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• Doris Soledad López Martos

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PRESENTADO POR: • • • •

LLUEN RAMIREZ, ARTHUR JOSE. INFANTE BECERRA, ROGER. HUAMÁN GUTIERREZ, IGNACIO. MONZÓN CARHUAJULCA, KENNY.

INTRODUCCIÓN • La separación y recuperación por flotación de concentrados de Plomo y Zinc de minerales que contienen galena (PbS) y esfalerita (ZnS) está bien establecida y normalmente se logra con bastante eficacia. • La flotación se define como un proceso físico-químico mediante el cual se produce la separación de los minerales sulfurados del metal a recuperar del resto de los minerales y especies que componen la mayor parte de la roca original. • En cuanto a la tostación es un proceso al cual se somete a los sulfuros metálicos, consiste en el calentamiento del mineral con la presencia del oxígeno (del aire), lo que lleva a la formación del óxido del metal y de dióxido de azufre en estado gaseoso.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

Conocer el proceso de recuperación de plomo, zinc por flotación, sulfuros, tostación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer el principio en el que se basa el proceso de flotación, tostación para la recuperación de plomo, zinc. Conocer la maquinaria empleada para el proceso de flotación, tostación para la recuperación de plomo, zinc

PROCESO DE RECUPERACIÓN DEL ZINC POR FLOTACIÓN Flotación de espumas El proceso de flotación de espumas se lleva a cabo en una máquina denominada Celda de Flotación.

AFINIDAD DE PARTÍCULAS

Minerales hidrofílicos

Minerales hidrofóbicos

• Son mojables por el agua • Constituidos por óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros • Generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga • No son mojables • Los metales nativos, sulfuros de metales • Grafito, carbón bituminoso, talco

Metales pesados "removibles" (recuperables) por flotación: Ag+1, Sn+2, As+3, Cr+3/Cr+6, Au+2/Au+4, Be+2, Cd+2, Co+2, Ga+2, Ge+4, Hg+2, Pb+2, Mn+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Sb+3, Se+2.

LA FLOTACIÓN ES UN PROCESO HETEROGÉNEO SÓLIDA

LÍQUIDA

GASEOSA

Separación selectiva de minerales (flotación)

Proceso de adherencia de partículas

El agregado burbuja – partículas debe lograr mantenerse tras dejar la superficie de la pulpa e ingresar a la fase espuma. El conjunto de agregados burbuja – partículas, en la superficie, debe adquirir la forma de una espuma estable para posibilitar su remoción.

Reactivos • La mayoría de los minerales son naturalmente hidrofílicos!!!

Esto se logra regulando la química de la solución y agregando reactivos que se adsorban selectivamente en dicha superficie entregándole características hidrófobas. Estos reactivos se denominan colectores.

Compuestos orgánicos

Tornar hidrofóbicas las superficies de los minerales

COLECTORES

La parte apolar se orienta hacia la fase líquida, sin interactuar con ésta.

Su grupo polar es la parte activa que se adsorbe (física o químicamente) en la superficie de un mineral.

COLECTOR

Colector para volver al mineral hidrofílico en hidrofóbico

Son reactivos orgánicos de carácter heteropolar

Permiten la formación de una espuma estable y burbujas

ESPUMANTES

Los colectores es activo para reaccionar con la superficie de los minerales. Y los espumantes con el gas

Los espumantes es un grupo con gran afinidad con el agua (OH-).

ESPUMANTE

Colector y Espumante: Contacto Mineral Burbuja

Tras el contacto mineral – burbuja, las moléculas de espumante en la burbuja pueden penetrar la capa de colector sobre el mineral para formar una capa mixta, estableciéndose una adsorción más fuerte (teoría de Leja y Schulman).

Mineralización de la Burbuja En la pulpa, para que exista la unión entre burbujas y partículas (mineralización de la burbuja) deben concurrir 3 mecanismos

ETAPAS DE FLOTACIÓN El mineral proveniente de la conminución es alimentado a una primera etapa de flotación rougher o primaria. Celdas con agitación mecánica, maximización de la recuperación (relave libre de especies de interés).

