Procesamiento de Minerales

IPCHILE

INSTITUTO PROFESIONAL DE CHILE

PROCESAMIENTO DE MINERALES 2018 Prof. Jaime Ríos B 1

UNIDAD I : Procesamiento de Minerales El Hidrociclón: Es un tubo cilindro-cónico, caracterizado por el diámetro de su parte cilíndrica, Dc (10 a 127 cm), y que se conecta al exterior por tres orificios: su boca de alimentación o inlet (de diámetro Di), un tubo axial que sale de la parte superior de la sección cilíndrica llamado vortex finder (de diámetro Do) y la abertura de la parte cónica en su ápice llamada apex o también spigot por la boquilla en la que termina (de diámetro Du)

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UNIDAD I : Procesamiento de Minerales

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Unidad I : Procesamiento de Minerales Hidrociclón ideal según Krebs

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Unidad I : Procesamiento de Minerales Características de un Hidrociclón  Estructura simple y no hay partes móviles.  Alta capacidad y alta eficiencia de clasificación.  Fácil de desmontaje y fácil de mantener.  Bajo costo de inversión y ocupa un poco de espacio. Aplicación El Hidrociclón tiene una amplia aplicación en el mineral de metal y plantas de procesamiento de minerales no metálicos, tales como plantas de mineral de Cobre, hierro, industria de beneficio del mineral de manganeso, industria del carbón, la energía del medio ambiente, la industria de aluminio y otras industrias mineras

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Unidad I : Procesamiento de Minerales

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Concentración de Minerales Los procesos de concentración tienen por objetivo enriquecer las menas o especies mineralógicas económicamente útiles de un mineral, mediante  eliminación de los componentes estériles, o ganga, y separarlas entre si, si se presentan en asociación, utilizando para ello propiedades físicas características de los minerales. La especies enriquecidas por dichos medios. Físicos, constituyen los concentrados, que serán a su vez materia prima de los procesos químicos en que se

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración producirán los elementos útiles (normalmente metales, pero también materiales no metálicas en forma pura. El concentrado es por consiguiente, un producto intermedio entre el estado natural del mineral, y el producto puro, utilizable comercialmente.  Para separar físicamente la ganga estéril de las menas útiles, y varias menas asociadas entre si, es necesario que las propiedades físicas que presentan las menas y la ganga sean diferentes para los diferentes componentes del mineral, de manera que se establezca una "gradiente" lo suficientemente elevada para asegurar una separación que sea: 8

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración a. Cuantitativamente eficiente (i.e. de alto rendimiento o recuperación); b. Cualitativamente selectiva (o sea, produciendo concentrados limpios y de alto contenido en la mena respectiva); y finalmente c. Cinéticamente enérgica, para llevar a cabo el proceso en forma rápida y económica en equipos de tipo y dimensiones estándar. • Métodos de Concentración de Minerales

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Métodos de Concentración de Minerales Nombre del Método

Propiedades que emplea para separar o concentrar

Principales equipos

Concentración Gravitacional

Diferencia de velocidad de sedimentación de los minerales

Sedimentador, Hidrociclón , Jigs, canalón, canaleta, mesas vibratorias, Espiral, conos de separación, Centrífugas, entre otros.

Concentración Magnética

Susceptibilidad Magnética, (Atracción o no frente a un magneto o imán)

Separador magnético de tambor, rodillos magnéticos, Separador magnético tipo carrusel.

Concentración Eléctrica

Conductividad eléctrica

Separador eléctrico de alta intensidad

Flotación espumante

Hidrofobicidad y/o hidrofilidad de los minerales (mojamiento o no)

Celdas de flotación y columnas de flotación

Floculación Selectiva

Adsorción específica de un polímero y formación de flóculos

Sedimentador

Coagulación Selectiva

Adsorción específica de Iones inorgánicos y formación de un coagulo.

Sedimentador

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración CONCENTRACION - SEPARACIÓN MAGNÉTICA Proceso utilizado para concentrar minerales que poseen diferencias en su susceptibilidad magnética, es decir, que responden en forma diferente ante la aplicación de un campo magnético. De acuerdo con su susceptibilidad magnética los minerales pueden ser clasificados como: • Paramagnéticos: Son materiales que experimentan magnetización ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son: • Imenita (FeTiO3), • Hematita (Fe2O3), • Pirrotita (Fe11S12). 11

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Ferromagnéticos: Son materiales que experimentan alto paramagnetismo ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son: • El Fe y la Magnetita (Fe3O4) • Diamagnéticos: son materiales que repelen el campo magnético, algunos de ellos son: • El cuarzo (SiO2), • Feldespatos (K2O.Al2O3.6SiO2) • y dolomitas (Mg,Ca(CO3)).

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración PRINCIPIO DE LA SEPARACIÓN MAGNÉTICA La selectividad de la separación magnética está determinada por el balance de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, estas son:  Fuerza magnética  Fuerza de gravedad  Fuerza centrífuga  Fuerzas hidrodinámicas  Fuerzas inter-particulares (de atracción o repulsión)

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración LEY DE COULOMB Las fuerzas de atracción o repulsión entre dos polos magnéticos, son directamente proporcionales al producto de sus masas magnéticas e inversamente proporcionales al cuadrado de las distancias que las separa:

F = Fuerza Magnética m1 = Masa Magnética 1 m2 = Masa Magnética 2 µ = Constante de Proporcionalidad = 10-7 d = Distancia entre m1 y m2 14

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración El valor de µ se llama Constante de Permeabilidad Magnética, cuyo valor numérico depende del material en el que se encuentran los polos magnéticos. Sin embargo, el caso más importante y práctico es en el vacío, donde equivale a 10-7 Observación: En esta fórmula de la Ley de Coulomb aplicada al magnetismo, aparece una nueva magnitud física que es la Masa Magnética m, la cual no puede expresarse en términos de las 4 magnitudes básicas (longitud, masa, tiempo y carga eléctrica). Por lo tanto, la masa magnética se la considera como una nueva magnitud básica que en el sistema MKS se llama 15

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración WEBER (Wb). Un weber es  la masa magnética del polo de un imán que actuando a 1 m de distancia de otra igual en el vacío, la repele con una fuerza de 107 Newtons. INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO En un punto, es la razón entre la fuerza que se ejerce en ese punto sobre la masa magnética que origina el campo:

H = Intensidad Magnética F = Fuerza del Campo Magnética m = Masa Magnética

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La intensidad del campo magnético se mide usualmente en Newtons/Weber, valor que recibe el nombre de Oersted.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

a)

b)

c)

Tipos de imanes elevadores a) Imán elevador en línea inclinado b) imán elevador en línea c) Imán elevador para cinta transversal

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Componentes de la Concentración Electrostática  Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes: • Un mecanismo de carga y descarga. • Un campo eléctrico externo. • Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas. • Un sistema de colección para la alimentación y productos. Los mecanismos de carga y descarga resultan de una de las siguientes categorías de distribución de carga:

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Partículas de dos especies diferentes entran en un campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto. • Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa • Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos bipolares significativamente diferentes Mecanismos para Cargar Partículas A pesar de que hay varias formas de cargar partículas, sólo tres mecanismos de cargado son usados en la separación electrostática comercial: • Cargado mediante electrificación por contacto y fricción. • Cargado por bombardeo de iones o electrones. • Cargado por inducción conductiva. 23

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Cargado de partículas mediante electrificación por contacto La electrificación por contacto es el mecanismo más frecuentemente usado para cargar partículas selectivamente, y permitir una separación electrostática de dos especies de materiales dieléctricos. Ejemplos típicos son la separación de feldespatos desde cuarzo; cuarzo desde apatita y halita desde silvita. Como regla general, si dos materiales dieléctricos son contactados y separados, el material con la constante dieléctrica mayor se carga positivamente. Sin embargo, en el caso de los minerales esto no es particularmente

