m), a un valor cercano a la del alcohol, a p e s a r q u e el alcohol es sólo una fracción pequeña de la s o l u c i ó n , la superficie de la solución alcohol - agua, debe s e r m a y o r m e n t e alcohol. C o m o en la interfase aire-agua, la función del espumante consiste en adherir de forma selectiva las partículas de minerales a las burbujas de aire.

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s .1. Adsorción

íauSas d M . í L T f r ' ' " '

I r t t e r f a s Í T ^ r ^ ^ I f e n ó m e n o d e a c u m u l a c í ó n de materia en una P°."^entracíón s e a m a y o r o m e n o r q u e

E pn?. n , i q^^^forn^an la m t e r f a s e . C u a n d o la c o n c e n t r a c i ó n e s m a y o r e n la m t e r f a s e , s e d i c e q u e la a d s o r c i ó n e s p o s i t i v a y e s n e g a t i v a e n

LZJ °' " ÍcuJío . 1 ^ ? "

P'^" -

"^'"^^^'^^ P^°duce en las • ^ 9 ^ ^ - La a d s o r c i ó n d e

« c u e r d o a la i n t e r a c c i ó n a d s o r b i d o / a d s o r b e n t e , s e c l a s i f i c a e n -

Adsorción física (fisisorción). Adsorción química (quimisorción).

Los colectores difieren de los espumantes en que son electrólitos, porlo que s e debe considerar la adsorción de las especies iónicas en la interfase aire-agua. Un electrolito débil, tal como la sal de un ácido g r a s o , la adsorción d(.'l ácido s e debe tener en cuenta, lo que significa que el pH de una solución tiene un efecto sobre la tensión superficial. La adsorción que tiene l u g a r e n la superficie de una partícula m i n e r a l , o!. regulada por la naturaleza eléctrica de esa superficie. En flotación s e e m p l e a n colectores, los cuales s o n compuesto', orgánicos heteropolares que s e requieren para adsorber tanto en l.i interfase mineral-agua, como en la interfase aire-agua.

E

60

-

II

2. Iones d e t e r m i n a n t e s del potencial Generalmente un conjunto de iones pueden s e r identificados conm determinantes del potencial, los primeros responsables por la ciiiin superficial. Estos iones s e denominan iones determinantes de poteiu i ii Son considerados como iones determinantes de potencial: •

E l A g l , d o n d e l o s ionesdeterminantes depotencial s o n A g + e r.

•

Los minerales tipo óxidos, los iones determinantes de potencial son H* y OH".

•

Para sólidos del tipo s a l , tales como calcita, CaCOa, los mi» determinantes de potencial s o n Ca^* yCOs", y t a m b i é n H*, OH" y 11' para los sólidos iónicos, tales c o m o , BaS04, CaF2yAg2S, s o n los i de la red cristalina.

•

Los m inerales tipo silicatos, tales como arcillas y micas los cuales ii. estructuras de c a p a s , s o n cargados negativamente en la mayoría i i . condiciones naturales, debido a la substitución de A I 3 * por S Í 4 ' . ' sílice tetraédrica o Mgz* por AI3* en la capa octohedral de la n ^ cristal.

04

06

08

Actividad, moles/i

. W ; I i„„sión superficial de una solución acuosa de alcohol butíico a 20° C, (según de Bruyn yAgar) ^'""-J-O-andHouse

C.L.'TheChemístryofGoldExtractíon".

\ 50

51

'"«iliiilliii.i

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 2.2. A d s o r c i ó n física La adsorción física es la resultante de interacciones químicas secundarias o residuales (tipo Van der W a a l s ) , caracterizándose por un bajo calor de interacción, casi ninguna acción de selección hay entre el adsorbente y el adsorbido, siendo posible la adsorción por la formación de multicapas. 2.3. A d s o r c i ó n química

II R - O /

+

K

+

|

La adsorción química s e debe a interacciones químicas primarias (por ejemplo covalentes) entre el adsorbente y el adsorbido existe selectividad, formándose compuestos de superficie, apenas una mono-capa puede ser adsorbida.

Rgura N° 2.4. Fórnxila química ditifosfato y xantato Fuente: Salager, Jean Luis y Ana Forgianni; Fundamentos de Flotación l o adsorción del colectorpuede serfavorecida porsustancias llamadas «rllviidores,o inhibida porsustancias llamadas depresores. P o r e j e m p l o , la limnoncia de iones divalentes adsorbidos en una superficie metálica l«w)(oce la adsorción de ácidos carboxílicos porque forman sales insolubles.

3. Efectos de las propiedades de la doble capa e l é c t r i c a Las propiedades de la doble capa eléctrica de un mineral, puede afectar el rendimiento del proceso de separación de partículas por flotación del siguiente m o d o :

(

•

El signo y magnitud de la carga superficial controla la adsorción de los reactivos de flotación físicamente a d s o r b i d o s .

•

Una carga superficial alta puede inhibirla quimisorción de los colectores químicamente a d s o r b i d o s . ^

•

La extensión de la floculación y dispersión de los minerales en s u s p e n s i ó n está controlada por la doble capa eléctrica.

•

La ocurrencia y magnitud del revesfimiento por lamas determinados por la interacción de la doble capa eléctrica.

"

La cinefica de flotación depende de la doble capa eléctrica, de la velocidad de adelgazamiento de la película de a g u a , el cual también afecta la unión partícula-burbuja. |

están

3.1. Fenómenos interfaciales Con minerales sulfijrados se usan los xantatos, nombre genérico par^ los aquil-éteres de un ácido tio-carboxílico (der.), o los diesteres como los alquil-ditiofosfatos (izq.), figura N° 2.4. Los grupos alquiles R varian desde etil hasta octil, y aún dodecil. Existe una quimisorción del xantato por interacción del ion sulfuro ydol metal, también s e pueden usar sales del ácido carboxílico típicamentu jabones oleicos,paraflotarmineralesoxidados que contienen calcio, hiern) o cromo, ya que la insolubilidad de los jabones de estos metales promuevu la adsorción. 52

\K

R-O-C-S

X 3. Punto de c a r g a c e r o I a actividad de los iones determinantes del potencial al que la carga de r i i i i c i e es igual a cero, se llama el punto de carga cero del mineral || ' I ), que influye directamente en la adsorción de los reactivos sobre la iM'idciedelos minerales. Cuando los iones H* y O H " s o n determinantes i'dtcncial, el punto de carga cero s e expresa en fijnción del p H . M bien no s e puede m e d i r l a carga de superficie, es posible determinar • iiliiioncia de potencial entre la superficie y la m a s a de s o l u c i ó n , es decir, ' I 'i.-ncial de la superficie. I I l'CC y e l signo de la carga de superficie tienen vital importancia, los •Mimiones son adsorbidos por atracción electrostática en la superficie Mitnnial que porta los iones determinantes de potencial, si los contraiones • lili iilisorbidos por atracción electrostática solamente, s e le llama electi"ólito ninionte. Los contraiones pueden ser iones de la solución de carga ".ta a la de la superficie m i n e r a l . • I los contraiones poseen una afinidad especial porla superficie mineral, " 1 no son quimiadsorbidos, se les conoce como iones específicamente I • 11 Indos, estos iones s e adsortien intensamente en la superficie a causa fenómenos de liga covalente y solvatación, entre los iones .•..|.cii ilicamente adsorbidos se incluyen algunos colectores de flotación. Los Htiiliiiiones se aproximan a la superficie mineral tan cerca c o m o su tamaño I » lo pormite.

53

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 4 . Potencial zeta y punto i s o e l é c t r i c o Cuando hay movimiento de la solución con relación a la superficie mineral, ocurre un esfuerzo cortante en un plano próximo al limite, comprendido entre las capas de Stern y de Gouy, aunque no necesariamente coincidente con éste c o m o se ilustra en la figura N ° 2.2. C o m o se puede ver por la m i s m a figura, la magnitud del potencial zeta es siempre menor que la del potencial de la superficie. Esto significa que los iones de la capa de Stern permanecen adheridos a la superficie mineral, mientras que los iones de la capa difusa de Gouy son arrastrados con la solución. Al potencial eléctrico en este plano de esfuerzo cortante se conoce como el potencial zeta, z. Este parámetro se puede medir pordiferentes m é t o d o s , el punto donde el potencial zeta se vuelve cero se denomina punto isoeléctrico. En la figura N" 2.5 el potencial zeta está trazado vs. el pH de la solución.

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s s de gran valor para el ingeniero metalurgista, el conocimiento de la a en que varia el potencial zeta de un m i n e r a l , al cambiar las c;(indiciones de la solución. Suponiendo que el plano de esfuerzo cortante y el plano de Stern coinciden, una medida del potencial zeta puede aportar una comprensiónde lOl fenómenos de adsorción que ocurren. Asi c o m o se demostró que el punto al que la carga de superficie se vuelve cero (PCC) es importante, también el punto al que el potencial zeta • e vuelve cero tiene un significado especial, se le conoce c o m o el punto ludolóctrico (PIE). En muchos casos el PCC y e l PIE coinciden, en la tabla N"2 1 se ha determinado los valores del PCC y PIE para algunos m inerales. Debe notarse que el valor del PCC o PIE para un m i n e r a l , es afectado |MPi l.i presencia de trazas de elementos en ia estructura del m i n e r a l , como un o|omplo, los valores del PIE para el cuarzo s e reportan d e s d e un pH 2 , li«rj|,i un pH de 3.7. I n la flotación de sulfuros, la adsorción entre el colector y mineral, )iiin(l(m sercuantificados midiendo el potencial zeta, con el Zeta-Meter, las inmlldas son hechas usando la técnica llamada micro electroforésis. Mineral Barita Calcita Casiterita Calcopirita Cromita Corindón Fluorita Galena Goetita Hemalita Caolinita Magnetita Molibdenita Pirita Pirrotina Cuarzo Rutilo Schelita Esfólerita Circón

Fuente: Marsden, J.O. and House, C. L. "The Chemistry of Gold Extraction"

labia N° 2.1 - Valores de PCC o RE para diversos minerales • lito: Kelly, EG.; Spottiswod, D.J. Introducción al Procesamiento de Minerales

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz - E n

5. Termodinánfiica de las interfases En esta sección se consideran dos a s p e c t o s : la termodinámica de la adsorción sobre las superficies minerales en las interfases aire-agua, y l a termodinámica que controla la adherencia d é l a s partículas de mineral a las burbujas de aire.

'

—

=

X w a

e o s

<9^.

C2.5)

l ' o n d e oe es el ángulo de contacto, y^, y^,

^ mmeral-ag^ua.

La entalpia de una unidad de área de cualquier superficie, que es igual a la energía total de superficie; Es se expresa por la ecuación: E

^

^

r

+

TS

(2.2)

¡V

Figura N°2.6, Representación idealizada del contacto de tres fases: aire, agua y mineral.

Donde y es la energía libre de la superficie por unidad de á r e a ; S es la entropía de la superficie por unidad de área, T es la temperatura absoluta. Toda interfase es el lugar de una fuerza de t e n s i ó n , que actúa en el plano de la interfase, a tal fuerza de tensión se le conoce como tensión superficial y s e considera igual a la energía libre de superficie. La entropía de la superficie a presión constante se expresa por la e c u a c i ó n :

S= ^ dT

Fuente: Finch, J.A y Smith, G.W."Contact Angle and Wetting"

(2.3)

De manera que la energía total de superficie puede relacionarse con la tensión interfacial mediante la ecuación:

E,=y

-T^

(2.4)

En la mayoría de los líquidos en contacto con un g a s , la tensión superficial disminuye linealmente con la temperatura. El agua en contaclu con el aire 20° C tiene una tensión de superficie de 0.073 N/m y dy/dTo» igual a -1.6 X 10"* N/m °C. La energía total de superficie del agua e s , 0.1.' N/m.

'

.ijivld que la figura ilustrada no es real, porque en flotación las I I » nii adhieren a burbujas relativamente p e q u e ñ a s , sin embargo • mi considera una burbuja esférica grande y una superficie de I'» llnn poqueña, se obtiene la m i s m a ecuación 2.5. ' l l til unción es todavía una idealización, ya que las superficies • niili'in con frecuencia lejos de ser lisas y hayotras fuerzas que • i i i h i i i lil burbuja, sin embargo, se acepta en forma general y l a I ' I I lili Young proporciona una base adecuada para el análisis iiiirtiniro (lo los sistemas de tres f a s e s .

6. Angulo de c o n t a c t o Thomas Young, en 1805, relacionó el ángulo (0), formado entre l > tangente a la gota de líquido (L), depositada en una superficie sólidn (S), con las tensiones interfacíales: líquido - g a s ; sólido - líquido y sólidi gas, (figura 2.6). Young s u p u s o que se establece un equilibrio de fuoi i desde entonces el concepto de la tensión interfacial ha sido a m p l i a n n n i ' utilizado.

••'

i'uude ver en la figura N° 2.7, el ángulo de contacto se puede 1 la donsidad de adsorción, el potencial zeta y la recuperación !•* mi llnl.ición. Para que ocurra la flotación debe crearse una •'nni.ii .111 (¡con la destrucción simultánea de las interfases a g u a • ll 0(10.1 do igual área.

7. Contacto de t r e s f a s e s Se deben establecer las interfases aire-mineral o aire-agua para | f l partícula que s e va a colectar en los procesos de flotación. La ilustracH clásica del contacto de tres fases : a g u a , una burbuja de aire y una supinlli| lisa ideal aparece en la figura N° 2.6. 56

y , ^ „ s o n las energías

'

imiNilua tonga tugarla adherencia de la partícula de mineral a una iHi • « ilnlm cumplir:

y mu ~

w

T'»

(2.6) 57

Flotación y Concentración de Minerales A n g e l A z a ñ e r o Ortiz El cambio en energía física AY asociado con la creación de la interfase

la tenacidad y partícula),

El ángulo de contacto (6) es un indicador muy común y útil de lá hidrofobicidad de una superficie sólida mineral, debido a una relación entre ÓBte y la flotabilidad de los minerales. El balance hidrofílico/hidrofóbico en la • uperficle del mineral puede ser evaluado en términos del ángulo de contacto, desarrollado entre las tres fases involucradas: sólido (S), liquido (l)ygas(G).

s e cree una libre Ay d a d o

Cuando dos fluidos están en contacto con un sólido, se puede definir la mojabilidad del sólido respecto a cada uno de los fluidos medíante el á ngulo dii contacto, lo cual resulta de un equilibrio de fuerzas.

de mineral-aire, se obtiene mediante ia ecuación: ^ r = r m . - ( r ^ .

+

rrnJ

(2-7)

A A y s e l e cita a veces c o m o el trabajo de adhesión o c o m o de adhesión entre el aire y la superficie mineral (burbuja también s e le ha l l a m a d o coeficiente de d i s p e r s i ó n . Para que s e a posible la flotación, es decir, para que interfase mineral-aire.debesernegativo el cambio de energía

8. Importancia del ángulo de c o n t a c t o en la flotación

por la ecuación 2.7. Cuando s e combina la ecuación 2.7, con la ecuación de Young

se

Si el ángulo de contacto con el a g u a , es inferiora 90°, la superficie es hldrofílica; sí es mayor a 9 0 ° , la superficie es hidrófoba.

obtiene la siguiente expresión para el cambio de energía libre: A r = r

wa(cos^,-l)

(2.8)

Esta ecuación s e ha usado con frecuencia para analizar el proceso de flotación. Mientras m á s negativo s e a el valor de Ay, m a y o r e s la probabilidad de adhesión entre la partícula y burbuja, y por tanto de flotación, tal tratamiento

U Influencia de los r e a c t i v o s . Tn estado natural el agua y la mayoría de los minerales s o n hidrofilicos, mndiante la adición de los colectores de flotación, disminuye el valor de (Tma ' ÍHw) y por tanto se incrementa el ángulo de contacto (ecuación 2.5). De hMiyn y asociados, combinaron la ecuación de Gíbbs con la ecuación de riiung para demostrar q u e :

termodinámico describe sólo el cambio general de energía libre y no toma en cuenta las etapas intermedias que ocurren

en la adhesión de partícula-

(2.9)

burbuja. En consecuencia, el ángulo de contacto es afectado por el movimiento de las partículas y d e las burbujas, por lo tanto la aplicación de la ecuación 2.8, es limitada.

^ Figura N° 2.7 I Correlación del ' potencial zeta, el ángulo de contacto y la adsorción del colector en la flotación de cuarzo utilizando un colector catiónico (Fuerstenau)

jJPDonde Tma es la densidad de adsorción del colector en la interfase ñ\lhnrnl-aire y Fmwes la densidad de adsorción del colector en la interfase Miinorul-agua. 'iignifica que la capa de espumante que lleva una burbuja de aire, |iMiintrii e n la capa del colector que está sobre el m i n e r a l , para formar una • n|iii riurfactiva mixta en la interfase mineral-aire. III c i i n t a c t o entre partícula y burbuja I n .idhesión de una partícula a una burbuja se puede considerar en tres "'•4|.,|-. I

Fuente. Marsden, J, And House, I.Tho Chemistry of Gold Extraction, Blis Horw ood Limited, London, 1992.

•\ Picamiento de la burbuja y l a partícula. •^iniiiazamíento de la película de agua entre la burbuja y l a partícula l u i i i . i i]ue ocurre la ruptura.

•

r«liil)locimíento del contacto en equilibrio.

59 58

Flotación y Concentración de Minerales

Angel Azañero Ortiz

2.1. Modelos empíricos

La primera etapa la rige la hidrodinámica del proceso, la tercera la defineel ángulo de contacto y l a segunda etapa, es la m á s importante y s e

Consiste en graflcar la recuperación del producto flotado v s . el tiem po de flotación y luego buscar la relación matemática q u e represente a la curva ohlnnida.

examina a continuación. Cuando la separación entre burbuja-partícula es mayor de alrededor de 1000 nm dominan las fuerzas hidrodinámicas, si esta distancia de separaciones menorías fuerzas moleculares, se han reconocido tres tipos de fuerza molecular: a. Fuerzas de atracción de Vander W a a l s . b. Las fuerzas eléctricas que se originan de la interacción de las dobles capas que hay en el agua y e n torno de las partículas.

Se basan en la realización de una serie de experimentos de los cuales • n recopila una gran cantidad de datos que d e b e n ser analizados para "liloncr información coherente,tienen la desventaja, que no permite realizar "'«iiapolaciones con los datos obtenidos, los m o d e l o s s o n difíciles de I' I iibirya que s o n sistemas complejos, que p o s e e n una gran cantidad de

c. Hidratación de cualquier grupo hidrofilico, sobre las superficies de 11 ¡t. Modelos s e m i e m p í r i c o s

partículas. 11. Cinética y adiiesión entre partícula y burbuja

J

El acercamiento de una partícula a una burbuja y l a unión subsiguiente, han sido examinados p o r m u c h o s investigadores, tanto experimental como teóricamente. ^ La velocdiad de flotación s e considera igual al producto de tres factores; •

La velocidad de colisión entre partículas y burbujas.

• •

La probabilidad de a d h e s i ó n . La probabilidad de que la partícula adherida no s e posteriormente a causa de la turbulencia.

\ desprendí

12. Cinética de flotación La cinética de flotación s e define c o m o la variación de la cantidad ii» producto obtenido en la celda respecto al tiempo de flotación. Las propiedades de los minerales como la flotabilidad, no son IHIHI definidas ni siquiera para especies puras, y no pueden ser considennl.n como infi-insecas de dichas especies, varían no solo con • acondicionamiento de los reactivos sino también con las condiciono:. il( operación del proceso de separación, aún m á s difíciles predoiiil distribución de estas propiedades en el caso de partículas mixtas. En forma general, en el proceso de flotación se identifican tres znim» que contribuyen en forma complementaria al resultado final del proceso 'H embargo,la dificultad de expresarlos fenómenos físicos y químicos ocurren en a m b a s zonas en forma exacta, así como la i m p o s i b i l i i i i i >< medir directamente el transporte de mineral entre ellas, limita el imu confiabilidad de modelos matemáticos teóricos. Existen distintos tipm modelos cinéticos para describir el proceso de flotación. 60

« o i . ' ^ ' w ^ ' ^ r ^ " . ® " ° 3 ^ ' ' ' " ^ ecuación diferencial adecuada que integre^ ^ i t u ^ t ^ l T ' ' resudados experimentales de flSn|

I i \o analógico •ío (lonomina método analógico porque se basa en modelos tomados de ' iiirtilcii química, y a s u m e que la flotación se p u e d e considerar similar a • (Moc nno químico que ocurre en una celda de flotación. f * l o n modelos s o n utilizados para realizar el diagnóstico de la I "iiti lón, con ellos s e puede comparar reactivos de flotación caracterizare! 'ii|iiiiirtmionto del mineral ft"entea diferentes tipos y dosis de reactivos, pH • ««li«|ti, dimensionar celdas de flotación, entre otros. • M Método cinético fiiH liilioducído en el año 1935 por García - Z ú ñ i g a , este modelo 'I comportamaiento exponencial de primer o r d e n , para así 4IINOIOMIII In cinética de flotación. La formación de la interfase partículal t i M l ( i ( | « HM lii zona de colección s e puede a s i m i l a r a una reacción química artjKit M u i a i i l i i i la figura N* 2 . 8 .

A

•

H

•

|liMtio|i« •

n •

C —

• O

Mineral

f | p i l H' I n Analogía

flotación-rsacción

química

HMiiiitniD, la flotación no solo consiste en la formación del •«•«IH, nino quo a d e m á s se necesita la separación del mineral s ó l i d o .

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz es decir, el transporte de la e s p u m a y finalmente el concentrado. En la práctica, a pesar d é l a s com plejidades del proceso de flotación, la variación de la concentración normalmente s e puede representar por una ecuación s i m p l e de primer orden.

El parámetro k representa la constante cinética de una determinada ospecie;y depende de varios factores: naturaleza del mineral, composición química, asociación de especies minerales, acondicionamiento del mineral, toactivos de flotación, condiciones de operación tales c o m o flujo de aire, losa de alimentación, forma y diseño de la celda entre otros.

Para esta operación en particular, se tiene que la variación en peso del

Considerando la condición del limite C = Co, en t = to, se obtiene:

mineral es proporcional al peso del mineral en la zona de colección, dada por la ecuación:

C = Co.e~''-'^

(2.10)

dc/dt = - K . m

'

(2.11)

Luego la recuperación de mineral se puede expresar según la e c u a c i ó n :

Dónde:

„

C: concentración al interior de la celda: m/v

-

C(t) ^0

K: constante cinética de f l o t a c i ó n -

(2.12)

Lt

Reemplazando la ecuación 2.11 en la ecuación 2.12, se obtiene el modelo tln lii recuperación ideal para operación batch; una ecuación de primer orden.

m , es m a s a

R = l-e'^-'^

(13)

< \s cinéticas de flotación b a t c h y flujo continuo I I proceso de flotación para un grupo de partículas que tienen las iMluMiiis propiedades de flotación, puede ser relacionada a una reacción t(Mlniic..i de primer orden y la ecuación cinética para el proceso puede ser •iMllit:

• dc = Kc dt

-

(2.14)

liDiido c, es la concentración de partículas flotables en la pulpa, (k) la W m l i i i i l d d e velocidad de flotación y está relacionada a las condiciones de iMtatilón, tales c o m o concentración del colector y taza de flujo de aire. I no formas integradas de esta ecuación para diferentes condiciones, • I " I o representa la concentración inicial de partículas en la pulpa s o n : 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

tiempo (min.)

Figura N° 2.9. Recuperación de mineral según modelo de García-Zúm

i 4 | i i u u un grupo simple de partículas en celda batch. '

«Coexp.(-kt)

(2.15)

- I o n grupo simple de partículas en celda continua en estado de i i i I o n e s constantes.

63 62

A n g e l Azañero Ortiz

C = C o e x p ( - kt)E{t)dt

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

(2-16)

> i i i n i i muy flotable, las cantidades de uno y otro en el concentrado final >i.tii comparables metalúrgicamente. I Jomplo:

o Donde E (t) representa la distribución del tiempo de retención. (c) Para muchos grupos apreciables de partículas a un rango de velocidad constante en celda batch: , |

Tatda minuto flota 2.5 gramos de cobre y 2 . 5 gramos de cuarzo de una piilpit do mineral que contiene 2 gramos/litro de cobre, y 198 gramos/litro de 1 Olll.l) I Mino tenemos en el laboratorio una celda de 1 litro, p o d e m o s calcular lN« v«ilocidades específicas de cada e s p e c i e mineralógica.

co

c =Cojexp

(-kt) f(k,o)dk

,

(J"

(2.17)

Q Cu «'1.25

Donde f (k,o) representa una distribución continua de la constante de velocidad. (d) Para muchos grupos apreciables de partículas en celda continua en estado de condiciones constantes. C = CoJ¡exp

{-kt)

E{t)f{Ko)dt

dk

(2-18)

00 Esta última ecuación es aplicable a plantas de flotación en operación. 14. índice c i n é t i c o La fórmula que nos permite visualizar y evaluar el proceso de flotación nn celda batch es el índice cinético que relaciona la velocidad específica ún flotación que se expresa mediante la siguiente ecuación:

Q; P;

es la velocidad específica de flotación de la especie mineralógica. representa la cantidad de la especie mineralógica que flota en un minuto, (gramos). C; es la concentración de cierta especie mineralógica en la pulpa y \»> expresa en gr. /litro. V; Indica el volumen de agua en una celda y se expresa en litros.

Un mineral de cobre con una molienda adecuada y acondicionanmui" con reactivos químicos, se empieza a flotar en una celda de flotación, » obsen/a que además del cobre flota también una cierta cantidad de eun como el mineral de cobre representa solo 1% de la mina en los yacimnnii de cobre y el cuarzo el 9 9 % , por más que el cuarzo es poco flotabli' >

P C u = 2.5 = 1 . 2 5 CCuV 2x1

(J CuiirzD = P cuarzo = 2.5 = 0 . 0 1 2 5 : Q cuarzo = 0.0126 C cuarzo V 198x1 ^1 I o m p a r a m o s las velocidades específicas de flotación del cuarzo y •iiiB, p o d o m o s a f i r m a r q u e el cobre es casi 100 veces m á s flotable que el "ttrti nn las condiciones específicas del experimento. Al ( o m p a r a r dos velocidades especificas de flotación p o d e m o s la flotabilidad relativa de un mineral respecto a otro, ésta ' ''iMii. iciii metalúrgica es muyimportante debido a que mientras m a y o r e s •rt (itiiniiiiidad relativa de un mineral respecto a otro, mayor será la iM|>Hiii< li'in por flotación. >' IMIIIIIOIII

I linnili) osta relación es igual a u n o , no hayseparacíón entre las dos I Ion mineralógicas. <•

a (lo selectividad

t'rtirt i|iio on los cálculos se pueda tener una medida precisa yefectiva i« «Mirtc lón, se introduce el concepto de índice de selectividad. 11 imlli o de selectividad se expresa mediante la f ó r m u l a :

m n c A

X

conc.B

t'oldii

X

colaA

(2.20)

( t . l H . l l

65

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

BIBLIOGRAFÍA 1. 2. Ejemplo: 3. 4. 5. °''Remplaza-,doenlaecuacl6n2.20,tenemos: 30 X Solución:

1 X

0.75

22.5

0.1

0.1

= 15

.-

6. 7.

8. 9.

10.

11.

12. 13. 14. IB. IB, 17, II.

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C A P I T U L O III

Índices Cinéticos en la Flotación de

R E A C T I V O S DE FLOTACIÓN DE MINERALES 1. Reactivos de flotación

L

Angle on the Flotation of Chalcopyrite in Laboratory Batch Flotation

a flotación también lo p o d e m o s definir como un proceso selectivo^ que se emplea para llevar a cabo separaciones especificas de minerales complejos, basándose en las diferentes propiedades superficiales^ de cada uno de ellos. Es el método de procesamiento de minerales m á s ! eficaz y con mayores aplicaciones de todos los existentes; aunque en; muchos aspectos, es el más c o m p l e j o .

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Esta técnica se fundamenta en la adhesión selectiva de los minerales en el seno de una pulpa acuosa, a unas burbujas de aire que se introducen en ella. Los minerales adheridos a las burbujas, se separan en forma de^ e s p u m a mineralizada constituyendo el concentrado, figura N° 3 . 1 , mientras; que los d e m á s s e quedan en la pulpa y constituyen el estéril.

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I iijiiin N° 3.1 Flotación de plonro (izquierda); flotación de calcopirita (derecha) I n liste método de separación, los reactivos son el componente y l a "Miiiililii más importante, ya que las especies con flotabilidad natural son I 1 . ' i i t r e ellas tenemos el talco, azuft-e, molibdenita, bitumen, material . ,iiii.iii,,%() y algunas arcillas, y s u importancia comercial tan reducida que * N piMiilii iifirmar que la flotación indusfi-ial moderna no se podría efectuar • iiKi iivAis. Un elemento tan importante del proceso influye con gran •ihllldiid, ya que no solo tiene repercusión el tipo de reactivo, sino »»«i(ilii6ii fiii combinación, d o s i s , forma y o r d e n de adición. hii 11)111 probado que los efectos debido a otras variables como grado ' 'iii'iid.i, aireación, densidad de pulpa, nunca superan en importancia a I I 'alivDs onegativos de una fórmula de flotación apropiada, por i ' i i c extrañarnos que al estudio de la fórmula de flotación ' ' I 1 ' ii.iya dedicado el m a y o r t i e m p o yesfuerzo investigador. 69

68

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz El problema es complejo, ya que la acción de los reactivos está basada en equilibrios iónicos, y este equilibrio es dificil de controlar, ya que aparte de los reactivos que introducimos en ia pulpa, hay una considerable cantidad de iones en ella, procedentes de las impurezas que aporta el mineral o minerales, así como el agua de tratamiento. 2. Clasificación de los reactivos de flotación Los

reactivos se dividen de acuerdo a la función especifica que

desempeñan en: I.

Colectores

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s Catiónicos Tienen en su estructura química el nitrógeno pentavalente, representados por las aminas y los derivados amínicos, se emplean en la flotación de carbonates, óxidos, metales de tierras alcalinas, come silvita. ^

Los colectores aniónicos en función de su estructura química se dividen en: o

IL

Espumantes

Permiten la formación de una e s p u m a estable, con tamaño de burbujas

a.

•

Modificadores del p H .

•

Activadores.

•

Depresores.

Los reactivos también se pueden clasificar de acuerdo a la interinase donde actúan: o

b.

c.

Sulfonatos

Son iguales a los ácidos grasos y tienen menor poder colector que los reactivos carboxílico, se usan para flotar casiterita, barita, kíanita y schelita. 0

Tipo sulfhidrilo Estos colectores aniónicos a su vez se divide en: Xantatos y Ditiofosfatos

Interfase aire / agua: espumantes y electrolitos inorgánicos, Permaneciendo en el a g u a : activadores, reguladores de pH y depresores.

Los colectores, p o r s u capacidad de disociación en la pulpa, se dividen en dos grupos principales: No ionizables

Actúan en forma molecular, son hidrocarburos yaceites hidrocarbonados. Ionizables

Se disocian en iones, además dependiendo de si la parte activa es anión o catión, los colectores ionógenos se subdividen e n :

70

Similares a los .ácidos g r a s o s , se usan poco y fienen menor poder colectorque el tipo carboxílico, se usan para flotar casiterita, barita, l^ianita y schelita.

Interfase mineral /agua, en la superficie del mineral: colectores y

o

•

Sulfatos

activadores. o

>

Carboxílico

Conocidos como ácidos g r a s o s , s e encuentran en aceites vegetales y grasas a n i m a l e s , sales del ácido oleico, como el oleato sódico y e l ácido linoleico, se usan en minerales de calcio, bario, estroncio.

apropiado para llevarlos minerales valiosos al concentrado. III. Modificadores Sirven para crear condiciones favorables en las superficies de los minerales, principalmente para el funcionamiento selectivo de los colectores. Los modificadores se subdividen de la siguiente manera:

Tipo oxidrilo

Son ácidos o r g á n i c o s o j a b e n e s alquilsulfatos.los cuales se subdividen e n :

Su función principales la de proporcionaro incrementarlas propiedades hidrofóbicas, a las superficies de los minerales.

Aniónicos

3. C o l e c t o r e s : x a n t a t o s Las funciones principales de los colectores son, mejorar las propiedades hidrofóbicas de las superficies de los m i n e r a l e s . Son componentes heterogéneos que contienen un grupo polar activo, el cual se adsorbe sobre 01 m ineral y u n a cadena de hidrocarburos que presenta un grupo no polar, el cual es una superficie hidrofóbica y va hacia la solución bulk, estos reactivos son usados para l o g r a r l a selectividad del mineral hidrofóbico valioso, en seguida s e muestra esquemáticamente para el xantato etílico sódico ¡figura N" 3.2.

71

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

H

H 1

H

H

S

,

1

i

1

Grupo polar

" ^ ^ ^ ^ . - . í r . G r u p o no polar

No polar

•~~0Í Mineral 1

Polar

«• Anión

—

| " 1 * 1

Catión

i

M

¡i

•

Figura N° 3.2 Fórmula química del xantato etílico de sodio (izquierda); Esquema de adsorción del xantato en un mineral (derechia) Fuente:Leja, J. "Súrtase Oiemestry of Frotti Flotation" Volumen ly II, Reagents and Mectianisms Los colectores caracterizados por unido a un átomo ditiolatos dímeros

Las solubilidadesde los xantatos en el agua, decrece delefil (C2) al amil o penfil (Os), la cual es la cadena más larga de xantatos comúnmente u s a d o s , conforme la longitud de la cadena de hidrocarburos s e incrementa, las propiedades hidrofobizantes, el poder colector y la recuperación del mineral generalmente a u m e n t a n , pero la selectividad decrece p o r g ú e l o s mineralesde baja hidrofobicídad pueden adsorbercolector,contaminandoel concentrado. La fórmula general del ion xantato es ROCS2, donde R es una cadena do hidrocarburo, que contiene de uno a seis átomos de carbono, s e denominan p o r s u radical alcohólico (R) y el metal alcalino sodio o potasio o p o r e l nombre comercial de los fabricantes originales. El nombre del xantato s e basa en el alcohol empleado en su fabricación, por ejemplo el xantato isopropilico de s o d i o , proviene del alcohol liiopropílico.

m á s importantes son del grupo tiólico, los cuales son grupos funcionales, que contienen un átomo de azufre de carbón o fósforo, y pueden ser oxidados para formar hidrofóbicos.

Es un grupo grande de reactivos, de composiciones químicas diversas, su misión es la hidrofobización selectiva de las superficies minerales, creando condiciones favorables de adherencia a las burbujas, disminuyendo la humectación y aumentando el ángulo de contacto. Los colectores que m á s s e usan son los del tipo sulfhidrilo, en los que el grupo polar tiene el azufre (S) bivalente, son poderosos y selectivos en la flotación de minerales sulfurados, los más importantes son los xantatos y ditiofosfatos m á s conocidos c o m o aerofloats, de los cuales nos vamos a ocupar con más detalle en s e g u i d a . 3 . 1 . Xantatos Los xantatos, fueron usados al principio por la industria del caucho, textiles y agricultura,fue en el año 1923,que Cornelius H. Keller, descubrió la aplicación de los xantatos en minería y a usados como colectores en flotación de sulfuros minerales. Son sales sódicas o potásicas del ácido xántico, se producen de alcoholes que tienen entre 2 y 6 átomos de carbono, generalmente los xantatos que tienen m á s de 6 átomos de carbono, no son tan efectivos c o m o los producidos de alcoholes de cadena más corta, son solubles en agua, tienen un olor característico y el color varia desde el amarillo intenso a blanquecino, están disponibles comercialmente como soluciones, en polvo o pellets, estos últimos sontos m á s comerciales debido a que hay menos problemas de polvos y oxidación y más estabilidad en el almacenamiento, figura N° 3.3. 72

Figura N° 3.3 Xantato Fue nte :http://w w w .renasa.compe/xantatos I xantatos disponibles en el mercado, y que corresponden a los |iiiiii ip.ilüs fabricantes c o m o American C y a n a m i d , Dow Chemical y Kimi livos Nacionales S.A (RENASA), están listados en s e g u i d a . A loR xantatos también s e les nombra, anteponiendo el radical alcohol • m i l l o do la palabra xantato y como sufijo el nombre del metal alcalino, !• niplii: otil xantato potásico, Z-3;etíl xantato sódico, Z-4; isopropil xantato (Hiirtttico, z-9; isopropil xantato sódico, Z - 1 1 ; ísobutilico xantato de sodio, Z I I , luilll xantato sódico secundario, Z-12; amil xantato potásico Z - 6 ; a m i l "'lulo potásico secundario Z-5; hexil xantato potásico:Z-10. El cuadro N" ' 1 iiiiioHtra los diferentes xantatos y s u s fabricantes.

73

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Nombre Químico

Dow Chemical

Xantato etüico de

Z-3

Xaniato Aero 301

Xantato etüico de

Z-4

Xantato Aero

Xantato isopropilico de

Z-9

nnta
¿¿•o

®

Oxidación para formar dixantógenos. Descomposición en medio ácido para formar el disulfuro de carbono y u n alcohol. Descomposición en medio básico o alcalino, para formar CSP2, monotiocarbonato, CO y C.

3.2. Potenciales de oxidación de los xantatos Z-11

Xantato Aereo

Z-14

Xantato Aereo 317

Xantato butílico sec.de sodio

Z-12

Xantato Aereo 301

Z-6

Xantato Aereo 35U

'

El dixantógeno es la especie hidrofóbica activa en la flotación del oro, pirita, y otros sulfuros. Las soluciones de xantatos s o n inestables de acuerdo a las siguientes reacciones: ® ®

ULflCIO 1'-' Xantato isopropilico de sodio Xantato isobutilico de sodio

Xantato amílico de potasio Xantato secanulico HP nntasio Xantato tiexilico de potasio

Rena sa*

American Cyanamid C¡anadian


CX-31

Los potenciales requeridos para oxidar la serie de xantatos, están en el cuadro N" 3.2.

CX-71

Potenciales de reducción estándar Homólogo

CX-51

Z-5 Z-10

Cuadro N° 3.1 Reactivos colectores tipo xantato. •Produce v comercializa con sus nombres químicos completos

Xantato

Metil Etil n-propil Isopropil n-Butil Isobutll n-Amil Isoamil Hexil Nii Determinado :ND

-0.004 -0.060 -0.091 -0.096 -0.127 -0.127 -0.159 ND ND

Monotio Carbamato 0.020 0.002 -0.022 ND -0.038 ND -0.080 ND -0.120

Ditiofosfato 0.315 0.255 0.187 0.196 0.122 0.158 0.050 0.086 -0.015

Cuadro N° 3.2 Potenciales de reducción para las serles homologas de parejas ditiolato-tiol Fuente: Marsden, J.O. and House, CL. "The Chemistry of Gold B(traction" También hay otros colectores d e importancia, como p o r e j e m p l o los fabricados por Minerec Corporation: los xantoformlatos, pertenecen a este grupo: Minerec A Minerec B, Minerec 2 7 , Minerec 2 0 1 , Minerec 748, Minerec 1995,y lostionocarbamatos: Minerec 1 3 3 1 , Minerec 1615, Minerec 1 6 6 1 , (2030), Minerec 1669, Minerec 1703, y Minerec 1846; los colectores de Schell s o n : SF-113, SF-114, SF-203 Y S F - 3 2 3 .

4 Kitngos de pH de trabajo de los diferentes c o l e c t o r e s I I rangos generales de estabilidad de colectores tiólicos, son dados en wl luudro N° 3.3, se indica los rangos de aplicación práctica. Rangos de pH y estabilidad de varios c o l e c t o r e s tiol Colector Ditiocarbamato Ditiofosfato Dixantógeno Mercaptobenzotiazol Tionocarbamato Xantato

Los xantatos s o n preparados por la reacción d e un alcohol con el disulfuro de carbón y u n hidróxido, c o m o s i g u e : C2H5OH + NaOH + CS2-> C2H50CS2Na + H2O

(3.1)

A contacto con el agua los xantatos ( X ) son rápidamente oxidados a ditiolato dixantógeno (X2 o ROC(S) SS(S) ROC), un compuesto covalento apolar: X2 + 2 e - ^ 2 X -

(3.2)

Rango pH 5-12 4-12 1-11 4-9 4-9 8-13

N" 3.3 Rangos de estabilidad en función del pH de colectores tiólicos f-UBlito: Marsden, J.O. and House, CL. The Chemistry of Gold Extraction

(¡UMili O

75 74

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Xantato etílico de potasio: Z-3 y zantato etílico de sodio: Z-4

5 probedlo * vida d , ,o. x a n . „ o s e n , u n c , 6 „ La ,«da m e d l .

de los

Estos dos xantatos s o n esencialmente similares en su acción c o m o colectores de flotación, s o n de la cadena de carbono m á s corta, en consecuencia s o n m u y selectivos. Se pueden usar solos o con otro(s) colectores secundarios como los aerofloats, siendo el Z-3 con m e n o s xantato disponible que la correspondiente sal sódica, es usado en minerales complejos y dificil metalurgia de p l o m o , cobre y zinc, donde se busca la máxima selectividad. Recientemente están siendo remplazados por el xantato isopropilico de s o d i o .

» t , a r S l ó n á c " a ™a s l d o ^ ^ ^

- = í a t ^ i t a ? e ' S ' p r S r ¿ ' ^ ^

«

,e.a.

. Ti-^ x,iHa a ?5°C v 4 0 ° C , 80 tunción del p H , en X a n t a t o s : promedio de vida a ¿o y xaniaiob. ^ atmósfera de nitrógeno XantVtos;^da m e d i a J h ) ^ — x a n t a i o s ; viua n/Vnil Isobutil nButil Etil Isopropil Propil TrToí "1079 2722 866 1187 1 Ui¿ 1 - - U ñ í , " 709 1 1 tJO 912 11/5 1035 • 72Ü • i m 1 1 OA 873 1175 1045 2628 707 1 Z?TÍÍ 4/b 492 «i? 0 - 402 728 479 \J í .\J C-1 .4 A 72:8 61.9 63.5 01 63.2

TemprC) 10 9

¿.0

1

8

— 71 — 6

9

25 40 40 tu

v

40

—rTT" l V

" 0.78 124 128 62.2 " 14.5 1.66 "

1

079 517 512

•

96.1 14.8 1.70

Xantato Isobutilico de sodio: Z-14 Es un colector muy enérgico y no selectivo para todos los minerales sulfurados,es considerado el mejor para flotar pirita en circuitos naturales, donde el pH no ha sido ajustado con cal ni con ácido, colectorque también está siendo remplazado p o r e l xantato isopropilico de s o d i o .

1

0.81 158 163

0.90 209 214

72.0 15.4 1.78

88.9 16.9 1.90

—IA? ^ «a 100

71 R " / 1 .D • -11; 9 1 D.Z 1.75

Minerec A

0.83 194

Epecificamente etil-etilxantoformiato, colector potente y de alta selectividad hacia la pirita yotros tipos de g a n g a , amplio rango de pH para su aplicación, opera también en medio ácido, su consumo es inferiora otros colectores, s o n usados en sulfuros de plata, plomo cobre cinc y molibdeno, se puede aplicarconjuntamente con otros colectores convencionales como los xantatos, de preferencia s e alimentan al molino y s u c o n s u m o es 0.01 hasta 0.1 Ib/ton.

211 74 5 15.5

1 " 6 4U 1.70 " 40 5 •j ~,l-l \ °T cuadro N- 3 4 Desoomposición de los xanlalos en ( u n d 6 n del pH y "T

^

i

J

l

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.

. 0 , an'd H o u s e . C L . Tne c n , . . s ^ o , G o , d E « c . o n

5.1. Xantatos principales u s a d o s e n f l o t a c i ó n de minerales

^

Xantato isopropilico de sodio: Z-11 Es el m á s usado en la flotación de minerales sulfurados, debido a su bajo costo, s e utiliza en gran escala en la flotación de minerales de p l o m o , cobre y zinc. Su aplicación es casi en todos los sulfuros m i n e r a l e s , como los complejos de Pb-Zn, Cu-Fe, Cu-Zn, donde están presentes la calcopiritn, enargita, galena, esfalerita, marmatita, pirita, arsenopirita ypirrotita, también es usado como colector del cobre, plata y o r o nativo. Xantato amílico de potasio: Z-6 Es el colector más potente y no selectivo para minerales sulfijrosos, apropiado para sulfijros parcialmente oxidados, y e s el m á s convenienU para la recuperación de minerales oxidados de p l o m o ycobre d e s p u é s d o la sulfurización, en algunos casos es usado como colector secundario en la flotación agotativa o scavenger que sigue a la flotación bulk. 76

En la flotación de diversos sulfuros metálicos s e recomienda aparte del colector o colectores principales, agregar en menores dosificaciones coloctores secundarios, que completan la activación de minerales llijnramente oxidados, o para dade m á s selectividad al proceso, estos imictivos son ampliamente conocidos como ditiofosfatos. n Ditiofosfatos I llorón desarrollados originalmente por la firma American Cyanamid, ijoiiMios empezaron a suministrar productos químicos para la minería desde iil uno 1917, obtuvieron la patente en 1925, y l e dieron el nombre comercial l i l i norofloats como actualmente se les conoce. Es el productor m á s iin|iiiii.inte y e l m á s antiguo de los ditiofosfatos. ü o n esteres secundarios del ácido ditiofosfórico, y s e obtienen al hacer • • « ( d o n a r pentasulfuro de fósforo con alcoholes, siendo R el radical hliliocaiburo aromático o alifático y X, el átomo de hidrógeno o metal «ll rtllno o ion a m o n i o . •I 111 más solubles en agua que los xantatos, p o r l o que los depresores IM« allí, i.mon mayor grado, algunos presentan cierto poder espumante por ll» intiMiiiiua de ácido cresilico, que es un espumante fuerte.

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Los ditiofosfatos forman sales relativamente solubles con los metales pesados, presentan un olordébil a sulfuro de hidrógeno, buena solubilidad en soluciones acuosas y solventes orgánicos, se caracterizan por ser bastante selectivos, no son colectores selectivos en presencia de iones cúpricos, aún a pH altos. Los ditiofosfatos (DTP) son colectores aplicados bajo condiciones m á s acidas que los xantatos, por esta razón son usados cuando la flotación se realiza a pH < 8. Son menos susceptibles a la hidrólisis que los xantatos, lo que permite su aplicación en medio ligeramente ácido. Estos colectores no pueden flotar a la pirita en condiciones alcalinas, y por ello tienen buena selectividad para la recuperación de otros sulfuros en este rango de p H , los ditiofosfatos son colectores de menor poder que los xantatos, por lo que s e d e b e n e m p l e a r e n d o s i s m a y o r e s , q u e en el caso de los xantatos; cuando se usa como colector principal. Generalmente dan una baja recuperación pero con alta selectividad que el correspondiente xantato,y seoxidarancon menorintensidad formando el dimero neutral ditiofosfatógeno. Los potenciales de reducción estándar para las series h o m o l o g a s de ditiofosfatos son también dados en el cuadro N° 3.2. Los DTPs pueden reaccionarcon los sulfuros metálicos en forma similar que los xantatos, y tienen buena selectividad para minerales de cobre,como se aprecia en el cuadro N° 3.5, el dietil y sec-butil s o n usados como colectores de oro, plata, y c o b r e . Los principales ditiofosfatos líquidos s o n los promotores aerofloats: 15, 25, 3 1 , 33 y 2 4 2 , son básicamente ácidos aril ditiofosfóricos, tienen propiedades espumantes cuya intensidad decrece en el orden descrito. El aerofloat 242, posee propiedades espumantes muy débiles, los aerofloats 3 1 , 33 y 242, contienen además una pequeña cantidad de un promotor secundario de solubilidad limitada. Los promotores 135 y 194 son de diferente composición química, no tienen propiedades espumantes y fueron desarrollados específicamente para trabajar en circuitos ácidos. Los aerofloats 15, 25, 31 y 3 3 deben ser alimentados en su forma original, los otros se recomiendan soluciones al 10% o m á s . Los promotores aerofloats secos, son sales de ácido aikil ditiofosfórico, desarrollados con pocas o ninguna propiedad e s p u m a n t e , son más selectivos que los xantatos y areofloats líquidos, incluyen; el sodium aerofloat y los promotores aerofloats 2 0 8 , 2 1 1 , 238, 243 y 249, estos reactivos son similares en apariencia pero de diferente composición química, son solubles en agua y se alimentan a los circuitos de flotación en soluciones del 5 a 20%.

78

6.1. Ditiofosfatos aerofloat liquides Aerofloat 25 Ampliamente usado como promotor de sulfuros de cobre, plomo, plata y zinc, en medio alcalino, es muy selectivo y en medio ácido flota todos los sulfuros de hierro, tanto el aerofloat 15 como el 25 son muy útiles en la recuperación de los minerales de C u , Pb, Ag y zinc finamente molidos y sulfures de zinc activados. ?, Productos minerales extraídos de las suDerficies mineraips UIP DTC MBT Pirita (DTP)2 (DTC)2 (MBT)2Fe(MBT)2 ( Pirrotita NIP NIP NIP Arsenopirita NIP NIP NIP (•«.'llena Pb(DTP)2 Pb(DTC)2 NIP MoiiOdenita Mo(DTP). Mo(DTC)x Mo(MBT)x Covclita Cu(DTP)2 Cu(DTC)2 Cu(MBT)2 i.iiicopirita Cu(DIP)2 Cu(DTC)2 Cu(MBT)2 Tiilcosíta Cu(DTP)2 Cu(DTC) Cu (MBT) Momita CU(ÜIP)2 Cu(DTC)2 Cu(MBT)2 1 'iliilerita NIP NIP NIP rullbinita NIP NIP NIP Aiillmonita NIP NIP NIP í^iopimente NIP NIP NIP Miiinlgar NIP NIP NIP 1 ) i ' 1 • ditiofosfato ' H I C • diotiocarbamato M i l ) •mercaptobenzotiazol N l l ' • niguna identificación positiva

—

(.u.dro N°3.5 productos extraídos de la superfie de los rrinerales después de la flotación. Fuente: Marsden, J.O. and House. CL. The Chemistry of Gold Extraction Aniofloat 31 I o m binado con el aerofloat25, se emplea principalmente en la flotación d» Ion sulfuros de p l o m o y plata, es adecuado para los minerales oxidados P l oro y menas de cobre argentíferas, combinado con el A - 2 4 2 s o n los í l í B l o m s promotores para la plata, ampliamente usado para la flotación d e m i i i i i i i i l ü s Pb/Zn y Cu/Pb d e s d e minerales Cu/Pb/Zn.

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz'

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Los aerofloats 25 y 3 1 , poseen considerables propiedades e s p u m a n t e s mucho m á s que los aeroflat 241 y 2 4 2 . A diferencia de los xantatos, los promotores aerofloats son estables en los circuitos ácidos; sin embargo, pierden selectividad frente a los sulfuros de fierro. Consecuentemente, los promotores aerofloat 25 y 31 pueden usarse como promotores fuertes de sulfuros, y no selectivos para la flotación bulk en los circuitos á c i d o s .

A igual que el s o d i u m aerofloat, s e usa extensamente en la flotación de esfalerita y marmatita, donde es muyimportante la selectividad con respecto a la pinta, puede ser útil el empleo de un xantato al final del proceso de flotación, o sea en el scavenger. A g u n o s investigadores manifiestan haber logrado mejor recuperación de esfalerita l a m o s a , con este reactivo.

Aerofloat 242

Aerofloat 238

Es una sal de amonio del promotor aerofloat 3 1 , es el m á s selectivo de los promotores aerofloat líquidos, promotor fuerte, mejora la recuperación de Ag en la flotación de sulfuros de cobre y p l o m o , en presencia de esfalerita y hierro, donde la selectividad hacia los sulfuros de hierro presenta un problema serio. Combinado con el aero 4 0 4 , produce buenos resultados en la flotación de menas de oro o de plomo parcialmente oxidados, soluble en agua, debe ser preparado mínimo al 1 0 % y es adecuado para alimentar por etapas, por ser de acción rápida.

Combina fuerza colectora con una buena selectividad frente a los sulfuros de fierro, como el aerofloat 208, es colector m u y eficaz para el oro y menas con sulfuros de cobre, plata yzinc, como los otros aerofloats, tiene muy buena selectividad hacia la pirita, es un excelente colector para el sulfuro de cobre, especialmente útil para la flotación de la calcopirita en presencia de pirita cuando s e d e s e a selectividad, no es buen colector de galena.

6.2. Ditiofosfatos aerofloat s e c o s Fueron desarrollados para cubrir la necesidad de los aerofloats que tuvieran pocas o ninguna propiedad e s p u m a n t e , estos reactivos son más selectivos que los xantatos y los ditiofosfatos líquidos en la flotación del cobre, en presencia de sulfuros de zinc y hierro, prácticamente s o n reactivos no e s p u m a n t e s y solubles en agua, los principales s o n : Sodium aerofloat Se usa principalmente para la flotación selectiva de Cu de minerales Cu/Zn, cuando los minerales de Zn tienden a flotar fácilmente y p a r a la flotación de sulfuros de cinc activados, donde la selectividad contra los sulfuros de hierro presenta p r o b l e m a s . Muy selectivo frente a sulfuros de fierro cuando s e flota cinc. No es colector de g a l e n a . Aerofloat 208 Es un promotor más potente que el sodium aerofloat, colector selectivo para minerales de cobre plata y oro, excelente colector para metales nativos de C u , Ag y Au, se emplea ampliamente combinado con el xantato Z-12 para minerales de oro libre o asociado a la pirita yotros sulfuros, según Leaver, Wolf y H e a d e s muy selectivo para minerales de oro fino liberado de sulfuros y de g a n g a , combinado con el aerofloat 15, que actúa como colectorsuplementario y c o m o principal y único e s p u m a n t e . También es un colector eficaz para la chalcosita, bornita y covelita. Aerofloat 211 Colectores selectivos para cobre y minerales de zinc activados, colector m á s fuerte que el promotor sodium aerofloat. 80

En r e s u m e n , los promotores aerofloat son más selectivos frente a los sulfuros de fierro en circuitos alcalinos que los correspondientes xantatos. El s o d i u m aerofioat y los aerofloats 208, 211 y 238 causan un mínimo efecto en la generación de e s p u m a , s o n colectores débiles para galena, convirtiéndoles en la elección adecuada para la flotación selectiva del cobre desde p l o m o . Para muchos minerales los promotores alquil aerofloat se usan como colector principal, en conjunto con un xantato c o m o colector secundario, los de cadenas m á s largas son usados c o m o el colector único para asegurar máxima selectividad. 6.2.1. Ditiofosfinatos dialquilos Aorophine 3418A El promotor aerophine 3 4 1 8 A e s un colector de sulfuros en b a s e a (ósforo, s e desarrolló originalmente para la flotación de cobre y minerales iK.tivados de zinc. Es excelente colector en el beneficio de sulfijros poíimetálicos ( o m p l e j o s , en estos minerales produce separaciones muy selectivas, iili.imente efectivo frente a minerales de sulfuros de hierro y esfalerita. In muchos minerales la dosificación requerida puede ser ' niisiderablemente menor, que la que necesitan los colectores usados iMilicionalmente como los xantatos. Baja espumación, incluso en minerales •iui' contienen arcilla, cinética rápida y buena recolección de partículas UHiosas. I xcelente colector para metales preciosos, metales del grupo del platino, M i o n a y sulfijros de cobre, desde minerales complejos poíimetálicos •'iillni.ldOS.

81

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 6.3. Mercaptobenziotiazol ( m e r c a p t a n o s ) Los mercaptobenziotiazol y ditiofosfatos corresponden a los promotores d e la serie 4 0 0 , estos reactivos fueron desarrollados para las menas de metales básicosoxidados o con alteración superficial, se comportan mejor en m e d i o de carbonato de sodio durante la flotación de minerales oxidados de plomo y c o b r e , d e b e n s e r alimentados al m o l i n o . A e r o 400 U s a d o principalmente para la flotación d e pirita que contiene oro en circuitos ácidos y neutros. Aero 404 A n p l i a m e n t e usado para la flotación de minerales secundarios de cobro y minerales de zinc y plomo con una oxidación parcial o total, y metales preciosos en circuitos alcalinos. Excelente colector para la pinta y pirita aurífera en circuitos ácidos y neutros. Reporta mejores resultados entre pH 4 a 6 por e s o se considera un excelente promotor de pirita aurífera. So puede

usar con los aerofloats 242 y 3 1 . Tiene bajas

propiedades

espumantes. A e r o 407 Un colector m á s fuerte que el promotor aero 4 0 4 . Puede remplazar substancialmentea los xantatos en mucfias aplicaciones, al m i s m o tiem[)o que es m á s selectivo frente a los sulfuros de fierro en circuitos alcalinos. Útil en el tratamiento d e una amplia gama de minerales con metalon preciosos y metales b á s i c o s , particularmente aquellos de cobre, niquol y zinc. Excelente para la flotación bulk de los minerales poíimetálicos y d e om piritico, en circuitos á c i d o s . Aero 412 Promotor m á s fuerte que el promotor aero 4 0 7 , con aplicaciones cu«l parecidas. A e r o 425 Versión sólida de los otros promotores aero 4 0 0 para minerales do colmi mixtos de sulfijros yóxidos, los que flotan sinsulfijrización,si los m i n o m l m oxidados están presentes e n cantidades p e q u e ñ a s .

A pesar de ser usado en muchas plantas industriales, en flotación de minerales de cobre yzinc oxidados, es un colector usado para la flotación de oro libre y pirita, bajo condiciones acidas y e s ionizado en soluciones alcalinas, tiene baja tendencia para formar el ditiolato, (MBT)2, que otros colectores tiólicos yen vez de eso forma especies MBT- metal, el cual hace a la superficie del mineral hidrofóbico; cuadro N° 3.5. 6.4. Ditiocarbamatos El uso de ditiocarbamatos en la flotación de sulfuros metálicos, es nnfigua,comola de los xantatos, sus propiedadesde colector s o n similares n las de los xantatos en muchos aspectos, excelentes colectores para' minerales de plomo, zinc y níquel. Son mucho m á s estables que los xantatos, incluso en circuitos á c i d o s , «ntonces son especialmente efectivos para la flotación de la mayoría de los ttulfuros y m e t a l e s preciosos en circuitos ácidos y d e pH neutro. Los difiocarbamatos (DTCs), p o r e j e m p l o el fionocarbamatoetil isopropil, / ^ 0 0 ; son los m á s usados para laflotaciónde sulfuros de cobre. Ellos s o n I oloctores relativamente estables los cuales son oxidados para formar 'iiiiolalo, (DTC)2, en una forma similar que los xantatos. Las especies hidrofóbicas formadas en la superficie de los minerales • ullurosos pueden ser el ditiolato, para la pirita o un componente m e t a l I H C , por ejemplo, con plomo, molibdeno, y sulfijros de cobre, cuadro N" J.D. Compiten con los xantatos en cuanto a sus propiedades colectoras, pero • u precio m á s elevado les hace perder competítividad ygeneralmente se uann como colectores secundarios. • i\s carboxílicos I n oste grupo se encuenti-an los ácidos grasos y s u s s a l e s , los j a b o n e s . Ill«li"itlc.iimente han jugado un papel importante en flotación debido a sus |tiiipin(iiidescolectorasfuertes,perosupocaselectividad impide una eficaz «HjKiKiclón, lo que ha ocasionado un gradual ycasi absoluto reemplazo por iim I iiiiictores sulfhídricos,quedando su utilización reducida para el caso de Htinoinliis oxidados y n o metálicos. • •
vtono destacarque estos reactivos tienen propiedades espumantes, opone una ventaja por una parte y podría ser un inconveniente en

83 82

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

6.7. Reactivos catiónicos Este grupo de reactivos está constituido por a m i n a s y derivados aminicos, compuestos orgánicos análogos de las sales de a m o n i o , y d e sales sulfonio y fosfonio, en los que el azufre o fósforo tian remplazado al átomo de nitrógeno del compuesto amonio, estos colectores se caracterizan por su fácil adsorción y desorción, como consecuencia de un mecanismo de atracción electrostática. En general son menos selectivos que los a n i ó n i c o s , aunque en ciertas flotaciones especificas c o m o la flotación de cuarzo, silicatos y algunos minerales oxidados, s o n mucfio m á s efectivos que los a n i ó n i c o s . Presentan a d e m á s la ventaja de n o s e r m u y s e n s i b l e s a la presencia de iones extraños en la pulpa, por lo que s o n apropiados en tratamientos con agua excesivamente dura, son poco muy sensibles a las variaciones de p H . Los promotores catiónicos se usan principalmente en la separación de la silvita (KCl), de la balita (NaCI), flotando la silvita. También es importante el uso de reactivos catiónicos en la flotación de minerales de óxidos ysilicatos de cinc, después de sulfurizarios. Las aminas han encontrado uso limitado en la flotación del o r o , pero han sido usadas en medio alcalino (pH 10 a 11) para la recuperación de pirita aurífera. 6.8. Reactivos no iónicos En la flotaciónde minerales hidrofóbicos c o m o el c a r b ó n , grafito, azufre o molibdenita tienen importancia los colectores no ionizables como el kerosene, hidrocarburos o aceites hidrocarbonados, que no posean grupos polares. Estos reactivos son fuertemente hidrofóbicos y d e b i d o a la ausencia de grupos polares, no tienen medios propios para adsorberse sobre las superficies minerales, por lo que deben seradicionados en combinación con otros compuestos orgánicos de carácter heteropolar, utilizan p o r t a n t e un m e c a n i s m o que pedíamos definir c o m o de coadserción. Debido a s u insolubilidad en a g u a , la distribución de estos colectores ofrece dificultades, por lo que precisan medios mecánicos para su mejor distribución. Por último, conviene resaltar que debido a su efecto negativo sobre la e s p u m a hayque tener especial cuidado con la presencia incontrolada de los m i s m o s ya que pueden ocasionar trastornos graves en la e s p u m a c i ó n . En la figura N° 3.4, apreciamos las fórmulas químicas de les colectores más importantes.

84

Xanthate r\ Kj — R— o

Thiophosphate

Thiocarbamate

—II S s

^

Mercaptan

N—C — Sn—s-

Thiourea

Ma-*-

M—c 1

S-

na

1

1

Mercaptobenzothiazole

H 7

R represents the hydrocarbon chain

Figura N» 3.4.- Fórmulas quín^cas^de losj^olectores principales para mnerales Fuente: l^rsden, J.O. and House, c l ° ^ e Cherristry of Gold Extraction 7. Espumantes Los espumantes que s e usan en flotación son reactivos orgánicos de superficie activa heteropolar, de p e s o molecular relativamente bajo que contienen oxígeno enlazado al carbono, el radical orgánico no polar repele al agua, mientras que la parte p o l a r e s ati-aída p o r e l a g u a , p o r l o tanto de osü-uctura similar a los colectores, pero mientras estos últimos tienen afinidad por la intertase sólido • líquido, los espumantes la tienen por la Interfase líquido-gas, debido a s u actividad superficial también es c a p a z d e reducir la tensión superficial, estabilizando así las burbujas. La e s p u m a formada debe tener dertas características, tales c o m o :

85

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

7.2. Espumantes tipo glicol •

Tener propiedades superficiales a d e c u a d a s , de m o d o que el mineral valioso se adhiera a las superficies de la burbuja y evitar que lo haga el mineral de ganga.

•

Debe ser lo suficientemente estable, para soportar un peso considerable del mineral, y lo suficientemente dinámico para llevar ese mineral al borde de la celda.

Los que se usan comúnmente consisten en glicoles de polipropileno o polietileno y s u s monoéteres. Son fácilmente solubles en a g u a , d e modo que pueden ser diluidos a cualquier concentración, además de su particular estructura,su peso molecularjuega un importante papel en su rendimiento.

•

Versátil para que las burbujas se rompan y se vuelvan a formar continuamente, dejando que el agua y las minerales de ganga s e drenen en la pulpa.

Los espumantes derivados de glicol tienden a producirel tipo de espuma g r u e s a , por su persistencia no es necesaria la adición por e t a p a s . Debido a su solubilidad y baja presión de vapor, tiene una tendencia mayor a retornar al circuito de flotación, cuando se recicla el agua en la planta.

•

No debe ser tan estable c o m o para no romperse en los lavados y l a s canaletas, pero debe ser capaz de volver a formarse cuando s e introduce aire en las etapas siguientes de flotación.

Para lograrque los espumantes formen una interfase aire-agua buena y estable, y asegurar la flotación y recuperación de m i n e r a l e s , lo cual se puede obtener:

Existen muchos términos subjetivos que se usan para describir las características de una e s p u m a de flotación, por ejemplo, estable, efervescente, persistente, frágil, selectiva, estrechamente unida, s e c a , húmeda, etc. Probablemente es suficiente considerar a las e s p u m a s dentro de dos categorías: ®

®

Espumas en las que la m e m b r a n a de la burbuja es relativamente delgada. Tales espumas tienden a transportar menos agua (secas), arrastrar menos lamas de la ganga (selectivas), y a ser relativamente menos estables y persistentes. E s p u m a s en que la m e m b r a n a de la burbuja es relativamente g r u e s a , tales e s p u m a s tienden a transportar más agua (húmedas), arrastrar más lamas de la ganga ( m e n o s selectivas), y son relativamente estables y persistentes.

El aceite de pino y e l ácido cresilico fueron los primeros espumantes usados, pero ahora han sido remplazados en gran parte por glicoles y alcoholes sintéticos. 7.1. Espumantes tipo alcohol Los espumantes de alcohol actualmente en u s o , consisten en cadenas de hidrocarburos cíclicas o ramificadas que contienen entre cinco y ocho átomos de carbono, también p u e d e n contener una variedad de otros componentes formados durante s u fabricación. El tipo y la cantidad de estos compuestos s e c u n d a r e s , pueden tener un efecto significativo en su rendimiento y en el tipo de e s p u m a que producen. Son poco solubles en agua, de m a n e r a que son alimentados en la forma que s e encuentran al circuito de flotación. Debido a su baja persistencia normalmente se agregan por etapas al circuito.Tienden a producirel tipo de e s p u m a delgada. 86

®

Reduciendo el tamaño de las burbujas formadas en la flotación y estabilizando la e s p u m a formada en la pulpa.

®

Mejorarla aproximación de la burbuja y l a partícula.

® Adelgazamiento de la película de agua entre la burbuja y l a partícula hasta que ocurra la ruptura. ®

Establecimiento del contacto de equilibrio.

Clásicamente los m á s utilizados han sido el aceite de pino, el ácido cresilico y e l aceite de eucalipto. Actualmente s e comercializan gran cantidad de productos de base glicol, conocidos con el nombre de aerofroth y d o w f r o t h . H a y q u e d e s t a c a r q u e estos espumantes no tienen propiedades colectoras, por lo que las funciones colectora y e s p u m a n t e , se pueden regular correctamente de manera independíente. La adición de un e s p u m a n t e , p o r e j e m p l o un alcohol reduce la tensión superficial de la solución de la del agua (0.073N/m), cerca a la del alcohol, aunque éste es añadido en pequeñas cantidades, lo que indica que una fracción amplia de la superficie de la solución o sea la superficies de la burbujas está compuesto por alcohol. Las estructuras yformulas químicas de los espumantes m á s comunes son mostrados en la figura N° 3.5. 7.3. Espumantes m á s i m p o r t a n t e s Hay una variedad de e s p u m a n t e s y fabricantes, entre los m á s usados son los s i g u i e n t e s : Dow los comercializa como dowfroth, Cyanamid como Aerofroth, Cytec como Aerofroth y Oreprep, Renasa tiene los e s p u m a n t e s ER 300 y ER 4 0 0 , Comercial Andina Industrial ofrece los e s p u m a n t e s : F210, F-210D, F-250, F-250D, F-700, F-700D, F-800D, y F-900D, Minerec

87

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz tiene e s p u m a n t e s tipo alctiol: T - 1 1 , T - 9 , A-12, A-20. A - 2 1 , A-22, F-5011,y poliglicoi:T-18, F-20, F - 2 0 6 9 , F - 2 1 0 0 , F - 5 0 0 0 , F - 5 0 0 1 , F - 5 0 0 2 . . Los espumantes dowfroth son d e i o m i n a d o s por números que s o n proporcionales al peso molecular del polímero, en estos reactivos a mayor peso molecular, el poder espumante es mejor, los e s p u m a n t e s s o n el dowfroth 2 0 0 , dowfroth 250, dowfroth 4 0 0 , dowfroth 1012 ydowfroth 1263. Cyanamid tiene los e s p u m a n t e s : aerofroth 6 5 , aerofroth 70, aerofroth 7 1 A aerofroth 73 y aerofroth 7 7 A Cytec dispone de los siguientes e s p u m a n t e s : Aerofroth 6 5 , Oreprep F507, Aerofroth 7 0 , Aerofroth 7 6 A Aerofroth 88, Oreprep F-501, Oreprep F5 2 1 , Oreprep F-523, Oreprep F-533, Oreprep F-515, Oreprep F-549. Shell produce ycomercializa el metil isobutil carbinol (MIBC). Aceite de pino Es de color amarillo claro, olor característico, 2 % soluble en agua, producido por destilación al vapor, de la madera de pino, también es sintetizado y así comercializado, el principal componente superficial activo son los alcoholes hidro-aromáticos tales c o m o el terpinol, C10H17OH. La e s p u m a producida es muytenaz y persistente, presenta propiedades colectoras y no es m u y selectivo, al inicio de la flotación fije m u y u s a d o , sin embargo, debido a que los minerales s o n m á s c o m p l e j o s y de difícil metalurgia su aplicación ha ido disminuyendo, habiendo sido remplazado en muchos casos por los propilen glicoles y por el MIBC, que solo s o n espumantes.