CONCENTRADO

RELAVE

Uso de celdas con agitación mecánica

Como el incremento en ley que se alcanza con la flotación columnar va acompañado de una pérdida significativa en recuperación, los relaves de la columna deben ser retratados en celdas mecánicas, en la etapa denominada scavenger – cleaner (barrido – limpieza). Cuando se tiene más de una especie mineralógica de interés, ya sea que se pretenda obtener diferentes productos comercializables o separar especies contaminantes, es además necesario introducir más de un circuito, como el descrito, con la finalidad de realizar una eficiente separación selectiva.

• Es habitual en estos casos y por razones obvias de eficiencias técnicoeconómicas, el proceder primero a separar la o las especies más abundantes que normalmente constituyen el relave. Con este fin se procede primero a separar un concentrado colectivo (en el que se encuentran las especies de interés) del relave. Se habla en este caso de un circuito o planta de flotación colectiva, la que está constituida por las diferentes etapas ya mencionadas.

Circuito de Flotación colectiva y selectiva

Concentración de minerales sulfurados de Pb - Zinc

Circuito de Flotación colectiva y selectiva de Pb - Zn

Equipos de flotación • Una máquina de flotación es esencialmente un reactor que recibe el nombre de celda de flotación. Ahí se produce: el contacto burbuja partícula, la adhesión entre ellas y la separación selectiva de especies.

Cualquier celda de flotación debe ser capaz de:

Mantener una adecuada suspensión y dispersión de la pulpa

Posibilitar la incorporación de gas (aire) Ser adecuada a las necesidades de recuperación y/o calidad (ley) del concentrado Permitir la variación de algunos parámetros operacionales (flujo de aire, nivel, etc.).

CLASIFICACION DE LAS CELDAS DE FLOTACIÓN • Las celdas de flotación se clasifican en dos grandes familias

Celdas neumáticas

Celdas mecánicas

Celdas mecánicas

• 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

• Según el tipo de aireación se tiene:

Celdas con aire forzado, que reciben el aire desde un soplador. 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.

• 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.

• En general, un banco de celdas con pocas unidades (menor a 4), aumenta la probabilidad de cortocircuitos, afectando negativamente la recuperación. • No existe una forma o geometría estándar para las celdas convencionales. Estas pueden ser cuadradas, rectangulares o circulares, con fondo plano o curvo. • El diseño del rotor puede variar en forma, tamaño y número de "dedos" del rotor y estator, el espacio entre estos,etc.

Celdas neumáticas Las celdas de columna son los equipos neumáticos más usados en flotación, en especial en etapas de limpieza de concentrados, debido a las mejores leyes que es capaz de producir, aunque con menores recuperaciones. Típicamente tienen una altura de 9 a 15 m (la gran mayoría del orden de 13 m) y están compuestas de secciones cuadradas o rectangulares, con lados comúnmente de 1 m. Siendo normal el combinarlas en una misma estructura de 4 -16 unidades (secciones de 1 m2).

Sistema de funcionamiento de la celda columnar

Diseños actuales

Algunos datos técnicos para la flotación del Plomo y Zinc

COLECTORES • Son los compuestos heteropolares que se absorben en la interfase sólido/líquido y de ese modo transforman la superficie hidrofílica en una hidrofóbica: xantatos, tiocompuestos, ácidos grasos y sus sales alkil sulfatos. Algunos agentes quelantes y aceites funcionan como colectores. – XANTATOS – DITIOFOSFATOS – TIONOCARBONATOS

ESPUMANTES • Son reactivos activadores de la superficie que ayudan en la formación y estabilización de la espuma en la cual las partículas hidrofóbicas son colectadas.