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración así, ya que las propiedades eléctricas de un mineral pueden variar ampliamente debido a la presencia de trazas de impurezas. Sin embargo, es importante señalar que la separación electrostática de una mena a escala industrial no es fácil. En general, los productos finales que se obtienen resultan de varias etapas de limpieza y scavenger Cargado por corona- El separador de alta tensión Cuando la mena está compuesta de una mezcla de minerales buenos y malos conductores eléctricos, la mezcla puede ser separada generalmente por el uso de procesos de alta tensión. 25

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Aplicaciones típicas son la separación de rutilo e ilmenita(conductores) desde zircón y otros minerales no conductores encontrados en arenas de playa, y la separación de cuarzo (aislante) desde especularita (conductor).En los separadores de alta tensión la alimentación se realiza en el rotor (tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la superficie del rotor por la fuerza centrífuga, lejos de la superficie del rotor.  26

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor

Separador electrostático de alta tensión

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Un separador de alta tensión tiene una capacidad de alrededor de 1000 a 1200 lb/h por pie de rotor. Los rotores de estos equipos que son utilizados para arenas de playa. Cargado por inducción  Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a tierra en la presencia de un campo eléctrico, la partícula desarrollará rápidamente una carga superficial por inducción.  Ambas, las partículas conductoras y no  conductoras llegarán a ser polarizadas, pero la partícula conductora tendrá una superficie completamente equipotencial.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La partícula no conductora permanecerá polarizada. En el cargado por inducción la mezcla de minerales a ser separada se alimenta a un tambor que rota y pasa a través de un campo eléctrico generado por un electrodo tubular de alto voltaje. Las partículas conductoras obtienen carga por inducción por un periodo corto de tiempo, dependiendo de su superficie conductiva. La carga inducida tiene una polaridad inversa a la del electrodo de alto voltaje. Por lo tanto, una fuerza atractiva se originará hacia el electrodo con respecto a las partículas conductoras, con lo cual las partículas serán dirigidas desde la superficie del rotor en dirección del electrodo. 29

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Las partículas no conductoras no se cargarán significativamente durante su residencia en el rotor y su carga será pequeña para afectar un movimiento hacia el electrodo de alto voltaje.

Partículas cargadas por inducción

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Concentración Gravitacional Características Generales de la Separación por Gravedad Se usan para tratar una gran variedad de materiales, que varían desde los sulfuros metálicos pesados como la galena hasta el carbón. Este tipo de separación permanece como el principal método de concentración para menas de oro, estaño y otros minerales de alto peso específico. Los métodos de concentración gravitacional cuando pueden ser aplicados son preferidos en relación a los procesos de flotación debido a que los costos favorecen su uso y además son menos contaminantes del medio ambiente. 31

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La concentración por gravedad es, esencialmente, un método para separar partículas de minerales de diferente peso específico debido a sus diferencias de movimiento en respuesta a las acciones que ejercen sobre ellas, simultáneamente, la gravedad u otras fuerzas Se acepta generalmente que la concentración por gravedad es el más sencillo y más económico de los métodos de concentración. El uso de este tipo de separación está recomendado siempre que sea practicable porque permite la recuperación de mineral útil en un orden de tamaños tan gruesos como sea posible, reduciendo los costos inherentes a la

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración reducción de tamaño y disminuyendo las pérdidas asociadas a estas operaciones. En general, los métodos de separación por gravedad se agrupan en tres categorías principales : a) Separación por medios densos, en el cual las partículas se sumergen en un baño que contiene un fluido de densidad intermedia, de tal manera que algunas partículas floten y otras se hundan; b)

Separación por corrientes verticales, en la cual se aprovechan las diferencias entre velocidades de 33

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • sedimentación de las partículas pesadas y livianas, como es el caso del jig; y c) Separación en corrientes superficiales de agua o “clasificación en lámina delgada”, como es el caso de las mesas concentradoras y los separadores de espiral Cuanto más pequeñas son las partículas, más fuertes son, con relación a la gravedad, las fuerzas hidráulicas y de viscosidad, por lo cual el rendimiento de la separación por gravedad decrece bruscamente en los intervalos de tamaño fino.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Para superar estos problemas en los últimos años se han desarrollado equipos de concentración basados en la fuerza centrífuga, los cuales permiten que la separación de las partículas finas tenga lugar en un campo de concentración de varias G. Entre estos equipos centrífugos se destacan los concentradores Knelson, Falcon, el jig centrífugo Kelsey y el concentrador Multi-Gravity Separator (MGS). Clasificación de los Métodos Gravitacionales Los métodos gravitacionales se pueden dividir en: a) Métodos de concentración en medio denso, cuando

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración la densidad del medio es intermedio a las densidades de las especies que se quieren separar. Los métodos de concentración en medio denso pueden ser estáticos o dinámicos. La separación en medio denso consiste en separar sólidos en función de sus densidades usándose como medio un fluido de densidad intermedia, donde el sólido de densidad más baja flota y el de densidad más alta se va al fondo (se hunde).   Características de los separadores de tambor observadas desde dos posiciones diferentes. 36

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La separación dinámica se caracteriza por el uso de separadores que emplean fuerzas centrífugas 20 veces mayores que la fuerza de gravedad que actúa en la separación estática. en la separación dinámica el tamaño máximo tratable varía de 50 mm (2”) a 18 mm (3/4”) y el mínimo de 0,5 mm (28 mallas) a 0,2 mm (65 mallas

Separadores en medio denso que aplican método dinámico de separación: el Dyna Whirloop y el ciclón de medio denso.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Variables que controlan el proceso. Criterio de Concentración (CC): La efectividad de cualquier proceso de concentración se puede predecir usando el “Criterio de Concentración”, o Relación de Asentamiento Libre, la cual relaciona los diámetros de dos partículas de diferentes densidades, pero con la misma velocidad de asentamiento bajo condiciones Newtonianas. La deducción del criterio de concentración está dada por la igualación de las velocidades terminales de dos partículas de diferentes diámetros en el mismo fluido, en

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración las que estas velocidades se pueden determinar en función de las características físicas del sólido (densidad, tamaño), propiedades físicas del fluido (viscosidad, densidad) y de las fuerzas que actúan sobre las partículas: • Fuerza de Gravedad (Fx), • Fuerza de Flotación (Fb) y • Fuerza de Fricción (Fr). Por tanto la fuerza (F) que actúa sobre una partícula en un fluido es: 40

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración F = m*(dV/dt) = Fx – Fb - Fr

(1)

Donde: Fx: fuerza gravitacional = m*g Fb: Fuerza de flotación = w*g*ρf/ρs Fr: Fuerza de fricción = ρf *V² *A*K/2 Si las partículas parten del reposo (V=0) y si se tienen partículas esféricas (A=лd²/4), la ecuación 1 se convierte en:

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración V² = 4 gd (ρs − ρf ) 3Kρs V = gd°(ρs − ρf ) 18 µ

ecuación de Newton para partículas gruesas (d>1mm)

ecuación de Stokes para partículas finas (d < 1mm)

Donde: m: masa del sólido, g: aceleración de la gravedad, w: masa del fluido, ρf: densidad del fluido, V: velocidad Terminal de la partícula, A: área, K: coeficiente de rozamiento, d: diámetro de partícula, µ: viscosidad del fluido 42

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Al igualar las velocidades terminales de dos partículas, una pesada y la otra liviana según la ecuación de Stokes y para flujo turbulento se tiene: Vl = Vp gdp(ρp − ρf ) = gdl(ρl − ρf ) 18 µ 18µ Vp= velocidad terminal de la partícula Vl: velocidad Terminal de la partícula liviana