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s '

Es un e s p u m a n t e ampliamente usado en la flotación de minerales sulfurados de cobre, molibdeno, zinc y plomo, en flotación de minerales no metálicos y e n la flotación del oro y p l a t a . Se utiliza también en mezcla con otros espumantes como propilen glicoles, aceite de pino, si se requiere una e s p u m a m á s persistente. La e s p u m a que produce el MIBC, s e quiebra m á s rápido que la obtenida por otros e s p u m a n t e s , esto es ventajoso cuando se desea obtener un manejo adecuado de concentrados o cuando no es recomendable un exceso de e s p u m a . Permite un buen control del proceso de flotación porque no tiene características colectoras, debido a s u síntesis, tiene alta pureza y propiedades constantes. A e r o f r o t h 65 Poliglicol soluble en a g u a , ha sido usado ampliamente en circuitos de flotaciónde difícil formación de e s p u m a , logrando obtener una e s p u m a con bajo c o n s u m o de reactivo. Su aplicación está en los minerales metálicos y no metálicos.

A e r o f r o t h 70 Es un espumante de tipo alcohol con 6 átomos de carbón, de bajo peso molecular, se usa cuando la selectividad es importante para alimentaciones que contiene un porcentaje de finos m á s alto que lo n o r m a l . Ha encontrado un alto nivel de aceptación en la fiotación de carbón, sulfijro de p l o m o , grafito, circuitos de flotación neutros y levemente alcalinos, minerales metálicos y n o metálicos.

Acido cresilico Es de color amarillo o s c u r o , insoluble, obtenido por destilación del alquitrán de hulla o portratamiento de la destilación fraccionada del petróleo crudo. Su poder espumante varía y está generalmente relacionada con s u temperatura de destilación, que está enti-e 190°C y 235 °C. El destilado a menortemperatura produce una e s p u m a más liviana y m e n o s persistente que el destilado a mayores temperaturas. Es un espumante enérgico que a diferencia del e s p u m a n t e tipo alcohol, tiene algunas propiedades colectoras y porlo tanto tiende a ser no selectivo, su uso está en donde se requiere una e s p u m a persistente y donde la selectividad no es un p r o b l e m a . Todavía se usa en algunos minerales de cobre, plomo y potasa. Metil isobutil c a r b i n o l (MIBC), (Ce H13 OH) Sinónimo químico:metil amil alcohol, incoloro, densidad a 2 0 ° C , 0.807 0.809 gr/lt, 98.0 % d e pureza, rango de destilación: I S O ' C a 133 °C, agua: 0.10 % m á x i m o .

O r e p r e p F-549 Un e s p u m a n t e que exhibe las propiedades del alcohol unido a un poliglicol, u s a d o a menudo cuando los alcoholes no s o n lo suficientemente persistentes y l o s poliglícoles lo s o n d e m a s i a d o . | D o w f r o t h 250 Los e s p u m a n t e s dowfroth s o n materiales sintéticos, químicamente éteres metílicos de glicol polipropileno, s u s características s o n uniformes, líquidos de baja viscosidad solubles en agua y pueden ser representados por la siguiente fórmula química: CH3-(0-C3H6)x-OH.

'

El dowfi-oth 250 tiene un peso molecular de 2 5 0 , densidad especifica a ^'fi °C es 0.967, selectivo, no tiene acción colectora y s e puede u s a r e n i.ombinación con aceite de pino, ácido cresilico, aceite o kerosene.

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz No requiere t i e m p o d e acondicionamiento p o r l o q u e s e puede alimentar directamente a las celdas de fiotación, se emplea donde s e requiere selectividad, s e pueden alimentar al circuito puro o en s o l u c i ó n . D o w f r o t h 1012 Espumante poderoso, líquido, peso molecular promedio es 4 0 0 , gravedad específica a 25°C es 0.982 - 0.992, por su alto peso molecular es parcialmente soluble en agua, su utilización abarca toda la escala de p H , y es enérgico pero selectivo.

Typ« Alcohol»

Formuta R-OH

Terpineal

C 1

Bomeol

C

Í í

¿-C-C-C

V C_C-OH

c - ¿ — ¿ C OH

i

PlJe oil

OH

Phanol

Crasol Cresylic acid

c_c-c-c-c C OH Methvl Hobutyl caiblnol (MIBC) CH,(OC,H,)xH

RO(RO)xH

Polypropyiane glycol melhyl ether

Polyolycol alhat» Alcoxy subtituted parafllns

pC^Hi

(RO)xH CaHsO/

1 2,3 Triethoxl butane InlhU tabla, C refera toCH.group«

8. Reactivos modificadores La función e s p e c í f i j

-os

^^^-^J^^^ilSS

^ r a S s ^ e ^ r y ^ a r í n T a ^ U p a ^ l a ^ condiciones propicias para que a c t u r o t r o s reactivos yrealizaruna buena

IVtadificadores del medio o de pH

Controlan la concentración iónica de las pulpas y sus reacciones a través de la acidezo basicidad. •

Activadores Fomentan las propiedades hidrofóbicas d é l o s minerales y aumentan su flotabilidad. Depresores Hidrofilizan las superficies minerales e impiden su

i OH

OH

Xylanol

•

•

Actual Frother» Fenchyl alcohol

C

Tradicionalmente los modificadores se clasifican e n :

flotación.

9. Modificadores del m e d i o o de pH El pH de una pulpa tiene gran importancia en la flotación, ya que los iones H* y O H ' c o m p i t e n con otros iones en alcanzarlas superficies de los minerales, y además su concentración influye en la disociación de las sales y e n los intercambios iónicos. Es importante además tener en cuenta los efectos de hidrólisis que pueden sufrir algunos reactivos en función de la acidez del m e d i o , por ejemplo los xantatos pierden efectividad en circuitos á c i d o s . Las aminas dan los mejores resultados en circuitos medianamente alcalinos, y en circuitos de alta alcalinidad su poder colector disminuye notablemente. En el caso de los ácidos g r a s o s , su actividad se mejora en pulpas alcalinas ya que de este m o d o se favorece la formación de jabones en la superficie mineral. De forma general debemos reconocer que el circuito alcalino es m á s empleado que el ácido, entre otros motivos porque los reactivos suelen ser más e s t a b l e s y l a s sales de los iones pesados se precipitan, eliminándose de la pulpa. En casi todas las operaciones de flotación, se obtienen los mejores resultados cuando se mantiene el pH dentro de cierto m a r g e n , por esta razón es m u y importante controlar el pH apropiado, que depende de cada mineral y s e debe d e t e r m i n a r e n laboratorio. Los reactivos que comúnmente se usan para ajusfar el pH s o n ; cal y carbonato de sodio para aumentar el pH o alcalinidad y e l ácido sulfúrico para acidificar la pulpa o bajar el p H , ocasionalmente se usa la s o s a caustica para incrementar el p H . 9.1. Principales m o d i f i c a d o r e s

flotación.

91 90

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Cal Es el regulador de alcalinidad y p H , que m á s c o m ú n m e n t e s e u s a , la cantidad de cal que requiere un determinado p r o c e s o , depende del pH deseado y d e la cantidad de constituyentes consumidores de cal que se encuentran en forma natural en el mineral. El método de alimentación de cal es en suspensión o lecfiada alrededor del 2 0 % de s ó l i d o s , o en la faja transportadora cuando s e alimenta al circuito de m o l i e n d a . La cal deprime los sulfuros de hierro como la pirita, marcasita, pirrotita y arsenopirita, deprime a la galena, zinc marmatitico, algunos minerales de cobre, y al oro libre, tiene poco efecto sobre los sulfuros de plata. Tiene características floculantes sobre las l a m a s . Cartx>nato de s o d i o R e g u l a d o r d e p H , p e r o ha sido remplazado por ia cal debido a s u mayor costo y disponibilidad, tiene efectos dispersantes de g a n g a , en casos donde las lamas s o n un problema, con el carbonato de sodio s e puede obtener mejores leyes en los concentrados y mejor recuperación. Ayuda en la recuperación de la arsenopirita cuando se reactiva con sulfato de cobre, colabora en la flotación del oro, sobre todo cuando está libre y t a m b i é n de los sulfuros. Silicato de s o d i o Es un liquido viscoso, también s e le encuentra en forma de sal s e c a , con la cual se prepara soluciones al 5 % - 1 0 % Se usa para d i s p e r s a r l a s lamas silicosas y de óxidos de hierro, a la vezactúa como depresor de ganga de sílice en la flotación de suifljros. En condiciones controladas ayuda en la selectividad y grado del concentrado, el exceso de este reactivo produce una e s p u m a m u y frágil, es decir debilita la e s p u m a . Ácido sulfúrico Modificador de pH cuando s e desea recuperar pirita aurífera, a pH neutro o ligeramente ácido,generalmente cuando los otros sulfuros como el plomo, cobre y cinc s e flotaron en un circuito alcalino, y los sulfuros de hierro han sido deprimidos con cal y c i a n u r o . 10. Activadores Los productos químicos de este grupo, se usan para realizarla flotación de algunos minerales,que normalmente son difíciles o imposibles de flotar solo con colector y e s p u m a n t e s , son reactivos químicos que mejoran el rendimiento de la flotación de minerales o de un mineral específico, estos 92

s o n compuestos inorgánicos los cuales sirven para aumentar la adsorción de los colectores o para fortalecer el enlace enti^e el colector y la superficie mineral, actúan sobre una superficie: ®

Renovando o limpiando la superficie del mineral afectada por un proceso secundario, c o m o es la oxidación o la adhesión de l a m a s .

®

Formando en la superficie una capa particularmente favorable para la adsorción del colector.

®

Reemplazando en la red cristalina, algunos iones metálicos por otros que forman uniones más firmes con los colectores.

En general los activadores s o n añadidos en orden ;usualmente antes de los colectores para lograr condiciones de superficie del mineral más adecuadas para la acción efectiva del colector. La activación es ampliamente practicada para los minerales oxidados o parcialmente oxidados, así como para la reactivación de zinc y pirita aurífera, en minerales sulfijrados de plomo y zinc. El requerimiento del activador y colector en función del mineral, está en el cuadro N° 3.6. Los activadores más comúnmente usados en s e g u i d a . 10.1. Activadores principales Sulfato de cobre (CUSO4, 5H2SO4) Reactivo químico que tiene un alto producto de solubilidad, por ser un material obtenido por lixiviación acida del cemento de cobre o de los mineralesoxidados de cobre, y cristalizado con alta concentración de ácido (200 gr/lt de H2SO4) es altamente corrosivo y debe almacenarse en recipientes de plástico, el grado comercial es 9 8 % d e pureza. Se usa para la activación de minerales sulfurados de zinc, esfalerita (ZnS) y sulfuros de hierro, tales como la pirita (FeS2), arsenopirita (FeAsS) y pirrotita (FeySs), cuando estas últimas contienen valores tales c o m o ; A u , Ni y metales del grupo del platino. También se usa para reactivar calcopirita, pirita, pirrotita yarsenopirita deprimidas por cianuro. Nitrato de Pb o acetato de Pb Usados principalmente para la activación de minerales de sulfuro de antimonio, como la estibina (Sb2S3). Activador del cloruro de sodio en la flotación de esta sal con ácido g r a s o . Na2S Usado para para la sulfurización de los minerales parcial o totalmente oxidados de plomo, cobre y zinc; hay que tener cuidado cuando se alimenta al circuito de flotación, con un exceso s e consigue el efecto confi-ario, es 93

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

decir deprime a los sulfuros, se recomienda la adición por etapas, sin embargo también puede ser alimentado en una sola etapa. En algunas operaciones donde no se desea el aumento excesivo de alcalinidad, debido al uso de grandes cantidades de sulfuro de s o d i o , se prefiere el sulfhidrato de sodio, NaHS. Comúnmente usado antes de la adición del colector en la sulfurización de minerales oxidados de cobre, plomo yzinc.

•

Introduciendo en la pulpa un ion que compita con el colector por alcanzar ia superficie del mineral.

•

Neutralización química yeliminación del colector.

•

Añadiendo sustancias que generan grupos hidrofilicos, una v e z q u e alcanzan la superficie mineral, orientan la parte polar hacía el agua. Ejemplos:

NaCN Estudios recientes mencionan que actúa como un activador de superficie, para mejorar la flotación de la galena, también mejora la recuperación de minerales lamosos de cinc. Respuesta demineralessulturadosenfunción délos colectores y activador Mineral Esfalerita Pirrotita

Xantato Metil

Aerofloat Sódico

Xantato Etil

Xantato Butil

Xantato Amil

REQUIERE ACTIVADOR

Cuadro N° 3.6 B área sombreada representa a los colectores que solamente actúan en presencia de activador. B área no sombreada representa a los colectores que actúan sin activador. Fuente: Marsden, J.O. and House, CL. Ttie Chemistry of Gold Extraction Depresores

Los d e p r e s o r e s s o n reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que se usan para incrementar la selectividad de la flotación, volviendo hidrófilos a ciertos mineralesyevitando o disminuyendo su flotación, que puede ser otro mineral a ser recuperado posteriormente o g a n g a . La función del depresor es lograruna superficie más hidrofílica, e impedirla adsorción del colector o colectores que puedan hidrofobilizarla. Los mecanismos de las reacciones para depresores, son importantes en la flotación y específicos para cada mineral, algunas formas para conseguirlo s o n : 94

> >

Xantato Hexadecil

Pirita Galena Calcopiriti Bornita Covelita Calcosita

11.

>

11.1.

Depresión de los sulfuros con C N " o SH", depresión de galena con dicromato. Actuación de cationes alcalinos y alcalinos férreos que forman precipitados con los ácidos grasos y l o s xantatos. Sustancias orgánicas de tipo a l m i d ó n , quebracho, tanino, carboximetilcelulosa (CMC), se hidrolizan y generan múltiples grupos' hidrofilicos dirigidos hacia el exterior de las partículas, aplicación en depresión de galena con dícromato.

Depresores inorgánicos

Cianuro de sodio Los cianuros alcalinos son fuertes depresores de la pirita, pirrotita, marcasita, arsenopirita y esfalerita, depresores en menor grado de la calcopirita, enargita, tenantita, bornita y casi todos los sulfuros, una excepción es la galena.El t i e m p o d e acondicionamiento es importante que va desde unos cuantos minutos hasta una hora, por eso se alimenta al molino conjuntamente con la cal, para preservado de la hidrólisis o descomposición. En minerales sulfurados de cobre, plomo y cinc con presencia de metales preciosos se alimenta c o m o un complejo químico de cianuro - cinc y así evitar la disolución del oro y/o plata por el cianuro. Cal Para la depresión de la pirita yotros sulfuros de hierro. Sulfato de zinc Solo o en combinación con cianuro se usa para la depresión de m i n e r a l e s d e Z n , tales como la esfalerita en la flotación diferencial de Pb/Zn y Cu/Pb/Zn. Sulfito, bisulfito de sodio Para la depresión de pirita y esfalerita, en la flotación diferencial de minerales sulfurados de plomo y c o b r e . 95

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s CMC y Goma Guar

Hidróxido de sodio Deprime a la estibina, lo disuelve en medio alcalino.

En la depresión de silicatos de m a g n e s i o , tales como el talco y el piroxeno. Especialmente útiles en la flotación del metales del grupo del platino y minerales de N i . La CMC en asociación con el bicromato y u n dispersante, deprimen a la galena.

Dicromato Se usan para la depresión de galena en la separación C u / P b . Sulfuro y sulfhidrato de sodio Usado para la depresión de minerales sulfurados de Cu y Fe en la separación Cu/Mo.

La figura N° 3.6, muestra un e s q u e m a de la acción de los diferentes reactivos de flotación.

•:><'• • •

Reactivo Nokes y A n a m o l D Su aplicaciones en la depresión de minerales sulfurados de Cu y Fe en la separación Cu/Mo. Permanganatos Para deprimir pirita y pirrotita en presencia de arsenopirita, también deprime a los sulfuros de cobre. Silicato de s o d i o Para deprimir el cuarzo y los silicatos. Férrocianuro Deprime los sulfuros de cobre en la flotación de la molibdenita, y en la separación de ciertos sulfuros de cobre de la esfalerita. Sulfuro d e hidrogeno !-ia sido usado para precipitar cobre en s o l u c i ó n , para después ser recuperado porflotación, deprime oro, plata, cobre y hierro en la separación de la molibdenita. Acido s u l f ú r i c o

11.3.

Deprime al cuarzo. 11.2.

D e p r e s o r e s orgánicos naturales

;

Quebracho (ácido tánico) Depresión de minerales sulfurados de hie rro, un exceso deprime a todos los sulfuros, excelente depresor de la calcita y dolomita en flotación de fluorita y schelita. Dextrina, A l m i d o n e s Usados en la depresión del talco y materias carbonáceas.

96

Figura N° 3.6 Esquema que explica cómo actúan los diferentes reactivos en los minerales P r o v e e d o r e s y d i s t r i b u i d o r e s de reactivos de flotación

Actualmente existe en todo el mundo una amplia gama de fabricantes y distribuidores de reactivos de flotación de minerales, nombraremos algunos: The Dow Chemical Company, American Cyanamid Company, Minerec Corporation, Cytec, Hoechst, Asko Nobel, Mineral Reagent Internacional, A l e i d Colloids, Shell Chile S.A, Cerquim Minería S.A, Oxiquim S.A,Senm in Qingdao Ever FlouristChemical Auxiliary C o . Ltd. Reactivos Nacionales S A (RENASA) y Química Amtex (produce la CMC). 11.4.

A v a n c e s e n reactivos de flotación c l á s i c o s

En r e s u m e n , los reactivos tradicionales que s e han usado y todavía están presentes en la mayoría de las plantas de beneficio s o n : 97

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Colectores

Espumantes

Modificadores

Xantatos Ditiofosfatos Tionocarbamatos Mercaptobenzotiazol

MIBC Aceite de Pino Polipropilenglicoles Acoholes

pH Depresores Activadores Dispersores.

Las e m p r e s a s productoras de reactivos están haciendo profundas investigaciones y han probado nuevos productos con ese fln: nuevas moléculas, polísulfuros en remplazo de los xantatos, ditifosfatos aromáticos, Cytec informa estudios de remplazode cianuro p o r A P - 7 2 6 1 A e n circuitode flotación de p l o m o .

12. Nuevas t e n d e n c i a s e n reactivos de fiotación Existe preocupación en todas las e m p r e s a s mineras y e n e s p e c i a l , las que procesan grandes volúmenesde mineral diariamente, muchas de ellas están alrededor de las 200,000 TM/dia, en consecuencia el c o n s u m o de reactivos es muy alto, no solo por el volumen y valor económico que representa sino también p o r e l factor ambiental, muysensiblesocialmente y el temor que hay sobre la contaminación con los efluentes que llevan residuos de reactivos químicos. Por e j e m p l o , el cianuro es un reactivo muy tóxico y se c o n s u m e en grandes cantidades, hay tecnología actual para poder controlar y oxidar el contenido de los diferentes compuestos que se forman: cianuro libre, ácido cianhídrico, complejos metálicos cianurados, si bien los cianuros wad s e descomponen al cambiar de pH a un valor cercano al neutro o ligeramente ácido, sin embargo los complejos metálicos cianurados son m u y difíciles de descomponer y requieren de tratamientos de oxidación especiales que dependerán del contenidode estos complejosydel contenido del efluente a desechar, que puede incluir volver a tratarlo con otro proceso adicional, es decir una doble oxidación. Teniendo presente las bondades del cianuro, al ser un poderoso reacti\ depresor de los sulfuros de hierro, esfalerita; y c o b r e cuando se usa en concentraciones m á s elex^adas, conviene hacer una evaluación del costo beneficio que representa su remplazo por otro, para el caso del cianuro. También la m i s m a preocupación es compartida por otros reactivos como p o r e j e m p l o los xantatos, compuestos de azufre, ditifosfatos compuestos de fósforo, etc. la idea es remplazado por reactivos que tengan en su estructura otros c o m p u e s t o s q u e se ionicen a compuestos biodegradables de N, H, O2, u otros m á s amigables con la agricultura y la ganadería. La tendencia actual es a deshacerse o disminuir el consumo y remplazado total o parcialmente al cianuro, xantatos y varios reactivos de flotación, por otros que realicen el m i s m o efecto en flotación o que lo superen que sería lo ideal, que se degraden fácilmente en compuestos que causen m e n o s d a ñ o a l medio ambiente, que tengan menores costos y q u e sean fáciles de adquirir.

í

Nueva molécula de xantato

Depresión selectiva de pirita (Berastein) con polímero poliacrilamida (PAM), de bajo peso molecularen flotación de esfalerita activada con cobre en presencia de xantato isobutilico, la poliacrilamida muestra poco o ningún efecto depresivo sobre esfalerita. Química Amtex, productora de la carboximetil celulosa de sodio - CMC, produce tres grados de pureza: técnico, purificado y alimenticio, dentro de cada grado de pureza existen diferentes tipos de CMC, variando s u viscosidad, grado de sustitución y tamaño de partícula. La aplicación de la CMC en la industria en general es c o m o agente de suspensión, estabilizador, dispersante de polvos, aglutinante de sólidos y en minería como reactivo d e p r e s o r d e galena en la separación del b u l k p l o m o cobre. 13. CMC (carboximetil celulosa de sodio) Es un polímero aniónico soluble en agua, este éter celulósico se produce haciendo reaccionar álcali celulosa con monocloro acetato de s o d i o , en la reacción se obtienen como subproductos, cloruro de sodio yglicolato de sodio, estas sales son posteriormente removidas obteniéndose la carboximetil celulosa de sodio altamente purificada. Una de las aplicaciones de la carboximetil celulosa (CMC) en minería, se realiza en el proceso de flotación para la separación del bulk cobre-piorno. En esta etapa ia carboximetil celulosa, actúa como parte del reactivo depresorde plomo. Reactivo d e p r e s o r d e plomo

s • II R-0-C-S-M+ !

Los extractos del quebracho modificados, d e n o m i n a d o s floatan, medíante estudios realizados por un grupo de investigadores argentinos liderados por Víctor Ciribení, han encontrado propiedades depresoras sobre los sulfuros, los resultados muestran el efecto depresor sobre pirita y s u interacción sobre la flotabilidad de calcopirita, en la flotación del cobre, se observó que el pH y una dosificación adecuada de los reactivos podrían ser la clave para lograrlos resultados buscados. Esta nueva familia de reactivos tiene la ventaja de ser totalmente solubles en a g u a , estables y más amigables con el medio ambiente por tratarse de productos de origen natural y por su bajo c o n s u m o .

,

^

-

Bicromato de sodio (60%)

-

Carboximeíi! celulosa (20%) y

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n «de M i n e r a l e s -

Fosfato monosódico

(20%)

14. C a r a c t e r í s t i c a s que d e b e n tener los n u e \ v o s reactivos de f l o t a c i ó n Colectores de s u l f u r o s

Los c o n s u m o s serán típicos para cada m i n e r a l , pero un c o n s u m o promedio está en 2 Kg de mezcla portonelada de bulk. Por información de la empresa productora, la CMC actúa como un promotor de mezcla, sola no deprime al plomo, facilita la función del bicromato de sodio sobre las superficies del plomo fino, el verdadero depresor de galena y la del fosfato monosódico que es un dispersor. Esta es una conclusión muyimportante ya que la acción de la CMC en mezclas de reactivos de flotación parece tener un futuro promisor. igualmente están desarrollando reactivos para el procesamiento de minerales por flotación, con conocimiento de los materiales o r g á n i c o s ; dextrina, guar, CMC, almidón y o t r o s polisacáridos. Están investigando un modíficadordel comportamiento del colector universal xantato para mejorar su selectividad; este reactivo está en etapa de pruebas de laboratorio a nivel batch. La depresión de los sulfuros (López A ) se logra mediante la inhibición de los colectores, o desorbiendo el colector del sulfuro como lo hace el cianuro y el bicromato. Con la de>drina se lleva a cabo convirtiendo la superficie hidrofóbica en hidrólfilica, sin la desorción del colector. Según Klimpel, R. R, los nuevos reactivos de flotación s o n : colectores de quelación, que responden a la formula química: R'- S - R" - NR"'R"', colectores electroquímicos: R'- S - R", agentes de control de sílice; amina hidrofílica: (H)m - N - (ROH)n y espumantes no-iónicos hidrofóbicos, que son alcoholes alifátícos selectos,con m á s niveles controlados de óxidos de alquileno. Entre los siguientes:

nuevos tipos de reactivos de flotación se destacan

los

Dosis menores por unidad de mineral en Ijja alimentación I

Mayor énfasis en el tratamiento de minera.ies sulfurados c o m p l e j o s . Mejores niveles de secuencia en los involucran tipos diferentes de colectores.

procesos de

flotación

que

Mejora en la selectividad en relación a sulfiuros de fierro Reducción del uso de cal. Colectores de o x i - m i n e r a l e s Más eficiencia para la recuperación de part;¡cy|as finas Mejor eficiencia para la recuperación de pa rticulas gruesas Mejoramiento de la flotación diferencial de nnenas de óxidos com piejos Mejor selectividad en la flotación aniónica e.p relación a la sílice Espumantes Disminuir la dosificación de espumante pc^r tonelada métrica tratada Aumentar la recuperación de partículas g r u e s a s y d e baja liberación Mejorar los niveles de e s p u m a tendientes g optimizar los efectos del t a m a ñ o de partícula. Aumentar la cinética de flotación. 1 4 . 1 . P r e p a r a c i ó n de reactivos Aprender a manipular y preparar reaci¡vos sólidos o líquidos familiarizándose específicamente con reactivos de flotación de m i n e r a l e s . ' Existe una gran variedad de reactivos de flotación y una diversidad de fabricantes por lo que es necesario conocer s us características, propiedades físicas y químicas, uso especifico, preparacii^n^ dosificación y puntos de adición, de cada uno de ellos, para ser (¡sado eficientemente en la flotaciónde minerales.

®

Nuevos grupos polares: ácidos fosfónicos y sus sales, ácidos grasos sulfonados, hidroxamatos.oximas.

®

Combinación de dos o más grupos polares, unidos al m i s m o hidrocarburo de cadena larga. Las combinaciones usadas en flotación incluyen amino-carboxilatos y amida-sulfonatos.

Actualmente cada reactivo viene con s u h o j ^ de datos de seguridad de productos q u í m i c o s . Importante para su ry,anejo. almacenamiento, transporte y o t r o s .

®

Substitución del grupo hidrocarburo del surfactante por un organosilícico o fluorocarburo.

14.1.2 P r e p a r a c i ó n y c o n s u m o de reactivos eri laboratorio

®

Polimerización de surfactantes con el propósito de crear estructuras de bloque, alternando grupos hidrofóbicos e hidrofilicos.

Los reactivos de flotación, para ser uSados en laboratorio s o n preparados a diferentes concentraciones ye porcentaje en p e s o , usualmente se preparan soluciones entre 1,2,5, y «/^ dependiendo del c o n s u m o de reactivos que requiera el m i n e r a l . Los espumantes se pueden agregar e^ soluciones diluidas o mayormente en forma pura, c o m o viene del fabricante, lo que si s e tiene que

100

101

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Angel Azañero Ortiz tener en cuenta es la densidad del reactivo para poder encontrar el peso por unidad de tonelaje de mineral tratado. La cal, se agrega en forma sólida, se debe teñeron cuenta el porcentaje de CaO disponible ycal total. Después es muysencillo calcular el c o n s u m o de reactivos para un determinado mineral que se ha flotado, p o r e j e m p l o cuando se trabaja con un kilogramo de mineral. Cualquier otra cantidad solo es cuestión de conversión de unidades.

2.

3. Identificación de los riesgos Marca e n e t í q u e t a : s a l u d ; ¡nflamabilidad;reactividad. Clasificación de riesgos del producto químico:

14.1.2. Preparación y c o n s u m o de reactivos e n planta concentradora

Salud Inflamabilidad Reactividad

Los reactivos de flotación, s o n preparados a más altas concentraciones de lo requerido para flotación batch, generalmente se preparan al 10% y 2 0 % dependiendo del c o n s u m o y posible degradación del reactivo. Los xantatos se recomienda preparado todos los d i a s , el cianuro también, tiende a oxidarse y formar cianatos, afectando sus propiedades d e p r e s o r a s . Los fabricantes o distribuidores de reactivos proveen la mayor información posible al consumidor, lo cual lo podemos resumir en la hoja de datos que cada reactivo dispone en las plantas concentradoras parafacllitarsu manejo uso y d i s p o s i c i ó n .

a.

nidos-Ib/Ton c'Tj

Efectos sobreexposición crónica Condiciones médicas que se verán agravadas con la exposición al producto.

- '"^ ^rninuto xgr.sp.liquido x%concentradón 31.7 X T o n X 24 horas gr X m i n u t o

11

Solidos =lh/Ton=

iri A\

~

^^-^i

0.317XTon x24horas

Ejemplo: Una planta concentradora trata 4000 T/día, y se agrega 900 mi x minuto una solución de xantato al 1 0%L

900x1x10 \blTon

=

„ =

Peligros para la salud de las personas:

Efectos de sobreexposición aguda Inhalación Contacto con la piel Contacto con los ojos Ingestión

Calculo del c o n s u m o de reactivos de flotación Lí

Composición/Ingredientes Nombre químico Fórmula química Sinónimos

0.071

31.7x4000 15. Reactivos químicos de f l o t a c i ó n : seguridad y m e d i o ambiente Cada uno de los reactivos de flotación vienen acompañados de la hoja de datos MSDS de seguridad de productos químicos, importante para su manejo, almacenamiento, transporte, disposición y o t r o s . En esta hoja de datos se da la máxima información posible, incluye la fórmula química y otras propiedades del reactivo: 1. Identificación del producto y del proveedor Nombre del producto Código del producto Proveedor ,. 102

4.

b.

Peligros para el m e d i o ambiente.

c.

Peligros especiales del producto.

Medidas de primeros auxilios Inhalación

Contacto con la piel ''^Í./'X: Contacto con los ojos Ingestión ' • Notas para el médico tratante 5. Medidas parala lucha contra el fuego Agentes de extinción Procedimientos especiales para combatir el fuego Equipos de protección personal, para el combate del fuego

w-t:.^

6. Medidas para el control de derrames ofugas Medidas de emergencia a tomar si hay derrame de materia! Equipo de protección personal para atacar la emergencia Precauciones a tomar para eviíar daños al ambiente Método de limpieza 103

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Método de eliminación de desechos 7. Manipulación y almacenamiento Recomendacbnes técnicas Precauciones a tomar Recomendaciones sobre manipulación segura Condiciones de almacenamiento Embalajes recomendados y no adecuados 8.

9.

Centroide exposición/Protección especial Medidas para reducirla posibilidad de exposición Parámetros para control Límites permisit)les Í; Protección respiratoria Guantes de protección Protección de la vista Otros equipos de protección Ventilación

Información adicional 12. Información ecológica Inestabilidad Bioacumulación Efectos sobre el ambiente 13. Consideraciones sobre disposición final Método de eliminación del producto en los residuos Eliminación de envases y embalajes contaminados 14. Información sobre transporte 15. Normas Vigentes ^pjj^

16. Otras Informaciones.

Propiedades fisicasyqufmicas Estado físico Apariencia y olor Concentración Viscosidad pH Temperatura de descomposición Punto de inflamación Temperatura de auto ignición Propiedades explosivas Peligros de fuego y explosión Presión de vapor a 2 5 ' C Densidad de vapor Densidad relativa a 25'*C Solubilidad en agua y otros solventes

10. Estabilidad y reactividad Estabilidad Condiciones que deben evitarse Incompatibilidad (materiales que deben evitarse) Productos peligrosos de la descomposición Productos peligrososde la combustión Polimerización peligrosa 1 1 . Información toxicológica Toxicidad aguda Toxicidad crónica o de largo plazo / Efectos locales Sensibilización alergénica 04

105

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3.

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C A P I T U L O IV

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V A R I A B L E S DEL PROCESO DE F L O T A C I Ó N 1. Definición y variables m á s i m p o r t a n t e s

L

a flotación tiene una serie de variables entre las principales t e n e m o s , presencia de impurezas, d i s e m i n a c i ó n , pH natural, oxidación, y otros factores. Hay que tener en cuenta los problemas que se presentan en los circuitos de reducción de tamaño y clasificación. En las operaciones de trituración en seco, molienda húmeda y clasificación, el mineral está expuesto a oxidación, a d e m á s , debido a su contacto con el agua se produce la disolución de ciertos componentes de la m e n a , igual que la contaminación directa con fierro proveniente del proceso de c o n m i n u c i ó n . El agua es también importante por cuanto se usa en enormes cantidades, lleva materias disueltas y a menudo no se puede purificar. Finalmente, tenemos el m i s m o proceso de flotación y otros factores c o m o el acondicionamiento de reactivos, tamaño granulométrico del mineral, densidad de pulpa, método de aireación de la pulpa, tiempo de flotación, tipo y dosificación de reactivos entre otros. La flotación es un proceso de muchas variables, algunos especialistas los clasificaron según las etapas que la originan e n : 1.1. Variables del m i n e r a l Mineralogía del mineral. Asociación con otros componentes. Presencia de impurezas y s a l e s solubles. pH nabjral de mineral. Grado de oxidación y presencia de lamas primarias. Oxidación en la explotación. Agua de cristalización. 1.2. Variables referentes a molienda y clasificación Oxidación durante la molienda. L a m a s secundarias. Tamaño de liberación. Dureza del mineral y c o m p o n e n t e s . Tiempo de m o l i e n d a .

108

109

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Remolienda. Adición de reacti\A3s. 1.3. Variables relacionadas al agua Sales de metales solubles, materia orgánica, NO2, NO3. Presencia de gases disueltos, H2S, SO2. Grado de alcalinidad o acidez del a g u a : p H .

Flotación y Concentración de Minerales 2. Componentes principales e n la flotación El proceso de flotación s e sustenta principalmente en los componentes: a.

Químicos.

b. De equipos. c.

•

, .

.' •

Operacionales.

Dureza del agua. 1.4. Variables en función del acondicionamiento Densidad de pulpa.

QUÍMICA; • Colectores • Espumantes • Activadores • Depresores •pH A

Dosificación de reactivos. Porcentaje y forma de adición de reactivos. Tamaño de los acondicionadores. Tiempo de acondicionamiento. Temperatura, agitación y p H . 1.5. Variables r e s p e c t o a la flotación Densidad de pulpa y porcentaje de sólidos. pH. Tiempo de flotación. Nivel de e s p u m a . Carga circulante. Granulometria. Grado y tipo de aireación. Temperatura de la pulpa. Dosificación de reactivos. 1.6. Variables relacionadas a las máquinas de flotación Tipo de máquina. Potencia de la celda. Atura de la zona de e s p u m a s . Agitación. Areación.

EQUIPO: • Celdas

1' /

PROCESO DE \ FLOTACIÓN ^^ OPERACIÓN: \ Mineralogía

• Flujo de aire • Configuración del circuito • Control

• Densidad de pulpa • Alimentación • Temperatura

Rgura N° 4.1 Componentes principales del proceso de flotación Fuente: Vidabn, G.J. Reactivos de flotación de minerales oxidados y no metálico. 3. Variables de la flotación: mineral En seguida vamos a trataren detalle ¡as variables m á s importantes del proceso de flotación de minerales. imponantes ael

110 1t1

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Para flotar es importante conocer al mineral y sus componentes, composición química de los valores metálicos y d e la g a n g a , d i s e m i n a c i ó n , dureza, fenómenos secundarios de oxicación y meteorización; impurezas que acompañan a la m e n a , geología del yacimiento y s u método de explotación. La composición química y mineralógica del valor útil flotable es lo que determina el tipo de tratamiento y los reactivos que se u s a r á n . Los sulfuros ymetales nativos no presentarán dificultades para flotar, los carbonates, silicatos, sulfates,fosfatos yotros óxidos, presentan problemas de mayorcomplejidad,con ellos ya no podrá usarse les reactivos selectivos de tipo sulfhídrico, pues las recuperaciones serán bajas, será necesarto usar otros reactivos más poderosos pero menos selectivos como los ácidos grasos o a m i n a s ; el problema metalúrgico de la selectividad puede presentarse en forma tan seria debido a la flotación de la ganga y ia imposibilidad de eliminada que se tiene que recurrir a métodos piro o hidrometalúrgicos. Es importante la dureza del mineral valiese y d e sus acompañantes, m u c h o s minerales flotables están asociados con gangas secundarias descompuestas como son:sericita, caolín, clorita, estes minerales, en los circuitos de molienda, se desintegran hasta tamaños micrométricos yforman lamas secundarias que pueden perjudicar el proceso de flotación, tanto en las recuperaciones come en la ley de los productos de concentración ya que, debido a su forma, estas partículas se adhieren con gran facilidad a las burbujas de aire, limitando el acceso a éstas, de los minerales útiles; bajan las recuperaciones y diluyen los concentrados. La ganga contribuye a la contaminación de las pulpas con iones ajenos a la flotación. Los óxidos de fierro y aluminio, cloruros, carbonates, sulfates, fosfatos s o n las contaminaciones más frecuentes, se considera que hay ventaja para la flotación cuando el mineral está acompañado por gangas silicosas, preferiblemente cuarzo. 4. Oxidación del mineral Existen minerales sulfurados que están parcialmente oxidados, en el caso de una oxidación ligera h a y q u e considerar pequeñas pérdidas en las recuperaciones del metal, cualquier medida para atenuado, costaría m á s que las ganancias, generalmente no s e va más allá de les intentes de seleccionar el reactivo más apropiado y encontrar el pH del circuito m á s adecuado, en otros casos de oxidación más profunda hay que hacer flotación mixta de sulfuros y ó x i d o s , flotar como óxidos, previa sulfurización sí los valores están como carbonates, como es la cerusita. La figura No 4.2, nos m u é s t r a l a relación de la recuperación de cobre de un mineral parcialmente oxidado en función del porcentaje de óxidos, come se puede apreciar los sulfures flotan con un rendimiento de m á s o menos 9 5 % que empieza a decaer a medida que la oxidación avanza, en los casos m á s serios las recuperaciones pueden disminuir hasta 10 o 2 0 % 112

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

»5J

70 _[

> 1

S

1

lO

1

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% de Cu total en forma Oxidada Figura N° 4.2 muestra la disminución de la flotabilidad de un mineral de cobre en relación con su oxidación progresiva. Fuente: Sutulov, Alexander; Rotación de Minerales 5. Granulometria del m i n e r a l Todo mineral para ser fletado tiene que ser reducido de tamaño hasta que cada partícula represente una sola especie mineralógica o s e encuentre liberada, a d e m á s el tamaño de la partícula tiene que ser apropiado para que las burbujas de aire las puedan llevar hasta la superficie de las c e l d a s . Existe un tamaño máximo de partícula que se puede fletar, en general la flotaciones efectiva dentro de ciertos límites de tamaño de partículas, de un límite superior máximo de 48 mallas o 300 micrones, hasta un mínimo de 800 mallas o 18 micrones, las partículas de diámetro mayor ofrecen ciertas dificultades ya s e a por falta de liberación o por su pese y curvatura, el carbón o molibdenita flotan fácilmente y pueden ser de tamaños mayores que las de calcopirita, galena o blenda. Las partículas pequeñas recubrena los valores metálicos, no le dejan fletar, ensucian los concentrados y c o n s u m e n m u c h o reactivo. La flotación de sulfuros es distinta a la de óxidos, en la flotación de minerales metálicos las partículas s o n más pequeñas que en la de minerales no metálicos, las particuias más grandes flotadas, han sido en la flotación de carbón.

113

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Sulfuros

100%

Sulfuros Óxidos

88% 12%

ulfuros ixldos Sulfuros Óxidos

78% 22% 64% 36%

Sulfuros Óxidos

48% 5 2 % •'

T i e m p o de Flotación (min.)

Figura N" 4.3 Influencia de la oxidación sobre la flotabilidad de sulfuros de cobre Fuente: Sutulov, Alexander; Flotación de Minerales La mayoría de los minerales útiles s e distribuyen en forma dispersa en la roca y las partículas varían de t a m a ñ o , esto significa que si el mineral que se va a flotar no es molido hasta el punto de liberación, las recuperaciones van a disminuir considerablemente, pues las partículas que llevan inclusiones de minerales d é l a ganga (middiíngso productos medios) tienen una flotabilidad considerablemente inferior a las partículas liberadas. En forma aproximada se puede afirmar, que el grado de pasivación de una superficie es proporcional a la superficie de la inclusión, de este m o d o no sólo s e disminuye la posibilidad de contacto con la burbuja, sino que también la fuerza de enlace se debilita considerablemente, yla partícula tiene gran probabilidad de despegarse antes de llegar a la superficie. En la búsqueda de la liberación se puede crear otro problema serio que es la sobre-molienda, las especies mineralógicas dentro de una mena no son de la m i s m a dureza, esto significa que en el proceso de reducción de tamaño, las especies más blandas se desintegran en mayor proporción que las duras, p o r e j e m p l o , sí los sulfuros están acompañados por cuarzo c o m o éste es m á s duro, las partículas de cuarzo, después de la molienda, serán de m a y o r t a m a ñ o q u e l a s partículas de sulfuros, pero si los mismos sulfuros están acompañados poruña ganga d e s c o m p u e s t a , como son los silicatos secundarios yserisita, entonces s u liberación s e produce junto con una gran cantidad de lamas que posteriormente perjudicaran la flotación, en resumen lo que se gana por concepto de liberación de sulfuros se pierde por perjuicios causados por lamas o finos, en este caso hayque elegir las condiciones óptimas de molienda que dan las mejores recuperaciones. 114

La figura N° 4.4 muestra la relación de la flotabilidad de un mineral de cobre en función del tamaño de partícula, como s e puede ver, en este caso la liberaciones de aproximadamente 60 micrones y las partículas superiores a 80 micrones reportan bajas en recuperación por falta de liberación. La recuperación de partículas de 250 micrones es de solo 4 0 % p u e s un 80-90% de su volumen, es ganga, también se puede observar que la recuperación de los finos empieza a disminuir al límite de 10 m i c r o n e s , éstas partículas no flotan por los fenómenos que vamos a analizar en seguida. Es interesante observar, que las recuperaciones de la g a n g a , aumentadas 10 veces en la figura para poder apreciadas con claridad, demuestran que ésta tiene tendencia a flotar en la parte no liberada del mineral, está físicamente ligada a él y en la parte fina d o n d e las lamas recubren las partículas m i n e r a l e s . 6. Influencia de las lamas o finos Las lamas pueden serprimarías causadas porla oxidación del mineral o de carácter secundario, cuando se originan durante las operaciones de reducción de tamaño, el problema de los finos y e l perjuicio que causan en el proceso de flotación, s e puede comparar sólo con el problema de la oxidación. El daño del material l a m o s o s e puede resumir en q u e : 1.

Partículas de diámetro pequeño flotan mal y

2.

Las lamas perjudican la flotación de las partículas de tamaño óptimo para ser flotadas.

Pero la dificultad no está solamente en el número de encuentros necesarios, en cada caso de unión de partícula y burbuja, es necesario que la partícula venza una cierta fuerza energética para acercarse a la burbuja de aire, este esfijerzo es necesario para alcanzar las capas hidratadas que posee la partícula y l a burbuja, normalmente llega a vencer ésta capa, al tener la partícula u n a s u p e r f i c i e y m a s a a p r o p i a d a . A d i s m i n u i r s u m a s a en miles de veces, desaparece un factor importante para que pueda reunirse con la burbuja, de aquí la considerable disminución en las recuperaciones.

115

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s La pulpa que llega al circuito de fiotación, es el rebalse de un clasificador que ha separado las partículas liberadas de las no liberadas de un circuito de molienda, este rebalse se caracteriza normalmente por una cierta granulometria, y dentro de cualquier sistema de clasificación es necesaria una cierta dilución para obtener la granulometria deseada, esto significa que nunca el circuito de flotación s e alimenta con la descarga del m o l i n o , caracterizada por una alta d e n s i d a d , sino que a ella se le agrega el agua necesaria para producirla clasificación requerida. De este m o d o , en un circuito de flotación primaria, la pulpa tiene una consistencia entre 2 5 % y 3 5 % de sólidos, en vez de 6 5 % 7 0 % d e sólidos que tiene la descarga del m o l i n o . Hay que tener presente que la mayoría de las minas están ubicadas en zonas alto andinas y e n desiertos, con serias diflcultades de abastecimiento de agua, en consecuencia se tratará de trabajar con el mínimo posible de agua aunque sacrificando con esto, dentro de límites razonables la granulometria del rebalse y l a s recuperaciones.

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100

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2S0

Tamaño de partícula en micrones

Rgura N° 4.4 Recuperación de cobre en función del tanraño de partícula. Fuente: Sutulov, Alexander; Rotación de Minerales. También origina un considerable aumento en la adsorción y c o n s u m o de reactivos, mayor solubilidad del mineral y exposición excesiva a los fenómenos secundarios, tales c o m o la oxidación, finalmente la gran dispersión de la materia se manifiesta en fenómenos tales c o m o el aumento de la viscosidad de la pulpa y recubrimiento de la e s p u m a con una película estable. Se sabe que las partículas en la pulpa, están eléctricamente cargadas, esto explica s u atracción cuando estas cargas son o p u e s t a s , en efecto, al mirar las partículas minerales recién sacadas de la pulpa, se puede observar en el microscopio un recubrimiento de partículas más finas y cuando esto es excesivo aquellas se transforman en poco flotables y quedan deprimidas en las colas pese a su buena superficie de liberación. 7. Densidad de pulpa y porcentaje de sólidos El porcentaje de sólidos es el factor con el cual s e calcula el volumen de pulpa que debe manejar por cada tonelada de m i n e r a l . Este valor s e determina experimentalmente, debido a que unos minerales s e recuperan m á s fácilmente a bajos porcentajes d e s ó l i d o s y o t r o s a altos porcentajes de sólidos. 116

Finalmente el porcentaje de sólidos es determinado algunas veces por razones metalúrgicas, por ejemplo, para la dispersión mecánica de reactivos poco solubles en a g u a , es necesario a menudo usar pulpas de alta densidad. Por otra parte h a y q u e tener presente, que la m i s m a cantidad de reactivo por tonelada seca de mineral, es de mayor concentración en una pulpa densa que en una diluida, y por consiguiente se puede influiren la velocidad e intensidad de la reacción entre los reactivos y l o s m i n e r a l e s , a l variarla densidad de la pulpa. Dentro de densidades medianas de pulpas, entre 2 0 y 3 0 % d e sólidos, s e ha observado que el porcentaje de sólidos prácticamente no influye en las recuperaciones ni en las leyes de los concentrados, pero empieza a cambiarcuando se llega a condiciones extremas de alta dilución o elevada densidad. Los inconvenientes que ofi-ece una pulpa demasiado d e n s a , 4 0 % d e sólidos o m á s , son reducción drástica en la velocidad de flotación y disminución de las recuperaciones, al aumentar el porcentaje de s ó l i d o s , baja considerablemente la velocidad de flotación, la fl-icción dentro de la pulpa aumenta y con ésta, la cantidad de partículas que quedan desprendidas de sus respectivas burbujas, en r e s u m e n , bajan las recuperaciones. Los problemas con alta densidad de la pulpa, son características de los circuitos de flotación primaria, en los circuitos de limpieza, flotación selecti\ o separación, es m á ^ c o m ú n el problema de la dilución de la pulpa. 8. A c o n d i c i o n a m i e n t o y aireación de la pulpa El acondicionamiento es realizado previo a la flotación, proporciona el tiempo necesario para que actúen en forma eficiente los reactivos de 117

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

flotación, algunos colectores y modificadores presentan cinética de adsorción en los minerales bastante lenta, para lo cual deben alimentarse al molino, mientras que otros reactivos se incorporan directamente al acondicionador de la pulpa o a las celdas de flotación. La aireación de la pulpa en la celda es una variable importante, normalmente es suministrada por el aire o cualquier otro gas de acuerdo al mineral que s e flote, la velocidad con que se alimenta permite la aceleración o disminución de la fiotación en función de la recuperación o la ley del valor metálico. 9.pH El pH es la variable de control m á s utilizada y también importantísima en el proceso de flotación, ya que resulta fundamental en la recuperación y selectividad, así como en la depresión de ciertos sulfuros m i n e r a l e s . El proceso de flotación es s u m a m e n t e sensible al p H , especialmente cuando s e trata de flotación selectiva, los reactivos de flotación, principalmente los colectores,operan m e j o r e n ciertos rangos de p H . Algunos reactivos pierden s u función principal al cambiar de pH ácido a alcalino, la regulación de esta variable en la flotación de cobre se realiza con cal, este reactivo es importante, ya que, a d e m á s de actuar como modificador de p H , es un depresor de pirita en la fiotación selectiva de minerales de cobre en la etapa de limpieza, es muyimportante saber por ejemplo que la cal deprime al oro nativo, en este caso el modificador empleado para regular el pH será el hidróxido de s o d i o , en fiotación de minerales de plomo argentíferos, la cal puede actuar c o m o depresor de la plata a pH mayores a 9.0 - 9.5. La figura N''4.5, muestra que aproximadamente a pH 9.3, la mitad del cianuro total existe como cianuro de hidrógeno y l a otra mitad como iones de cianuro libre. A p H 10.2 más del 9 0 % d e l cianuro total, es cianuro libre ( C N ) , mientras que a pH 8.4, 9 0 % existe c o m o cianuro de hidrógeno; gas (HCN> Deducimos que controlando el p H , podemos saber en qué forma química está el reactivo en la pulpa, el efecto y los resultados que podemos esperar. El promedio de vida de los xantatos en fijnción del pH y l a temperatura está en la cuadro N° 3.4, capítulo 3. La d e s c o m p o s i c i ó n rápida de las reacciones en la región acida ha sido mucho mejor estudiada que la descomposición básica, la cual es más lenta, por ejemplo el xantato etílico de sodio a pH 10 y a 25 " C , fiene una vida media de 709 h o r a s , mientras que a pH 5 baja aproximadamente a un poco m á s de 6 h o r a s , de allí la importancia de conocer el pH en cada etapa del proceso de flotación de minerales.

Figura N° 4.5 Qanuro libre y cianuro de hidrógeno en solución en función de pH Fuente: Marsden, J.O. and House, CL. "The Chemistry of Gold Extraction" 10. Factor reactivos y dosificación Los reactivos colectores tienen por función hacer m á s hidrofóbica la superficie del valor metálico en el mineral, es el reactivo químico más importante utilizado en la flotación. La experiencia existente en la flotación de minerales permite u s a r c o n eficiencia determinados tipos de colectores, dependiendo de los tipos de minerales y asociaciones mineralógicas en que se encuentran. Por otro lado, la elección de un espumante determina las características de la e s p u m a lo que contribuye a la selectividad de la operación, la altura de la e s p u m a yel flujo de airea la celda y afectan el tiempo de retención de las partículas en la e s p u m a . La estabilidad de la e s p u m a depende principalmente de la dosificación del e s p u m a n t e . Los reactivos depresoresyactivadores también s o n muyimportantes en la flotación selectiva de muchos minerales poíimetálicos, a veces requiere un orden de alimentación para obtener mejores resultados. 10.1. T i e m p o de a c o n d i c i o n a m i e n t o de los reactivos Se debe t e ñ e r o n cuenta que los reactivos de flotación, requieren de un cierto tiempo de acondicionamiento para estar en contacto con la pulpa, y de esa forma poder actuar en forma eficiente sobre las especies útiles del mineral, algunos reactivos se deben adicionaren la etapa de molienda para loner m a / o r t i e m p o de contacto con el valor metálico, mientras que otros se udicionan directamente en la descarga de los molinos de b o l a s , otros al acondicionador y los que s o n m u y solubles directamente a las celdas de dotación. 119

Angel A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

flotación, algunos colectores y modificadores presentan cinética de adsorción en los minerales bastante lenta, para lo cual deben alimentarse al molino, mientras que otros reactivos se incorporan directamente al acondicionador de la pulpa o a las celdas de flotación. La aireación de la pulpa en la celda es una variable importante, normalmente es suministrada por el aire o cualquier otro gas de acuerdo al mineral que se flote, la velocidad con que se alimenta permite la aceleración o disminución de la flotación en función de la recuperación o la ley del valor metálico. 9.pH El pH es la variable de control m á s utilizada y también im portantisima en el proceso de flotación, ya que resulta fundamental en la recuperación y selectividad,así como en la depresión de ciertos sulfuros m i n e r a l e s . El proceso de flotación es s u m a m e n t e sensible al p H , especialmente cuando se trata de flotación selectiva, los reactivos de flotación, principalmente los colectores, operan mejor en ciertos rangos de p H . Agunos reactivos pierden s u función principal al cambiar de pH ácido a alcalino, la regulación de esta variable en la flotación de c o b r e s e realiza con cal, este reactivo es importante, ya q u e , además d e actuar c o m o modificador de p H , es un depresor de pirita en la flotación selectiva de minerales de cobre en la etapa de limpieza, es m u y i m p o r t a n t e saber por ejemplo que la cal deprime al oro nafivo, en este c a s o el modificador empleado para regular el pH será el hidróxido de s o d i o , en flotación de minerales de plomo argentíferos, la cal puede actuar c o m o d e p r e s o r d e la plata a pH mayores a 9.0 - 9.5. La figura N''4.5, muestra que aproximadamente a pH 9.3, la mitad del cianuro total existe como cianuro de hidrógeno y la otra m i t a d c o m o iones de cianuro libre. A p H 10.2 más del 9 0 % d e l cianuro total, es cianuro libre (CN"), mientras que a pH 8.4, 90%existe c o m o cianuro d e hidrógeno; gas (HCN). Deducimos que controlando el p H , podemos s a b e r en qué forma química está el reactivo en la pulpa, el efecto y los resultados que podemos esperar. El promedio de vida de los xantatos en función del pH y l a temperatura está en la cuadro N° 3.4, capitulo 3. La d e s c o m p o s i c i ó n rápida de las reacciones en la región acida ha sido m u c h o mejor estudiada que la descomposición básica,la cual es m á s lenta, p o r e j e m p l o el xantato etílico de sodio a pH 10 y a 25 °C, fiene una vida media de 709 horas, mientras que a pH 5 baja aproximadamente a un poco m á s de 6 h o r a s , de allí la importancia de conocer el pH en cada etapa del proceso de flotación de minerales.

Rgura N° 4.5 Qanuro libre y cianuro de hidrógeno en solución en función de pH Fuente: Marsden, J.O. and House, CL. "The Chemistry of Gold Extraction" 10. Factor reactivos y dosificación Los reactivos colectores tienen por función hacer m á s hidrofóbica la superficie del valor metálico en el mineral, es el reactivo químico más importante utilizado en la flotación. La experiencia existente en la flotación de minerales permite u s a r c o n eficiencia determinados tipos de colectores, dependiendo de los tipos de minerales yasociaciones mineralógicas en que se encuentran. Por otro lado, la elección de un espumante determina las características de la e s p u m a lo que contribuye a la selectividad de la operación, la altura de la e s p u m a yel flujo de airea la celda y afectan el tiempode retención de las partículas en la e s p u m a . La estabilidad de la e s p u m a depende principalmente de la dosificación del e s p u m a n t e . Los reactivos depresoresyactivadores también son muyimportantes en la flotación selectiva de muchos minerales poíimetálicos, a veces requiere un orden de alimentación para obtener mejores resultados. 10.1. Tiempo de a c o n d i c i o n a m i e n t o de los reactivos Se debe t e ñ e r o n cuenta que los reactivos de flotación, requieren de un cierto tiempo de acondicionamiento para estar en contacto con la pulpa, y de esa forma poder actuar en forma eficiente sobre las especies útiles del mineral, algunos reactivos se deben adicionaren la etapa de molienda para tener mayortiempo de contacto con el valor metálico, mientras que otros se adicionan directamente en ia descarga de los molinos de b o l a s , otros al acondicionador y los que s o n m u y solubles directamente a las celdas de flotación. 119

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

En condiciones industriales el tiempo necesario para el acondicionamiento de los reactivos, normalmente varía entre una fracción de minuto y m e d i a hora, cuando s o n poco solubles yreaccior.an lentamente con las superficies de los m¡nerales,su alimentación s e efectúa en los circuitos de molienda y clasificación, con lo que s e puede ganar de 5 a 30 minutos d e acondicionamiento, al no poder agregarlos en los circuitos de m o l i e n d a , s e usan acondicionadores especiales cuya única función es la de preparar y acondicionar la pulpa con los reactivos para la flotación.

es solamente un factor importante de acondicionamiento, sino también de retorno de reactivos; en los circuitos de molienda secundaria recirculan los productos medios recuperados en las celdas de limpieza que llevan consiqo considerables cantidades de reactivos, en algunos casos cuando se tienen minerales muyflotables y difíciles problemas de selectividad, s e usan dosis pequeñísimas de reactivos.

Los reactivos que se distribuyen en la pulpa y s e adsorben rápidamente en forma instantánea, se agregan inmediatamente antes de la flotación y a veces en la primera celda de flotación, los reactivos que se c o n s u m e n rápidamente y cuya acción se debilita con el tiempo debido a s u descomposición o cualquierotra c a u s a , s e a g r e g a n en las diversas etapas del circuito, según las necesidades.

Rouotiers

10.2. Tiempo de flotación El tiempo necesario para desarrollar la flotación, varia entre 5 y 30 minutos, siendo 10 a 12 minutos el promedio, el tiempo de flotación depende también de la naturaleza del mineral, los minerales oxidados s e recuperan m á s lentamente que los sulfuros ylos metales nativos flotan m á s rápidamente. En el dimensionamíento de celdas de flotación es muy importante determinar experimentalmente el tiempo de flotación. 1 1 . Cargas circulantes Entre otras variables de importancia, podemos n o m b r a r l a s cargas circulantes en los circuitos de molienda yflotación; calidad y cantidad de reactivos agregados, orden de alimentación, temperatura de la pulpa y altura de la e s p u m a . La carga circulante generalmente está formada por el relave de las celdas de relimpieza, limpieza y l a s e s p u m a s de los scavenger que entran nuevamente al r o u g h e r y s e unen con la alimentación fresca,figura N ° 4.6. Si en uncircuito queremos activar o deprimir ciertas especies minerales, es natural que primero s e agreguen los reactivos modificadores y en seguida el colector, si un espumante produce una espuma muy persiste nte y abundante, es obvio que este reactivo s e agregue después del acondicionamiento de los modificadores y colectores, el procedimiento variará de un caso a otro. En ciertas ocasiones el orden de alimentación no es de mayor importancia. Hay que determinar la cantidad óptima de reactivos para un cierto circuito, estudiar s u comportamiento en relación con el tiempo de acondicionamiento y verificar las influencias provenientes de un m o l i n o , no 120

Scavengers

Tallinga

Final concéntrate

Figura N«4.6. Cargas circulantes de las diferentes etapas de flotación Fuente: Wills, B.A. Tecnología de Procesamiento de Minerales. 12. Aire y s u i m p o r t a n c i a e n la f l o t a c i ó n En los inicios de la flotación no se percatan que el aire juega un rol importantísimo en la flotación de minerales, durante los primeros experimentos s e van dando cuenta poco a p o c o ; por ejemplo cuando agregan cal y ácido a la pulpa, generan vacío para mejorar el proceso o al calentar la pulpa, s e elimina el aire de la solución y este aire forma las burbujas, entonces observan el rol que tiene el aire en el proceso de flotación. Vamos a inícíardiciendo que el aire es una mezcla de nitrógeno; 78.10% y oxígeno; 20.96% y otros g a s e s c o m o el dióxido de carbono y e l a r g ó n . En la flotación, el aire es una variable muy importante, sin él no hay burbuja y por lo tanto no hayflotación, el aire está en forma natural dentro del agua pero para efectos de flotar un m i n e r a l e s insuficiente,y s e inyecta a la pulpa por aspiración natural de la máquina o s e introduce mecánicamente (forzado). Con excepción de algunos casos de carácter experimental, la fiotación en laboratorio, piloto o industrial se efectúa exclusivamente con aire. El aire en la flotación tiene diversas funciones, las principales s o n : 1.

Influir químicamente en el proceso de flotación.

2. Como medio de transporte de las partículas de níneral hacia la superficie. 121

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Según el p u n t o ! , s e ha comprobado que las especies minerales puras c o m o la galena, no flotan si no hay una pequeña oxidación, fijación del oxígeno o CO2, en la red cristalina del mineral valioso. Los metales nativos adquieren flotabilidad solamente después de la acción del oxigeno sobre s u superficie, para que se adsorba el colector.

primordial importancia, no sólo porque es el medio en que se desarrolla el proceso, sino también la causa de muchos problemas sociales y ambientales.

De todos los componentes del aire, únicamente el oxígeno y e l dióxido de carbono participan activamente en el proceso de flotación. El aire forma las burbujas con ayuda del e s p u m a n t e , en las cuales s e fijarán las partículas del mineral valioso y los llevan hasta la superficie de la celda.Aparte de la solubilidad de los gases en el a g u a , en los procesos de flotación h a y q u e considerar la saturación de las burbujas del aire con el vapor de a g u a . El a i r e e n la flotación neumática aparte de cumplir las fijnciones anteriores ayuda con la agitación de la pulpa, evitando la agitación m e c á n i c a . T o m a n d o en consideración la activa adsorción de los gases sobre la superficie de los minerales y s u actividad química sobre los últimos, este factor puede s e r d e gran importancia, la humedad en presencia de oxígeno aumenta considerablemente la oxidación perjudicando el p r o c e s o ; si la oxidación llega a ser profunda. 13. Efecto del agua en flotación de minerales La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O, el agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo h u m a n o , el cual tiene un 75 % d e agua al nacer y cerca de 60 % e n la edad adulta. El Perú posee importantes reservas de minerales y s u extracción se inició varios siglos antes de la colonización e s p a ñ o l a , desde la década de los 80 esta actividad ha retomado fuerte i m p u l s o , debido a mejoras en el precio de los metales, siendo el agua un recurso que s e usa en el orden de los 206,7 milmillonesdemeti-os cúbicos anuales, de los cuales el 7 3 % s o n usados en la vertiente del Pacífico, el 2 6 % en la vertiente del Atlántico y solo el 1 % en la vertiente del Titicaca. El sector minero s e ha constituido c o m o un factor preocupante de la gestión del a g u a , no por el volumen de d e m a n d a , que es relativamente pequeño, representa aproximadamente el 1 % del total de agua dulce disponible; sino por el alto riesgo de contaminación de las a g u a s , por el vertimiento d e aguas contaminantes resultantes del procesamiento de los minerales. Este problema es m á s crítico p o r l a proliferación de la minería artesanal e informal que usa el mercurio y últimamente aprendió a usar el cianuro, contaminando con estos elementos y s u s compuestos químicos resultantes, todos m u y tóxicos, así c o m o la mala experiencia con antiguas m i n a s , hoy convertidas en pasivos ambientales. En el proceso de flotación cada tonelada de mineral c o n s u m e entre 2 y 3 toneladas de agua, este enorme c o n s u m o de agua la hace un factor de 122

Este gran c o n s u m o hace casi imposible cualquier tratamiento químico previo, debido al considerable costo que representaría, por esta razón, lo que s e hace en las plantas de beneficio es evitar contaminaciones, recirculandolas aguas de tratamiento y eliminando los iones contaminantes para su c o n s u m o en la ganadería o agricultura. Las aguas naturales, particularmente las subterráneas, casi s i e m p r e llevan contaminaciones de sales inorgánicas, estos s o n : sulfatos, carbonates o fosfatos de potasio, sodio, calcio, m a g n e s i o , h a y a g u a s que tienen contaminaciones de ion cloruro o bicarbonato, pero estos casos s o n m á s raros, las aguas subterráneas, particularmente las provenientes de las m i n a s , que también se usan en el proceso de fiotación, además de las sales indicadas a menudo llevan considerables cantidades de iones de metales pesados disueltos, c o m o s o n cobre, zinc y hierro. Por otra parte los iones metálicos pueden serfuertes activantes como el ion C u * * para la esfalerita o iones d e p r e s o r e s , como el ion ferroso para la molibdenita y e l ion calcio en la fiotación de pirita y m i n e r a l e s ricos en plata y oro nativo. El problema de los iones metálicos se soluciona satisfactoriamente al adoptar un circuito alcalino, la mayoría de los metales en este circuito forman hidróxidos i n s o l u b l e s ; y así queda mayormente eliminada la contaminación. En algunos minerales como porejemplo de cobre-zinc o de plomo-zinc parcialmente oxidados, el sulfato de cobre presente en el agua o en el mineral puede resultar en un gran problema, que lo trataremos en detalle m á s adelante. En flotación de minerales oxidados y no metálicos, el problema de la dureza del agua puede presentar serias diflcultades, por la presencia de iones de calcio y m a g n e s i o . Se debe considerar la aplicación de agua de m a r p a r a plantas deflotación ubicadas en zonas áridas al lado del o c é a n o , c o m o es el caso de la unidad minera Cerro Lindo, donde se usa el agua de m a r p o r ó s m o s i s i n v e r s a c o n c e r o d e efluentes líquidos al medio a m b i e n t e . La mayoría de los cationes forman jabones con los ácidos g r a s o s ; los xantatos y ditiofosfatos forman con los cationes salesde distinta solubilidad. Aparte de contaminaciones inorgánicas, las aguas naturales pueden tener contaminaciones orgánicas que provienen de la tierra (humus) o de la descomposición de materias orgánicas, estas contaminaciones pueden s e r muy perjudiciales cuando forman coloides orgánicos, que s e adhieren con gran facilidad a las superficies de los minerales y l a s pasiva. Las contaminaciones orgánicas son particularmente peligrosas si provienen de aguas servidas, s u efecto contaminante es muchas veces mayor que el de las aguas indu&ti-iales, y es de absoluta necesidad s u tratamiento químico y sanitario antes de u s a r i a s , varias plantas recuperan 123

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz esta agua con s i s t e m a s purificadores de materias orgánicas por d e s c o m p o s i c i ó n , esta agua después de la degradación de las materias orgánicas, generalmente contienen iones NO3, NH2, NO2 y H2PO4. En la actualidad s e han incrementado los volúmenes de tratamiento de minerales a m á s de 100, 000 toneladas/dia, consiguiendo disminuir el c o n s u m o de agua a unos cuantos cientos de litros p o r t o n e l a d a de mineral tratado, esto s e logra mediante el tratamiento de los efluentes líquidos de fiotación y reúso de estas aguas en la flotación de m i n e r a l e s , previo tratamiento por oxidación. Los conflictos sociales derivados del u s o de agua por las e m p r e s a s mineras, las pérdidas por evaporación en algunas zonas mineras á r i d a s , están obligando incluso a usar agua de mar previa desalinización y bombear miles de kilómetros para evitar conflictos con las c o m u n i d a d e s .

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Flotación y Concentración de Minerales C A P I T U L O

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CELDAS DE F L O T A C I Ó N 1. Importancia de las celdas de f l o t a c i ó n

L

a flotaciones un proceso fisicoquímico donde interactúan tres fases; sólido, liquido y g a s e o s o ; el sólido es el mineral, el líquido el agua y el gas es el airey sus i n t e r f a s e s : m i n e r a l - a g u a , a g u a - aire, aire - mineral; que tienen por objetivo la separación de los valores metálicos mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a las burbujas de aire. Los principios básicos en que se sustenta el proceso de flotación s o n , la hidrofobicídad de los minerales, incrementada mediante la adición de diferentes reactivos químicos d e f l o t a c i ó n , q u e p e r m i t e la adherencia de las partículas a las burbujas de aire, y la formación de una e s p u m a estable sobre la superflcie del agua, que permite mantener las partículas valiosas sobre las burbujas f o r m a d a s . Para obtener buenos resultados en flotación, se requiere la adición de reactivos químicos específicos desde la molienda, hasta el m i s m o proceso de flotación. Estos reactivos s o n los colectores, e s p u m a n t e s y modificadores, cuyas funciones principales s o n , inducir o inhibir hidrofobicídad a las partículas minerales ydarie estabilidad a la e s p u m a formada. Las partículas minerales hidrofóbicas fienen la propiedad de adherirse a las burbujas y flotar, en tanto que las hidrofilicas como la g a n g a , no se adhieren y se van al relave. La superficie hidrofóbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele a la fase liquida, mientras que las superficies hidrofilicas tiene afinidad por las fase liquida. Para completar el proceso es necesario agregar otro componente fundamental; las celdas d e f l o t a c i ó n ; s o n m á q u i n a s o e q u i p o s en los cuales literalmente se flota el mineral, sin e m b a r g o , para lograr un beneficio adecuado, la celda debe estar construida de m o d o tal, que permita una hidrodinámica favorable y u n a adecuada recuperación del mineral valioso. Las partes principales de una celda de fiotación, que en realidad es un tanque metálico de forma rectangularo cilindrica s o n : caja de alimentación , caja intermedia o de descarga, tanque, puente, y accesorios c o m o barandas, pisos, tuberías, así c o m o el m e c a n i s m o de agitación, estator, rotor, eje inferior, eje superior, poleas, motor, ejes, válvulas de aire e instrumentación. Las celdas de flotación han ido evolucionando con el fiempo, y en consecuencia han experimentado algunos cambios en su diseño y c a p a c i d a d , a h o r a p o d e m o s a p r e c i a r q u e han sucedido modificaciones en el modelo, de celdas rectangulares o casi cuadradas, se pasó al modelo en U; figura N° 5 . 1 , celdas de sección trasversal en forma de U, celdas fipo TC o celda tanque, celdas de gran altura y poco diámetro, entre otros. 127

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

A n o * l A z a A c r o Ortiz

promover las colisiones y adhesiones de partícula - burbuja, mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de espuma, proveer un eficiente trasporte de la pulpa alimentada a la celda, del concentrado y del relave; y suministrar un m e c a n i s m o de control de la altura de la pulpa y e s p u m a , aireación de la pulpa y del grado de agitación. Las celdas de flotación mecánicas, tienen tres zonas típicas:

JLo

O

O

>

Zona de alta turbulencia a nivel del m e c a n i s m o de agitación,

>

Zona intermedia de relativa c a l m a ,

>

Zona superior.

