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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES

AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES

CORROSION–ELECTRODEPOSICON DEL ZINC    CATEDRA: TERMOMETALURGIA    CATEDRATICO:    INTEGRANTES:

ING. LUIS ANTONIO PACHECO ACERO SULLCA ROMERO, OSCAR JEAN

PAUL    SEMESTRE: V HUANCAYO - PERÚ

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DEFINICIÓN La flotación es un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas en base a sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas. Es un proceso aplicable a los minerales metálicos, no metálicos, sulfuros, silicatos, carbonatos, fosfatos, metales nativos, carbones. Estas separaciones pueden adoptar diversas formas: Flotación colectiva: Se produce la separación en dos grupos, de los cuales el concentrado, contiene por lo menos dos o más componentes y Flotación selectiva: se realiza la separación en diferentes concentrados, uno por cada valor metálico. Cuando las especies útiles constituyen una fracción menor del mineral y las especies estériles son de gran volumen, las separación por flotación toma el aspecto de un proceso de concentración, por ejemplo: Flotación Bulk; cuando la parte estéril es una fracción menor del mineral, las separaciones por flotación adoptan el carácter de un proceso de purificación, ejemplo: Flotación cleaner. FASES DEL PROCESO DE FLOTACIÓN El proceso contempla la presencia de tres fases: sólida: Mineral, líquida: Agua y gaseosa: Aire, que se inyecta a la pulpa, neumática o mecánicamente, para poder formar las burbujas, sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. Los metales nativos, sulfuros o especies tales como grafito, carbón, talco y otras son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos, por otra parte, los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros que representan la mayoría de los minerales estériles son hidrofílicos, es decir, mojables por el agua. Se puede además observar que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, o sea, no se adhieren a las burbujas. Los minerales hidrofílicos e hidrofóbicos de una pulpa acuosa, se pueden separar entre sí, después de ser finamente molidos y acondicionados con reactivos que hacen mas pronunciadas las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas; Las partículas hidrofóbicas se

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES van a pegar a las burbujas de aire y pasan a la espuma, mientras que las partículas hidrofílicas se van a mojar y caen al fondo de la celda.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El mineral crudo ó cabeza, proveniente de la mina, entra en una planta de chancado donde se tritura en seco en dos o tres etapas hasta obtener trozos de más o menos 10 mm estos trozos en seguida, se entregan a una planta de molienda, donde en dos circuitos húmedos de molienda fina el mineral se reduce de tamaño hasta 50-100 micrones, dependiendo de su diseminación, el mineral tiene que molerse hasta el punto en que queda “liberado”, o sea, en que cada partícula individual representa una sola especie mineralógica. El mineral preparado de este modo se acondiciona con distintos reactivos: Unos que tienen como objeto preparar las superficies de los minerales para la adsorción de los reactivos (modificadores), otros que aumentan las propiedades hidrofóbicas de los minerales son los colectores, y otros que facilitan la formación de una espuma pareja y estable llamados espumantes. Las pulpas acondicionadas con los reactivos se introducen en las celdas de flotación, donde el producto noble, se separa en el concentrado y la parte estéril se descarga como relave. Posteriormente, los productos de concentración pasan por las etapas de espesamiento, filtración y si es necesario, secado, los relaves se llevan a un depósito donde se desaguan generalmente por decantación. Cuando el mineral consta de varios elementos metálicos útiles, como es el caso de menas complejas de cobre, fierro y molibdeno o de plomo, zinc y cobre, entonces la separación de minerales es algo más complicada, primero durante la flotación inicial, se puede optar por una flotación colectiva o selectiva. Esto significa, que se pueden flotar todas las especies útiles en conjunto (flotación colectiva) para separarlas de la ganga y después entre sí, o se puede flotar un componente tras otro en forma selectiva, a este último método se le llama también flotación diferencial.