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración CC ≈ dl = ρp − ρf dp ρl −ρf Es decir, si se tienen dos partículas una pesada y la otra liviana de densidades ρp y ρl, asentándose a la misma velocidad en un medio de densidad ρf, el diámetro de la partícula más liviana (dl) es mayor que el diámetro de la partícula más pesada (dp) (ver figura 1). A nivel práctico, para que exista una separación eficiente el valor de CC debe ser mayor o igual a 2.5, para valores menores que 2.5, la eficiencia es relativamente pobre

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración d1

d2

Mineral Pesado

Mineral Mixto

d3

Mineral Liviano

d3 >d2 >d1 Relación de diámetros para el Criterio de Concentración (CC)

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Mecanismos de la Flotación de Espumas. El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de los sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos naturales.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua. Además los minerales Hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, no se adhieren normalmente a ellas. a). Minerales Hidrofílicos.Son mojables por el agua, constituidos por: óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga. 47

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Haciendo que se mojen, permanezcan en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse.   b. Minerales Hidrofóbicos.Son aquellos que no son mojables o son poco mojables por el agua, dentro de ellos tenemos: Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como: Grafito, carbón bituminoso, talco y otros, haciendo de que evite el mojado de las partículas minerales, que pueden adherirse a las burbujas de aire y ascender.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Importancia de la Flotación  La introducción del proceso de flotación de espumas en los albores del siglo XX revolucionó la industria de los minerales que por su versatilidad se usa y aplica para procesar tonelajes cada vez más grandes y de más baja ley; de ahí que, su importancia radica en que desde su invención está permitiendo el tratamiento de menas complejas de muy baja ley, que de otro modo se habrían considerado menas no económicas.  

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  En cuanto al aspecto tecnológico-científico del proceso Actualmente el proceso de flotación de espumas es utilizado para concentrar minerales sulfuros complejos de Cu-Mo, Cu-Pb-Zn, Pb-Zn, Pb-Zn-Fe, etc.; minerales oxidados de Cu, Pb, Zn, Fe, W, Sn, etc.; minerales sulfuros que contienen Oro; minerales de Plata; minerales industriales no metálicos, azufre, talco, y carbón mineral.  La flotación de minerales difícilmente será reemplazada en el tiempo, debido a su relevancia en el procesamiento de minerales y que aún no ha sido medida en su real magnitud,

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  sobre todo cuando influye enormemente en la metalurgia extractiva, lo cual implica que sin la existencia de este proceso, no hubieran podido desarrollarse procesos ulteriores, tales como la tostación, la conversión, la fusión y la refinación. Hoy, permite hacer una reingeniería en la flotación de sulfuros haciendo aplicable la biohidrometalurgia para la extracción más limpia de los metales. Aspectos del Proceso de Flotación. Algunos Metalurgistas han señalado en sus estudios que en el proceso de flotación hay más de 32 51

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración variables. Southerland y Wark las han clasificado meridianamente en tres grupos importantes de variables y son: 1. Variables que dependen de los componentes químicos tales como:  Dosificación y potencia de los reactivos.  Colectores.  Espumantes.  Modificadores  Activadores  Depresores  Modificadores de pH. (Eh)

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  pH (Eh) de mejor selectividad. Es decir, todo lo que concierne al comportamiento físico-químico para lograr la hidrofobización del mineral valioso dentro del ambiente de la celda. b. Variables que dependen de los componentes de equipamiento:  Diseño de la celda convencional.  Diseño de la celda columna.  Agitación de la pulpa (RPM).  Configuración del banco de celdas  Remoción de la espuma. 53

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Es decir, todo lo que concierne al comportamiento hidrodinámico que involucra el movimiento partícula-burbuja-fluido dentro del ambiente de la celda de flotación de espumas. 1. Variables que dependen de los componentes de operación:    Velocidad de alimentación (m3/h) o GPM).  Tiempo de retención  Mineralogía y ley de la mena.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración        

Tamaño de partículas (densidad y forma). Grado de liberación (grado de diseminación). Grado de oxidación (degradación). pH natural del mineral. Densidad de pulpa (% de sólidos). Temperatura. Flujo de aire (psi, Pa). Remoción de la espuma (natural o mecánica).

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da la oportunidadde usar celd Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración En la etapa previa (molienda), se obtiene la roca finamente dividida y se le incorporan los reactivos para la flotación. El propósito es darle el tiempo necesario de residencia a cada uno de los reactivos para conseguir una pulpa homogénea antes de ser utilizada en la flotación.

inimiza el cortocircuitamiento ejorados mantienen unbuen co Al ingresar la pulpa, se hace burbujear aire desde el interior y se agita con un aspa rotatoria para mejorados unbuen c mantenerla en mantienen constante movimiento, lo que facilita y mejora el contacto de las partículas de mineral dispersas en la pulpa con los reactivos, el agua y el aire, haciendo que este proceso se lleve a cabo en forma eficiente.

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Esquema adhesión selectiva

B: burbuja;  P: partícula s - g: sólido - gas;  s - l: sólido - líquido 57

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Fases de la Flotación

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Unidad I : Procesos Metalúrgicos

Proceso de Adhesión partícula - burbuja

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Pocas partículas de especies minerales tienen flotabilidad natural. Es decir, no forman una unión estable burbuja-partícula. Esto dificulta el proceso de flotación y hace necesario invertir las propiedades superficiales de las partículas minerales. Para ello deben mutar su condición  hidrofílica a propiedades hidrofóbicas mediante el uso de un reactivo colector. Además, es necesario que posean el tamaño adecuado para asegurar una buena liberación de las especies minerales. 60

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Reactivos usados en el proceso de Flotación : Espumantes: alteran la tensión superficial de líquidos. Su estructura les permite agruparse hasta formar otra fase distinta del resto del fluido, formando una espuma que separa el mineral del resto de la ganga. Su objetivo es producir burbujas resistentes, de modo que se adhiera el mineral de interés. Colectores: favorecen la condición hidrofóbica y aerofílica de las partículas de sulfuros de los metales que se quiere recuperar, para que se separen del agua y se adhieran a las burbujas de aire. 61

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Deben utilizarse seleccionando el mineral de interés para impedir la recuperación de otros minerales.  Depresantes: se utilizan para provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores, esto es, para evitar la recolección de otras especies minerales no deseadas en el producto que se quiere concentrar y que no son sulfuros. Modificadores de pH: sirven para estabilizar la acidez de la pulpa en un valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que el proceso de flotación se desarrolle con eficiencia.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Ejemplos de Modificadores de pH:  Cal y Carbonato de Sodio.  Silicatos Alcalinos e Hidróxido de Sodio. Las burbujas de aire generadas arrastran consigo hacia la superficie los minerales sulfurados, rebasando el borde de la celda de flotación hacia canaletas donde esta pulpa es enviada a la etapa siguiente. Adicionalmente, se puede realizar un segundo proceso de flotación, con el fin de recuperar el concentrado de otro metal de interés.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración El procedimiento es igual que el anterior, pero utilizando reactivos y acondicionadores de pH distintos, lo que permite obtener concentrados de dos metales de interés económico.  La primera flotación se denomina colectiva, donde el concentrado contiene dos o más componentes, y la segunda corresponde a la flotación selectiva, donde se efectúa una separación de compuestos complejos en productos que contengan no más de una especie individual. Un ejemplo de esto es la flotación de cobre y de molibdenita.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Etapas del proceso de flotación La flotación contempla tres fases:    Fase sólida: corresponde a las materias que se quiere separar (material mineral).   Fase liquida: es el medio en que se llevan a cabo dichas separaciones.   Fase gaseosa: se refiere al aire inyectado en la pulpa para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. 65

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Celdas de flotación: Las hay de 3 tipos. •  Mecánicas: son las más comunes, caracterizadas por un impulsor mecánico que agita la pulpa y la dispersa. • Neumáticas: carecen de impulsor y utilizan aire comprimido para agitar y airear la pulpa. • Columnas: tienen un flujo en contracorriente de las burbujas de aire con la pulpa, y de las burbujas mineralizadas con el flujo de agua de lavado.