La zona de agitación es donde se produce la adhesión partícula burbuja, en esta zona deben existir condiciones hidrodinámicas y fisicoquímicas que favorecen este contacto.

Figura N° 5.1 Vista de una celda en forma de U

Suspensión de mineral molido

Aire j

En este aspecto, los diferentes fabricantes normalmente van desarrollando sus modelos con características particulares. Por ejemplo, algunos han desarrollado equipos que logran una hidrodinámica distinta a otra. Otros cuentan con un rotor que puede girar en el sentido de las agujas de reloj, pero también en sentido contrario, con lo cual se consigue cambiar la zona de d e s g a s t e ; además también pueden colocado al revés. Sin embargo hay otros aspectos que pueden variar, dependiendo de las características del mineral a procesar, aunque si es claro, que en capacidad han ido aumentando desde celdas de poco menos de 3 m^ hasta celdas con capacidad tan grandes que alcanzan 200 m ^ 300 m ' y hasta 500 m i Y como las características de los minerales son siempre distintas y cambiantes, las celdas de flotación también presentan variantes o modelos que se adecúan a ellas, al grado del concentrado y recuperación que se quiere obtener, asi como al mineral que se va a procesar. 2. Celdas de flotación

mecánica

Estas celdas tienen la función de mantener todas las partículas en suspensión dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de prevenir la sedimentación de las partículas minerales, figura N° 5.2. Además, deben estar configuradas para que se encarguen de producir una buena aireación, lo cual permitirá la diseminación de burbujas de aire a través de toda la celda, igualmente estos equipos se encargan de 128

t Solución * ganga

Figura N* 5.2 Celda de flotación mecánica La zona intennedia s e caracteriza por ser una zona de relativa calma, lo que favorece la migración de las burbujas hacia la superficie de la celda. 129

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

promover las colisiones y adhesiones de partícula - burbuja, mantener quietud en la pulpa inmediatamente bajo la columna de espuma, proveer un eficiente trasporte de la pulpa alimentada a la celda, del concentrado y del relave; y suministrar un m e c a n i s m o de control de la altura de la pulpa y e s p u m a , aireación de la pulpa y del grado de agitación. Las celdas de flotación mecánicas, tienen tres zonas típicas: >

Zona de alta turbulencia a nivel del m e c a n i s m o de agitación,

>

Zona intermedia de relativa c a l m a ,

>

Zona superior.

La zona de agitación es donde se produce la adhesión partícula burbuja, en esta zona deben existir condiciones hidrodinámicas y fisicoquímicas que favorecen este contacto.

Aire Figura N° 5.1 Vista de una celda en forma de U

Suspensión
En este aspecto, los diferentes fabricantes normalmente van desarrollando s u s modelos con características particulares. Por ejemplo, algunos han desarrollado equipos que logran una hidrodinámica distinta a otra. Otros cuentan con un rotor que puede girar en el sentido de las agujas de reloj, pero también en sentido contrario, con lo cual se consigue cambiar la zana de desgaste; además también pueden colocado al revés. Sin embargo hay otros aspectos que pueden variar, dependiendo de las características del mineral a procesar, aunque si es claro, que en capacidad han ido aumentando desde celdas de poco menos de 3 m ' hasta celdas con capacidad tan grandes que alcanzan 200 m ^ 300 m^ y hasta 500 m ^ Y como las características de los minerales son siempre distintas y cambiantes, las celdas de flotación también presentan variantes o modelos que se adecúan a ellas, al grado del concentrado y recuperación que se quiere obtener, a s i como al mineral que se va a procesar. 2. Celdas de flotación

Mmlén

• pngi

mecánica

Estas celdas tienen la función de mantener todas las partículas en suspensión dentro de las pulpas en forma efectiva, con el fin de prevenirla sedimentación de las partículas minerales, figura N° 5.2. A d e m á s , deben estar configuradas para que se encarguen de producir una buena aireación, lo cual permitirá la diseminación de burbujas de aire a través de toda la celda, igualmente estos equipos se encargan de 128

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Rgura tf 5.2 Celda de flotación mecánica La zona intermedia s e caracteriza por s e r u n a zona de relativa c a l m a , lo que favorece la migración de las burbujas hacia la superficie de la celda. 129

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

La zona superior, corresponde a la fase acuosa formada por burbujas, aquí la e s p u m a s e descarga por rebalse natural, o con ayuda de paletas mecánicas.

d. Flujo específico de aire para controlar el nivel y la calidad de la espuma.

C u a n d o la turbulencia en la interfase pulpa - e s p u m a es alta, s e produce contaminación

del concentrado debido al arrastre significativo de pulpa

e. Dispersión de burbujas. f.

C o n s u m o de reactivos.

g. Mantenimíentoy disponibilidad de repuestos.

hacia la e s p u m a . 2 . 1 . Etapas de flotación e n las celdas

2.4. Partes de una celda 1. Árbol principal.

En las celdas podemos distinguir los tipos de flotación que s e está llevando en cada uno de los circuitos y en las celdas m i s m a s , y nos referimos a la flotación rougher o de d e s b a s t e , cleaner o de limpieza, recleaner, primerescavenger, segundo escavenger, etc. Para el metalúrgico tiene s u significado, cuando s e trata del rougher, entendemos que es la primera etapa de fiotación, usada para extraer los valores metálicos del mineral alimentado. El concentrado rougher pasará a las etapas de limpieza.

Caja de rodamientos, formado porel soporte de fundición g r i s , eje hueco superior y rodamientos de rodillo cilindrico, el cual resiste las cargas axiales y radiales producidas por la acción del mezclado. La dirección de rotación puede ser fácilmente cambiada para equilibrar el desgaste del rotor.

La etapa de limpieza se ufiliza para mejorar el concentrado rougher, limpiando en una, dos o m á s limpiezas hasta alcanzar el grado o ley del concentrado requerido, para que sea comercial.

a. Usado para mantenerla pulpa en s u s p e n s i ó n y contener el proceso de mezclado.

El scavenger es donde se lleva a cabo la recuperación de los valores, que no han sido flotados en la etapa rougher, y la descarga del úlfimo escavenger es el relave o colas, donde queda la ganga y las partículas parcialmente liberadas y/o aquellas partículas que fienen una baja cinética de fiotación, esta fracción fiene la mayor cantidad de m a s a . 2.2. CaraCi8risticas de una celda de flotación Un adecuado diseño de la celda requiere: a. Alta intensidad en la zona de mezclado. b. Relativa calma en la región de separación. c. Interfase pulpa - e s p u m a estable, con mínimo retorno de partículas flotables. d. Transporte de e s p u m a al rebalse de la celda, con poco o escaso arrastre de pulpa. 2.3. Eficiencia de las celdas Los principales factores que se consideran para la evaluación de la eficiencia de una máquina de flotación s o n : a. Capacidad de alimentación en M^/H o T/H. b. C o n s u m o de energía. c. 130

R e n d i m i e n t o m e t a l ú r g i c o e n l e y o gradoy/o recuperación.

2. Tanque

b. Soportan al puente y al m e c a n i s m o principal. c. Dependiendo de los t a m a ñ o s , deben tener accesos para el ingreso de personas durante el mantenimiento. d. Debe tener boquillas de drenaje lo más pegado al nivel del p i s o . 3. Caja de a l i m e n t a c i ó n a. La caja de alimentaciones usada para contenerlos flujos de ingreso a la celda. b. Se da una oportunidad de escape al aire que viene con la pulpa antes del ingreso a la celda, lo cual es muyimportante si el flujo es turbulento. El exceso de aire altera el proceso de control de nivel. c. Es la zona habitual, en donde los reactivos s o n a g r e g a d o s . d. Los puertos de conexión en la parte baja de las cajas y tanque direcciona el flujo a la zona de mezclado. 4. Caja de d e s c a r g a a. Usadas para d e s c a r g a r l a s colas o relaves de la c e l d a . b. Llevan las válvulas. c. Puede llevartuberias para evitar el arenamiento. d. Mecanismos de agitación. 131

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s Angel A z a ñ e r o Ortiz 5.

Impulsor

El i m p u l s o r s e considera el corazón de una celda de flotación m e c á n i c a , cumple tres funciones: a. S u s p e n s i ó n de partículas. , b. Aspiración y d i s p e r s i ó n del aire, c. Circulación de pulpa. 6.

'

Estator

En el Perú las celdas mecánicas más utilizadas s o n : agitair, galigher, denver, morococha, wenco y outotec, hay nuevas versiones producto de la investigación y desarrollo que existe en cada e m p r e s a que fabrica estos equipos. 3. Celda de laboratorio La celda de laboratorio m á s usada es la Denver D-12, que viene con tanques de celdas de capacidad para 500 g r a m o s , 1000 g r a m o s y 2000 g r a m o s , figuras N" 5.3 y 5.4. Su aplicación principal está en el trabajo de investigación y los resultados aplicarlos en las plantas concentradoras.

El estator no participa en la formación de burbujas, la función principal e s ia creación de regiones tranquilas, es decir menos turbulentas en el e s t a n q u e , reduciendo los remolinos horizontales de la pulpa. El estator ubicado al lado delimpuisor.dirige las burbujas horizontalmente hacia el piso del estanque, mejorando la distribución del aire y también incrementando la capacidad de aireación. Otros accesorios de la celda. 7. Pisos y b a r a n d a s . 8. Tubería d e aire. 9. V á l v u l a s . 2.5. Forma d e las celdas m e c á n i c a s Las últírnas generaciones de celdas son de forma cilindrica, a diferencia de la m a y o r í a de las anteriores que eran rectangulares. El estanque redondo o f r e c e condiciones simétricas y estables en toda la celda, además s e reduce l a existencia de puntos m u e r t o s . Las partículas más gruesastienden a desagregarse, cuando la longitud del t r a n s p o r t e horizontal en la e s p u m a a u m e n t a , por lo tanto las celdas de gran tamar=io s e fabrican de forma circular. El tipo d e celda más clásico es aquel que comprende un recipiente de tipo c i l í n d r i c o . a menudo con deflectores en las p a r e d e s , al centro se ubica un s i s t e m a d e agitación por turbina, que produce un movimiento centrifugo de d i s p e r s i ó n sólido/líquido, y por lo tanto una baja presión en la vecindad del e j e . Un t u b o concéntrico o cualquier otro dispositivo, permite que el aire sea aspirado c e r c a del centro del recipiente, el aire aspirado pasa a la zona turbulenta y forma burbujas, a menudo el agitador posee un sistema de rotor-estator que funciona a la vez por impacto y por cizallamiento para dividir el a i r e . 132

Figura N° 5.3 Celda de fbtación, Denver No. 12, tipo laboratorio. Flotación de plomo (izq.) y zinc (der.) Fuente: Laboratorio de Metalurgia Bítractiva; EAP Ingeniería Mefalúrgica-UNMSM.

133

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

4. Celdas convencionales A principios del siglo XX, las operaciones de concentración de minerales se realizaban en celdas cuyos volúmenes unitarios fluctúan entre los 10 y 100 pies cúbicos. Es la marca Denver con la celda s u b - A sub-aireadas, tioy llamadas celda a celda (cell to cell), evolucionó la flotación, no obstante la aparición posterior de celdas de mayor volumen y m o d e l o s , aún hoy siguen vigentes en plantas donde la capacidad de operación no permite el uso de celdas g r a n d e s . Otras marcas como Agitair (Galigher) y Wenco (Enviroteck) también fabricaron celdas de volúmenes m e n o r e s , actualmente discontinuados. A continuación presentamos las celdas Denver S u b - A cuadro N° 5 . 1 . Celda N ú m e r o

8

12

15

18

18*

21

24

30

Volumen (pies^) X celda

2.75

10

12

18

24

40

50

100

0.078

0.283

0.340

0.173

0.68

1.133

1.416

2.832

(m^) x celda

* Especial Cuadro N" 5.1 Número y volumen de celdas convencionales Cálculo del n ú m e r o de celdas convencionales Se emplea la siguiente ecuación: t =

Maquina de Flotación de Laboratorio Denver D-12

Figura N° 5.4 Descripción de las partes de una celda de laboratorio Fuente: Valderrama, CL. "Rotación de Minerales"

nxl440xVkxK

Ve

n x V k x K Vm

donde:

n

=

número de celdas necesarias,

Vm

=

volumen entrante de pulpa a una operación de

(5.1)

flotación,

t

=

tiempo de flotación (minutos),

Vk

=

capacidad de la celda ( m ^ ,

K

=

Es 7 0 % de su capacidad n o m i n a l , se descuenta el volumen ocupado por las e s p u m a s , partes mecánicas, etc.

Ve

=

volumen de pulpa entrante al circuito de flotación (m'/día).

Ejemplo: s e desea flotar 2,400 TMSPD, un mineral cuyo Pe = 3.00, ia pulpa alimentada al circuito de flotación tiene 2 5 % de sólidos, se ha detenninado que s e requiere 1 0 minutos de flotación, calcular el número de

135

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz celdas Denver Sub-A N ' I S especial de 24 ft^/celda (0.68 m*)

3 2 " x 3 2 " , cuyo volumen nominal es

C á l c u l o d e l v o l u m e n d e p u l p a q u e se a l i m e n t a a l c i r c u i t o (Ve) Rp

= ( 1 0 0 - 2 5 ) / 2 5 = 3.0

TMPD Agua

= 2400 x 3 = 7200 TM/día

Vagua

= (7200 TM/día) / (TM/m')

=

7200 m'/dia

V sólidos

= (2400 TM/día) / (3TM/m^)

=

800 m^/día

=

8000 m^/dia

Ve,

n=

La eficiencia de una máquina de flotación se determina p o r e l tonelaje que pueda tratar por unidad de volumen, calidad de los productos obtenidos, recuperaciones, consumo de energía eléctrica, reactivos, gastos de operación y mantenimiento necesarios portonelada de m i n e r a l , yotros para o b t e n e r l o s resultados más ó p t i m o s .

Vcxt

1440xVkxK 8000 M'/día X 10 min _ _ _ = u a . =

1440 nin/ día x 0.68 mP / celda x 0.70

116.7= 117celdasN° 18

En este c a s o , usar celdas de mayor volumen, p o r e j e m p l o celdas N o . 30.

BOOOM'/diaxIOmin n =^ = 28 celdas N° 30=2 circuitos de flotación 1440 nin/día x 2.832 IVP / celda x 0.7 de 14 celdas cada uno. 5. Celdas de g r a n volumen A partirde los años 60, empieza a salíral mercado celdas de volúmenes mayores a los 100 pies cúbicos, ya se habla de celdas de 1 8 0 , 2 0 0 , 300 y 500 pies cúbicos, Denver y Agitair son líderes en la fabricación de estas celdas.

136

Hasta mediados de los años 70's las celdas de flotación con agitación mecánica y auto-aspirantes dominaron el mercado; a p a r t i r d e los años 1980's, s e han incorporado en la industria las celdas mecánicas de gran tamaño, tanto auto-aspirantes c o m o de aire forzado, celdas columna que no necesitan de agitación mecánica. En los últimos cien años se han desarrollado una gran cantidad de celdas de diversos diseños y t a m a ñ o s , lo que explica en parte la gran variedad de tipos de celdas en la actualidad.

C á l c u l o del n ú m e r o de celdas:

n =

Por entonces las celdas de gran volumen eran aquellas que estaban sobre los 1,000 pies cúbicos por unidad y entran al mercado p o r e l año 1975, en los proyectos de Cobriza y Tíntaya, se instalan celdas de 500 pies cúbicos auto aireadas y 1350 pies cúbicos con aire forzado respectivamente, lo cual incentiva a otras minas a instalar celdas de volúmenes mayores, logran imponerse en las etapas de limpieza de cobre y zinc, por los años 90 se instalan celdas gigantes de 3500 pies ^ las cuales tienen un nuevo d i s e ñ o , son de forma rectangular con fondo en U, s e ha llegado hasta 1550 p i e s ' v e n forma circular hasta 4,500 p i e s ^ diseñadas hasta 7,000 p i e s ' ( 2 0 0 m ^ , trabajan con control automático de nivel de espumas.

El tipo de celda más clásico es aquel que comprende un recipiente de tipo cilíndrico.a menudo con deflectores en las paredes. A centro se ubica un s i s t e m a de agitación por turbina que produce un movimiento centrífugo de la dispersión sólido - líquido y por lo tanto una baja presión en la vecindad del eje. Un tubo concéntrico o cualquier otro dispositivo permiten que el aire sea aspirado cerca del centro del recipiente, el aire aspirado p a s a a la zona turbulenta y forma burbujas, a menudo el agitador posee un sistema de rotor-estator, que funciona a la vez por impacto y por cizallamiento para dividir el aire. En estos sistemas s e obtienen burbujas de tamaños del orden de 0.5 - 2 m m , la zona de e s p u m a se puede mantenermás o m enos alta, para permitir un drenaje notable del liquido para retornarlo a la c e l d a , o hacia la celda anterior si s e trata de recircular la pulpa. En los siguientes años ha continuado aumentando el volumen unitario de las celdas, se ha incrementado muchas veces. Actualmente existen celdas industriales de 200 m ' , 300 m ' y hasta 500 m ' .

137

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz La capacidad de tratamiento de una celda gigante permite reemplazar a muchas celdas pequeñas con el consiguiente ahorro de energía, espacio, mantenimiento, reduce el costo de operación entre otros aspectos, cuadros N" 5.2,5.3 y 5,4. Por otra parte, el m e c a n i s m o de agitación en la mayoría de celdas se encuentra en la b a s e , en consecuencia la alta turbulencia no perturba la zona de e s p u m a , como ocurre con las celdas más pequeñas, esto se refleja en la mayor selectividad de las celdas g r a n d e s , las cuales pueden trabajar bien, tanto en el circuitos rougher y scavenger, como en las etapas de limpieza.

5.1. Ventajas de la celda de g r a n v o l u m e n a.

Menor c o n s u m o de energía por p i e ' o m

T a m a ñ o de celda

HP c o n s u m i d o

100 p i e '

1 0 0 % (base)

300 p i e '

67%

500 p i e '

53%

b.

Menor área de edificio Estas celdas tienen mayores profundidades en consecuencia ocupan menores áreas, significa un menor costo del edificio, iluminación y s u p e r v i s i ó n .

Área requerida

Costo de

para montaje

construcción

10 celdas 500 p i e s '

893 pie^

100.00 (base)

17 celdas 300 p i e s '

1050 pie^

1.18

25 celdas 200 p i e s '

1150pie^

1.29

50 celdas 100 p i e s '

1800 pie^

2.01

T a m a ñ o celda

Cuadro N" 5.3 Volumen de celda Vs.Área y costo de construcción. Fuente: Barrios, G. "Avances tecnológicos en celdas de

flotación"

3. Menor costo por pie de celda

1275 p i e '

Es m á s fácil fabricar un motor, un tanque, que dos o más

39%

Cuadro N° 5.2 C o n s u m o de energía vs. volumen de celda. Fuente: Barrios, G. "Avances tecnológicos en celdas de

flotación"

V o l u m e n de cada celda

P r e c i o $/pie'

40 p í e '

1 0 0 % (base)

50 p i e '

91

100 p i e '

61

300 p i e '

52

500 p i e '

37

1500 p í e '

31

Cuadro N° 5.4 Volumen de celda vs. Precio. Fuente: Barrios, G. "Avances tecnológicos en celdas de flotación 138

139

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

5.2. Principales celdas de g r a n v o l u m e n Agitair Celdas de flotación, de la Galigher Co. tiene una gran cantidad de lengüetas estabilizadoras alrededor del impulsor. El aire es insuflado por el impulsora 2 psi.

Celda Leeds Inventada por el profesor C. Dell de la Universidad de Leeds de Inglaterra, el drenaje mecánico de las partículas de ganga arrastradas se puede mejorar mediante el uso de barreras colocadas en la fase de e s p u m a , a fin de retrasarla subida de burbujas que ascienden a través de la celda, mejorando la calidad del concentrado. Se aplica preferentemente en circuitos de limpieza. ; ,

Celda Ekof La flotación s e realiza en varias unidades conectadas en línea, parecidas a la flotación convencional, los costos de maquinaria yequipo son 3 0 a 60 por ciento m e n o r e s , se aplica en flotación de carbón yflotación inversa de minerales.

Celda Booth Estas celdas son fabricadas p o r l a Booth C o . y s o n probablemente las más pequeñas, usada principalmente en la flotación rougher. Se caracterizan por poseer un impulsor-difusor de aire con flujo axial del impulsor, para permitir la recirculación interna de la pulpa.

Celda W e m c o

^

En 1930 fueron conocidas c ó m e l a s celdas Fagergren, comercializadas por la Cyanamid, Wemco es líder en la fabricación de grandes celdas de flotación. La combinación de rotor-estator consistía de piezas múltiples, un rotory estator enjaulado, fijeron eficientes en cuanto a su propia aireación, pero carecía de desplazamiento, proporcionados porel impulsor, necesarios pana m a n t e n e r l o s sólidos en s u s p e n s i ó n .

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s En 1978 introdujo la primera celda de 2 8 m ' , en 1983 la de 43 m ' y e n 1986, la de 8 6 m ' , s e usan en la flotación de fosfatos, cobre, plomo, zinc y oro. Las celdas d e ú l t i m a g e n e r a c i ó n d e Wemco se denominan SmartCell. En la actualidad alcanzan volúmenes de 200 y 300 m ' . Celda M a x w e l l Fabricadas por Technequíp Ltd., s o n celdas cilindricas fabricadas por adición de canales para espumas,tanto al interior como al exterior más una regadera de aire. Son celdas cilindricas y s e caracterizan por presentar un bajo nivel de aireación, menor área de piso, y baja área de e s p u m a s por unidad de volumen.

Celda Nagahm Fabricadas por Mitsui del Japón, s o n celdas cilindricas desarrolladas para flotación de partículas ultra flnas y precipitadas en efluentes contaminados, de una concentradora de minerales de plomo yzinc. Tiene características especiales: incluyen altas proporciones de aireación, capacidad para descargar grandes volúmenes de e s p u m a s , mínima turbulencia en el i m p u l s o r y e l estator debido a unas hojas curvadas, lo que permite que la pulpa se arremoline en un vórtice suave, hacía la parte superior de la columna de e s p u m a .

Celda Outotec A inicio de los 90, Outokumpu, actualmente Outotec de Finlandia, ya era líder a nivel mundial en el suminisfi-o de celdas de flotación. Estas celdas cuentan con un i m p u l s o r d e diseño innovador, basado en principios hidrodinámicos, el aire es insuflado a la celda a través del eje vacio del impulsor a relativa profundidad, placas como hojas en el tope ocultan el impulsor tipo turbina. Estas celdas tienen una excelente característica de mezclado, pueden mantener partículas sólkJasdegran tamaño e n s u s p e n s i ó n . Sus bondades descansan en una buena dispersión de aire, y el mantenimiento de sólidos en suspensión en todo el tanque, una ventaja adicional era que la máquina podía arrancarse aún arenada, debido a su i m p u l s o r d e diámetro p e q u e ñ o . Actualmente producen la celda denominada Tankcell, se considera cada celda de flotación como un reactor unitario, en la actualidad alcanzan volúmenes de 300 m ' y ú l t i m a m e n t e hasta 500 m ' .

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Celda Denver

El impulsor es de diámetro pequeño, el aire es introducido a la parte interior por el tubo del impulsor, y e s distribuido a través de los agujeros a baja presión p o r e l lado de las hojas del impulsor unidireccional.

Denver Equipmentúltimamente fusionado con Sala,desarrollódos tipos de celdas, una abierta o flujo librey otra de celda a celda, esta última puede auto a i r e a r s e y p u e d e proveer asimismo un control de la pulpa y los niveles de e s p u m a para cada celda individual. Las celdas Cell to Cell fueron la evolución de las Sub A.

De tanque rectangular con una pequeña inclinación para la zona de las e s p u m a s . El diseño de estas celdas fije una alta capacidad de dispersión del aire, buena suspensión de s ó l i d o s , y u n a superficie quieta de la pulpa y de fácil mantenimiento.

Las máquinas DRtienen collares cilindricos o cónicos, que favorecen el incremento de la recirculación de la pulpa hacía el impulsor desde lo alto, la zona m á s tranquila de la celda, mejora en la recirculación vertical y facilita la recírculacióndelas partículas gruesas, se aplican en rougher y e n cleaner, se caracteriza por recirculación homogénea de la pulpa a través del impulsor, lo que permite la mezcla de la pulpa con aire a baja p r e s i ó n , elimínalos problemas de arenamiento y zonas muertas, así se logra obtener un mayor volumen de flotación.

Celda Hotaire

Celda Dorr Oliver La compañía Dorr Oliver puso en el mercado estas celdas, se aplican en la flotación de minerales de C u , Pb.

Inventada por Hollingsvi/orth and Sapp of Phoslab Inc. Florida, y s o n fabricadas por Deister Concentrator Co. Inc. de U S A Operan hidráulicamente sin ninguna agitación mecánica o abastecimiento de a i r e . El agua q u e e s alimentada a 35-45 p s i , aspira aire para la aireación de la pulpa a través de placas, que se contraen en el fondo de la columna de 15 píes de alto y de 6 a 12 pies de diámetro, el alimento a las celdas se hace por la parte superior, de tal forma que las partículas y las burbujas fluyen en contracorriente, promoviendo colisiones. Partículas gruesas c o m o de 14 m a l l a s , pueden s e r f l o t a d a s .

Celda Davcra

Celda de flotación RCS de METSO

Inventada por Conzinc Rio Tinto Australia, en Sudáfrica son fabricadas por Foster Weeler Energy Ltd.

Tiene una amplia gama de volúmenes de celdas, necesarios para modernas plantas de procesamiento de minerales, con tamaños de celda que varían entre 0,8 a 200 m ' , activadas con motores de 7.5 HP y 2 5 0 HP respectivamente.

Estas celdas son neumáticas, donde la pulpa bajo presión se arremolina en el fondo de la celda a través de oriflcios en forma de tobera. El remolino se genera por la pulpa que ingresa en forma tangencial al cuerpo de las toberas, el aire es dispersado en este remolino, por inyección como un núcleo de aire en el tope de las toberas. El corto circuito en estas celdas se previene por unas lengüetas colocadas directamente frente a las toberas, s e aplica en m e n a s de plomo y zinc.

'

La máquina de flotación R C S " " (Sistema de celda de reactor), ha sido desarrollada para combinar los beneficios del concepto de celda circular, con las características únicas del m e c a n i s m o DVMR y así crear las condiciones ideales para maximizar el rendimiento de flotación para las funciones de desbaste, depuración y limpieza. La recuperación máxima de flotación y rendimiento, ha sido lograda a través de una cuidadosa atención al diseño del e s t a n q u e .

Celda A k e r Fabricadas por Aker Trondelag A/S y Mimpro de Noruega, son usadas para tratar una variedad de sulfuros. Son del tipo de celdas super cargadas, el tanque rectangularsin deflectores yplacas verticales entre cada impulsor, para restringir el flujo de la pulpa hacía el fondo de la celda y confinar la espuma.

142

6. Celda de flotación f l a s h Es una celda que permite la flotación instantánea de partículas valiosas desde un circuito de molienda-clasificación; en este caso en la descarga del molino, s e adiciona una celda de fiotación rápida o flash, donde se recupera unafi-acción importante del mineral valioso, entrando al circuito una menor carga circulante. 143

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

La flotación flash se recomienda, cuando la ley o leyes de cabeza del mineral valioso que sale en las primeras espumas s o n altas, los minerales con valores metálicos tienen liberación suficiente respecto a la g a n g a , y que los minerales a recuperar posean un alto peso específico en comparación a las g a n g a s , por ejemplo galena y cuarzo, y tengan la tendencia a concentrarse en las cargas circulantes de m o l i e n d a .

A diferencia de las celdas convencionales, estas celdas no utilizan agitación para realizar la homogenización de la pulpa, esta se logra mediante la inyección de aire a presión, que ingresa a través de uno o varios s p a r g e r s , q u e hacen la función de válvulas de airea alta presión, ya que se puede regular el flujo de aire en los m i s m o s .

Los principales beneficios serán, m e n o r r e m o l i e n d a de valores, con ello se evita la sobre molienda de las partículas ya liberadas, incremento de la recuperación y menor humedad del concentrado producido. La aplicación de flotación rápida de galena gruesa desde la molienda, es m u y i m p o r t a n t e para minerales de plomo-cobre, ya que en la separación posterior Pb-Cu será necesario usar menos dicromato de sodio y los efluentes tendrán un menor contenido de cromo, c o m o s a b e m o s este compuesto es cancerígeno para la salud humana y m u y perjudicial para el medio ambiente. La densidad de alimentación a la celda flash debe s e r m e n o r que la descarga del molino y mayor que la alimentación usual a los circuitos de flotación, para que la descarga del hidrociclón (relave celda flash) entre al molino y no diluya la pulpa.

7. Celda

Otra diferencia en relación a las celdas convencionales, es que tienen un s i s t e m a de lavado del concentrado, similara una ducha en la parte superior de celda, para poder obtener un concentrado más limpio que el que ingresa. Con respecto al diseño de celda columna, se puede decir que la relación: altura de celda / diámetro de celda, es mucho mayor comparativamente con la celda convencional, por lo que la zona de la e s p u m a o zona de limpieza, tiene mayor altura, aclarando por zona de limpieza, al s i s t e m a de lavado con la ducha de agua que cae en la parte superior.

Conceptos b á s i c o s •

columna

Holdup, s e define como el % de volumen en la columna usada por el aire en cualquier m o m e n t o , el límite del holdup es 16%. Se determina por la ecuación: Holdup = (H e s p u m a / H columna) x 100.

Los canadienses Pierre Boutin, Remy Tremblay y D o n Wheeler, introdujeron la celda columna por la década del 6 0 , c o n el objeto de procesar minerales finos y aplicarlos en las etapas de limpieza de los circuitos de flotación. Varías compañías mineras productoras de cobre adoptaron para la etapa de separación y limpieza con alentadores, probándose posteriormente en las etapas rougher, en algunos casos con éxito en plomo, zinc, oro y

y molibdeno lo resultados muy d e relimpieza y carbón.

La celda columna de flotación fiene el m i s m o principio y o b j e f i v o q u e las celdas convencionales, los principios que rigen a la flotación en celdas convencionales son los m i s m o s que la celda c o l u m n a , s e ufiliza para incrementarla ley y reducir la m a s a del concentrado. Las celdas columna son utilizadas generalmente en la limpieza del concentrado, o incluso en la etapa de relímpieza, en esta e t a p a , la pulpa que ingresó ya tiene reactivos utilizados en las etapas a n t e r i o r e s , por lo que usualmente no requiere adicionar reactivos. En el proceso de flotación columnar se distinguen m u y c l a r a m e n t e dos zonas, las cuales s o n : zona de colección y zona de l i m p i e z a .

144

•

Impending holdup, es la eficiencia para trasladar el concentrado al overflow. Blas, es la relación 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.

•

S p a r g e r s , s o n g e n e r a d o r e s d e b u r b u j a s e n f o r m a t u b u l a r c o n pequeños agujeros a través de los cuales se inyecta aire.

7 . 1 . Variables o

Flujo de alimentación

o

Flujo de aire y a g u a de lavado

o

Nivel de pulpa y e s p u m a

o

% de sólidos

o

Dosificación de reactivos 145

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 7.3. Zonas 7.2. Ventajas 4

Menorcosto de instalación, operación y mantenimiento.

•

Fácil automatización y control por computadora.

•

C o n s u m o de energía y reactivos de flotación m e n o r e s .

•

Trabaja con bias positivo y menor tiempo de retención.

4

Mejores resultados en grado (2 a 4%) y mayor recuperación: 2 3 % adicional con respecto a las celdas convencionales.

Se distinguen dos zonas básicas en la celda c o l u m n a , figura N° 5.5. O

zona de recuperación o colección y

o

zona de limpieza.

LIMPIEZA

i CONCENTRADO

LC

O O

Alimentación

O

COLECCION

o Á

I

AIRE - > COLAS

Figura N° 5.5 Zonas de la celda colunnna Fuente: Azañero, O. A., "Avances en Rotación Colurrrar" 7.4. Forma Se caracterizan p o r s u forma rectangular, cuadrada o redonda con poco diámefi-o y una gran altura, prevalece la forma redonda.

146

147

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 7.5. Agua de lavado

7.6. A i r e a c i ó n

Tiene funciones m u y i m p o r t a n t e s :

El s i s t e m a de inyección de aire es la parte fundamental, y s e realiza mediante inyectores internos o externos, que buscan m e j o r a r l a producción de burbujas yel tamaño de las m i s m a s ; se han usado inyectores cerámicos, tubos perforados cubiertos con lonas de filtro, y últimamente el generador de burbujas desarrollado porel Bureau de Minas de Estados tJnidos;el sistema consiste en la disolución de aire e n a g u a , alimentados a una cámara pequeña conteniendo canto rodado, a presiones que fluctúan entre 60 a 70 PSI, también el burbujeador microcel de Process Engineering R e s o u r c e s ; que s o n mezcladores estáticos para disponerse fuera de la c o l u m n a , formando microburbujas que van desde 600 a 1000 mieras, finalmente podemos mencionar los slam j e t sparger de Canadian Process Technologies, de regulación automática de g a s , trabajan fuera de la columna y son diseñada^ para fácil instalación y mantenimiento en linea.

1. Formar el bias. 2. Mantener el nivel de pulpa y e s p u m a . 3. Limpiar el concentrado. A.

.

Lubricante de las partículas minerales.

En la figura N° 5.6, podemos distinguir los diferentes flujos dentro de la celda c o l u m n a .

Agua de lavado

Burbujas mineralizadas

I AUMÍNTACIÓH CONCENTRADO FINAL DUCHA

DUCHA

Ay

COLLECTION ZONE

SLURRY

Water

AGUA'

SCAVENGER

ROUGHER -AGUA

AIRE

AIRE

]

GAS COLA

couv Figura N° 5.6 Dirección de flujos al interior de la celda columna Fuente: Foot Jr., Donald. Estudios de Rotación Columnar, Bureau of Mines

Rgura N° 5.7 Instalación de celdas columnas en s e r i e . Fuente: Azañero, O. A , "Avances en Flotación C o l u m n a r "

148

149

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

7.7. Instalación La instalación de la celda columna se puede realizar para trabajaren serie, figura N° 5.7, o en paralelo figura N° 5.8, en el primer caso se hace con el objeto de realizar todo el proceso en celdas columnas, y la instalación en paralelo generalmente trabajará con un circuito adicional de celdas convencionales, donde s e flotará un scavenger para lograr mejores resultados en grado yrecuperación.

_«JMENIAaON

Rougher

R/G

. C t ^ i T ^ A

Figura N°5.9 Circuito convencional Fuente: Azañero, O. A., "Avances en Rotación Columnar"

CONCENTRADO FINAL

COKCENTRWO FINAL A.

Rgura N" 5.10 Qrcuito convencional con celda columna

RÉIAVE

4

Fuente: Azañero, O. A., "Avances en Rotación Columnar"

Rgura N" 5.8 Instalación de celdas columnas en paralelo. Fuente: Azañero, O. A , "Avances en Flotación Columnar.

150

151

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

CONCENTRADO

La pulpa entra a unas 2/3 partes de la zona inferior d e la celda y encuentra una corriente de aire ascendente, el concentrado rebosa p o r l a parte superior, simultáneamente un spray de agua colocado en la parte alta de la celda, lava las e s p u m a s removiendo la ganga o esténl que s e descarga por la parte inferior. El aire a presión es introducido mediante generadores internos o externos de burbujas y s o n los inyectores de aire lo que reciben mayor atención, se puede afirmarque los generadores de burbujas son el corazón de la celda c o l u m n a .

ALMENTACIÓH

7.10. I n s t r u m e n t a c i ó n y c o n t r o l de la celda columna COLUMNAS

La celda columna es m u y versátil, s u control s e puede hacer en forma m a n u a l , mediante instrumentación básica, o automatizada y c o n G c t n l a a una PC, desde donde se puede efectuar el control del proceso. 8. Columna de flotación de t r e s productos-C3P

MOLINO

V R/0

\ RELAVE — •

Valderrama, L., investigador de la Universidad Federal do Rio Grande do Sul, RS, Brasil, presenta el desarrollo de una celda columna de flotación modificada, denominada columna de tres productos (C3P),figuras N° 5.12 y N° 5.13, éste investigador ha realizado pruebas en laboratorio y a nivel piloto con resultados en las etapas d e limpieza, scavenger y relaves para minerales de oro, sulfuros de cobre, plomo yzinc; los m i s m o s demuestran que las recuperaciones son prácticamente similares a las celdas colunmas convencionales (rectas), pero las leyes de la celda C3P s o n s i e m p r e superiores. El comportamiento particular de la columna C 3 P , s e debe a la * eliminación del material de recirculación (mixtos y ganga fina) de la interfase espuma-pulpa, normalmente encontrado en las columnas convencionales, y por la disminución del arrastre hidrodinámico de ultra finos de ganga de la zona intermedia.

Figura N° 5.11 Celdas colunnna en todo el circuito de flotación : Fuente: Azañero, O. A., "Avances en Hotación Columnar" -

El tercer producto, dependiendo de la ley, puede ser clasificado, molido y recirculado o simplemente descartado. El desarrollo cronológico de esta c e l d a :

7.8. Ubicación d e n t r o del c i r c u i t o La ubicación de la celda columna den ro de ^ ^ ^ ' ^ ^ e flotación depende de cada mineral a tratar, por ejemplo en la figura N 5.9, no hay nfnguna celda c o l u m n a ; en la figura N° 5.10, hay una celda columna en la Zpa de limpieza, y en la figura N" 5 . 1 1 , s e remplaza todas las celdas convencionales por celdas c o l u m n a . 7.9. Operación de la celda c o l u m n a 152

>

1992 - Cleaner de fluorita, para la obtención de concentrado de grado ácido.

>

1994 - R o u g h e r y c l e a n e r d e sulfuros de cobre.

>

1995 - Cleaner del bulk Zn-Pb.

>

1996 - 2 0 0 0 ; rougher-flash y c l e a n e r d e sulfuros de cobre;flotación d e oro en circuitos cleaner y e n tratamiento de relaves. 153

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies

En la celda columna C3P se distinguen cuatro zonas de longitud variable:

^

4

Zona de recolección, ubicada entre el burbujeador y e l punto de alimentación, de tamaño variable.

•

Zona de lavado secundario o intermedio, entre un punto de alimentación yel punto d e s d e donde se adiciona el agua de lavado II, de tamaño variable.

•

Zona de partículas drenadas (drop-back), ubicada en la parte inferior de la interfase pulpa e s p u m a .

4

Zona de limpieza o fase e s p u m a , localizada en la parte superior de la c o l u m n a .

Figura N° 5.13 Productos de celda columna de tres productos C3P Fuente: Valderrama, C.L., Santander IVI. y Rubio J. "Desarrollo de la Columna de Rotación de Tres R'oductos-CSP' 9. R o t a c i ó n Neumática La flotación neumática diseñada por el Dr. Rainer Imhof, es una tecnología desarrollada en A e m a n i a , en la década de los setenta, su desarrollo se ha generado desde la Universidad Técnica de Beriin y la Universidad Técnica de Clausthal. El aporte hacia la minería metálica, se ha realizado principalmente desde Chile por Ingeniería de Minerales S.A desde el año 1994, con su primera aplicación industrial en flotación de cobre a n ivel rougher y limpieza. Hoy día la experiencia industrial muestra aplicaciones en flotación de cobre sulfurado y oxidado, escorias de fundición de cobre, minerales de orocobre, flotación reversa de minerales de magnetita para flotar sílice y silicatos, aplicaciones a flotación de mineral porfirítico en la etapa rougher de cobre - molibdeno. 9.1. Tecnología de flotación n e u m á t i c a

La celda columnar de 3 productos, C3P Figura N" 5.12 Zonas de la celda columna de tres productos C3P Fuente: Valderrarra, C.L., Santander M. y Rubio J. "Desarrollo de la Columna de Rotación de Tres Productos-C3P

154

La interacción partícula - burbuja y la colección de las partículas de interés, ocurre fuera del recipiente de la celda, en una adecuada unidad de aireación, conocido c o m o down comer, que va desde el aireador en su parte superior, venturi de diseño especial auto aspirante, productor de abundante burbuja fina, que mantienen su distribución de t a m a ñ o , dado que el down comer es presurizado, por lo que la caída de presión no es significativa, para crear problemas serios de coalescencia. 155

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

El tiempo de residencia entre el aireador y la evacuación de la mezcla burbuja - pulpa es de s e g u n d o s , obviamente el concepto de tiempo de residencia convencional de flotación se pierde en esta tecnología, no hay zonas muertas ya que el 1 0 0 % de la pulpa pasa por el aireador y se encuentra con un enjambre de burbujas frescas, recién f o r m a d a s .

La úlfima celda Jameson Mark IV, combina las ventajas originales de un tamaño de burbuja pequeña, y nuevos diseños que s o n de bajo mantenimiento yfáciles de operar.

El diseño permite una micro turbulencia, que favorece la alta probabilidad de colisión con adherencia. La separación de los componentes flotables adheridos a las burbujas toma l u g a r e n el recipiente de la c e l d a , siendo éste solamente un separador de concentrados y relaves. Resumiendoeste punto; la celda se maneja de una forma independiente, no por banco, la recuperación se maneja en el down comer, mediante ajustes de presión yvelocidades, lo que redunda en mejores eficiencias de proceso, porla alta dispersión de partículas en la pulpa y para la generación de burbujas.Sistemas mecánicos no son requeridos en esta tecnología, los componentes principales son ductos con desplazamientos verticales, y la energía de las partículas es proveída por una bomba que impulsa la pulpa, a dos bar a la entrada del aireador. Los tiempos de residencia son muy cortos, las recirculaciones y arquitectura de los circuitos neumáticos, hacen a esta tecnología de alta eficiencia operacíonal. La clave de esta tecnología es el aireador, que crea una intensa aireación y dispersa el aire en la pulpa a través de un aireador multi orificio, crea micro turbulencia y un elevado esfijerzo de rompimiento y corte, que permite generar una alta concentración de burbujas, fundamental para establecer una buena probabilidad de colisión yadherencia en fiempos extremadamente cortos, tanto como s e g u n d o s .

10. Celda J a m e s o n Fue desarrollada por el profesor G. J a m e s o n de la Universidad de Newcasfie. El aire y la pulpa se pone en contacto en un tubo central en d e s c e n s o , la pulpa de alimentación se bombea al interior de la celda, y e s forzada a través de una tobera formando un chorro de pulpa, que succiona aire en el tubo central de bajada, la pulpa aireada descarga en un tanque, las burbujas que ascienden se lavan por acción de agua de lavado, y e l tiempo de retención es instantáneo alrededor de d i e z s e g u n d o s . Su caracterisfica principal es que suprime la parte central de la columna de flotación, el aire y la pulpa se ponen en contacto en un tubo vertical central que ingresa a la celda por la superficie, su aplicación es para flotación de carbón, plomo yzinc. De acuerdo a información de su fabricante Xstrata Technology, la celda j a m e s o n fue inventada a fines de 1980 para superar las desventajas de diseño y operación de la celda columna y d e las celdas convencionales. A partir de su primera instalación comercial en 1989 fue mejorada en forma continua para haceria m á s robusta y fácil de usar. 156

Ventajas 1 . Generación constante de burtjujas finas, sin requerimiento de equipos externos o micro-burbujeadores. 2. Mezcla intensiva con pequeñas flotación sin agitación mecánica.

burbujas, para lograr una rápida

3. A t o rendimiento en estanques p e q u e ñ o s .

'• '

4. Lavado de e s p u m a para maximizar la ley de concentrado en una etapa de flotación. 5. Rápida respuesta y fácil control de procesos, para una amplia g a m a de leyes y recuperaciones. 6. Operación y rendimiento sin importar los cambios en el flujo de alimentación. 7. No haypíezas en movimiento, simple de instalar y mantener. En los primeros 20 años de comercialización, se instalaron cerca de 300 celdas para tratar una amplia g a m a de m i n e r a l e s , como carbón, metales básicos y preciosos, potasa, bitumen, grafito y para recuperar orgánico en procesos de extracción por solventes, es también una tecnología ideal para minerales no sulfurados y flotación inversa de silice en el procesamiento de mineral de hierro. La celda consiste de tres zonas principales:Tubo de d e s c e n s o , zona de pulpa del estanque y l a zona de e s p u m a del e s t a n q u e , figura N" 5.14.

B tubo de d e s c e n s o Es el corazón de la celda j a m e s o n en donde se produce un intenso contacto de las burbujas del aire con las partículas. La alimentación es bombeada por el tubo de d e s c e n s o , a través del orificio de la lente de pulpa, creando un chorro de alta presión. El chorro de líquido corta yarrastra aire desde la atmósfera. La remoción del aire dentro del tubo de descenso crea un vacío, haciendo que la columna de liquido se forme dentro del tubo de d e s c e n s o . El chorro se introduce dentro de la columna de liquido, en donde la energía cinefica de impacto, rompe el aire en finas burbujas que chocan con las partículas. El área interfacial alta de las burbujas y la mezcla intensa, produce una rápida unión de las partículas con las burbujas de aire, y una buena capacidad de fi-ansporte de las c e l d a s . 157

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Fiotación y Concentración de Minerales

La zona de pulpa del estanque Es donde las burbujas cargadas con mineral se d e s e n g a n c h a n de la pulpa. Las velocidades de diseño y la densidad de operación de esta z o n a , mantiene en s u s p e n s i ó n las partículas, sin necesidad de una agitación mecánica. Las celdas dependen del contacto y no del tiempo de residencia.

AGUA da LAVADO

Zona de e s p u m a del estanque La ley del concentrado es controlada por el drenaje y e l lavado de la e s p u m a , están diseñadas para garantizar una zona eficiente e inmóvil que maximiza la recuperación de la e s p u m a .

CONCENTRADO

AUMeNTACION

Lo m á s importante de la celda es que no haypíezas en movimiento, el mantenimiento es m í n i m o y s e basa en el control de las condiciones del p r o c e s o y e n inspecciones periódicas, las cuales son rápidas y s e pueden realizar sin herramientas y durante la operación de la celda.

PULPA

Se fabrican en forma rectangular y circular desde 1 a 24 tubos de descenso y con capacidad que fluctúa entre 50 y 1,200 m'/h de pulpa.

AUMENTACION

1 1 . Celda de c o n t a c t o En los últimos años s e ha concluido, que la retención del aire es un factor importante e n el rendimiento de una celda de flotación, la característica importante de las celdas de flotación neumática es el tiempo de flotación, la mayoría de estas celdas requieren poco tiempo para flotar un mineral. Para mejorar el tiempo de flotación, se inició trabajos de investigación auspiciado p o r e l gobierno canadiense e inversionistas privados, para dar inicio a lo que llamaron la celda de contacto, cuyas características combinan lo mejor de celdas neumáticas, celdas columnas y sistema de inyección de aire, ver diagrama de flujo en figura N° 5.15.

AGUA de LAVADO

o AIflE

CONCENTRADO

— •

COLAS

1.

Sistema d e Inyección de aire USBM, para controlar el tamaño de las burbujas.

2.

Sistema de contacto presurizado, para mejor control sobre la retención de aire dentro del contactador.

3.

Sistema d e s e p a r a c i ó n y desenganche en un equipo s i m i l a r a una columna de fiotación.

158

COLAS

COLUMNA do FLOTACION

Las caracterisficas principales de las celdas contacto s o n :

AIRE

CONVENCIONAL

CELDA JAMESON

Figura N» 5.14 Celdas: colunna y Jameson : Ayala B. A. G.; Chavez, D.EJ.; García, V.A.; Rivera, D.R; Flotación

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 11.1.

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Partes de la celda c o n t a c t o

Contactador, es donde se lleva a cabo la mezcla de aire y pulpa. Separador, aquí la mezcla se separa en dos productos: concentrado y relave. Funciona muy parecido a una celda c o l u m n a , s i n embargo, su altura solamente es una tercera parte y n o tiene esparsores de a i r e ; la mezcla aire-pulpa entra a un metro arriba del fondo, el concentrado recibe agua de lavado. Los resultados de estas investigaciones han reportado mejoras e n : l

a.

Partículas gruesas y finas,

b.

Flotación rougher y limpieza.

,

Retención de aire

T i e m p o de f l o t a c i ó n

%

Segundos

Convencionales

5-10

1 5 - 2 5 : minutos

Columna

10-25

10-25

Neumática EKOF

>65

< 1

JAMESON

>55

< 1

CONTACTO

45-95

< 1

(controlable)

Cuadro N° 5.5 Tiempo de flotación en diferentes celdas Fuente: Barrios, G. "Avances Tecnológicos en Celdas de Rotación" 12. Criterios para s e l e c c i o n a r celdas de flotación Actualmente existe una gran variedad de celdas y fabricantes a nivel mundial, que hace de la selección de este equipo muy c o m p l i c a d o , aunado a la complejidad de nuestros minerales, leyes marginalesen m u c h o s casos, y altísimos volúmenes de tratamiento que van desde 5,000,20,000,100,000 hasta 200,000 TMPD, con tendencia a llegar hasta las 500,000 TMPD, y otros factores. 160

Teniendo en cuenta las funciones de las c e l d a s , los criterios principales a tener en cuenta s o n : s u s p e n s i ó n de partículas y transporte de la pulpa a través del circuito, aireación de la pulpa, generar intensos choques entre la partícula y burbuja, remover las e s p u m a s yevitar los cortos circuitos. Costos de capital y operación son m u y importantes, automatización, calidad del servicio, disponibilidad de repuestos, poco mantenimiento y supervisión, a d e m á s la participación del personal de operaciones son relevantes y hay que tomados en cuenta.

1.1. Celdas

Los fabricantes de celdas han alcanzado alta especialización en los equipos que producen y s u s aplicaciones, de tal manera que el metalurgista debe tener disponible los aspectos principales de s u mineral a beneficiar, c o m o s o n : tonelaje diario a procesar, composición química y mineralógica del mineral, gravedad específica, pruebas metalúrgicas de flotación, pruebas cerradas ocycle test, pruebas piloto, campañas de procesamiento industrial y resultados de los m i s m o s , m e j o r s i están optimizados.

13. Dimensionamíento de celdas de f l o t a c i ó n Entre los factores principales para flotar minerales y seleccionar las celdas de flotación vamos a mencionar: 1.

Reactivos

Para mejorar las propiedades de hidrofobicídad e hidrofilicas de las partículas, es necesario agregar reactivos químicos, los cuales están en relacionados con el tipo de mineral a flotar, y c o n los materiales que serán fabricados estos equipos. 2.

Molienda

La eficiencia de la flotación está íntimamente asociada con la m o l i e n d a , donde s e realiza la liberación del mineral valioso de la ganga, afecta el tiempo de flotación y e l c o n s u m o de reactivos. La molienda se expresa en términos de porcentaje, referidos a un tamaño especifico de m a l l a s , p o r e j e m p l o en algunos minerales se puede lograr la liberación al 5 0 % m e n o s malla 200, en otros de dureza mayor, puede s e r a 6 0 % - 2 0 0 mallas o a una granulometria m á s fina como 8 0 % 2 0 0 m a l l a s , l o q u e s i g n i f i c a q u e el material a p r o c e s a r s e r á m á s fino y m á s costoso su tratamiento. 3.

Tiempo de flotación

El t i e m p o d e flotación que s e requiere para c o n s e g u i r l a recuperación y ley adecuada del concentrado, es un factor m u y i m p o r t a n t e y varía de un mineral a otro. Para aclararel concepto de recuperación, para el caso de un mineral de cobre porfirítico que tiene 1 5 minutos de flotación; usualmente en 161

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz ios primeros 5 minutos se recupera el 8 0 % en los otros S m i n u t o s el 1 0 % y en los 7 minutos restantes se recupera el 1 0 % del cobre total flotable. 4.

Porcentaje de sólidos

Factor directamente relacionado al volumen de la p u l p a , que debe ser manipulado p o r c a d a tonelada de mineral. 5.

Cinética de flotación

Es la cantidad del producto de flotación obtenido, respecto al tiempo de flotación, hay diferentes métodos para determinado, el más simple es graficar la recuperación del producto flotado versus el t i e m p o , y luego encontrar la relación matemática que represente la curva obtenida. El método analógico es el que más se relaciona con la cinética química, y a s u m e que la flotación se considera similar a un proceso químico, que se desarrolla en un tanque agitador, donde el término -dc/dt, ecuación de primer orden, representa la disminución de la concentración del mineral flotado respecto al tiempo en la celda. 6.

V o l u m e n de la celda

Es determinada porinformación del proyecto: tonelaje a tratar, gravedad especifica del mineral, % d e sólidos en la pulpa y e l tiempo de flotación, la celda debe ser de tamaño más grande que provea una flotación eficiente, pueden ser unitarias o de gran volumen, distribuidos en un banco o varios bancos y a I m í n i m o costo posible. El número de celdas usadas en un banco se calcula teniendo en cuenta los siguientes factores: características de flotación de los m i n e r a l e s , efecto del corto-circuito en una aplicación y las compensaciones para este fenómeno, ubicación de las celdas dentro de la planta, y s i trabajan como rougher, scavenger o como limpiadoras. Ejemplo de cálculo para celdas convencionales Denver Se trata de flotar 4,500 TMSD un mineral de cobre, cuya gravedad específica es 2.7 al 35 % de sólidos por peso, el fiempo de flotación en laboratorio fue 6 minutos, ¿determinar el número de celdas? Cálculo del tiempo de

flotación:

Cálculo del tiempo de flotación p r o m e d i o : 6+8/2= 7 minutos. Tiempo promedio de flotación planta: 13+16/2=14.5 minutos. Factor de escalamiento: 14.5/7 =2.07, 162

Tiempo de flotación d e s e a d o : 6 x 2 . 0 7 = 12.42 minutos. Cálculo del volumen de pulpa portonelada corta por hora De la tabla D-100, página 12, (Tablas proporcionadas por Denver) usando 37 % d e sólidos con una gravedad especifica 2.7, se obtiene 1.20 pies cúbicos por minuto xtonelada corta por h o r a . Cálculo del número de c e l d a s : Remplazando valores en la fórmula g e n e r a l :

4 , 5 0 0 TMPD

TC X 1-1 j T ^ - ^ 1.20 pies

2 4 horas = 2 9 1 . 1 8 pies^

cúbicos

x día x 0.85 factor

de

x minuto

x

TCPH

aireación

de pulpa

(5.2)

12.42 minutos x291.18 p i e s ' d e pulpa aireada por minuto =3,616.4 p i e s '

Considerando celdas Denver de 300 p i e s ' . 3616.4/300 = 12.04, o lo que sería mejor 13 celdas DR-300. 14. Importancia de las celdas e n el p r o c e s o de flotación m o d e r n a La introducción del proceso de flotación por medio de e s p u m a s en los inicios del siglo XX, revoluciono la industria de los m i n e r a l e s , por su versatilidad se usa yaplica para procesar tonelajes cada v e z m á s grandes y minerales de m á s baja ley; donde las celdas juega un rol importante y tam bien han ido aumentando sus volúmenes de tratam lento, actualmente ya se habla de la celda de gran volumen de 600 m ' de capacidad; su importancia radica en que está permitiendo el tratamiento de minerales complejos de m u y baja ley y de difícil metalurgia, que de otro modo se habría considerado menas no e c o n ó m i c a s . La celda columna tiene su mejor d e s e m p e ñ o en la etapa de limpieza, una aplicación bastante conocida y com probada, es la de reducirla cantidad de ganga o insolubles en el concentrado final. En cuanto al aspecto tecnológico y científico del m é t o d o , actualmente el proceso de flotación por e s p u m a s es utilizado para concentrar minerales de sulfuros complejos d e : cobre - molibdeno; cobre - p l o m o - z i n c ; p l o m o zinc; plomo - zinc - fierro; óxidos de C u , Pb, Zn, Fe, W, Sn, plata, oro, no metálicos y muchos otros. 163

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

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167

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies

CAPITULO VI CIRCUITOS

DE F L O T A C I O N Y B A L A N C E

METALURGICO

1. Circuitos de flotación

U

n diagrama de flujo es la representación gráfica de flujo, de un algoritmo o de una secuencia de acciones rutinarias. Se basan en la utilización de diversos símbolos para representar operaciones especificas. También conocidos como flujogramas, es una representación gráfica mediante la cual se expresan las disfintas operaciones que tiene un procedimiento o parte de é l , estableciendo su secuencia cronológica, clasificándolos mediante símbolos s e g ú n la naturaleza de cada c u a l . Es decir s o n una mezcla de símbolos y explicaciones, que expresan en forma secuencial los pasos de un proceso, de tal forma que este se comprenda m á s fácil. Se les llama diagramas de flujo, porque los símbolos utilizados se conectan por medio de flechas para indicar la secuencia de la operación, en pocas palabras s o n la representación simbólica de los procedimientos operativos. Esta herramienta es de gran utilidad para una organización, debido a que su uso contribuye con el desarrollo de una mejor gestión del proceso, en aspectos c o m o : Mostrar de manera global la composición de un proceso o procedimiento por lo que favorecen s u comprensión al mostrado como un dibujo. El cerebro humano reconoce fácilmente los dibujos. Un buen diagrama de flujo reemplaza varias páginas de texto. Permiten identificarproblemastales como cuellos de botella o posibles duplicidades que s e presentan durante el desarrollo de los procedimientos, a s í c o m o las responsabilidades y l o s puntos de d e c i s i ó n . Sirven c o m o herramienta para capacitar a los nuevos trabajadores y d e apoyo cuando el titular responsable del procedimiento se a u s e n t a , de manera que otra persona pueda reemplazado. Permiten identificar los problemas y l a s oportunidades de mejora del proceso.Se identifican los pasos redundantes, los flujos de reproceso, los conflictos de autoridad, las responsabilidades y l o s cuellos de botella. La creación del diagrama de flujo es una actividad que agrega valor, pues el proceso que representa está disponible para ser analizado, no sólo por quienes lo llevan a cabo, s i n o t a m b i é n por todas las partes interesadas que aportarán nuevas ideas para cambiado y m e j o r a d o . 169

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s En una etapa inicial o para proporcionar una visión general de un proceso complejo o una planta, el diagrama está hecho con bloques rectangulares para representar procesos o grupos de operaciones individuales,juntoconlas cantidades yotras propiedades pertinentes de las operaciones clave entre los b l o q u e s , hacia y desde el proceso en su conjunto.Tales diagramas de flujo de bloques se realizan al comienzo de un proceso de diseño de forma orientativa o más tarde c o m o un r e s u m e n del balance de materiales del proceso.

1.2. Criterios para el diseño de los d i a g r a m a s de flujo Al m o m e n t o de elaborar un d i a g r a m a de flujo, este debe tener la siguiente información: a. Encabezado del diagrama de flujo. b. Nombre de la e m p r e s a .

1.1. C o n s t r u c c i ó n de los d i a g r a m a s

c. Título, o s e a diagrama de

La construcción de los diagramas de flujo implica la consideración de u n a s e r i e de p a s o s , l o s m i s m o s q u e s i r v e n d e g u í a para s u d i s e ñ o , estos s e presentan a continuación: >

Conformar un grupo de trabajo donde participen aquellos que son responsables de la ejecución y e l desarrollo de los procedimientos que se encuentran debidamente interrelacionados y q u e constituyen un proceso.

>

Establecer el objetivo que se persigue con el diseño de los diagramas y la identificación de quién lo empleará, ya que esto permitirá definir el grado de detalle ytipo de diagrama a utilizar.

>

Definir los límites de cada procedimiento mediante la identificación del p r i m e r y último paso que lo conforman, considerando que en los procedimientos que están interrelacionados el comienzo de uno es la conclusión del proceso previo, y su término significa el inicio del proceso siguiente.

>

>

>

>

Al tener identificados yubicados los pasos en orden cronológico o de proceso, es recomendable haceruna revisión del procedimiento, con el fin d e c o r r o b o r a r q u e e l m i s m o se encuentra completo y ordenado, previendo así la omisión de pasos relevantes. Construirel diagrama respetando la secuencia procesal o cronológica y asignando los correspondientes s í m b o l o s .

flujo.

:

d. Denominación del proceso o procedimiento. e. Denominación del sector responsable del procedimiento. f.

Fecha de elaboración.

g. Nombre del analista que realizó el trabajo. h.

Nombresyabreviaturasdelosdocumentosutilizadosenelprocesoo procedimiento y d e los r e s p o n s a b l e s .

i.

Simbología utilizada y s u significado.

j.

Estructura del diagrama recomendaciones:

de

flujo,

se

deben

seguir

estas

•

Se deben Indicar claramente dónde inicia y dónde termina el diagrama.

•

Las lineas deben s e r verticales u horizontales, nunca diagonales.

•

No cruzar las líneas de flujo, y no hacer u s o excesivo de ellos.

•

No fi'accionar el diagrama con el uso excesivo de conectores.

•

Solo debe llegar una sola linea de flujo a un s í m b o l o . Pero pueden llegar muchas lineas de flujo a otras l í n e a s .

•

Las líneas de flujo deben entrar a un símbolo por la parte superior y/o izquierda y salir de él p o r l a parte infenory/o derecha.

•

En el caso de que el diagrama sobrepase una p á g i n a , enumerar y emplear los conectores correspondientes.

Una vezque se han delimitado los procedimientos, se procede a la identificación de los pasos que están incluidos dentro de los límites de cada procedimiento y s u orden cronológico o de proceso. Al realizar la ubicación de los pasos se debe identificar los puntos de decisión y desarrollarlos en forma de pregunta, la presentación de las dos ramas posibles correspondientes, se identifican con los términos SI/NO, o como dos flechas.

•

171

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz •

•

Todo texto escrito dentro de un s i m b o l o d e b e s e r l e g i b l e , p r e c i s o , evitando el uso de muchas palabras. Todos los símbolos tienen una linea de entrada y una de salida, a excepción del símbolo inicial y f i n a l .

•

Solo los símbolos de decisión pueden y deben tener m á s de una línea de flujo de salida.

•

Cada casilla de actividad debe indicar un responsable de ejecución de dicha actividad.

•

Cada flecha representa la dirección del flujo.

1.3. D e s c r i p c i ó n del diagrama de flujo Describirlos pasos del procedimiento especificando quién h a c e , c ó m o hace, cuándo hace y dónde se hace, cada p a s o . Esta es la parte m á s importante y útil para el personal de ejecución, pues para recordarlos pasos de un procedimiento, puede hacedo leyendo una o dos páginas del d i a g r a m a , s i n tenerque volver a leerel manual de procedimientos completo. Deben utilizarse frases cortas, pero completas. Las frases deben comenzar con un verbo en tercera persona del singular, del tiempo presente indicativo. Por e j e m p l o : recibe, controla, remite, archiva, etc. Se debe evitar en lo posible los términos que puedan tener m á s de una interpretación;usaren todos los casos vocablos sencillos yuniformes para que el personal que tenga que utilizado pueda entender con mayor facilidad el significado de s u contenido.

1.4. Tipos de d i a g r a m a s Existen tres tipos de diagramas de flujo, a. Diagrama de flujo vertical También d e n o m i n a d o gráfico de análisis del proceso. Es un gráfico en donde existen columnas y l i n e a s , en las columnas están los símbolos. En las líneas s e destaca la secuencia de los pasos y s e hace referencia en cada paso.

b. Diagrama de flujo horizontal En este diagrama de flujo se utilizan los m i s m o s símbolos que en el diagrama de flujo vertical, sin e m b a r g o , la secuencia de información se presenta de forma horizontal. Aunque su elaboración resulta m á s compleja que la del diagrama vertical, este diagrama facilita la visualización y permite una mejor y m á s rápida comprensión del procedimiento. c.

Diagrama de flujo de bloques

Este es un diagrama de flujo que representa la rutina a través de una secuencia de bloques encadenados entre sí, cada cual con su significado. Utiliza una simbología mucho m á s rica y variada que los diagramas anteriores, y no s e restringe a líneas y columnas preestablecidas en el gráfico. Es una forma sencilla de representar un proceso mediante la utilización de bloques que muestran paso a paso el desarrollo del m i s m o . Es el primer boceto en el diseño de una planta, y el ultimo para realizar balances g e n e r a l e s . Cada bloque representa un proceso individual, grupo u operaciones. Utilizado para proceso complejo o una planta. La figura N ' G . I , representa el diagrama de flujo en b l o q u e s . 1.5. Simbología El lenguaje gráfico de los diagramas de flujo está compuesto por s í m b o l o s , c a d a uno de ellos tiene un significado diferente, lo que garantiza que tanto la interpretación c o m o el análisis del diagrama se realicen de f o r m a c l a r a y precisa.Asimismopara asegurarla interpretación correcta del diagrama de flujo, resulta necesario el diseño y selección de determ inados s í m b o l o s a los que s e les confiera convencionalmente un significado preciso, así c o m o definir reglas claras con respecto a la aplicación de e s t o s . Frecuentemente los símbolos que se utilizan para graficar flujogramas se someten a un proceso de normalización, es decir, son diseñados para que s u interpretación sea universal. Al normalizare estandarizar el uso de estos s í m b o l o s , se busca evitar que diferentes usuarios u organizaciones hagan uso de sus propíos símbolos para representar proceses mediante diagramas de flujo. No obstante lo anterior, la simbología utilizada para la elaboración de diagramas de flujo es variable y e s escogida según criterio discrecional de cada institución. En este contexto, diversas organizaciones, han establecido diferentes tipos de simbelogías paragrafícardiagramas de flujo, siendo las m á s reconocidas y utilizadas las siguientes: 173

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Simbología ISO

IVIolienda

Chancado

Símbolo

Flotación

Clasificación

Concentrado final

significado

¿Para que se utiliza?

0

Operación

Indica las principales fases del proceso, método o procedimiento.

n

Operación e Inspección

indica la verificación o supervisión durante las fases del proceso, método 0 procedimiento de sus componentes.

Inspección y Medición

Representa el hecho de verificar la naturaleza, cantidad y calidad de ios insumes y productos.

Transporte

indica cada vez que un documento se mueve o traslada a otra oficina y/o funcionario.

V

Entrada de bienes

Indica productos o materiales que ingresan al proceso.

A

Almacenamiento

Indica el depósito pennanente de un documento o Información dentro de un archivo.

Significado

¿Para que se utiliza?

Decisión

Indica un punto dentro del flujo en que son posibles varios caminos alternativos.

Líneas de flujo

Conecta los símbolos señalando el orden en que se deben realizar las distintas operaciones.