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BREVE HISTORIA DE LA FLOTACIÓN Pese a su aparente simplicidad, la flotación es de origen relativamente reciente, es un proceso moderno, cuyos fundamentos teóricos y tecnológicos fueron desarrollados en el siglo XX. Sin embargo, como todos los grandes descubrimientos, este proceso tiene historia que se puede remontar hasta varios siglos atrás. En este sentido, el padre de la historia Herodoto (484 - 425 A.C.) en una de sus obras informa que hace más de 2,500 años atrás usaban plumas grasosas de ganso para hacerlas pasar a través de arenas auríferas y en una corriente de agua recuperar las partículas de oro adheridas a la grasa de las plumas.

PROCESO “BULK-OIL” Como el primer descubridor del proceso de flotación se puede considerar al inglés William Hayness, en 1,860, describía un proceso por el cual los minerales triturados y mezclados con una cantidad de aceite de 10% a 20% en peso y enseguida agitados con agua, se comportaban de manera tal que los sulfuros se asocian en una masa con el aceite y se apartan de la ganga mojada y del agua, de este modo se pudo establecer la afinidad entre los sulfuros y el aceite. El proceso no tuvo aplicaciones en gran escala y fue industrializado más tarde por Elmore quien lo patentó con el título de “proceso con uso de aceite en masa” (bulk-oil process) en Estados Unidos en 1,901.

El proceso consistía en que el mineral finamente pulverizado se mezclaba con agua hasta obtener una pulpa con consistencia de 10% a 15% de sólidos. Esta se pasaba por un mezclador horizontal en el cual se agregaba aceite en una proporción de aproximadamente 1 ton. por 1 ton. de mineral seco, el mineral acondicionado se descargaba en una celda con fondo inclinado de modo que la parte aglomerada, junto con el aceite, formaban una película de más o menos 10 a 15 mm, en la celda, la pulpa se agitaba lentamente para que no se desintegre la capa de aceite, el nivel de la pulpa se mantenía de modo que el aceite y un poco de agua podían rebalsar.

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES El concentrado que contenía aceite y sulfuros se recuperaba, el aceite se filtraba y regeneraba por centrifugación y lavado, perdiéndose unos 5 a 10 kilogramos por tonelada de mineral tratado. Para mejorar la eficiencia del proceso, deslamaba los minerales y aparte del aceite, agregaba un poco de ácidos grasos y ácido sulfúrico. Un respetable lugar en la historia de la flotación ocupan también los hermanos Bessel quienes en 1877 patentaron un proceso para el beneficio de grafito, herbían el mineral con agua y aceite, durante el calentamiento, se desprendía aire y las partículas de grafito, cubiertas con aceite, se pegaban a las burbujas siendo así flotadas, de este modo, por primera vez se usó la flotación con ayuda de burbujas de gas.

PROCESO DE FLOTACIÓN POR PELÍCULA En paralelo con el proceso bulk-oil se estaba también desarrollando otro proceso de flotación que se basaba en el mismo principio de no mojabilidad, se trataba del proceso de flotación por película o “skinflotation process”. Consistía en la separación de minerales por medio de agua, aprovechando las propiedades hidrofóbicas de los sulfuros. En 1885 H. Bradford, y posteriormente en 1891 A.W. Nobelius patentaron en Estados Unidos, un proceso por el cual los minerales secos y finamente molidos al introducirse en un recipiente de agua, se separan entre sí, porque los sulfuros, debido a sus propiedades hidrofóbicas, forman una película fina que flota, mientras que los minerales de la ganga caen al fondo.

