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LABORATORIO DE PIROMETALURGIA FLOTACION CALCOPIRITA

IVAN MAURICIO DUEÑAS GALLO CODIGO: 201221505

UNIVERSIDAD TECOLOGICA Y PEDAGOGICA DE COLOMBIA FACULTAD INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2015

LABORATORIO DE PIROMETALURGIA FLOTACION CALCOPIRITA

IVAN MAURICIO DUEÑAS GALLO CODIGO: 201221505

Presentado a: Ing. Msc Sara Barroso

UNIVERSIDAD TECOLOGICA Y PEDAGOGICA DE COLOMBIA FACULTAD INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2015

INTRODUCCIÓN La finalidad de este laboratorio va de acuerdo al margen de enseñanza práctica cuyos objetivos radican en la adquisición de experiencia y técnica de acuerdo a los equipos utilizados. El enfoque de este laboratorio se enfatiza en los equipos de concentración utilizando propiedades físico-químicas para lograr concentrar un material. La práctica nos permite conocer los pasos para realizar una correcta flotación de calcopirita, por esto se enunciaran clara y detalladamente los pasos a seguir para una óptima flotación, al final se realizara un análisis de los datos obtenidos. Para la práctica se tienen en cuenta las características hidrofóbicas, hidrofilicas, pH, entre otras; incluyendo reactivos necesarios para aumentar estas características.

1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL  Concentrar el mineral de cobre (calcopirita) con un proceso de flotación usando los tres tipos de flotación. 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS  Aplicar los conocimientos teóricos para llevar a cabo una flotación exitosa.  Reconocer las propiedades y características que otorgan los reactivos a la flotación.  Diferenciar los tipos de flotación utilizados e identificar el proceso para cada uno de ellos y su finalidad.

2. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD Y MATERIALES  IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD     

Bata. Guantes de cirugía o nitrilo. Tapabocas. Tapa oídos. Gafas de seguridad.

 MATERIALES Y/O EQUIPOS           

Concentrador magnético. Mineral de cobre. Celda de flotación. Agua. Cal (modificador de PH). Silicato de sodio (Depresor). A 31(colector). Xantato isopropílico de sodio (colector). Aceite de pino (espumante). Bandejas. Horno.

3. MARCO TEORICO 3.1 PIROMETALURGIA: La pirometalúrgia es la rama de la metalurgia y de la electrometalurgia consistente en la obtención y refinación de los metales utilizando calor, como es en el caso de la fundición. Es la técnica tradicional de extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. Históricamente, este procedimiento fue el primero en aparecer. Las operaciones se efectúan entre 950 y 1000°C. Una gran cantidad de metales tales como el hierro, níquel, estaño, cobre, oro y plata son obtenidos desde el mineral o su concentrado por medio de la pirometalúrgia. La pirometalúrgia es utilizada en mayor proporción porque es un proceso mucho más rápido, su desventaja es ser altamente contaminante para el ambiente. 3.2 CALCOPIRITA La calcopirita es la mena de cobre más ampliamente distribuida, presenta flotabilidad natural cuando su superficie no está oxidada. Esta flotabilidad natural depende del potencial de oxidación y el pH en la pulpa. A valores de Ph bajos la calcopirita es flotable sin colector en un amplio intervalo de potencial, el cual disminuye a valores de pH alcalinos por la formación de hidróxidos de cobre y fierro sobre la superficie del mineral. 3.3 PREPARACION MECANICA Consiste en operaciones de reducción de tamaño y separación de partículas (trituración – tamizado y rangos gruesos y molienda – clasificación en rangos finos), para liberar los minerales valiosos de los estériles y preparar en un rango de tamaños adecuados (malla 200).  TRITURACION: Las operaciones mediante las que se efectúan dichas reducciones de tamaño por medios físicos se denominan trituración y molienda.  MOLIENDA: La molienda reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento de cizalla y cortado.

 TAMIZADO: Fundamentalmente este proceso consiste en seleccionar y clasificar los minerales por medir el índice de finura obtenida durante la molienda, esta operación separa por diferencia de tamaño los materiales útiles de las gangas para esta operación es necesario utilizar telas o laminas perforadas conocidas como tamices, cribas. Los tamices para su manejo generalmente se clasifican por el número de mallas o agujeros que existen en una distancia de pulgada lineal. 3.4 FLOTACION La definición tradicional de flotación dice que es una técnica de concentración de minerales en húmedo, en la que se aprovechan las propiedades físico-químicas superficiales de las partículas para efectuar la selección. En otras palabras, se trata de un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas. Según la definición, la flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. 3.4.1 ELEMENTOS DE LA FLOTACION  FASE SOLIDA: Está representada por los sólidos a separar (minerales) que tienen generalmente una estructura cristalina. Esta estructura es una consecuencia de la comparación química de las moléculas, iones y átomos componentes que son cada uno, un cuerpo completo.  FASE LIQUIDA: Es el agua debido a su abundancia y bajo precio; y también debido a sus propiedades específicas, constituye un medio ideal para dichas separaciones La estructura de una molécula de agua investigada por espectroscopia es bastante compleja; aparece que aproximadamente el 46% de los enlaces es covalente y 54% es iónico Finalmente hay que subrayar la importancia de las impurezas y contaminaciones que tiene toda agua natural o industrial. En primer lugar hay que mencionar la dureza del agua ósea la contaminación natural causada por sales de calcio, magnesio y sodio. Estas sales y otro tipo de contaminaciones no solo pueden cambiar la naturaleza de la flotabilidad de ciertos minerales sino también son casi siempre causa de un considerable consumo de reactivos de flotación con los cuáles a menudo forman sales solubles  FASE GASEOSA: Es el aire que se inyecta en la pulpa neumática o mecánicamente para poder formar las burbujas que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas La función del aire en la flotación tiene distintos aspectos de los cuales los principales son: el aire influye químicamente en el proceso de flotación, es el medio de transporte de las partículas de mineral hasta la superficie de la pulpa. El aire es una mezcla de nitrógeno (78.10%) y