Rgura N° 6.1 Diagrama de flujo en bloques 1. A m e r i c a n Society of Mechanical Enginners (ASME) La Sociedad A n e r i c a n a de Ingenieros Mecánicos, fue fundada en 1880 como una organización profesional sin fmes de lucro q u e promueve el arte, la ciencia, la práctica de la ingeniería mecánica ymultidiscipiinaria y l a s ciencias relacionadas en todo el m u n d o . La ASME ha desarrollado signos convencionales, a pesar de la amplia aceptación q u e ha tenido esta simbología, en el trabajo de diagramación administrativa es limitada, porque no ha surgido algún símbolo convencional que satisfaga mejor todas las n e c e s i d a d e s . 2. A m e r i c a n National Standard Institute (ANSI) El Instituto Nacional de Normalización es una organización privada s i n fines de lucro q u e administra y coordina la normalización voluntaria y l a s actividades relacionadas a la evaluación de conformidad con los Estados Unidos. El ANSI ha desarrollado una simbología para que sea e m p l e a d a en los diagramas orientados al procesamiento electrónico de datos (EDP), con el propósito de representar los flujos de información, de la cual s e han adoptado a m p l i a m e n t e algunos símbolos para la elaboración de los diagramas de flujo dentro del trabajo de diagramación administrativa. 3. El Instituto A l e m á n N o r m u n g - DIN)

de

Normalización

(Deutches

Institut

fur

El instituto A e m á n de Normalización D I N , p o r s u s siglas en inglés es el organismo nacional de normalización de A e m a n i a . Elabora en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN establece otro tipo de simbología necesaria para diseñar un diagrama de flujo, igualmente enfocado al tema de calidad. 174

símbolo

Sí/No y

) 0

•

Demora

Conector

Conector de página

Indica cuando un documento o el proceso se encuentra detenido, ya que se requiere la ejecución de otra operación o el tiempo de respuesta es lento. Conector dentro de página. Representa la continuidad del diagrama dentro de la misma página. Enlaza dos pasos no consecutivos en una misma página. Representa la continuidad del diagrama en otra pagina. Representa una conexión o enlace con otra hoja diferente en la que continua el diagrama de flujo.

Cuadro N° 6.1 Surtiólos para diagranra de f lujo de la Organización Internacional para la Normalización, (ISO). Fuente: Internatfonal Organization for Standardizatbn 175

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 4. International Organization for Standardization (ISO) La Organización Internacional para la Normalización, es el o r g a n i s m o encargado de promover el desarrollo de normas internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la eléctrica y la electrónica. Las normas desarrolladas por ISO, s o n voluntarias para cualquier p a i s . La Norma ISO 9000 establece otro tipo de simbología necesaria para diseñar un diagrama de flujo, siempre enfocada a la gestión de la calidad institucional, s o n normas de calidad y de gestión continua de calidad, que se pueden aplicaren cualquiertipode organización o actividad sistemática que esté orientada a la producción de bienes o sen/icios. Se c o m p o n e n de estándares yguias relacionados con sistemas de gestión y de herramientas específicas c o m o los métodos de auditoria. Cuadro N° 6 . 1 . 2. Diagrama de flujo para ingeniería Este documento proporciona la secuencia de pasos necesarios para la construcción de un diagrama de flujo. La planificación previa a la construcción, requiere la definición clara del objetivo d e s u d e s a r r o l l o y e l e s t a b l e c i m i e n t o a priori del resultado de dicho proceso.

•

La etapa de diagnóstico, para la planificación del acopio de datos y para la elaboración de teorías sobre las c a u s a s .

•

La fase de diseño de soluciones, para guiar en el diseño de sistemas de control y p a r a la identificación de posibles focos de resistencia al cambio.

•

La etapa de implantación de soluciones, para mostrar el proceso y los cambios realizados y para identificar las necesidades de formación existentes.

3. Diagramas de flujo de flotación Los diagramas de flujo están identificados por un separador o por una unión, de acuerdo a las figuras N° 6 . 2 y 6 . 3 . Las separaciones en el procesamiento de minerales nunca son peri'ectas,una parte del producto valioso va al relave, estéril o ganga y u n a parte de la ganga va con el producto valioso. Para cuantificar adecuadamente el alcance de la separación se considera dos parámetros: recuperación y ley.

El diagrama de flujo debe expresarfielmente el proceso real en e s t u d i o . Debido a s u s características principales, el diagrama de flujo será m uy útil cuando: •

Se quiere conocer o mostrar de forma global un p r o c e s o .

•

Es necesario tener un conocimiento b á s i c o , c o m ú n a un grupo de personas.

•

Se deben com parar dos procesos o alternativas.

•

Se necesita una guía que permita un análisis sistemático de un. proceso.

Es una herramienta de aplicación en la solución de problemas e n : •

•

La fase de definición de proyectos para identificar oportunidades de m e j o r a , g u i a r l a estimación de costes asociadosal problema, identificar los organismos implicados en el m i s m o y establecer las fi-onteras de la m i s i ó n del grupo de trabajo que debe a b o r d a d o . El iniciode cualquier proyecto, para unificar el conocimiento básico de los participantes en el m i s m o .

C Separador

Figura N° 6.2 indica separación de flujos

Unión

Rgura N° 6.3 hdica unión de flujos

Los circuitos de flotación están conformados por acondicionadores, celdas de flotación, b o m b a s , espesadores y m o l i n o s . 4. Circuitos de f l o t a c i ó n de minerales El flowsheet es la representación gráfica simplificada de uno o un conglomerado de procesos, guía para balances de a g u a , m a s a , energía, etc. y utiliza símbolos para representar objetos. El circuito es la agrupación de máquinas de flotación y las labores unidad, para formar un todo armónico, dinámico y ó p t i m o . 177

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz La flotación de minerales se realiza en e t a p a s , también llamados circuitos, cuyos objetivos involucran una alta recuperación de las especies útiles con la mayor selectividad posible. En las plantas concentradoras existen: banco de celdas rougher, banco de celdas scavenger, banco de celdas cleaner, banco de celdas de separación, etc. La flotación es una operación destinada a seleccionar los sulfuros valiosos contenidos en la pulpa y rechazarla ganga c o m o relave. Pero no s i e m p r e es posible hacer esta operación en una sola celda y conseguir un concentrado limpio y un relave bajo en valores; es necesario que las e s p u m a s d e l a s primeras celdas pasen a un nuevogrupo de celdas que s e encarguen de limpiar los elementos indeseables que hayan logrado flotar con la parte valiosa. Lo m i s m o ocurre con los relaves de la primera m á q u i n a , aún tienen apreciable cantidad de sulfuros valiosos que no se pueden perder y es necesario recuperados en otro grupo de celdas.

o

Las celdas 5, 6 y 7 son celdas rougher.

o

Las celdas 8 , 9 , 1 0 y 11 s o n 1 er. scavenger.

o

Las celdas 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 y 16 son 2 d o . scavenger.

o

Las celdas 1 7 , 1 8 , 1 9 y 2 0 son Ser. scavenger.

o

Las celdas 3 y 4 son celdas cleaner (primera limpieza).

o

Las celdas 1 y 2 s o n celdas recleaner (segunda limpieza).

Alimentación de pulpa aldrcuito

La flotación industrial es un proceso continuo, en el que las celdas están arregladas en serie formando un banco que por la calidad de s u s concentrados, van a tomar el nombre de circuitos. Estos circuitos de flotación generalmente están constituidos de varias etapas.

1 2 3 4 ' ' 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0

Las etapas que se pueden encontrar en los circuitos de flotación s o n : •

Etapa de flotación de desbaste o rougher.

•

Etapa de flotación de limpieza o cleaner y etapa de relimpieza o recleaner.

•

Etapa de flotación recuperadora, agotadora o scavenger.

flotación

de

Por esta razón generalmente las celdas se ordenan en s e r i e , formando un circuito o bancada denominada banco de celdas, que reciben los relaxes de la precedente, y s e tendrá 1 , 2, 3 o m á s circuitos o bancos de c e l d a s , s e g ú n las clases de materiales valiosos que se desea recuperar de un mineral, p o r e j e m p l o : o

Si la m e n a tiene un elemento valioso; se requiere un banco, figura N° 6.4

o Cuando el mineral tiene dos elementos valiosos, se requiere dos bancos. o Para un mineral que tiene tres elementos valiosos, se requiere 3 bancos. Las celdas de flotación de cada banco o circuito se pueden clasificar según las etapas de flotación de las partículas v a l i o s a s ; así t e n e m o s , el circuito de flotación de la figura N° 6.4, donde p o d e m o s ver la función que realizan las celdas en un banco o circuito de flotación. Así t e n e m o s : 178

lili 11,

Figura N° 6.4 Row sheet de un banco de celdas de un circuito de flotación Fuente: &|as, S. A., Evaluación de Plantas Concentradoras Etapas de

flotación:

>

Celdas 5 , 6 y 7 corresponde a la etapa de flotación rougher.

>

Las celdas 8 hasta 20 son las etapas de flotación scavenger.

>

Celdas 3 y 4 , es la etapa de limpieza.

>

Las celdas 1 y 2 es la etapa de relímpieza.

'

179

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 4 . 1 . B a p a de f l o t a c i ó n de d e s b a s t e o rougher

4.2. Etapa de flotación r e c u p e r a d o r a o scavenger

La etapa de flotación rougher se realiza en las celdas d e s b a s t a d o r a s , celdas de flotación primaria o celdas rougher; aqui se obtiene el pnmer concentrado. Es el conjunto de celdas cuyas e s p u m a s se colectan con las de la celda, donde se alimenta la pulpa al circuito, que es la celda que recíbela c a r g a d o pulpa del acondicionadoro directamente del clasificador.

Esta etapa de flotación se lleva a cabo en las celdas recuperadoras o celdas agotadoras. Son las máquinas donde se realiza la recuperación de las especies valiosas que no han podido ser recuperadas en las celdas o circuito rougher. Puede haber primerscavenger, segundo scavenger, tercer scavenger, dependiendo de la flotabilidad del mineral valioso.

Llamada también etapa de d e s b a s t e , es aquella que recupera una alta proporción de las partículas valiosas aún acosta de la selectividad, aquí s e elimina gran parte de la ganga, utilizando las mayores concentraciones de reactivos colectores y/o depresores, velocidades altas de agitación, 1200 a 1500 RPM y baja altura de la zona de e s p u m a s .

La etapa agotadora o m á s conocida como scavenger, es aquella en que se recupera una buena cantidad del mineral valioso, que no tuvo oportunidad de flotar en las celdas rougher. El concentrado de ésta etapa generalmente retorna a la etapa de desbaste y el relave del último scavenger constituye el relave final del circuito.

Esta etapa produce dos productos; un concentrado que aún no es productofinal, el cuál pasa a la etapa de limpieza,y un relave que aún tiene mineral valioso y pasa a la etapa o celdas de recuperación.

C o m o regla general, las cargas circulantes deben tener leyes similares a los flujos a los cuales se u n e n .

Las celdas de cabeza o rougher, reciben la pulpa procedente de los acondicionadores o del overfiow de los ciclones de molienda o remolienda, y en algunas oportunidades, concentrados de la etapa scavenger o colas de la etapa cleaner. Las colas de la etapa rougher en algunos minerales pueden ser colas finales del proceso, o bien alimentación a un circuito scavenger. Aquí flota la mayor parte de los sulfuros valiosos. Pero en estas celdas sólo obtendremos concentrados y relaves provisionales. En esta etapa, la e s p u m a obtenida en las celdas de desbaste todavía contiene muchas impurezas, usualmente aún no es un concentrado final. Figura N° 6.5.

Feed

Roughers

Scavengers

Tailings

Este circuito scavenger, recibe el relave del rougher y tratan de hacer flotar al resto de los sulfuros que no han logrado flotar en las celdas de cabeza, ya sea por falta de tiempo, cinética de flotación lenta, falta de liberación de partículas, deficiente canfidad de reactivos o por efectos mecánicos. Pero las espumas que obtenemos en estas máquinas no las p o d e m o s m a n d a r a l espesador, porque están con ganga o s u c i a s , pero tampoco las p o d e m o s botar porque contienen mucho material valioso, entonces retornan al circuito anterior. La etapa scavenger tiene c o m o objetivo, aumentar la recuperación de las especies útiles desde lascólas del rougher. Producen colas finales y u n concentrado de baja ley, que puede juntarse a la alimentación de la fiotación o a una etapa de remolienda y s u posterior tratamiento. •

,1

Cleaners tailings Cleaners

Concéntrate

Figura N° 6.5 Diagrama de flujo que muestra las etapas de flotación 180

181

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Mayo-2013

Alimentación

Rougher

I

Relave

de Bolas

Remolienda

1*Limpieza Scavenger |

—12'Limpieza

3« Limpieza

•lOml &JS04I1VI •5nilZ.ll|l%l

Concentrado
•1 ¡atUR-nt

TiwnpC) Kond MT

Relave

Concentrado

Rgura N" 6.6. Diagrama de flujo con tres etapas de limpieza

C«ldade Flotación Para Concentrar Zn

Circuito de flotación

Instimclón: UNMSM

Curfio: Concentiation y Flolación De Minerales

CircuilQ de flotación en Latwr^orio

Dibújame: Manuel Alvaiadc Piofesor; Argel Azañero

Figura N" 6.7 Diagrama de flujo de flotación en laboratono

183

J

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

4.3. Etapa de flotación de limpieza y relimpieza Mayo-2013 •Granulometta: "Granulomeíiia: tOOS-lOm 13'*-20Cnv

Se lleva a cabo en las celdas cleaner o celdas de limpieza, son las máquinas donde se hace la limpieza del concentrado primario a las e s p u m a s que proviene de la flotación rougher. Las etapas de limpieza que pueden ser por lo general d o s , o m á s . Si hay m á s de dos etapas de limpieza, las celdas de limpieza reciben el nombre de primera limpieza, segunda limpieza, tercera lim pieza ¡figura N° 6.6, dependiendo de la dificultad que se tenga para alcanzar las leyes mínimas de comercialización que debe tener el concentrado final, esta etapa tiene por finalidad obtener concentrados de alta ley, aún a costa de una baja en la recuperación. En esta etapa para mejorarla selectividad,se utilizan bajos porcentajes de sólidos en las pulpas de flotación, a s i como menores velocidades de agitación entre 800 a 1000 RPM, mayor altura de la zona de e s p u m a s , generalmente no se adicionan reactivos colectores ni e s p u m a n t e s , ocasionalmente se agrega el depresor con el fin de incrementar la selectividad de la flotación.

AcoiwSdcfwlor aepipa

Scavenger Pb

paraPb

Acontadonador ae pulpa peraZn

•aeanerPb

Relave Censal

A-

Las celdas limpiadoras sirven para quitar la mayor cantidad de las impurezas contenidas en las e s p u m a s de las celdas rougher y nos dan finalmente un concentrado comercial. Los circuitos c l e a n e r o d e limpieza,junto a los circuitos recleaner, tienen c o m o meta aumentar la ley de los concentrados rougher, con el objeto de alcanzar un producto que cumpla con las exigencias del mercado. En algunos casos el concentrado rougher es sometido a una etapa de remolienda, para alcanzarla mayor liberación posible de las especies útiles, antes que s e alimenten al circuito cleaner.

ScavgnyfZnT

QI

Los relaves de estas etapas no se descartan, son reciclados a la etapa anterior. El concentrado de la última etapa de limpieza, constituye el concentrado final.

1 1

Ejemplos de aplicación de diagramas de flujo o flow sheet para procesos de flotación mediante figuras de equipos flotación a nivel laboratorio y a escala industrial, figuras N° 6.7 y 6 . 8 . A s i m i s m o s e pueden incluir una o varias etapas de remolienda, generalmente a los siguientes productos: Institución; UNMSM CircuMo de flotación Industrial

Curso: Concentración y Flotación De Minerales Dibujante: Manuel Alvaradr Profesor: Angel Azañero

Relave de d e s b a s t e , figura N° 6.9. •

Concentrado rougher, figura N° 6.10.

•

Concentrado scavenger.

•

Relave de limpieza, figura N" 6 . 1 1 .

Rgura N" 6.8 Diagrama de flujo de flotación industrial 185 184

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Esto s e puede apreciar en los diagramas de flujo que s e muestran en seguida:

^

_^Aflotació Bulk

Desbaste

Alimentación fresca

Relave Final

ROUGHER

-.^•|AgotamÍEiito

REMOLIENDA

•<—

Agua

Concentrado BulkPb-Cu

jmpieza

Bulk

\

Conc. Final

SCAVENGER

Molino BulkPb-Cu Mineral Fresco

Agua-

NJ

V

COLUMNA DE FLOTACIÓN

V

Figura N° 6.9 Remolienda relave bulk Fuente: Manzaneda, C.J. Microscopía para Rotación: Aplicaciones Qa Minera Atacocha

186

Rgura N° 6.10 Remolienda concentrado rougher

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

5. Clasificación de los c i r c u i t o s de flotación Las máquinas de flotación pueden agruparse en 5 tipos de circuitos: Feed

5.1. Circuito 1

Cleaner tailtnfi

Es s i m p l e constituido porceldas roughery scavenger, la alimentación se h a c e a las celdas rougher,cuyas espumasconstituyen el concentrado final, y s u s colas alimentan a las celdas scavenger. Las e s p u m a s scavenger retornan a las celdas rougher y las colas scavenger constituyen el relave final, en este circuito las celdas rougher hacen el papel de cleaner de las e s p u m a s scavenger. Se aplica cuando la flotabilidad de la mena y ganga difieren notablemente, y s e requiere un concentrado de calidad aceptable, y c u a n d o la recuperación no es un problema, figura N° 6.12.

Concéntrate Rgura N° 6.11 Remolienda relave de limpieza 4.4. Cargas c i r c u l a n t e s Los relaves de las limpiadoras y l a s e s p u m a s de las agotadoras, son productos m á s ricos que el relave final pero más pobres que los concentrados finales. F o r e s t a razón se fienen que trabajar nuevamente, a fin de recuperarla mayor cantidad posible de sulfuros valiosos contenidos en ellos.Estos productos se llaman intermedios o m e d i o s , los cuales son cargas circulantes que retornan al circuito previo, para recuperarlos valores.

Cabeza

Muchas plantas concentradoras optimizan sus resultados mediante investigación aplicada, determinando los materiales que recirculan para poder remoler y liberar las partículas mixtas. 4.4.1.

P r o d u c t o s finales

El circuito de flotación nos proporciona dos productos

finales:

Concentrado(s) Relave Las características de estos productos es que no siempre tienen leyes fijas. Esto depende en gran parte de la ley de cabeza y propiedades del mineral, tales como oxidación, diseminación o causas originadas por el m i s m o proceso. Los factores que determinan los diferentes circuitos de flotación s o n , flotabilidad de la mena y ganga, calidad de los concentrados a producir y recuperación óptima. 188

Rgura N° 6.12. Circuito de flotación 1

189

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 5.2. Circuito 2 Constituido porceldas rougtiery cleaner. La alimentación s e tiace a las celdas rougher,sus espumas se alimentan a la flotación cleaner, las colas r o u g h e r s e d e s e c h a n como relave final, las e s p u m a s cleaner constituyen el concentrado final y las colas cleaner retornan a la celda rougher, en este circuito las celdas rougher hacen también el papel de scavenger de las colas cleaner, figura, N° 6.13.

En el circuito en contracorriente, las máquinas de flotación están dispuestas en grupos, cada uno de los cuales funciona c o m o un conjunto, produciendo colas y e s p u m a s de leyes determinadas. Figura N° 6.14. La cabeza s e alimenta en uno de los últimos grupos de c e l d a s , la cual se elige de acuerdo al t i e m p o d e flotación y numero de flotaciones requeridas, para obtener una cola limpia; las e s p u m a s de este grupo se someten a sucesivas flotaciones de limpieza, hasta obtener el concentrado final, las colas también s e someten a sucesivas flotaciones de recuperación hasta obtener un relave final.

Cabeza

Cabeza Relave

* Rea l ve

Concentrado Figura N" 6.13 arculto de flotación 2 Rgura N° 6.14 Circuito de flotación 3

Este circuito s e usa cuando la ganga es muy flotable y tiende a salir junto con los valores, y se requiere un concentrado de alta ley.

i

5.3. El c i r c u i t o 3

'

Es una combinación de los circuitos 1 y 2. En este circuito las celdas roughertambién actúan como scavenger de las colas cleaner, y cleaner de las e s p u m a s scavenger. Se aplica cuando la mena no flota muy bien y la ganga tiende a subir con las e s p u m a s , además s e requiere un concentrado de buena ley. También denominado en contracorriente por el movimiento de los concentrados en direcciones opuestas, se recomienda cuando s e desea s e p a r a r c o n c e n t r a d o s b u l k d e d o s minerales valiosos en s u s c o m p o n e n t e s .

5.4. Circuito 4 En este circuito incluye una celda unitaria; s e intercala esta celda entre la molienda yel clasificador, usando un trómel de malla 4 en la descarga del molino. El m i n e r a l - 4 mallas se alimenta a la celda unitaria y e l mineral + 4 mallas s e alimentan al clasificador, para que la descarga de éste, retorne al molino. Figura N° 6.15. El circuito con celda unitaria s e usa cuando la ley del mineral es alta, y s e hace necesario separar el mineral ya liberado, también cuando el mineral tiene elevado peso especifico y s e desea evitar su asentamiento en el clasificador o el molino. 191

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz o

Concenfi'ados de m u y b a j a calidad.

o

Relaves con valores.

Cabeza

Relave

Remolienda

Conc. Rougher

Concentrado

Figura N° 6.16. Qrcuito de flotación 5 6. Reglas a t e n e r p r e s e n t e e n el planeamiento de u n c i r c u i t o de flotación Figura N° 6.15. arcuito de flotación 4

5.5. Circuito 5 En este caso introduce la remolienda, la cual puede estar ubicada: •

•

Después de la flotación rougher, cuyas e s p u m a s s e someten a una remolienda, para luego ser introducidas a las celdas cleaner, figura N° 6.16. Después de la flotación scavenger, para remoler s u s colas y luego alimentarias a una subsiguiente flotación scavenger.

Se usa el circuito con remolienda cuando el mineral no es susceptible de una ópfima liberación inicial y o r i g i n a : 192

•

El transporte de pulpas en lo posible s e debe hacer por gravedad, evitando el equipo de b o m b e o .

•

El retorno de productos intermedios debe efectuarse en puntos de los circuitos, cuyas pulpas poseen leyes s i m i l a r e s , y en los que no produzcan variaciones de las propiedades físicas y químicas de las pulpas.

7. BALANCE METALÚRGICO Para obtener el producto comercial o concentrado, con las condiciones técnicas requeridas p o r e l comprador, los consfituyentes indeseables de la mena deben ser rebajados a un porcentaje especificado. Si en la m e n a está presente más de un mineral valioso, podemos separados del tal modo que cada uno pueda comercializarse por s e p a r a d o . 193

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

El fundidor o comprador se protege de las pérdidas financieras imponiendo penalidades, sobre todos a los concentrados que no alcancen las leyes mínimas en elemento valioso, o que s o b r e p a s a n el contenido máximo permisible de constituyentes i n d e s e a b l e s .

8.2. A p l i c a c i ó n de los balances •

Algunos de los elementos valiosos se pierden inevitablemente en los relaves, por ello uno de los objetivos es mantener estas pérdidas tan bajas c o m o 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. En cualquier método de concentración: eléctrica, magnética, gravimétrica o por flotación, la cuantificación del proceso se puede efectuar a través del balance metalúrgico.

Reportes diarios.

•

Balances por circuitos o s e c c i o n e s .

•

Balances puntuales.

•

Determinar deficiencias en el circuito y encontrar posibles s o l u c i o n e s .

8.3. Cuando h a c e r un balance m e t a l ú r g i c o ^ ^

Las eficiencias de control y grado están por debajo de los objetivos programados. Se instala nuevos e q u i p o s . Hay cambios de reactivos.

8. Importancia y objetivos del balance m e t a l ú r g i c o • La imperiosa necesidad de aplicar nuevas tecnologías en los procesos de manejo de información, obligan a las empresas a aplicar nuevos diseños, que permitan el acceso a los datos en línea, basando sus decisiones en información actualizada, confiable y oportuna. El balance metalúrgico permite manipular la información con mayor confiabilidad, y oportunamente para el personal a cargo de realizar la toma de decisiones, ayudando as i al mejor entendimiento del comportamiento del s i s t e m a , considerando que la información es prácticamente registrada en tiempo real, al de los procesos que representan. Todo sistema diseñado para cumplir con un fin o n e c e s i d a d , está sujeto a cambios así c o m o cambian los sistemas r e a l e s . Es así que, de presentarse una situación de cambio o renovación de objetivos o parámetros,deben colocarse en agenda todos losobjetivos para los cuales fue diseñado este sistema, y así estudiar que toda nueva alternativa, puede conllevar una reingeniería del proyecto. 8.1. Objetivos del balance m e t a l ú r g i c o

^

Se modifican los circuitos.

^

El proceso está con eficiencias y g r a d o s por encima del n o r m a l .

^

C a m b i o de las características del mineral tratado.

^

Se ha realizado automatización.

^

Se requiere d i m e n s i o n a r un equipo.

instalación

o

cambios

8.4. P r o g r a m a c i ó n y e j e c u c i ó n del balance -

Hacer el diagrama de flujo.

-

Establecer frecuencia y tiempo de m u e s t r e o .

-

Técnica a utilizar.

8.5. El balance s e puede realizar por •

Método algebraico o clásico.

" • •

Mínimos cuadrados y multiplicadores de Lagrange. Método Computacional (Smith e Ichiyen). Balance de materia de flotación con software Bilmat 9.2. [ 3 6 ] Balance con software Metsim [ 3 5 ]

•

Diseñar e i m p l e m e n t a r u n sistema de información que procese datos precisos y o p o r t u n o s .

•

•

Analizar el método de recolección de datos para comprender la administración de la información.

9. Conceptos b á s i c o s para calcular el balance

•> Construir un software que administre la base de datos del balance metalúrgico de minerales para contribuir en la toma de d e c i s i o n e s .

194

de instrumentación y

Para una m e j o r c o m p r e n s i ó n del balance y s u s a l c a n c e s , es necesario previamente definir algunos conceptos b á s i c o s .

!95

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 9.1. P e s o neto s e c o Es el peso del mineral de cabeza, concentrado o relave, sin h u m e d a d . Se sabe que el mineral que se extrae de mina tiene una cierta cantidad de agua, para los cálculos metalúrgicos es necesario conocer el peso neto seco. Para determinarel porcentaje de humedad se prepara una m u e s t r a , se pesa, s e somete a secado a 100° C, durante un tiempo suficiente c o m o para eliminar todo el a g u a , una vez ft-ia la muestra se pesa nuevamente, la diferencia entre uno y ofi-o peso corresponde el peso de agua contenido en la m u e s t r a , p o r u n a s i m p l e r e l a c i ó n s e puede d e t e r m i n a r e l % d e h u m e d a d . 9.2. Cabeza Es el mineral proveniente de la explotación m i n e r a . La cabeza para un circuito de flotación está formada por el mineral finamente molido y mezclado con agua, llamada pulpa y fiene una ley determinada en elementos valiosos. 9.3. Cabeza calculada Se refiere a la ley que tiene un mineral después de un proceso de concentración. Se obtiene s u m a n d o los contenidos metálicos de cada uno de los productos obtenidos. 9.4. Ley (L) Es la cantidad de valor o valores que existe en un mineral o cualquier producto de concentración metalúrgica. Se determina mediante análisis químico. 9.5. Contenido m e t á l i c o Se refiere el contenido del elemento valioso, ya s e a en el mineral de cabeza, concentrado o relave, se determina multiplicando el tonelaje del producto p o r l a ley correspondiente. Contenido metálico = tonelaje xley/100 Cabe hacer notar que la s u m a de los contenidos metálicos de los productos, concentrados y relave, debe ser exactamente igual al contenido metálico de la cabeza, de no s e r a s i , deben efectuarse cálculos de reajuste p a r a c u m p l i r c o n la ley de conservación de la m a t e n a , otro factor importante es que las leyes que se reporten en porcentaje deben dividirse entre 100 para hacer el remplazo en ia relación para determinar el contenido metálico. 196

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s Cuando las leyes se reporten en Onzas/TC, el tonelaje de cabeza, concentrado y relave d e b e n convertirse a TC, si estuviesen expresados en TM. Las leyes de los metales preciosos en los m i n e r a l e s , también son reportados en onzas/TC o gramos/TM, el contenido de oro en gravas auríferas, es expresado en g r a m o s / M ^ las leyes de los elementos metálicos en las soluciones s e reportan usualmente en mg/IL 9.6. Concentrado Es el producto final del proceso de concentración, tiene valor comercial y reúne la mayorparte de la m e n a . Este producto tiene una ley mucho mayor que la de cabeza. 9.7. Relave Es el producto final del proceso de concentración, pero no tiene valor comercial y s u contenido de elemento valioso es insignificante, está constituido en su mayor parte por material esténl, motivo p o r e l cual se lo desecha. En una planta concentradora donde existen varios circuitos de flotación, cada uno de ellos tiene un relave, que pasa a constituir la cabeza del siguiente circuito, a excepción del último circuito, cuyo relave se desecha definitivamente. Tanto el mineral de cabeza c o m o el o los concentrados, así como el relave final, tiene leyes y pesos correspondientes en base a los cuales se puede realizar la cuantificación del proceso. 9.8. R e c u p e r a c i ó n (R) Se refiere a la eficiencia o rendimiento del tratamiento y está expresado en porcentaje, señala cuánto del elemento valioso que ingresa al tratamiento, pasa al concentrado, cuánto mayor cantidad de elemento valioso pasa al concentrado, mayor será la eficiencia o rendimiento del proceso y mayor será la recuperación. 9.9. Factor M e t a l ú r g i c o Es el resultado de multiplicar, grado del concentrado por recuperación y dividido entre la l e y d e cabeza. 9.10. Razón de c o n c e n t r a c i ó n (RC) Conocido también c o m o radío de concentración, relación de concentración o ratio de concentración, es la relación entre el número de

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

toneladas de mineral de cabeza y e l número de toneladas de concentrado producido. Se interpreta c o m o el número de toneladas del mineral de cabeza que s e requiere para obtener una tonelada de concentrado. El radio de concentración varia en razón inversa con la l e y d e cabeza, puesto que a mayor l e y d e cabeza la razón de concentración es menor, o sea que se requiere menortonelaje de mineral de cabeza para producir una tonelada de concentrado y viceversa.

A =B+ C

(6.1)

^a=Bb+Cc

(6.2) ,

Multiplicando la ecuación (6.1) por c, y sustrayéndole de la ecuación (6.2) tenemos:

10. Evaluación de los p r o c e s o s m e t a l ú r g i c o s Cualquiera que s e a la escala de tratamiento de una planta concentradora, sea ésta grande, pequeña o automatizada, al final de la operación diaria, semanal, m e n s u a l , anual, o por c a m p a ñ a s ; requiere de la presentación de los resultados obtenidos en forma objetiva, en la 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 l o s radios de concentración; todos ellos condensado en lo que s e d e n o m i n a el "Balance Metalúrgico", que muestra también la eficiencia del proceso.

A(a-c)=B(b-c)

Alimentación A

FLOTACION ROUSHER

FLOTACION

Relave

SCAVENGER General C

1 1 . Cálculos m e t a l ú r g i c o s En flotación igual que en cualquier otro proceso de concentración, la cuantificación s e puede efectuara través de dos cantidades:

1" Middiíngs

CLEANER 2* Middlings

Razón de concentración; expresa indirectamente a la selectividad del proceso. Recuperación; se refiere a su eficiencia y rendimiento. Si representamos por: A B y C los pesos de la cabeza, concentrado y relave y p o r a , b y c, s u s leyes respectivas en un cierto metal o mineral útil, entonces la relación NB es por definición la razón de concentración que significa cuantas toneladas de cabeza son necesarias para obtener una tonelada de concentrado, esta razón nos indica cuantas veces se concentró el mineral o s e a en forma indirecta nos expresa la selectividad del proceso.

RECLEANER

Concentrado B

Figura N° 6.17 Diagrama de flujo para dos productos 12. Balance m e t a l ú r g i c o de dos p r o d u c t o s Para tener una mejor forma de determinarel balance, primero se debe proponer el flow sheet y de alli plantear las ecuaciones matemáticas y s u resolución. De acuerdo a la definición y al diagrama de flujo de la figura N ° 6.17, podemos e s c r i b i r l a s siguientes e c u a c i o n e s :

1»8

^ _ b-c B

~ a - c

(6.3)

La ecuación (6.3) es otra forma de calcular la razón de concentración, que permite su determinación en función de los ensayes químicos de los productos, y no en base a voluminosos trabajos de medición de tonelaje. 199

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Productos

Recuperación: Por definición la recuperación es la parte del valor útil del mineral obtenido en el concentrado, expresada en porcentaje. Si el contenido del m i s m o producto en el concentrado es Bb, entonces por definición:

i ? = ^ x l O O

(6.4)

Aa

a(b-c)

Que también permite calcular la recuperación, en base a los ensayes químicos de los productos. La fórmula anterior sirve para d e t e r m i n a r l a recuperación cuando hay un solo valor metálico. Ejemplo: Un mineral cuya cabeza ensaya 5 % de p l o m o , al procesado porflotación se obtiene un concentrado de 6 8 % de plomo y un relave de 0.10% de plomo. Si se trata 300 T/dia, s e pide calcular la recuperación, tonelaje de concentrado producido y el radio de concentración (K): A ^ b ^ ^ 6 8 ^ ^ ^ 3 g , B

a-c

B = ^ = -

5-0.10

ií = a(b-c)

K

^

%

Recuperación:

%

Pb

Pb

300.00

5.00

100.00

Concentrado Pb

21.64

68.00

98.10

Relave

278.36

0.10

1.90

Radio de concentración

13.86

Cuadro N° 6.1 Balance metalúrgico de dos productos 13.

(6.5)

Leyes:

Cabeza

Si se sustituye en la fórmula (6.4) el valor de B/Ade la fórmula (6.3), entonces s e tiene ia siguiente expresión:

/? = ^ ( ^ x l O O

Peso: TM

Balance m e t a l ú r g i c o de t r e s p r o d u c t o s

Para plantearlas e c u a c i o n e s y c a l c u l a r e l balance metalúrgico para tres productos, a continuación presentamos el diagrama de flujo de la figura N" 6.18. Para completarel balance metalúrgico, las incógnitas son los pesos de los concentrados d e : plomo ( B I ) , zinc (B2), y relave (C); contenidos metálicos de plomo yzinc, recuperaciones para cada uno de los dos valores metálicos y radios de concentración (K). Los datos conocidos son; tonelaje de alimentación {fi^ y las leyes de los elementos metálicos que están en los concentrados, cabeza y relave. Cuadro N" 6.2.

= 21.64

13.86

X 100 = ^ ^ 1 ^ ^ ° * X 100 = 98. lOo/o 5(68-0.10)

Con los resultados obtenidos, se procede a calcular los otros datos y llenarel cuadro N° 6 . 1 .

200

201

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración d e Minerales Las recuperaciones del plomo y zinc son; RPb y RZn y las razones de concentración; KPb y KZn, respectivamente.

Almi,ni)

-ti

FLOTACION

FLOTACION

FLOTACION

ROUGHER

ROUGHER

SCAVENGER

Relave

De acuerdo al diagrama de flujo, y por definición de recuperación y radio de concentración, planteamos las ecuaciones:

General C(m4,n4)

1* Middiíngs

1'Middlings

RPb

=^ ^ Am,

x

m

(6.6)

RZn

=^

x

m

(6.7)

2* Middlings

2' Middlings

Conc.Zn

KPb

Conc.tt

=

^ A n,

A

(6.8)

^1

KZn

Rgura N° 6.18 Diagrama de flujo de tres productos

Producto

Peso

Cabeza

A

Ley Pb

(6.9)

Dónde: Zn

RC

mi

B - ("^''"^4 Conc. P b

Bi

m2

Conc. Z n

B2

ms

na

Relave

C

m4

04

)(n3-^4)-(n|-^4)(m3-m,)

( m j - m ^ ) ( n j -114)-(n2 -

Cuadro N° 6.2 IVIatriz para balance metalúrgico porflotación de tres productos

202

= ^

)

(mj - m ^ )

_ (m^ - m , ) ( n i - n , ) - ( m , - m , ) { n ^

- n j - x A (m2-m,)(n,-n,)-{n^-n,)(m,-m,)

(6.10)

(6.11)

Angel Azañero Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Al sustituir Bi y B2 en 6.6, 6.7, 6.8 y 6.9 por sus valores de 6.10 y 6.11 se Remplazando valores, calculamos los pesos de los concentrados y radio de concentración: ,

obtiene:

RPf^"^^(m,-mJ(n3-^,)-(n,-^4)(m3-m4)

m,

^^^^

(iT]2-m4)(n3-n4)-(n2-n4)(in3-m4)

RZn^'^^igVj^O(V:!l4)-K-^4)(n2-n4) n,

^^^2;

e

_ '

^^^^

^^^3^

(6.2 - 0 . 3 (71.8

)(57.8

- 0 . 3 ) (57.8

-0.8)-(8.2

- 0 . 8 ) (1.4

-0.3)

-0.8)

- 0.8 ) (1.4

-0.3)''

-(6.4

B2=73.1Ton.

B,=48.4Ton.

(m2-m4)(n3-n4)-(n2-n4)(m3-W4) ^^««=^^-^"/«

KPb=

KZn=

[m^-m^

)(n3-^4)-(n2-n4)(m3-m4)

(m, - m4) (n3 - n4) - (nj - n4) (m3 -

KPb = ^ = 12.4 48.4 (6.15)

-nj

Ejemplo:

Productos

Toneladas

IViineral

Ensayes: %, A g : OZ/TC Ag

Pb

Zn

600

8.0

6.2

8.2

C o n c . Pb

Bi

80.0

71.8

6.4

C o n c . Zn

Bz

2.75

1.4

57.8

Relave

0

1.52

0.3

0.8

C u a d r o N° 6.3 Formulación de incógnitas y datos para balance metalúrgico de tres productos 204

=

|

^

^

-00=85.91%

(6.14)

)

- m4) (n3-«4)-(n2-n4)(n%-m4) (mj - nxj) (n, - n 4 ) - (m, -1114) (112

-

K Z n = ^ = 8.2 73.1

Por diferencia o siguiendo el mismo procedimiento anterior calculamos el peso del relave, también determinamos los contenidos metálicos de los valores de plomo, zinc y plata de los productos y con estos resultados determinamos las recuperaciones.

C á l c u l o s para el p l o m o

Contenido metálico = tonelaje x ley/100 Plomo fino en concentrado de plomo: 48.4 x 71.8/100

=

34.75

Plomo fino en concentrado de zinc:

73.1 x1.4/100

=

1.02

478.8 x 0.3/100

=

1.43

Plomo fino en relave: Total

plomo fino T M :

37 20

Con estos resultados se calcula la recuperación para cada uno de los valores metálicos:

205

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

FC=XCl + YC2+ ZC3+TC4

Dividiendo cada ecuación por F t e n e m o s :

Recuperación del plomo en porcentaje 34.75x100/37.20 = 93.41%

,

Así sucesivamente íiasta c o m p l e t a r l o s datos del cuadro N " 6.4. Producto

Peso TM

%

Cabeza

600 100

Conc. Pb

48.4 8.07

Conc.Zn Relave

73.1 12.18 478.8

79.75

Leyes: A g ; Oz/Tc. Pb

Zn

6.2

8.2

71.8

Ag 8.0

6.4 80.0

Recuperación % Pb 100 93.41

Zn 100

F

R.C.

2.75

2.74 85.91

0.3

1.72

3.85

4.28

Z

F

8.2

F

^ F

X C = Cl

1

F Y ^ F

^ F 12.4

T

1

X F

100

6.30 78.93

Y i

Ag

1.4 57.8 0.8

X

1=

Z ^ F

T ^F

^F

^F

Y l-Cj

' F

Z he,

^ F

^ F

T he.

^

F

7.79 16.79

Cuadro N" 6.4 Resultados de balance metalúrgico para tres productos 14. Balance m e t a l ú r g i c o para c u a t r o p r o d u c t o s Este balance s e utiliza cuando la m e n a que se trata en una planta concentradora, contiene tres elementos metálicos valiosos y s e emplea la flotación selectiva o diferencial, es decir, se obtiene tres productos valiosos que corresponda a los concentrados que contienen a cada metal valioso y un producto no valioso que es el relave. C o m o en el caso anterior, aplicando el principio de conservación de la materia, se efectúa el balance de materiales, de acuerdo al diagrama de flujo de la figura N " 6.19.

aOTACO IN ROUGHEtf

F(a,b,c)

T

l'Mkkilnio

r MkkNnp Con.Cu X(»l,bi,ci)

Balance de m a t e r i a :

Relave

1(34, b i c )

T Conczn

CancPb »(aibiC5)

Tonelaje de entrada = Tonelaje de salida Mineral cabeza = {Concentrados (X+ Y + Z) + (T) Relave} F= X+Y+Z+T

Rgura N" 6.19 Diagrama de flujo de flotación de cuatro productos

Balance del concentrado A Fa=Xai +Ya2 + Zas +Ta4

Haciendo un cambio de variable, t e n e m o s :

Balance del concentrado B. Fb=Xbi + Yb2 + Zbs + Tb4 Balance del concentrado C. 206

f

. f .Y

. f _Z

. r

T

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales Producto

El s i s t e m a anterior se convierte e n :

Peso TM

%

Leyes: % Cu

Recuperación %

Pb

Zn

1.83

5.66

f i + f2 + f 3 + f 4 = 1

(6.16)

Cabeza

4000

a i f i + a2h + aafs + siiU = a

(6.17)

Conc. A

X

24.29

b i f i + b2h + bafs + b4f4 = b

(6.18)

Conc. B

Y

Cifi + C2f2 + Cafa +C4 f4 = c

(6.19)

0.85

Conc. C

Z

2.74

0.82 56.14

Relave

T

0.11

0.17

En este s i s t e m a , los datos conocidos s o n , el tonelaje de alimento al circuito de flotación (F) y las leyes de los elementos metálicos que están en los concentrados, (ai,...bi,...ci,...), cabeza y relave que s e obtienen del reporte de ensaye químico.

0.89

7.45

6.99

60.97

8.90

Cu

Pb

l.C.

Zn

0.86

Cuadro N° 6.6 Reporte de análisis químico de los productos de flotación Se pide d e t e r m i n a r e l balance metalúrgico c o m p l e t o .

Peso

Producto TM

%

Leyes:% Cu

Pb Z n

Cabeza

F

a b e

Conc. A

X

ai

Conc. B

Y

32 b2 C2

Conc. C

Z

as

ba C3

Relave

T

a4

b4 C4

Recuperación % Cu

Pb

R.C.

Zn

b 1 ci

Solución: A partir de los datos establecemos el s i s t e m a , s e g ú n las ecuaciones; (6.16), (6.17), (6.18), (6.19). f1 + f2 + fs + f4 = 1 24.29 f l + 0.85 f2 + 2.74f3+ 0.11 f4 = 0.89 7.45 fl + 60.97 f2 + 0,82f3+ 0,17f4 = 1.83 6.99fi + 8.90f2 + 56,14f3 + 0,66f4 = 5.66 Resolviendo la matriz (ver anexo N°1), s e obtiene: f1= 0.0223907

X = 0.0223907 * 4000 = 89,56

f2=0.0237231

- > Y = 0.0237231 * 4000 = 94,89

Las incógnitas s o n : X, Y, Z, T, (peso de concentrados), recuperaciones de cobre, plomo y z i n c y radio de concentración de los tres concentrados para c o m p l e t a r e l balance metalúrgico.

f3=0.0840444

- > Z = 0.0840444 * 4000 = 336,18

f4=0.8698416

- > T = 0.8698416 * 4000 = 3,479,37

Ejemplo:

Con estos datos s e construye el balance metalúrgico, el cual s e muestra en el siguiente cuadro N " 6.7.

Cuadro N° 6.5 Matriz para balance metalúrgico de cuatro productos

En una planta concentradora, se trata 4,000 t/dia un mineral complejo de Cu-Pb-Zn, por el método de flotación diferencial, cuyo reporte de análisis químico s e muestra en el cuadro N° 6.6. 208

209

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

BIBLIOGRAFIA

'roducto

Peso TMS

Leyes

%Peso

Cu

Pb

Distribución

%

R.C.

%

Zn

Cu

Pb

Zn

Cabeza

4,000.00

100

0.89

1.83

5.66

100

100

100

Conc. Cu

89.56

2.24

24.29

7.45

6.99

61.11

9.11

2.77

44.66

Conc. Pb

94.89

2.37

0.85

60.97

8.90

2.26

79.04

3.73

42.15

Conc. Zn

336.18

8.40

2.74

0.82

56.14

25.87

3.77

83.36

11.90

Relave

3,479.37

86.98

0.11

0.17

0.66

10.75

8.08

10.14

Cuadro N» 6.7 Resultados de balance metalúrgico para cuatro productos

210

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A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

2 1 . Richards, R. M. "Textbook of ore Dressing", Cap. III, pág. 93 - 98, I r a edition, IVIcGraw - Hill, New York - U S A 1940. 2 2 . R o m e r o , F.M. "Fundamentos, Técnicas y Procedimientos de Organización y Métodos". Págs. 25-30. Segunda Edición, Editora Lito color, Paraguay, 1989. 2 3 . S m i t h , P.R., Butts, G.E. D i s e ñ o d e u n Diagrama de Flujo de Proceso de

CAPITULO VII

Minerales. 2 4 . Yianatos, B. Juan. "Flotación de Minerales", Cap. VIII, p á g . 91 - 93, 2da edición, editorial de la Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso - Chile, 2005. 2 5 . Pavez, O. "Avances en el Procesamiento de Minerales de la Industria Minera de Chile" Departamento de Metalurgia Universidad de A a c a m a Chile. Páginas w e b 26. Martínez, M.A "Aspectos generales de los diagramas de flujo". CENETEC. http://www.cenetec.salud.gob.mx/descargas/gpc/reunionMayo2008/ diagramas_flujo.pdf, 2 7 . Amencan National Standards Institute - A N S I http://www.ansi.org/, 2 8 . American Society of Mechanical Engineers - A S M E - . http://www.asme.org/, 2 9 . Deutsches Instituífür Normung http;//www.din.de/cmd?level=tpl-home&languageid=en, 30. International Organization for Standardization. http://www.iso.org/iso/home.htm, 3 1 . Iván José Mendoza Moya, Septiembre de 2005. http://www.tesis.dpicuto.edu.bo/facultad-nacional-deingenieria/carrera-de-ingeniena-de-sistemas-e-informatica/57balance-metalurgico.html, 32. Julián Pérez Falcón "Recuperación de Minerales Oxidados Poíimetálicos complejos con Tecnología limpia en la Planta Concentradora de Mesapata-Cátac" 33. http://revistas.concytec.gob.pe/pdf/as/v2n2/a05v2n2.pdf 34. http://es.vbook.pub.com/doc/59752564/Capitulo-VII-BALANCEMETALUGICO-EN-CIRCUITOS-DE-FLOTACION 35. http://es.vbook.pub.com/doc/95348197/FLOTACION-TEORIA-Y-BALANCEMETALURGICO 36. http://image.slidesharecdn.com/13068310-circuitos-de-flotacion-ybalance-metalurgico-130607153431 -phpapp02/95/slide-1 638.jpg?1370637305. 37. http://www.metsim.com/metsim_002.htm <; 38. http://www.onemine.org/search/index.cfm/bilmat ., .-.¡i 212

F L O T A C I Ó N DE M I N E R A L E S S U L F U R A D O S . 1. Rotación de m i n e r a l e s

L

os principales minerales que s e pueden procesar porflotación s o n los sulfuros, c o m o la galena, calcopirita, enargita, esfalerita, molibdenita, sulfosales de plata, c o m o tetraedrita, j a m e s o n i t a , geocronita; óxidos metálicos, tales como la cerusita, anglesita, azurita, malaquita. Oro, plata y cobre nativos, minerales no metálicos c o m o la silice, carbón, fluorita, calcita, balita y m u c h o s otros m á s . La flotación es el método m á s eficiente para beneficiar la gran mayoría de minerales, en los sulfurosse alcanza a recuperar hasta 95 % d e l total, en los óxidos, este porcentaje disminuye a medida que aumenta la oxidación. Cuando la oxidación es profunda algunos minerales requieren de activación o sulfurización para flotarios, otros requieren de procesos m á s complicados tales c o m o eliminación de los finos o lavado de minerales antes de flotarios. Para flotar minerales se requiere un conocimiento del m e c a n i s m o del proceso de flotación, mineralogía del mineral c o m o se encuentra en la naturaleza, liberación de las especies mineralógicas, reactivos químicos de flotación, dosificación y puntos de adición de los m i s m o s , diagrama de flujo para el mineral(es), métodos estadísticos de investigación aplicados a optimización de minerales y máquinas de flotación, incluye equipos auxiliares. Se ilustra en la figura N ° 7 . 1 , los intercrecimlentos mineralógicos y las posibilidades granulométricas de su liberación para su tratamiento metalúrgico. La fiotación de minerales puede s e r : >

Flotación directa

La flotación directa es aquella en la que el mineral valioso sale en la e s p u m a y la ganga se queda en el relave. >

Flotación Inversa

En este método de flotación, el mineral valioso se queda como no flotable y l a ganga es la que flota.

213

Flotación y Concentración de Minerales A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 1.1. Minerales flotables m á s c o m u n e s B cuadro N° 7.1, muestra los principales minerales beneficiados por flotación.

TIPOS GEOMETRICOS DE INTERCRECIMIENTOS ENTRE MINERALES

POSIBILIDADES DE LIBERACION COMPLETA MALUS<1S0

IV

III

Hexagonal, átomos de carbón en capas

Azufre

S

Ortorómbica

Oro

Au

IV UBERACIOII

Rata

Ag

Calcocita

ÜU2S

Sulfuros aCOLOFORME ( g ^

UliOSIBU

^^^^

mUDUIEKTE

HDEUDAMEIHE FACILADIFICIl

WOSIILE

POSIBLE

üiESmilFICUO

1

IHFOSIBLE iciniciiUR lelNCLÜSION \ ^ / í V

ZaCOHONA

0©O<7

asumiu

ztCOtiCEimco

HVDfICIL tiPOSISLE

IlíPOSIBU

H DIFICIL AIMPOSIBLE

¡c VETEADO

CuFeSz

Covelita

CuS

Galena

FbS

Molibdenita

MoS2

Hexagonal, capa reticular

Ftentlandita

(Ni,F8)9 Ss

Tetrahedral

Pirita

FeS2

Cúbica

Cúbico

FeS(1+x)

Esfalerita

ZnS

Estibinita

SbjSj

AlUmiíLE

Hexagonal Tetrahedral Ortorómbica

M ine rales Arsenicales taltmilECfflFUESTO

lüV DIFICIL

IIUYKIL 4íMNPEMCI0n(

IcIIITERSlICIAL

/ V~/

MODEWEKTE DIFICa

EE

«IIIY DIFICIL

AimiBU

Figura N° 7.1 Clases de intercrecimientos mineralógicos. Fuente: Amstutz, G. C , Giger, H. (1972) y Craig y Vaughan, (1994).

214

Empaquetamiento compacto hexagonal de átomos de 8 Angulos interfacíales tetragonales cercanos al sistema cúbico

Calcopirita

Rrrotita

NUYIFICIL

«WSIfICIL AilDSIBlE

Estructura Cristalina

C

Grafito

FACIL

UMEBOD IE

Fórmula Química Bementos

I

LIBERACION

Nombre Químico

Arsenopirita

FeAsS

Monoclinica

Enargita

CU3 AsS4

Ortorómbica

Niccolita

NIAS

Hexagonal

Carbonates, Hidróxidos,Sulfatos. Anglesita

H3SÜ4

Ortorómbica

Apatita

Ca5(P04)3F

Hexagonal

Calcita

(JaüÜ3

Kombohedrai

Cerusita

RDC03

Ortorómbica

Dolomita

UaMg(üÜ3)2

Rombohedral

Gypsum (yeso)

CaS042l-l20

Monoclinica

Malaquita

Cu2(OH)2C03

Monoclinica

Goetita

FeO(OH)

Ortorómbica

Carnalita

KMgQaehbO

Haluros Ortorómbica 215

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Halita

NaQ

Cúbica

Silvita

KCl

Cúbica

Ruorita

CaF2

Cúbica Oxidos

Cuarzo

SÍO2

Hexagonal y trigonal

Hematita

Fe203

Rombohedral

Rrolusita

Mn02

Amorfo

Zircon

ZrSiÜ4

letragonal

Kaolinita

Al2SÍ2(OH)4

Triclínico

Vermiculita

(Mg.AI.Fe)3(Si.AI)4(OH)2,4H20

Silicatos y aluminosilicatos

Cuadro N° 7.1 Minerales más comunes procesados por flotación. Fuente: Leja, J. "Súrtase Chemestry of Froth Flotation" Volumen I y II, Reagents and Mechanísms 1.2. Tipos de f l o t a c i ó n •

R o t a c i ó n colectiva o bulk

La flotación colectiva es cuando se flota todos los minerales valiosos, y de un m i s m o tipo mineralógico en un solo concentrado por e j e m p l o : sulfuros de plomo yzinc. •

R o t a c i ó n diferencial o selectiva

C o m o s u nombre indica la flotación es selectiva cuando se flota un solo mineral por etapa, en la siguiente etapa se flota otro mineral valioso y asi sucesivamente hasta flotar el último valor metálico. 2.Rotación desulfures Los minerales sulfurados constituyen un sector importante en el desarrollo de los procesos de flotación selectiva y son los m inerales que se procesan en mayor volumen. Estos s o n recursos de metales no-ferrosos tales c o m o : p l o m o , cobre, zinc, plata, oro, antimonio, molibdeno, etc. En la naturaleza están juntos en crecimientos mineralógicos c o m p l e j o s , requinendo molienda fina y flotación diferencial en varias e t a p a s , en colaboración con reactivos activadores y d e p r e s o r e s que mediante su uso promueven la separación selectiva. 2 . 1 . Teoría electroquímica de f l o t a c i ó n La teoría electroquímica para la flotación de sulfuros explica el papel del oxígeno disuelto y en consecuencia el rol de las reacciones redox que ocurren. 216

La mayoría de los colectores tiólicos son capaces de adsorberse sobre los m inerales sulfurados a través de la formación de enlaces covalentes con los iones metálicos de la red cristalina del mineral. Sin e m b a r g o , esta forma de adsorción provee pocas propiedades de flotación. El mineral adquiere fuerte hidrofobicídad, en el m o m e n t o en que se dan las condiciones electroquímicas para que se forme un dimero neutro con el colector, por ejemplo el dixantógeno o xantato metálico. La superficie mineral no es pasiva, participa c o m o un catalizador para a m b a s reacciones, es decir, oxidación de los iones del colector y la reducción del oxígeno disuelto. De acuerdo a la teoría electroquímica, la oxidación del xantato constituye la reacción anódica, y la reducción del oxigeno la reacción catódica. Para los xantatos, las reacciones serían:

Reacción anódica: 2 X ~ - > X 2 + 2 e "

(7.1)

Reacción catódica: 1 • 2O2 + 2H'' + 2e" -> H2O

(7.2)

Reacción total:

(7.3)

2X" +

1 • 2O2 + 2 H *

X2 + H2O

Esta reacción en solución es lenta, pero es catalizada p o r l a presencia de minerales sulfurados. Para un sulfuro metálico la reacción sería la s i g u i e n t e : Reacción anódica: MS +

2X~ -> MX2 + S° + 2e""

Reacción catódica: 1 • 2O2

+ 2H* +

2e~

-> H2O

Reacción g e n e r a l : MS + 2 X ~ + 1 • 2 O 2 + 2 H * ^ MX2+S''+H2O

(7.4) (7.5)

(7.6)

La hidrofobobicidad en este caso,podría s e r d e b i d o al azufre elemental.

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 3. R o t a c i ó n diferencial o selectiva El término flotación diferencial se refiere a la flotación de una o más especies mineralógicas de sulfuros, dejando en los relaves especies de otro tipo deprimidas por reactivos específicos. En este tipo de procesos se considera dos aspectos principales: > >

Selección de flow sheet adecuados y Uso de reactivos químicos que permitan la máxima selectividad del proceso.

Con respecto a los flow s h e e t s , cada mineral presenta caracterisficas especiales en su tratamiento, los e s q u e m a s de flotación diferencial utilizados pueden s e r r e p r e s e n t a d o s e n f o r m a g e n e r a l perlas figuras N ° 7.2 y 7.3. Estos diagramas son adecuados para la obtención de dos productos, el circuito s i m p l e m o s t r a d o e n l a f i g u r a 7.2 es aplicado a minerales de P b , Z n y Fe, puede ser utilizado considerando que requiere dos etapas rougher, una para el p l o m o y otra para el zinc, el diagrama de flujo simple de la figura 7.3, es típico del tratamiento de pórfidos de cobre - molibdeno, sin embargo, si fuera necesaria la recuperación de 3 o más concentrados, bastará combinar estos e s q u e m a s . La selección de cualquiera de estos diagramas de flujo esta fundamentalmente condicionada por la respuesta del mineral a los colectores, activadores y d e p r e s o r e s ufilizados.

El proceso tradicional de recuperación de concentrados de cobre y molibdeno de minerales porfiríticos, figura N° 7.3, donde luego de las operaciones de trituración y molienda se flota un bulk Cu - Mo, conteniendo minerales predominantes en calcopirita, covelita, calcosita a d e m á s de molibdenita, dejando en el relave minerales de ganga y pirita; luego el concentrado bulk es procesado mediante una flotación diferencial, donde selectivamente s e flota el molibdeno quedando en las colas el concentrado de cobre.

Alimento

Circuito buik

;

Relave

Separación

Concentrado bulk

Concentrado de Cu

Concentrado de Uo

4. R o t a c i ó n de s u l f u r o s de c o b r e - molibdeno Estos minerales s o n típicos de yacimientos porfiríticos y presentan contenidos aproximados de 0.4 - 1.0 % de Cu y 100 - 200 ppm de molibdeno. En nuestro país se conoce muchos yacimientos de tipo pórfido algunos de las cuales se encuentran en etapa de explotación y otros en exploración.

Alimento

Circuito 1

Concentrado de Pb

Circuito 2

^ Relave

Concentrado de Zn i

Rgura N° 7.2. Flow sheet de flotación diferencial: Pb - Zn 218

Rgura N° 7.3. Flow sheet de flotación bulk y flotación diferencial cobre molibdeno Este procedimiento es universalmente ufilizado, con algunas excepciones c o m o el proceso donde se flota el bulk de Cu - Mo - Fe, a pH ácido para luego seguir con dos flotaciones diferenciales, en la primera de las cuales se deprime la pirita mediante la regulación del pH a rangos alcalinos, mientras que en la s e g u n d a etapa s e flota selectivamente la molibdenita deprimiendo el cobre. Otra excepción es la que después bulk, durante la separación Cu - Mo, cobre. Los procesos seguidos para la como la separación subsiguiente, son

del proceso clásico de flotación del deprime la molibdenita flotando el flotación del cobre y m o l i b d e n o , así tratados en s e g u i d a .

4 . 1 . R o t a c i ó n bulk cobre - molibdeno 219

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

5. R o t a c i ó n diferencial c o b r e - molibdeno Durante la flotación bulk, ocurren los siguientes f e n ó m e n o s :

La separación selectiva Cu-Mo se realiza utilizando nuevamente las propiedades de flotabilidad natural de la molibdenita y deprimiendo los sulfuros de cobre con reactivos a base de sulfuros de s o d i o y/o cianuro.

4.2. n o t a c i ó n de la molibdenita La molibdenita es una especie mineral que tiene hidrofobobicidad natural, debido a su estructura laminar, formada por superposición de p n s m a s trigonales, constituidos por seis átomos de azufre rodeando cada átomo de m o l i b d e n o . Esta estructura al fracturarse origina superficies con enlaces desbalanceados m u y d é b i l e s que interaccionan en forma mínima con el agua, incrementando s u s propiedades de flotabilidad con los reactivos de flotación.

Si bien en algunas plantas de flotación se reportan operaciones de separación cobre-molibdeno utilizando exclusivamente el Na2S, la mayoría de las plantas en que este reactivo es u s a d o , utilizan mezclas de los siguientes reactivos q u í m i c o s : 5.1. Reactivo A n a m o i d Son mezclas de Na2S y A S 2 O 3 que producen arsenitas ytioarsenitas a d e m á s de un remanente de Na2S hidrolizado a H S ' .

4.3. R o t a c i ó n de los s u l f u r o s de c o b r e Mediante m e c a n i s m o s e n las q u e el oxigeno d e s e m p e ñ a un rol fundamental, porque favorece la deshidratación de la superficie del mineral facilitando la adsorción de los reactivos colectores; xantatos y difiofosfatos quedando adsorbidas en la superficie del mineral como especies oxidadas de dixantógenos y dithiolato respectivamente, para que esto ocurra, el oxigeno presente e n las pulpas d e flotación desplaza el potencial electroquímico a valores más oxidantes, hasta lograrque el xantato se oxide a dixantógeno que es la especie que determina la fiotación de la calcopirita.

5.2. Reactivo de Nokes Mezcla

• (ROCS2)2+2e", reacción anódica

y NaOH

s e transforma

e n derivados

del

tipo

El sulfliidrato de sodio s e hidroliza a H S ~ , según la reacción: (7.7),

2 H * + y2 02 + 2e-

•H2O,

o

(7.8)

2Fe^* + 3ROCS~2

••2Fe

+ (ROCS2)3 reacciones catódicas

(7.9)

4.4. Depresión de la pirita y o tro s s u l f u r o s de hierro

NaHS « N a * + H S "

Su depresión durante la flotación bulk se logra utilizando cal que alcaliniza la pulpa de flotación, depositando tanto Fe (0H)2 y Ca (0H)2 sobre la superficie de la pirita, recubriéndola o disminuyendo su porosidad bloqueando la reacción de formación del dixantógeno, que es la especie adsorbida por la superficie del mineral lo cual lo haría m u y flotable. L a s superficies de sulfuros de fierro al estar recubiertas de hidróxidos, los cuales son compuestos hidrofilicos; permanecerán deprimidas la pirita y l o s otros sulfijros de hierro. •'•?'•••••>• f ^ ^ ^ : - - ^ - i , =;

(7.10)

El c o m ú n d e n o m i n a d o r de todos estos reactivos es que desactivan y deprimen los sulfuros de cobre, por m e c a n i s m o s similares d o n d e el H S ~ (anión sulfliidrato) es el principal agente activo.

Estos sulfijros flotan por acción del dixantógeno producido por un m e c a n i s m o similar al descrito para la flotación de cobre.

220

P2S5

5.3. Sulfhidrato de sodio (NaHS)

Las reacciones que representarían estos fenómenos s o n : 2ROCS2

de

monotiofosfatos, ditiofosfatos, formando simultáneamente H S ~

Las reacciones que representan estos m e c a n i s m o s podrían s e r :

2X2

+HS

+3H20»4X

+ S 0 2 + O H " + 6H

CuX2 + H S " + O H * « C u S + H 2 O + 2 ) r

(7.II) (7.12)

221

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Donde X" representa un reactivo tipo xantato, desorbido de la superficie del cobre donde estaba c o m o dixantógeno adsorbido sobre la calcopirita, de esta forma reducida a xantato el cual pasa a s o l u c i ó n . L o s derivados del fósforo y a r s é n i c o de los reactivos a n a m o i d y n o k e s , se adsorben sobre la superficie de los sulfuros de cobre, impidiendo que las reacciones de adsorción del xantato ocurran.

5.4. Cianuro La depresión de sulfijros de cobre por compuestos de cianuro, tales como ferrocianuros, ferricianuros o el m i s m o cianuro, es explicado por mecanismos de lixiviación que remueven el dixantógeno de las superficies, produciendo simultáneamente superficies f r e s c a s , s e g ú n las reacciones:

CuXz + 3 C N ~

A

Cu (CN)

3 + 2X

2CU2S + 6 C N ~ + y2 02 + H 2 0 A 2 C U S + 2 C U ( C N ) ~ 3 + 2 0 H ~

(7.13)

(7.14)

Los dixantógenos son primeramente reducidos a xantatos, para luego ser removidas por m e c a n i s m o s similares a los descritos anteriormente.

5.5. Limpieza de los c o n c e n t r a d o s de m o l i b d e n o

De la descripción de los procesos de recuperación de cobre y molibdeno de yacimientos tipo pórfido, s e aprecia que se requiere un cuidadoso control de las condiciones a las que se realizan estos p r o c e s o s , para lograr resultados satisfactorios, por ello son varios los aspectos susceptibles de ser optimizados y entre ellos el principal lo constituye la m e j o r a de la recuperación de molibdeno durante la flotación bulk. Otro aspecto importante a ser optimizado es el referente al excesivo c o n s u m o de reactivos, durante la flotación bulk cobre m o l i b d e n o , el cual puede s e r m e j o r a d o utilizando solo cantidades adecuadas y necesarias de colectores y e s p u m a n t e s , caso contrario se puede usar carbón activado, sulfuro de sodio o repulpado para atenuar la concentración de colectores, espumantes e inclusive floculantes contenidos en las pulpas de flotación y aguas de retorno. 6. FLOTACIÓN DE SULFUROS DE COBRE, PLOMO Y ZINC La presencia simultánea de sulfuros de estos elementos en concentraciones económicamente recuperables, es c o m ú n en la mayoría de los yacimientos p e r u a n o s . Su tratamiento metalúrgico comprende la obtención de tres concentrados . m e d i a n t e un procedimiento ya establecido y que consta de las siguientes e t a p a s : >

Flotación bulk Cu - Pb, deprimiendo la esfalerita y pirita.

>

Activación y flotaciónde los sulfuros de zinc, c o m o esfalerita y marmatHa de las colas de flotación bulk. En esta etapa se deprime nuevamente la pirita.

>

Separación Cu / Pb del bulk obtenido en la primera etapa.

La obtención del grado final de los concentrados de molibdeno implica varias etapas deflotación de l i m p i e z a , d e b i d o a l a p r e s e n c i a d e i n s o l u b l e s y leyes bajas,generalmentesilicatos que acompañan a los concentrados de molibdenita, s e requiere de procesos muchas veces c o m p l i c a d o s . Algunos de estos insolubles presentan flotabilidad natural, como el talco y pirofilita.

Aternativas tales c o m o la obtención de un s o l o concentrado bulk Cu-PbZn, como producto único o flotación entres e t a p a s , primero del cobre, luego del plomo y finalmente del zinc podría seraplicable a este tipo de minerales; generalmente no s o n u s u a l e s .

En este caso para limpiar el concentrado, la testación puede ser necesaria para lograr cierta oxidación de la molibdenita y d e s p u é s de un repulpado de la calcina, flotar los insolubles que no han sido modificados por la temperatura de tostación, la molibdenita queda en las colas por efecto de la oxidación.

6.1. R o t a c i ó n bulk c o b r e / p l o m o

Otros procesos utilizan la flotación inversa, cuando los concentrados de molibdeno tienen excesivos contenidos de insolubles, p o r e j e m p l o arcillas y talcos, lograron su reducción utilizando un circuito de flotación de insolubles, deprimiendo la molibdenita con sulfonato de lignito y p H alto con c a l .

222

Esta flotación se realiza con una depresión simultánea de sulfijros de zinc y pirita, una combinación de reactivos químicos y puntos de adición de las m i s m a s se muestra en la figura N° 7 . 4 . Básicamente la flotación de cobre - p l o m o se realiza a pH natural o levemente alcalino, utilizando generalmente xantatos c o m o colectores. La depresión de la pirita y esfalerita se logra medíante el uso de c a l , cianuro, bisulfito y sulfato de zinc en dosificaciones que no afecten la flotación del cobre por el cianuro, y del plomo que es deprimido p o r e l bisulfito cuando se usa en concentraciones altas. 223

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

La hidrofobicídad de la superficie de la galena es originada por monocapas de xantato o colectores tiólicos similares y precipitados de xantatos de plomo en multicapas, los estudios realizados han establecido que no se forma dixantógeno.

Mineral triturado

NaHSOi

La secuencia de hidrofobización de la galena, considerando la influencia del oxígeno podría ser la siguiente:

A - 242

Oxidación superficial de la galena a sulfítos, sulfatos o tiosulfatos:

Molienda y clasificación ZnS04_

Cal: pH-11

Xantato NaCN _ZnS04 y

Xantatos

Flotación

Flotación

Rougher

Scavenger

CuSO* - Xantato

A Circuito de Flotación de Zinc

PbS +

m _

O2

•

PbSOm

(7.15)

2 Remplazo de los sulfatos o sulfitos a carbonates, si el sistema es abierto: PbS04 + 00=3

• PbCOa + S 0 %

(7.16)

NaCN Cartón activado

Desplazamiento del sulfato, sulfito o carbonato de plomo superficial por el xantato, ya que en rangos de pH usuales de flotación, los xantatos de plomo son más estables que los carbonates, sulfatos o sulfitos de plomo. Cianuro

Conc. Bulk Pb-Cu

o

Bicromato Separación

—p- Concentrado Pb

Concentrado d e C u

L Figura N° 7.4. Row sheet mostrando los reactivos y puntos de adición: flotación de Cu-Pti-Zn Fuente: Azañero Ortiz, A. (5) Bibliografía General. Los mecanismos bajo las cuales han sido interpretadas las flotaciones de l a g a l e n a y la calcopirita,el mineral más común de los sulfuros de cobre son diferentes, mientras que el modelo que mejor explica la flotación de la galena es una adsorción química del colectorsobre la superficie del sulfuro, c o m o xantato metálico. En el caso de la calcopirita los colectores s o n oxidados a dixantógeno, formados sobre la superficie del mineral mediante una reacción electroquímica catalizada p o r l a superficie del m i n e r a l , aunque s e debe indicar que la calcopirita también puede adsorber químicamente colectores. 224

PbS04 + 2 X - o PbXa + S 0 %

(7.17)

La adsorción química de xantato sobre la galena ocurre sobre los iones de plomo de la superficie, en remplazo de los O H " adsorbidos. Para la calcopirita la hidrofobización de su superficie ocurre por adsorción del dixantógeno. El sulfuro de cobre flota perfectamente entre pH 3 y 12, y el pH de flotación de la galena está en el rango neutro a ligeramente alcalino, y cuando tiene alto contenido de plata, el plomo tiende a deprimirse a pH mayor a 9.0 - 9.5.