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Unidad I : Procesos Metalúrgicos Los productos de la flotación contienen habitualmente entre un 50% y 70% de sólidos. Gran parte del agua contenida en las pulpas producidas por la flotación es retirada en los espesadores de concentrado y cola, los que realizan simultáneamente los procesos de sedimentación y clarificación. El producto obtenido en la descarga de los espesadores de concentrado puede contener entre 50% y 65% de sólidos. El agua remanente en estos concentrados espesados es posteriormente retirada mediante filtros hasta obtener un valor final que va desde un 8% hasta un 10% de humedad en el producto final.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Reactivos más usados en la Flotación: Xantatos: Son sales del ácido xantático, que se producen al reaccionar un alcohol con disulfuro de carbono. Características Principales:  Bajo costo, aprox. 1,1 – 1,2 US$/kg  Fuertes propiedades colectoras y buena selectividad.  Reactivos fundamentales para la flotación de sulfuros comunes (Cu, Zn, Pb, Fe, Co - Ni, etc.), para metales nativos (Cu, Ag, Au) y para minerales oxidados previamente sulfidizados.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración    

Se descomponen a pH bajos. Se usan en circuitos a pH alcalino o neutro. Son sólidos. Dosificación usual 10 – 100 g/t. Alimentación en solución al 10 – 20% en peso.  Ejemplo nombre comercial: Xantato Aero 317, 343, etc. de la Cyanamid y SF 113, SF 114, etc. de la Shell. Ditiofosfatos: Son ésteres secundarios del ácido ditiofosfórico y se preparan haciendo reaccionar penta-sulfuro de fósforo y alcoholes. 69

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Principales Características :  Líquidos.  Se recomienda agregarlos en la molienda o en el acondicionamiento. Diluidos (5 – 20%) o sin diluir dependiendo de cual se trate (en general tienen poca solubilidad en agua).  Algunos tienen Propiedades espumantes, (Aerofloat 25, 31 y 33).  Son colectores de menor potencia que los xantatos.  Son más selectivos que los xantatos.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Se usan en la flotación de sulfuros (Cu, Pb, Zn), algunos de ellos en la flotación de sulfuros de Fe, metales preciosos y óxidos no metálicos.  Dosificación usual 25 – 100 g/t.  Ejemplo nombre comercial: Aerofloats 25, 31, 33, .., 238, 242, etc. de la Cyanamid (Cytec).

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Colectores Oxhídricos: Carboxílicos (Ácidos grasos y sus sales y los Jabones)  Fuertes propiedades colectoras.  Poco selectivos, lo que impide una eficiente separación de los sulfuros de sus gangas.  Se usan actualmente en la flotación de Minerales oxidados, sales y no metálicos, por ejemplo en la flotación de minerales de manganeso y hierro, y en la flotación de la malaquita.  Mayor consumo que los colectores sulfhídricos (ácidos grasos 250 – 1000 g/t y jabones 100 – 1000 g/t). 72

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Sulfatos y Sulfonatos:  Se usan para la flotación selectiva de minerales que contienen calcio y para la flotación de sales solubles (Cloruros y sulfatos).  Pueden flotar sulfuros pero con menos eficiencia de los xantatos.  Mayor consumo que los xantatos.  Pueden flotar óxidos metálicos pero con consumo muy elevado.  SE pueden usar en circuitos ácidos. 73

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Colectores Catiónicos: Características principales:  Fácil adsorción y desorción (en algunos casos se pueden eliminar del concentrado al lavarlo con agua fría.  Son menos selectivos que los colectores iónicos  Se usan en la flotación de los siguientes minerales: Talco, Micas secundarias, sericita, caolinita y también, pero en menor grado, en la flotación de micas primarias , Zirconio, cuarzo, silicatos, aluminosilicatos, 74

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Flotación de sales solubles como Silvita KCl, varios óxidos.  Tiene gran importancia en la flotación el Ph  El aumento de temperatura en las pulpas favorece la Recuperación.  Se pueden usar en aguas muy duras  Poco selectivo  Muy sensible a las lamas(Baja recuperación con su presencia) 75

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Espumantes , tienen como propósito la creación de una espuma consistente que sea capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta su extracción de las máquinas de flotación (celdas) Espumantes MIBC, dosis 25 – 50 g/t Aceite de pino o alcoholes alifáticos (MIBC), dosis 50 250 g/t.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Modificadores: Son reactivos que se usan cuando se necesita mejorar las condiciones de colección y/o cuando se necesita mejorar la selectividad del proceso. Bajo esta categoría se incluye: Activadores, Depresantes y los Reguladores de pH Activadores: Estos reactivos sirven para aumentar la adsorción de los colectores sobre la superficie de los minerales o para fortalecer el enlace entre la superficie y el colector. Hay distintas maneras de activar una superficie, éstas pueden ser: 77

Unidad I : Procesos Metalúrgicos  Limpiando la superficie del mineral afectado, por ejemplo, por un proceso secundario de oxidación. En este caso se puede agregar algún ácido para disolver las capas oxidadas de los sulfuros.  Formando en la superficie una capa particularmente favorable para la adsorción del colector. Un ejemplo de este caso es la sulfidización (NaSH) de los óxidos metálicos antes de la aplicación de los colectores sulfihídricos .

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Reemplazando en la red cristalina los iones metálicos por otros que formen un compuesto más firme con los colectores. Ejemplos de esto: La activación de la Esfalerita o Blenda (ZnS) por el ión cúprico (sulfato de Cu): Cu+2 + ZnS

CuS + Zn-2

La activación de Cerusita (PbCO3) con Na2S: PbCO3 + Na2S

PbS + Na2CO3

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Unidad I : Procesos Metalúrgicos Depresantes: Estos reactivos sirven para disminuir la flotabilidad de un mineral haciendo su superficie más hidrofílica o impidiendo la adsorción de colectores que puedan hidrofobizarla. Este efecto se puede lograr introduciendo en la pulpa un ión que compite con el ión del colector por la superficie del mineral. Si por ejemplo, el colector es aniónico, el ión depresor también debe ser aniónico. Ejemplos de Depresantes:

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Sulfuro de Sodio: Na2S, deprime a los Sulfuros. Se usa por ejemplo para deprimir los sulfuros de Cobre en la flotación selectiva Cu-Mo. Depresantes:  Sulfihidrato de Sodio: NaSH, deprime a los sulfuros. Se usa por ejemplo para deprimir los sulfuros de Cobre en la flotación selectiva de CuMo.  Cianuro de Sodio: NaCN, no actúa sobre la Galena (PbS) ni la Molibdenita, pero deprime a la blenda (ZnS), ala Pirita y a la Calcopirita (50-500 gr/t). 81

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Reguladores de pH El regulador de pH más usado para operar en medio alcalino es la cal, la que puede agregarse como cal viva (CaO) o como cal apagada (Ca(OH)2). Otros reguladores de pH son: Medio Alcalino: Soda ash (Na2CO3), agregada en seco y la soda cáustica (NaOH) agregada como solución. Se prefiere la Cal por su menor costo, siempre que los iones Ca++ no afecten el proceso de flotación. Medio ácido: solución de ácido sulfúrico. 82

