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INTRODUCCIÓN

La flotación es una operación unitaria que se emplea para al separación de partículas sólidas o líquidas de una fase líquida . La separación se consigue introduciendo finas gotas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto de partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido.(Metcalf, 1995) 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. Así, la flotación es una técnica de concentración que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral útil y la ganga. Este se basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de aire, las cuales transportan los sólidos a la superficie de la celda de flotación, donde serán recolectados y recuperados como concentrado.

La flotación es un proceso de clarificación primaria particularmente efectivo para tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenido de algas. Consiste en la separación de las partículas naturales presentes en el agua cruda, coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierro y de polímeros. La flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa, donde la fase sólida está representada por las materias a separar, la fase líquida está representada por el agua y la fase gas está representada por el aire. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se van a adherir las partículas sólidas. Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Al aumentar el tamaño de la partícula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para poder producir un encuentro efectivo partícula burbuja. El proceso de flotación esta basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar, por lo que es necesario incrementar la propiedad hidrófoba en las partículas minerales de una pulpa para así poder facilitar la flotabilidad. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgánicos de carácter heteropolar, es decir, una parte de la molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra parte es un grupo polar con las propiedades iónicas, lo que significa que tiene una carga eléctrica definida.

Características de la Flotación • Método fisicoquímico para separar partículas sólidas entre si. • Fundamento: dispersar burbujas de aire en la suspensión de partículas. Las particulas hidrofobicas se pegan a las burbujas formando una espuma. • La espuma son eliminadas por barrido superficial. La condición de separación es el diferente grado de hidrofobicidad entre las partículas particulas solidas solidas.

ASPECTOS TECNOLÓGICOS DE LA FLOTACIÓN: CELDA POR DISPERSIÓN DE AIRE El tipo de celda más clásico es aquel que comprende un recipiente de tipo cilíndrico, a menudo con deflectores en las paredes. Al centro se ubica un sistema de agitación por turbina que produce un movimiento centrífugo de la dispersión sólido-líquido y por lo tanto una baja presión en la vecindad del eje. Un tubo concéntrico o cualquier otro dispositivo permite que el aire este aspirado cerca del centro del recipiente. El aire aspirado pasa a la zona turbulenta y forma burbujas. A menudo el agitador posee un sistema de rotor-estator que funciona a la vez por impacto y por cizallamiento para dividir el aire.

APLICACIONES DE LA FLOTACIÓN

En la flotación interviene la diferencia entre la masa volumétrica de los sólidos o flóculos y la del líquido en que se encuentran en suspensión. Sin embargo, contrariamente a lo que ocurre en la decantación, este proceso de separación sólido–líquido únicamente se aplica a partículas que tienen una masa volumétrica real (flotación natural) o aparente (flotación provocada) inferior a la del liquido que la contiene. En la flotación provocada, se aprovecha la capacidad que tienen ciertas partículas sólidas o líquidas para unirse a burbujas de gas (generalmente, aire) y formar conjuntos partícula–gas menos densos que el líquido que constituye la fase dispersa.

Es utilizado para: 

Eliminación de grasas.



Eliminación de sólidos suspendidos.



Agua conteniendo particulas hidrofobicas (grasa) e hidrofilicas



Aguas residuales, aguas con fangos biológicos, Aguas de lavado de minerales



Aguas de lavado de fabricación de pasta de papel, etc.



AGUAS TURBIAS DEBIDO A MATERIA EN SUSPENSIÓN

1.

Sin agregado de floculante: El líquido entra directamente por la zona de separación (pasaje lento) o quietamente donde se encuentran los paquetes de placas separadoras, y se produce el proceso de separación de sedimentable y flotantes

2.

Con inyección de floculante: El líquido ingresa al área de inyección mezclado, constituido por una serpentina donde se incorpora en ruta los productos químicos. En dicha serpentina comienza a formarse el Floc que luego se aglomera en la zona de mezcla lenta y forman Flocs más grandes que entran en la zona de separación (pasaje lento o aquietamiento). En dicha zona se encuentran los paquetes de placas inclinadas, donde el líquido adquiere flujo laminar y posibilita así la sedimentación de sólidos pesados y la flotación en contracorriente de los livianos.

REACTIVOS DE FLOTACIÓN

Los reactivos de flotación se dividen en: colectores, espumantes y modificadores.