6.2. Depresión de la esfalerita y pirita Durante la fiotación bulk, la esfalerita y la pirita deben permanecer deprimidas, la pirita se deprime mediante ei uso de reactivos tales como cal, cianuro de sodio y bisulfito de sodio y la esfalenta con sulfato de zinc.

225

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

De los reactivos utilizados para la d e p r e s i ó n , el cianuro lo hace por m e c a n i s m o s de lixiviación de pirita - adsorción de ferrocianatos de fierro sobre la superficie del sulfuro, s e g ú n s e indica:

El tercer punto e s u n tema dificil, aunque puede s e r parcialmente controlado por dosificación de reactivos desactivantes y d e p r e s o r e s , tales como el sulfato de zinc, cianuros, bisulfitos o sulfuro de s o d i o .

Lixiviación FeS2 « F e ^ *

+ 2S° + le

Fe(0H)3+ 3 H * + e - o Fe^*+3H2O Adsorción 7 F e ^ * + 1 8 H C N « Fe4 (Fe (CN)6)3 + 1 8 H * + 4 e -

(7.18)

"

(7.19) (7.20)

Esto ha sido probado por estudios que determinaron que al existir compuestos Fe4 [Fe (CN)6]3, sobre la superficie de la pinta, a s i como hidróxidos de calcio y hierro, esta no flota. Por otro lado el bisulfito deprime la pirita inclusive ya activada, al d e s c o m p o n e r l o s xantatos,dixantógenos y l u e g o e l alcohol correspondiente, entre 6 y 8 de p H . En el caso de la esfalerita, ésta no debería flotar en el bulk ya que requiere d e activación previa. Sin embargo es c o m ú n encontrar en las operaciones de las concentradoras, contenidos de zinc en los bulk que representan pérdidas considerables, ya que en el tratamiento posterior, el zinc se pierde en la escoria de los reverberos o perjudica a los refractarios si va asociado al concentrado de cobre o dificulta la aglomeración y escarcha los hornos de manga si va asociado al p l o m o . El motivo porqué la esfalerita flota indebidamente en el bulk, es un problema particulardecada m i n e r a l , aunque las principales causas podrían ser: >

A-rastre d e sulfuros de zinc durante la flotación bulk por factores mecánicos.

>

Asociación mineralógica de Cu-Zn o Pb-Zn.

>

Por activación de la esfalerita debido a la presencia de sales solubles de Cu, Pb, Ag, As, Sb, C d , en el mineral o en el agua de tratamiento.

El primer factor puede s e r regulado y controlado mejorando las condiciones de molienda, dosificación de reactivos y eficiencia de remoción de e s p u m a s . El factor referido a la asociación mineralógica es c o m p l e j o , sobre todo cuando estos intercrecimientos están e n l á m a n o s usuales de flotación, que aún con molienda fina no es posible liberados. 226

De todos estos el cianuro, es el m á s efectivo ya que lixivia primeramente al xantato adsorbido sobre la capa activa de la esfalerita y luego al sulfuro de cobre constituyente de esta c a p a . El bisulfito de sodio no puede desoiber al xantato de la esfalerita. Respecto a las mezclas NaCN - ZnS04, y NaCN - Z n O o inclusive el Na2C03, pueden d e p r i m i r l a esfalerita al formar depósitos hidrofilicos. Se ha establecido el siguiente orden de fuerza de depresión para los complejos metálicos c i a n u r a d o s : Zn(CN)2 < Zn (CN)-3 < Zn ( C N ) ^

(7.21)

!

El compuesto metálico cianurado, que tiene m á s contenido de cianuro, también tiene mayor fuerza d e p r e s o r a . En algunos casos estos complejos previenen la activación al formar películas hidrofilicas que impiden la interacción superficie mineral - colector, y en otros minerales el efecto depresor es por m u y corto t i e m p o . Es m u y u s u a l encontrar minerales de zinc activados por sales solubles que en forma natural tiene el m i n e r a l , principalmente CUSO4, c o m o se sabe este reactivo tiene un alto producto de solubilidad y pasa rápidamente a solución, el cual aún en pequeñas concentraciones activa a la esfalerita, en estas condiciones es muydificil manteneria deprimida por tiempos usuales de flotación. El origen del sulfato de cobre en los depósitos mineros con especies sulfuradas, s e debe a presencia del ion férrico, el cual a la vez s e ha formado, por la oxidación d e los sulfuros de cobre y h i e r r o . El ion Fe ^ , es un poderoso disolvente de los sulfuros de cobre que siempre hay en los yacimientos minerales, las reacciones de oxidación de la covelina y calcosina s o n : CuS + Fe2 (S04)3 ^ CUSO4 + 2FeS04 + S

(7.22)

CU2S + 2Fe2 (S04)3

(7.23)

6.2.1.

2CuS04 + 4FeS04 + S

P r e p a r a c i ó n del reactivo c o m p l e j o ; c i a n u r o - ó x i d o de zinc

Se disuelve el cianuro de s o d i o e n a g u a a l c a l i n i z a d a ; s e a g r e g a e l óxido de zinc (ZnO) seco y se deja para su completa disolución, se agita antes de u s a d o ; l a preparaciones en una relación en peso adecuada, manteniendo la concentración al 10 %, 6 NaCN/1 ZnO. Probables reacciones q u í m i c a s : 227

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 1.

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

^i'^'c-.'icy

IVIezcla de c i a n u r o - óxido de zinc 4NaCN+ZnO+H20

-»

Na2Zn(CN)4+2NaOH

C a ( C N ) 2 + ZnO + H20

Zn(CN)2+Ca(0H)2

ZnS + CUSO4 o (7.24) (7.25)

Y

2. IVIezcla de c i a n u r o c o n bisulfito o anhídrido s u l f u r o s o

2 N a C N + NaHSOa + 2H2O+ O2

-> NH4CN+ Na2S04+ NaOH+ CO2 (7.27)

4 N a C N + 4 S 0 2 + 6 H 2 0 + 02

^ 2NH4CN + 4 N a H S 0 3 + 2 C O 2

(7.28)

•

+ Cu O H * o

Z n S / Z n O C u * + H2O

Sulfuros de c o b r e

Fórmula química CusFeS

Indudablemente el cianuro s o i o , tiene propiedades depresoras sobre los m i n e r a l e s d e cobre debido a la formación de complejos de cobre s o l u b l e s , sin e m b a r g o , por el alto c o n s u m o de cianuro, disolución de plata y o r o a d e m á s del cobre gris que s i e m p r e está presente en estos m i n e r a l e s , es difícil evitarlo, para prevenir este f e n ó m e n o se opta por regular y modificar su acción mediante el uso del óxido de zinc o bisulfito. 6.3. A c t i v a c i ó n y f l o t a c i ó n de s u l f u r o s de zinc

5. Covelita

CuS

La esfalenta no adsorbe xantatos de cadena corta sin una activación previa, esta activación consiste en el recubrimiento de la esfalerita y/o marmatita por una capa de ion activante, este ion formará una superficie que podrá interaccionar con el xantato. El m e c a n i s m o de activación está definido por una reacción expresada de la siguiente m a n e r a :

6. Enargita

3 CU2S.AS2S5

7. Stannita

Cu2S.FeS.SnS2

8. Tenantita

CU8AS2.S7

MS* + Z n ' *

(7.29)

Donde Nf* es cualquier catión no necesanamente de valencia 2 , cuyo sulfuro sea m e n o s soluble que el sulfuro de zinc, excepto el Sn"** que a p e s a r d e s é r m e n o s soluble no activa a los sulfuros de zinc, probablemente por s u tendencia a formar hidróxidos y el Te** que a pesar de ser m á s soluble, si activa y requiere m á s investigación, para explicároste f e n ó m e n o . Para la flotación de la esfalenta y marmatita de las colas de la flotación Cu - Pb, s e u s a generalmente el sulfato de cobre como activante, el cual forma una superficie de covelita sobre la esfalerita. Luego flotar la esfalerita representa en realidad y e n este c a s o , flotar sulfuro de cobre. 228

(7.31)

Luego de activados los sulfuros de zinc, s u flotación representa la flotación de un sulfuro de cobre.

1 . Bornita

Z n S * + IVi^* o

(7.30)

Simultáneamente es necesario deprimir la pirita, lográndose esto por elevación del pH hasta valores de 10 - 12, la pirita en este rango de pH no flota al inhibirse la formación del dixantógeno que es la especie colectora. La activación en pH alcalino puede variar, s e g ú n la siguiente reacción: ZnS/ZnOH

Ca (CN)2 + N a H S 0 3 + 2H2O + O2 -^NH4CN + CaS04 + NaOH + CO2 (7.26)

7s^* + s o / " + C u S

2. Bournonita

PbCuSbSs

3. Chalcosita

CU2S

4. Calcopirita

CuFeS2

9.Tetrahedrita

4Cu2S.Sb2S3

Cuadro N° 7.2 Minerales sulfurados de cobre 7. S e p a r a c i ó n bulk: c o b r e / p l o m o El problema de la separación de minerales de cobre de los de plomo por flotación, tiene características m u y particulares, debido especialmente a los diversas variedades de minerales de cobre, cuya composición química, distribución de á t o m o s , solubilidad, cristalización, diseminación,dur&za y d e n s i d a d , varia de un mineral a otro, en el cuadro N" 7.2 s e presenta los sulfuros de cobre m á s importantes. 229

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Para realizarlas separaciones del bulk plomo-cobre, es necesario saber las propiedades mineralógicas, granulometria y poseer un conocimiento detallado de los procesos de separación Cu-Pb; no solo en lo referente a los minerales de cobre y p l o m o , sino frente a todos los constituyentes del concentrado bulk. Tratamos e n f o r m a g e n e r a l las propiedadesde a l g u n o s d e los procesos m á s comúnmente utilizados yaquellos que presentan un potencial atractivo, estos son clasificados de acuerdo a la especie mineralógica que va a ser deprimida. La flotación selectiva de minerales también incluye un factor de probabilidad, lo cual ocasiona un desplazamiento de impurezas, de acuerdo a la m a y o r o m e n o r p r o p o r c i ó n d e l m i n e r a l y / o m i n e r a l e s a s e r c o l e c t a d o s e n las e s p u m a s o deprimidos c o m o relave. El primer factor a ser considerado es la relación e n peso del contenido de cobre a p l o m o , lo cual permitirá tener una idea preliminar sobre el proceso de separación a ser utilizado, sin embargo este factor tiene que ser corregido por los pesos de otros minerales que se presentan a s i como de su asociación mineralógica, y d e acuerdo a las características depresoras del reactivo o reactivos a ser u s a d o s . C o m o norma, s u m a r a los contenidos de minerales de cobre, los de esfalerita y pirita en el caso de usar el procedimiento de depresión con cianuro,o s u m a r a la galena los contenidos de pirita - esfalerita en el caso de usar bicromato de s o d i o . Además h a y q u e tener en cuenta el tipo de asociación, caso m u y c o m ú n en nuestras menas es ei alto grado de asociación de plomo - esfalerita, que en algunos casos obliga a utilizar depresión de p l o m o , a pesar del bajo contenido de galena en el bulk, porque nos produciría uno de los productos de baja calidad. Dezincado previo a la separación, es en algunos casos una opción a tener en cuenta, siempre y c u a n d o s e realice la liberación o desactivación previa del zinc.

7 . 1 . Depresión de m i n e r a l e s de cobre Existen pocos reactivos depresores para minerales de cobre, principalmente se basan en el uso de N a C N , tanto puro, c o m o en mezcla con el ZnS04 o con el ZnO; adicíonalmente se puede utilizarlas mezclas en mención con CaO, sulfato de a m o n i o . Otros procedimientos s o n el e m p l e o de permanganato y t i o u r e a .

230

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s 7.1.1. Uso del c i a n u r o y c o m p u e s t o s derivados Hay una gran variedad de posibles combinaciones para la utilización de este procedim iento, que van desde depresión solo con cianuro, hasta el uso de una etapa previa de desorción, cuya selección depende de la presencia de minerales secundarios de cobre c o m o chalcocita, covelita o metales preciosos c o m o Ag y/o Au, y d e l tratamiento previo durante la obtención del concentrado bulk. La utilización del cianuro s o l a m e n t e es posible, donde la presencia de minerales de cobre secundarios y/o metales como oro yplata es nula, es decir donde no existe el peligro de disolución de valores, lo cual podría ocasionar severas pérdidas. Para el tratamiento de concentrados con alto contenido de plata, oro y cobres secundarios los cuales son solubles en cianuro; este tipo de minerales corresponden a la mayoría de m e n a s de nuestro país, se recomienda utilizar cianuro en forma de un complejo NaaZn ( C N ) 4 y ajuste del pH con s o d a o cal, dependiendo del tipo de galena presente, en algunos casos es sensible a los iones C a + + , (deprime), característica observada cuando la galena posee un alto contenido de Ag, en algunos minerales se recomienda el uso del sulfato de amonio o adición por etapas del reactivo depresor. En casos extremos y debido al excesivo uso de colectores en la obtención del concentrado bulk, ninguno de los métodos anteriores es efectivo, haciendo necesario aplicar un lavado previo del concentrado, desorción con Na2S y/o carbón activado, con p o s t e r i o r e l i m i n a c i ó n d e l a f a s e liquida, este procedimiento también es aplicable con otros reactivos, tal c o m o depresión de minerales de plomo con bicromato. Se logran buenos resultados a pH 8.0 a 10.5, pero es s i e m p r e necesario realizar pruebas experimentales con cada mineral para poder definir el rango óptimo. También es conveniente desde el punto de vista económ ico realizar la separación en el l u g a r m i s m o en que se produce el bulk, de hacerio en otro lugarentra en estudio otras variables como la oxidación del concentrado, al trasladado al lugar de tratamiento final; absorción de materiales grasos y otros lo cual debe ser estudiado detalladamente para lograr a s i el procedimiento apropiado y restituirie las propiedades originales de flotabilidad. 7.1.2. P e r m a n g a n a t o s El uso y características de este reactivo frente a diferentes minerales ha Sido estudiado principalmente a escala de laboratorio, habiéndose demostrado su aplícabilidad en la separación del bulk cobre - p l o m o , por su alto p o d e r d e p r e s o r s o b r e los minerales de cobre, calcopirita principalmente. 231

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Su posible aplicación en la práctica es de gran interés ya que posee algunas ventajas en comparación c o n el N a C N , sobre todo que no se produce disolución de valores de Au/Ag yminerales de cobre s e c u n d a r i o s , su aplicación requiere de condiciones excesivamente criticas algunas de ellas s e presentan a continuación: •

El efecto d e p r e s o r s o b r e los m i n e r a l e s de cobre es de corto periodo de duración, por otro lado, altas adiciones de permanganato retardan la recuperación de p l o m o , por esta razón se debe adicionar por etapas.

•

La eficiencia de separación o selectividad, depende fundamentalmente del p H , el p o d e r d e p r e s o r s o b r e los minerales de cobre posee un óptimo en el rango neutro o l i g e r a m e n t e ácido. Temperaturas de trabajo mayores a 30 °C, podría reactivarla flotación de minerales de cobre.

•

Para algunos minerales donde s e trabajó a escala de laboratorio en pruebas batch, el reactivo permite obtenerconcentrado de plomo de alta calidad, no a s i el concentrado de cobre, lo cual representa su más importante limitación,sinembargoestudios sobre su posible aplicación deben ser realizados, en simultáneo a los del empleo de compuestos del cianuro y o t r o s .

7.2. Depresión de minerales de p l o m o Reactivos con esta característica son el SO2, bisulfitos, sulfitos en combinación con sulfato ferroso, tiosulfato, hiposulfitos, bicromatos y CaO, ellos poseen algunas ventajas en comparación con el cianuro o mezclas de cianuro - zinc, sobre todo en lo referente a la no disolución de valores, su campo de aplicación es restringido a aquellos que p o s e e n una apropiada relación en p e s o , de minerales a ser flotados / minerales d e p r i m i d o s .

7.2.1. S 0 2 Gas Su propiedad depresora se inóreme nta de acuerdo al siguiente orden de los m i n e r a l e s : calcopirita, sulfoarseniuros de cobre, chalcocita, covelita, galena, pirita, marmatita y esfalerita, esta característica le da un amplio c a m p o de aplicación en la separación primaria de s u l f u r o s , eliminando en algunos casos el uso de NaCN / C a O , en otros es utilizado con dextrina o almidón/NaOH con el fin de mejorar s u absorción. En la separación Cu-Pb el concentrado bulk debe ser sometido a absorción con SO2, tanto con o sin aplicación de sulfato ferroso y / o almidón. En los denominados concentrados sucios donde se presenta un alto desplazamiento de zinc, es n e c e s a r i o primeramente u n dezincado del concentrado previo a la separación.

232

7.2.2. Bisulfitos, Sulfitos Tienen un efecto menos intenso que el SO2, pruebas de laboratorio han demostrado su alta efectividad, p o r s u bajo costo es una alternativa que debe ser considerada. Por su débil efecto depresor y en el tratamiento de concentrados bulk, obtenidos con colectores de cadena larga o con cantidades excesivas de reactivos, es necesaria la aplicación de desorción y eliminación de los excesos, incluyendo e s p u m a n t e s . No es conveniente utilizar grandes cantidades de colectores en la flotación primaria, siendo necesario revisar previamente la etapa de flotación bulk. Las propiedades de estos reactivos s o n : o

Permiten la depresión de los minerales de p l o m o , pero también presentan efecto d e p r e s o r s o b r e los de zinc, p o r l o que la asociación de estos minerales debe ser bien definida.

o

Con la presencia de minerales de cobre secundario, la precisión de separación es afectada ligeramente por la disolución de cobre, siendo estos iones absorbidos p o r l a galena lo cual impide su depresión, este efecto negativo puede ser contrarrestado por adición de S ° , con lo cual se logra precipitar iones de cobre en forma de C u S .

o

El acondicionamiento requerido es casi cero, y l a adición por etapas igualmente es conveniente, en el caso de la presencia de minerales secundarios y dependiendo de la proporción existente, el tiempo de acondicionamiento debe ser evaluado c u i d a d o s a m e n t e .

7.2.3. D i c r o m a t o s Sus propiedades oxidantes son similares a las mostradas por los reactivos anteriores, pero presenta un menor poder depresor para los minerales de zinc en comparación con el bisulfito. En algunas concentradoras, se le utiliza junto con el R - 610 u otras dextrinas lo cual incrementa su p o d e r d e p r e s o r s o b r e la g a l e n a . La eficiencia de separación cobre/plomo es afectado por la calidad del bulk tratado, cuando el desplazamiento de la esfalerita y pirita al concentrado es mayor, se reduce la eficiencia de separación p o r e l m i s m o contenido de los sulfuros m e n c i o n a d o s , mayor nivel de adición de colectores, presencia de sales solubles y/o reducción de reactivos depresores. En el capitulo III que trata de reactivos de flotación, nos ocupamos en detalle sobre la aplicación de la carboximetil celulosa (CMC) en minería. Por motivos medioambientales y d e s a l u d , actualmente se usa en la separación del bulk cobre/plomo, la carboximetil celulosa que actúa c o m o parte del reactivo depresor. 233

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz La composición del reactivo depresor e s : bicromato de sodio, carboximetil celulosa yfosfato m o n o s ó d i c o . Este reactivo es m á s amigable con el medio ambiente, lo cual lo hace muy i n t e r e s a n t e y s u aplicación en la flotación y separación del bull< cobre/plomo debe ir en a u m e n t o . 7.3. IVIétodo del SO2, o ácido s u l f u r o s o y almidón hervido

7.7. Ejemplos de s e p a r a c i ó n bulk: Cu - Pb El concentrado bulk de la tabla 7.1 tiene una proporción de 4 a 1,de plomo respecto al cobre, la alternativa para depresión del cobre no es factible en este c a s o ; porque de realizarse en ei producto deprimido quedan los sulfuros de zinc y hierro, también plomo y g a n g a , de tal manera que el concentrado de cobre saldría con baja l e y

Se u s a g a s SO2 o ácido sulfuroso para deprimir la galena mientras s e flota cobre, cuando la relación plomo a cobre es alta, se puede u s a r a l m i d ó n para a y u d a r a deprimir el p l o m o , manteniendo un pH alrededor de 6. %

7.4. Método c o m b i n a d o del anhídrido s u l f u r o s o - b i c r o m a t o y c i a n u r o Usado cuando el concentrado plomo - c o b r e tiene una relación alta, por ejemplo 5 / 1 , s e trata con anhídrido sulfuroso y después es acondicionado con bicromato, en una primera flotación s e deprime la galena flotando el cobre, este concentrado s e trata posteriormente con cianuro con varias etapas de limpieza.

Ensayes

Producto Peso Cu

%, A g : Onz. /TC

Distribución

%

Pb

Zn

Ag

Cu

Pb

Zn

Ag

Conc Bulk

100.00

9.09

48.52

5.26

119.3

100.00

100.00

100.00

100.00

Conc Cu

19.20

29.70

7.40

6.80

86.4

62.71

2.93

24.71

13.91

Conc Pb

80.80

4.20

58.30

4.90

127.1

37.29

97.07

75.29

86.09

7.5. Método del c i a n u r o de zinc a m o n i a c a l Se usa un complejo de cianuro de zinc a m o n i a c a l , para la depresión de la bornita y tenantita, cuando el bicromato no da buenos resultados. 7.6. Factores adicionales a tener e n cuenta e n la s e p a r a c i ó n Cu/Pb •

Densidad de pulpa.

•

Velocidad de agitación.

•

T a m a ñ o de partícula.

•

Tiempo de acondicionamiento.

Para la obtención de un sistema eficiente de depresión es necesario optimizar estas variables, s u s efectos s o n significativos para tener un control del proceso. La separación con cianuro-óxido de zinc tiene un rango m á s amplio de pH s i n afectar la separación, cuando s e usan los reactivos cianuro bisulfito, es necesario un control m á s riguroso del p H . El efecto que tiene el tamaño de partícula en la eficiencia de los procesos de separación, es muyimportante, en el caso de la separación con bicromato, el tamaño de partícula es mucho m á s critico para algunos minerales, debiéndose investigar en cada caso con ayuda de un estudio mineralógico, que nos da el porcentaje de liberación de los constituyentes minerales.

234

Tabla N° 7.1 Flotación de cobre deprimiendo plomo

En el b u l k d e la tabla 7.2, la relación Cu / Pb es 3 / 1 , la alternativa es la flotación del plomo (concentrado de cobre, tiene alta ley en el concentrado bulk), por la necesidad de desplazar impurezas contenidas en el bulk, preferentemente al concentrado de cobre. En todos los casos para la separación del bulk, s e deberá c o n s i d e r a r l a relación: especie a flotar / especies a deprimir; por e j e m p l o : (% Pb) / (%Cu + % Zn + % Fe + insolubles).

235

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

9. H o t a c i ó n de fluorita

Producto

% Peso

Bisayes %,

Cu Conc Bulk Conc Pb Conc Cu

Distribución

Ag: ( O n z a / T C ) Pb

Zn

%

Ag

Cu

Pb

Zn

Ag

18.40

17.80 5.89

54.10

100.00

100.00

100.00

100.00

24.00

3.60

58.50 4.30

110.2

4.69

79.05

17.50

48.88

76.00

23.10

4.90 6.40

36.4

95.31

20.95

82.50

51.12

100.00

Tabla N° 7.2 Flotación de plomo deprimiendo cobre 8. Flotación de minerales de antimonio La estibina es un mineral especial, aparentemente debido a sus propiedades superficiales, hacen que el mineral sea hidrofóbico natural, y fácilmente recuperables por flotación con colectores tiólicos. La superiicie hidrofóbica de la estibina está formada porla ruptura de enlaces débiles de sulfuros de antimonio, este factor junto con los sitios hidrofilicos al final de las cadenas del sulfuro de antimonio, forman en la superficie grupos de la estructura SbxOyHz"", dando c o m o resultado un comportamiento aniso trópico considerable, y un menor ángulo de contacto que otros minerales naturalmente hidrófobos, c o m o p o r e j e m p l o la molibdenita. El sulfuro de antimonio es generalmente flotado previa activación, en medio de colectores tiólicos como el xantato isobutilico y colectores ditiofosfato a un pH 6 a 8; con activadores tales como el acetato o nitrato de p l o m o . El cianuro es añadido para deprimir los sulfuros de hierro c o m o arsenopirita ypirita. En algunos casos donde el mineral de antimonio tiene a d e m á s oro, el concentrado de Sb - Au, es tratado por cianuración a presión y a bajos niveles de p H . También los concentrados d e a n t i m o n i t a , que contienen oro, son procesados por tostación, para obtener un producto de antimonio oxidado (SbzOa), comercial yconstituye un material tostado adecuado para cianuración. Los diagramas de flujo para flotar antimonio se desarrollan en función de otros componentes del m i n e r a l . 236

El espato flúor o fluorita (CaFa) es un mineral no metálico de composición química y cristales bien definidos; varía con el c o n t e n i d o d e otras especies o elementos químicos dentro de su intercrecim iento mineralógico.Tíene lustre vitreo, fibrosa o columnar. Color blanco, amarillo, verde, rosa, rojo carmesí y azul. Ocurre en minerales de veta c o m o mineral principal o c o m o ganga de minerales sulfijrados de p l o m o , plata y z i n c , con frecuencia asociado con cuarzo, calcita, barita, aluminio, sodio, cloro. El f e n ó m e n o de fluorescencia debe su nombre a la fluorita; consiste en la emisión de luzdel interiorde una substancia mientras está expuesta a la radiación directa de la luz blanca, aparece una luz color violeta tenue que es debido a los rayos ultravioleta; propiedad que permite identificar a la fluorita y diferenciado de la calcita. La fluorita (F2Ca) es un mineral que tiene múltiples aplicaciones, entre las principales s o n : fabricación de ácido fluorhídrico, industria química, siderúrgica, soldadura y o r n a m e n t a l . De acuerdo a la ley de CaFa, el concentrado de fluorita se clasifica en los siguientes g r a d o s :

a)

Acido

: 97%

b)

Metalúrgico

: 85%

c)

Cerámico

: 75%

Reactivos de f l o t a c i ó n

Se acondiciona con carbonato de sodio y silicato de sodio, depresores ácido cítrico, cloruro de bario y sales de aluminio. C o m o algunos minerales no metálicos flotan mejor en pulpa caliente. Depresores de la ganga calcárea tenemos el quebracho, ácido tánico. Entre los colectores tenemos los reactivos 7 6 5 , 8 4 5 de la Cyanamid o ácido oleico, el aceite combustible colabora con el colector, e s p u m a n t e s ; aceite de pino y a c i d o cresilico.

237

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 10. R o t a c i ó n de minerales de m a n g a n e s o (MnOj) Se puede usarflotación directa o flotación inversa,depende del mineral. La flotación de m a n g a n e s o en minerales con ganga carbonatada; primero s e flota la ganga tal c o m o calcita, con ácidos grasos en pulpa alcalina, y a l m i d ó n o dextrina para deprimir el MnOa, la pulpa es acidificada y el óxido de m a n g a n e s o es flotado con ácido oleico o aceite de alto g r a d o . Los minerales mixtos en ganga de calcita y silice, se flota igual que el antenor. En minerales con ganga compuesta de sílice-aluminio; el manganeso es flotado directamente en circuito ácido con los m i s m o s reactivos descritos arriba. Reactivos de flotación

Flotación y Concentración de Minerales en la industria textil, en la agricultura c o m o fertilizante y fungicida; e n la dieta de los seres humanos c o m o sulfato de m a n g a n e s o en pequeñas cantidades y usos terapéuticos c o m o por ejemplo en psiquiatría en combinación con Co-Li-Mg. 1 1 . Contaminantes sulfurados

de a r s é n i c o

y a n t i m o n i o e n los

El contenido de impurezas arsénico yantimonio en los concentrados de cobre, plomo o zinc se debe a la presencia de una gran variedad de m i n e r a l e s , en el caso de los concentrados de plomo la contaminación por arsénico y antimonio, ocurre porque existe cualquiera las especies minerales nombradas a continuación.

Ácidos grasos,ácido oleico,dextnna, SO2, frother 70, quebracho, silicab y carbonato de sodio, ácido sulfúnco.

11.1. Contaminantes en los c o n c e n t r a d o s de p l o m o

1 0 . 1 . Optimización e n la f l o t a c i ó n del m a n g a n e s o

11.1.1. Sulfosales

Mediante investigaciones recientes se ha demostrado que altas velocidades de agitación (floculación) y tiempo prolongado de acondicionamiento, son necesarias para una óptima flotación del m a n g a n e s o . El S 0 2 activa los minerales de m a n g a n e s o permitiendo la adsorción del colector m á s eficientemente. El manganeso en la naturaleza está ampliamente distnbuído, pero solo algunos de los minerales que lo contienen s o n de interés industrial ellos s o n ; pirolusita (MnOa) con lustre metálico color negro de fierro, psilomelano (MnOa.HzO) con lustre submetálico, el wad (masas amorfas puede ser terrosa o compacta), manganita (MnO (OH), braunita, rodonita, rodocrosita (MnCOs), hubnerita (MnWO*), ios nodulos marinos tienen una ley entre 15 a 3 0 % de Mn. A pesar de ser el metal m á s abundante en la naturaleza después del fierro. En el Perú tenemos muy pocos recursos minerales con estas características, solo en la zona de Cajamarca y e l altiplano de Tacna, s e han encontrado minerales de valor comercial, al concentrados se puede obtener productos de gran aceptación en el mercado n a c i o n a l ; siendo el mayor consumidor la industna siderúrgica, también en la fabricación de p i l a s , c e r á m i c o s , pinturas ydecoloración de vidrio; producción de reactivos químicos, u s o s terapéuticos yfungícidas. Otras aplicaciones principales lo encontramos en fabncación de aceros al manganeso;aleacíonescon aluminio, producción de reactivos q u í m i c o s : permanganato de potasio con propiedades fuertemente oxidantes y corrosivas; el dióxido de m a n g a n e s o (MnOa) que se emplea c o m o despolarizadorde p i l a s , MnCl2, pirofosfato de m a n g a n e s o ; c o m o colorante 238

concentrados

Geocronita (PbsSbAsS), jamesonita (Pb4FeSbSi4), oweheita (PbsAgzSbeSis), buornonita (CuPbSbSs) u otros minerales s i m i l a r e s . La eliminación del As y/o Sb de los concentrados de plomo o su adecuada depresión durante la flotación no es posible en estos c a s o s , por existir entre estos y la galena similares características de flotación y lo m á s importante, estar químicamente a s o c i a d o s . 11.1.2. Arsenopirita (FeAsS) Es una causa bastante c o m ú n de contaminación por arsénico de los concentrados de plomo y z i n c . Si el intercrecim iento mineralógico g a l e n a arsenopirita no es fino, el desplazamiento de arsénico al concentrado puede s e r controlado, flotando el plomo a pH alto c o m o 10 a 1 1 , s i e m p r e que los iones C a * (cal) no afectan o d e p n m a n a la g a l e n a ; con dosis de cianuro adecuadas,condiciones en las cuales no flota la arsenopirita, esta práctica se debe realizar durante las etapas de flotación de limpieza y n o en el rougher para evitar pérdidas excesivas de p l o m o por efecto del pH alto. 11.1.3. Estibina (SbzSa) Podría ser activada por cationes o incluso iones de Cu^", contenidas en las sales solubles del mineral, si este fuera el caso podría ensayarse la flotación de plomo a un pH de 10.5, con NaOH que tiene propiedades depresoras sobre la estibina porla alta solubilidad de este sulfuro en medios alcalinos.

239

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz El HaiS es también buen d e p r e s o r d e estibina, aunque su uso en este caso no seria factible por deprimir también a la g a l e n a . 11.1.4. Cobres grises

13. M a n g a n e s o e n los c o n c e n t r a d o s sulfurados

La presencia de tetraedrita (SCuaS.SbaSa) - tennantita (3CU2S.AS2S3) en los concentrados de p l o m o , origina contenidos importantes de arsénico y antimonio. ' Durante la flotación de plomo si los contenidos de cobre no son económicamente significantes, la tetraednta - tennantita podrían ser d e p r i m i d a s p o r e l cianuro. Sin embargo, deberá considerarse las pérdidas de plata en los relaves ya que los cobres gnses presentan altos contenidos de este metal. De otro lado s e debe tener en cuenta la posibilidad de realizar la separación Cu-Pb, obteniendo un concentrado de cobre; de poco peso y alto contenido de plata, dejando el arsénico y antimonio en el concentrado de p l o m o , c o m o relave de la separación. 11.2. Contaminantes en los c o n c e n t r a d o s de cobre La presencia de arsénico y/o antimonio puede ocurrir por las siguientes causas: 11.2.1. Minerales complejos que tienen As y/o antimonio Enargita

(3CU2S.AS2S5)

El bismuto generalmente se reporta en los concentrados y por flotación no s e puede eliminar este contaminante, sin embargo s u presencia no es tan crítica c o m o el arsénico o el antimonio.

tetraedrita

(3Cu2S.Sb2S3)

-

tennantita

(3CU2S.AS2S3).

Producirán concentrados de cobre con contenidos apreciables de A s , Sb y también de plata, la eliminación de arsénico y antimonio de estos concentrados solo se podrá realizar por métodos piro o hidrometalúrgicos. 11.2.2. Arsenopirita Puede s e r e l i m i n a d a en las etapas de limpieza a un pH alto (10.5 a 11.5) y dosis adecuadas de cianuro, en este caso el pH no afecta al cobre. 12. M e r c u r i o y b i s m u t o e n los c o n c e n t r a d o s sulfurados El mercurio en la naturaleza se puede encontrar en forma de sulfuro de mercurio ( c i n a b n o ) y c o m o mercurio metálico, ambos son muyflotables y s e concentrarán con los valores del mineral, otra fuente de contaminación con mercurio es en labores mineras antiguas de extracción de oro por a m a l g a m a c i ó n . La eliminación puede ser más sencilla, aprovechando el bajo punto de evaporación del mercurio.

El m a n g a n e s o está presente en muchos minerales de p l o m o , plata y zinc, principalmente como alabandita (MnS), se ha encontrado altos porcentajes de m a n g a n e s o en estos concentrados, lo que dificulta su comercialización; porflotación es difícil eliminado. C o m o sulfuro tiene propiedades de flotación muysimilares a la galena y esfalerita, los reactivos que activan o deprimen al plomo o zinc, también activan o deprimen al sulfuro de m a n g a n e s o . Los concentrados que tienen este contaminante, se pueden tratar por lixiviación acida, para disminuir el contenido de m a n g a n e s o , con lo cual se logra elevar la leydel concentrado sulfurado de plomo - plata yobtener un producto adicional de sulfato de m a n g a n e s o ; producto m u y útil en la agricultura. 14. Avances en flotación de minerales Los cambios m á s importantes en el procesamiento de minerales poíimetálicos durante los últimos a ñ o s , se han enfocado hacia una mayor recuperación y calidad de los concentrados, reducción del c o n s u m o de energía, y principalmente a procesar tonelajes mucho más altos, reducir la infraestructura,y automatizarlos procesos para mejorar el control y con ello disminuir la m a n o de obra. C o m o consecuencia del avance de la tecnología se han instalado equipos de gran dimensión, que realizan la m i s m a función desde los inicios de la flotación; triturar, moler, clasificar, flotar, sedimentar, filtrar y secar, por eso es muy necesario darie mayor valoragregado a nuestros concentrados de flotación. La flotación cumple poco más de un siglo; el gran desarrollo tecnológico en los últimos 20 a ñ o s , está principalmente centrado en incrementar la producción y la productividad, como consecuencia del incremento de la demanda de minerales, el aumento de la población y la mejora del estándar de vida de la m i s m a , hay un avance en solucionar los problemas ambientales y sociales, derivados d é l o s relaves que vienen desde tiempos inmemoriales, los cuales se agravaron en los últimos años del siglo pasado. El mayor avance tecnológico logrado es quizás el relave en pasta o relave filtrado, que se utiliza como relleno de m i n a , y el diseño y construcción de presas de almacenamiento con revegetación post cierre. 241

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz T a m b i é n hay un avance en el remplazo parcial o total de algunos de los reactivos fuertemente tóxicos, como el bicromato, cianuro, xantatos, por otros menos contaminantes, esperamos que en un futuro próximo se logren dichos objetivos.

242

Flotación y Concentración de Minerales

BIBLIOGRAFÍA 1.

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243

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244

CAPITULO VIII F L O T A C I O N DE M E T A L E S P R E C I O S O S 1. Introducción a la flotación y p r o d u c c i ó n del o r o y plata

L

a flotación es uno de los procesos de beneficio metalúrgico para extraer el oro y plata de los minerales que lo contienen. Estos elementos p o r s u naturaleza especial, requieren a veces de otros métodos para poder recuperado eficientemente, como p o r e j e m p l o , concentración gravimétrica, cianuración y en minerales complejos o m á s comúnmente conocidos como refractarios, requieren de oxidación previa a la cianuración, o una combinación de los procesos antes mencionados. Los metales preciosos son m u y importantes y significativos en la economía de nuestro país, veremos en detalle el método de flotación para recuperado de sus minerales. En la primera parte nos ocuparemos del oro y al final de la plata. El Perú es un país de antigua tradición minera, especialmente la minería aurífera; la presencia de la cordillera de los andes a lo largo de nuestro territorio, constituye la fuente principal de los recursos minerales, con 1.19% del total del territorio nacional dedicado a esta actividad, quedando un 13.83 % del área concesionada que falta explorar. 1.1. Plantas de beneficio A finales de año 2 0 1 2 , operaban 119 plantas de beneficio de la mediana y gran minería, algunas de las cuales usan m á s de un proceso de tratamiento. Se autorizó el funcionamiento de 6 nuevas plantas. El m i s m o año s e aprobó el proyecto y autorizo la construcción de 09 plantas adicionalesyobtuvieron autorización de ampliación, 28 plantas de beneficio. Las principales regiones productoras de oro f u e r o n : Cajamarca, La Libertad yArequipa. 1.2. Estratos de la minería Actualmente los titulares de la minería están agrupados en tres categorías o estratos; la gran y mediana minería, la pequeña minería y l a minería artesanal. El cuadro N° 8 . 1 , detalla esta información desde el año 2003 hasta el año 2 0 1 2 . La gran minería opera en forma integrada; abarca operaciones de cateo, prospección, exploración, desarrollo, extracción, concentración, fundición, refinación y e m b a r q u e . La mediana minería agrupa alrededor de 100 e m p r e s a s , se caracteriza por contar con un considerable grado de mecanización y adecuada infraestructura, limita sus operaciones a la extracción y concentración de minerales.

245

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Las pequeñas empresas mineras, dedicadas principalmente a ia actividad aurífera subterránea, aluvial y a la extracción de minerales no metálicos. 2010

>,106 ),054 5,125 5,933 4,817

5,095

5,164

1,495

129

150

197

168

Minería Artesanal

0

Lavaderos 413

TOTAL

40

0

44

1

2006

2009

Gran y Mediana Minería

31

2005

2008

2003

Pequeña Minería

2004

2007

Estratos /Años

79 1

475

517

508

5,550 ),569

3,687

3,521

1

1

1

2

2011 2012 1/ 4,408 4,563

210

1

256

1

2012Productos Unlda< 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 20111 1 /años Miles 843 1,036 1,010 1,048 1,190 1,268 ,276 ,247 ,235 1,239 TMF Miles Onzas 5,550 5,569 6,687 6,521 5,473 5,783 5,916 5,275 5,343 5,187 finas

Cobre Oro

Zinc

Miles TMF

Plomo

1,374 1,209 1,202 1,203 1,444 1,603 1,513 1,470 1,256 1,281

Miles 309

TMF

306

319

313

329

345

302

262

230

249

553

610

723

367

Hierro

Miles 3,485 4,247 4,565 4,785 5,104 5,161 4,419 6,043 7,011 6,685 TMF

5,473 5,783 5,916

5,275

j,343

5,187

Estaño

Miles TMF

40

42

42

38

39

39

38

34

29

26

Molibdeno

Miles TMF

10

14

17

17

17

17

12

17

19

17

526

537

Cuadro N° 8.1 R-oducción de oro por estratos 2003-2012{Miles de onzas finas) Datos preliminares: 1/ Fuente: Anuarb minero 2012; Ministerio de Energía y Minas del Perú

Cuadro N° 8.2 Producción minero metálica del Perú: 2003-2012/ Fuente: Anuario minero 2012; Ministerb de Energía y Minas

1.3. P r o d u c c i ó n de m e t a l e s , e m p r e s a s productoras y destino del oro... La producción aurífera durante el presente año fue: 5'186,747 onzas finas. En el cuadro N" 8.2, vemos la producción de los diferentes metales y específicamente del oro para los años 2003 al 2 0 1 2 . Las tres e m p r e s a s mineras en el ranl
Producción de oro: 2001-2012/ Empresa minera Total

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011-1 2012-'

5,550 5,569 6,687 6,521 5,473 5,783 5,916 5,27: 5,343

5,187

2,848 2,908 3,317 2,612 1,564 1,807 2,058 1,46:

1,293

1,34(

Minera Barricli Masquichilca

912

646

1,177

1,668

1,606 1,575 1,278 998

915

865

Cia .de Minas Buenaventura

182

203

229

253

365

363

359

385

342

274

Minera Yanacocha S.R.L

-

-

-

-

~

-

-

-

53

200

Consorcio Mro. Horizonte

154

129

140

162

156

166

161

193

190

184

Aruntani S.AC

103

127

207

207

171

148

172

209

199

178

35

143

160

168

177

La Arena SA

Gold Plelds La Cima

247

A r i g e l A z a ñ e r o Ortiz Mra./^rif.Relamas

167

1^9

Cia.Mra./^rlfSantif Rosa

118

13^1

Cia. Minira Coimoiachi S.A

-

--

Cia.Mra.Podirosa^

91

99

Mineria La ZanJa.S.R.L

--

Arasi S.AC

-

170

85

Flotación y Concentración de Minerales

159

130

139

153

157

166

176

158

177

139

158

185

182

161

44

139

116

114

127

38

134

112

77

78

101

106

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Total

75,196

76,125

75,279

73,065

78,906

82,286

85,591 85,371

7,234

7,877

8,841

9,163

10,288

11,092

11,639

11,896

2012/1

37

88

87

67

69

91

China

233

196

186

99

74

58

47

45

Australia

8,423

7,941

7,941

6,912

7,202

37

37

34

31

29

32

31

35

8,391

8,295

8,038

Estados Unidos

8,231

8,102

7,652

7,491

7,170

7,427

7,523

7,395

Rusia

5,279

5,123

5,047

5,531

6,200

6,174

6,430

6,591

9,474

8,749

8,121

6,840

6,354

6,067

5,819

5,466

Cia.Mra.Car»eli S . ^ A Compañía Miiura S ^ Simón

35 19

^3

51

73

90

74

96

80

31

21

Xstrata Tintaya ^ • ' ^

4

^9

33

40

39

37

38

30

34

19

Corporación Mineil^—'^ Centauio a

Pais es

0

190

Cedimin S.AC

Fuente: Anuario minero 2012;Ministerio de Energía yMinas del Perú.

0

Cia.lWra.ArosS.Aq^

2Í!6

n.d = no disponible; 1/Datos preliminares/2/Datos estimados Cuadro N° 8.3 Producción de oro, según e m p r e s a año 2 0 0 3 - 2 0 1 2 ; Miles de onzas finas.

—

32

26

32

38

24

14

15

19

South Africa

42

44

44

28

47

51

25

25

10

Perú

6,687

6,521

5,473

5,783

5,916

5,275

5,343

5,187

Indonesia

4,200

2,996

3,789

2,070

4,180

3,858

3,086

3,054

Canadá

3,844

3,328

3,286

3,054

3,130

2,926

3,119

3,279

Uzbekjstái

2,894

2,733

2,733

2,733

2,894

2,894

2,926

2,894

Sociedad Mirara Brocal

-

-

-

-

1

SoutliernPeru Copper Corporatit

8

8

7

8

7

7

8

7

8

8

24

?7

22

22

23

17

11

6

8

7

Ghana

2,149

2,245

2,322

2,346

2,568

2,636

2,572

2,861

9

6

5

6

8

8

6

6

5

5

México

976

1,253

1,265

1,619

1,652

2,334

2,701

2,797

5

4

3

2

2

2

2

2

2

2

2,202

1,876

1,850

2,169

2,180

2,180

2,122

1,929

227

^44

226

262

212

291

347

431

536

611

Papua Nueva Guinea Brasil

>75

517

508

526

537

553

610

723

367

1,231

1,385

413

1,596

1,758

1,802

1,865

1,993

1,800

Otros

12,373

15,997

15,363

15,595

17,370

19,167

22,023

22,184

n.d

(i.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

fd

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

Cuadro N° 8.4 Producción de oro por país; Miles de onzas troy 1/Datos preliminares

Madre DeOios

413

*75

537

553

610

723

367

Fuente: United States Geologycal Survey; Anuario rrinero 2012; Ministerio de Energía y Minas.

Puní

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

n.d

Minas A-iratua S. Cia.Mra.Maciicha.

5>

Cia.Mra.Nva.Califoi^ S.A Otroi Muvial Y Lavaden 21

Costa Sur (lea Arequipa) CosU NortelLIbert, Patiil

248

517

508 n.d

526

3

3

6

8

10

249

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

La cotización del oro para los años, 2002 al 2012, está en el cuadro N° 8.5. 14.

C o m p r a , venta y refinación de o r o . . .

Al año 2 0 1 2 , en el Perú, 2,806 personas naturales y jurídicas estaban registradas para este tipo de actividad: 361 se dedican solo a venta; 7 a su refinación; 1,380 a la compra y venta y 1,058 a la compra, venta y refinación de oro. Están registrados en el Ministerio de Energía y Minas, un total de 11,036 titulares m i n e r o s , de los cuales 4,028 pertenecen a la pequeña minería, 3,104 a la minería artesanal y 3,804 al régimen general de la gran y mediana minería. La actividad minera permitió el sustento de 3'297,248 personas, de las cuales 206,078 personas obtuvieron empleo directo, 824,312, s e beneficiaron con empleo indirecto y2'266,858 personas, dependen de los trabajadores que tienen empleo directo e indirecto. Las exportaciones mineras al cierre del año fueron de US $ 25,921 millones, durante el m i s m o año el sector minero contribuyo a las regiones con 5 mil 700 millones de nuevos s o l e s . La región Ancash, recibió un total de 988'038,852 nuevos soles, le sigue en o r d e n ; Arequipa con 815*482,257 y Cajamarca recibió 592'503,055. Respecto a la participación en ventas de los productos m e t á l i c o s ; el cobre ocupa el primer lugar con el 4 0 . 4 % s e g u i d o por las ventas de oro: 38.88% y en tercer lugar el plomo con 9 . 6 5 % 1.5.

Cotización del oro

Cuando el precio del oro supero largamente el récord de U S $ 850 la onza, en la década del 8 0 , muchos pensaron que la cotización del metal dorado estaba alcanzando nuevos récords. Estoen parte es cierto, siempre y cuando el término de intercambio entre el dólar y el oro sea visto en términos de dólares n o m í n a l e s ; pero los dólares ofrecen un panorama diferente de la realidad. En Estados Unidos a causa de la inflación, el dólar ha perdido mucho de su valor real, de tal manera que h o y e n día, un dólar compra mucho menos que hace 30 a ñ o s . El índice de precios del consumidor (IPC) se utiliza generalmente para h a c e r u n a comparación enti-e el valor del precio del oro.

299

AÑO

Cotización: US$

2002

310.13

2003

363.62

2004

409.85

2005

445.47

2006

604.58

2007

697.41

2008

872.72

2009

973.62

2010

1,225.29

2011

1,569.53

2012

1,669.87

Cuadro N° 8.5 Cotización de oro: años 2002 - 2012 Fuente: Anuario minero 2012; Ministerio de Energía y Minas 1.6. Ranking e n p r o d u c c i ó n del o r o El ránking de los países productores, está en el cuadro N° 8.6, donde podemos aprecíarqueen producción de oro, estamos en el primer lugar en Latinoamérica y e n el sexto lugar a nivel mundial. En plata ycobre estamos ubicados en el segundo lugar; y en zinc, estaño y plomo s o m o s los primeros productores en Latinoaménca. mineral

Mundial

Latinoamérica

Plata

3

2

zinc

3

1

Estaño

3

1

Plomo

4

1

oro

6

1

Mercurio

4

2

Cobre

3

2

Molibdeno

4

2

Selenio

9

2

Cadmio

10

2

Hierro

17

5 251

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Cuadro N° 8.6 Perú: posición de producción minera año 2012 Fuente: US. Geological Survey-USGS-, The Silver Institute; Gold Relds Minerals Services-GFMS, International Copper Study Group-ICSG-;lnternational Lead and Zinc Study Group LZSG-Internatbnal Tin Research Institute- rrFU-;lnternational Molibdenum Association - IMOA-Instituto Latinoamericano del Hierro y del AceroILAFA.

El ciclo geoquímico de oro y p l a t a s e ha dividido por etapas, en zonas profundas continentales, las rocas contienen 0.005 ppm de oro y 0.05 ppm de plata, al ser activadas por la presencia de a g u a , presión y temperatura elevada que al cristalizar forman la corteza terrestre, donde el oro se distribuye en promedio de 0.004 ppm y 0.08 ppm la plata.

Fuente: Anuario minero 2012; Mnisterio de Energía y Minas 1.7. Propiedades físicas del o r o Es un metal de color amarillo característico, blando, muy dúctil y maleable, puede reducirse a láminas hasta una diezmilésima de milímetro de espesor (pan de oro). Una onza de oro puede moldearse en una lámina que cubra 28 m^; en la escala de dureza de Mohs, está entre 2.5 y 3, y posee una gravedad específica de 19.3 gr/mlL Es inalterable frente a los agentes atmosféricos y solo es atacable por muy pocos agentes químicos, como el cloro, bromo, agua regia y e l cianuro de s o d i o , en presencia de oxígeno. Es resistente y n o lo atacan los ácidos ni bases fuertes. 1.8. Características químicas del oro nativo El oro nativo generalmente contiene Ag, Cu y Fe y desde trazas hasta menores proporciones de algunos de los siguientes e l e m e n t o s : Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, C d , Hg, Bi, Al, Ge, Pb, Ti, As, Sb, Te, Mn, Pt y tierras raras. El oro nativo de los placeres, generalmente contiene menores proporciones de plata que los correspondientes yacimientos p n m a n o s , y contiene mayor pureza, debido a que la plata y o t r o s elementos han sido parcialmente lixiviados. Un estudio de minerales auríferos de veta y placeres, demostró que de 24 elementos detectados (incluye el oro), los elementos comunes para todas las muestras son Ag, C u , Fe y T i , a d e m á s de e s t o s , en las muestras de veta e r a n : Pb, Pd, Bi, V, Ni y Co y en las muestras de placeres s o n : T i , Zr, La y Cr. B e c t r u m (oro argentífero) La mayorparte de la plata en el oro, se encuentra como constituyente de la red cristalina. Existe un amplío rango de sustitución, que va desde el oro nativo a través del oro argentífero (electrum), plata aurífera (kustelita) hasta plata nativa.

Al disminuir la temperatura y presión, el oro tiende a concentrarse asociado al ensamble cuarzo-pirita-arsenopirita, con valores entre cero a 45 ppm y de 5 a 80 ppm en plata; debido al efecto reductor del Fe'^ y As ^ en menos proporción lo hacen los sulfuros de metales b á s i c o s . La plata se concentra en la tetraedrita entre 2,000 a 7,000 p p m , y e n la galena entre 1,000 a 7,000 p p m , manteniéndose en a m b o s trazas de oro, a baja presión y temperatura, el oro y l a plata alcanzan valores notables; la plata forma sulfuros y sulfosales tales como la argentita, pirarginta y proustita. El oro ocurre c o m o metal nativo, y en algunos casos se asocia a la rodonita (SiOaMn) y rodocrosita (MnCOa). Frente a los agentes del intemperismo:agua,oxígeno, temperatura, CO2 y materia orgánica, que actúan sobre las sulfosales ysulfuros que contienen oro y plata; estos se solubilizan parcialmente, dejando Au° y A g " libre en medio ácido (pH:2-4); los cuales al actuar en medios carbonatados, aumentan el pH y Eh, logrando oxidar y precipitar. El P e n q u e actúa sobre la Ag+, precipitando como Ag° y enriquecimiento del oro cerca o en la superficie, ligado a e n s a m b l e s de limonita, goethita, calizas, pizarras, algo • I m i l a r o c u r r e c o n los coloides negativos de manganeso que colectan plata.

2 . Minerales auríferos principales Oro nativo Cristaliza en sistema cúbico, en forma de octaedros y menos frecuente como romboedros. En la naturaleza se presenta c o m o agregados reticulares dondríticos, arborescentes, filiformes, esponjosos y laminares o como Impregnaciones en cuarzo. Aleaciones naturales Oro argentífero, (electrum) (Au, Ag).

Electrum s e denomina al oro q u e contiene entre 15 a 5 5 % de Ag, en el Peal es m u y c o m ú n p o r e j e m p l o : Mlllotingo, Tumiri, Colqui, San Juan de Lucanas y o t r o s .

Oro paladinifero (porpezita) (Au, Pd).

1.9. O r o y plata e n la naturaleza

Amalgama de oro (AuaHga).

El oro s e encuentra en la naturaleza e n una proporción b a j i s i m a . 252

Oro cuprífero, (cuproaururo) (Au, Cu). Oro platinífero (Au, Pt).

Teluros. 253

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Calaverita, AuTez, l
2 . 1 . Tipos de mineralización Yacimiento aluvial y coluvial: arenas o gravas con pequeñas partículas o laminillas de oro. •

Paleo-placeres que son conglomerados con guijarros de cuarzo, están entre los m á s importantes.

•

IVlineralización

alojada

en

unidades

piroclásticas

fragméntales;

(Yanacocha). •

Sedimentos silicificados con oro fino, a menudo asociado con óxidos de hierro.

•

Vetas y vetillas de cuarzo con oro y cantidades menores de pirita.

•

Vetas de cuarzo con oro en cavidades con limonita.

• •

Esquistos con oro libre entre las láminas de la roca. Yacimientos poíimetálicos, el oro s e recuperará c o m o subproducto.

2.2. Yacimientos principales O

Faja aurífera de Nazca, e j e m p l o s , Ocoña (Capitana, Poseo, Calpa),

O

Faja aurífera de Pataz, Tayabamba (Parcoy, La Paccha),

O

Faja aurífera de Marcapata: Sandia (Santo D o m i n g o , Montebello),

O

Placeres de origen fluvio - glaciar (San Antonio de Poto, Ancoccala, Trapiche en Puno y Pampa en Arequipa),

O

Placeres de origen fluvial: (Laberinto, en Madre de Dios, Quince Mil en Cusco).

2.3. Minerales que a c o m p a ñ a n al o r o El oro casi nunca está s o l o , la plata es uno de los metales que en diferentes proporciones está presente, existe una serie completa de soluciones s ó l i d a s . Forma especies minerales con A g , Te y Sb. También a c o m p a ñ a a muchos mineralessulfurados,donde el mayor componente es el cuarzo, en la mayoría de los casos presentan resistencia a la 254

L o s sulfuros auríferos más c o m u n e s son la pirita (FeSz), marcasita (FeSz), la c u a l e s d i m ó r f i c a c o n l a pinta,en lugarde un s i s t e m a cúbico,tiene sistema cristalino ortorrómbico; arsenopirita (FeAsS), y e n algunos casos pirrotita (Fe1-xS), donde x = 0.0 a 0.2. Existen 2 variedades principales; pirrotita hexagonal (FegSio) y monoclinica (FerSa). El oro es un micro constituyente c o m ú n , en un gran número de sulfuros y sulfoarseniuros, s e concentra en las especies d e : C u , Ag y S b , en la pinta y arsenopirita, en menor proporción en los sulfuros de plomo y z i n c . Las sulfosales normalmente no contienen altos valores de o r o .

Otros; maudanita, AuzBi.

•

recuperación del metal valioso, debido a que los metales preciosos s e encuentran d i s e m i n a d o s dentro de los sulfuros m i n e r a l e s .

En la galena el oro ocurre c o m o finas inclusiones de oro nativo, ia chalcocita, bornita y calcopirita, ocasionalmente tienen valores significativos de oro. El oro en la estibina está como diminutas inclusiones de oro nativo y aurostibita. En la pirita, arsenopirita, marcasita y pirrotita, el oro s e puede encontrar distribuido en sus diferentes estructuras; como relleno de fracturas. Intersticios, dislocaciones, fisuras e imperfecciones, d i s e m i n a d o y c o m o solución sólida (oro invisible). El oro atómico o invisible se presenta en dos f o r m a s ; cafiónica en la cual el oro sustituye al Fe de la pirita y arsenopirita y e n forma aniónica, en este caso el oro remplaza átomos de As de la arsenopirita, los radios atómicos del oro y a r s é n i c o son m u y s i m i l a r e s (Au=1.44, As = 1.39). Oro visible como ampollas de exolución, inclusiones, microvenillas, relleno de intersticios, reemplazamiento y microhalos. Figura N" 8 . 1 . La l i m o n i t a y e l wad tienden a s e r l o s portadores m á s comunes de oro, ospecíalmente cuando estos óxidos ocurren muy próximos a yacimientos auríferos. Se ha encontrado hasta 1.3 oz/ton de oro y m á s de 100 oz/ton de A q en el w a d . Grafito, carbón amorfo y matenales carbonosos son referidos como carbón, se encuenti-an frecuentemente en los depósitos de oro (Santo Domingo-Puno), el cuarzo es el mineral no metálico m á s c o m ú n de todos los yacimientos de oro y son del tipo incoloro o blanco l e c h o s o , negro, gris, moteado de negro y blanco, pardo, rojo, amatista y verde. Generalmente la pirita después del cuarzo, es el sulfuro mineral más Importante en los yacimientos auríferos. La hematita, magnetita e ilmenita t'.omúnmente s e encuentra en los placeres auríferos. 2 . 4 . Formas del o r o nativo Las formas m á s comunes del oro s o n : esponja (delustrado), e s c a m a (Inminilla), pepitas (granos), y hojuela (hoja, lóbulo)

255

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz o

Por flotación y concentración gravimétrica de minerales auríferos, e j e m p l o : mina Ana María y Shila.

o

Por cianuración de minerales finos y/o concentrados auríferos: Ocoña, Marsa, Antapite.

o

Lixiviación en montón de minerales g r u e s o s : Yanacocha, Pierina.

La pureza del oro en yacimientos epitermales es generalmente b a j a ; alrededor de 500 a 800 p p m . •

Oro Auvial

Oro que está en ríos, lagos o m a r e s , p o r e j e m p l o río Madre de Dios, rio Santa. La pureza del oro aluvial fluctúa entre 650 hasta 950 p p m . • Figura N° 8.1 Granos de Au nativo rellenando micro fractura de pirita, de 10x10 mieras Fuente: Fernando Zamora R. "Minera Aurífera Retamas S.A." 2.5. Reconocimiento del oro Se caracteriza por el color amarillo áureo, baja dureza, ductilidad, maleabilidad yaito peso específico, no se oxida, no lo disuelven los ácidos ni las bases fuertes. El oro se distingue de otros sulfuros amarillos, particularmente de la pirita, calcopirita y de las pajuelas amarillas de mica alterada; por su ductilidad y gran peso específico. Se funde fácilmente a ^063°C. Forma amalgama con el mercurio; soluble en agua regia (forma AuCb), en agua de cloro y en soluciones de K C N . El FeS04, SnClz, Cu°, K N O 3 , precipitan el oro del cloruro en forma de polvo pardo o púrpura (púrpura de c a s s i u s ) . Es un buen conductor del c a l o r y i a electricidad. Bajo el microscopio en presencia de otras especies minerales c o m o p i r i t a , calcopirita yplata nativa, s e debe aplicar AgNOs que ataca a los otros m i n e r a l e s , m e n o s al oro. 2.6. Fuentes principales del oro •

Oro filoniano (veta)

o

Subproducto de concentrados de flotación de metales básicos de C u , Pb y Zn.

256

Oro de reciclaje Provienen de joyas, partes usadas de la industria electrónica, dental,

etc.

2.7. O r o nativo d e s d e el punto de vista m e t a l ú r g i c o El oro libre puede ser: •

Oro limpio

Es el oro que ocurre en yacimientos hidrotermales y d e placeres, cuya superficie es limpia. •

Oro e m p a ñ a d o o iridiscente

Es el oro nativo cubierto por micropeliculas de materiales extraños que pueden ser submicroscópicos es decir menores a 1 miera. •

Oro revestido

Es el oro nativo cubierto por capas o películas de otros materiales con espesores mayores a 20 mieras, estos pueden ser: bismuto, cobre nativo, hematita, limonita, cerargirita, óxidos de Sb, Te, Mn, etc. 2.8. Usos del o r o El principal empleo del oro se da en joyería, m o n e d a s , instrumentos clontificos, placados electrolíticos, pan de oro, prótesis dentales, m o n e d a s , lingotes de inversión, construcción, aviación, etc. En orden de importancia (lo usos s o n : 257

Flotación y Concentración de Minerales; A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Es un proceso físico, algunos expertos lo clasifican c o m o un proceso de sinic and float (flotar y hundir). Un cuerpo se hunde en otro de menor d e n s i d a d , s e g ú n la teoría de Arquimedes.

>

Joyería

>

Inversiones

>

Electrónica

>

Aplicaciones Industriales

>

Odontología

•

Para el año 2 0 1 0 e l c o n s u m o d e o r o f i j e : C o n s u m o Mundial de O r o por Sectores (2010)

inversiones 35%

.

Hotación

Se usa en partículas libres nativas o sulfuradas, y q u e sean finas para ser elevadas por burbujas de g a s . Consiste en la anexión de partículas minerales a burbujas de aire, siendo llevadas a la superficie de la pulpa mineral para luego extraer la e s p u m a cargada, usando reactivos específicos d e flotación. •

Joyería 540/^

Cianuración

El proceso s e basa en que el oro y plata s e disuelven con gran facilidad en soluciones diluidas de cianuro de potasio o de sodio. La solución rica s e trata con carbón activado (adsorción) para luego recuperar el oro del carbón (desorción). La recuperación es bastante elevada, la calidad del producto es buena, de m o d o que el producto final es casi metal puro. 4. Concentración y r e c u p e r a c i ó n de o r o por gravedad

1%

I Fuente: World Gold Councll

|

Figura tf 8.2 C o n s u m o mundial de oro. Fuente: Worid Gold Council: 2010. 3. P r o c e s a m i e n t o de m e n a s auríferas Es posible recuperar el oro, e m p l e a n d o los siguientes métodos de tratamiento: •

Gravimetría

Se concentran los minerales b a s á n d o s e en la diferencia d e s u s pesos específicos, aplicando fuerzas de gravedad yfuerzas centrifugas, utilizando principalmente agua como medio fluido. •

Amalgamación

Todavía s e utiliza para tratar el oro nativo. Aquí s e e m p l e a el carácter d e solubilidad del oro en el mercurio. El oro limpio entra en contacto con el mercurio líquido, formando una mezcla, y dando lugar a una partícula revestida de mercurio, llamada a m a l g a m a . Luego se s e p a r a el oro del mercurio por destilación. En los lavaderos realizan un refogado de la a m a l g a m a , eliminando de esta manera el mercuno remanente, pero con serio daño ai medioambiente y t a m b i é n a los m i s m o s trabajadores.

Los métodos de separación por gravedad s e u s a n para tratar una gran variedad de materiales, que varian d e s d e los sulfuros metálicos p e s a d o s , c o m o galena, cuya densidad relativa es 7.5, hasta el carbón, densidad relativa 1.3; a s i c o m o también para recuperar oro libre, plata y platino de circuitos de molienda en plantas de flotación y/o d e cianuración, recuperación de oro aluvial y retratamiento de relaves de flotación. Estos métodos están perdiendo importancia debido al desarrollo del proceso de flotación, as i c o m o el desarrollo de otros procesos alternativos. Sin embargo, es necesaria la concentración gravimétrica; p o r s u relativa simplicidad, necesidad de recuperar partículas de oro, que p o r l a forma o tamaño, no tengan el tiempo suficiente de disolverse en la cianuración, o partículas esféricas pesadas, que s e desprendes de las burbujas de aire y se pierdan en los relaves. Producen relativamente poca contaminación ambiental. El oro nativo liberado, usualmente s e recupera por métodos gravimétricos, en tanto no s e a de tamaño demasiado fino. En la mayoría de c a s o s , el oro es muy fino y ocurre en forma de inclusiones y soluciones sólidas. Cuando el oro nativo fino está en forma de laminillas, en un proceso gravimétnco en canaletas o sluices, se pierde en el relave; al flotar naturalmente en la superficie del agua. Cuando el oro está asociado a los sulfuros, la flotación es el método de concentración tradicionalmente usado, seguido de cianuración al concentrado.

259 258

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz En el tratamiento de mineral de placeres auríferos o concentrados gravimétricos, cuya ganga son óxidos y silicatos, se puede utilizar colectores fuertes para asegurar la recuperación de oro, sin riesgo de flotar sulfuros. Este tipo de flotación no es c o m ú n , pero tía sido propuesto para minerales de baja ley y cuando el oro es muy fino, que no s e puede recuperar por concentración gravimétrica. En plantas de tratamiento de minerales de oro, aún de granulometria fina u oro invisible, se sugiere considerar un equipo de concentración gravimétrica en la descarga del molino, o al final del proceso. El mineral de cabeza cambia constantemente y a veces trae oro nativo libre. 4 . 1 . Equipos de c o n c e n t r a c i ó n gravimétrica Tenemos espirales,jig, m e s a gravimétrica, cuna, fajas, canaletas o sluices, conos o hidrociclones, concentradores centrífugos: knelson y falcon. El agua se utiliza como fluido casi en todos los procesos anteriores; el gas como el aire, también puede remplazara! agua donde es e s c a s a , en el jig y mesa. 4.2. Concentradores centrífugos

Flotación y Concentración de Minerales 5. Flotación y química de la flotación del o r o El oro es considerado como uno de los metales más preciados por el hombre, debido a sus propiedades físicas y q u í m i c a s , h a ocupado un papel importante en la historia y el desarrollo h u m a n o . En los depósitos auríferos, el oro se puede presentar asociado a óxidos metálicos especialmente como partículas d i s e m i n a d a s , en granos individuales de diferentes tamaños, conocido como oro nativo, en aleación con plata (electrum) y cobre; diseminado o en solución sólida con los sulfuros de hierro principalmente pirita, arsenopirita, marcasita y ocasionalmente en la pirrotita ytelururos. La flotación sólo para recuperar oro libre, se utiliza muy poco en la minería aurífera. Más se usa para recuperar sulfuros auríferos ¡unto con el oro liberado. En varios casos, la flotación ha sido probada para separar el oro libre de concentrados de sulfuros, reemplazando a la a m a l g a m a c i ó n . Esto fiinciona solamente para un tamaño específico de partícula, debido a que el oro m á s grueso, p o r s u m a s a y forma, no flota fácilmente. También es dificil hacerflotar las partículas ultra finas. Sin embargo, en un tamaño de grano entre 20 a 200 micrones, la fiotación es la más adecuada.

Los concentradores centrífijgos, constituyen la principal innovación realizada a los equipos de concentración gravimétrica de oro. En un tiempo muy corto, fian ganado gran aceptación para la recuperación gravimétrica de oro; frecuentemente en los circuitos de molienda para separar oro libre y evitar sobre molienda y antes de entrar a las plantas de cianuración o flotación para recuperar el oro grueso.

Actualmente todavía en algunos lugares, se recupera el oro nativo con la tradicional tecnología de amalgamación usando mercurio. Este metal es altamente nocivo para el medio ambiente y la salud h u m a n a , de acuerdo con las normas internacionales, s e debe erradicar de los procesos de beneficio el uso de mercurio, y una alternativa es reemplazar esta tecnología, por los procesos combinados de flotación y/o cianuración (intensiva) como método de recuperación de oro. Se debe a p l i c a r a los concentrados auríferos.

También existen muchos usos en plantas industriales, en la minería aurífera aluvial. Otra aplicación especial para los concentradores centrífugos es la recuperación del oro como un producto secundario, p o r e j e m p l o en canteras de grava. Todos los concentradores centrífugos operan con el m i s m o principio; básicamente, un recipiente que rota y efectúa la separadón gravitacional de la carga, en un campo centrifijgo.