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Circuitos de Flotación y sus equipos Cualquiera sea la escala de tratamiento de una Planta concentradora automatizada o mecánica, al final de la operación diaria, semanal, mensual anual o por campañas, requiere de resultados obtenidos en forma objetiva, en la que se incluye los cálculos Para determinar el tonelaje de los productos de flotación, contenido metálico de los elementos valiosos de cada uno de los productos, la distribución porcentual y las razones de concentración, todos ellos resumidos en el «Balance Metalúrgico» que muestra también la eficiencia del proceso. 83

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración CIRCUITOS DE FLOTACION Generalmente las celdas se ordenan en serie, formando un circuito o bancada (Banco de celdas) que reciben los relaves de la precedente y se tendrá 1,2,3 ó más circuitos o bancos de celdas. CIRCUITOS CONVENCIONALES DE FLOTACION. • La flotación industrial es un proceso continuo, en el que las celdas están arregladas en serie formando un banco que por la calidad de sus concentrados, van a tomar el nombre de circuitos.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Estos circuitos de flotación generalmente están constituidos de varias etapas, puesto que no es posible recuperar el mineral valioso y eliminar el mineral de ganga en forma simultánea en un solo paso, de este modo se presentan las siguientes etapas: Las etapas que se puede encontrar en algún circuito de flotación son: 1. Etapa de flotación de Recuperación (Rougher) 2. Etapa de flotación Depuradora (Scanvenger)

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Unidad I : Procesos Metalúrgicos 3. Etapa de flotación limpieza (Cleaner) 4. Etapa de flotación Re-limpieza (Re-cleaner) 1.- La etapa rougher es la etapa primaria, en ella se logran altas recuperaciones y se elimina gran parte de la ganga. Debido a que esta etapa se opera con la mayor granulometría posible, el concentrado rougher está constituido por materiales medios o middlings, por lo cual las leyes de este concentrado son de bajas y requieren una etapa de limpieza que seleccione el concentrado.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Al circuito rougher llega la alimentación del proceso de flotación, y en algunas oportunidades, concentrados de la etapa scavenger o colas de la etapa cleaner. Las colas de la etapa rougher pueden ser colas finales del proceso, o bien, almentación a un circuito scavenger. 2.- La etapa scavenger o de barrido tiene como objetivo aumentar la recuperación de las especies útiles desde las colas de la etapa rougher. Producen colas finales del proceso y un concentrado de baja ley que puede juntarse a la alimentación del proceso de flotación, o a una etapa de remolienda y su posterior tratamiento. 87

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración En las plantas concentradoras de cobre se utilizan circuitos cleaner-scavenger, los cuales se alimentan con las colas de la etapa cleaner. En general, el concentrado de la etapa cleanerscavenger se junta a los concentrados rougher y alimentan la etapa cleaner. Las colas de los circuitos cleaner-scavenger, dependiendo de la ley que posea se juntan a las colas finales.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 3.- Los circuitos cleaner o de limpieza, junto a los circuitos re-cleaner, tienen como objetivo aumentar la ley de los concentrados rougher, a fín de alcanzar un producto que cumpla con las exigencias del mercado, o bien, de la etapa del proceso siguiente a que será sometido el concentrado. Dado que la etapa cleaner es selectiva, normalmente el concentrado rougher es sometido a una etapa de remolienda previa, para alcanzar la mayor liberación posible de las especies útiles. antes de alimentarse al circuito cleaner. La etapa de recuperación es aquella que recupera una alta proporción de las partículas valiosas aún 90

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración A costa de la selectividad, utilizando las mayores concentraciones de reactivos colectores y/o depresores, velocidades altas de agitación (1200 a 1400 RPM) y baja altura de la zona de espumas(2 a 3 pulgadas). Esta etapa produce dos productos; un "concentrado" que aún no es producto final , el cuál pasa a la etapa de limpieza y un "relave" que aún tiene mineral valioso pasa a la etapa de "apure" o recuperación. Las etapas de limpieza que pueden ser por lo general 2 o más tienen por finalidad de obtener concentrados de alta ley aún a costa de una baja en la recuperación. 91

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración En esta etapa para mejorar la selectividad, se utilizan bajos porcentajes de sólidos en las pulpas de flotación así como menores velocidades de agitación (800 a 900 RPM), mayor altura de la zona de espumas (5 a 6 pulgadas). En esta etapa generalmente no se adicionan reactivos colectores y espumantes, solo ocasionalmente se agrega el depresor con el fin de incrementar la selectividad de la flotación. 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.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La etapa depuradora (Scavenger) es aquella en que se recupera la mayor cantidad del mineral valioso. El concentrado de ésta etapa generalmente retorna a la etapa de Recuperación y el relave constituye el relave final. Las funciones más importantes de las celdas de flotación son:    Mantener todas las partículas, aún las más gruesas o las más densas, en suspensión dentro de la pulpa. Para conseguir lo anterior, la pulpa debe ser mezclada o sometida a circulación dentro de la celda a altas velocidades, de modo 93

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración de modo de superar las velocidades de sedimentación de las partículas más gruesas.  La aireación, que involucra la diseminación de finas burbujas de aire dentro de toda la celda.  Promover la colisión entre las partículas de mineral y las burbujas de aire, con la finalidad de permitir la adhesión selectiva y el transporte de las partículas de mineral deseado en la columna de espuma.  Mantener la pulpa en condiciones de quietud, 94

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración inmediatamente debajo de la columna de espuma.  Las celdas se diseñan de modo de prevenir la turbulencia en las cercanías de la espuma, puesto que produce una pérdida de estabilidad de la espuma y baja la recuperación.  Proveer un eficiente transporte de la pulpa alimentada a la celda y de la salida del concentrado y del relave desde el circuito.  Proveer un mecanismo de control de: la profundidad de la pulpa y la profundidad de la columna de la espuma; la aireación de la celda e idealmente del grado de agitación de la pulpa 95

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Como regla general, las cargas circulantes deben tener leyes similares a los flujos a los cuales se unen. Así mismo se pueden incluir una o varias etapas de remolienda, generalmente a los siguientes productos: Concentrados de recuperación. Relave de recuperación. Concentrado de depuración (Scavenger). Relave de la primera limpieza. En resumen, la disposición de las etapas de flotación en un circuito determinado, es uno de los aspectos más importantes en el estudio del diseño de una Planta Concentradora.  96

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Las celdas de flotación se clasifican en dos grandes familias: Celdas mecánicas y Celdas neumáticas. Se presenta a continuación las principales características y ejemplos de ambos tipos de celdas. Celdas mecánicas o convencionales: Son las más comunes y las más usadas en la industria. Se caracterizan por tener un impulsor o agitador mecánico (rotor o impeler). Alrededor del eje del rotor se tiene un tubo concéntrico hueco que sirve de conducto para el ingreso del gas al interior de la pulpa, lo que ocurre en el espacio entre el rotor y un estator o difusor, donde es dispersado en pequeñas burbujas (1 - 3 mm). Volumen: 0,5 a 300 m3. 97

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración dispersado en pequeñas burbujas (1 - 3 mm). Volumen: 0,5 a 300 m3. En la zona próxima al arreglo rotor – estator existe una gran agitación de la pulpa, para favorecer el contacto partícula – burbuja. A partir de un nivel medio de la celda se tiene una zona menos turbulenta, donde el agregado burbujamineral hidrófobo asciende con menor probabilidad de romperse. A medida que las burbujas se mueven al nivel del labio de la celda, son arrastradas fuera por el empuje de las burbujas que vienen atrás. Según el tipo de aireación se tiene:

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Celdas auto aireadas, que utilizan el vacío creado por el movimiento del rotor para inducir o succionar el aire desde la atmósfera hacia abajo, por el tubo concéntrico alrededor del eje del rotor. • Celdas con aire forzado, que reciben el aire desde un soplador. Las celdas de flotación son operadas usualmente en serie, con la pulpa fluyendo continuamente de una celda a la siguiente a través de traspasos. Al final de cada grupo de celdas se tiene una compuerta que se utiliza para controlar el nivel de la pulpa.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración El tamaño y número de celdas se ajusta a las características de la alimentación (flujo, flotabilidad de las partículas), de manera de compatibilizar los requerimientos de recuperación y calidad del concentrado. La pulpa que se descarga desde la última celda es la cola o relave.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Celdas neumáticas   La tecnología de flotación neumática ha tenido un gran desarrollo desde los años 20 hasta los nuevos diseños propuestos por el Dr. Rainer Imhof, en Alemania. Básicamente, introduce la desagregación operacional de la flotación, es decir, un control sobre las condiciones de alimentación, interacción partícula/burbuja, y la separación del concentrado y el relave.