Colector Es un reactivo químico orgánico del tipo surfactante, que tiene la propiedad de adsorberse selectivamente en la superficie de un mineral y lo transforma en hidrofóbico.



Espumante Es un reactivo químico orgánico del tipo surfactante, que se adiciona a la pulpa con el objetivo de estabilizar la espuma, en la cual se encuentra el mineral de interés.



Modificadores Estos reactivos pueden ser de tres tipos: modificadores de pH, activadores y depresores. Modificadores de pH Ácidos y bases (Ej.: HCl, NaOH etc.). Activadores Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que ayudan al colector a adsorberse en la superficie del mineral a flotar. Depresores Son reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que impiden la acción del colector en la superficie del mineral.

EVALUACIÓN DEL PROCESO DE FLOTACIÓN

Los índices de evaluación del proceso de flotación son: recuperación metalúrgica, recuperación en peso, razón de concentración, razón de enriquecimiento.



Recuperación metalúrgica Es la razón entre la masa del material útil obtenido en el concentrado y la masa de material útil de la alimentación.



Recuperación en peso

Es la razón entre la masa del concentrado y la masa de la alimentación.



Razón de concentración Es la razón entre la masa de alimentación y la masa de concentrado.



Razón de enriquecimiento Es la razón entre la ley del componente deseado en el concentrado y la ley del mismo componente en la alimentación

TIPOS DE FLOTACIÓN



FAD (Flotador por aire disuelto).



Flotación por aireación.



Flotación por vacío.

FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO Se produce la fijación artificial de burbujas de aire s obre las partículas sólidas, esto les confiere una velocidad de ascensión al conjunto partícula - gas formado muy rápida. La flotación será de al menos 5 veces más rápida que una decantación convencional. El sistema además permite que se formen aglomerados de partículas-gas que como racimos forman conjuntos que duplican la velocidad ascensional inicial. El resultado es una rápida eliminación de la carga de sólidos. Las principales aplicaciones son: 1. Aguas residuales urbanas. 2. Aguas residuales industriales (papeleras, petroquímica, química, láctea, mataderos, alimenticia, textil, metalúrgica). 3. Potabilización de aguas. 4. Flujos de proceso.}

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FLOTACIÓN EN LA INSTALACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Las burbujas se añaden, o se induce su formación, mediante uno de los siguientes métodos:

1.

2. 3.

Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido (Flotación por aire disuelto). Aireación a presión atmosférica(Flotación por aireación). Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de la aplicación del vació al liquido (flotación al vacío).

En el tratamiento de aguas residuales la flotación se utiliza, para la eliminación de la materia suspendida y para al concentración de los fangos biológicos. La principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste eb que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya disposición en lenta.

Análisis Los factores que hay que tener en cuenta ene l proyecto de equipos por flotación, incluyen la concentración de sólidos, la cantidad de aire que se va a utilizar, la velocidad ascensional de las partículas y la carga de sólidos. Los valores típicos de la relación aire/ sólidos para los aspesadores de fangos de las plantas de tratamiento de guas residuales varían entre 0,005 y 0,0060 La superficie necesaria del espesador se determina considerando la velocidad ascensional de los sólidos, la cual suele variar entre 0,5 y 9,6 m 3/m2.h dependiendo de la concentración, el grado de espesamiento que se desee alcanzar, y la carga de sólidos.(Metcalf , 1995) EMPLEO DE FLOTACIÓN



TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMICILIARIAS



TRATAMIENTO DE AGUAS DEL LAVADO DE MINERALES



RECUPERACIÓN DE PASTA DE PAPEL EN AGUAS DEL LAVADO DE PASTERAS

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La flotación es un proceso fisicoquímico que consta de tres fases sólido-líquido-gaseoso que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire. Los principios básicos en que se fundamenta el proceso de la flotación son los siguientes: 

La hidrofobicidad del mineral que permite la adherencia de las partículas sólidas a las burbujas de aire.



La formación de una espuma estable sobre la superficie del agua que permite mantener las partículas sobre la superficie.

Para establecer estos principios se requiere la adición de reactivos químicos al sistema. Estos reactivos de flotación son los colectores, depresores, activadores y modificadores, cuyas acciones principales son inducir e inhibir hidrofobicidad de las partículas y darle estabilidad a la espuma formada.