oxigeno (20.96%) con pequeñas cantidades de dióxido de carbono (0,04%) y gases inertes como argón y otros 3.4.2 TIPOS DE FLOTACION  Rougher: Su objetivo es aumentar la recuperación metálica.  Cleaner: Su objetivo es aumentar la ley del concentrado.  Scavenger: Es recuperadora, se alimenta exclusivamente con colas y/o relaves de etapas rougher o cleaner. 3.4.3 REACTIVOS Son sustancias químicas que sirven para la recuperación de los sulfuros valiosos, despreciando o deprimiendo a la ganga e insolubles. Mediante el uso de reactivos podemos seleccionar los elementos de valor en sus respectivos concentrados Para tener un mayor conocimiento de la función específica de cada reactivo, los podemos clasificar en tres grupos: Espumantes, Colectores y modificadores; Ya sabemos que en cualquier celda de flotación encontramos agua, aire, mineral molino y reactivos.  ESPUMANTES: Tiene como propósito la creación de una espuma capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta su extracción de las celdas de flotación. El objetivo principal de los espumantes es dar consistencia, rodeando de una capa adsorbida a las pequeñas burbujas de aire que se forman en la pulpa, por agitación o inyección de aire, evitando que se unan entre sí (coalescencia) y que cuando salgan a la superficie no revienten, constituyendo las espumas; además, dar elasticidad, ayudando a las burbujas ascendentes a irrumpir a través de la capa superior del agua, emergiendo intactas en la interface agua-aire.  COLECTORES: Son compuestos químicos orgánicos, cuyas moléculas contienen un grupo polar y uno no- polar. El anión o catión del grupo polar permiten al ión del colector quedar adsorbido a la superficie también polar, del mineral. Por el contrario, el grupo no-polar o hidrocarburo queda orientado hacia la fase acuosa hidrofugando el mineral, ya que tal orientación resulta en la formación de una película de hidrocarburo hidrofóbico en la superficie del mineral. Por consiguiente, las partículas de mineral hidrofobadas por una película de colector se adhieren a las burbujas de aire que van subiendo, arrastrando consigo el mineral a la superficie de la pulpa. Estos reactivos se asocian más a los sulfuros y al aire, pero muy poco a la ganga. En los acondicionadores y celdas de flotación actúan rápidamente sobre los sulfuros, a los que rodean con una película que se pegan a las burbujas de aire que salen a la superficie de la pulpa formando las espumas de

los concentrados. Ósea actúan de enlace, como ganchos entre las burbujas de aire y el sulfuro que queremos recuperar.  MODIFICADORES: La función específica de los reactivos modificadores es precisamente preparar las superficies de los minerales para la adsorción o desorción de un cierto reactivo sobre ellas y crear en general en la pulpa condiciones propicias para que se pueda efectuar una flotación satisfactoria. Ósea cambia o modifica la superficie de los sulfuros o de la ganga  REGULADORES DE PH: Son los reactivos que controlan la acidez o alcalinidad de la pulpa. Es un reactivo que cambia la concentración del ión hidrógeno de la pulpa, lo cual tiene como propósito incrementar o decrecer la adsorción del colector como se desee salvo raras excepciones, la efectividad de todos los agentes de flotación, depende grandemente de la concentración de hidrógeno o ión hidroxilo en la pulpa, y se puede realizar esta regulación del ph con cal. 3.4.4 CELDA DE FLOTACION Los equipos en los cuales se realizan los procesos de flotación se denominan celdas de flotación y son construidos de modo que favorezcan la realización del proceso mediante las siguientes funciones:  Mantener en suspensión las partículas de la pulpa que ingresa a la celda de flotación, evitando la segregación de los sólidos por el tamaño o por la densidad.  Formar y diseminar pequeñas burbujas de aire por toda la celda; los volúmenes de aire requeridos dependerán del peso de material alimentado} 

Promover los choques entre partículas minerales y las burbujas de aire con él fin de que el conjunto mineral-burbuja formado tenga una baja densidad y puede elevarse desde la pulpa a una zona de espumas, las cuales serán removidas de la celda conteniendo el concentrado.