DESARROLLO DE LA FLOTACIÓN A PRINCIPIOS DEL SIGLO XX

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES El verdadero desarrollo del proceso de flotación, cuya aplicación tecnológica comprende la importancia de las burbujas de aire para el transporte de las partículas hidrofóbicas, empieza en 1886 con los trabajos de los hermanos Bessel, sin embargo, debido a la poca difusión y conocimiento de estos trabajos, no tuvieron aplicación. E. Elmore, el mismo que industrializó el proceso bulk-oil, descubrió el proceso de flotación en vacío, se basa en la generación de burbujas de aire por medio de vacío. Fue patentado en Gran Bretaña en 1904, pronto se aplicó industrialmente: Los minerales, que contenían sulfuros, se molían finamente con agua hasta un tamaño de 20 mallas y se decantaban en un espesador hasta obtener 50% de sólidos. La pulpa densa y deslamada se introducía en un mezclador, se acondicionaba con 0.5% de aceite, las partículas se acondicionaban nuevamente hasta 15%-20% de sólidos y se alimentaba a una cámara comunicada con el sistema de vacío, debido a éste, el aire disuelto en el agua se desprendía, las burbujas de aire se cargaban con las partículas hidrofóbicas cubiertas de aceite, subían a la superficie y rebalsaba, las partículas de ganga quedaban inactivas y caían al fondo. Casi simultáneamente, con el proceso en vacío, aparecieron otros que también estaban basados en la flotación por medio de burbujas de aire. Entre ellos los más importantes fueron el otro proceso de Elmore basado en la posibilidad de generación de gas por medio de a electrólisis en 1904 y los procesos patentados por Delprat en 1903 y Potter en 1904 tuvieron importantes aplicaciones industriales y en realidad fueron las primeras operaciones comerciales que usaron la flotación por espuma para la recuperación de sulfuros.

PRIMERA FLOTACIÓN POR ESPUMA El proceso de Delprat - Potter consistía en que el mineral crudo, bien molido, se introducía en un mezclador en el cual se acondicionaba con cal o dolomita, durante esta operación también se agregaba una pequeña cantidad de aceite, por medio de dos tubos se introducía ácido sulfúrico de concentración: 1% hasta 10%. Al reaccionar el ácido con los carbonatos, se producía gasificación y agitación de la pulpa, separándose las partículas de sulfuros por medio de burbujas en forma de un concentrado de espuma y los relaves se descargaban por el fondo,

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES la reacción también generaba calor y favoreciendo el proceso.

aumento de temperatura,

El método fue aplicado con gran éxito en Broken Hill, Australia, donde se beneficiaron los relaves de la concentración gravimétrica, que contenían 17% de Zn y 3% Pb, se flotaban obteniendo un concentrado de 49% de Zn y 6% de Pb, recuperando desde 80% hasta 90% del zinc en una operación de más o menos 350 toneladas por día.

El uso industrial de la flotación en gran escala puso en evidencia el gran adelanto que representaba este proceso en comparación con los procesos convencionales de concentración, particularmente los gravitacionales, en primer lugar, permitía el beneficio de minerales de baja ley, lo que no se podía lograr con el método anterior, en segundo lugar, se podía recuperar con gran eficiencia los valores metálicos que se encontraban en las lamas ó finos, finalmente las recuperaciones y calidad de los productos obtenidos por flotación superaban las obtenidas por otros métodos.

AVANCES INTRODUCIDOS POR MINERALES Un considerable cambio en la flotación espumosa y un mejoramiento general del proceso se producen en 1905, con Sulman, Picard y Ballot todos Ingenieros de la firma británica Minerals Separation, quienes con la eficiente ayuda del Ingeniero Mecánico Howard Higgins introducen un nuevo método para producir espuma, aplicando la agitación para succionar y dispersar el aire y empleando una pequeña cantidad de aceite inferior al 1% para espumación y colección. La compañía Minerals Separation fue creada en 1901 por John Ballot en base a las patentes adquiridas a Froment y Cattermole quienes afirmaban la posibilidad de utilizar en flotación cantidades de aceite muy inferiores a las que se usaban en aquellas épocas, Sulman, Picard y Higgins quienes crearon la máquina de flotación con agitación mecánica. En resumen, la disminución drástica de aceite y la introducción de la agitación mecánica, fue la base de la flotación espumosa moderna. El principio de funcionamiento de este aparato es muy simple: En el compartimiento de agitación, se produce la succión del aire por