TIPOS DE ESPUMANTES • Se usan alcoholes, aldehídos y glicoles para modificar la tensión superficial y generar una burbuja de tamaño más

pequeño y uniforme, las cuales incrementan la cantidad de superficie de aire dentro de la espuma de la celda. Sin agentes espumantes, la tensión superficial no permitirá que

la burbuja se cargue con minerales y pasar sin romperse a la superficie. • Alcoholes aromáticos, metilisobutil carbinol y aceite de pino

son los espumantes más comunes usados en las plantas de flotación de minerales.

REACTIVOS QUE AFECTAN A LOS ESPUMANTES • El silicato de sodio es un excelente dispersor de lamas cuando se agrega a la molienda y también va a controlar las lamas de la

flotación. Puede hacer la espuma más quebradiza, lo cual puede ser beneficioso u ocasionar problemas. • El dispersante ácido poliacrílico también puede afectar la espuma. • La cal se usa en la mayoría de los procesos y es un buen coagulante de lamas y ajustador químico de pH. El ion calcio de la cal es algunas veces importante para el buen desempeño del colector. La cal puede algunas veces hacer poca o excesiva la espuma. Una baja en el pH puede causar que la espuma se vea sucia.

MODIFICADORES • Son compuestos que modulan el sistema de flotación regulando la química de la solución o la dispersión o aglomeración de partículas

en la pulpa de flotación. Una gran cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos actúan como modificadores. • Estos incluyen a reguladores de pH como el ácido sulfúrico y clorhídrico, dióxido de azufre y carbón, cal, hidróxido de amonio. • Dentro de los floculantes se tienen las sales de aluminio, poliacrilina, poliacrilatos, óxidos de polietileno y dispersantes tales como el silicato de sodio y polifosfatos.

• Uno de los modificadores más comunes es la cal, la que generalmente se añade al circuito en la forma de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, y se usa principalmente para deprimir los minerales compuestos por sulfuro de

fierro, en especial para eliminar la pirita y la pirrotita de los concentrados que contienen sulfuros de cobre o zinc por encima del pH crítico.

• Algunos agentes reguladores de pH o modificadores de éste son los siguientes: – ÁLCALIS

• Ácido sulfúrico • Ácido fluorhídrico

– OTROS AGENTES MODIFICADORES • Sulfato de cobre

• Cal

• Sulfato de zinc

• Carbonato de sodio

• Nitrato de plomo

• Silicatos alcalinos

• Hidrosulfato de sodio

• Hidróxido de sodio

– ÁCIDOS

DEPRESORES • Son compuestos que mejoran la interacción de la superficie del mineral con las moléculas de agua y por lo tanto evitan la adsorción del colector. Silicato de sodio, cianuros, cromatos, dicromatos, sulfuro de

hidrógeno H2S , hidrosulfuro de sodio NaHS; polímeros sintéticos y polímeros naturales tales como quebracho, taninos y almidón son usados como depresantes en

flotación.

ACTIVADORES • Son compuestos químicos agregados a la pulpa de flotación para causar la adsorción del colector sobre un mineral particular. Sales

de cobre, fluoruros e iones metálicos actúan como activadores. Otros productos reguladores de pH son:

– - Hidróxido de magnesio: Mg(OH)2, leche de magnesio. Este producto blanco en forma de polvo no es soluble en agua y es usado como una lechada.

Esta

es

una

forma

química

alcalina

y

es

un

poco

autoamortiguadora a un pH de 9,0.

–

- Trona: Na2CO3 * NaHCO3 * 2H 2O es una forma natural de carbonato de sodio, es un polvo blanco a gris o amarillo y en algunos casos puede ser usado como una fuente química de alcalinos muy barata

PROCESO DE RECUPERACIÓN DEL ZINC POR TOSTACIÓN

La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas. Además de los concentrados sulfurados de zinc, se recibe la calcine

Zinc primario El zinc, al igual que otros metales no férreos, puede producirse mediante procesos hidrometalúrgicos o pirometalúrgicos.

