La flotacion: principios y alcances

la FLOTACION

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

FUNDAMENTOS DE LA FLOTACION

Contenido

1. FLOTACION: PRINCIPIOS Y ALCANCES 1

2. FENOMENOS INVOLUCRADOS 5

2.1. Fenómenos interfaciales ............................................................. 5

2.2. Fenómenos hidrodinámicos ......................................................... 9

3. ASPECTOS TECNOLOGICOS 11

3.1. Celda por dispersión de aire ...................................................... 11

3.2. Celda de poca agitación ............................................................. 11

3.3. Asociaciones de celdas ............................................................. 12

4. APLICACIONES: ALGUNOS CASOS PRACTICOS 14

4.1. Separación de Cu, Pb y Zn de un sulfuro ................................. 14

4.2. Tratamiento de un mineral de fluorita/barita ............................. 15

4.3. Flotación de pegmatita .............................................................. 15

5. INVESTIGACIONES EN FISICOQUIMICA INTERFACIAL 17

REFERENCÍAS 18

Cuaderno FIRP N° S335-A 1 Fundamentos de la flotación

1. LA FLOTACION: PRINCIPIOS Y ALCANCES

Este cuaderno FIRP pretende describir brevemente los principios de un método de

separación llamado flotación, el cual es utilizado ampliamente en el enriquecimiento de

minerales y otros procesos de separación. Este método involucra fenómenos variados

entre los cuales existe uno de primera importancia en cuanto a los resultados: la

hidrofobación de una superficie por adsorción de sustancias surfactantes.

Primero y para fijar las ideas conviene explicar brevemente el proceso se

separación por flotación. El caso típico consiste en separar un mineral valioso, por

ejemplo un sulfuro de plomo de tipo galena, de los alumino-silicatos que lo acompañan

referidos como tierra o ganga en términos metalúrgicos.

Después de moler el mineral se tiene un polvo que contiene partículas de galena y

partículas de ganga; se desea separarlas mediante un proceso físico, ya que un ataque

químico resultaría muy costoso. Para eso se usa el hecho de que la superficie de las

partículas de galena es diferente de aquella de las partículas de ganga. En efecto, la

galena puede cubrirse con sustancias hidrofobantes (en este caso xantatos que producen

una superficie no mojable al agua), mientras que la ganga permanece mojable al agua.

Agua

+

Colector

Fuerza de

Arquímedes

Galena

Ganga

Aire

Figura 1. Principio de la separación por flotación

Se mezcla por lo tanto el polvo mineral con agua que contiene las sustancias

hidrofobantes de la galena, llamadas colectores y se mantiene agitada la dispersión

sólido-líquido. Conjuntamente se hace pasar a través de esta dispersión un flujo de

burbujas de gas, a menudo aire. Las partículas hidrofobadas de galena se "pegan" a las

burbujas de aire, las cuales las arrastran en su movimiento ascendente, mientras que las

partículas de ganga permanecen en la dispersión sólido-líquido. Las burbujas cargadas de

partículas de galena terminan por formar una espuma que se recoge por un vertedero.

Cuaderno FIRP N° S335-A 2 Fundamentos de la flotación

Una vez rota la espuma y secado el mineral se comprueba que las partículas flotadas

contienen un fuerte porcentaje en galena.

Así se separa la galena de su ganga por flotación. Este ejemplo permite entender

las diferentes etapas involucradas y muestra los fenómenos elementales que se discutirán

más adelante. Por el momento, examinaremos la importancia práctica y el alcance del

método.

Hay evidencia de que se usaba la flotación como método de enriquecimiento de

los minerales de carbonato de cobre en el siglo XV. Sin embargo, su generalización y su

aplicación a diferentes procesos es mucho más reciente y corresponde a la Revolución

Industrial de la segunda mitad del siglo IXX, cuando la demanda de materias primas

metalúrgicas obligó a la gente a utilizar minerales de bajo tenor y a enriquecerlos antes

de procesarlos.

Al principio se mezclaba el polvo mineral con agua y con aceite (vegetal o

mineral). Los minerales de tipo sulfuros tienen tendencia a mojarse con el aceite y por lo

tanto a ser arrastrados por las gotas de éste. Este proceso de flotación con aceite

producía, sin embargo, conglomerados que a veces no se separaban. Al usar mucho

menos aceite, los conglomerados formados eran de un tamaño adecuado para una

separación gravitacional o mediante un tamizaje húmedo.

A finales del siglo pasado se podían separar ciertos minerales de otros: galena

(PbS), sfalerita (ZnS) y pirita (FeS) mediante ajustes de pH.

A principios del siglo XX se empezó a añadir aire o CO2 y a recolectar una

espuma inestable llamada "froth" en inglés. El proceso se desarrolló en los primeros

años del siglo XX incorporando todas las características actuales: agitación de la

dispersión sólido-líquido con arrastre de aire y muy poco aceite como agente

hidrofobante; muy rápidamente la gente se dió cuenta que podía mejorar la separación

tanto en cantidad como en selectividad al usar fenoles, alcoholes, grasas o sustancias

complejas como aceite de pino o resinas.

Durante de la primera guerra mundial el proceso de flotación fué usado en

Australia y en EUA para extraer sulfuros de enormes cantidades de residuos de

separación de sulfuro por sedimentación selectiva. Al mismo tiempo se descubrió que se

podían flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo óxido.

En los años 20 se patentó el uso de los xantatos y algunos años más tarde se

generalizó el uso de otros surfactantes: sulfonatos de petróleo, sales de aminas y otros

catiónicos susceptibles de hidrofobar una gran variedad de superficies mediante algún

tipo de adsorción.

Hoy en día se procesa anualmente del orden de 2.000 millones de toneladas de

minerales molidos por este proceso.

La tabla 1 da una idea de la variedad de éstos, desde sustancias nativas como el

oro o el gráfito, hasta óxidos (de hierro, estaño, cromo o titanio), pasando por sales

diversas (fluoruros, carbonatos, fosfatos) inclusos varios tipos de silicatos,

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