El proceso de flotación es ampliamente usado c o m o un método rápido y eficiente, para s e p a r a r e l mineral aurífero a partir de sus gangas sulfurosas e insolubles, b a s a d o en la diferencia de su hidrofobicídad natural o inducida. Este proceso usa diferentes reactivos, tales como acondicionadores, colectores y depresores, los cuales modifican las propiedades superficiales del mineral.

4.3. Concentrador centrífugo f a l c o n El uso de campos gravitacionales altos (hasta 300 Gs) y grandes capacidades, permiten que las unidades recuperen metalesfinos liberados, y hacen eficiente las separaciones, incluso cuando otros procesos de gravidez son inadecuados. Estos concentradores pueden recuperar partículas ultra finas, liberadas y hacer separaciones de alta calidad, utilizando el campo gravitacional.

El proceso de flotación es relativamente complejo, dado que involucra aspectos tanto físicos, como químicos en la interfase mineral-solución y hasta factores mecánicos, en la celda de flotación. Para realizar el proceso de flotación del oro nativo, es necesario crear condiciones de hidrofobicídad para minerales de naturaleza hidrofilicas, c o m o es el oro puro, debe ser inducida por acción de reactivos, que modifican las propiedades que controlan la adhesión entre partícula y burbuja, la energía libre superficial y una medida d e la magnitud de ésta, es el ángulo de contacto. Los estudios sobre adsorción de colectores de flotación en las superficies del oro, concluyeron que; dependiendo de las condiciones de la

260

261

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz pulpa y del tiempo de acondicionamiento, son adsorbidas sobre la su perficie de las partículas en s u b monocapas y por lo tanto, el tiempo de acondicionamiento es una variable que puede l l e g a r a controlare! proceso de flotación. En ausencia de oxígeno, la superficie del oro puro, no es suficientemente hidrofóbica para que se realice la flotación; c o m o ocurre con todos los sulfuros metáleos, es necesario que exista una micro película de oxidación para que se adsorba el colector. El oro metálico libre puede ser recuperado eficientemente porflotación, aunque más comúnmente es recuperado con mineralessulfurosos,conlos cuales el oro está intimamente asociado, en granos finos no liberados como inclusiones discretas, en solución sólida o está asociado con minerales hidrofóbicos. La flotación deloro nativo de los minerales sin contenido de sulfuros y con m u y bajas concentraciones de oro libre, es difícil, p o r e l bajo contenido de m a s a del material que reporta el concentrado y la alta densidad del oro. Por ejemplo, una ley de 0.005%, equivale a 50 gramos de oro por tonelada de mineral, en este caso se trata de un mineral de oro de m u y alto grado, pero tiene baja concentración, comparado con leyes de minerales básicos mayores a 0.5% (5,000 gr/ton), que tienen la mayoría d e s u l f u r e s de cobre, plomo o zinc; tratados porflotación, donde la e s p u m a es mucho m á s estable. La baja concentración de oro en una tonelada de mineral, se traduce en una pobre estabilidad de la e s p u m a durante el proceso, disminución de la recuperación y grado de concentrado. A p e s a r d e estos factores, en estos m inerales, cerca del 100% de la recuperación de oro libre, se ha logrado por flotación bajo condiciones óptimas, con radíos de concentración entre 25 a 1 y 250 a 1. La flotación del oro es un proceso de cinética lenta, en comparación con otros minerales flotados, como la calcopirita, calcocita, y esfalerita, la mineralogía del mineral tiene un efecto profundo sobre las condiciones de flotación e m p l e a d a s , la selección del pH, tipo y cantidad de colector, espumante y cuando es necesario, activadores y/o depresores, son fundamentales para lograr una recuperación efectiva y conseguir el grado de concentrado adecuado para un tipo de mineral. Se recomienda un pH natural para la flotación de oro. En remplazo de la cal c o m o alternativa, el uso de NaOH para ajusfar el pH, puede d i s m i n u i r l a depresión del oro libre.

Las concentraciones de los colectores, están en el rango de 20 a 80 g/t, los iones xantato se oxidan en la superficie del oro para f o r m a r e ! dimero dixantógeno neutro: (EtX)2 + 2 e - > 2 E t X

(8.1)

(AmX)2 + 2 e ^ 2 A m X -

(8.2)

02+2H20+4e^40H-

(8.3)

^ '

Dónde: Et=grupo alquyi (C2)etil Am=grupo amy! ( 0 5 ) amyl Las especies no polares dixantógeno, forman una capa superficial aceitosa en la superficie del oro, haciéndolos hidrofóbicas, sin embargo, la oxidación de los iones xantato en solución, es m u y l e n t a : 4 R 0 C + 0 2 + 4 H * ->4(ROCS2) + 2H2O

(8.4)

Lo cual demuestra que la superficie conductora o semiconductora de los minerales de oro, es necesaria para la formación del dixantógeno. Los óxidos y silicatos no s o n conductores eléctricos, por lo tanto la acción colectora de los reactivos es m u y selectiva para el oro y los sulfijros; lo que significa que la adición de reactivos y las concentraciones s o n bajas. Electrodos de oro se han utilizado, como modelos en estudios sobre los m e c a n i s m o s en los que la flotación de minerales sulfurados, podría ser comparada, con el fin de entender las interacciones mineral y colector. En ausencia de oxígeno y un colector, la superficie del oro no es suficientemente hidrofóbica para que ocurra la flotación. Cuando se utilizó xantato pentii, sólo el 4 % de una m o n o capa fue requerida para hacer el oro flotable, esto indica que el incremento de la longitud de la cadena es beneficioso, para reducir la adición de reactivos. Las investigaciones similares para el ditiofosfato y mercaptobenzotiazol, sugieren que bajo un potencial, los aniones fueron fijados por adsorción y fue formado el ditiolato; y a potenciales mayores a un valor determinado, el ditiolato fue removido u oxidado, con una disminución correspondiente en el ángulo de contacto.

5.1. Química de la flotación del o r o

Lo que indica que para la mayoría de los colectores, la cinética de flotación alcanza un máximo, mientras se aumenta la dosificación del colector y el índice disminuye m á s allá de este máximo.

La hidrofobicídad del oro se ve reforzada por la adición de colectores de flotación, c o m o xantatos, ditiofosfatos y mercaptobenzotiazol, c o m o se usa en la flotación de minerales sulfurados, p o r e j e m p l o pirita.

Obviamente esta adición máxima varía, dependiendo del tipo del colector, pero es importante la no sobredosis del reactivo, puesto que este promotor no sólo disminuye la cinética de flotación sino que puede aumentar la flotación de minerales indeseables.

262

263

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz La sobre adición de cualquier reactivo tensoactivo, en un proceso donde se flota oro libre, puede tener un impacto negativo significativo en la eficiencia de la flotación, al disminuir la recuperación y el grado del concentrado del oro. Es una práctica c o m ú n en la flotación de oro libre, y e n la flotación de oro libre asociado con sulfuros auríferos, utilizar un s i s t e m a de d o b l e colector. El d o b l e - e s p u m a n t e se utiliza a veces cuando el mantenimiento de una e s p u m a estable, resulta dificil.

La flotación de minerales auríferos se utiliza cuando: O

El oro ocurre ocluido o asociado a los sulfuros,

O

La mayor parte del oro está en tamaños finos, y n o es posible realizar una concentración gravimétrica.

O

El oro está en solución sólida en los sulfijros de hierro. Se realiza la flotación, posteriormente el concentrado pasa por un proceso de oxidación para liberar el oro encapsulado, antes de su cianuración.

6 . R o t a c i ó n del o r o Es interesante la opinión de Nagaraj et al, quien sostiene que el oro metálico 1 0 0 % puro no adsorbe ningún colector. Sin embargo, el oro casi s i e m p r e forma aleaciones, incluso con pequeñas cantidades de metales, en este caso la adsorción aumenta significativamente. En la naturaleza casi todo el oro contiene plata, u otro elemento metálico, lo cual es suficiente para una buena adsorción de un colector y posterior flotación. El oro libre es flotable en la mayoría de procesos industriales, lo que significa que puede ser recuperado sin o mínima adición de colector, esto es debido a la adsorción de tiidrocarburos yotras reacciones de superficie, que d e p e n d e n de las propiedades metálicas del oro, en especial su alta conductividad eléctrica, que permite que las reacciones electroquímicas de superficie s e produzcan catalítica y selectivamente. Sin e m b a r g o , l a s propiedades superficiales del oro y l a s aleaciones de oro, c o m o el electrum (Au-Ag), (Au-Te), pueden ser afectadas por las etapas de procesamiento de minerales precedidas, tales c o m o el chancado, trituración, pre tratamiento de oxidación, lixiviación y separación s ó l i d o liquido. Estas etapas del proceso pueden conducir a recubrimientos e impregnación de materiales extraños en la superficie, así como la formación de lodos, que pueden interferir con la fiotación del oro y minerales auríferos. En muchos c a s o s , el oro puede ser efectivamente recuperado por flotación a pH neutro o cerca al neutro. La distribución del tamaño de partículas también puede desempeñar un rol importante en la eficiencia de la flotación de oro libre. Así como la adición del colector por etapas incrementa la recuperación, principalmente del oro laminar grueso. El acondicionamiento a alta intensidad, es una buena alternativa para mejorar la recuperación del oro, el aumento de energía en la agitación, provoca una s u s p e n s i ó n de partículas, una segregación selectiva entre partículas hidrofóbicas, mejor dispersión de reactivos, limpieza de la superficie del oro e incorporación de burbujas a la superficie de mineral durante el acondicionamiento. Un alto contenido de lamas tiene efecto negativo en la recuperación de oro por flotación, fracciones ultra finas menor a 13 p m , producen bajas recuperaciones. 264

Revestimientos La flotabilidad de oro libre depende de la condición de la superficie expuesta. Por ejemplo, capas de sales de metales hidrofilicos puede haber sido precipitadas en la superficie del oro, ocasionando reducción de la hidrofobicídad de la superficie, y en consecuencia la reducción de la recuperación del oro. 7. Reactivos químicos y o t r o s p a r á m e t r o s para flotar oro Para flotar oro se usan generalmente los reactivos colectores: xantato 3 0 1 , aerofloat 208; aerofloat 25, aerofloat 242, aerofloat 404. Regulador de alcalinidad: carbonato de sodio. Dispersante de ganga l a m o s a : silicato de sodio. E s p u m a n t e s : aceite de pino, IVIIBC. Activador de oro y sulfuros de hierro: sulfato de cobre, acetato de plomo. Tener s i e m p r e presente, que cada mineral es único, y requiere de investigación para encontrar los mejores reactivos para su beneficio metalúrgico. 7.1. Sinergia del u s o de doble c o l e c t o r El efecto beneficioso de la aplicación de doble colector, para la recuperación del oro libre y sulfuros auríferos es bien conocido, ejemplos de aplicación de tales sistemas de doble colector en la práctica incluyen; ditiofosfato con ditiocarbamato, xantato y ditiofosfato, y xantato y trithiocarbamato. Cuando s o n utilizados dos colectores, la recuperación de oro es más alta que cuando se utiliza cada colector por separado, a m e n u d o la adición de colectores com binados, puede ser optimizada a dosificaciones m á s bajas que el requerido para cualquier colector solo. La secuencia de adición de colectores dobles también puede tener un efecto significativo en la recuperación del oro. 265

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 7.2. Espumante y estabilidad de la e s p u m a La estabilidad de la e s p u m a es un factor crítico, para la eficacia de la flotación del oro libre, y la estabilidad adecuada debe ser elaborad a a partir de espumantes, controlando cuidadosamente la densidad y viscosidad de la pulpa, utilizando pre aireación con nitrógeno, cuando es necesario, y teniendo en cuenta la separación por flotación de las diferentes distribuciones de tamaños y/o eliminación de finos. La presencia de hierro metálico (medios de molienda) en la pulpa también ha demostrado que ayuda a la estabilidad de la e s p u m a . Cuando la estabilidad de la espuma es un problema, el uso de sistemas de doble espumante, por ejemplo aceite de pino con glicol éter de metilo y polipropileno, puede ser beneficioso. 7.3. M o d i f i c a d o r e s , d e p r e s o r e s El efecto de la concentración excesiva de cal o hidróxido de sodio en la pulpa de flotación de oro libre, sobre todo la cal, hay evidencia que deprime ai oro libre. Los modificadores orgánicos, tales como el ácido cítrico y oxálico, cuando se utilizó junto con xantato y colectores ditiofosfatos para la flotación de cobre; el oro mostró incremento en la recuperación. La adición de aceites de hidrocarburos, como gasolina o kerosene también han demostrado que aumentan la recuperación de oro. 7.4. A c t i v a d o r e s El sulfato de cobre se usa comúnmente como un activador, para p r o m o v e r l a flotación de oro libre y minerales auríferos sulfurados.

7.5. Densidad de pulpa La flotación de partículas de oro libre, es optimizada en mezclas de alta densidad de pulpa, mayor a 3 5 % de sólidos, los cuales dan una mejor oportunidad para el contacto de partículas de oro y burbujas, en pulpas que contienen relativamente bajas concentraciones de oro. El uso de mayores densidades de pulpa favorece la flotación de oro grueso, ayudando a mantener las partículas m á s grandes de oro en la fase de e s p u m a . Sin embargo, hay un conflicto entre la densidad de pulpa y viscosidad. La pulpa de alta viscosidad puede resultar en dificultar el apego de las partículas de oro a las burbujas, debido a la mayor competencia con otros minerales. 266

Flotación y Concentración de Minerales 7.6. T e m p e r a t u r a Un estudio ha demostrado que el aumento de temperatura p o r e j e m p l o de 15 ° C a 30 " C, reduce la recuperación de oro libre, pero aumenta la recuperación de minerales sulfurosos; pirita y pirrotita. Otras investigaciones han demostrado que temperaturas bajas, menores a 25 ° C , pueden afectar negativamente la flotación, debido al aumento de viscosidad de la pulpa y en algunos c a s o s , la calefacción, puede ser beneficiosa. Sin embargo, temperaturas superiores a 50 ° C son perjudiciales para la fiotación, probablemente debido a la desorción del colector u otro fenómeno relacionado a la superficie. 7.7. La calidad del agua La flotación de oro libre es generalmente insensible a las variaciones moderadas en la química del agua, y una flotación efectiva se puede lograr en agua m u y salada, e incluso agua de mar, una excepción a esto es el efecto de altas concentraciones de iones Ca^*, (aguas duras) que disminuyen la flotación de oro libre. 8. T a m a ñ o de partícula para flotar o r o El requisito mineralógico principal para la fiotación efectiva de oro, es q u e d e b e e s t a r l i b e r a d o , e s d e c i r c o m o granos de oro libre, o que ocurra en forma y tamaño de partículas que son flotables. D e b i d o a l a alta densidad del oro (19,300 Kg/m^), el tamaño de partícula tiene un gran efecto sobre su recuperación. La flotación es efectiva para partículas de oro en el rango de tamaños enti-e 20 a 200 micrones, la cinética de flotación es m á s rápida para tamaños m á s finos de las partículas de oro, que para las partículas m á s grandes. En tamaños finos menores a 20 p m , la selectividad de oro s e reduce debido a co-flotación de los componentes de la ganga, aunque las partículas de oro s e pueden recuperar de manera efectiva en otros c a s o s , siempre que la formación de pulpa pueda ser controlada. En el rango de tamaño grueso, la flotación se debe realizar a alta densidad de pulpa, mayor a 3 5 % de sólidos, esto ayuda a reducir la sedimentación de partículas de oro. Para el tratamiento de los minerales que contienen oro en tamaños de partículas más gruesas, alrededoro mayor a 200 p m , los diagramas de flujo han incluido la concentración por gravedad e históricamente la amalgamación, ahora prohibida porrazones medioambientales y daños a la salud humana del mercurio. Se usa más recientemente la cianuración intensiva'®'. 267

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Debido a su alta densidad y maleabilidad, el oro tiende a ser triturado durante la molienda, y las superficies pueden ser recubiertas o incrustadas con partículas de mineral de ganga y recubrimientos de hierro. Aunque la partícula triturada presenta una superficie mayor que las partículas esféricas, los efectos perjudiciales de la degradación de la superficie, pueden tener un impacto significativo en la flotabilidad. Se ha comprobado que estas partículas de oro triturado tienen una parte plana, pero de superficie m u y dura, mayor rugosidad, partículas de oro menos hidrofóbicas, en consecuencia, obstaculizan el apego a las burbujas y l a flotabilidad. Varias p m e b a s sobre concentrados de calidad directamente.

flotación de oro grueso han producido suficientemente alta, c o m o para fundir

En Sudáfi-íca, un concentrado fije flotado con colector ditiofosfato, alcanzando un 9 8 % de la recuperación de oro, dando un concentrado que s e fundió satisfactoriamente. Sin embargo, en otro caso, la flotación de concentrado de oro con un contenido de 2,5 kg / t de Au, no era económicamente viable fijndir, y la cianuración intensiva era la mejor alternativa. El cuadro N° 8.7, muestra rangos de tamaño de partícula de algunos sulfuros y o r o , en los cuales s e logra una máxima recuperación por flotación. La flotación de sulfuros y d e l oro, generalmente es mejor con las partículas m á s grandes de este rango y decrece con la disminución del tamaño de partículas.

Mineral

Rango e n M i c r o n e s : p m

Galena

6-70

Esfalerita

8-90

Calcopirita

1 5 - 60

Pirrotita

9-40

Arsenopirita

15-120

Pirita

20-150

Oro

20-200

Cuadro N° 8.7 Rango de tamaño adecuado para flotación de minerales sulfurados Fuente:Vidalon Gálvez, José

T a m a ñ o de partícula, equipos y métodos de concentración del oro, cuadro N ' 8.8. Tamaño

pm

Equipos/proceso

>200

Sluices

<200

Jigs

< 5 0 a 100

Espirales

<50

Mesas vibratorias

< 1 0 a 20

Concentradores centrífugos

20 a 200

Flotación

Cuadro N° 8.8 Tamaños adecuados de partícula de oro y equipos de concentración o flotación Fuente: VkJalón Gálvez, José

9. Factores químicos y físicos que a f e c t a n a la r e c u p e r a c i ó n del oro Un modelo conceptual e>a;elente para flotación del oro libre y de minerales auríferos, s e ha propuesto proporcbnando una visión general de los factores químicos yfísicos que afectan a la recuperación de oro. Los factores principales que afectan la recuperación de oro se consideran en las secciones siguientes. 9.1. Efectos galvánicos Interacciones galvánicas se pueden producir entre la conductividad de minerales de la m e n a , como pirrotina, pirita, y otros componentes sulfijrosos de hierro en la alimentación y l o s medios de molienda. Según un estudio, la presencia de hierro metálico reduce el potencial de carga de la pirrofina, reduciendo así el alcance de formación de óxido y / o hidróxido en la superficie del mineral, esto a su vezaumenta el potencial de activación con el cobre y por lo tanto, aumenta la flotabilidad de la pirrofita. Un resultado similar s e índica para la pirita, aunque el efecto n o es tan fuerte, sin embargo, aunque la recuperación del oro se incrementó. En general en presencia de hierro metálico, la recuperación de oro libre s e redujo, probablemente debido a la creciente competencia por sitios en la superficie de la burbuja, debido a la flotabilidad mejorada de minerales sulfurosos. 269

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 9.2. Efecto de los m i n e r a l e s s u l f u r a d o s e n la flotación de o r o libre La mayoría de ios trabajos de investigación en la flotación de oro, se ha centrado tanto en el oro libre c o m o e n minerales tales c o m o pirita, pirrotina, arsenopirita y marcasita que contienen oro. Estos trabajos de investigación han puesto de manifiesto importantes interacciones, que pueden afectar significativamente la recuperación de estos minerales, y e n consecuencia la recuperación del oro en general. Cuando el oro libre es flotado al m i s m o tiempo, con los minerales sulfurados, hay com potencia por sitios en la superficie de la burbuja. En condiciones donde se optimiza fiotación de minerales sulfijrados, la evidencia sugiere, que la adición de partículas de oro libre a las superficies de la burbuja, es obstaculizada, este efecto se ve agravado en rangos de tamaño fino, m e n o r a 10 micrones, donde s e reducen las diferencias del grado relativo de hidrofobicídad entre las partículas. 9.3. Efecto de gangas no s u l f u r o s a s y finas en la flotación de o r o libre Varios componentes del mineral.tales como arcilla fina o minerales que forman arcillas, ácidos h ú m i c o s , fulvatos, y óxidos de hierro hidratado, pueden dificultar la adhesión de oro libre a la superficie de la burbuja, los efectos adversos de estos componentes es exacerbada en rangos de tamaño fino, menor a 10 p m , estas partículas finas o lamas, s o n arrastradas en la e s p u m a , ocupando la superficies de la burbuja. En casos severos, la adición de pequeñas cantidades de dispersantes, corno poly acrílato de sodio, entre 10 a 25 g / 1 , o silicato de sodio en rangos de 25 a 250 g / t , puede tener un impacto positivo en la flotación, aumentando tanto la tasa de flotación y e n general la recuperación del oro.

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s forma de la pirita), es decir, si es de tipo framboidal o de estructura cúbica, tamaño de grano, presencia de inclusiones exteriores y l a s imperfecciones de red cristalina. Cuando el oxígeno está presente en la p u l p a y / o s e a ñ a d e el sulfato de cobre, c o m o activador en presencia de oxígeno, el dixantógeno es generalmente formado en la superficie del mineral sulfijroso. Cuando el nitrógeno se añade, en la medida en que el oxígeno es reducido sustancialmente de las pulpas, la presencia del dixantógeno en la superficie del m i n e r a l e s m u y b a j o , y la mayoría de las especies hidrofóbicas s o n xantato metálico (ejemplo, Fe-X o Cu-X). Se ha sugerido que las especies formadas, xantato-metálico son más selectivas para la pirrotita y pirita y potencialmente ofi-os sulfuros minerales. El resultado es menos arrastre de agua y ganga en la e s p u m a . La desventaja e s , la recuperación de oro libre podría reducirse, p o r l a mayor selectividad de los minerales sulfurosos, pero la recuperación de oro en general (oro libre y sulfuros auríferos), debe conducir a las condiciones óptimas. Cuando los iones de cobre se utilizan como activadores, añadir antes del colector para l o g r a r u n a acción más eficaz.

10. R o t a c i ó n del o r o aluvial e n ganga de ó x i d o s

La adición de dispersantes antes de la flotación, debe ser cuidadosamente probada, para determinarlos posibles efectos interactivos que pueden ocurrir con otros reactivos, y productos químicos utilizados en los e s q u e m a s de flotación.

En el ti'atamiento del oro aluvial y producción del concentrado gravímétrico, la mayoría de la ganga de estos materiales s o n óxidos o silicatos, los cuales son hidrofilicos. Colectores fuertes pueden ser usados para elevar la recuperación del oro. Este tipo de flotación es rara, pero se ha propuesto para minerales de baja ley, donde el oro es tan fino para ser recuperado por concentración gravimétrica. Por lo tanto, las condiciones pueden ser seleccionadas, únicamente para la recuperación de oro y n o para optimizar la selectividad frente a los sulfuros.

9.4. Efecto del pre a c o n d i c i o n a m i e n t o de la pulpa

1 1 . Rotación de o r o libre en ganga de sulfuros de hierro

Minerales c o m o la pirrotita, marcasita, arsenopirita y en menor medida, la pirita s o n susceptibles a la oxidación superficial antes y durante el pre acondicionamiento de la flotación, cualquier óxido, hidróxido, hidroxilo o especies presentes en la superficie del sulfijro, que inhiben la activación, adsorción de cobre y la adsorción posterior del colector, afecta a la respuesta de flotación, esto puede ser abordado de la siguiente manera:

Cuando los minerales de ganga son sulfuros y no tienen valor • económico, el objetivo es recuperarel oro en forma selectiva de los sulfuros y silicatos estériles. Se requiere una selección óptima del d i a g r a m a de flujo y reactivos de flotación. Usualmente no es fácil lograruna recuperación alta de oro, sin la co-recuperación de algunos minerales sulfurados. Comúnmente el oro libre puede ser flotado a pH neutro, con poco o sin adición de colector.

La purga con gas nitrógeno en la pulpa, puede ser utilizada c o m o un paso de pre acondicionamiento antes de la adición del activador y / o colector, esto reduce al m í n i m o el contenido de oxígeno disuelto en las pulpas y ayuda a prevenir la oxidación de la superficie mineral, el efecto sobre la pinta, es m e n o s pronunciada que en la pirrotita (esto d e p e n d e de la

Si los componentes sulfurados de la ganga tienen valores, entonces las condiciones deben ser seleccionadas para dar el mejor rendimiento de todos los minerales económicos, no necesariamente la máxima recuperación de oro o cualquier oti-o metal sulfurado.

270

271

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 12. R o t a c i ó n de o r o e n s o l u c i ó n sólida e n s u l f u r o s r e f r a c t a r i o s Otra forma de encontrara! oro en !a naturaleza es en intercrecimientos finos, en forma atómica o subatómica en los sulfuros de fiierro: pirita, arsenopirita, marcasita o pirrotita; este oro es conocido c o m o de difícil tratamiento metalúrgico o m á s comúnmente llamado oro refractario, lo tenemos en diferentes partes del Perú, se agrava aún m á s cuando el contenido de sulfures de fiierro en el mineral es m u y a b u n d a n t e por ejemplo mayor a 6 0 % , a d e m á s si el oro es de baja ley y está d i s e m i n a d o en todos los sulfuros, al flotarlo el concentrado es de m u y b a j o grado, casi no fiay concentración. Los productos de flotación no son adecuados para los procesos subsiguientes de extracción de oro. Igualmente cuando el oro es muy fino, <10 p m , y/o está intimamente asociado en solución sólida con los minerales sulfijrosos de iiierro, o como inclusiones finas, el rendimiento de la cianuración es pobre. En otros minerales la flotación puede ser usada c o m o un paso de pre concentración, enseguida se usan tratamientos m á s caros aplicados a minerales refractarios, y poder realizar el proceso de oxidación-cianuración, en una fracción m á s pequeña (concentrado) del mineral original. Bajo estas condiciones, el circuito de flotaciones usualmente operado, para maximizar la recuperación de todos los minerales con contenidos de oro, p o r e j e m p l o realizar una flotación bulk. Las condiciones deben ser optimizadas cuidadosamente para la recuperación del oro libre y oro asociado a los sulfijros, aunque el oro suele ser fácilmente recuperado con otros minerales flotables. Sin embargo las interacciones entre la flotación del oro librey minerales sulfurados auríferos, a s i c o m o las condiciones químicas y físicas para la ópfima flotación, deben ser evaluadas cuidadosamente para obtener la máxima recuperación. Los concentrados de flotación así obtenidos se tratarán mediante procesos de oxidación tales c o m o : oxidación a alta presión y temperatura, oxidación biológica (ejemplo planta de Tamboraque), oxidación a alta presión y temperatura en medio no ácido, oxidación con ácido nítrico o tostación, aunque este último está ya casi en d e s u s o por motivos medioambientales. El producto oxidado será postenormente lixiviado con cianuro para extraer finalmente el oro. 13. Rotación de minerales de ganga en m e n a s auríferas La ganga flotable de los minerales auríferos puede ser removida por flotación, previa a la etapa de la recuperación del o r o , para mejorar el rendimiento o reducir el c o n s u m o de reactivos. Por ejemplo los carbonates que afectan el control del pH y la presión parcial durante el pre - tratamiento de oxidación o materiales c a r b o n o s o s , los cuales se activan, y pueden adsorber el oro durante la cianuración, el uso de la flotación en este caso puede actuar c o m o una etapa de pre concentración inversa. 272

Las características de los minerales sulfurados s o n conocidas; sin embargo, ciertos aspectos son relevantes para los procesos de recuperación posterior del oro. P o r e j e m p l o , el grado y c o m p o s i c i ó n de un concentrado de oro podría determinar las etapas de los procesos subsiguientes, enti-e las opciones principales serían: -

Fundir el concentrado.

-

Remoler y lixiviar.

-

Cianuración intensiva.

-

Oxidación y cianuración.

>

14. R o t a c i ó n de t e l u r o s de o r o Los mineralestelurados de oro, n o s o n tan hidrofóbicos naturales como el oro nativo, pero son al m e n o s tan flotables c o m o la mayoría de los minerales sulfurados, esto permite una cierta selectividad y la posibilidad de producir un concentrado de oro - teluro, antes de la flotación de sulfuros. En la mina emperador en Fiji, teluros de oro s e han flotado selectivamente, deprimiendo los sulfuros de hierro a pH 9; con la adición de un e s p u m a n t e , pero no colector, el concenb-ado producido consta de 3 a 4 kg / t de / \ u , de una alimentación que contiene 5 a 10 g / t Los concentrados de oro telurado, posteriormente fijeron tratados mediante cloración y cianuración, para la extracción del teluro y oro-plata respectivamente, además el concentrado de flotación de sulfuros secundarios fije tostado. Una ventaja de este proceso de dos etapas, es que el oro asociado con el teluro, no se pierde por volatilización durante el tostado. En Kalgooriie, Australia, los minerales que contienen oro telurado; calaverita y petzita, los telururos de oro y sulfuros auríferos son procesados por flotación para recuperar oro libre, seguidos de tostación de los concentrados y cianuración posterior del producto tostado. La composición del mineral d e a l i m e n t a c i ó n e s deaproximadamente 3 a 6 g / t de Au, 1%a 3% es S, y 1 % a 7 % T e . , La flotación se lleva a cabo sobre un material remolido a un 8 0 % -130 micrones, usando agua altamente salina a pH natural, el xantato etílico de sodio se utiliza como colector (20 g /1) junto con un espumante; 1, 1,3 "triethoxybutane -interfroth 50" (20 g / 1 ) , la recuperación de oro en el concentrado de flotación varía de 7 0 % a 9 0 % , dependiendo del tipo de mineral. 15. R o t a c i ó n de pirita aurífera La pirita tiene estructura cúbica de cara centrada, y predominantemente esti-uctura cristalina covalente, en la que Fe (II) se encuentra en las esquinas de la celda unitaria con los cenb-os de caras, ocupados por iones 273

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz S2-. La pirita tiende a oxidarse en el aire, que afecta las propiedades de superflcie y e l comportamiento porflotación. La flotación de pirita se entiende mejor que cualquier otro proceso flotación de sulfuros, en presencia de colectores xantato en soluciones oxigenadas, la superficie de pirita, es tiidrofóbica por la formación de dixanthogeno, a través del m i s m o mecanismo electroquímico que el de oro. Hay poca evidencia de la existencia de especies hidrofóbicas de xantato-Fe en s i s t e m a s continuos; por lo tanto, la flotación se realiza a potenciales mayores que los requeridos para la formación de dixanthogeno.

considerablemente, si se agrega sulfato de cobre antes de la adición del colector(flguras 8.3 y 8.4), los mecanismos de acción s o n poco conocidos, pero los principales efectos s o n los siguientes: La adsorción de Cu (II) en la pirita, aumenta la velocidad y e l grado de adsorción del colector, según la reacción: FeS2 + Cu^* -* Fe^* + S° + CuS

(8.5)

"

Depresión de las partículas de ganga.

Los circuitos de flotación industrial de pirita, suelen estarcontroladas por la modificación del tipo y adición de colector, p H , tipo de modificador de pH y adición de cianuro.

•

Modificación de la estructura de la e s p u m a .

•

Formación de complejos con el C N " , de otro m o d o , deprime la pirita.

El rango de pH utilizado para la flotación de pirita depende de los componentes y pH natural del mineral, el colectores elegido para operar cerca de este p H , p o r e j e m p l o , IVBTa un pH de 3 a 4, o xantato en el rango d e p H 9 a 11.

•

Trabajos m á s recientes han demostrado que la pirita puede adsorber en su superficie, sulfato de cobre, pero esto no tiene ningún efecto sobre la tasa de adsorción de xantato.

La flotación con xantatos es posible pordebajo de pH 9; sin e m b a r g o , la d e s c o m p o s i c i ó n de reactivos y el c o n s u m o se vuelven cada vez m á s importantes cuando el pH disminuye. En la región de pH 4 a 8, la reducción de la recuperación, puede ser por baja adición de colector.

Otros reactivos, se han propuesto para la flotación selectiva de pinta y arsenopirita.

El m e c a n i s m o de la flotación de pirita con ditiofosfato es similar al xantato donde, en la región acida (pH 4 a 6), el DTP s e oxida a ditiolato ditiofosfatógeno (dithiolate dithiophosphatogen), la especie hidrofóbica más importante. En la fiotación de metales básicos de cobre, plomo y zinc, la pirita es deprimida en condiciones alcalinas, por encima de pH 9,5 ypreferíble pH 10,5 a 11,5. La depresión de la pirita es importante en la flotación de metales básicos, y s e puede lograr medíante la adición de reactivos, tales como Ca (0H)2, N a C N , o NazS. Sin embargo, en los minerales de oro, es extremadamentedífícilíntentardísminuirla pirita (siempre algo de oro está asociado a ella). En este caso la activación de la pirita aurífera es siempre realizada, previamente se baja la alcalinidad a pH neutro o ligeramente ácido y s e flota con colectónos y espumantes adecuados. Una excepción es cuando el oró está presente en gran parte c o m o oro libre, o asociado principalmente con la arsenopirita en vezde pirita.

Figura N° 8.3 Efecto de sulfato de cobre en la recuperación de la pirita Fuente: Marsden, J.O., Mansanti, J.G. and Sass, S.A.

1 S . 1 . Activación de pirita aurífera

16. R o t a c i ó n de a r s e n o p i r i t a - o r o

El sulfato de cobre ( C U S O 4 ) , se utiliza en la flotación c o m o un activador de oro y pirita aurífera, en particularentre pH 7 a 9; rango donde se reduce la flotaciónde la ganga silicatada. Pruebas de laboratono han demostrado que el grado de recuperación de la pirita, se puede aumentar

El diagrama del sistema Eh-pH del s i s t e m a Fe-As-S-H20 (Marsden), muestra que la región de estabilidad para la arsenopirita es similara la pirita o pirrotita, pero desplazados a un potencial m á s bajo, lo que indica que la arsenopirita es más propensa a la oxidación.

274

275

Angel Azahero Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

La arsenopirita se comporta de manera similar a otros minerales sulfurados de iiierro. Se puede flotar con colectores xantato, con mejores resultados en el rango de pH 5 a 8, por activación con Cu (II). En general, los factores que mejoran la flotación de pirita también mejoran la flotación de arsenopirita.

2FeS + 12CN" + 5O2 + 2H20-> 2Fe (CN)6'^ +

2SO4 ^'

+

40H"

(8.8)

Los d e m á s sulfijros de hierro reaccionan de manera similar, aunque con diferente cinética de reacción.

La determinación de las especies hidrofóbicas xantato, que hacen a la arsenopirita flotable ha recibido menos atención que otros sulfuros de hierro y de minerales básicos, se ha encontrado que la formación de dixanthogeno s e reduce, si la arsenopirita se oxida a hidróxido Fe (III) y d e arseniato, c o m o sigue: Fe ( 0 H ) 3 + H A s O A SOz" + 18H* + 14e

FeAsS + 11H2O

(8.6)

El potencial necesario para la oxidación de la arsenopirita, se puede lograr fácilmente con agentes oxidantes, tales c o m o el peróxido de hidrógeno, hipoclorito, y permanganato. La pirita sólo es oxidada a Fe ( 0 H ) 3 a potenciales m u c h o m á s altos, y esto constituye una base para la separación porflotación de la arsenopirita y pirita, donde la pirita es flotada de la arsenopirita bajo condiciones moderadamente oxidantes y a pH alto, (figura 8.5) La arsenopirita y pirita necesitan estar deprimidas, para mejorar la selectividad de flotación de oro, esto s e puede lograr utilizando Ca (OH)2, NaCN,oS02-aire.

Pyrite Kecovered (96)

Rgura 8.4 Efecto de sulfato de cobre en el grado y recuperación la pirita Fuente: Marsden, J.O., Mansanfi, J.G. and Sass, S.A.

17. R o t a c i ó n de la pirrotita a s o c i a d a al oro

18. R o t a c i ó n de s u l f u r o s de c o b r e - o r o

La pin-otita es estable a potenciales inferiores a la pirita, lo cual conduce a una mayor oxidación de la superficie y generalmente reduce las recuperaciones por flotación, aunque esto puede ser c o m p e n s a d o por activación con iones cúpricos.

Los mineralessulfurados de cobre son interesantes portadores de oro. Una considerable canfidad de oro se produce como un subproducto de la producción de metales básicos, principalmente sulfuros de cobre.

El m e c a n i s m o de flotación con colectores implica la formación de tiol dixanthogeno, c o m o en el caso de la pirita. En general, la flotación de pirrotita no es deseable en el tratamiento de minerales auríferos, a m e n o s que contenga oro, o si está íntimamente asociado con otros sulfijros que contienen oro, porque el grado del concentrado s e podría ver afectado. La pirrotita es un gran consumidor de oxigeno y cianuro en el proceso de cianuración, a m b o s reactivos incrementan los costos de procesamiento. La pirrotita cede fácilmente un átomo de azufre para igualar la estequiometria y reacciona con el cianuro de la siguiente manera: FerSa + CN"

7FeS + CNS"

(8.7)

Además la reacción produce cianuro de Fe (II) y diversas especies acuosas de azufi-e, s e muestra aqui para el caso del sulfato: 276

La flotación de minerales de cobre, p o r e j e m p l o calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu2FeS4), calcocita (CU2S), y covelina (CuS), es relativamente sencilla con colectores tiólicos, y diflere de la flotación de oro-piritaarsenopirita porque se forma un compuesto de xantato-cobre, que hace que los minerales de cobre s e a n hidrofóbicos, en el caso de flotación de calcopirita, el dixanthogeno también está presente. La calcopirita se puede flotar con xantato etílico en un amplio rango de pH, debido a la estabilidad de xantato cuproso, c o m ú n m e n t e los minerales de calcopirita s o n ti-atados porflotación. En el circuito rougher a pH de 9 a 10, en tamaño de partícula relativamente gruesa, seguido de la remolienda del concentrado rougher y limpieza a pH m á s altos para eliminar los minerales de ganga, c o m o la pirita.La calcopirita s ó l o p u e d e s e r d e p r i m i d a a p H m a y o r a 11 o 1 2 , c u a n d o se añaden iones de cianuro. La flotación es también posible con ditifosfatos, ditíonocarbamatos, ytoda la g a m a de xantatos.

277

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Cuando el oro libre está presente junto a minerales ^^'^'^^«^«s de co bre. es usual utilizar un sistema de doble colector, lolectoL' ditiofosfato o ditiofosfato - xantato, en estos casos, el uso de dos colectores proporciona una mayor recuperación de oro.

•

g

60

> 1

" pyrite

-

Cuando los materiales carbonosos tienen poco o ningún contenido de oro, conviene flotar primero este carbón, con solo e s p u m a n t e o mínimas adiciones de colector, puede ser kerosene; en seguida s e flota el oro o minerales sulfurados asociados al oro.

*° 20

—

-

0 0

25

Arsenopyrlte

•

50 75 Ethyl Xanthate (mg/L)

1

100

•

1

125

Rgura N- 8.5 Deprestón de arsenopirita con 100 mg/l de permanganato que der^estra el efecto de la concentractón de xantato sobre la select^/riad. Fuente: Marsden, J.O., Mansanti, J.G. and Sass, S.A.

19. Flotación de galena - esfalerita - o r o En estos casos lo que se tiene que hacer es pnmero determinar c ó m o está el oro; puede estar c o m o oro nativo o en Inter crecimientos mineralógicos con los sulfuros, en este caso al flotar la galena o la esfalenta mediante los procesos conocidos, el oro se reportará en los concentrados. El oro puede ser extraído mediante cianuración de los concentrados si la ley del producto justifica este proceso. El oro nativo puede ser recuperado por gravimetría en jig u otro equipo, también se puede evaluar la flotación flash. La galena y e n menor proporción la esfalenta, s o n poco importantes en la extracción del oro. El depósito de Fachinal en Chile contiene oro libre asociado a esfalerita y galena, y el mineral ha sido tratado porflotación a pH natural 7, con un colector xantato amílico de potasio y e n un s i s t e m a de doble e s p u m a n t e . 278

Debido a que es un material orgánico, ei carbón activado se puede flotar con pequeñas adiciones de hidrocarburos, tales c o m o el petróleo o kerosene, a un pH neutro o casi neutro, aunque el proceso de activación da a la superficie del carbón alguna polaridad, su hidrofobicídad es aún m á s alta que la mayoría de los minerales componentes de la m e n a . Los materiales carbonosos ocurren naturalmente en muchos minerales de oro, y tienden a causar problemas durante la cianuración, debido a s u capacidad de adsorción del oro de la solución; en ocasiones, el material carbonáceo es flotado antes de la cianuración, para quitar los componentes asociados al oro o después de la cianuración, para aumentar la recuperación de oro con el tratamiento del concentrado carbonáceo aurífero.

100 80

20. Rotación de minerales c a r b o n á c e o s asociados al o r o

El éxito de flotar primero el carbón, depende de la capacidad para eliminar una parte suflciente de los materiales compuestos de carbón, y para reducirlos materiales pre-robbing a niveles aceptables, pero sin l o t a r grandes cantidades de oro, naturalmente hidrófobos, esto también debe tener un costo competitivo con los procesos de tratamiento alternativos, como la cloración. En una mina el carbón es flotado con aceite combustible, metil isobutil carbinol (MIBC) espumante, y quebracho que actúa como dispersante de grafito, para producir un concentrado que se descartó. El relave de flotación fue reflotado en presencia de un depresor de carbón dextrina-guar, para recuperarel oro. Ei concentrado fue lixiviado con cianuro. En el tratamiento de una planta de oro en Sudáfrica, una proporción significativa de oro está asociado con un componente kerógeno uranífero llamado thucholite, el oro está presente en concentraciones de hasta 500 g/t, y es refractaria a la cianuración directa, debido a las propiedades de adsorción del kerógeno. Cuando se retira los residuos que contienen este material, s e constató que la recuperación de oro porflotación global se p o d r í a í n c r e m e n t a r h a s t a e n u n 5 % mediante la adición de parafina, que fue pensado para absorberse en la thucholite, causando pasivación. El concentrado de flotación fue principalmente pirita con 3 0 % a 3 2 % 8, que posteriormente fue tostado para liberar el oro yti-atado por cianuración. En un tratamiento alternativo, un hidrocarburo como el kerosene se puede añadir a los minerales de carbón, para reducir las pérdidas de oro, e s t o e s efectivojjorque el hidrocarburo es adsorbido en forma selectiva en los componentes del carbón, naturalmente hidrofóbicos, reduciendo así el acceso de las especies cianuradas de oro en solución.

279

Flotación y Concentración de Minersí^a

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 2 1 . T r a t a m i e n t o por flotación de oro-sulfuros c o n silicatos flotables La recuperación de minerales silicatados, generalmente no es deseable en la flotación de oro-sulfuros, ya que baja el grado del concentrado, disminuye la eficiencia del procesamiento posterior a las etapas de concentración, y aumento de los costos de transporte del concentrado; generalmente la recuperación de silicatos es baja, pero una cierta presencia es inevitable, este problema es m á s significativo cuando el mineral de cabeza, contiene arcillas finas y material lamoso. En algunos c a s o s , hay que añadir los depresores de silicatos, en particular para el tratamiento de minerales que contienen minerales arcillosos, naturalmente hidrófobos, debido a su estructura de tres capas de silicato, que tienen superficies cristalinas eléctricamente neutras, por ejemplo, talco (Mg3SÍ40io(OH)2) o pirofilita (Al2SÍ40io(OH)2). La estructura del talco, muestra que la capa exterior se compone de silicio-oxigeno sin carga y la parte interiores Mg (0H)2, las capas sólo están ligados por la debilidad de las fuerzas de van der Waals, que crea la posibilidad de un plano de clivaje. En tanto el talco ocurre naturalmente c o m o p a r t í c u l a s , d o n d e l a s s u p e r f i c i e s p l a n a s s o n h i d r o f ó b i c a s y l o s bordes s o n hidrofilicos. Los minerales silicatados hidrofóbicos pueden serdeprimidos utilizando reactivos c o m o el almidón, dextrina, goma o guar como modificadores. Algunos minerales contienen cantidades significativas de pirofilita hidrofóbica; la cual es deprimida con estos reactivos a pH mayor a 9 . 22. R o t a c i ó n f l a s h para r e c u p e r a r o r o Muchas configuraciones de flotación están disponibles a considerar, por ejemplo para el tratamiento de los minerales que contengan oro libre y sulfuros auríferos, como pirita y arsenopirita; se ha propuesto el uso de dos etapas de flotación rougher. Este diagrama de flujo innovador consiste en flotar el primer rougher a pH neutro o cerca a neutro con una pequeña dosis de colector, seguida de una s e g u n d a etapa de flotación rougher con una mayor dosis de colector, una ventaja importante de este diagrama de flujo es que permite mayor tiempo de retención que se asigna al material flotable, en la segunda etapa. Este s i s t e m a se aplica habitualmente en los circuitos de recuperación de oro, mediante el uso de la flotación flash en el circuito de molienda primaria en la primera etapa, seguido por flotación rougher convencional en la segunda etapa. La flotación flash, o flotación en celda unitaria, puede ser aplicada para la recuperación rápida de minerales valiosos yde peso especifico alto como el oro, en tamaño grueso, incluida en un diagrama de flujo, esto requiere de celdas de flotación diseñadas específicamente para el tratamiento de partículas gruesas, es decir, manejar sólidos sedimentables, densidad de pulpa medianamente alta y componentes flotables. 280

La flotación flash de oro grueso dentro de los circuitos de molienda se ha utilizado d e s d e la década del 40, con muchos beneficios páralos diagramas de flujo de oro: >

Reducción de oro en circuitos cerrados de molienda, detrás del revestimiento del molino.

>

Flotación de oro m á s rápido en tamaños gruesos.

>

Prevención de molienda en exceso, de sulfuros.

>

Eliminación de partículas grandes de oro, que requieren largos de lixiviación.

>

Recuperación más alta y disminución de riesgos de seguridad, en comparación con la concentración por gravedad.

tiempos

La flotación flash ha ganado popularidad a partir de la década del 80, y es empleada en plantas de oro de diferentes partes del m u n d o , incluido él Perú. 23. Flotación e n c o l u m n a En diversos sectores industriales convencionales agitados mecánicamente, diversas celdas de flotación han sido sustituidas por l a s celdas de flotación en columna, en particular en los circuitos de limpieza, estas celdas tienen la ventaja de la recuperación de partículas finas y l a producción de concentrados de alto grado, debido a una acción eficaz de limpieza, de una altura profijnda de e s p u m a y capacidad de lavado de la misma. Tienen ventajas adicionales en costos operativos más bajos y parte inferior o base m á s pequeña, lo que implica menores requerimientos de área que las celdas convencionales. La fisicoquímica involucrada es generalmente s i m i l a r a los s i s t e m a s de flotación convencional. 24. T r a t a m i e n t o del o r o por flotación y c i a n u r a c i ó n Algunos minerales requieren procesos combinados de flotación y cianuración para extraer eficientemente el oro, en consecuencia vamos analizarlas ventajas y desventajas de aplicar uno de los procesos seguido del oti-o. La cianuración yflotación a m e n u d o se utilizan de la m i s m a forma en el diagrama de flujo, con flotación antes o después de la cianuración, cada proceso puede tener un efecto perjudicial en el otro. Los metalurgistas del oro a veces son reacios a utilizar la flotación antes que la cianuración y el proceso carbón en pulpa (CIP); a causa de los efectos nocivos de los colectores thiólicos en la lixiviación, y los procesos de adsorción en carbón. En algunos casos esto ha llevado a la decisión de dejar de flotar oro y/o pirita antes de la cianuración, a m e n o s que haya un 281

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz paso de lixiviaólón acida antes de la cianuración, c o m o en los circuitos de lixiviación inversa empleada en algunas plantas de oro-uranio. El efecto de interferencia ttiiólica puede ser evitado con el uso de colectores alternativos.tales c o m o las aminas, sin embargo su rendimiento en flotación puede s e r i n f e r i o r y m á s limitado. Las concentraciones de iones cianuro superior a 5 mg/l, deprimen de manera efectiva los minerales sulfurosos, en consecuencia la degradación natural del cianuro con el tiempo o una etapa de destrucción del cianuro, se requiere antes de la flotación de relaves de cianuración, aunque a veces los productos generados de ia destrucción del cianuro, también deprimen los sulfuros durante la flotación, (por ejemplo, Fe (CN) A' ). Si el material de la alimentación a la flotación es alcalino, p o r e j e m p l o , relaves recientemente cianurados, un tiempo razonablemente largo en la etapa acida puede ser utilizado, para reducir el efecto depresor de la cal, destruir el cianuro libre y eliminar los recubrimientos superflciales. Para el tratamiento de residuos de cianuración, la intensidad de agitación durante el acondicionamiento, tiene un efecto sobre el tipo y e l alcance de la eliminación de revestimiento de las superficies de las partículas. El pH d é l a s pulpas producidas de los relaves antiguos suelen s e r m á s ácidos; pH enti-e 3 a 4, c o m o resultado de la oxidación de la pirita, tales materiales pueden ser flotados utilizando colectores MBT o neuti-alizados y flotados con xantatos. Lavado previo con eliminación de la fase liquida, al inicio del segundo proceso para eliminar las sustancias y c o m p u e s t o s que podrían perjudicar en la siguiente etapa de extracción del oro, es una opción a c o n s i d e r a r e n este diagrama de flujo. 25. Diagramas de flujo para flotar o r o En seguida los principales diagramas de flujo de flotación de minerales de oro y sulfijros auríferos: • Flotación rougher, remolienda del concentrado rougher y flotación cleaner. • Flotación rougher, flotación scavenger, cleaner del concentrado scavenger, el concentrado cleaner es mezclado con el concentrado rougher para producir un concentrado final. •

Flotación rougher, flotación scavenger, los concentrados scavenger s o n remolidos, seguido porflotación cleaner.

•

Flotación rougher, remolienda concentrado rougher, seguido graw métrico.

282

rougher-

y concentración gravimétrica del de flotación cleaner del relave

•

C u a n d o h a y o r o dediferentesgranulometrías, el oro grueso se procesa por gra\flmetría y cianuración (intensiva) de! concentrado y el oro fino por flotación y/o cianuración. Figura N ° 8.6.

Otros aspectos relacionados con el proceso, diseño y operación de circuitos de flotación de oro, están disponibles en la bibliografía.

26. MINERALES DE PLATA Generalmente la plata está asociada con el oro, también lo encontramos con el cobre, plomo, y en menor medida a otros sulfuros metálicos. Otros minerales importantes de plata son la argentita, polibaslta, proustita, pirargirita, estefanita ytetraedrita, la mayor reactividad de la plata frente a los procesos, afecta particularmente el comportamiento del oro en flotación, lixiviación y e n procesos subsiguientes de recuperación. El electrum pierde fácilmente su brillo en presencia de iones sulfuros, para formar una capa de sulfuro de plata de 1 pm o 2pm de espesor; este recubrimiento no afecta la hidrofobicídad. Si se produce ma^or oxidación a sulfato u óxido de plata, las recuperaciones porflotación, si se pueden ver afectadas. El diagrama Eh-pH, para la plata en los sistemas de sulfuros, muesf.a la inestabilidad de la plata, bajo condiciones ligeramente oxidantes (>0.7V), en pH neuti-o mediante la formación de Ag2S04 y e n soluciones reductoras ligeramente acidas durante la formación de argentita (Ag2S). En condiciones alcalinas, A g 2 0 y AgO s o n termodinámicamente estables. La plata nativa se puede presentarcon una pureza mayor a 9 5 % . Posee similarconductividad eléctrica, maleabilidad yductilidad en comparación con el oro, aunque tiene mayor reflectívidad. La densidad de la plata es de 10.50 kg/m3; el punto de fijsión es 960.5°C. A g u n o s de los yacimientos de plata son de origen epitermal, en vetas de cuarzo, carbonates y fluorita, a veces, en rocas terciarias. Existen cerca de 70 minerales de plata y cerca de 200 minerales que contienen plata. Este metal, tiene un valor económico aproximado a una centésima parte del oro.

1901

589

1939

1902 1903 1904 1905 1906 1907 1908

719 1,078 601 777 1,247 778 977

1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946

8,316 8,748 8,870 8,013 6,209 5,449 5,370 4,926

1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984

3,652 3,680 4,539 4,967 6,404 4,408 5,518 6,136 283

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 6,969 9,312 8,933 9,720 9,898 20,179 22,606 24,242 30,318 47,799 57,743 64,885 79,259 94,214 128,088 131,200 132,600 155,600 172,900 175,400 207,822 203,286 170,236 179,870 183,994 164,074 166,189 161,554

1935 1936

554 708 741 1,435 1,429 1,540 1,691 1,907 1,887 1,793 2,029 1,952 2,407 2,533 3,744 3,700 3,420 2,860 2,878 2,193 3,734 2,766 2,494 2,678 3,010 3,075 3,451 4,740

1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974

3,608 3,458 3,538 6,788 7,512 6,534 7,478 6,814 8,028 7,656 6,948 6,546 6,014 5,808.0 5,408.0 4,785.0 3,735.0 2,877.0 3,272.0 2,347.0 2,551.0 3,270.0 4,094.0 3,349 2,605 2,466 2,949 3,123

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

1937

7,587

1975

3,135

2013

151,476

1938

8,097

1976

3,765

2014

88,538,991"

1909 1910 1911 1912 1913 1914 1915 1916 1917 1918 1919 1920 1921 1922 1923 1924 1925 1926 1927 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934

Cuadro N°8.9 R-oducción nacional histórica del oro en kg. desde 1,901 hasta 2013 "Gramos finos, agosto 2014. Fuente: Anuario minero 2013; Ministerio de Energía y IVlinas del Perú; w w w .goldinstitute.org/suply/prodworld.html. (Todo acerca del Oro: precios, producción, usos) y otros. 27. R o t a c i ó n de minerales de plata La mayorparte de la plata está asociada con los sulfuros minerales de metales básicos, tales como cobre, plomo, plomo-zinc y cobre-plomo-zinc. El contenido varia desde ser un constituyente menor hasta uno mayoritario. La elección del colector, agentes reguladores ydepresores, son de gran importancia en la flotación de estos minerales portadores del metal precioso. Aquí algunos aspectos a t e ñ e r o n cuenta: 284

Si la plata está asociada a los sulfuros de cobre y plomo o galena argentífera. La plata también se presenta con la esfalerita, arsenopirita e incluso con la pirita; en este último caso, se puede producir un concentrado de pirita del relave de flotación de metales básicos, el concentrado de pirita-pla'a, se trata luego mediante calcinación ycianuración. Cuando el mineral de plata contiene solo cantidades menores de sulfuros de metales básicos, la flotación colectiva de todos los sulfuros es la mejor alternativa, para l o g r a r u n a máxima recuperación. Los sulfuros de plata y los sulfuros plata-antimonio-arséníco tales como la argentita, polibaslta, proustita, pirargirita, estefanita y tetrahedrita responden m e j o r a ia flotación en un circuito natural. Si están presentes los sulfuros de zinc portadores de plata, la arsenopirita, pirrotita ypirita; se requerirá normalmente del sulfato de cobre para activar estos minerales, antes de la adición del colector. Sí por el otro lado, estos minerales sulfijrados de hierro no contienen plata, entonces puede ser necesario un cuidadoso uso de cal para evitar bajar la l e y d e l concentrado. Cuando una parte de los m i n e r a l e s d e plata se encuentran asociados a la ganga. En los minerales portadores de plata parcialmente oxidados, h a y q u e flotar y cianurar para incrementar la recuperación de plata. Además la sulfidización previa a la flotación, es usual cuando los valores de la plata están asociados a los minerales oxidados como la cerusita, malaquita, cuprita y cerargirita. Para los minerales de plata se recomienda el uso de xantatos como colectores principales, solo o en combinación con los ditiofosfatos, o a la inversa. El aerofloat 242, o sus equivalentes son m u y usados en la flotación de plata. Los agentes reguladores, tales c o m o el sulfuro de sodio, cal, soda cáustica y el almidón tienden a deprimirlos minerales de plata. Si se usa cianuro en los sulfuros de cobre, plomo y zinc, se recomienda el uso del complejo de zinc y cianuro, para reducir la disolución de la plata. La plata tiende a presentarse en leyes más altas que el oro, el inconveniente es que el mayor volumen o m a s a podría reducir la recuperación del oro, si el diseño del circuito del oro, no ha tenido en cuenta el contenido de la plata. 285

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz El comportamiento de los minerales de plata frente a ia flotación y cianuración, es similaral oro, sin embargo la eficiencia o rendimiento es casi siempre menor, principalmente debido a una mayor mineralogía c o m p l e j a .

DIAGRAMA DE FLUJO

1 I Au,A
noiMKiii

CCXtCtNlSAOOtl GMMMtmCA

HntwaoN

oKinaunCACtt

Figura N° 8.6Diagran^ de flujo para un mneral que contiene oro, plata y sulfuros de cobre.

286

Minerales

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C A P I T U L O

iX

F L O T A C I O N D E M I N E R A L E S OXIDADOS O E PLOMO, C O B R E Y ZINC

1.Principales mineralesoxidados

P

robablemente después del u s o de los metales nativos de oro, cobre y plata; los primeros pobladores empezaron a elaborar sus h e r r a m i e n t a s y a d o r n o s a p a r t i r m i n e r a l e s oxidados de alta ley, debido a su facilidad de encontrado en la superficie terrestre. La pirometalurgia elemental fue usada para extraer metales, alcanzando un alto grado de desarrollo, c o m o lo demuestran algunos restos encontrados en las diferentes culturas antiguas. Por aquella época cuando se beneficiaba minerales oxidados y s e encontraba s u l f u r o s , éstos eran considerados un veneno para el proceso. No fue sino hasta mediados del siglo XIX, con el descubrimiento de la flotación aplicada convenientemente a los sulfuros, los cuales responden eficientemente a este proceso. Por el contrario, los óxidos metálicos no flotan, entonces los mineros pierden interés por beneficiar minerales oxidados y s e da un fuerte i m p u l s o a los sulfuros. Recién por el año 1924, Sullman y Edsor, inscribieron la patente U S A N.° 1.492.902 para usar j a b o n e s en la flotación de minerales oxidados; en 1935, introdujeron colectores catiónicos a base de a m i n a s para flotar minerales no metálicos. No hay data cuando se empezó a usar sulfuro de sodio para reactivar minerales oxidados, pero a mediados del siglo X X y a habían algunas plantas de flotación de óxidos, operando en diversos países del m u n d o ; en lo fundamental s e había logrado disminuir el c o n s u m o de reactivos, principalmente colectores, de varios kilogramos a unos cientos de g r a m o s , con resultados s o l o parcialmente satisfactorios por los motivos explicados anteriormente. El conocimiento de la flotación de minerales oxidados es muy Importante. En general, los métodos de flotación para estos minerales los podemos dividir en d o s : flotación directa, con colectores de cadena larga de carbón y l a otra flotar con colectores tipo xantato, previa sulfurización. En diferentes concentraciones los mineralessulfurados que a c o m p a ñ a n n los óxidos metálicos son la galena, PbS; calcopirita, CuFeS2; esfalerita, /nS; wurtzita, ZnS; marmatita, ZnSFe2, pirita, FeS2; j a m e s o n i t a , 2PbS.Sb2S3; geocronita, (PbsSbAsS), y otros. Los minerales oxidados de plomo m á s importantes s o n , cerusita y •nglesita. El mineral oxidado de zinc, es la smithsonita. De cobre son malaquita, azurita, cuprita, tenorita y crisocola; a continuación los m inerales mddados de p l o m o , cobre yzinc m á s c o m u n e s , están en el cuadro N° 9 . 1 .

289

Flotación y Concentración de Minerales!

Angel Azañero Ortiz Entre los minerales oxidadosde plomo de mayor interés metalúrgico son la cerusita y anglesita, y el mineral más i m p o r t a n t e d e á n c es la smitlisonita. Los minerales oxidados de cobre económicamente importantes son la malaquita, azurita y crisocola. Minerales

oxidados

de plomo

Cerusita

Pb

CO3

Anglesita

Pb

SO4

Hidrocerusita

2PbC03Pb(OH)2

Minio

2PbO.Pb02

Minerales

oxidados

3. Rsicoquimica de superficie de oxi-metales

Azurita

2CuC03.Cu(0H)2

Crisocola

CuSi03.nH20

Cuprita

CU2O

Es por todos conocido que los minerales oxidados de plomo, cobre y zinc, son m á s difíciles de flotar que sus correspondientes sulfuros, esta dificultad está ínfimamente asociada a la gran hidratación de carbonates, sulfatos y silicatos; lo que a su vez se debe a la interacción de las moléculas de agua con los sitios polares, que s e crean en las superficies de estos minerales durante su fractura; como resultado de la adsorción de moléculas de agua, en la superficie se forman grupos hidroxilo, si e n d o la superficie mucho más hidrofílica comparada con la superficie de los sulfuros.

de zinc ZnCOs

Zincosita

ZnS04

Zincita

ZnO

Wilemita

Zn2 SÍO4

Los carbonates y sulfatos metálicos tienen una estructura cristalina compleja, en la que el anión tiene enlace covalente, mientras que la unión entre el catión y el anión es de tipo iónico. Cuando el radio iónico del cat ón es relativamente grande como es el caso del ion plúmbico (1.2 A°) su carbonato y sulfato cristalizan en el sistema ortorrómbico, a este sistema pertenece la cerusita y anglesita (Dana 1,975). Por el contrario los carbonates de cobre como la malaquita y azurita, cristalizan en el s i s t e m a monoclinico, esta diferencia s e debe a los cationes

de cobre

Smittisonita

Cristalografía

o

Cu03Cu(0H)2

oxidados

2.1.

y se explica por el radio iónico pequeño del cobre (0.69 A ).

Malaquita

Minerales

2. Rsicoquimica y termodinámica de flotación de óxidos

Las superficies hidrofilicas fienen una gran tendencia a reaccionarcon las moléculas de agua y las burbujas de aire no se adhieren a estas superficies. Por otro lado, la concentración de grupos hidroxilo en la superficie de los minerales oxidados tienen particular importancia, ya que estas especies favorecen el inicio y crecimiento de capas de moléculas de agua adsorbidas. (Figuras N.°9.1 y 9.2).

Cuadro N° 9.1 Minerales oxidados de Cu, Pb y Zn más comunes

Propiedades de los minerales oxidados Cerusita: P.E.= 6,5; dureza= 3,35; color= blanco;composición quimica: dióxidode carbono: 16,5; óxido de plomo:85,3. Anglesita: P.E.= 6,3-6,4; dureza= 2,7-3; color=blanco; composición química:tnóxido de azufre: 26,4; óxido de plomo: 73,6. Malaquita: P.E.=3.9-4.03; dureza=3.5-4.0; color^verde brillante; composición quimica: carbonato cúprico básico; 2CuC03.Cu (0H)2. Azurita:

P.E.=3.5;

dureza=4.0;

color=azul;

composición

quimica:

carbonato cúprico básico; 2CuC03.Cu (0H)2. Smithsonita: P.E.=4.30-4.45; dureza=5.5; color=blanco a veces grisáceo; composición química: carbonato de zinc; ZnCOs. 290

o

Figura N" 9.1 Superficiehidrofilicas después de ser hidratada estequiométricamente con agua.

Figura N° 9.2 Adsorción de moléculas de agua sobre la superficie hidrolizada

291

Angel Azañero Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Estas capas de agua tienen un efecto significativo en la liumectación f i s i c o - q u i m i c a d e l a s u p e r f i c i e d e l s ó l i d o , y e n la naturaleza de la adsorción, creando condiciones desfavorables para la flotación; ya que la adsorción de colectores en la interfase mineral/agua, para pasar de una situación fiidrofíiica a hidrofóbica es fundamental para que flote un mineral.

Taggart también llegó a la m i s m a conclusión, que la solubilidad m á s alta de la anglesita con respecto a la cerusita, es responsable de su pobre recuperación.

En consecuencia, cambiar las condiciones de esta interfase es m u y importante, y algunas veces es difícil d e l o g r a r e n minerales oxidados. 4. T e r m o d i n á m i c a de los óxidos minerales

La solubilidad de los minerales, también está íntimamente ligada a la entalpia de hidratación (AH) de los iones, la diferencia entre sus entalpias de hidratación tendrá un valor máximo, entre más difieran en t a m a ñ o el cafión y el anión, esto hará que la entalpia de solución tenga un valor alto y negativo; cuando esto sucede la solubilidad de los minerales aumenta.

Los principios termodinámicos, aplicados a flotación de sulfuros y óxidos metálicos insolubles, podrían aplicarse para defmirsistemas de flotación de carbonatos.sulfatos ysilicatos, si embargo esta simplicidad se ve afectada por su estructura cristalina, origen secundario, complejidad y textura fina; convirtiéndose estos minerales a veces en problemas difíciles de analizar, afectados aún más por su alta solubilidad, la cual agrava severamente la flotación.

Un método para relacionarlas entalpias de hidratación de los cafiones con los "radios iónicos efectivos" (ref.)es mediante la expresión (Latimer 1,939):

Por ejemplo, si comparamos el producto de solubilidad (Kps) del sulfuro, carbonato y sulfato de plomo, o de cobre podemos observar que a medida que este valor aumenta, la flotabilidad del mineral disminuye, cuadro N° 9.2.

Dónde Z es la valencia del catión y ref está expresado e n picómetros (pm).

Kps (Latimer, 1,952)

Mineral Sulfuro,

carbonato

y sulfato

de plomo

Galena

7x10-^

Cerusita

1,5x10"

Anglesita

1,3x10-^

Sulfuro,

carbonato

y silicato

de cobre

Calcosita

8x10-^^

Covelita

4x10"^

Azurita

8.3x10*

Malaquita

8.3x10"*

m

= -69,500(z2/reO

Otro factor importante en la solubilidad de los mineralesoxidados, es s u estructura cristalina y los planos de clivaje que s e forman durante su reducción de tamaño; Glembovsl
Cuadro N° 9.2 Kps de los sulfuros y óxidos de plomo y cobre Fuente: Azañero, O.A. "Rotación de Minerales Oxidados de Ronno"

292

293

Flotación y Concentración de Minerales

Angel Azañero Ortiz PCC(pH)

Óxido

5.2. Teoría de la solubilidad Esta teoría fije sugerida por Taggart. Asume que la adsorción de colectores en los minerales, se debe a enlaces químicos que siguen las leyes que gobiernan la precipitación de substancias de baja solubilidad. Muchos ejemplos muestran una estrecha relación entre la solubilidad de los complejos metal/colector, la adsorción de colectores y l a flotación.

SÍO2, Sílice gel

1-2

SÍO2, cuarzo-alfa 2

2-3

3Sn02, casiterita

4-5

Zr02, zircón

4

TÍO2, rutilo

5,8-6,7

Fe203 , tiermatita natural

4,8-6,7

La teoría deformación de complejos ion-molécula, admite la adsorción de iones o moléculas de un m i s m o colector. La formación de estos complejos,fue considerada como el principal mecanismo responsable en la adsorción de colectores, en algunos óxidos ysilicatos.