El esquema general de la producción de zinc primario por proceso hidrometalúrgico se resume en el siguiente diagrama:

Zinc secundario Actualmente la producción de metales secundarios ha crecido debido al abaratamiento de costes. Las instalaciones dedicadas a la fusión de chatarra de zinc utilizan principalmente matas, espumas y cenizas de galvanizado, polvos de acería, aleaciones de

TOSTACIÓN Es un proceso al cual se somete a los sulfuros metálicos, consiste en el calentamiento del mineral con la presencia del oxígeno (del aire), lo que lleva a la formación del óxido del metal y de dióxido de azufre en estado gaseoso. Dicho gas puede ser usado con posterioridad para la fabricación del ácido sulfúrico, evitando así la contaminación del medio ambiente, ya La tostación se realiza en hornos de tostación, los cuales tienen que es uno de los gases causantes de la lluvia ácida. diferentes formas.

La tostación de sulfuros de cinc y de plomo, se produce a través de las siguientes reacciones: 2 ZnS (s) + 3 O2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO2 (g)

El tostación

proceso

de

En este proceso, la blenda tiene que oxidarse y convertirse, progresivamente, en óxido a medida que el oxígeno penetra en las partículas sólidas y se evacua hacia su superficie el SO2. Esta conversión en óxido de la blenda se exige tanto para la vía pirometalúrgica de tratamiento como para la hidrometalúrgica, puesto que el sulfuro no se ataca con facilidad por ácidos o bases y, además, es inerte a la reducción con carbón. No procede tampoco la fusión para mata al ser un metal muy poco noble.

La reacción básica es la siguiente:

La tostación debe efectuarse por encima de los 700ºC, en aire y con continua agitación. El exceso de aire hay que controlarlo con el fin de que no baje del 4,5% el contenido de SO2 en los gases del horno; esto para el control del proceso y para los requerimientos de la planta de ácido sulfúrico.

Horno de lecho fluido

Tostación y depuración de gases La tostación del concentrado se realiza en tres hornos, del tipo denominado de lecho fluido, cuyas capacidades de tostación son 300, 400, y 850 toneladas diarias de concentrados. En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación.

Tostación y depuración de gases

Asimismo se origina vapor de agua que se emplea para la autogeneración de energía eléctrica así como fuente de calor en las etapas de lixiviación y purificación. Las diversas fracciones de calcine, tras ser refrigeradas y, en su caso, molidas, se transportan a unos silos de almacenamiento.

Plantas de ácido sulfúrico El SO2 contenido en la corriente de gas impuro procedente del horno de tostación, se transforma en primer lugar en trióxido de azufre, debido a la reacción con el oxígeno en la torre de catálisis. Posteriormente, en la denominada torre de absorción intermedia, el trióxido de azufre resultante se absorbe en ácido sulfúrico del 99% de concentración, transformándose en ácido sulfúrico concentrado apto para uso en todo tipo de industrias, ya que las instalaciones están dotadas de un sistema de depuración de gases que permite la eliminación del mercurio, con carácter previo a su entrada en la planta de ácido.

Lixiviación El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida.

Purificación La disolución de sulfato de zinc procedentes de la etapa de lixiviación neutra se trata mediante un proceso continuo realizado en dos etapas, para eliminar otros metales disueltos, como el cobre, el cadmio o el cobalto, que se recuperan como subproductos. Una vez realizada la filtración, la disolución de sulfato de zinc se enfría mediante torres de refrigeración y se bombea al tanque de almacenamiento de electrolito

Electrólisis

Fusión y colada

En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose el zinc metálico puro, que se deposita sobre laminas de zinc resultantes se arrancan automáticamente y son transportadas

Las láminas de zinc producidas por electrólisis son fundidas en hornos de inducción eléctrica. Una vez fundido el zinc, se envía a las maquinas de colada con el objeto de producir las diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado.

Esquema de la cadena

TOSTACION DE CONCENTRADO DE MINERALES Es un proceso al cual se somete a los sulfuros metálicos, consiste en el calentamiento del mineral con la presencia del oxígeno (del aire), lo que lleva a la formación del óxido del metal y de dióxido de azufre en estado gaseoso.