101

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración MECANISMO DE LA FLOTACIÓN EN UNA CELDA JAMESON En una celda Jameson, el aire y la pulpa son mezclados en el tope de un tubo vertical, denominado sección de contacto o tubo de descenso. La mezcla desciende verticalmente en cocorriente, descargando en una celda abierta, donde las burbujas mineralizadas ascienden formando la espuma.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Celdas Columnares: La columna de flotación se ha constituido en uno de los desarrollos más destacados de los últimos tiempos en el campo de la concentración de minerales. Las celdas columnares resultan especialmente atractivas en circuitos de limpieza, ya que es posible efectuar en una sola etapa, varias de estas etapas que anteriormente se realizaban en celdas mecánicas convencionales. Esto hace posible el uso de circuitos más simples y fáciles de controlar

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración FLOTACIÓN COLUMNAR La celda columna es un tipo de máquina que pertenece a las celdas neumáticas, la cuál en la actualidad tiene un gran potencial de aplicación en el procesamiento de minerales.

105

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración DISEÑO DE CIRCUITOS DE FLOTACIÓN Para desarrollar un circuito de flotación ,se deben emprender pruebas preliminares de laboratorio para determinar los reactivos y tamaño de la planta para una producción dada además de diagrama de flujo y datos relacionado ,para ello es indispensable contar con una muestra representativa químicamente como mineralógicamente de la mena para los ensayos. Es práctica usual obtener un mineral 100% -10 mallas Tyler y guardarlo en bolsas.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Una vez decidido el volumen de la celda y el porcentaje de sólidos en flotación, se procede a determinar el peso específico del mineral de cabeza. Posteriormente se somete a molienda en un molino de bolas de laboratorio, aproximadamente con 6668% de sólidos en el molino y se determina el tiempo de molienda. En general, para cobres porfíricos, una molienda entre un 5 a 16% +65 mallas Tyler es adecuada.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración VARIABLES OPERATIVAS DEL PROCESO DE FLOTACIÓN

La flotación es un proceso de múltiples variables cuya definición y descripción cuantitativa requiere todavía muchos estudios y la aclaración de distintos detalles. A. Variables relacionadas con el mineral. 1. Forma mineralógica del mineral 2. Su asociación con otros componentes 3. Presencia de impurezas y sales solubles 4. pH natural de mineral 5. Grado de oxidación del mineral 6. Oxidación durante su explotación 7. Cantidad de agua útil cristalización 109

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración B. Variables relacionadas a los procesos previos de molienda y clasificación 8. Durante la molienda, el mineral está expuesto a la oxidación 9. Tamaño de liberación (fineza de partículas, diferente asociación) 10. Grado de dureza de los minerales (de cada componente) 11. Tiempo en el circuito de molienda 12. Molienda diferencial 13. Adición de reactivos durante la molienda C. Variables relacionadas al agua 14. Impurezas disueltas y a menudo no se purifica 110

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración antes de su uso; pueden resultar en efectos negativos o positivos 14. Presencia de gases disueltos Ejemplo. H2S, SO2, etc. 15. Grado de alcalinidad o acidez de agua “pH” 16. Dureza del agua D. Variables relacionadas al acondicionamiento 17. Densidad de pulpa 18. Puntos de adición de reactivos y algunos reactivos adicionales 19. Grado y forma de adición de reactivos 20. Tamaño de los acondicionadores y celdas de flotación 111

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 21. Tiempo de acondicionamiento 22. Temperatura, agitación, pH, etc. E. Variables relacionadas a la flotación 23. Densidad de pulpa 24. pH de la pulpa 25. Tiempo de acondicionamiento 26. Nivel de espuma 27. Carga circulante 28. Tamaño de partícula 29. Grado y tipo de aireación 30. Temperatura de la pulpa y el agua 31. Reactivos específicos para cada circuito y dosis

112

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración F: Variables relacionadas con las máquinas de flotación: 32. Tipo de máquina 33. Potencia consumida 34. Altura de la Zona de espumas 35. Agitación 36. Grado de Aireación Controles en la Flotación: El proceso de Flotación parece ser bastante sencillo, pero tiene cierto grado de complejidad debido a la variación de las leyes de cabeza durante los turnos de 24 horas y para llevarse en forma eficaz se debe mantener: 113

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración     

Los valores óptimos de pH Un buen grado de molienda Una buena densidad de pulpa Un buen control en la dosificación de reactivos. Una buena regulación de las compuertas en las celdas y los bancos de flotación  Buena regulación de aire en las celdas de flotación  Limpiar los labios de las celdas de flotación  Regular bien los chisguetes de agua en los canales de espumas, teniendo en

114

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  cuenta de no diluir demasiado la pulpa, sobre todo si va a ser flotada nuevamente  Buen nivel de espumas en los bancos de flotación.  Carga Circulante: Otro de los parámetros importantes que se debe de tener en cuenta en la operación de flotación es el control de la carga circulante; que esta formada por el relave de las limpiadoras y las espumas de los scavenger que entran nuevamente a la máquina rougher junto con la cabeza fresca. La carga circulante se forma por el hecho de tratar de limpiar bien el concentrado final o de limpiar bien el relave.

115

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  En el primer caso se deprimen grandes cantidades de sulfuros valiosos recuperables y en el segundo caso se flotan minerales con alto contenido de ganga (gangosas). Para controlar la carga circulante se debe jalar normalmente las espumas de los bancos scavenger, así como también las espumas de las limpiadoras. Los cuatro factores más importantes que deben ser permanentemente controlados y bien regulados para asegurar una buena flotación: • La pulpa: Debe tener la densidad indicada por el supervisor, aún cuando el control de la densidad 116

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • de la pulpa es función del molinero, los flotadores deben avisar al jefe cuando observen que; la pulpa no es buena. • La agitación: Depende de la mariposa (en las celdas mecánicas o mixtas) o de la presión en las celdas de aire. Cuando hay poca agitación es posible que la mariposa este gastada o los huecos de los tubos de aire que estén tapados. • El aire: Es algo muy sencillo de regular; basta abrir o cerrar las válvulas correspondientes a cada celda.

117

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Los reactivos: Deben ser alimentados siempre en las cantidades indicadas por el Supervisor y en el lugar preciso. En cada planta, las cantidades de reactivos están calculadas de acuerdo a la ley de la cabeza de mineral y según los concentrados que se quieren obtener. Por eso, la flotación sufre enormemente cuando los reactivos no están bien medidos. • ¿Cómo se controla el pH? Para el control de la cal se usa el potenciómetro. El número que marca la aguja de este aparato nos indica si la pulpa tiene mucha o poca cal.