 Mantener condiciones de quietud en la columna de espumas para favorecer su estabilidad. También permitir una adecuada evacuación tanto de relaves como de concentrados, así como la fácil regulación del tanto de relaves como de concentrados, así como la fácil regulación del nivel de pulpa en las celdas, de su aireación y del grado de agitación. De acuerdo a lo anterior las celdas de flotación deberán tener zonas específicas: zona de mezcla; aquella en la cual las partículas minerales toman contacto con las burbujas de aire ,zona de separación; en la que las burbujas de aire se condensan una con otra y eliminan partículas indeseables que pudieran haber sido arrastradas por atrapamiento u otro motivo y zona de espumas; en la que las espumas mineralizadas deberán tener estabilidad y ser removidas de la celda conteniendo el concentrado.

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL A continuación se enuncian los pasos para desarrollar la correcta flotación de la calcopirita. 

Se procede a tomar 200gr de calcopirita, se realiza su respectiva preparación mecánica hasta que el material pase por una malla con una apertura de tamiz superior a 100.

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Se realiza la separación magnética de la muestra de mineral de Cu.

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Los 200g del mineral obtenidos se depositan en la celda de flotación, se adicionan 2000 ml de agua, seguidamente la celda se enciende y se permite el acondicionamiento de la pulpa por unos minutos.

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Como siguiente paso se hace una flotación Bulk, para deprimir las partes inertes, la cual consta de : Agregar 1 gota de silicato de sodio Agregar cal suficiente, hasta obtener el PH = 8. Adicionar 1 gota de A 31. Adicionar 1 gota de Xantato.

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Se acondiciona por 10 minutos, sin aire.

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Seguidamente se adiciona 1 gota de aceite de pino, y se acondiciona por 3 minutos para luego colocar aire.

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Las espumas y las colas son recogidas. El concentrado obtenido será parte de la concentración final.

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Se realiza otra flotación de las colas obtenidas en la flotación Bulk, esta vez se agrega cal hasta obtener un PH = 12, para depresar la pirita, se agrega 1 gota de silicato de sodio, los colectores y se acondiciona por 10 minutos.

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Se deposita el espumante para acondicionar por 3 minutos y luego colocar aire.

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La espuma obtenida es recogida. Las colas son desechadas.

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Las espumas obtenidas durante la práctica serán el concentrado, estas son recogidas en una bandeja, se introducen en el horno para dejarlas secar.



El concentrado es pesado, se realizan entonces los cálculos correspondientes para realizar un correcto análisis de resultados.

5. CALCULOS Y RESULTADOS El concentrado obtenido al final de la práctica fue de 109.2 gr. En base a este valor se desarrollaran los análisis correspondientes basándonos en los indicies metalúrgicos, los cuales nos permitirán determinar la calidad de la separación en una o varias etapas de concentración y sirven para el escalamiento en la construcción de equipos y/o plantas de concentración. Por tanto : F= C + T F= Alimento (200 gr) C= Concentrado (109.2gr) T= Colas T= 200gr – 109,2gr T= 90.8 gr Se calculara también la razón de concentración K basándonos en: F K= C Entonces K=

200 gr 109.2 gr

= 1.83

Deberá calcularse también el índice de concentración, el cual estará definido por la formula 109.2 gr =0.55 V= C/F por tanto V = 200 gr

6. ANALISIS DE RESULTADOS Para cada paso a seguir en el proceso de flotar calcopirita, es necesario ser minucioso con la cantidad de reactivos, el tiempo para la homogenización, la cantidad de agua, inclinación del vaso; pues estos detalles determinan la calidad de la flotación y en consecuencia el rendimiento del proceso. Los datos obtenidos al final del ensayo nos muestran que el valor en gramos de las colas es menor al del concentrado, lo cual puede inferir que la flotación fue optima y que se realizó de la manera más apropiada. El valor obtenido en la razón de concentración nos permite calcular cuántos kilogramos se deben alimentar para producir un kilogramo de concentrado, en nuestro caso deberán alimentarse 1.83kg para obtener 1 kg de concentrado. El valor de V nos indica que el porcentaje en peso del concentrado al final de la práctica será del 55%, en consecuencia el porcentaje de las colas será el 45 %.

7. CONCLUSIONES  El desarrollo de la práctica nos permitió aprender correctamente el proceso para flotar la calcopirita, se comprende claramente la función que tiene el silicato de sodio (depresar pirita) y los colectores (agarrar el concentrado y elevarlo hasta la espuma).  El nivel de pH de la mezcla varía de acuerdo al tipo de flotación; el nivel de cuidado para llevar al pH requerido es muy importante, ya que, esto determina las propiedades hidrofóbicas del mineral.  La exactitud en las medidas y sustancias agregadas generan una variación en la calidad de la flotación por lo tanto, la destreza y manipulación de reactivos es prioritario.  Decantar bien las colas y reducir el volumen de líquido genera un desarrollo propicio para cada flotación, específicamente la de recuperación.