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES movimiento rápido de un agitador con paletas, la depresión causada por este movimiento produce la formación de un vórtice que alcanza hasta las paletas, el aire se dispersa e impregna en la pulpa por el movimiento violento, entre 500 y 1,500 rpm. La máquina de flotación por agitación de Minerals Separation tuvo gran éxito en la metalurgia extractiva de aquella época, en primer lugar se probó con muy buenos resultados en Broken Hill, Australia, en 1905, donde se trataron más de 1.000.000 de toneladas de relaves gravimétricos, en segundo lugar, encontró aplicaciones en otras minas de zinc y otros metales en Australia, Estados Unidos y otros países. La introducción del proceso de flotación en su forma moderna en los EE.UU. causó, desde el principio; una guerra legal entre la Minerals Separation y particulares que trabajaban en la utilización del proceso. La primera instalación que utilizó la flotación como método de concentración en EE.UU. fue establecida por la Cía. Basin Reduction en Montana, en 1911, que después de una concentración gravitacional trataba de recuperar valores de zinc que quedaban en los relaves, el proceso casi fracasó al principio, pero fue salvado por una flotación de limpieza que proporcionó un concentrado de Zn de calidad aceptable para la fundición No pasaron dos meses de producción en esta planta cuando la Minerals Separation presentó una acusación jurídica contra la compañía; Estos juicios siguieron después contra casi toda compañía Norteamericana que usaba la flotación para la concentración de minerales y no pagaba derechos de patente; Así fueron acusadas las Compañias Miami Copper, Nevada Copper, Magma Copper y otras, todas perdieron su caso y tuvieron que pagar a Minerals Separation los derechos de patente.

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES DESARROLLO DE NUEVOS REACTIVOS Y MÁQUINAS La posición exclusiva de Minerals Separation en el campo del beneficio de minerales por flotación, debido a la posesión de las patentes creó en la primera década del siglo anterior dos movimientos opuestos que en resumen, fomentaron el desarrollo y la profundización del proceso, en primer lugar, las compañías que tenían que pagar hasta 25 centavos de dólar por tonelada de mineral tratado, por los derechos de uso de patente, trataron de deshacerse de los mismos e iniciaron intensas búsquedas de modificaciones y cambios del proceso; por otra parte la Minerals Separation, ya rica y próspera por su posición única, trató de mantenerla a través de una investigación intensa. Así, debido a la primera causa, fueron creados nuevos tipos de máquinas de flotación, tales como las Callow, Forrester y debido a la segunda se llegó a una aún más drástica reducción del consumo de reactivos y a una fabricación de reactivos solubles en agua. La celda Callow fue patentada en 1914, remplazaba la agitación mecánica por una columna de burbujas inyectadas neumáticamente a través de una tela que cubría el fondo de la celda, la máquina era de construcción sumamente simple, en forma de un cajón de más o menos 50 cm. de profundidad, 100 cm. de ancho y de 2 a 20 metros de largo, a cierta distancia del fondo, la celda estaba cubierta por una tela porosa, de manera que se podía introducir aire a presión, el aire penetraba a través de la tela constituyendo una columna de burbujas mineralizadas que se juntaban en la superficie formando una espuma que rebalsaba, los relaves se eliminaban por la parte inferior. Las ventajas de esta máquina estaba en su bajo costo de construcción y en la ausencia de partes mecánicas de agitación, su desventaja estaba en la obstrucción de los poros de las telas, debido a la formación de carbonato de calcio por reacción en la pulpa del CO2 del aire con la cal. En las máquinas Forrester se elimina la tela y se inyecta aire bajo una cierta presión por una cañería de 1 a 3 cm. de diámetro, se produce así una columna de aire, con lo cual éste se dispersa e impregna con las partículas minerales.

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REACTIVOS SINTÉTICOS: En la época inicial del desarrollo de la flotación, los reactivos que se usaban para la espumación y colección eran productos naturales, principalmente aceites que provenían de la destilación del petróleo o aceites de pino, eucaliptos, aparte de ser productos naturales, estos aceites no eran solubles en agua, lo que causaba dificultades en la formación de una espuma estable y aumentaba su consumo. En el periodo comprendido entre 1909 y 1925 se produjo un cambio paulatino que reemplazó casi en forma completa los antiguos reactivos y redujo las cantidades necesarias para efectuar una flotación satisfactoria desde unos kilos a decenas de gramos. Tal vez el primer paso en este sentido fue dado por la misma Minerals Separation que en 1909 patentó a nombre de Greenway, Sulman e Higgins el uso de aldehidos, quetonas y ésteres como espumantes sintéticos en la flotación de minerales sulfurosos. Posteriormente, Perkins y Sayre patentaron en 1921 colectores sintéticos que contienen compuestos orgánicos con nitrógeno trivalente y azufre bivalente. En 1925 Keller patentó los xantatos (Patente U.S. N° 1554:216) y en 1926 Whitworth patentó los ditiofosfatos (aerofloats) que compiten con los xantatos en flotación de sulfuros. En paralelo con estos descubrimientos se desarrolló el estudio de los reactivos para la flotación de óxidos metálicos y minerales no metálicos. En 1924 Sulman y Edser patentaron el uso de jabones en la flotación de minerales oxidados, en 1935 se introdujeron los colectores catiónicos, para la flotación de minerales no metálicos. Para el desarrollo tecnológico de la flotación fue también de gran importancia el descubrimiento de los reactivos específicos para la depresión y activación de ciertos minerales, entre los descubrimientos más importantes de esta clase se pueden considerar los indicados en la patente australiana de Bradford que señala al sulfato de cobre como poderoso activador de la esfalerita, la patente norteamericana de