Las partículas minerales hidrofóbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en tanto que las hidrofílicas, como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofóbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la fase líquida, mientras que la superficie hidrofílica tiene afinidad por la fase líquida.

Usos industriales[editar]

Flotación industrial de minerales sulfurados de cobre.

La flotación es un proceso muy utilizado en la recuperación de los minerales sulfurados de cobre debido a la hidrofobicidad natural que tienen. También se usa para la limpieza de aguas usadas con contenidos de grasas o aceites para su reutilización. Existen equipos que realizan este proceso como las celdas de flotación y las columnas de flotación; estas últimas han ido reemplazando a las celdas por sus menores costos operacionales.

Minerales de Cobre-Zinc Normalmente calcopirita, esfalerita y sulfuros de hierro están presentes en este tipo de minerales. Los minerales ganga son típicamente varios silicatos, carbonatos y a menudo talco, este último presenta retos para el proceso de flotación. El método para la separación y recuperación por flotación es bastante parecido al proceso de separación del sulfuro de Plomo-Zinc (Pb-Zn). La esfalerita es presionada con la adición de sulfato de zinc al molino con sulfuro de sodio como una opción para mejorar la depresión de la pirita. El cobre flota en la primera etapa de flotación diferencial con cal a un pH de 10-11. Colectores de Xantato, ditiofosfato y tiocarbamato son usados como se explica mucho más extensamente en la sección de flotación del cobre. Los deshechos de la flotación de cobre son la alimentación al circuito de flotación de la esfalerita donde los minerales de zinc son separados por flotación como se explica en la sección de flotación de plomo-zinc (Pb-Zn). La esfalerita es primero activada con CuSO4 y típicamente flotados a un pH elevado para la depresión del sulfuro de hierro. Una combinación de Xantato ya sea con ditiofosfato y/o tiocarbamato se usan en combinación con Xantato en la flotación de la esfalerita pero a menudo la selección del colector tiende a ser hacia colectores débiles. Se utiliza una estrategia similar de espumado, aunque como siempre, las condiciones del circuito y el mineral impactan la selección específica del reactivo. Si los niveles de talco son lo suficientemente altos e impactan negativamente la metalurgia, depresores de talco pueden usarse en los circuitos de flotación de cobre y de zinc. Estos depresores incluyen celulosa carboximetil, dextrina, goma guar y almidón. La interferencia de flotación del talco puede lograrse también con la selección adecuada del espumador.

La primera flotación de Europa fue desarrollada por el ingeniero cántabro don Leopoldo Bárcena Díaz de la Guerra en la localidad cántabra de Torrelavega.

Minerales de Cobre Los principales minerales de sulfuro de cobre son calcopirita (CuFeS2), calcocita (Cu2S), covelita (CuS), bornita (Cu5FeS4), tetraedrita ((Cu,Fe)12Sb4S13) y enargita (Cu3AsS4). La fuente principal de cobre es la de depósitos de mineral pórfido en la que uno o una combinación de los minerales antes mencionados se produce. Un mineral de sulfuro cobre típico contiene varios niveles de tipos de sulfuro de hierro que generalmente incluyen pirita (FeS2) y pirrotita (Fe1-xS). A menudo están presentes oro y plata que o bien pueden asociarse con los sulfuros o estar libres. Las partículas ganga pueden estar formadas por una gama de minerales de silicato desde cuarzo hasta talco y arcillas. También pueden estar presentes carbonatos de mineral ganga. Cuando son liberados, los minerales de sulfuro de cobre típicos son relativamente fáciles de flotar. Cuando no existen problemas metalúrgicos importantes, la producción de un grado suficientemente alto de concentrado de cobre es generalmente el objetivo. A menudo el problema primario de control del grado está relacionado con minerales de sulfuro de hierro ya que estos también flotan con el cobre, diluyendo el grado de concentrado de cobre. Esto se relaciona: 1) los niveles de mineral de sulfuro son normalmente mucho más altos que los de concentrado de cobre, 2) los colectores de flotación de sulfuro pueden también flotar bien los sulfuros de hierro, 3) la liberación puede ser un problema haciendo difícil la separación del cobre y del hierro, y 4) partículas finas son a menudo más difíciles de separar. Un desafío frecuente y molesto es el que metales preciosos (oro y plata) están a menudo presentes en los sulfuros de hierro y el rechazo de estos minerales afecta económicamente. Limos de ganga (típicamente arcillas y talco) pueden ser un problema debido a su adherencia preferencial a las superficies de las burbujas la que "desplaza" los minerales de cobre recolectados hacia las burbujas. El desplazamiento de limos de ganga hacia los concentrados también puede presentar problemas importantes de dilución de concentrados así como requerir tiempos de residencia de flotación mucho más altos para asegurar una alta recuperación del mineral de cobre. En una planta donde la capacidad de flotación es fija, esto significa recuperaciones de cobre más bajas. Dispersores tales como silicato de sodio, poliacrilatos, y hexametafosfato de sodio a menudo se utilizan para minimizar la adhesión a las burbujas de los limos finos de ganga y minimizar el impacto en la recuperación de cobre. Por otro lado CMC (celulosa carboximetil), dextrina, o almidones pueden ser eficientes depresores de ganga. La depresión de mineral de sulfuro de hierro es controlada normalmente con la adición de cal a niveles de pH tan altos como 11+. Mientras algunas operaciones flotan a un pH natural, por lo menos en el desbaste, en estos casos la combinación de una selección de reactivos y la flotabilidad de la pirita son