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Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Es necesario que Ud. Mantenga el pH dentro de los límites indicados por el jefe, ya que un pH bajo es tan dañino a la flotación como uno demasiado alto. ¿Qué consecuencias se derivan de un Ph incorrecto? Aclararemos esto con algunos ejemplos: a. Un pH en el circuito de bulk, significa que no entra suficiente cal para deprimir la pirita y la ganga; entonces, el concentrado estará muy sucio y de baja ley, porque la falta de cal ha permitido que flote mucha roca y pirita.

119

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración b. Al contrario, un pH muy alto, deprime la ganga y la pirita y también parte de los sulfuros de cobre que así se pierden en los relaves. c. En esta forma, con un pH de menos de 7 en el circuito bulk se levanta mucho fierro y mucho insoluble. Con el pH arriba de 8, al contrario, se deprime mucho sulfuro de cobre, e ensuciando el relave.

120

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  BALANCE DE MATERIAL Y METALÚRGICO EN CIRCUITOS DE FLOTACIÓN El término “balance” en Procesamiento de Minerales engloba todos los cálculos metalúrgicos que se efectúan en una Planta Concentradora, para evaluar técnica y económicamente el proceso de concentración por flotación en este caso. En una Planta Concentradora generalmente se efectúan dos tipos de balances: 1. Balance metalúrgico o contabilidad metalúrgica. 2. Balance de materiales (sólidos, agua, elemento, etc).

121

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración De una u otra manera, estos dos modos de balance, en flotación de minerales, al igual que cualquier otro proceso de concentración, la cuantificación se puede efectuar a través de dos expresiones matemáticas que se las denomina Razón de Concentración y Recuperación. RAZÓN DE CONCENTRACIÓN (K). Este término indirectamente se refiere a la selectividad del proceso. Directamente expresa cuántas toneladas de mineral de cabeza se necesitan procesaren la Planta Concentradora para obtener una tonelada de concentrado.

122

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración En consecuencia, esta razón es un número que indica cuántas veces se concentró el mineral valioso contenido en la mena. Este término se puede deducir del siguiente modo:

Alimentación F, f

 

Planta Concentradora

Relave T, t

Concentrado C, c

123

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Ahora hagamos un balance de materiales y de metal valioso contenido en cada flujo de la Planta Concentradora. Esto es: Balance de material: F = C+T

(1)

Balance de metal: Ff  = Cc + Tt 

(2)

Multiplicando la ecuación (1) por t y restando de la ecuación (2) se obtiene lo siguiente:   Ft = C t + T t F (f - t) =C (c - t)   124

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Donde se obtiene la razón de concentración, es decir: K=

F C

=

(c – t) (f – t)

(3)

RECUPERACIÓN Este término se refiere a la eficiencia y rendimiento del proceso de flotación. Es decir, es la parte de mineral valioso que se obtiene en el concentrado, con respecto del mineral valioso contenido en el mineral de cabeza. Se expresa en porcentaje y su expresión matemática es:

125

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Ff  x 100  R = Cc 

(4)

Si se sustituye en la fórmula (4) el valor de C/F en función de las leyes, se obtiene: R=

( f- t) ( c- t)

x

c x 100 f 

(5)

La expresión (5) sirve para los cálculos cuando hay un solo elemento valioso, como se verá una deducción más completa en adelante.

126

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Cuando hay más de un elemento valioso, el sistema de cálculo se complica, pero se mantiene la misma filosofía de cálculo de las expresiones antes determinadas. En este sistema se asume que la recuperación teórica es correcta y la producción de concentrados se calcula a partir del mineral que entra a la Planta Concentradora y de los ensayos químicos de la alimentación, concentrado(s) y relave. En este sistema no hay inspección sobre la recuperación real que se obtiene. De acuerdo a la simplicidad o complejidad de las 127

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración mismas, es decir, de acuerdo al número de elementos valiosos que contiene será: • • • •

De dos productos un elemento valioso. De tres productos dos elementos valiosos. De cuatro productos tres elementos valiosos De n productos más de tres elementos valiosos.

BALANCE METALÚRGICO DE DOS PRODUCTOS

Alimentación F, f 1

Planta Concentradora Concentrado C,c 2

Relave T,t 3

128

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Aquí podemos observar que los puntos de muestreo son:  1. Cabeza que corresponde al mineral de faja que alimenta de la tolva de finos al molino, o del rebose del clasificador.  2. Concentrado.  3. Relave Se establecen las siguientes relaciones: Balance de materiales Entrada = Salida F = C + T

(6) 129

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Balance del metal valioso: F.f = C.c + T.t

(7)

Multiplicando la ecuación (1) por t se obtiene: F.t = C.t + T.t 

(8)

Restando ecuación (8) de (7) se tiene: F(f - t) = C(c - t) f-t C = F c-t

f-t C =Fx c-t

(9)

  130

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Entonces el paso de concentrado obtenido estará dado por la siguiente fórmula: f-t t/día o ton/día (10) C= F x c-t La recuperación obtenida de metal valioso estará dada por: Re =

Cc Ft

X 100

f-t c x x 100 Re = c-t f

(11) (12)

131

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración La razón de concentración está dada por: F = (c – t) K= C (f – t)

(13)

Ejemplo 1 Si una planta concentradora produce 1200 t/día de concentrado de cobre con ley de 27,6% Cu a partir de un mineral de cabeza de 0,87% Cu, dejando en los relaves 0,1% Cu. Calcular: a) El peso de la alimentación, b) La recuperación, c) La razón de concentración, d) El peso de relave 132

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Solución a) Cálculo del peso de la alimentación Para ello tenemos que acomodar la ecuación (10) F=Cx

c-t f-t

Datos: C = 1200 t. c = 27.6 % Cu f = 0.87 % Cu t = 0.1 % Cu Remplazando datos tenemos:

133

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración F = 1.200 x

27,6 – 0, 1 0,87 - 0,1

= 42.857,143 ton/día

b) Cálculo de la recuperación R Para este caso se emplea la ecuación (7) R=

(0,87 – 0,10) (27,6 – 0,10)

X

27,6 0,87

X 100 = 88, 33%

Re= 88,83%  c) Cálculo de la razón de concentración Utilizamos la ecuación (8): 134

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración K= ó

(c- t) (f- t)

=

(27,6 – 0,10) (0,87 -0,10)

=

35,714 1

K = 42.847, 43 / 1200 = 35,714/1

d) Cálculo del peso de relave. De la relación: F=C+T Se obtiene: T = F – C = 42.857, 43 – 1200 = 41.657,143 Ton/día 135

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Ahora el balance metalúrgico puede tabularse tal como se muestra en el siguiente cuadro: Producto

Cabeza Concentrado Cu Relave

Peso T

% Peso

Ensayo

Contenido metálico

% CU

Cu

% Distribución

Razón

Cu

42857,143

100

0,87

372,857

100,00

1200,00

280

27,6

331,200

88,83

41657,143

97.2

0,1

41,657

11,17

35,71

136

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Ejemplo 2: En una planta concentradora se trata 25 000 t/día de mena de cobre, cuyo reporte de Laboratorio químico es el que se muestra en el cuadro adjunto. Productos

Ensayos o Leyes %Cu

%Fe

Cabeza

5,20

11,9

Concentrado

30,00

18,3

Relave

0,25

10,6

%Insolubles

15,4

Determinar: a) El paso de concentrado obtenido en t/día. b) El tonelaje de relave. c) La recuperación de Cu. d) La razón de concentración. 137

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Solución: Sea el siguiente diagrama:

Alimentación o cabeza F= 25.000 t

Planta Concentradora

Relave Final T = ¿…? t= 0,25% Cu

Concentrado de Cu C= ¿…? c= 30% Cu

138

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 1.- Cálculo del peso de concentrado obtenido. Para este caso utilizamos la ecuación: C=Fx

f- t = 25.000 x 5,20 – 0,25 = 4.159,66 c- t 30 – 0,25

C = 4.159, 66 t/día. 2.- Cálculo de Tonelaje de Relave Cabeza = Concentrado de Cu + Relave F= C+ T T= F – C = 25.000 – 4.159, 63 = 20.840, 34 ton/día T= 20.840, 34 ton/día. 139

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 3.- Cálculo de la Recuperación de Cobre Para este caso podemos utilizar la ecuación (6) o la (7).