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES Sheridan y Grisword que señala a los cianuros como eficientes depresores de la pirita y de la esfalerita y la patente australiana de Lowry y Greenway que señala al bicromato como depresor de la galena. En 1929 Gaudin demostró la influencia del pH sobre la flotabilidad de los minerales en distintas condiciones y de este modo introdujo el control de este importantísimo factor en la tecnología de la flotación.

FLOTACIÓN A FINES DEL SIGLO XX E INICIOS DEL SIGLO XXI Durante los últimos años se han tratado de explicar los fenómenos de flotación con bastante aproximación basándose en físico-química de superficie, termodinámica y cinética del proceso, el método básico de flotación por espuma no ha sufrido mayores cambios; se están investigando nuevos reactivos químicos, prevaleciendo fundamentalmente los reactivos sintéticos usados desde principios de la flotación, lo que si esta llamando fuertemente la atención es el tipo de celdas; actualmente se puede apreciar muy claramente tres tipos de celdas y un cuarto tipo en etapa de investigación: 1.-Celdas convencionales, ejemplo: denver Sub-A 2.-Celdas de gran volumen que van desde 1,000 a 7,000 pies3 3.-Celdas columna 4.-Celda de Contacto Entre las celdas de gran volumen podemos mencionar: Agitair, Booth, Denver D-R, Maxwell, Nagahm, Outokumpu, Sala, Wemco, Davcra, Flotaire, Cominco, Aker, BCS, Wedag, Jameson. Celda columna, actualmente muchas compañías mineras peruanas tienen instaladas celda columna: Souther Peru Cooper Corporation en Toquepala, Milpo, San Ignacio de Morococha.

IMPORTANCIA DE LA FLOTACIÓN TERMODINÁMICA

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La importancia del proceso de flotación en la metalurgia extractiva actual es de tal orden que no sería exagerado decir que sin ella no se habría podido llegar al presente nivel de producción y satisfacer la demanda y necesidades de nuestra civilización, hay que subrayar el creciente consumo de metales, combustibles y sus derivados que se deben al aumento biológico de la población , al progreso cultural y a la elevación del estándard de vida. La flotación ha permitido beneficiar minerales que anteriormente se consideraban desechos y bajar la ley mínima de los minerales a tratar, de este modo las reservas disponibles han aumentado enormemente. En segundo lugar, la flotación ha permitido la recuperación de metales y minerales que anteriormente no se podían recuperar o por falta de método o por baja ley. Finalmente, la flotación no solamente ha abierto nuevas posibilidades, sino que también ha mejorado los resultados tecnológicos, hoy la gran difusión de la flotación se debe que es un método único, también en muy eficiente, en otras palabras, la flotación no solo permite la recuperación de metales de minerales de más baja ley, granulometría más desfavorable y combinaciones de minerales más complicadas, sino que también permite hacerlo de la mejor forma. Las recuperaciones por flotación casi invariablemente son más altas las leyes de los productos nobles son superiores, los relaves son de menor ley y los costos de operación y producción son más bajos.

TIPOS DE REACTIVOS

La clasificación moderna divide a los reactivos en función del papel que desarrollan en el proceso: COLECTORES: Proporcionan características hidrofóbicas a los minerales.