Dicho gas puede ser usado con posterioridad para la fabricación del ácido sulfúrico, evitando así la contaminación del medio ambiente, ya que es uno de los gases causantes de la lluvia ácida. Las menas típicas que se tuestan son los sulfuros de cobre, zinc, y plomo. La tostación de sulfuros de zinc y de plomo, se produce a través de las siguientes reacciones: La tostación se efectúa por debajo de los puntos de fusión de los sulfuros y óxidos que intervienen, generalmente, debajo de 900ºC a 1000ºC. Por otro lado para que las reacciones sucedan a la velocidad suficientemente elevada, la temperatura debe estar por arriba delos 500ºC a 600ºC.

TEMPERATURA EN EL HORNO DE TOSTACIÓN El margen de temperatura recomendado en el lecho de un horno de tostación es entre 900-970 ºC; siendo el valor más favorable de 950 ºC: Para mantener esta temperatura se enfría el lecho fluidizado indirectamente por medio de superficies de enfriamiento y directamente por inyección de una pequeña cantidad de agua pulverizada.

La regulación de la temperatura se realiza por la variación de la cantidad de agua de inyección al horno y el ajuste de la adición de agua normalmente se realiza manualmente, pero puede realizarse a distancia.

FLUIDIZACION EN LA TOSTACIÓN

Durante la fluidización un gas o un líquido se ponen en contacto con un sólido, reaccionan con él y lo transforman en un producto diferente al inicial. Estas reacciones pueden dar, entre las principales características de las camas fluidizadas podemos mencionar: • Estar compuestas de una cama de sólidos en la parte inferior de la cámara de reacción • Debajo de la cama hay dispositivos (inyectores-toberas) que distribuyen el aire sobre el área del tostador • Los sólidos tratados son íntimamente y rápidamente mezclados con el gas que hace contacto con ellos. El flujo de gas crea el medio fluidizado. • El material tostado (calcina) es continuamente descargado de la cama de sólidos fluidizados y del sistema de colección de polvos (caldera, ciclones, electrofiltros o precipitadores electrostáticos)

Normalmente los sólidos que se usan están finamente divididos y el fluido más usado es el aire, dado que su adquisición no implica un gasto. El aire cumple tres funciones:

Durante la fluidización se observan las siguientes etapas:

De lo anterior se deduce que el flujo del fluido (que da origen a la velocidad superficial) es una de las variables más importantes en la fluidización.

• Acción mecánica; mantiene en suspensión el lecho para favorecer la tostación cuando ingresan los concentrados • Acción física: enfriar o refrigerar el tostador del exceso de calor generado en la tostación • Acción química: proporciona el oxígeno necesario para la oxidación de los sulfuros

• La verdadera fluidización se alcanza cuando la presión del fluido es igual que el peso por unidad de área, entonces las partículas quedan suspendidas en el flujo del gas. El estado fluidizado es una condición prácticamente estable, que puede ser mantenida indefinidamente. • Si se aumenta el flujo del fluido muchas partículas acompañarán al fluido, produciéndose transporte neumático si se continúa aumentando el flujo.

• • • • • •

La cama de sólidos cumple las siguientes funciones: Precalienta el flujo del fluido Seca la carga de sólidos alimentada Precalienta y homogeniza los sólidos alimentados Prolonga la residencia de las partículas finas en la cama Transfiere calor a los serpentines refrigerantes, cuando se cuenta con estos instalados en la cama o lecho.

TOSTACION DE CONCENTRADO DE PLOMO: Tiene como objeto la transformación de PbS en PbO. Consiste en la eliminación del azufre con una volatilización de As y Sb (impurezas) que se podría obtener. En presencia de Cu y S, puede formarse en el horno de cuba mata de Cu-Pb, de otro modo pasa el Cu al Pb de obra y es eliminado por lodación. El ZnO se escorifica con facilidad. Es por ello que debe tostarse con corriente forzada de aire o pasar por las máquinas de sinterizacion Dwight –lloyd. En este proceso se debe evitar la formación de mata. La temperatura debe controlarse porque la galena puede formar sulfato de plomo, lo cual retrasa la tostación.