controlables. Incluso cuando el pH neutral es usado en el desbaste, las etapas de flotación más limpias generalmente se llevan a cabo a un pH más alto para asegurar la depresión del sulfuro de hierro. Cuando el oro está presente y con un valor significativo, desafortunadamente la cal puede también reducir las recuperaciones de oro principalmente si esta libre o asociada con minerales de sulfuro de hierro. El cianuro puede también ser un efectivo depresor de sulfuro de hierro, en donde es permitido su uso , pero el cianuro puede solubilizar los iones metálicos los cuales pueden activar un amplio rango de minerales de sulfuro, que pueden impactar negativamente la selectividad de la flotación. En algunos casos, se pueden utilizar la ceniza de sosa o la sosa caústica para controlar la selectividad de la flotación. Otra opción que ha sido de beneficio es utilizar pulpa de pre-aeración la cual puede provocar oxidación en las superficies del sulfuro mineral más reactivas haciéndolas menos flotables; desde luego, la efectividad de esta técnica depende de las características de la mineralización y del circuito. Reactivos estándar de colectores de flotación de sulfuro de cobre son colectores de clase tiol con base de sulfuro que pueden agruparse en las principales familias de xantato, ditiofosfato, tionocarbamato y tiocarbamato. Otras químicas también son efectivas y llenan clases separadas pero con una característica general común, estas casi siempre tienen átomos de sulfuro de doble adherencia en su estructura a través de la cual la adherencia química a la superficie del mineral de cobre se lleva a cabo. La selección de un reactivo colector de flotación eficaz depende de los minerales de sulfuro presentes, sus asociaciones en el mineral y las características de circuito. Debido a que un mineral típicamente tiene más de un tipo de mineral de sulfuro de cobre, a menudo la combinación de los colectores de flotación se utiliza para maximizar el desempeño metalúrgico. Estos se agregan en forma separada o como se está haciendo más comúnmente, se suministra como productos mezclados para optimizar la flotación. Los espumantes son una consideración importante en el juego de reactivos de flotación. Las químicas de los espumantes son de rangos amplios y generalmente incluyen alcoholes de diferentes estructuras y pesos moleculares, aldehídos/esteres y glicoles y con estos utilizados solos o como mezcla. Estos modifican la tensión de la superficie de la burbuja lo cual afecta la formación del tamaño de la burbuja, la hidrodinámica de la superficie de la burbuja y la capacidad de llevar el mineral sobre la superficie de la célula toda lo cual impacta la flotación y optimización del sulfuro de cobre. A menudo la combinación de colector-espumante se debe considerar y evaluar para optimizar el rendimiento del circuito de flotación. Minerales oxidados ("manchados") presentan cuestiones de recuperación por flotación, las cuales a menudo son importantes. En los lugares en donde los minerales oxidados son una cuestión discernible las opciones de tratamiento incluyen cambios en el colector de flotación y sulfatación ya sea con metabisulfuro o SO2. La flotación de sulfuro de minerales de óxido de cobre (como malaquita, azurita) no es posible con colectores de flotación de mineral sulfidrilo y ya sea que se requieran otro tipo de colectores de oxido o se deben considerar rutas alternas de beneficio del mineral.