Fe203, tiermatita sintética

8,6

6. C o n c e n t r a c i ó n y flotación minerales oxidados

FeOOH , goettiita

6,8

AI2O3,

9,1

Los principales minerales oxidados de plomo s o n , cerusita y a n g l e s i t a , ambos sumamente blandos, y en las operaciones de reducción de tamaño se transforman en productos de m u y alto porcentaje de lamas o finos, quedandocasiíntratablespormétodosgravitacíonales, que serían los m á s adecuados para su concentración, debido a su alto peso especifico.

corindón

MgO , magnesita

12

Cuadro N° 9.3 Puntos de carga cero de minerales oxidados 5. Teorías s o b r e la flotación de minerales oxidados Se han propuesto algunas teorías para explicar los m e c a n i s m o s de adsorción de colectores, catiónicos o aniónicos en superficies de minerales corno los óxidos, silicatos, carbonates, fosfatos, nitratos, sulfatos, y o t r o s . Entre estas teorías destacan; Teoría de la adsorción iónica o de la formación de h e m i m i c e l a s . Teoría de la solubilidad. Teoría de la formación de complejos ionomoleculares. 5.1. Teoría de la a d s o r c i ó n iónica o de la f o r m a c i ó n de h e m i m i c e l a s Esta teoría se debe a Gaudin yFuersternau, en ella se admite que los colectores son adsorbidos de acuerdo con dos m e c a n i s m o s principales: -Interacción electrostática de iones colectores yla superficie del mineral, de acuerdo con la teoría de la doble capa eléctrica. -Asociación de cadenas hidrocarburadas de los iones colectores, por ftjerzas laterales de Vander Waals, formando h e m i m i c e l a s . Parecen seguíroste m e c a n i s m o , diversos sistemas colector cafiónico / óxidos y silicatos, tam bien los colectores aniónicos, especialmente aquellos de cadena m á s corta, pueden ser adsorbidos de acuerdo con lo., m e c a n i s m o s de la teoría de adsorción iónica. 294

5.3. Teoría de la f o r m a c i ó n de c o m p l e j o s i o n o m o l e c u l a r e s

Para s u flotación se pueden seguir dos alternativas: una con ácidos grasos y otra con colectores sulfhídricos o aminas primarias, después de una sulfurización con sulfijro de sodio. En el primer caso, existe un riesgo que flote la ganga alcalina con el concentrado y lo diluye, además c o n s u m e fuertes cantidades de reactivos. En la s e g u n d a alternativa, la sulfurización es un método que requiere un ostudio profundo para el uso de este reactivo, porque agregar en exceso causa efectos depresivos sobre la cerusita yanglesita sulfijnzada, por esta fHzóri mientras algunos tratadistas recomiendan usado en un solo punto del circuito, otros opinan que se obtienen mejores resultados cuando s e agrega por etapas. 7. R o t a c i ó n directa de óxidos La flotación directa en forma industrial no s e practica, sin e m b a r g o nigunos e s t u d b s d e laboratorio han revelado resultados satisfactorios, por iijiimplo, ácidos fáticos con cadena larga de hidrocarburo, han demostrado onr buenos colectores de cerusita yanglesita, la efectividad de colectores se ilnbe a la cadena larga de s u hidrocarburo, y a la presencia de los romponentes insolubles hidrofóbicos que forma con el ¡on plomo. Rinelli y Mnrabini (1,973) desarrollaron una nueva técnica para flotar cerusita iillllzando un quelato (oxima) y aceite combustible. Herrera Urbina, R. (1,980) demostró que la anglesita y cerusita pueden (liitnrse en m e d i o ácido, empleando un colector catiónico comercialmente iiiiiiocido c o m o alamine 26-D, la composición química de este coiector 295

Flotación y Concentración de Minerales A n g e l A z a ñ e r o Ortiz consiste de aminas primarias, con diferente iongitud de la cadena de

sus superficies, después de este tratamiento, colectores tipo xantatos, amil, isopropil, isobutil, pueden emplearse satisfactoriamente. El objetivo pnncipal del proceso de sulfunzación, es convertir la superficie de los minerales oxidados en sulfuros, dando como resultado una superficie menos hidrofílica, mediante la adsorción química del ion sulfuro.

liidrocarburo. 014=3%,C16sat=25%, C 1 0 N o s a t = 3% C18sat=25%; C18Nosat=44% En flotación directa con xantato, el colector amílico fue empleado para flotar anglesita y cerusita, este sistema de flotación, se lleva a cabo después que el p l o m o disuelto es precipitado por el xantato amílico, como la anglesita es m á s soluble o hidrofilico que la cerusita en medio básico la concentración de colectorque se requiere para flotaranglesita es mayor que para la cerusita. Lamentablemente el alto costo y elevado c o n s u m o del reactivo, hace que s u aplicación a nivel industrial s e a muy e s c a s a o nula. 8. Rotación c o n sulfurización Los hidrofobización de la galena, considerando la influencia del oxígeno en la superficie mineral, es de acuerdo a las siguientes reacciones:

Como el ion sulfuro tiene un radio relativamente grande, no presenta enlace hidrógeno y la superficie sulfurizada se hidrata menos que los carbonatos y sulfatos, además el agente sulfurizante precipita como sulfuro, los iones metálicos en solución, reduciendo el consumo de colector durante la flotación. Las reacciones de sulfunzación usualmente se llevan a cabo en medio alcalino, donde la especie predominante, es el ¡on bisulfuro (HS'), puesto que en soluciones alcalinas, las superficies minerales presentan un alto grado de hidratación. 9.

Reacción silicatos

general de s u l f u r i z a c i ó n de c a r b o n a t o s , sulfatos y

La sulfurización de carbonatos, sulfatos y silicatos representada por las siguientes reacciones generales:

puede

ser

1. Oxidación superficial de la galena, p o r e j e m p l o a sulfato

A/^CQ, s q , s i q ) + 2 0 H - ^ v i B ; o ^ ) + c q , S Q , s i q PbS + — O , - > P b S O m

(9.4)

(9.1)

2

ME{0H\ YÍ^SMES

+ in^O,

MES; sulfuro metálico

(9.5)

2. Reemplazo del sulfato por carbonato PbSO,

+ C0~

^

Pb CO3

(9 2)

+ S0~

3. Desplazamiento del carbonato de plomo superficial por el xantato, formando xantato de plomo P b SO4

+

2

X

P b X 2

+

SO7

(9 3 )

La adsorción química del xantato sobre la galena, es originada por monocapas d T i n t a t o s y precipitados de xantato de plomo en multicapas^ En flStactón^e minerales oxidados de plomo: cerusita y anglesita; do c o b S ^ m a S i t a y azurita y de zinc: smithsonita, que fienen una oxidaci. n pS^nS e & ampliamente usado es la sulfurización do

Se ha encontrado que la velocidad de sulfurización de la cerusita, es mayor que la anglesita, este fenómeno determina la mayor flotabilidad de la cerusita, frente a la anglesita en las mismas condiciones. El efecto benéfico que se obtiene con la sulfurización puede volverse totalmente adverso, cuando el ion sulfuro no se agrega en óptimas cantidades; un exceso de reactivo, actuará como depresor como lo hace con los sulfuros durante la flotación, en consecuencia la adición de sulfuro do sodio es muy crítica cuando se flota cerusita, anglesita, malaquita, nzurita o smithsonita. La adsorción química de la especie activa del ion bisulfuro (HS'), da como resultado una superficie más negativa, evitando así la adsorción del 1(111 xantato mediante repulsión electrostática (López Valdivíezo, 1,983). 297

296

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies

Para ver el efecto de la sobre dosis de sulfurizante, en procesos prácticos de laboratorio, s e agrega sulfuro de sodio en exceso, s e logra deprimirtodos los sulfuros. E s p e r a r q u e el sulfuro de sodio reaccione con el oxigeno, hasta el equilibrio, y que el oxigeno gobierne el s i s t e m a y luego s e restituye las propiedades de flotación de la especie sulfurizada. Fleming demostró que la sulfurización ocurre por la formación de PbS en la superficie de la cerusita y anglesita. IVlarabini reportó que esta cobertura de PbS, era de unos 15 lechos moleculares de e s p e s o r y q u e la cinética d e la reacción duraba unos 30 s e g u n d o s .

10. Reactivos químicos para flotar ó x i d o s Los reactivos que s e usan para sulfurizarson: Sulfuro d e sodio

Na2S

Sulfuro ácido d e sodio (Hidro sulfuro)

NaHS

Sulfuro d e bario

BaS

El reactivo m á s usado es el sulfuro de sodio, en contacto con el agua s e hidroliza, por s e r una sal que proviene de una base fuerte y ácido fuerte: Na2S + 2H20

-

2NaOH + H2S

(9.6)

NaOH

-

Na + OH-

(9.7)

H2S

-

H^ + SH-

(9,8)

H ' + S " ^ (alcalina)

(9.9)

5^-

C o m o s e puede ver, la reacción de disociación del Na2S introduce iones OH' produciendo alcalinidad, por otro lado los iones hidrosulfuro SH" y sulfuro S"^ s o n los agentes activos que actúan sobre los mineralesoxidados. 1 1 . Reacciones químicas de s u l f u r i z a c i ó n Si la concentración del sulfuro d e sodio es suficiente, s e formará rápidamente u n lecho grueso sobre el óxido, produciendo las siguientes reacciones para el caso de la cerusita: 298

Na^S

+ H^O

^ N a S H + N a O H

PbC03+3NaOH

(9.10)

•H2O + NfliCOs + N í i l P b O z (plumato)

NaSH

+ NaH

VhO

Na^S

+ PbCO^

^INaOH ^

o

+ PbS;

N a2 C O3 + P b S

(9.11)

(g^2) 3^

El cambio de color claro de la cerusita, que s e ennegrece conforme s e forma el sulfuro de plomo, es m u y marcado. T a m b i é n s e ha comprobado que para flotar la cerusita, no tiene que estar totalmente sulfijrizada y d e colornegro, siendo suficiente una sulfurización parcial que s e manifiesta por el color café, a d e m á s el sulfurizante s e debe agregar significativamente al inicio, y el resto hacerio por etapas en los diferentes puntos del circuito de flotación. C o m o explicamos anteriormente, los sulfuros no adsorben xantatos si es que no hay oxigeno en s u superficie, por esta razón los minerales oxidados y suifijrizados no pueden reaccionar con ios xantatos luego de la sulfurización; por lo tanto, no flotan mientras los iones S"^ y SH", están libres, los cuales deben oxidarse y d e s a p a r e c e r d e la pulpa, produciéndose la flotación cuando el oxigeno desplaza a los iones sulfurizantes de la solución; comenzando s u efecto activante sobre los sulfuros minerales. Na2S + 2 0 2 PbS

+202

PbSO^

•->Na2S04 PbSO

(9.14)

(película s u p e r f i c i a l )

+ 2x - > P b X j (especie

flotada)

(9.15)

+ SO 4

(9.16)

Estudios recientes sobre sulfidización, indican que la presencia de sales de metales alcalinotérreos s o n perjudiciales para la flotación, porque reaccionan con los productos provenientes de la sulfurización, pasivando los sulfuros o minerales suifijrizados con una capa de carbonato de calcio de acuerdo a la siguiente reacción: PbCO^

+ N a - >

P b S + N a ^ C O j :sulfiirizac i o n

(Yeso)CaS0 4 + N a 2 C 0 3 ^

CaC03+Na2S04

(9.17) (9.I8)

El uso de hidrosulfijro de sodio; NaHS o ácido sulfliidrico; H2S en vez del sulfuro de sodio es recomendable para evitar este efecto, formando bicarbonato de calcio soluble en vez de carbonato de calcio insoluble; de acuerdo a las siguientes reacciones en medio ácido o ligeramente ácido. Na2S+H2SO4-^Na2S04+H2S

(9.19) 299

Angel Azañero Ortiz P b C O j + H 2 S - ^ P b S + H2C03

Flotación y Concentración de IVIineraies (9.20)

12. Diagramas de flujo para el t r a t a m i e n t o de minerales oxidados Los minerales de plomo, cobre y zinc se pueden presentar bajo diferentes formas, entre los que podemos mencionar en función del contenido de azufre s o n : sulfuros, sulfuros - óxidos y óxidos y entre los e s q u e m a s de tratamiento tenemos los siguientes: 1) Flotación de sulfuros,

constituida por cuarzo y sericita; los valores minerales en orden descendente de abundancia s o n : cerusita, esfalerita y galena, la plata está asociada mayormente con la cerusita y galena, alrededor del 6 2 % del plomo total está oxidado. Composición química: Leyes en %, Ag y Au en Oz/TC Pb

PbOx.

Cu

Zn

ZnOx.

Fe

S. t o t a l

8.10

5.05

0.10

3.64

0.19

0.42

2.60

As

Sb

Ag

Au

0.07

0.23

14.3

0.02

2) Flotación directa de óxidos, 3) Flotación de sulfuros - seguida de flotación óxidos, 4) Flotación diferencial de sulfuros y luego flotación de óxidos, 5) Flotación diferencial o colectiva de sulfuros seguida de concentración gravimétrica de óxidos plomo, 6) Lixiviación, precipitación yflotación (LPF), para el caso de los minerales mixtos de cobre. C o m o s e puede observarla flotación de minerales oxidados es dificil y compleja, lo que se agrava si tiene a d e m á s minerales sulfurados. Cuando la crisocola está presente, su respuesta a la flotación directa o previa sulfurización es m u y pobre, la smithsonita también es difícil flotarlo en algunos casos hay que d e s l a m a r para mejorar el proceso y tostar el concentrado para elevar su l e y

Cuadro N° 9.4 Leyes de cabeza del rrineral oxidado El diagrama de flujo para el procesamiento del mineral por flotación batch, esta en la flgura N° 9.6, y l o s resultados en el cuadro N° 9.5.

MINERAL

Para el caso de un mineral que tiene: galena, cerusita, esfalerita, a d e m á s contiene sulfuros de fierro como pirita, marcasita o pirrotita, se tiene que tener en cuenta la función de cada uno de los reactivos a usar.

R-404

MOLIENDA

Por ejemplo para activarla esfalerita h a y q u e u s a r s u l f a t o d e cobre; pero el sulfato de cobre, deprime a la cerusita. Al usar sulfurizante para activarla cerusita, el sulfuro de sodio deprime a la esfalerita; a d e m á s los sulfuros de fierro como la pirita y arsenopirita, se activarán con el sulfato de cobre y e l sulfuro de sodio.

NaiS - XZ-5 Ac. Pino Acond. Cu O

A continuación presentamos algunos diagramas de flujo para tratar minerales total o parcialmente oxidados de cobre, plomo yzinc. Figuras N° 9.3,9.4 y 9.5. 13. R o t a c i ó n p r á c t i c a de un mineral oxidado Ejemplo de aplicación para flotación de un mineral que contiene galena, esfalerita y cerusita R e s u m e n del estudio mineralógico En la m e n a s e puede apreciar un interesante contenido de óxidos; cerusita principalmente, seguida de pocos sulfuros, como esfalerita y galena con escasos contenidos de pirita, la ganga no metálica está 300

NazS ROUGHER~j ,

Z.

^ SCAVENO-ERl.

RELAVE

Na,S

-I CLEANFP J

i Conc. Cu O Figura N" 9.3 Diagrama de flotación de CuO

301

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

MINERAL

R.-4(M

MINERAL I

MOLIENDA

-NajCOj ZnS04 NaCN «42

NajS XZ-5 A. Pino l

CuS

)

ROUGHER

SCAVENGER

CLEANER

-H

N^S», N ^ Ni^S XZ-J Ac.Pino

Acond. CiiO

Na2S

ROUGHER

CuSO, XZ.1I Ac.Cresilico

RELAVE

•! SCAVENGER "l

^

y

Ni^S

t

CLEANER

Conc. CuS CiiciiitodtFblKióa DeSiilfunt

Ciicnilo de FbtKión DeOzidot

i Conc. CuO

Figura N° 9.4 diagrama de flujo de flotación CuS y flotación de CuO

Conc. PbS

Conc. Zn

•f CL¿viein' Conc. Pb Ox

MINERAL

1 MOLIENDA

R..4(M A-31

Figura N» 9.6 Qagrama de flujo de flotación seleclK/a de sulfuros seguida de flotación de óxidos

CuSQ,

(

xz-n

Ácond^

1 ROUOHER 1 I

i l

NazSiOj NajCQ, Na^S XZ-5 Ac. Pino

Ac. Cresilico

1 ^ SCAVEHOER

. « ' AooBd. \. Pino PbOi

HvCO, XZ.5

CLEANER 1 SCAVÉNOER

Conc Bulk Pb-Zn CiKUito de Flotación D> O l i d o s

Citcuito d« Flolación

Conc. Pb Ox

Figura N° 9.5. Diagrama de flujo de flotación bulk plomo-zinc y flotación de plomo oxidado 302

303 i

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Productos

Producto

Leyes: %; A g : Oz/TC

Peso %

Recuperación %

Pb

Zn

Ag

Pb

Zn

Ag

Radio

Conc. 45.9

118.4

4.24

6.25

7.63

1 "medio PbS

2.74

18.50

23.70

73.0

6.29

17.56

14.00

Conc. Zinc

Conc. Zinc

3.12

5.37

61.35

20.9

1.38

51.79

4.57

IVIedio ZnS

1.87

10.50

18.30

33.1

2.44

9.20

4.33

Conc. PbO

7.97

46.20

1.10

37.6

45.67

2.38

20.98

Medio PbO

5.96

9.55

0.72

11.5

7.07

1.16

4.80

3.69

14.3

100.0C) 100.0C

2.38

20.98

12.5

2.86

51.2

64.49

7.74

37.80

9.85

61.35

20.9

1.38

51.79

4.57

32.1

65.87

59.53

42.37

Total

Conc.

Cuadro N° 9.6 Resultados de los concentrados: flotación selectiva (batch) Fuente: Azañero Ortiz, Angel (2) 12.5

26.87

100.00

Cuadro N" 9.5 Resultados de flotación selectiva: FbS/ZnS/FbO (batcti) Fue nte: Azañero Ortiz, Angel (2)

45.67

5.37

25.10

8.10

37.6

3.12

37.30

100.0C)

45.9

51.23

0.92

Cab. Cale.

16.82

10.15

a'medio PbS

14.09

5.36

1.10

Conc. Tot. Pb(S+0)

5.1

18.82

46.20

16.82

0.31

Ag

7.97

5.36

Radio

Zn

Conc. PbOx.

18.82

1.51

Pb

110.2

110.2

75.24

Ag

9.10

9.10

Relave

Zn

69.66

69.66

6.30

Pb 2.18

2.18

Recuperación %

Oz/TC

Conc. PbS

Conc. PbS

32.1

Leyes: %; Ag:

Peso %

Productos

Peso %

Leyes: %; Ag: Oz/TC Pb Zn Ag

Pb

Zn

Ag

Conc.

98.70

23.69

10.11

21.70

32.20

55.80

22.30

3.10

81.51

8.58

18.40

48.00

1.02

40.41

53.33

2.45

25.50

11.20

82.58

1.92

0.27

7.5

19.88

5.93

44.22

100.0

8.15

3.71

14.1

100.00

100.00

100.00

12.00

51.23

2.82

51.2

12.56

44.22

Conc. PbS

3.10

61.23

12.10

Conc. ZnS

5.42

4.57

Conc. PbOx

8.90

Relave Cab. Cale.

Conc. Total Pb(S+0)

Radío

Recuperación %

77.02

8.33

Cu adro N° 9.7 Res ultarin.
304

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

1 3 . 1 . Otros d i a g r a m a s de flujo para el t r a t a m i e n t o del m i n e r a l oxidado Para el c a s o del mineral estudiado, que está constituido por galena, esfalerita y cerusita s e tienen las siguientes alternativas yorden d e flotación: 1 . Flotación d e galena, seguida de fiotación de esfalerita y finalmente la cerusita. 2. Flotación d e galena, flotación de ia cerusita y e n seguida la esfalenta. 3. Flotaciónde sulfuros bulk: plomo y á n c , seguida de flotación d e cerusita. Los m i n e r a l e s d e plomo parcialmente oxidados, s e caracterizan porque la galena es lenta en flotar y la esfalerita p o r e l contrario tiene cinética alta de flotación, debido a las sales solubles que tienen estos minerales, principalmente iones cúpricos que activan naturalmente a la esfalerita. La flotación selectiva e n estos minerales es complicada.

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307 306

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

CAPITULO X C O N C E N T R A C I O N G R A V I M É T R I C A DE M I N E R A L E S 1.

Escogido manual y s e l e c c i ó n

E

l escogido manual de un mineral como método de concentración, se practica desde las primeras operaciones de minería, la se,paración se hacia a m a n o después de la inspección visual y d e la apreciación del valor de cada partícula. El escogido a mano, específicamente en el sector minero s e le conoce como pallaqueo. La selección manual se práctica todavía en donde los costos de mano de obra son relativamente bajos, o donde el mineral no es apto para emplearotras técnicas de concentración o pre concentración. El s i s t e m a sensorial h u m a n o es muy complejo pero eficiente; una persona puede apreciar simultáneamente: color, lustre, forma y textura, y otros factores adquiridos a través de la expenencia, para distinguir entre los valores metálicos y el material estéril. Por el contrario, los detectores mecánicos aprecian una sola propiedad. Actualmente la selección sigue los m i s m o s procedimientos pero se dispone de una variedad de dispositivos de detección y l a separación es generalmente mecánica. 2. Propiedades de los minerales Los minerales a concentrar o separar, deben ser suficientemente diferentes en alguna propiedad detectable para que se pueda realizar la separación, el equipo o dispositivo sensor debe producir una señal eléctrica basada en esta propiedad, s e puede usar una amplia gama de propiedades de los minerales en la selección o separación, cuadro N° 10.1. 2.1. S e p a r a c i ó n del mineral valioso de su ganga Las especies minerales para ser separables, deben satisfacer los requenmientos de liberación, tamaño ydetectabilidad, la separación se debe aplicartan pronto como se haya logrado suficiente liberación, mientras más grande sea el tamaño de las partículas que se pueden separar, mayor será el aprovechamiento de la selección. 2.2. Aplicaciones Las máquinas selectoras m á s usadas se clasifican en: ópticas, fotométricas, rayos x, conductividad, las magnéticas han encontrado aplicación limitada. Las concentradoras fotométricas se están empleando para separar magnesita de serpentina ytalco, se aplica en separación de cuarzo blanco del mineral de cuarcita de diversos colores. La schelita se detecta por su

309

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz fluorescencia

a la luz ultravioleta, efectuándose asi su separación, el

asbesto se separa usando radiación infrarroja. La selección radiométrica es útil para preconcentrar mineralesde uramo y la conductividad para minerales de hierro y cobre nativo.

Propiedad del Mineral

N"

Óotica

1 1 2 3 4

Reflectancia

Foto multiplicador

Fotometría

Foto multiplicador Foto multiplicador

Trasparencia Fluorescencia

Foto multiplicador

Natural

Foto multiplicador

Inducido

Foto multiplicador Analizador infrarrojo

5

Infl'arroia

II

Ravos X

III

Equipo de Detención

Fluorescencia(visible)

Foto multiplicador

Fluorescencia (rayos x)

Contadorde centelleo

Conductividad Bajo voltaje Alto voltaje

IV

Magnetismo

V

Radiactividad Natural Inducida

Resistencia Inducción eléctrica Detección de tipo de cornente parásita

Contadorde centelleo Analizador de altura de Pulsación

Cuadro N" 10.1 Concentración de ninerales en función de sus propiedades Fuente: Kelly, E.G.; Spottiswod, D.J. Introducción al R-ocesan.ento de Mnerales 3. Concentración gravimétrica Es el método de separación de granos minerales de diferentes gravedades especificas, en razón de sus diferencias de respuesta al movimiento, cuando actúan sobre ellos la gravedad y alguna o m a s fuerzas.

310

Flotación y Concentración de Minerales La otra fuerza ufilizada es la resistencia a la penetración hacia abajo, presentada por un medio que tiene propiedades fluidas que puede ser un gas, mayormente el aire, agua u otro líquido h o m o g é n e o , o una mezcla mecánica de un fluido y un sólido pulverizado en s u s p e n s i ó n . En todo proceso gravimétnco existe tam bien un elemento de separación por t a m a ñ o s ; no es la diferencia de las gravedades específicas, la que causa las diferencias de los movimientos de las partículas, sino las diferencias en sus pesos en el medio, por ésta razón una partícula con una alta gravedad específica y de tamaño pequeño, tendrá el m i s m o movimiento en un medio fluido, que otra de m á s t^aja gravedad específlca y d e tamaño m á s grande; por eso ya que todas las mezclas de minerales tienen un amplio rango de tamaño, es necesario si se va a efectuar la separación, realizar el control por tamaños, para que los movimientos de las partículas de diferentes gravedades específicas, sean efectivamente diferencíables.

3.1. Minerales que son susceptibles al tratamiento por gravimetría Son aquellos en los cuales los minerales valiosos y l a ganga, difieren apreciablemente en sus gravedades específicas, ejemplo: cuarzo o cualquier otra roca matriz de p.e. 2.6 a 3.0, y u n mineral sulfuroso de p.e. 4.0 a 7.5.

3.2. Criterio de concentración El criterio importante en la determinación de cual y que clase de separación es posible en un caso particular, es la gravedad especifica de los minerales, la gravedad específica y la viscosidad del medio separador, y el medio mecánico disponible a utilizarse, los dos pnmeros ente ríos pueden combinarse en la relación: C.C.-^^ii—^

(Sl-R)

(10.1)

Donde, R e s el p.e. del medio, y S h y S l son las gravedades específicas de los minerales más pesados y m á s ligeros respectivamente; C.C. es el cnteno de concentración de Taggart; despreciando la viscosidad del fluido y los medios mecánicos a emplearse, se puede establecer que cuando el criterio de concentración es negativo o positivo en una cifra mayor a 2.5, la separación es fácil a todo tamaño, en materiales m á s finos la separación a 1.75 es fácil; debajo de malla 65 o 100; a 1.5 la separación se hace dificultosa y el tamaño máximo de separación esta alrededor de malla 10; a un valor de 1.25 la separación es aún posible en tamaños grandes, por ejemplo gravas; debajo del valor de 1.25 la separación gravimétrica sin modificación de peso, no son posibles.

311

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 3.3. IVIétodos de c o n c e n t r a c i ó n gravimétrica Basado en el tipo del medio utilizado para la separación, se resume a s i : >

Lechos: tenemos al jig, m e s a gravimétrica, cuna, fajas, canaletas o sluices,

>

Lodos: conos o hidrociclones,

>

Líquidos: sink an float en soluciones yiiquidos p e s a d o s .

El agua s e utiliza como fluido casi en todos los procesos anteriores, el gas y el aire también pueden remplazaral agua, donde es escasa, en el jig y mesa. 4. IVIESA GRAVIMÉTRICA Es un medio mecánico sencillo para separar dos o más materiales con distinto peso especifico, formado por una m e s a o plataforma construida de madera con recubrimiento de jebe, sobre la cual va fijada una serie de listones o estrias de madera, el diseño de la plataforma y la disposición de las estrias puede servariado, y e n algunos modelos como en el caso de la m e s a de fangos Hoffman, va sin estrias. En un extremo de la plataforma se encuentra el vibrador o cabezal, que imparte un movimiento reciproco a la m e s a en el plano horizontal, la excéntrica que produce este movimiento, está diseñada de modo que obliga al material depositado sobre la plataforma a efectuar un avance progresivo, el m i s m o movimiento imparte una acción sedimentadora que estratifica el material tratado de acuerdo a su peso. Existe m e s a s para procesar minerales de granulometria gruesa, están diseñadas para tratarproductos, desde aproximadamente 3 m m hasta malla 200. Y las m e s a s para tratar minerales de granulometria fina, menores a 200 m a l l a s . f i g u r a N " 1 0 . 1 .

Figura N° 10.1 Mesa gravimétrica Fuente: Wills, B.A. "Tratamiento de Menas y Recuperación de Minerales" 312

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s 4 . 1 . Operación de la m e s a de s a c u d i d a s La m e s a vibratoria tiene una superficie rectangularinclinada, según una diagonal, y e n el vértice más alto se introduce la suspensión del mineral, con 2 5 % de sólidos, gracias a un movimiento de vaivén de 200 a 300 sacudidas por minuto, que se. da a la superficie. El mineral avanza hacia el vértice opuesto en diagonal al de alimentación, siendo retardado este movimiento, por la presencia en la superficie de las m e s a s de unos Hstones, perpendicularmente a estos listones se hace llegar una corriente de agua a la m e s a mediante un depósito adecuado. Las partículas pesadas tienen tendencia a quedarse retenidas por los listones, yavanzan utilizándolos como guias, en él sentido del movimiento de vaivén. Las partículas ligeras, ayudadas por la corriente lateral de agua, saltan los listones, a s í s e consiguen dos direcciones claras de movimiento, donde se pueden tenerdos productos; un concentrado en densos o pesados y otro producto en ligeros, evidentemente es posible obtenertambién una corriente de mixtos,que en la mayoría de los casos se recirculará a la alimentación. Además del agua incorporada en la pulpa, sobre la m e s a circula agua limpia para el lavado general del concentrado. La m e s a esta inclinada en el punto de alimentación hacía el borde de descarga, obteniéndose el éngulo correcto por medio de una manivela. Una alimentación gruesa, requiere una carrera larga y velocidad m á s lenta, y una alimentación fina necesita una carrera corta y mayor velocidad, la carrera se regula por medio de la manivela en el vibrador o cabezal. Existe m e s a s de plataforma s i m p l e , dúplex, triple y l a m e s a wifley para trabajos en laboratorio. 5. ESPIRAL HUMPHREY Es un canal con una sección transversal de media caña, que forma en el espacio un tobogán en espiral, porel que se hace descender la s u s p e nsión acuosa del mineral (20-40% de sólidos), que se desea concentrar, el diámetro exteriordel espiral es de unos sesenta centímetros, y el ancho del canal de unos veinticinco centímetros; el canal tiene cinco vueltas para minerales metálicosy tres vueltas c u a n d o e l espiral se usa como limpiador, en este caso son de menordiámetro aproximadamente 10". Figura N° 10.2. En teoría el espiral Humphrey es un equipo que al alimentar una pulpa y agua adicional en el borde superior del espiral, la solución se deja correrá través del espiral. Conforme avanza cada partícula, está sujeta a la fuerza centrífuga tangencial al canal y directamente proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo, e inversamente proporcional al radio al cual está localizada la partícula, de acuerdo a la ecuación: 313

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

C =

(10.2) gr

C

=

Fuerza centrífuga, g m .

M

=

Masa,gm.

V

=

Velocidad periférica: c m / s e g .

r

=

radio, c m .

g

=

aceleración de la gravedad: 981 cm /seg^

Conforme la fuerza centrífuga acumula agua fiacia el borde del espiral, el flujo de pulpa alcanza un equilibrio, entre la fuerza centrifuga hacia fuera y la gravedad hacia abajo, los diversos flujos yfuerzas se combinan, para así clasificar y concentrar las partículas suspendidas en la corriente descendente, las partículas pesadas se acumulan en el sector de menor diámetro del canal, formando una banda de mineral pesado que será el concentrado a ser recibido en orificios apropiados, mientras las partículas m á s livianas van hacia el lado opuesto, viajando rápidamente con el agua. Para las partículas de baja densidad que no son completamente arrastrados, agua adicional de lavado se agrega para completar la separación, ei ajuste de cantidad y dirección de esta agua e s hecho con pequeños desviadores de agua, es el único control para producirel grado de concentrado deseado. En los diferentes sumideros s e obtiene: de los primeros un concenfi-ado en d e n s o s , de los intermedios unos mixtos que en general suele recircularse, y al final un estéril o ganga.

Flgura N° 10.2 Espiral Humphrey

. ;

r

5.1. Aplicaciones Se puede aplicar a una serie de minerales valiosos y s u ganga, que tenga una diferencia de densidad de 1 a 2 gr./cm'', y esta diferencia tiene que ser mayor para productos m á s d e n s o s . 6. CONCENTRACIÓN EN JIG Los métodos de separación por gravedad, se usan para tratar una gran variedad de minerales, que van desde los sulfuros metálicos pesados hasta carbón, en algunos casos con tamaños del orden de micrones. En los últimos a ñ o s , muchas compañías mineras han estudiado los procesos gravimétricos, debido la relativa simplicidad y a que producen poca contaminación ambiental. El equipo que utiliza corrientes verticales, para la concentración de minerales es el j i g , dichas corrientes s o n generadas por el movimiento de pulsaciones en el agua.

314

315

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz En estos métodostambién están presentes las fuerzas de separación de corrientes longitudinales; los efectos causados por las cornentes verticales les confieren características propias y por eso son estudiados en forma separada. La concentración en jig, es una forma de concentración gravimétrica llevada a cabo por pulsación de agua, a través de un cedazo sobre el cual descansa una cama de villas de acero, o del mineral chancado clasificado por t a m a ñ o s , ei cual debe tener un peso especifico intermedio entre los minerales a s e r s e p a r a d o s . En esta sección es importante también tener en cuenta el criterio de concentración y las variables de operación del j i g . 6.1. Concepto de j i g Se denomina jig, a las máquinas concentradoras que efectúan la separación de granos pesados de los livianos, basados en la capacidad de penetración de las partículas, a través de un material de cama que está sobre un tamiz, usando como fluido agua. También se us a aire en las cribas neumáticas, cuando se desea obtener un producto seco o cuando el material se deteriora en contacto con el agua, la separación que asi se consigue, es m e n o s eficaz, debido a la baja densidad del fluido ufilizado. Las cribas hidráulicas son las máquinas de concentración más antiguas, luego aparecieron las m e s a s y posteriormente la flotación. Los jigs han sido desplazados por otras máquinas en el tratamiento de ciertos minerales, pero para el intervalo de granulometria de 1.7 m m a 10 m m no existe otra igual. 6.2. Jigging La terminología Jigging equivale a la operación puramente física, de separar materias sólidas por pulsación y lavado en un liquido, a esta operación también se conoce con el nombre de cribado hidráulico. El jig se usa principalmente para la concentración de sulfijros yóxidos p e s a d o s , ejemplo: galena, tungsteno, en canteras para lavar agregados, lavado de carbón, en concentración de estaño y o r o libre. 6.3. Características de los jigs Hay diferentes tipos de j i g s , los cuales difieren por la geometría, accionamiento, y otros detalles de construcción. A pesar de la gran variedad de j i g s , se puede decir que ellos se componen de los siguientes elementos básicos:

316

•

Una criba (screen) para mantenerla capa fluida de mineral sóbrela misma.

•

Tanque (hutch) situado debajo de la criba y que recogerá las partículas finas p e s a d a s .

•

Dispositivo que provocará la impulsión y s u c c i ó n .

•

Un sistema para m o d u l a r l a forma de la onda pulsante.

•

Accesorios para regular el flujo ascendente del agua.

•

Mecanismo para suministrar alimentación a la capa fluida de mineral.

•

Un método de extracción, para refirar los productos que se sitúan encima de la criba, y los que s e encuentran en el interior del tanque o cuba.

En cuanto al sistema de accionamiento, existen jigs con accionamiento mecánico, hidráulico-mecánico, hidráulico y neumático. Varios factores ejercen influencia en la estratificación obtenida en un j i g , enti-e estos se pueden señalar el tipo de lecho, distribución de la m e n a , distribución del agua, frecuencia, amplitud yotros. 6.4. T a m a ñ o del jig El tamaño del jig generalmente se expresa por sus dos d i m e n s i o n e s , ancho y largo de cada compartimiento, es decir tamaño = A x L , donde: A = ancho L = largo 6.5. Clasificación del j i g 1. Jig s i m p l e : un solo compartimiento. 2. Jig d ú p l e x dos compartimientos. 6.6. M e c a n i s m o de s e p a r a c i ó n En los jigs la separación de mineralesde diferentes pesos específicos se logra en una c a m a , la cuál recibe un fiujo de agua por pulsación, de tal manera que en ella se forman estratos de mineral. El objetivo de la pulsación es aflojarel material de la c a m a , de tal manera que las partículas grandes y de mayor peso especifico, caigan primero hasta el cedazo y puedan pasar p o r s u s perforaciones las de m e n o r t a m a ñ o , y las de mayor tamaño se queden sobre el m i s m o formando parte de la c a m a . Debido al golpe (stroke) la cama se levanta normalmente en m a s a , luego tan pronto comienza la succión ésta tiende a aflojarse, las partículas de la parte inferiorcaen primero, mientras la cama completa este suelta. Al final de la succión del golpe, la cama se cierra nuevamente y esto se repite para cada golpe, la fi-ecuencia normalmente varía entre 55 - 3 3 0 golpes por minuto. _ ,, , , , 317

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies

Las partículas finas,tienden a p a s a r p o r l o s intersticios de las partículas grandes que s e han estabilizado sobre el cedazo. El movimiento pulsante se puede obtener usando un jig de cedazo fijo y pulsar el agua, o e m p l e a n d o un cedazo móvil, c o m o en los jigs m a n u a l e s . Hay dos tipos de carreras (strokes) en los j i g s : a. Carrera de presión o pulsación a s c e n d e n t e Las partículas menos densas s o n elevadas a mayor distancia que las densas. b. Carrera de s u c c i ó n Las partículas más pesadas sedimentan más rápidamente que las ligeras. 6.7. Tipos de jigs En función a la movilidad de la criba, los jigs se pueden clasificar e n : >

J i g s de pistón

En los cuales el movimiento de pulsación es producido por un pistón, ubicado en un estanque de agua. •

Las pulsaciones son provocadas p o r u n é m b o l o q u e s e encuentra unido a un diafragma, el giro del émbolo se encuentra sincronizado con la abertura de la válvula, que permite la entrada de agua al tanque, en un momento del ciclo del jig previamente determinado, controlando de esta manera la operación de Jigging. Se emplea en la concentración de minerales pesados, concretamente en s u extracción de los circuitos cerrados de molienda. La alimentación puede ser menor de 6 m m .

Tipo

Máquinas Jefffrey Link-Beit McNally-Pitsburgh Tacub, Batac

I.Baum

Pan-Anerican Pulsator

por movimientos

Jigs pulsadores

Las pulsaciones son producidas por chorros discontinuos periódicos d e l agua y aire. A continuación tratamos algunos de los jigs de criba fija m á s conocidos, a s i como otros que se encuentran en el mercado, con algunas diferencias respecto al principio de funcionamiento de un jig convencional. 318

Sistema Pulsación Pulsación por aire

Pulsación por agua

Cooley, Collum Woodbury Danver-Harz

Pulsación por pistón

4.DenverMs

Denver MS

Diafragma interno

S.Bendelari

Bendelari

Diafragma

3. Harz

6.Yuba

Jigs de d i a f r a g m a

En estos j i g s , las pulsaciones s o n producidas alternados de una pared elástica del propio e s t a n q u e . •

J i g Denver

2. Richards

Jigs de criba fija

En la actualidad todos los jigs son de criba fija, en los que las impulsiones ysucciones verticales del fluido, pasan a la capa de partículas a través de una cnba fija, s e g ú n el movimiento de pulsación que s e realiza, f i g u r a N " 10.4, los jigs de criba fija se pueden dividir en los siguientes tipos: •

Es uno de los jig más antiguos, las pulsaciones son producidas por el movimiento vertical de un pistón, que se encontraba en un compartimento individualizado del compartimento de concentración. Tenía hasta cuatro compartimentos donde sucesivamente se iba recogiendo concentrado con leyes más bajas.

Jigs de criba móvil

Es el más antiguo, actualmente en des uso, aunque todavía se podría ver su empleo en alguna región. La cnba que mantiene la capa fluida de partículas sobre ella es agitada hacia arriba y hacia abajo dentro del agua para crear las pulsaciones liquidas. Las versiones mecanizadas de este principio son los jigs Hancock y J a m e s . Figura N° 10.3. >

J i g Harz

7.Pan-Anerican Placer 8.Ruso(Russ¡an)

Jeffrey Rouss Cleaveland-IHC Kraut Remer MOBK

Diafragma lateral Tanque móvil Pistón neumático

Cuadro N° 10.2: tipos de jigs de criba fija Fuente: Wills, B.A. "Tratamiento de Menas y Recuperación de Minerales"

319

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

FSoíaciórs y C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s

Jig Baum La pulsación es creada a través de a i r e a presión dentro de una cámara de aire, en lugar de un dispositivo mecánico. Por el hechio de conseguir ciclos de jig más apropiados con este sistema, se ha impuesto en la actualidad frente a los anteriores, porlo que los fabricantes han desarrollado diferentes equipos basados en este s i s t e m a de funcionamiento. El jig Baum y sus variantes (ver cuadro 10.2), se e m p l e a n en la actualidad de forma importante en la limpieza de carbón. Este tipo de jig admite alimentaciones de carbón con un rango de tamaño máximo de 175200 m m y m í n i m o de 40-60 m m . Jig Neumático Stump Air-Row Este jig es similar a los del tipo B a u m , pero en lugar de emplear agua c o m o fluido de separación, emplea aire. El flujo de aire pulsante atraviesa una m e s a perforada con vibración, dotada de planchas de separación e ntre las cuales s e encuentran las partículas de m á r m o l , que van a ofrecer resistencia al aire y una mejor distribución del flujo de aire a través de la mesa.

Rgura N» 10.3 Tipos de Jigs de criba móvil

Las pulsaciones del aire van a estratificara los minerales, de tal forma que las partículas p e s a d a s se recogerán en el fondo, a través de unas salidas dispuestas a lo largo de la m e s a inclinada, y las partículas ligeras por ejemplo carbón, s e recogerán en el extremo opuesto al de la alimentación. Este equipo s e emplea en la industria del carbón, y sobre todo en aquellos casos donde el agua e s c a s e a o se necesite un producto seco. JigKelsey Este jig es radicalmente diferente a los anteriores, combina la operación de jig convencional con la centrifugación. A continuación explicamos su funcionamiento. En el jig Kelsey, la alimentación es de 25 a 40 % de sólidos, entra en una cámara principal, que consiste en una criba circular montada verticalmente, y una cama fluida de partículas. La cámara gira con una velocidad de 30 a 45 rpm, creando una ftjerza gravitatoria de 80 g. Simultáneamente a la rotación de la cámara principal, s e crean fijerzas de pulsación a través de inyecciones de agua de una cámara interior. Estas pulsaciones de agua van a permitir que se creen los fenómenos de sedimentación ya descritos anteriormente.

320

Rgura N° 10.4 Tipos de Jigs de criba fija. Las partículas pesadas atravesarán la criba y s e extraerán de la rár I cámara

321

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 7. Principio de o p e r a c i ó n del jig Para que proceda el fenómeno de la estratificación, que va a permitir tener a las partículas separadas por densidades sobre la criba, se tienen que producir varios fenómenos durante un ciclo completo del j i g . Al comienzo del ciclo tiene lugar el inicio de la carrera de impulso o pulsación, que eleva la capa fluida de mineral c o m o si formara un todo, una vez que la velocidad disminuye, la capa fluida de partículas s e expande debido a la diferencia en la tasa de sedimentación de las m i s m a s , creándose separaciones entre las m i s m a s para favorecer una sedimentación libre. En esta fase predomina la sedimentación por aceleración diferencial. Si el tiempo de caída es lo suficientemente corto, c o m o para que la aceleración inicial de las partículas no alcance s u velocidad terminal, y como al comienzo del movimiento de la partícula s u velocidad es pequeña (resistencia del fluido despreciable), entonces t e n e m o s que:

Durante la última fase del ciclo de jigging (carrera de succión), cuando las partículas grandes se han depositado sobre la criba y no tienen posibilidad de moverse entre ellas, la succión provoca que las partículas pequeñas y d e n s a s puedan percolar entre los intersticios creados p o r l a s partículas grandes y d e esta manera ser extraídas del fondo del tanque; es el f e n ó m e n o de percolación intersticial. Según Gaudin, tres s o n los efectos principales que contribuyen para la estratificación de las especies minerales en el j i g : •

Clasificación por caída retardada de las partículas.

•

Aceleración diferencial al inicio de la caída.

•

Consolidación intersticial al final de la caída.

7.1. Clasificación del j i g por caída r e t a r d a d a de partículas •

C o n s i d e r e m o s una mezcla de partículas en una columna hidráulica, donde existen corrientes ascendentes en s u interior. La fuerza gravitacional ejercida en las partículas, será en dirección contraria a la fuerza producida p o r l a s corrientes.

•

Así, las partículas se dividen en dos categorías: aquellas en que la fuerza de gravedad es mayor que la impuesta por la corriente ascendente, y q u e por lo tanto, s e acumularán en el fondo, y aquellas partículas que no tienen esta fuerza gravitacional y s eran arrastradas por la corriente ascendente.

•

Estas partículas en sedimentación pueden chocar entre sí, alterando el régimen de caída libre por caída retardada. Este es el caso del jig.

•

La razón de s e p a r a c i o n e s m a y o r e n condiciones de caída retardada que en caída libre.

(10.3)

Dónde:

Df es la d e n s i d a d del fluido. Dsla densidad del sólido.

La aceleración inicial de las partículas es independiente del tamaño, y depende sólo de las densidades de las partículas y d e l medio (liquido). Si la duración de la caída es bastante corta, para no alcanzar la velocidad terminal y la repetición bastante frecuente, teóricamente el espacio recorrido porlas partículas será debido a s u diferencia de densidad, y no debido al tamaño o a la velocidad terminal c o m o ocurre en la clasificación hidráulica, tiene lugar entre la carrera, i m p u l s o - s u c c i ó n y requiere que el ciclo impulso-succión sea controlado entre 50 y 350 ciclos por minuto. Debido a las corrientes de agua verticales y a la interferencia de unas partículas con otras, por la relativa proximidad que existe entre ellas (sedimentación obstaculizada), los minerales con menor velocidad de asentamiento serán transportados a mayoraltura dentro de la capa fluida de partículas (carrera de i m p u l s o ) , mientras que aquellas partículas con elevada velocidad de sedimentación serán llevadas a una mayor profundidad durante la carrera de succión. Con lo que el efecto de la densidad s e ve incrementado en mayor medida por la sedimentación obstaculizada durante la carrera de impulso y l a carrera de succión. 322

7.2. A c e l e r a c i ó n diferencial al inicio de la caída •

Cada partícula tendrá al inicio de la caída un determinado valor de aceleración, que estará dado por la siguiente e c u a c i ó n :

dt Dónde: •

\ Df, es la densidad del fluido. Ds, la densidad del sólido.

Se puede ver que la aceleración inicial, depende del valorde la densidad del sólido y d e l fluido. 323

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz •

•

Flotación y

>

>

de Minerales

Las partículas estarán m á s afectadas por la aceleración inicial, y por lo tanto, por s u d e n s i d a d , que p o r s u velocidad terminal y por lo tanto por su t a m a ñ o .

7.4. Capas en el interior de! jig

C o m o ejemplo se puede indicar que, si s e quiere separar partículas minerales pequeñas (pero p e s a d a s ) de partículas grandes (pero livianas), s e necesita un jig de ciclo corto, ya que en cada pulsación hay un inicio de un nuevo periodo de caída.

o

Capa superiorotransportadora; es responsable de la distribución de la alimentación y por la rápida eliminación de lamas yotros materiales no d e s e a d o s . Es una capa fina yfluida.

o

Capa r o u g h e r o desbastadora; en ella las partículas livianas son inmediatamente eliminadas para la capa superior, y las partículas de alta d e n s i d a d s o n rápidamente pasadas para la capa separadora.

o

Capa separadora; es aquella que acepta y deja pasar las partículas pesadas y e l i m i n a los medios.

7.3. Consolidación intersticial al final de la caída >

Concentración

Las partículas de diverso tamaño de la m i s m a especie o especies diferentes, no recorren las m i s m a s distancias durante cada uno de los periodos de la caída a que s o n s o m e t i d a s . Existe un espacio de tiempo en que las partículas pequeñas están depositadas sobre el lecho de partículas g r u e s a s , las cuales están compactadas unas a otras, incapaces de moverse, mientras que las partículas pequeñas están libres. Las partículas pequeñas s e depositan en los intersticios entre las partículas gruesas. La consolidación intersticial permite que los granos pequeños p e s a d o s , s e muevan a través de los intersticios, inclusive después que el lecho inicie su compactación. La recuperación de partículas finas depende de la duración del ciclo de consolidación. Figura 10.5.

En el jig se distinguen tres capas; figura N° 10.6.

7.5. B lecho del jig Los lechos utilizados en el jig pueden s e r d e diversos materiales y d e formas diferentes; s o n bolas de acero, de fierro, de mena o de otro material con densidad intermedia. Se deben tener los siguientes cuidados: o

El l e c h o n o d e b e t e n e r u n a a l i m e n t a c i ó n d e p a r t í c u l a s d e t a m a ñ o i n f e r i o r a la de la criba y tampoco del tamaño próximo a la d i m e n s i ó n de la abertura. Para evitar que s e tapen los hoyos, el lecho debe tener un tamaño mínimo igual a dos veces la abertura de la criba.

o

El peso específico del material de c a m a , debe s e r d e peso intermedio entre el material estéril y l o s valores metálicos a obtener.

o

Los granos que forman ei material de c a m a , son generalmente duros para a s i d a r m á s permanencia al lecho, porque si los granos de la cama s o n desmenuzables, pierden eficacia cuando se desgastan, siempre se usan perdigones de hierro.

o

Cuando es m u y p e q u e ñ a la altura del lecho, puede producir un efecto de turbulencia, que perturba el movimiento alternado de Impulsión y succión. Cuanto m á s fina es la alimentación, m á s densa debe ser la capa del lecho.

7.6. Material y clasificación del lecho o cama Succión

y

Percolación I n t e r s t i c i a l

F i n a l de ciclo Resultado Neto

Partículas o s c u r a s « partículas densas. Partículas blancas = partículas ligeras.

Figura n° 10.5 324

Fornación de la estratificación de las partículas en un ciclo completo de un jig

Es la mezcla de sólidos y líquidos en el cajón del Jig, material generalmente llamado c a m a o lecho; de acuerdo a su comportamiento se pueden c l a s i f i c a r e n : Lecho compacto, cuando los granos de la cama se aprietan debido a una succión producida p o r e l agua.

325

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Leclio expandido o dilatado, cuando los granos de la c a m a sufren una expansión debido a una impulsión producida p o r e l agua, figura N° 10.7.

Forma y s u p e r f i c i e del m a t e r i a l de c a m a

La forma adecuada del material de cama debe seresférica. La superficie debe s e r l o m á s lisa posible, para permitir el deslizamiento rápido de otras partículas.

7.7. Clase de c a m a Se puede considerar dos tipos:

7.10.

•,}'..:,

'

C a m a artificial; cuando el material usado, es diferente al mineral procesado. C a m a natural; formada por partículas grandes y pesadas del m i s m o mineral tratado.

7.11. Limpieza del m a t e r i a l de c a m a Durante la operación del tamiz, los granos de c a m a tienden a contaminarse con ganga o concentrado, lo que bajara el rendimiento del lecho, por e s o es necesario hacer una limpieza, lavando y tamizando el material de c a m a . 7.12. R e m o c i ó n de la s o b r e c a m a

7.8. Espesor de la c a m a Se considera muyaceptables c o m o espesorde cama a las alturas de 1/2" a y*" o de 1.5" a 3"; para alimentaciones gruesas se considera una altura de c a m a , 7 veces el diámetro de la partícula m á s grande, y e s mejor si s e consideran 12 veces, para alimentaciones finas, p o r e j e m p l o para tamaños de 2 m m , l a mínima profundidad de c a m a es aproximadamente 20 veces el diámetro del grano.

Generalmente después de varias horas de operación se acum ulan sobre la c a m a partículas gruesas y p e s a d a s , las que pueden s e r d e concentrado o relave, esto influye enormemente en la operación de un j i g , por e s o el e s p e s o r de c a m a es necesario regulado periódicamente o en forma continua. Allimnt«cl6n Pulp.

En la práctica s e coloca el material de cama a una altura conveniente, hasta la mitad de la altura del compartimiento y s e va aumentando el e s p e s o r hasta obtener los productos d e s e a d o s .

7.9. Peso e s p e c i f i c o , dureza y d i á m e t r o del material de c a m a El peso específico del matenal de c a m a , debe s e r d e peso intermedio entre el material estéril y los valores metálicos a obtener. Los granos que forman el matenal de cama son generalmente duros, para así dar m á s permanencia al lecho, porque si los granos de la c a m a son desmenuzables, pierden eficacia cuando se desgastan, de alli que s i e m p r e s e usan perdigones de hierro. El d i á m e t r o d e los granos com ponentes del lecho, s o n siempre mayores que la luz del tamiz usado,algunos c o n s í d e r a n q u e d e b e n s e r i m m mayor, otros el doble de dicha luz, siendo la m á s aceptada la última. Normalmente se usan perdigones de Vi" a 3/8" para alimentaciones g r u e s a s , y d e 1/8" a 3/16" para alimentaciones finas. Cuando se usa como material de cama el m i s m o concentrado, es conveniente tamizar por dos cedazos de aberturas adecuadas, para así eliminar el m u y fino y muy grueso, u s á n d o s e solo el tamaño obtenido entre los dos tamices, en este caso el e s p e s o r d e cama será mayor que cuando s e usa perdigones de hierro. 326

Figura N" 10.6 Zonas al interiorde un jig 327

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 8.2. Tamiz

8. T a m a ñ o de particuias de a l i m e n t a c i ó n al j i g C o m o la alimentación a un jig está formada pordiferentes variedades de partículas, es necesario conocer algunos conceptos relacionados

a su

tamaño. •

Partículas s u b intersticiales

Los tamices del jig pueden s e r d e rejilla, chapa perforada o tela metálica; las que actúan c o m o soportes del material de cama y c a r g a alimentada, y pueden estar en posición horizontal o algo inclinada de 1 " a 2 " hacia la descarga.

Partículas d e tamaño m e n o r que los intersticios de un lectio, y pasan fácilmente a través d e dichos conductos.

8.3. A l i m e n t a c i ó n de agua

•

Se refiere al agua que va a producirla impulsión ysucción en un jig, y no al agua que a c o m p a ñ a a ia carga de alimentación.

Partículas s ú p e r intersticiales

Cuando las partículas s o n m á s grandes que los intersticios, luego s o n demasiado grandes para penetrar pordichos canales, salvo que desplacen a algunas partículas que conforman la c a m a . •

Partículas intersticiales Cuanto tienen un tamaño casi igual al d e los espacios intersticiales, luego penetran con rozamiento y dificultad cada vez que el lecho se compacta, pero no desplazará a las d e m á s partículas de la c a m a . 8.1. La criba del j i g La abertura mínima de la criba debe s e r igual a dos veces el t a m a ñ o de la particulado la mena a serconcentrada; para evitar el atascamiento de las aberturas. • Se recomienda una abertura igual a tres veces el tamaño de la partícula mayor d e la mena alimentada, entendida, ésta c o m o ei tamaño d e partícula cuyo porcentaje retenido acumulado s e a 5%. • Los materiales usados en las cnbas s o n : acero, g o m a o poliuretano.

8.4. V e l o c i d a d y golpe Tratamos estas dos variablesjuntas, porestar en estrecha relación entre sí y s o n inversamente proporcionales, a m b a s se refieren al émbolo. 1. Velocidad; denominada también frecuencia, se refiere al número d e impulsiones por unidad de tiempo, es decires la velocidad del golpe y se expresa en s p m , (strokes por minuto) o revoluciones por minuto. 2. Golpe; llamado también recorrido, s e refiere a la amplitud de la impulsión o longitud d e la carrera, es decir la longitud de golpe.

Alimentación

> \

9. A p l i c a c i o n e s industriales d e l j i g Descarga

Lecho compacto

lecho expandido o dilatado

Rgura N° 10.7 Tipos de lecho del jig 328

La alimentación de agua, se debe hacer siempre en el compartimiento del é m b o l o y por debajo de éste, para contrarrestar la excesiva succión o aspiración que es s i e m p r e nociva, porque si esta aspiración es intensa, aprieta y apelmaza la m a s a de mineral yotras partículas m á s rápidas que las partículas ligeras, lo que no sucede con la impulsión que es la que levanta el material de c a m a , la que se entreabre como válvulas en forma de canales por donde descienden las partículas del mineral pesado o concentrado.

La separación por medio de jigs, es uno de los métodos de concentración gravimétrica m á s antigua. El jig es normalmente usado para concentrar materiales relativamente gruesos, y si el material de alim entadón es relativamente uniforme; entre 3 - 1 0 m m , no es dificil lograr una buena separación de minerales, con un rango de pesos específicos estrechos en la alimentación (por ejemplo fluorita p.e. 3,2, del cuarzo p.e. 2.7) y sl la diferencia de pesos específicos es mayoría separación será mejor. Muchos circuitos donde incluyenjigs, siguen trabajando en operaciones de carbón, casiterita, tungsteno, oro, baritina yhierro. El jig tiene s u mejor aplicación en recuperación de oro de minerales filoníanos y d e origen aluvial, en el p r i m e r c a s o en plantas de concentración 329

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

metalúrgica, donde el oro esta g r u e s o , la ubicación del jig en el circuito, es en la descarga del molino para evitar que las partículas de oro grueso y e n forma de pepitas, se pierda en el relave. En el caso del oro aluvial, el oro grueso es también recuperado en el j i g , por ejemplo en plantas de dragado, existen varios de estos equipos en paralelo por donde s e hace pasar la pulpa, para captar el oro de granulometria relativamente g r u e s a , m a y o r a 100 u. Otras aplicaciones s e dan para concentrar materiales de peso especifico alto, por ejemplo tungsteno, cerusita, anglesita que no responden eficientemente a otros procesos de concentración, c o m o por ejemplo fiotación.

gravedades específicas, p o r m e d í o d e líquidos o s u s p e n s i o n e s de sólidos, cuyos pesos específicos s o n intermedios entre los productos que se d e s e a separar, es decir entre la parte valiosa y s u ganga.

10. CONCENTRACIÓN POR IVIEDIOS DENSOS En el año 1858 fue patentado el p r i m e r p r o c e s o de m e d i o d e n s o por Sir Henry Bessemer. Fueron propuestos c o m o líquidos de separación, soluciones de cloruros de hierro, m a n g a n e s o , bario y calcio; la separación fue realizada en separadores con forma de cono. El proceso chance, e m p l e a b a una mezcla de arena y agua, fije patentado en 1917. La primera planta con este proceso s e creó en 1921 para la limpieza de antracita, en 1925 fije la primera v e z q u e el proceso s e e m p l e a b a para la limpieza de carbón bituminoso. En 1922 apareció el proceso conkiin para la limpieza de antracita e m p l e a n d o magnetita en suspensión. En 1935 el lavador belknap de cloruro calcico fue el primero instalado para limpiar carbón bituminoso. El proceso tromp, desarrollado en 1938, fue el primero en e m p l e a r comercialmente como medio magnetita. La separación en medio p e s a d o , originalmente desarrollada para la concentración de minerales, fije introducida por la A n e r i c a n Cyanamid Co. p a r a l a limpieza de carbón e n 1940. El proceso e m p l e a b a magnetita, 5 p.e. c o m o medio de s u s p e n s i ó n y e m p l e a b a un único método para la recuperación magnética y reacondicionamiento del medio de magnetita. El carbón limpiado en m e d i o d e n s o , actualmente es realizado en s u s p e n s i o n e s de arena o magnetita. La tendencia en el diseño de separadores, que comenzaron con separadores cónicos altos, es ahora hacia cubetas o artesas poco profundas, que proporcionan una zona de separación tranquila y minimizan la cantidad del medio d e n s o requerido. Actualmente con el e m p l e o de la instrumentación yconfi-ol de procesos, las plantas de medio denso s o n automatizadas y capaces de un alto rendimiento, y pueden efectuar separaciones m u y precisas. La concentración de minerales por medios d e n s o s , o sink and float (hundiry flotar) o heavy media (líquidos de medio denso), es una operación que consiste en la separación de partículas minerales de diferentes 330

10.1. Principios t e ó r i c o s del m é t o d o La separación sink and floates puramente gravimétrica, y s e basa e i el principio de A-químedes, de acuerdo a este físico, un cuerpo colocado en u n líquido flota o se hunde, según que su peso especifico sea menor o mayor que la d e n s i d a d de dicho liquido. Por ejemplo, si en un liquido de densidad 3.0 se vierten trozos de galena (d-7.5) y cuarzo (d-2.6), este último permanecerá en la superficie del liquido mientras que la galena se hunde inmediatamente; en este ejemplo como se ve el m e d i o tiene una d e n s i d a d intermedia entre los cuerpos a separar. Una vez que las partículas s e han separado en fijnción de sus d e n s i d a d e s , las que s e hunden están sujetos a ciertas fuerzas que s e oponen a s u asentamiento y que toma el nombre de "Resistencia al movimiento de partículas en un fluido", esta resistencia está expresado en tres ecuaciones formulados por Stokes, Newton y Oseen, según sea el tamaño de las partículas. La l e y d e Stokes, es válido para las partículas pequeñas entre 0.01 a 0.2 m m de diámeti-o, de igual forma la ley de Newton es apropiada para partículas de 2 m m hasta 50 m m . Mientras que la ley de O s e e n es aplicable a partículas enfi-e 0.2 m m a 2 m m . La concentración por sink and float, s e efectúa generalmente con partículas de malla 10 a 2 pulgadas, es obvio que esté comprendido dentro de la l e y d e Newton. La l e y d e Newton s e expresa en la siguiente e c u a c i ó n : R =

'A

QTrD'r^v^

(10.5)

Dónde: R

: es la resistencia al movimiento de una esfera en un fluido.

O

: coeficiente de resistencia.

D' : d e n s i d a d del fluido, r

: radio de la esfera.

V

: velocidad de la esfera.

Considerando que la l e y d e Newton es aplicable a partículas esféricas, y de acuerdo a la 2° l e y d e l movimiento s e tiene: 331

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Las partículas deben ser preferiblemente superiores a 3 m m de diámetro, en tal caso la separación puede ser efectiva s o b r e una diferencia de d e n s i d a d relativa de 0 . 1 , o inferior. Separaciones por debajo de los 500 pm o tamaños inferiores, pueden ser llevadas a cabo con el empleo de separadores centrífugos. Existiendo diferencia de d e n s i d a d , no haylímite superior en cuanto a tamaño, excepto el limite impuesto porla disponibilidad de la planta para manejar el material.

La velocidad máxima (Vm); se obtiene cuando:

dy = O, dt

Vm = V

De d o n d e :

V m

=

10.2. El m e d i o d e n s o

¡3(D-D')rg

p

D

; D = densidad d é l a esfera

(10.6)

Q

La fórmula de Newton es aceptada con cierta reserva, entre las causas que tiacen dificil su aplicación en la práctica, se encuentra los siguientes aspectos: "

Los experimentos de Newton fueron llevados a cabo con partículas esféricas, caso que no se da en concentración de m i n e r a l e s .

•

El valor de Q (coeficiente de resistencia) varía bruscamente de 0.4 a 0.15, cuando se usan velocidades ligeramente superiores a la usada en la práctica.

•

Otras condiciones encontradas en la industria minera, son completamente distintas a l a s utilizadas por Newton en la determinación de la ecuación.

La aplicación industrial de este proceso, es una extensión de los ensayos convencionales de laboratorio, de hundído-flotado (float-sink), que s o n empleados como separación gravimétrica. Las plantas industriales no s i m u l a n exactamente la separación llevada a cabo en laboratorio, por las siguientes razones: las s u s p e n s i o n e s que se emplean c o m o medio de separación, no s o n líquidos verdaderos, la introducción de alimentación y la eliminación de las sustancias hundidas yflotantes crea perturbaciones en el medio de separación, s e requiere agitación o corrientes ascendentes en el recipiente, para mantener el medio de separación en s u s p e n s i ó n , y por último, el proceso industrial necesita elevados rendimientos, no permitiendo el tiempo de retención suficiente, de las sustancias a separar. 10.3. C a r a c t e r í s t i c a s del m e d i o d e n s o • •

Debe ser barato. Físicamente estable; es decir que no se d e s c o m p o n g a o se degrade durante el proceso.

La separación en medio denso, también d e n o m i n a d a separación en medio pesado ("dense médium separation" o "heavy m é d i u m separation"), se aplica en la pre concentración de minerales para eliminar aquella g a n g a , antes de su introducción en la etapa de molienda para la liberación final. Sin e m b a r g o . e s t e proceso tiene su aplicación principal en el lavado y limpieza de carbones, de s u contenido en cenizas y e s q u i s t o s .

•

Químicamente inerte; es decir que no reaccione con el mineral que se está procesando.

•

Fácil de eliminar del producto.

Este tipo de separación, está m u y ligada a la concentración por gravedad y s e basa en la separación de materiales de diferente d e n s i d a d , por inmersión de los m i s m o s en un fluido que actúa c o m o medio pesado.

•

Fácilmente recuperable para volver a usado.

•

Baja viscosidad a la densidad relativa de separación.

•

Estable dentro de un rango especificado de densidad relativa.

Este proceso es aplicable a cualquier mineral, en el que después de un adecuado grado de liberación por trituración, tienen una diferencia en la densidad relativa, entre partículas pesadas y partículas ligeras que se pretende separar. El proceso se aplica ampliamente, cuando la diferencia de densidad ocurre a un tamaño de partícula grueso, puesto que la eficiencia de separación disminuye con el tamaño, debido a una disminución de la velocidad de asentamiento de las partículas.

332

10.4. Tipos de medios d e n s o s Actualmente hay cuatro tipos de medio de separación que han sido e m p l e a d o s industrialmente: líquidos orgánicos, sales disueltas en agua, sólidos gasíficadosysuspensíones de sólidos finamente molidos en agua.

333

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

10.6. Sales disueltas e n agua

10.5. Líquidos o r g á n i c o s Los líquidos orgánicos se e m p l e a n para separaciones de mineral o carbón, en laboratono en el rango de 0.86 hasta 2.96 de densidad relativa. Estos ensayos determinarán la idoneidad del proceso a escala industrial. Los líquidos orgánicos tienen baja viscosidad, s o n estables y virtualmente inmiscibles con el agua. La densidad relativa del liquido puede s e r r e g u l a d a rápidamente proporcionando líquidos de alta o baja d e n s i d a d . En el caso del carbón, para reducir el c o n s u m o del m e d i o de separación, debido a la adsorción de éste por ei mineral, puede ser necesario el tratamiento previo del carbón, por un agente activo que va a crear sobre s u superflcie, una película delgada de agua. Los líquidos orgánicos empleados en ensayos de laboratorio c o m o m e d i o de separación son: gasolina, benzeno, tetrabromoetano, bromoformo, tetrabromuro, acetileno, pentacloruro de carbono, tricloruro de etano, tetracloruro de carbono, penta cloruro de etano y d i y o d u r o de metano.

Reactivo

Densidad

Fórmula quimica

Tricloruro de etano

C2H3CI3

1.462

Tetracloruro de carbono

CCI4

1.595

Penta cloruro de etano

C2HCI5

1.678

Tetra bromuro de etano

C2H2Br4

2.964

Bromoformo

GHBrs

2.890

Diyoduro de metano

CH2I2

3.330

Cuadro N° 10.3 Reactivos orgánicos empleados en concentración sink and float Entre las desventajas principales que limitan el u s o de líquidos orgánicos, s e tiene: altos costos, producción de e m a n a c i o n e s tóxicas, pérdidas considerables debido a su fuerte adherencia a los minerales. Aunque actualmente no se e m p l e a n a escala industrial, hay en marcha nuevos procesos que están e m p l e a n d o los líquidos orgánicos. Cuadro N° 10.3.

334

Para la separación del carbón, se pueden emplear sales disueltas en agua c o m o cloruro calcico, y cloruro de zinc. A causa de la baja densidad de las soluciones de cloruro calcico, es necesario inducir mecánicamente corrientes ascendentes, para obtener separaciones de carbón a la densidad requerida normalmente. El proceso Belknap de cloruro, es el único método, que e m p l e a n d o un liquido p e s a d o verdadero como líquido de separación, ha sobrevivido industrialmente en la separación del carbón. Este proceso separa el carbón del rechazo e m p l e a n d o cloruro calcico en un rango de densidad relativa de 1.4 a 1.6. El cloruro calcico s e emplea para estabilizar y controlar la densidad del medra, puesto que el medio está formado por partículas finas de arcilla procedentes del carbón. 10.7. Sólidos gasificados El único proceso para conseguir algún grado de éxito industrial, fue el proceso aire-arena de Fraser y Yancey comercializado por Stephens A d a m s o n Mfg. Co. El medio de separación era arena aireada (0.60-0.18 m m ) , que tenía un comportamiento de fluido d e n s o . Se han construido algunas plantas para carbón bituminoso con esta técnica, aunque posteriormente s e ha quitado el proceso por s u dificultad de manejar carbones h ú m e d o s .

10.8. S u s p e n s i o n e s sólidas Una s u s p e n s i ó n puede ser definida c o m o cualquier líquido, en el cual s o n dispersados sólidos insolubles, y mantenido en un estado energético de fluido. La estabilidad de las s u s p e n s i o n e s varia, desde s u s p e n s i o n e s estables con el empleo de magnetita ultra fina, hasta s u s p e n s i o n e s altamente inestables de arena g r u e s a , en las que s e hace necesario el e m p l e o de corrientes ascendentes creadas mecánicamente. Las densidades relativas de separación para los carbones, varían desde 1.30 hasta 1.90. Para alcanzar este rango de densidad relativa, manteniendo la concentración volumétrica a un nivel razonable, es necesario o bien seleccionar sólidos de alta densidad o introducir corrientes ascendentes en el recipiente. Normalipente la concentración volumétrica aceptada de los sólidos en s u s p e n s i ó n , está entre el 25 y el 45 %, su tamaño y densidad relativa debe ser seleccionada, para proporcionar la densidad del medio deseada, mientras al m i s m o tiempo s e obtiene la estabilidad del medio. VÍ:VÍÍ;-^^

335

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Los sólidos más gruesos tendrán una velocidad de asentamiento mayor, una menor viscosidad y una recuperación del medio m á s sencillo. Los sólidos m á s finos tendrán una m e n o r velocidad de asentamiento, mayor viscosidad y presentarán mayor dificultad para r e c u p e r a r e l m e d i o . Las Principales s u s p e n s i o n e s s o n : •

Magnetita Su peso especifico es 5.0, la densidad máxima de pulpa bien fluida no pasa de 2.60, s u aplicación está en especies de minerales livianos de densidades menores a 2.5 de s u s g a n g a s , tendrán aplicación p o r e j e m p l o en le crisocola 2.0, crisolita 2.20, yeso 2.30 y grafito 2.23, debido a sus propiedades magnéticastiende a f o r m a r g r u m o s en la pulpa, por esta razón la magnetita se usa poco en sink and floaL

Plomo atomizado

Tiene una d e n s i d a d de 11.5 y c o n él s e pueden obtener s u s p e n s i o n e s hasta de 5.2, es blando s e oxida fácilmente, forma g r u m o s , cuando s e asienta y s e c a endurece c o m o cemento, esto s e debe posiblemente a la formación de carbonatos ysulfatos de p l o m o .