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MODIFICADORES: Regulan las condiciones de funcionamiento de los colectores. ESPUMANTES: Permiten la formación de una espuma estable.

REACTIVOS COLECTORES Es un grupo grande de reactivos orgánicos de composiciones diversas. Su misión es la hidrofobización selectiva de las superficies minerales, creando condiciones favorables a su adherencia a las burbujas de aire, disminuyendo la humectación, aumentando el ángulo de contacto con las burbujas. Por su capacidad de disociación en la pulpa, los colectores se dividen en dos grupos: IONIZABLES -IONOGENOS: Se disocian en iones NO IONIZABLES -NO IONOGENOS: Actúan de forma molecular Además, dependiendo de si la parte activa es anión o catión, los colectores ionógenos se subdividen en:

ANIONICOS CATIONICOS

Los anionicos en función de su estructura química se dividen en:

TIPO OXIDRILO :

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES Ácidos grasos, Jabones, Alquilsulfatos TIPO SULFHIDRILO : Xantatos, Ditiofosfatos, otros Los catiónicos están representados por las aminas y los derivados amínicos. Los no ionógenos son hidrocarburos y aceites hidrocarbona dos. A ANIONICOS TIPO SULFHIDRILO

XANTATOS Los xantatos son sales sódicas o potásicas del ácido xántico o xantogénico. Este grupo de reactivos tiene una gran difusión debido a su bajo coste, sus fuertes propiedades colectoras y su alta selectividad. Son apropiados para la colección de sulfuros, minerales nativos y minerales oxidados previamente sulfurados. Se deben emplear en circuitos neutros o alcalinos ya que en medio ácido sufren hidrólisis. Se ha comprobado que las propiedades hidrofobizantes de los xantatos aumentan con la longitud de la cadena hidrocarbonada y con la ramificación. En la práctica se emplean en dosis que van desde los 5 a los 100 g/t. DITIOFOSFATOS Son ésteres secundarios del ácido ditiofosfórico y se obtienen al hacer reaccionar pentasulfuro de fósforo con alcoholes. Estos compuestos fueron desarrollados inicialmente por American Cyanamid que les dio el nombre comercial de Aerofloats , que es como habitualmente se les conoce. Los ditiofosfatos son colectores de menor poder que los xantatos por lo que se deben emplear dosis mayores que en el caso de los xantatos. Son más solubles en agua que los xantatos por lo que los depresores les afectan en mayor grado que a aquellos, lo que explica su difusión en la flotación global. Son menos susceptibles a la hidrólisis que los xantatos, lo que permite su actuación en medio ligeramente ácido. TIOLES Son útiles para la flotación de sulfuros de cobre y de cinc, así como para especies oxidadas.

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES Su utilización está restringida por su desagradable olor.

DITIOCARBAMATOS Compiten con los xantatos en cuanto a sus propiedades colectaras pero su precio más elevado les hace perder competitividad con aquellos. DIFENIL TIOUREA o TIOCARBANILIDA Su propiedad más destacable es la de ser un excelente colector para la galena y no hidrofobizar la superficie de la pirita. a TIPO OXIDRILO CARBOXILICOS En este grupo se encuentran los ácidos grasas y sus sales, los jabones. Históricamente han jugado un papel importante en flotación debido a sus fuertes propiedades colectaras, pero su poca selectividad impide una eficaz separación, lo que ha ocasionado un gradual y casi absoluto reemplazo por los colectores sulfhidricos, quedando su utilización reducida para el caso de minerales oxidados y no metálicos. SULFATOS y SULFONATOS Este grupo de reactivos se obtiene por sulfonación o sulfatación de alcoholes. Se emplean para la flotación selectiva de oxidas y sales. Conviene destacar que estos reactivos tienen propiedades espumantes, lo que supone una ventaja por una parte y un inconveniente por otra. CATIONICOS Este grupo de reactivos está constituido por aminas y derivados amínicos. Estos colectores se caracterizan por su fácil adsorción y desorción, como consecuencia de una actuación debida a un mecanismo de atracción electrostático. En general son menos selectivos que los aniónicos, aunque en ciertas flotaciones específicas como la flotación de cuarzo, silicatos y algunos minerales oxidados son mucho más efectivos que los aniónicos.