En estas máquinas se sinteriza material cuyo tamaño oscila entre las partículas de polvo y un diámetro de 1.25cm como máximo. La oxidación es tan intensa que el calor generado es suficiente para iniciar la fusión de la carga y aglomerar o sinterizar las partículas. Este procesos se lleva a cabo en dos etapas: La primera, se elimina una parte de azufre, donde el producto sinterizado se tritura hasta un tamaño de 6mm. La segunda, se alimenta nuevamente el producto obtenido de la primera etapa, para eliminar por completo el azufre que no se había eliminado en la primera.

FUNDICIÓN DE CONCENTRADOS DE PLOMO EN HORNO El concentrado de galena que llega a la fundición es compleja, porque además de ganga, lleva consigo sulfuros de zinc, hierro, cobre, antimonio y arsénico. Por lo que la carga de plomo debe pasar, previamente, por los hornos de tostación Dwight – Lloyd para llevarse a cabo la aglomeración con la finalidad de que no se forme una cantidad indebida de mata durante la fundición en el horno de cuba.

En este paso el hierro, añadido en el horno como chatarra de hierro, descompone el sulfuro, óxidos o silicatos de plomo, para liberarlo como plomo.

Los concentrados sulfurados que contiene alto porcentaje de sílice deben tratarse por este proceso, mientras que las menas de plomo oxidadas pueden fundirse directamente para dar un bullion impuro. Este método de fusión de los concentrados de plomo se basa en la reducción de óxido de plomo por carbono u oxido de carbono y en la reducción entre el sulfuro de plomo y el sulfato o el óxido de plomo, para dar lugar, mediante una descomposición doble, a la formación de plomo y anhídrido sulfuroso.

RECUPERACION DEL PLOMO POR FLOTACIÓN • Para su flotación se pueden seguir dos alternativas: una con ácidos grasos y otra con colectores sulfhídricos, aminas primarias, etc., después de una sulfurización con sulfuro de sodio.

Reactivos • El reactivo más usado es el sulfuro de sodio, en contacto con el agua se hidroliza por ser una sal que proviene de una base fuerte y ácido fuerte:

Como se puede ver, la reacción de disociación del Na S introduce iones OH- produciendo alcalinidad, por otro lado los iones hidrosulfito SH- y sulfuro S-2 son los agentes activos que actúan sobre los minerales oxidados.

FLOTACIÓN DIRECTA  En flotación directa con xantatos, el colector amílico fue empleado para flotar anglesita y cerusita, este sistema de flotación se lleva a cabo después que el plomo disuelto es precipitado por el xantato amílico.  Lamentablemente el alto costo y elevado consumo del reactivo hace que su aplicación a nivel industrial sea muy escasa o nula.

FLOTACIÓN CON SULFURIZACIÓN Los hidrofobización de la galena considerando la influencia del oxígeno en la superficie mineral (metales nativos y sulfuros puros son hidrofílicos) es de acuerdo a las siguientes reacciones: 1. Oxidación superficial de la galena a sulfatos, sulfitos o Thiosulfatos:

2. Reemplazo de los sulfatos, sulfitos a carbonatos en el sistema abierto al aire:

3. Reemplazo del sulfato, sulfito o carbonato de plomo superficial por xantato, formando xantato de plomo que es más estable que los carbonatos, sulfatos, sulfitos de plomo:

• La adsorción química del xantato sobre la galena es originada por monocapas de xantatos y precipitados de xantato de plomo en multicapas.

Diagrama de Flujo de Flotación Bulk: Plomo-Zinc y Flotación de Plomo Oxidado.

Diagrama de Flujo de Flotación Selectiva de Sulfuros Pb-Zn y Flotación de Pb Oxidado.