1 1 . Equipos s e p a r a d o r e s La función de un equipo d e sink a n d float, es separar una alimentación e n dos o m á s productos. En la mayor parte de los c a s o s el material de alimentación será previamente triturado y humedecido. Sin e m b a r g o la alimentación puede s e r t a m b i é n producto hundido de un separador primario, para una separación secundaria en producto m e d i o y producto de rechazo. Las especificaciones para el d i s e ñ o de un separador s o n : •

Tener la capacidad de procesar un alto tonelaje d e material por unidad d e superficie de separador.

•

Requerirá un m í n i m o volumen circulante del m e d i o .

•

La d e n s i d a d relativa del volumen total del m e d i o e n el separador, generalmente d e b e permanecer uniforme.

•

Las comentes hidráulfcasdentro del separador, d e b e n minimizarse para alcanzar una verdadera separación hundido-flotado.

•

El separador d e b e s e r d i s e ñ a d o para permitir una eficiente entrada de la alimentación, una recuperación del producto limpio y la eliminación del rechazo.

•

El separador d e b e s e r capaz de aceptar alimentaciones, que p u e d e n variar e n t a m a ñ o de partícula y e n porcentaje de impurezas.

Galena

Tiene una densidad de 7.5, y c o n ella se puede obtener s u s p e n s i o n e s hasta de 3.4, su fragilidad y facilidad a la abrasión, con producción de lamas y su inmediata oxidación, hace de este medio m u c h a s veces dificil de recuperar sea por m e s a o por flotación. •

•

Cuarzo

Cuyo peso especifico es 3.0, reúne m u y buenas condiciones para ser usado c o m o m e d i o clasificador, la densidad máxima de una pulpa es de 1.70, s e le utiliza para flotar pizarras de la roca que lo a c o m p a ñ a .

•

aleación de 8 2 % Fe y 16 % de Si, s i el contenido de sílice aumenta por encima del 1 6 % , la susceptibilidad magnética s e verá m u y reducida, p o r e l contrario s i disminuye p o r d e b a j o del 15 % , la aleación tenderá a corroerse. Se maneja en tamaños de 95 % - 1 5 0 pm hasta 95 % - 40 p m .

Arcillas

Su densidad oscila entre 2.30 a 2.70, se puede hacer s u s p e n s i o n e s hasta de 1.80 de d e n s i d a d , los que s e pueden usar para separar minerales que tienen 1.5 o m e n o s de d e n s i d a d . •

Flotación y Concentración de M i n e r a l e s

Ferro silicio

Es un producto atomizado de una aleación de fierro y silicio en diferentes proporciones, es altamente resistente a la oxidación, corrosión y abrasión, dotada de propiedades magnéticas, que hacen fácil su recuperación por medios electromagnéticos, s u densidad y dureza varian do acuerdo al porcentaje de fierro y silicio. El producto m á s usado esl;'i c o m p u e s t o de 8 5 % de hierro y 1 5 % de silicio, tiene una d e n s i d a d de 6,8 y con este se puede alcanzar s u s p e n s i o n e s hasta de 3.5 de d e n s i d a d . Actualmente el medio de separación m á s utilizado para m e n a s talos c o m o fluorita, minerales de plomo-zinc y minerales de hierro, es un.i 336

337

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Alimentación Medio Hundido

Agitadores

Rgura N° 10 .8 Separador de cono WEMCO con sistema de bombeo Fuente: Wills, ES.A. "Tratarriento de Menas y Recuperación de Minerales"

Rgura N" 10.9 Separador de cono WEMCO con s i s t e m a neumático R i e n t e : Wills, B . A "Tratamiento de Menas y Recuperación de Minerales"

Los equipos s e paradores en medio d e n s o , pueden ser clasificados en separadores de g r a v e d a d y separadores centrífugos.

1 2 . 1 . S e p a r a d o r de c o n o

12. Separadores p o r gravedad

Se e m p l e a tanto en el tratamiento de nnenas c o m o en el tratamiento de carbones. El m á s conocido es el s e p a r a d o r de cono WEMCO. La alimentación s e introduce en la parte superior del cono sobre la superficie del medio.

En los s e p a r a d o r e s de gravedad en medio d e n s o , la alimentación yol medio se i n t r o d u c e n independientemente, sobre la superficie del medio, en estado de reposo en un recipiente relativamente grande. El material qun flota será r e c o g i d o por rebose de la superficie del m e d i o , y el material qud se hunde, será r e c o g i d o del fondo a través de válvulas o m e c a n i s m o s qun minimicen las turt>ulencias en el baño.

338

El m e d i o s e introduce en el interior d e l cono a diferentes niveles, medio de tuberías de retorno para el control del gradiente de densidad; dotados s e obtienen en la periferie s u p e r i o r del cono por rebose, y hundidos s o n evacuados del fondo a través de b o m b a s o bien elevados nire c o m p r i m i d o , a través de un conducto central, figura N° 10.8 y 10.9.

por los los por

El cono p o s e e unos agitadores mecánicos para mantener la suspensión del medio. El cono tiene un diámetro m á x i m o de hasta 6 metros, con una cnpacidad de 500 t/h y u n tamaño de partícula máximo de alimentación de lOcm.

339

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales 12.5. S e p a r a d o r n o r w a i t

12.2. S e p a r a d o r de t a m b o r La rotación del tambor levanta el hundido, hasta extraerio del baño y depositario en un vertedero situado a diferente nivel, el producto flotado decanta a un vertedero situado en el extremo opuesto al canal de alimentación del tambor. Los separadores de tambor w e m c o , pueden realizar separaciones de dos o tres productos, en este último caso el tambor estará provisto de dos compartimentos;el compartimento de baja densidad y e l compartimento de alta d e n s i d a d . Estos tambores se fabrican en diámetros que llegan hasta los 4.6 m por 7.0 m de largo, y capacidades de hasta 800 t/h. Son capaces de separar partículas con tamaños comprendidos entre 6 m m y 30 m m . Existe otra variante de separadordetambor,suministrado p o r e l fabricante de equipos humboldt w e d a g , denominado separador teska. 12.3. S e p a r a d o r de artesa Hay diferentes diseños y e n casi todos ellos, tanto el producto hundido c o m o el producto flotado, es extraído por medios mecánicos: transportadores de scrapers o rascadores ybrazos rastrilladores. Este tipo de separadores s o n muy empleados en la industria del c a r b ó n , y d e todos ellos destacan los siguientes s e p a r a d o r e s : o o o o o o

McNally Tromp de tres productos (McNally-Píttsburg Inc.). McNally Lo-Flo (McNally-Píttsburg Inc.). Barvoys (Roberts & Schaefer Co.). De la Dutch State Mines, DSM (Roberts & Schaefer Co.). Wilmot H M ( W i l m o t Engineering Co.). H Sl P (Heyl & Patterson, Inc.).

12.4. Separador d r e w b o y Se emplea de forma amplía en la industria del carbón del Reino Unido, debido a su elevada capacidad. El carbón s e alimenta por un extremo, donde una rueda de aspas radiales se encargará de elevar los hundidos y sacados fuera del baño, por otra parte una rueda de estrella, descargará el flotado por el extremo opuesto de la entrada de alimentación. La entrada del medio se efectúa a través de la alimentación del carbón y del fondo del baño, controlado a través de válvulas.

Se desarrolló en Sudáfl-ica, y e s donde más se aplica. Se alimenta el carbón en el centro del separador, descargándose los flotados a través de un vertedero en el extremo del separador. Los hundidos serán rastrillados por unos agitadores que los dirigen a una rueda elevadora, que se encargará de sacarios fuera del equipo, depositándolo en un vertedero exterior. 13. S e p a r a d o r e s centrífugos Los separadores centrífugos se e m p l e a n en el tratamiento de menas y lavado de carbones. Proporcionan al medio,fuerzas centrífugas altas y baja viscosidad, con lo que las separaciones son mucho más precisas que con los separadores gravimétricos, y permite realizar separaciones de partículas m á s finas menores a 0.5 m m . 13.1. B c i c l ó n DSM Fue desarrollado por la Dutch State Mines, y e s e m p l e a d o para tratar m i n e r a l e s m e t á l í c o s y c a r b ó n , e n el rango de tamaños comprendido entre 40 y 0.5 m m . El principio de operación es muy similar a los hidrociclones c o n v e n c i o n a l e s , e n e s t e c a s o e l mineral se introduce en s u s p e n s i ó n con el medio (ferrosilicto o magnetita en partículas muy finas) por gravedad desde una altura de 2.5 - 3 m. Los hundidos s o n recogidos por el ápex y los fiotados salen a través del vórtexfinder. 13.2. S e p a r a d o r vorsyl Se e m p l e a en muchas plantas de preparación del carbón, para el fi-atamiento de los tamaños pequeños hasta 30 m m . La alimentación consiste en carbón deslamado y el medio es magnetita. La alimentación s e infi-oduce bajo presión, y l a s ftjerzas cenfi-ifugas permiten llevar a cabo la separación entreel carbón limpio y l a arcilla esquistosa, de forma s i m i l a r a c o m o ocurre en los hidrociclones. 13.3. S e p a r a d o r l a r c o d e m s El separador LARCODEMS (Large Coal Dense Médium Separator), es un desarrollo reciente para el tratamiento del carbón en el rango de tamaños d e s d e 1 0 0 - 0 . 5 m m . L a unidad consiste en una cámara cilindrica que está inclinada 30° respecto a la horizontal; la alimentación del medio es introducida bajo presión, mediante una bomba o desde una altura de caída, a ti-avés de la entrada tangencial del extremo inferior. La entrada tangencial del otro extremo se conecta al extractor de rechazo. El carbón es alimentado al separador por un vertedero, conectado al extremo, el carbón limpio después de su separación es eliminado a través de la salida inferior. 341

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Flotación y Concentración de Minerales

Las partículas de elevada densidad relativa pasan rápidamente a la pared de la cámara cilindrica y son extraídas a través del extractor de rechazo. Un equipo de este tipo de 1.2 m de diámetro y 3 m de largo puede tratar 250 t/h de carbón.

>

La d e n s i d a d del m e d i o s e puede cambiar en cualquier m o m e n t o , cuando las exigencias del mineral que s e trata así lo requiera.

>

Los medios usados en las operaciones s o n relativamente de bajo costo, y las pérdidas durante la operación s o n m í n i m a s : 0.2 a 1.0 libra por tonelada del mineral tratado.

>

Bajo costo de operación, y mantenimiento. .

13.4. S e p a r a d o r dyna w h i r i p o o l Este equipo es similaral comentado anteriormente, y también se emplea para tratar carbón, principalmente en Sudáfnca, a d e m á s de diamantes, titanio y minerales de plomo-zinc, en el rango de tamaños comprendido entre 0 . 5 - 3 0 m m . 13.5. S e p a r a d o r oniy-water Por último destacar, los equipos considerados c o m o separadores autógenos en medio denso, que son los hidrociclones sólo de agua. Estos equipos se e m p l e a n para limpiar carbón mineral, en un rango de tamaño comprendido entre 600-150 p m . Difiere de un hidrociclón convencional de medio d e n s o , en que el cono está en etapas y e l ángulo final del cono es mucho mayor, hasta 120°, por otra parte el vórtice es m u c h o m á s largo. Las partículas finas de densidad alta e intermedia se recolectan, y recirculan en esta sección cónica. Presenta la ventaja de menor inversión inicial y bajos costos de operación, debido a la eliminación de gastos de los procesos de separación yrecuperación del medio. 14. Ventajas del p r o c e s o e n m e d i o d e n s o >

Hacer separaciones precisas a una determinada densidad relativa.

>

Mantener una densidad de separación, que puede sercontrolada dentro de un m a r g e n de variación, entre ±0.005 unidades de densidad relativa.

>

manejar un amplio rango de tamaños (tratamiento de carbones).

>

C a m b i a r la densidad relativa de separación, para conseguir exigencias del mercado.

>

manejar calidad.

>

Buenas separaciones entre densidades de 1.25 a 3.40, y rangos de peso específico pequeño con respecto a procesos gravimétricos.

>

La planta puede e m p e z a r y p a r a r s i n mayores pérdidas de minerales o disminución de la eficiencia metalúrgica. Los líquidos de concentración por sink and float tienen una gran capacidad y o c u p a n relativamente espacios pequeños.

> >

fluctuaciones

El método metálicos.

las

en la alimentación, tanto en cantidad como en

<

. ..

15. Desventajas del p r o c e s o e n m e d i o d e n s o •

Coste relativamente elevado, debido principalmente a la necesidad de equipos auxiliares, para recoger y reciclar el medio d e n s o .

•

Alto coste debido a las operaciones de los equipos, para el reciclado del medio y l a pérdida del m i s m o .

•

Elevados costos de mantenimiento, s i el medio empleado es abrasivo.

•

Potenciales problemas de arranque del s i s t e m a , sí s e permite al medio s e d i m e n t a r s e en b o m b a s , recipientes ytuberías.

En algunos casos los costos adicionales de los s i s t e m a s de medio d e n s o , estarán justificados porla recuperación de las sustancias vencibles. Los diagramas de flujo de medio d e n s o , ofrecen m á s flexibilidad de respuesta, ante las condiciones cambiantes del mercado, con respecto a los diagramas de flujo, tales c o m o los jigs y l a s m e s a s concentradoras. 1 6 . A p l i c a c i o n e s del s i n k a n d float El proceso tiene un amplio c a m p o de acción c o m o método de p r e concentración, con eliminación inmediata y a menor costo de la ganga. En general el método se puede aplicar a cualquier m e n a , en la que el mineral que s e quiera separar, tenga una diferencia de densidad con respectoa la ganga, esta diferencia puede s e r m e n o r que la requerida para separación por otros métodos c o m o m e s a , jig o espiral. Son susceptibles de serb-atados por este proceso: Minerales que se encuenti-an sin liberación, después de una molienda gruesa. Minerales cuyas partes ricas se liberan de la ganga, con una molienda mayor a malla 4 8 .

puede tratar indistintamente minerales metálicos y no

342 343

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 17. CONCENTRACIÓN IVIAGNÉTICA La concentración magnética s e ha usado desde hace m á s de 200 a ñ o s , y s e emplea ampliamente en la actualidad en minerales ferrosos y no ferrosos. La susceptibilidad magnética es la p.'-opiedad de un material frente a un campo magnético; de acuerdo a esta propiedad los .materiales pueden dividirse en dos grupos:

17.1. P a r a m a g n é t i c o s Son atraídos por un c a m p o magnético, s o n materiales que experimentan magnetización ante la aplicación de un c a m p o magnético, m e n c i o n a m o s algunos de ellos: ilmenita (FeTiOa), hematita (Fe203), pirrotita (FeiiSi2). Los paramagnéticos s o n atraídos a lo largo de las lineas de fuerza magnética hasta los puntos de mayor intensidad del c a m p o . Los materiales paramagnéticos s e pueden concentraren los separadores magnéticos de alta intensidad. Los matenales diamagnéticos s o n repelidos por un campo magnético c o m o el cuarzo yfeldespato. Los materiales vigorosamente paramagnéticos están ubicados en una categoría llamada ferromagnética; Son materiales que experimentan alto paramagnetismo ante la aplicación de un c a m p o magnético, algunos de ellos son el hierro y l a magnetita (Fe304). El ferromagnetismo s e considera c o m o un caso especial del paramagnetismo. Los minerales ferromagnéticos tienen muy alta susceptibilidad magnética para las fuerzas magnéticas y retienen algún magnetismo cuando s e alejan del c a m p o (remanencia magnética). Estos materiales s e pueden concentrar en los separadores magnéticos de baja intensidad. 17.2. Diamagnéticos Son materiales que repelen el c a m p o magnético, algunos de ellos son el cuarzo (SÍO2), feldespatos (K2O.A2O3.6SÍO2) y d o l o m i t a s (l\/1gCa(C03)). Los diamagnéticos s e repelen a lo largo d e las líneas de fuerza magnética, hasta el punto donde la Intensidad de c a m p o ya es m u y leve. Las sustancias diamagnéticas no s e pueden concentrar magnéticamente. En la actualidad la concentración magnética es un método muyutilizado en la minería, pero s u u s o general radica en la selección antes de entrar al circuito de chancado, para poder extraer de la alimentación materiales indeseables c o m o barrenos, martillos, etc. que puedan afectar a l;i alimentación, t r a b a r e romper al equipo ya sea chancadoras o trituradoras, s e usa m á s frecuentemente las poleas magnéticas o i m a n e s s u s p e n d i d o s .

Flotación y Concentración de Minerales 18. Principios de c o n c e n t r a c i ó n m a g n é t i c a La separación magnética es una separación física d e partículas, en las q u e intervienen las fuerzas: •

Magnéticas.

•

De gravedad.

•

Centrífuga, fricción y de inercia.

•

Hidrodinámicas.

•

De atracción o repulsión.

Las fuerzas magnéticas determinan el rendimiento de las máquinas separadoras, y dependen d e la naturaleza d e la alimentación y d e l tipo d e equipo. La alimentación abarca granulometria, susceptibilidad magnética y otras propiedades físicas y químicas q u e puedan afectara las diversas fuerzas que intervienen. 18.1. Concepto b á s i c o del m a g n e t i s m o C u a n d o s e coloca un objeto en un c a m p o magnético (campo magnético aplicado; H), la inducción magnética P en el objeto s e expresa: P = H +U

(10.7)

W = magnetización o intensidad de magnetización del material. El c a m p o magnético aplicado y la magnetización s e expresan en amperios por meb-o ( A m ) y la inducción magnética e n teslas (T). La relación \AIm = ATVCIQ'^T Para que la ecuación s e a válida, todas deben estar e n las m i s m a s unidades.

18.2. Curvas típicas de m a g n e t i z a c i ó n Ilustran la relación entre la magnetización y el c a m p o magnético aplicado a diversos minerales; la susceptibilidad magnética (K) es la pendiente d e la curva d e magnetización, es decir: K

= —

H

(10.8)

344 345

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies

La susceptibilidad magnética p á r a l o s materiales paramagnéticos es una constante pequeña positiva. Para los materiales diamagnéticos, una constante negativa m u y pequeña y para los materiales ferromagnéticos es variable y d e p e n d e de c a m p o magnético aplicado.

Se b a s a n en el uso de corriente alterna, para generar un c a m n o magnético oscilatorio de intensidad decreciente, figura N» 10 í l ^

®

— •

•

^f^»^ . « • ^ • • • • • • • • • S

• ^^^^ a -• * - .• »•

ParamasnÁtico* (Hematita)

300

E

• •

Alimentación de energía de C A .

A• a• ^ • a • ^ • A

i c

•

100

^— B o b i n a desmagnetizante

E

•S

o -100

•

•

•

• •

• • • * • *

•

DlamagnAtl«30S
c: S

•

• ^"^^«^

^^^^

50

100

160

-o.s

O

0.6

Campo magnética molleada, A/m x lO-* Rgura N° 10.10 Curvas tipleas de magnetización, a) minerales ferromagnéticos (magnetita) b) minerales paramagnéticos (tiematita) y diamagnéticos (cuarzo) (según Law ver y Hopstock)

R g u r a N - 10.11 Bquema de una bobina desmagent^anfe usada para el defloculado de pulpas nriagnéticas. 1 8 . 5 . Fuerza m a g n é t i c a La ftjerza magnética que obra sobre una partícula situada e n un c a m p o magnético aplicado s e expresa por la ecuación vectorial:

18.3. Histéresis y r e m a n e n c i a m a g n é t i c a En un c a m p o magnético aplicado, la magnetización de los m a t e n a l e í ferromagnéticos cambia hasta que alcanza la magnetización de saturación, si se reduce el c a m p o aplicado, disminuye la magnetización pero no regresi a su valor original, a tal proceso irreversible de magnetización se le llama histéresis,a la magnetización residual del material se le llama remanencia magnética. 18.4. R o c u l a c i ó n m a g n é t i c a y d e s m a g n e t i z a c i ó n La floculación magnética de partículas ferromagnéticas finas, se p u o d i lograr haciendo pasar una pulpa entre dos polos magnéticos ( i m a n o i permanentes)a los que se le llama bloques de magnetización; su aplicnclón está en la concentración de magnetita y l a depuración de aguas de plaiilM» de acero. Esta floculación no controlada, puede reducir la eficiencia dií I m separaciones. Las bobinas desmagnetizantes se utilizan para despoliiil/rtf las pulpas ferromagnéticas. , 346

Fm=^n»v^,

(10.9)

Dónde: Vü,

Momento magnético de la partícula de volumen V ,

/?, C a m p o magnético producido externamente o inducción magnética en el cenfi-o de m a s a de la partícula. 1 8 . 6 . Fuerzas e n c o m p e t e n c i a Las fijerzas presentes en los concenfi-adores magnéticos que compiten non las fuerzas magnéticas y actúan sobre todas las partículas s o n : ginvodad, arrastre hidrodinámico, fricción e inercia; si la concentración se linvn a cabo en un t a m b o r rotativo, la fuerza centrífuga también interviene. La gravedad y arrastre hidrodinámico s o n las fuerzas m á s importantes. I I I In separación magnética la unidad m á s comúnmente usada es el Gauss. 347

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz 19. P r o c e s o s de s e p a r a c i ó n m a g n é t i c a Dada la influencia de la susceptibilidad magnética, en la magnitud de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, se han desarrollado dos procesos de separación magnética:

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s ^

El campo de separación magnética se divide también en sectores, de acuerdo a la capacidad de generar flujos magnéticos en rangos determinados en función de las diferentes susceptibilidades magnéticas de los m i n e r a l e s . Los separadores magnéticos s e pueden clasificar en tres g r u p o s :

Separación de baja intensidad Separación de alta intensidad

Separación magnética

a.

Campo magnético generado

Los cuales a su vez, pueden ser llevados a cabo en seco o en h ú m e d o ; a alta o baja intensidad, con el fin de promover la acción de algunos de los tipos de fuerzas, sobre cada una de las partículas.

Proceso Seco:

19.2. S e p a r a c i ó n de alta intensidad Este proceso generalmente s e utiliza para separar especies paramagnéticas de especies diamagnéticas. Dado que la fuerza magnética que experimentan las partículas paramagnéticas generalmente es débil, este proceso s e suele realizar en seco y en equipos no rotativos, con el fin de evitar las fuerzas hidrodinámicas y la fuerza centrífuga; sin embargo, cuando la especie magnética experimenta un p a r a m a g n e t i s m o alto, el proceso se puede llevara cabo en medio húmedo. La intensidad de campo a 5 cm de la superficie del tambor, generalmente es de 2 T. Los campos de alta intensidad permiten la remoción de minerales contaminantes débilmente magnéticos desde concentrados no magnéticos de arena vidriosa, talco, caolín y o t r o s .

348

Imanes suspendidos Tambores magnéticos

* Proceso Húmedo: Tambores magnéticos en Separación magnética d e media yaita intensidad

b.

diversos tanques.

Campo magnético generado en el rango: 2,500 - 17,500 g a u s s o Proceso Seco: Separadores de rodillos inducidos. Separadores de fajas cruzadas o Proceso Húmedo: Separadores de alta intensidad tipo carrusel. Separación magnética de alto gradiente Campo magnético generado e n el rango de 1 7 , 5 0 0 - 2 1 , 0 0 0 Gauss. _ c.

Tipo de e q u i p o •

Depuración

Imanes suspendidos

Polea magnética

20. Equipos y aplicaciones de la s e p a r a c i ó n m a g n é t i c a Los equipos de separación magnética s e dividen en dos categorías: separadores magnéticos de baja intensidad, usados para minerales ferromagnéticos y paramagnéticos de alta susceptibilidad magnética, y separadores de alta intensidad magnética usados para minerales paramagnéticos de m á s baja susceptibilidad magnética, ambas separaciones s e pueden llevar a cabo en seco o en h ú m e d o . Cuadro N" 10.4.

en el rango de O - 2,500 g a u s s

Poleas magnéticas

19.1. S e p a r a c i ó n de baja intensidad Este tipo de p r o c e s ó s e utiliza p a r a s e p a r a r e s p e c i e s ferromagnéticas o paramagnéticas, de las especies diamagnéticas. Dado que la fuerza de magnetización que se produce, sobre cada una de las especies magnéticas es tan alta, se requiere que sobre las partículas actúen fuerzas, c o m o las hídrodinámicasyla fuerza centrífuga, adicional a la fuerza de gravedad, con el fin de obtener un proceso suficientemente selectivo. P o r t a l razón este proceso generalmente se realiza en medio húmedo y en equipos de tambor rotatono. La intensidad del campo magnético a 5 cm de la superficie del tambor, generalmente es de 0,05 T.

d e baja intensidad

•

Humeóos

Descripción de gmesosy

de fíerro

Electroimán fijo sobre faja transportadora o polea.

Protección de trituradora Separación de fierro y arenas deftjndición.

Imán fijado dentro de la polea elevada de una faja transportadora.

Igual que imanes suspendidos.

de baja

De flujo y rotación de igual dirección

pedecería

Aplicaciones

intensidad

La pulpa pasa p o r e l canal en la m i s m a dirección que la rotación del tambor.

Obtener concentrado de" magnetita de alta Ley a p a r t i r d e minerales gruesos.

349

^

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz De rotación inversa

A contracorriente

•

S e c o s de baja

Húmedos

Secos de alta

Tipo

Separación fina, buena recuperación y concentrados limpios.

intensidad Concentración de magnetita cuando no se disponedeagua.

intensidad

El carrusel gira a través de un campo magnético de alta intensidad que induce un c a m p o magnético de alto gradiente.

De rodillo inducido

•

La pulpa se introduce en el punto medio de la sección magnética, características iguales a los dos anteriores

de aita

Tipo Carrusel

•

Cuando varia la l e y d e alimentación ydonde no se requiere alta ley

Tiene alta velocidad con gran número de imanes permanentes.

TambordeAta Veiocidad

•

La pulpa pasa porel canal en dirección contraria a la de rotación del tambor.

Minerales paramagnéticos: hematita y cromita; pirita de carbón.

intensidad Tiene una sene de rodillos giratorios laminadosformados por discos alternados magnéticos y n o magnéticos.

Concentrar materiales paramagnéticos secos: arena de playa, limpieza de silice.

laboratorio

Tubo Davis

Trabaja en h ú m e d o pero puede trabajaren

El material altamente magnético (magnetita).

seco. Isodinámicodel-rantz

Materiales paramagnéticos

Minerales de magnetismo débil.

Cuadro N" 10.4. Equipos yaplicaciones de la separación m a g n é t i c a .

350

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351

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F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies

Características de separación de los minerales

Cuadro N- 10.5 Concentración de rrinerales en función de sus pesos especúleos propiedades eléctricas y magnéticas Fuente: Kelly. E G. "Introducción al procesaniento de rrinerales" 352

353

Flotación y Concentración de Minerales

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Antecedentes

ANEXO 2

REVISTA DEL INSTITUTO DE INVESTIGACION DE U FACULTAD OE SIOLOGIA, MINAS, METALURGIA V CIENCIAS GEOGRAFICAS Vol. II N''04

Lima-Perú

Diciembre 1999

EVALUACIÓN DE IREACTIVOS DE FLOTACIÓN Angel A z a ñ e r o Ortiz

y

*IVIarco Morales V a l e n c i a .

Departamento Académico de Ingeniería Metalúrgica-UNMSM * Colaborador Externo. Resumen Esta investigación tiene por objeto dar a conocer métodos científicosexperimentales, para evaluar correctamente reactivos de flotación usados en concentración de minerales. Se presentan las variables, ecuaciones matemáticas, metodología y o t r o s parámetros importantes que permitirán cuantiflcar eficientemente en cualquier planta de beneficio m i n e r o metalúrgico, la calidad de los reactivos en proceso de evaluación. Abstract The main purpose of thís research is to make well known scientific experimental methods to correctiy evalúate fiotation reactives used in concentration mineral. The variables, mathematics equations, methodology and other important parameters are presented here in o r d e r t o allow us to quantifyeffectively in any minero-metalurgical benefitpiant, the quality of the reactives on the evaluation process. Introducción El proceso de flotación de minerales ha marcado un hito en la historia de la industria minera, por el importante rol que éste ha jugado en la producción mundial de minerales y m e t a l e s . Este método ha permitido la explotación económica de yacimientos de baja ley y de una constitución mineralógica compleja, que en otras épocas hubiese s i d o imposible. En este contexto los reactivos de flotación son m u y i m p o r t a n t e s en el proceso, los cuales al ser alimentados al circuito de flotación cumplen determinadas funciones especificas que hacen posible la separación de los minerales valiosos de la ganga. Sin embargo la elección de reactivos no es una tarea fácil debido a una serie de dificultades técnicas que se presentan durante el proceso, como por ejemplo la complejidad mineralógica de la m e n a entre otros aspectos. 356

Los metalurgistas debido al trabajo que d e s e m p e ñ a n , siempre están evaluándolas p r o p i e d a d e s y b o n d a d e s que ofrece uno u otro reactivo; hastR encontraral que permita optimizarlos resultados metalúrgicos; el presente trabajo consistirá en evaluar reactivos de flotación, principalmente colectores y e s p u m a n t e s . A c o n t i n u a c i ó n presentamos un diagrama de flujo a seguir en el caso de evaluar reactivos para su aplicación en planta concentradora. P l a n e a m i e n t o de pruebas e n laboratorio Esta etapa de porque s u fijnción debe pasar a una pruebas cerradas elegido.

la investigación es considerada de gran importancia, es seleccionar el reactivo(s) de mejor rendimiento que prueba en planta, previamente es aconsejable hacer y piloto, para estar seguros de la bondad del reactivo

Para iniciar las pruebas es conveniente establecer una prueba de referencia o patrón que sirva c o m o medida de comparación, frente a las pruebas que s e corran con los reactivos a evaluar, esta prueba de referencia es conocida c o m o prueba standard. Definida a nivel de laboratorio, es la que representa las condiciones de operación de una planta concentradora que está operando en condiciones normales. Esta prueba que es trabajada en condiciones similares a la planta concentradora nos servirá para comparar el rendimiento metalúrgico de cualquier reactivo u otra variable en estudio. En plantas donde no se tiene establecido el standard, s e diseñará esta prueba con los datos de operación de la planta teniendo en cuenta algunos aspectos c o m o recírculacíón de productos intermedios que podrían exagerar el c o n s u m o de reactivos en pruebas batch. De este m o d o cualquier reactivo que supere el standard debe ser tomado en cuenta hasta su confirmación industi-ial. P r u e b a s de f l o t a c i ó n C o n el objeto de no incurrir en error de evaluación y dar a todos los reactivos en prueba la m i s m a oportunidad de demostrar sus propiedades, las pruebas tienen que serefectuadas en condiciones exactamente iguales a la prueba standard, es decir, granulometria, dilución(L/S), dosificación de reactivos, tiempo de acondicionamiento yflotación, nivel de pulpa, RPM de la celda, remoción de e s p u m a s etc. En el momento de la flotación es de s u m a importancia que la técnica empleada durante la flotación standard sea la misnria para las d e m á s pruebas. Esto es lo referente a: inclinación, profijndidad, modalidad yfrecuencia de remoción de e s p u m a s , frecuencia de lavado etc. tratando de eliminar en lo posible el error experimental, que podría ocasionar conclusiones erróneas. 357

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Un método para conocerel grado de error que uno es c a p a z d e cometer durante una prueba de flotación es realizar la prueba standard portriplicado. Si la prueba está bien trabajada, los resultados metalúrgicos incluyendo los pesos de los productos deben sersimilares entre sí; esto signifí ca que la preparación de la muestra antes y después de las pruebas, sea efectuada c u i d a d o s a m e n t e . S ó l o d e s p u é s d e a l c a n z a r e s e nivel de exactitud, se estara en condiciones de efectuar con seguridad las pruebas metalúrgicas tendientes a evaluar reactivos de flotación. En caso de evaluar uno o más reactivos, para cuantificar su calidad estos se deben comparar con otro reactivo de marca y calidad reconocida al cual d e n o m i n a r e m o s reactivo patrón.

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s mineral, por lo tanto s e recomendará su uso en planta. Las pruebas industriales se realizaran en una sección o en toda la planta, por un periodo adecuado a fin de tener tiempo suficiente para apreciar la efectividad del reactivo, luego la siguiente etapa será evaluar económicamente en función del costo del reactivo y l a ganancia metalúrgica obtenida. P a r á m e t r o s de evaluación A parte de calcular la recuperación, radio de concentración, ploteo de gráficos etc. s e debe determinar el índice de selectividad, radio de enriquecimiento y eficiencia de separación de la siguiente manera:

Pruebas m e t a l ú r g i c a s En una etapa inicial es recomendable h a c e r l a s pruebas metalúrgicas con flotaciones rougher, rougher-scavenger, por ser estos rápidos y económicos para esta etapa de trabajo, posteriormente ya con ei reactivo(s) seleccionado se puede ir a pruebas m á s elaboradas, donde se incluyan etapas de limpieza y/o pruebas cerradas (cycle t e s t o r lock test). Estas pruebas s e d e b e n llevara cabo con el mínimo error posible, solo así se podrá llegar a conclusiones verdaderas. Por ejemplo en pruebas batch o cerradas es m u y conveniente tener la suficiente práctica y experiencia en flotación a fin de no cometer errores que podrían ser perjudiciales hasta para el mejor reactivo.

IS =

^¡RaJblRbJa

IS =

Indice de selectividad

Ra =

Recuperación de consfituyente a en producto A

Ja =

Rechazo de consfituyente a en producto B

Rb =

Recuperación de consfituyente b en producto A

Jb =

Recuperación de consfituyente b en producto B

RE =

c/h, RE = Radio de enriquecimiento

c

=

Ley del concentrado

Es conveniente dar preferencia a la práctica de flotación, hasta correr una prueba por triplicado, partiendo de 1 Kg de muestra se d e b e obtener casi la m i s m a cantidad de concentrado, con variaciones en un gramo en el peso total, c o m o tolerancia mínima. La evaluación de reactivos será en base a: recuperación, radio de concentración, radio de enriquecimiento, eficiencia de separación, índice de selectividad, forma y t a m a ñ o de e s p u m a s yotros criterios metalúrgicos que uno crea conveniente, c o m o gráficos, etc.

h

=

Ley de la cabeza

A v e c e s es necesario realizaranálisis mineralógico de los productos a fin de obtener una idea de la naturaleza y la proporción de los diferentes tipos de partículas presentes. El conocimiento del precio de los reactivos fi"ente a la mejora obtenida poreste mayor rendimiento metalúrgico ayudará a tener una mejor idea técnico-económica del reactivo evaluado. En casos donde los resultados metalúrgicos obtenidos con el reactivo evaluado, s e a n ligeramente superior al standard y la eficiencia del reactivo no está bien definida es recomendable ira pruebas donde se incluya etapas de limpieza y/o pruebas cerradas para confirmare descartar las bondades del reactivo. Pruebas en planta piloto e industrial Para confirmarlos resultados obtenidos a nivel de laboratorio s e tendrá que verificar a escala industrial; si la tendencia favorable se ratifica a este nivel, definitivamente este reactivo resulta ser el m á s adecuado para el 358

ES =

Rm-Rg - (h-s)/(c-h) x(c/h - (m - c)/(m-h), donde:

ES =

eficiencia de separación

Rm = recuperación del constituyente deseado en el concentrado Rg =

recuperación del otro constituyente (ganga) en el m i s m o concentrado

h

=

l e y d e cabeza.

c

=

ley de concentrado.

s

=

ley de relave,

m

=

ley de los minerales puros contenidos en la cabeza.

Ejemplo: Galena

:

86.6% de Pb

Calcopirita :

34.5% de Cu

Esfalerita

:

67,0% de Zn

Pirita

:

46.4% de Fe

359

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz IVIetodología El trabajo de investigación consiste en identificar los reactivos a ser evaluados, reactivo patrón cuyas características s o n conocidas, el mineral que nos servirá para nuestro experimento, determinando sus propiedades mineralógicas y químicas, las pruebas experimentales desarrolladas, condiciones de trabajo y resultados obtenidos, enseguida se presenta los gráficos que nos ayudarán a una m e j o r c o m p r e n s i ó n del tema yfinalmente los cálculos de eficiencia de separación e índice de selectividad que nos permitirá afirmar correctamente cual o cuales reactivos de flotación son de menor, igual o mejor calidad que el reactivo usado c o m o referencia.

Reactivos a evaluar

1.

Hostaflot LSB

Es un reactivo líquido cuya fórmula química es un díthiofosfato butílico secundario de sodio, su colores ligeramente oscuro cuando se fiomogeniza y cuando está sin movimiento tiende a sedimentarse una substancia color oscura, sobrenadando una solución clara, tiene un olor fuerte y penetrante. 2.

Sodium Aerofloat

Es un promotorsóiido de color blanco, es una sal proveniente del ácido aikil ditiofosfórico. Tanto el Hostaflot LSB como el sodium aerofloat son promotores recomendados para sulfuros de zinc, cobre, cobalto y níquel y tienen selectividad con respecto a los sulfuros de fierro tales c o m o pirita, marcasita yarsenopirita. 3.

Reactivo patrón Aerofloat 211

Ditiofosfato díisopropílíco de sodio reactivo sólido de características similares a los anteriores, nos servirá c o m o reactivo de referencia, por ser un reactivo ampliamente usado de excelente y probada calidad en flotación de sulfuros, principalmente de Zn. B mineral El mineral que nos sirvió para realizar las pruebas metalúrgicas está constituido por un fuerte contenido de sulfijros, principalmente esfalerita, seguido de pirita, galena y marmatita y una m e n o r proporción de arsenopirita en ganga de cuarzo y lamas primarias, tienen 5 2 % de Pb y 12% Zn total está oxidado; el ensaye arrojó los siguientes r e s u l t a d o s : Análisis de la cabeza e x p e r i m e n t a l . 360

Flotación y Concentración de Minerales Leyes en % ; /\ en oz/TC

Pb

Pbox

Zn

Znox

As

Ag

Fe

S

5.05

2.64

18.52

2.14

0.74

7.90

8.15

1543

Pruebas e x p e r i m e n t a l e s C o m o el mineral tiene plomo y zinc, y los reactivos a evaluar son específicamente para el zinc, primeramente se tuvo que flotar el plomo y luego reactivar al zinc con reactivos apropiados, y u n p r o m o t o r a e v a l u a r e n cada prueba que tuvo el carácter de ser de tipo comparativo, variando de una prueba a otra el colectoren estudio, manteniéndose constante las otras variables, as ¡tenemos que en la prueba 1 se probó el sodium aerofloatenla prueba 2, el Hostaflot LSB y en la prueba 3, el Aerofloat - 2 1 1 . Condiciones de o p e r a c i ó n 1. Molienda 2. Acondicionamiento yflotación de Pb, pH :7.0 3. Acondicionamiento yflotación de Zn, pH :10.5 Reactivos para flotar el zinc: •

Cal

•

CUSO4

•

Xz-11

•

DF-250

•

(*) Reactivos en evaluación Prueba 1 : Sodium Aerofloat, Prueba 2 : hostaflot LSB y Prueba3:A-211

T i e m p o de flotación y p r o d u c t o s obtenidos de cada prueba Conc. 1 : Vi minuto, conc. 2 : 1/2 minuto, conc. 3: 1 minuto, conc. 4 : 3 minutos. 361

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

Reporte de prueba experimental:3 Reporte de prueba experimental: 1 Producto

Peso %

Recuperación %

Leyes %; Ag en oz/ TC Zn

Conc.l=b

10.84

14.96

35.44

Conc.Zn 1

19.65

45.20

8.24

Zn

Fe

As

Ag

Ag

As

Producto

Peso %

8.30

9.35

50.98

23.20

11.01

0.49

7.92

51.33

21.47

14.73

19.04

Zn

As

Fe

11.29

15.00 34.20 1.14

7.65

Conc.Zn.1

15.97

39.80 8.24

0.66

Conc.Zn.2

7.67

40.60 7.22

0.49

Fe

1.39

Leyes %; Ag en oz /TC

Conc.R)

Ag

Recuperación % Zn

Ag

As

9.79

52.23

20.26

10.62

11.30

36.74

17.80

16.59

22.20

9.80

17.99

7.49

5.90

9.25

Fe

Conc.Zn 2

8.17

38.35

7.66

0.55

8.80

8.11

8.30

6.90

8.80

Conc.Zn 3

4.35

28.15

7.15

0.84

8.90

7.07

4.12

5.64

4.73

Conc.Zn 3

6.83

35.60 6.12

0.76

9.60

14.04

5.65

8.13

8.06

4.81

Conc.Zn 4

6.38

26.95 5.69

0.53

9.10

9.93

4.91

5.26

7.14

Reí . Gral

51.86

3.84

1.70

0.54

6.70

11.51

11.92

43.86

42.73

Cab. Cale

100.0

17.31 7.40

0.64

8.13

100.00 100.00 100.00 100.00

Cone.Ko. Zn

36.85

36.98 7.19

0.62

10.29

78.70

Conc.Zn 4

4.27

Ral. Gral

52.72

Cab . Cale.

100.00

Conc.Ro. zn

36.44

14.32

5.83

0.64

9.20

3.54

3.31

3.47

1.69

0.56

8.00

10.57

11.82

45.30 51.61

17.30

7.54

0.65

8.17

100.0

100.0

100.0

38.01

7.70

0.56

80.05

8.38

37.20

4.23

31.50

100.0 37.38

Peso

%

Ag

46.65

A continuación presentamos un cuadro con los resultados obtenidos en el concentrado rouglier de zinc con cada uno de los reactivos evaluados el cual nos permite tener un concepto m á s claro del rendimiento de cada uno de los reactivos evaluados.

Recuperación %

Leyes %; Ag en oz / TC Zn

35.88

Eficiencia de s e p a r a c i ó n e índice de selectividad

Reporte de prueba experimental: 2

Producto

35.82

As

Fe

Zn

Ag

As

Fe

Conc.Pb

10.91

14.45 34.93

1.04

B.40

9.11

51.53

18.48

11.10

Conc.Zn.1

16.17

45.00 8.24

0.36

7.95

42.04

18.01

9.83

15.57

Conc.Zn.2

11.42

39.40 7.58

0.60

3.65

25.99

11.70

11.53

11.95

Conc.Zn3

5.59

36.07 6.78

0.59

3.00

9.93

6.04

6.61

7.19

Conc.Zn 4

5.07

12.10 4.96

0.95

3.40

4.24

4.07

9.66

6.90

Ral. Gral

18.84

3.68

1.31

0.53

3.00

8.69

8.65

43.39

47.29

Cab.Calc

100.00

17.31 7.40

0.60

3.26

100.00

Conc.Ro.zn

10.25

35.35 7.31

0.56

3.54

82.20

100.00 100.00 39.82

37.63

100.00 41.61

Cuadro N° 1 Concentrado rougher de zinc 'rueba

Reacti vo

1

Peso %

Leyes %;Ag oz/TC Zn

As

Fe

Ag

Recuperación % Zn

As

fe

R.C

RE

Ag

Sodium A 36.44 38.0 0.56 8.38 7.70 80.05 31.50 37.38 37.20 2.74 2.05

2

liostafloa 40.25 35.3E 0.56

3

A-211

8.54 7.31 82.20 37.63 41.61 39.82 2.48 1.91

36.85 36.9Í 0.62 10.29 7.19 78.70 35.88 46.55 35.82 2.71 1.99

363 362

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz Cuadro N° 2 Prueba

+ IS

ES

Reactivo Zn/As

Zn/Fe

Zn/As

Zn/ Fe

1

Sodium A

48.55

42.67

1.83

2.07

2

Hostafloat

44.57

40.59

1.82

2.04

3

A-211

42.82

32.05

1.70

1.66

Nota: ES

=

eficiencia de separación

IS

=

Índice de selectividad

R.C =

radio de concentración

R.E =

Radio de enriquecimiento

Conclusiones 1. Del cuadro anterior, donde incluimos cálculos referentes a radios de concentración, leyes, recuperaciones a s i como otros criterios que nos permiten evaluarla performance o rendimiento metalúrgico de reactivos tales como eficiencia de separación e índice de selectividad del zinc, respecto a la arsenopirita ypirita, podemos decirque la recuperación de los valores metálicos zinc y plata son muy parecidos con los dos primeros reactivos e igualmente se incrementa con el tiem po de flotación (ver gráflcos N° 1 y 3); incluso ei Hostaflot-LSB presenta mejores recuperaciones que los otros reactivos estudiados, para el caso de este mineral.

arsénico yfierro p o d e m o s concluir que el promotor Hostaflot-LSB y el Sodium Aerofloat tiene mejores características en cuanto a su rendimiento metalúrgico fi^ente al Aerofloat-211, usado c o m o reactivo de referencia, concluyendo que el orden de calidad de los reactivos investigados e s : Primero: Sodium Aerofloat Segundo: Hostaflot LSB Tercero: Aerofloat 2 1 1 ; teniendo presente que el aerofloat 2 1 1 , es un reactivo de m u y buena calidad ampliamente reconocido en la industria minera. 4. La calidad de los reactivos de flotación debe ser evaluada permanentemente o cuando se va ha reemplazar alguno de ellos por otro de mejor rendimiento metalúrgico, el siguiente paso es evaluar el costo del reactivo seleccionado. 5. Las técnicas actuales de evaluación s e apoyan principalmente en: observaciones experimentales, cálculos de leyes, recuperación y radios de concentración. 6. En este trabajo de investigación se incluyen a d e m á s de los parámetros anteriores, otros c o m o s o n , radio de enriquecimiento, eficiencia de separación, índice de selectividad etc. que nos permiten evaluar más integralmente a los reactivos de flotación.

Agradecimiento Quiero expresar mi agradecimiento al Consejo Superior de Investigaciones de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, la Escuela de Ingeniería Metalúrgica y los participantes que colaboraron en el desarrollo de este proyecto de investigación N ° 9 1 6 0 1 0 3 1 . Lima, noviembre de 1999.

2. Las mejores recuperaciones de arsénico y fierro se alcanza con el Aerofloat-211 y e l Hostaflot LSB el cual tiende a incrementarse con el tiempo de flotación, esto lo podemos visualizar en los gráficos N° 2 y 3, sin embargo un concepto m á s claro de estos resultados se obtiene mediante los cálculos referentes a eficiencia de separación e índice de selectividad del zinc respecto al arsénico yfierro mostrado en el cuadro N° 1, donde vemos que dichos valores s o n muy parecidos con los dos primeros reactivos, distanciándose un poco el A-211 confirmando nuestras observaciones realizadas durante las pruebas de flotación. 3. De lo observado durante la realización de las pruebas, los resultados de recuperaciónvs, tiempo mostrados en los gráficos 1 a 3, así c o m o de la eficiencia de separación e índice de selectividad del zinc respecto al 364

365

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

ANEXO 3

REFRENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Rizzo Patrón, R. "Concentrabilidad diferencial". Publicación técnica; Pág. 5-15. 2. Azañero, O. A. "Evaluación de reactivos de flotación". Inf. N°2147 - LMC - 26/09/89, Pág. 2 a 7, 8 y 10. Banco Minero del Perú. Lima - Perú, 1989. 3. Douglas, R. S. "Evaluación del Dudecil Mer Captand como colector para menas de sulfuros". XIX conferencia Anual de Metalurgistas - Sudbury Ontario - Canadá - agosto, 1979. 4. Guanine, A M . "Selectivity of inde: a yardstick of the segregation accomplished by concentration operation". A m . I n s t Mining Metall engineers, Trans 87, p: 483-487; 1930. 5. Muñiz D. J. "Evaluación y selección de reactivos de flotación para minerales de cobre y molibdeno". U.P. Cerro Verde - Minero Perú octubre 1985. 6. Leblanc, J.L. "Evaluation of sodium mercaptobenzothiazole as flotation reagent". Págs. 2-4. Marzo, 1987. 7. Mortenson, M. "Graphical analysis of flotation test resuits". Mining and Metallurgy-V. 12, P. 946. 8. T a g g a r t A F . 1 9 2 7 . - " H a n d b o o k o f mineral dressing". Pág. 124; 9. W.E. Host and G.W. Mitehell. "A method for predicting flotation concentrates quality". p. 571-584 y technical efficieney of concentrafion operafions". Pág. 485-508. Quateriy of the Colorado School of Mines. 10. http://sisbib.unmsm.edu.pe/BibVirtual/Publicaciones/geologia/default.htm

REVISTA DEL INSTITUTO DE INVESTIGACION DE LA FACULTAD OE GEOLOGIA, MINAS, METALURGIA Y CIENCIAS GEOGRAFICAS VoLIIN''03

Lima-Perú

Julio-1999

MODELOS MATEMÁTICOS PARA SIMULAR FLOTACIÓN INDUSTRIAL A PARTIR DE PRUEBAS DE LABORATORIO ANGEL AZAÑERO ORTIZ Resumen Este trabajo de investigación fiene por objeto dar a conocer el flow sheet, balance de materiales, planteo de ecuaciones y desarrollo de modelos matemáticos que nos permitirán predecir resultados finales tales como: leyes, recuperaciones y radio de concentración que un mineral reportará cuando sea procesado por flotación a escala industrial con información obtenida de pruebas batch a nivel de laboratorio, método que se puede aplicar a una amplia variedad de minerales y poder evaluados técnica y económicamente con un alto nivel de confianza.

Abstract This research work has the purpose o f m a k i n g well known the flowsheet, material balance, planning of equations and development of mathematlc m o d e l s w h i c h w i l l allow US to predict final resuits, such as: laws, recoverles and concentrafion rafio that a mineral will obtain when it is processed by flotation in an industnal scale with informafion taken from batch tests a t a laboratory level, m e t h o d - t h a t c a n be applied in a big varietyof minerals and being able to t e s t t h e m in a technical and economical w a y w i t h a high level oftrusL

Introducción Cuando observamos una planta concentradora en operación, el mineral es procesado: iniciando en la trituración, continúa la molienda, clasificación y finalmente, flotación, donde se obtiene el producto final o concentrado(s); para lograr este objetivo s e ha tenido que pasar por una serie de estudios metalúrgicos hasta llevara cabo el proyecto final; estas etapas se r e s u m e n en los siguientes p a s o s :

366

367

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de IVIineraies Metodología

1. Pruebas tipos batch a nivel de laboratorio. 2.

Pruebas cerradas en cadena o simulación continúa a escala de laboratorio.

3.

Pruebas en planta piloto.

4.

Pruebas industriales por campañas.

El concepto para presentar un circuito de flotación es atribuido al factor de distribución o Spiit Factor (SF) de cada componente y e n cada etapa de separación, este SF no es m á s que la fracción de alimentación que reportan los flujos no flotables o relaves en cada caso o etapa de separación o junta de flujos en flotaciones, rougher, cleaner, recleaner o scavenger, etc.

5. Procesamiento industrial del mineral. Llevar a cabo las etapas anteriores para ejecutar un proyecto requiere de fuertes gastos y u n largo periodo de tiem po; por lo que esta investigación propone un método c a p a z d e simplificary/o eliminar alguna(s) de las fases anteriores, en este caso con solo resultados de pruebas batch, desarrollando una diagrama de flujo, planteangdo ecuaciones que relacionen el balance de materiales, con estos modelos matemáticos podemos predecir resultados con perfectas coincidencias en la práctica, que se obtendrán cuando se beneficie industrialmente el mineral. Los cálculos s e pueden simplificar mediante el uso de la hoja de cálculo, los software: Minitab y Metsim.

MMuloi

Antecedentes Desde los inicios de la flotación ha existido interés por desarrollar métodos eficientes y rápidos para evaluar metalúrgicamente un mineral, asi por los años 60 se introducen los conceptos de eficiencia de separación en base a Indices cinéticos, posteriormente mediante flotación rougher y múltiples etapas de limpieza, y ploteando los resultados se podían determinar por aproximación el grado final del concentrado; por la década del 80 los investigadores canadienses Agary Kipie introducen los conceptos SPLIT FACTOR o factores de separación considerando la fracción no flotable en pruebas batch; complicando severamente el número y desarrollo de ecuaciones conforme se aplican m á s etapas de limpieza. En el presente trabajo se desarrollan modelos matemáticos considerando la fracción flotable simplificando notablemente el manejo de ecuaciones sin complicaciones cuando se realizan varias etapas de limpieza. Estos m o d e l o s se pueden aplicarcon un alto nivel de confiabilidad en: a. Exploración minera, para continuar con este trabajo s e resultados metalúrgicos rápidos y e c o n ó m i c o s .

necesita

b. Evaluación técnico-económica económicos son e s c a s o s .

recursos

de

minerales

donde

los

c. Comercialización de concentrados minerales previamente a su tratamiento, porque se pueden calcular el efecto de los productos intermedios o middlings en el concentrado final.

368

La magnitud de los SF dependen principal mente del tiempo de flotación, condiciones físico-químicas del mineral, datos suficientes que son determinados en una prueba de flotación batch, cuantificando a s i los factores de distribución ycon estos factores se puede calcularlos resultados que se obtendrán en una flotación continua, piloto o industrial. Los estudios de todos los investigadores han sido desarrollados en función de los SF o flujo no flotables, complicando severamente el desarrollo de estos modelos cuando se tiene m á s etapas de limpieza o se obtienen m á s productos; nosotros postulamos y desarrollamos estos modelos matemáticos considerando la fracción flotable, simplificando notablemente el manejo de ecuaciones y los cálculos que se realizan para evaluar una prueba de laboratorio y s u escalamiento industrial.

UniiSn de F l u j o s

Oprrarióit

*n CimáUtn

di

Flolatíitt

Scparacióci d e FlujcM.

Estos módulos nos servirán de base para realizar el balance de materiales mediante el planteo de ecuaciones para un diagrama de flujo de beneficio de minerales. El rombo indica la unión de dos o m á s flujos para formar un tercero y las etapas de separación están identiflcadas por un rectángulo y numeradas secuencialmente en un circuito de varias separaciones, los SFdel p r i m e r s e p a r a d o r s o n mencionados c o m o S F 1 , del segundo separador c o m o SF2 y así sucesivamente, relacionándolo con alguno de los constituyentes para su fácil idenfificación, si es el caso; ejemplos: WSF1 = Factor de distribución del primerseparador relacionado al peso. RSFI = Factor de distribución del primer separador relacionado a la recuperación.

369

Flotación y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz PbSF2 = Factor de distribución del segundo separador relacionado al plomo. AgSF3 = Factor de distribución del tercer separador relacionado al contenido de plata ZnSF4 = Factor de distribución del cuarto separadorrelacionado al zinc etc. Desarrollo del d i a g r a m a de flujo

SF4 = Fracción no flotable en medios Zn Para simplificarlos cálculos metalúrgicos se tomará en consideración la fracción flotable para determinar pesos y recuperaciones, que a su vez servirá para calcular los diferentes productos que se obtendrían industrialmente con lo cual se completará el balance metalúrgico; asi tenemos: Cuadro No 1

;

W1 =

1-SF1

SF 1

=

1 - W1

W2 =

1-SF2

SF2

=

1 -W2

W3

=

1-SF3

SF3

=

1 -W3

W4

=

1-SF4

SF4

=

1-W4

R1

=

1-SF1

SFI

=

1 - R1

R2

=

1-SF2

SF2

=

1 - R2

R3

=

1-SF3

SF3

=

1 - R3

R4

=

1-SF4

SF4

=

2-R4

Planteo de ecuaciones a) Primer Circuito

Balance de m a t e r i a l e s y planteo de e c u a c i o n e s Conociendo los símbolos de unión y separación de flujos y aplicándolo a un mineral que ha sido flotado en laboratorio se ha desarrollado una sene de ecuaciones que responden al diagrama de flujo planteado para el caso de dos concentrados y u n relave que nos permitirán calcular los resultados si el mineral fuera procesado industrialmente, con coincidencias bastantes cercanas cuando se flota en planta el mineral. Estas ecuaciones sirven para evaluar económicamente un mineral sin realizar costosas y prolongadas pruebas cerradas y de pilotaje, para alcanzar este objetivo se debe tener en cuenta los siguientes c o n c e p t o s : SF1 = Fracción no flotable en relave Ro.Pb SF2 = Fracción no flotable en medios Pb SF3 = Fracción no flotable en relave general 370

F3

=

F 1 + F2

(1)

F4

=

F3SF1

(2)

F5

=

F3(1-SF1)

(3)

F2

=

F5SF2

(4)

F6

=

F5(1-SF2)

(5)

DE (5) Y (3) F 6 = F3(1-SF1)(1-SF2) Para reemplazaren (1); de (4) y (3) F 2 = F3(1 -SF1) SF2:en(1) F 3 = F1 + F 3 (1-SF1)SF2 F3 =

_ _ _ • _ _ 1-(1-SF1)SF2

F6 = F1 (1 - S F 1 ) ( 1 - S F 2 ) 1-(1-SF1)SF2

(6) 371

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies

b) Segundo c i r c u i t o

Resultados

F8

=

F4 + F7

(7)

F9

=

F8 SF3

(8)

F10 =

F8(1-SF3)

(9)

F7

F10SF4

(10)

F10(1-SF4)

(11)

=

F11 =

La prueba tipo batch se llevó a cabo bajo las m i s m a s condiciones de trabajo de flotación en planta concentradora los cálculos y resultados se demuestran enseguida.

Prueba de laboratorio Resultados de prueba batch Cuadro N° 2

De(11)y(9) F11 =

F8(1-SF3)(1 -SF4)

(12)

F8

=

F4 + F7

(13)

F4

=

F3SF1

F4

=

Leyes % Producto

Fl SFI

Peso %

1 - ( 1 - S F I ) SF2 F7

=

F10SF4

F7

=

F8(1-SF3)SF4

Reemplazando en (13) F8 = _ _ J F 4 _ _ 1-(1-SF3)SF4

Reemplazando en (12) los valores de F8 y F4 F11 ^

F1 S F I (1 - S F 3 ) ( 1 - S F 4 ) [1 - (1-SF1) SF2] X [1 - (1 - SF3) SF4]

(14)

Pb

Oz/Tc Ag

4.98

58.38

68.03

58.00 11.67 150.00

medios

1.07

11.10 18.00

6.0

4.68

5.55

1.70

conc. Zn

3.59

7.55

42.33

4.0

10.67

43.98

3.81

medios

10.63

2.43

3.98

5.0

10.15

12.24

14.08

relave

83.24

1.25

1.38

1.0

40.93

33.25

22.03

2.54

3.46

3.78

100.00

100.00 100.00

Ejemplo de cálculos para pesos: %

F1 ( 1 - W 1 ) x W 3 x W 4 (14 A) [1 + W1 (W2 - 1)] [1 + W3 (W4 - 1)]

35.57

1.47

F6 = F11=

RC.

conc. Pb

cab. cal. 100.00

(6 A)

% Ag

Zn

Si remplazamos los términos del cuadro N° 1, en ecuaciones 6 y 14 que implica considerar la fracción flotable tendremos las ecuaciones N° 6 A y 14 A que s o n de fácil aplicación para predecir resultados de flotación continua a partir de pruebas de laboratorio con m u y buen nivel de confiabilidad, pana un mineral con dos valores metálicos, considerando p e s o s : F l X W l X W2 1+W1(W2-1)

% Zn

Distribución %Pb

Primero determinamos l o s S F d e todo el circuito y también las fracciones flotables, con estos valores podemos calcularlos pesos y recuperaciones reemplazando valores en ecuaciones 6 A y 14A

S F I = (3.59+ 10.63 + 8 3 . 2 4 ) / 1 0 0 = 0.9746 SF2 = 1.07/(1.47 + 1.07) = 0.4212 SF3 = 83.24/(3.59+ 1 0 . 6 3 + 83.24)= 0.8541

372

27.86

W1 =0.0254 W2=0.5788 W3=0.1459 373

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz SF4 =

10.63 = 0.7455 10.63+3.59

Flotación y Concentración de Minerales

W4=0.2525

Cálculo de la ley para flujo continuo Una vez determinado los pesos y recuperaciones, el siguiente paso consiste en calcular las leyes de los concentrados a obtenerse en una operación de flotación continua.

- Peso de concentrado de plomo Wpb =

100 X 0 . 0 2 5 4 x 0 . 5 7 8 8 1 -0.0254+ 0.0254x0.5788 Wpb = 1.49

- Ejemplos de cálculos: Leyde plomo en concentrado de plomo: Contenido metálico de plomo total: 25.41 Recuperación de plomo en concentrado de Pb: 35.22%

- Peso de concentrado de Zinc Wzn =

Peso de concentrado de plomo: 14.90 Gr.

100 (1-0.0254)x 0 . 1 4 5 9 x 0 . 2 5 2 5 [ 1-0.0254 + 0.0254X 0.5788][ 1 -0.1459 + 0 . 1 4 5 9 x 0 . 2 5 2 5 ]

WT = 1 0 0 - ( W P b + W Z n ) »•

Recuperaciones Para calcularlas Recuperaciones el procedimiento es el m i s m o segui para el cálculo de p e s o s .

Pb en relave = 51.38 b)

Recuperaciones de Zn

Zn en conc. Pb = 5.27 Zn en conc. Zn = 53.95 Zn en relave = 40.78 c)

Balance m e t a l ú r g i c o para flujo continuo (aplicación de los SF) Resultados Cuadro N° 3 producto

Peso %

Leyes Pb

conc. Pb

1.49

60.06

conc. Zn

4.07

relave cab. cal.

% Zn

Oz/Tc Ag

Recuperación % Pb

% Zn

% Ag

R. C.

12.22 150.50

35.22

5.27

59.39

67.11

8.36

45.81

5.55

13.40

53.95

5.98

24.57

94.44

1.38

1.49

1.38

51.38

40.78

34.63

100.00

2.54

3.46

3.78

100.00

100.00 100.00

Recuperaciones de Ag

Ag en concentrado de Pb = 59.39 Ag en concentrado de Zn = 5.98 Ag en relave = 34.63 m

R.C. = 67.11 ;de igual manera se continúa con los cálculos siguientes hasta completarel balance metalúrgico, c o m o a continuación se indica.

Recuperaciones de Pb

Pb en conc. Zn = 13.40

•

R.C. = 100 1.49

1 0 0 = Wpb + Wzn + Wt

Pb en conc. Pb = 35.22

-

- Radio de concentración (R.C.)

- Peso de relave (T)

a)

14.9 % P b = 60.06

Wzn = 4.07g

W T = 94.44

Pb = 25.41 X 35.22

P r o c e s o industrial El mineral fue procesado por flotación en una planta concentradora, los resultados s o n muy similares a lo calculado mediante el uso de los SF, cuadro N°4. , , . 375

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n de M i n e r a l e s

Balance m e t a l ú r g i c o industrial Resultados Cuadro N° 4

5. Los cálculos se pueden simplificar mediante el uso de la hoja de cálculo,

% Zn

% Zn

% Ag

R. C.

35.22

5.27

59.39

67.11

5.55

13.40

53.95

5.98

24.57

1.49

1.38

51.38

40.78

34.63

3.46

3.78

100.00

100.00 100.00

Producto

Peso %

conc. Pb

1.49

conc. Zn

4.07

8.36

45.81

relave

94.44

1.38

cab. cal.

100.00

2.54

Leyes Pb

los software: Minitab y Metsim.

Oz/Tc Recuperación %Pb Ag

60.06 12.22 150.50

Discusión y c o n c l u s i o n e s 1. Los modelos matemáticos desarrollados ysimplificados durante este trabajo de investigación s e pueden aplicar con bastante confiabilidad para evaluar técnica y económicamente proyectos iniciales de la pequeña y mediana mineria, donde los recursos económicos son e s c a s o s c o m o para realizar un estudio sistemático de 5 etapas que requiere normalmente i m p l e m e n t a r u n proyecto minero-metalúrgico. 2. Las ecuaciones que se presentan en este trabajo s o n de aplicación para otros tipos de minerales que tengan otros valores metálicos y t a m b i é n pueden servirde base para desarrollar ecuaciones para otros diagramas de flujo en flotación diferencial de minerales. 3. Los resultados obtenidos a nivel de laboratorio cuadros N°2 y N° 3 comparados con los resultados obtenidos a nivel de planta concentradora cuadro N° 4, nos permite afirmar que los modelos matemáticos desarrollados s o n confiables y de aplicación para concentración de minerales. 4. Mediante estas ecuaciones matemáticas es p o s i b l e predecir con bastante éxito, leyes, recuperaciones y radio de concentración que se obtendrían a nivel industnal si beneficiamos un mineral que requiere flotación selectiva a partir de pruebas de laboratorio donde se obtenga dos concentrados y u n relave. 376

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

F l o t a c i ó n y C o n c e n t r a c i ó n d e IVIineraies ANEXO 4

REFERENCIAS B I B L I O G R Á F I C A S

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D E L O S E N

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QJ/ E

METALES

S E E N S E Ñ A

E L

vcrdadcrobcncficiodclosdcoro, J plata por abogue.

3. Banco Minero del Perú; Informe Interno 1121 - Laboratorio Central del Callao; Págs. 3 - 5 , 1 9 8 9 .

£ L

4. Host W.E. and Mitehell D.W. A Method for Predicting Grade of Flotation Concéntrate - Quateriy of the Colorado School of Mines, Págs. 573 a 583,1970.

l o

5. Rizo Patrón R.A Concentrabilidad Diferencial; USA - Patent N°3094, 484. Pág. 5 - 1 5 , 1 9 6 3 .

*í

MODO y

DE

F ^'N D f T^LOS

cotfío fe h*n d< tífnar n^Tiís dt

^y

T O D O Sy

^

apartar

otra*

C O M P V E S T O P O R E L L I C E N C I A D O A l U i f o Aíonlo B i r b i , natural de ta villa de L e p e , en I« Aíi4*l«2Í*»Cura en la I m p e r i a l de Potofifdc U í*arroqu¡ade S.Bernardo.

•a 8f C O N

P R I V I L E G I O .

E n M a d r i d . E n la I m p r c n t a d c l R c y n o . Año M . D C . X X X X .

378

379

A n g e l A z a ñ e r o Ortiz

r»s l o s M E T . H E f . ""'49 , q«c cnfcna» fu coinjiolicÉon en la (é<\i\c merecía fus AiitofCí • y en nuschos q«c h.ui cfcriio de colas Míiwr*Us > fi.' vean loí nombres d e úiverúi r c g i o i i r s . M o j í e s . y H t o s fatitoib; por c l O r o que ¡irodiiccii, cjuc n o t C oii íiicenco u:i»lcíf I ' car h o j A s , craslidatido dirítcs a g c i s o s , pues auud^xoiíe rcfaie ía* riquífsíiiío^ criaderos <}ue de cl h i y ci» aqucílc nuevo M i U > d o y de las Prov tiiciaí JeJ P e r u , CaUt me rcriiíro a d i r i V . S c ñofiá breve relación de luvi^iíelc convocco c u el díílrito Je l a Pvraí Audseijíia. de I o s C I i j í k i s , i q i s c V . S c r i o . i t ' i i K s i c i r v i n i t * iiiciitc prefi.de.

«jbrcnríJaJ

hso hay quien no haya oido ei nodiibre de Caríbayik» Tanior* tierra f*or Í3 Abundáftclai , y píarcía de íu C>;o> pui» trt tan rc vcitttc y rrcs <|uílatri, y i r « |>rado£dc l«y»: yaunqfw es m a a b l e U claridad cjwc fe ha facido, y tjf (t faca» eltiñ jpét cñnjíjizaí- n IdxarCc muchas vetas ds «tic r k o tílecal: |>oic)ue liada abnix fclanimie h a encendido en yo dlxc lo que era. J u n t o i L a r c c a x a U a n i T i p i i a r v i , ciBira de Indios de Gjicr r a , a q o c fe biso « K r » d a nía* ha de vciitfe año* dofdc la C i t l áiá déla P « , i a l a * i d j o yo e « ella. L o i m t d w que fe dice de í i riqueza de O K > que fus rio» rvcunx i>itíitr* fu crédito cu dud« á notnaver cantos ccíUgo; de viíu que l o aábuaiu E l nonibec profrio de la Ciudad de U P a * es O w q t M jft»í% qiic corniptameiue iLunaoiosCiiiquiabo , quiere d e c i r en l<eng i i á geneial de aqueíia tkcra C h a c r a . « Heredad de OOK Ttánc nwcUas Jaboces de él de í¡co;po de Im Iitgaí. sierra conotidiHieiite (aúí de efle n i e t a ! , y en t i e m p o d e aguas Tuclcu h a llar los m i i d u c h o s e « U s calles algunas pcp-us Je O o , miyrvn i e r t C í en la que basa p o r elCouvcíiro d e P r c J k a d o i e s acia e l ^' Ctsroyco»y o K o s d e lo« qiíc l l a m a n ande^ d e U u K i u i a b o , h i y t a n ^ J c i i 0 , o en m u c h a s j lebeadas, pardifco poc defuera c o m o p t o j n a Los

380

ccrroí d i P ü u

bt ¡mignc V i l l a Je i a a P h d i p e d t G Auf-

Flotación y Concentración de Minerales

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382