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES Presentan además la ventaja de no ser muy sensibles a la presencia de iones extraños en la pulpa, por lo que son válidos en tratamientos con agua excesivamente dura. Por otra parte tampoco son muy sensibles a las variaciones de pH.

NO IONIZABLES En la flotación de minerales hidrofóbicos como el carbón, grafito, azufre o molibdenita tienen importancia los colectores no ionizables como el keroseno, hidrocarburos o aceites hidrocarbonados que no posean grupos polares. Estos reactivos son fuertemente hidrofóbicos y debido a la ausencia de grupos polares no tienen medios propios para adsorberse sobre las superficie s minerales por lo que deben ser adicionados en combinación con otros compuestos orgánicos de caracter heteropolar. Utilizan por tanto un mecanismo que podiamos definir como de coadsorción. Debido a su insolubilidad en agua, la distribución de estos colectores ofrece dificultades, por lo que precisan medios mecánicos para su mejor distribución. Por último, conviene resaltar que debido a su efecto negativo sobre la espuma hay que tener especial cuidado con la presencia incontrolad de los mismos ya que pueden ocasionar trastornos graves en la espumación. MECANISMO DE LA COLECCION Un estudio sobre los colectores no quedaría completo sin referirse a su modo de fijación sobre las superficies de los minerales. Sobre este punto han surgido una serie de dudas centradas en las siguientes cuestiones: ¿ Cuál es la orientación del colector en la superficie del mineral?

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES ¿Cuál es el mecanismo de la fijación? ¿Cuál es la densidad de la película colectora ? El punto menos discutido y más evidente es el de la orientación. Parece obvio que el colector se orientará con toda seguridad de modo que su parte apolar o su grupo hidrófobo se oriente hacia el agua. Con respecto al mecanismo de la fijación, no existe una opinión uniforme al respecto y se admiten dos teorías como probables: una química, que atribuye la fijación del colector a una reacción de intercambio iónico, y otra física, de adsorción, que explica la fijación en base a un mecanismo molecular. Como defensores de la primera teoría podemos citar a Taggart y sus colaboradores, que afirman que los colectores, al disolverse en agua, reaccionan químicamente con las superficies de los minerales formando compuestos insolubles que se depositan sobre ellas hidrofobizándolas y haciéndolas suceptibles a la flotación. Taggart afirma que, los colectores reaccionan en la pulpa del mismo modo como lo haría cualquier reactivo químico disociado en agua y puesto en contacto con otro reactivo soluble. Como confirmación experimental de esta teoría podemos citar el hecho de que al tratar sulfuros metálicos con xantatos alcalinos, y tras analizar concentrado y estéril se comprueba que en el primero se encuentra mas del 95 % de la forma aniónica del colector, mientras que en el estéril aparece el 95 % del catión alcalino. Igualmente se ha comprobado que la fijación del xantato va acompañada con la producción estequiométrica de iones sulfito o sulfato. Ello puede indicar que el reemplazo del anión en la red cristalina, no se efectúa por la acción directa del xantato sino que primeramente ocurre una oxidación parcial de la superficie transformándose el sulfuro en sulfito o sulfato y serían éstos los aniones reemplazados por el xantato. Como confirmación de lo anteriormente expuesto podemos decir, por ejemplo, que la galena pura, inoxidada no flota, lo que se explica ya que el sulfuro de plomo no es soluble en agua y por lo tanto no puede reaccionar con el xantato. Los partidarios de la teoría física admiten la posibilidad de que parte del mineral disuelto pueda reaccionar en el agua con el colector y que el