RCu =

C x c x 100 = 4.159,66 x 30,0 x 100 = 95,99% Fxf 25.000 x 5,20

RCu = (f –t )

x c x 100 = (5,20 -0,25) x 30,0 x 100 = 95,99% (c – t) x f (30,0 – 0,25) 5,20

4.- Cálculo de la razón de concentración: K = F / C = 25.000/4.159,66 = 6,10/1 K= (c- t)/ (f –t) = (30,0 -0,25) / (5,2 – 0,25) = 6,10 ton. Min.de cabeza 1 1 Ton.de Concent. 140

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración BALANCE METALÚRGICO PARA TRES PRODUCTOS. Este balance se emplea cuando la mena que se trata en una Planta Concentradora contiene dos elementos metálicos valiosos y se emplea la flotación selectiva o diferencial, es decir, se obtiene dos productos valiosos que corresponden a dos concentrados que contienen a cada metal valioso y un producto no valioso que corresponde al relave. Aplicando el principio de conservación de la materia, se efectúa el balance de materiales, de acuerdo al siguiente diagrama:

141

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración

Alimentación o Cabeza F, (a, b)

Planta Concentradora

Concent. A (a1, b1)

Relave Final T, (a3,b3)

Concent. B (a2, b2)

 Tonelaje de Entrada = Tonelaje de salida  

F=A+B+T

(14)

142

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Balance del metal valioso A.  Fa = Aa1+ Ba2 + Ta3

(15)

Balance del metal valioso B Fb = Ab1 + Bb2 + Tb3

(16)

en consecuencia tenemos un sistema de 3 ecuaciones con tres incógnitas. Dividiendo las 3 ecuaciones (14,15 y 16) por F se tiene: 1= A + B+T F F F

(17) 143

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración a = a 1 A + a 2 B + a3 T F F F

(18)

b = b 1 A + b2 B + b3 T F F F

(19)

En este sistema los valores conocidos son F, a, a1, a2, a3, b, b1, b2 y b3 que están dados por el alimento y productos de la Planta Concentradora y consignados en el reporte de ensayo químico. Esto es:

144

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Cuadro: Reporte de ensayo químico Productos

Pesos,t

Leyes %A

%B

Cabeza

F

a

b

Concentrado A

A

a1

b1

Concentrado B

B

a2

b2

Relave

T

a3

b3

Si hacemos un cambio de variable en las ecuaciones 17, 18 y 19 tendremos: f1 = A/ F Luego:

; f2 = B/ F

; f3 = T/ F

145

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 1 = f1 + f2 + f3

(20)

a = a1f1 + a2f2 + a3f3

(21)

b = b1f1 + b2f2 + b3f3

(22)

Este sistema se puede resolver por el método de determinantes y por el método matricial o también algebraicamente. Ejemplo 3: Una Planta Concentradora trata 3.500 t/día de una mena de Pb-Zn, cuyo reporte de ensaye químico se da en el siguiente cuadro.

146

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Producto

Pesos en ton

Informe Químico

%Pb

%Zn

3.500

6.2

8.2

Concent. Pb

L

71.8

6.4

Concent. Zn

Z

1.4

57.8

Relave

T

0.3

0.8

Cabeza

Determinar el balance metalúrgico completo. Solución: Podemos establecer el siguiente diagrama

147

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Alimentación o Cabeza F = 3500 ton/día I = 6,2% Pb Z = 8,2% Zn

Planta Concentradora

Conc. Pb I1= 71,8 % Pb Z1 = 6,4 % Zn

Relave Final T=? I3 = 0,3 % Pb Z3= 0,8% Zn

Conc. Zn I2 = 1,4 % Pb Z2 = 57,8 % Zn

A partir de estos datos establecemos el siguiente sistema de ecuaciones según ecuaciones (21),(22) y (23). I = f1 + f2+ f3 6,2= 71,8 f1 + 1,4 f2 + 0,3 f3

(I) (II) 148

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración 8,2 = 6,4 f1 + 57,8 f2 + 0,8 f3

(III)

Resolviendo por el método de matrices del tipo Ax = b

Pb

f1 = 0.08061 

L = 0.08064 x 3500 = 282.240 t/d.

Zn

f2 = 0.12190 

Z = 0.12190 x 3500 = 426.650 t/d.

Rel

 f3 = 0.79746

T= 0.79746 x 3500 = 2791.110 t/d 3500.000

Cálculo de la recuperación del metal valioso RPb = l1 L 100 = 71,8 x 282,24 x 100 = 93,98% lF 6,2 x 3500 149

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración RZn = z2 Z x 100 = 57,8 x 426,65 x 100 = 85,92 % zF 8,2 x 3.500 Cálculo de la razón de concentración. KPb = F = 3500 = 12,4 L 282,24 1

Kzn = F = 3500 = 8,2 Z 426,65 1

Con estos datos podemos construir el balance metalúrgico completo, tal como se muestra en el cuadro. 

150

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Cuadro 5 Balance metalúrgico Productos

Cabeza

Peso

%Peso

Leyes

Contenido metálico

% Distribución

% Pb

% Zn

Pb

Zn

Pb

Zn

Ratio

3500

100

6,2

8.2

217

287

100

100

Conc. Pb

282,24

8,06

71.8

6.4

202,648

18.063

93.38

6.3

12,4

Conc. Zn

426,65

12,19

1,4

57.8

5.973

246.603

2.75

85.92

8.20

Relave

2791,11

79,05

0.3

0.8

8.373

22.329

3.86

7.78

151

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Para realizar balances, es importante caracterizar los flujos de mineral en cada punto de la planta. Un buen muestreo otorga mayor fidelidad a los datos obtenidos, puesto que dicha información será utilizada para tomar decisiones importantes en el diseño y la producción. • Puesto que las operaciones de muestreo y los equipos que realizan tal trabajo requieren de un capital elevado (tanto económico como humano), en las plantas se caracterizan sólo algunos flujos.

152

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración • Para la estimación de las propiedades del resto de los flujos existen relaciones matemáticas basadas en la física y química. Pulpas y flujos de Mineral  Estática Masa (t, kg) y volumen (l,m3) MT = MS + ML VT =VS +VL  En Movimiento (flujo) Masa (tph, kg/h) y volumen (l/s,m3/h) 153

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración GT = GS + GL QT = QS +QL Densidad de sólido, líquido y pulpa  Estática (t/m3)

ρSLT =

MSLT VSLT

 En Movimiento (flujo)

ρSLT = G SLT QSLT

154

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Densidad específica γ S,L,T= ρ S ,L,T ⋅ g  Gravedad específica Γs = ρS ρL Se hunde si ΓS >1 , flota si ΓS < 1  Concentración de sólidos  En volumen 155

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración Cv = Vs = Qs VT QT  En Peso : C p = M S = GS MT GT  Dilución o humedad en base seca : D= ML = GL Ms Gs

156

Unidad II : Procesamiento de Minerales- Concentración  Humedad en Base húmeda(%) H = 100 GL GT  Concentración de sólidos en función de las densidades Cp = ρS (ρL – ρT) ρT (ρL – ρS)

157