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES producto de la reacción se fije posteriormente a la superficie del mineral de forma distinta a un intercambio iónico, por ejemplo por adsorción. Esta hipótesis tiene mayor significado en el caso de los colectores catiónicos, donde se ha visto la posibilidad de reacciones reversibles, más propias de procesos de adsorción física. En general, se considera que los minerales con cristales de estructura atómica favorecen la colección por adsorción física, mientras que los minerales con estructura iónica favorecen la fijación por intercambio iónico. Con respecto al tercer punto, consistente en conocer la cantidad de colector necesaria para conseguir una flotación satisfactoria, históricamente ha sido uno de los más importantes del proceso. Recordemos, por ejemplo, que en el proceso bulk-oil la cantidad de aceite utilizado era de una tonelada por tonelada de mineral, mientras que en la actualidad con los reactivos sintéticos hemos llegado a utilizar dosis inferiores a los 20 g/t. Esta impresionante trayectoria sugiere alguna pregunta como: ¿Es posible disminuir más la dosis de colector? y en general ¿Cuál es el criterio científico en la dosificación de colectores? El mayor obstáculo para responder a estas preguntas ha sido el limitado conocimiento del mecanismo de la flotación, ya que este desconocimiento origina otras dudas: ¿Es necesario que las moléculas de colector recubran totalmente la superficie del mineral ? ¿ Es útil que se formen dos o tres películas simultáneamente ? Se ha comprobado experimentalmente que la práctica totalidad del colector aparece en el concentrado, lo que evidencia que los minerales de la ganga no participan en el consumo del mismo, por 10 que la cantidad necesaria es función exclusivamente de la concentración de especies útiles. Por otra parte, el recubrimiento que requiere cada mineral para flotar es una peculiaridad en cada caso, ya que varía en función de consideraciones de tipo estructural, estado de la superficie, oxidación, etc. En definitiva, como regla general se puede afirmar que se produce un aumento del ángulo de contacto y por consiguiente de recuperación, con el aumento de la concentración de colector hasta que se produce el

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INGENIERÍA METALURGICA Y DE MATERIALES recubrimiento completo con una película monomolecular en torno al mineral, a partir de ese punto, un aumento en la dosificación ocasiona, normalmente, efectos negativos, explicándose al considerar que la segunda capa de colector se dirige con su parte apolar hacia la anterior y con su parte polar hacia el agua, con lo que el mineral se vuelve más mojable.

MODIFICADORES La función específica de los reactivos modificadoreses preparar las superficies minerales para la adsorción o desorción de un determinado reactivo sobre ellas y crear en la pulpa las condiciones propicias para realizar una buena flotación. Tradicionalmente los modificadores se clasifican en: a Modificadores del medio o de pH, Que controlan la concentración iónica de las pulpas y sus reacciones a través de la acidez o basicidad. b Activantes, Que fomentan las propiedades hidrofóbicas de los minerales y aumentan su flotabilidad. c Depresores, Que hidrofilizan las superficies minerales e impiden su flotación.

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Modificadores del medio o de pH El pH de una pulpa tiene gran importancia en la flotación, ya que los iones H+ y OH- compiten con otros iones en alcanzar las superficies de los minerales, y además, su concentración influye en la disociación de las sales y en los intercambios iónicos. Es importante además tener en cuenta los efectos de hidrólisis que pueden sufrir algunos reactivos en función de la acidez del medio, por ejemplo los xantatos pierden afectividad en circuitos ácidos. Las aminas dan los mejores resultados en circuitos medianamente alcalinos y en circuitos de alta alcalinidad su poder colector disminuye notablemente. En el caso de los ácidos grasos, su actividad se favorece en pulpas alcalinas ya que de este modo se favorece la formación de jabones en la superficie mineral. De forma general debemos reconocer que el circuito alcalino es más empleado que el ácido, entre otros motivos porque los reactivos suelen ser más estables y las sales de los iones pesados precipitan eliminándose de la pulpa. Para producir el pH necesario en los circuitos industriales se recurre a ácidos y bases de bajo coste, por lo que habitualmente se utilizan: Cal, Hidróxido de sodio, carbonato de sodio y Acido sulfúrico

Activantes Los reactivos de este tipo sirven para aumentar la adsorción de los colectores o para fortalecer el enlace entre el colector y la superficie mineral. Hay distintas maneras de actuar sobre una superficie: 1 Renovando o limpiando la superficie del mineral afectada por un proceso secundario como es la oxidación o la adhesión de lamas. 2 Formando en la superficie una capa particularmente favorable para la adsorción del colector. 3 Reemplazando en la red cristalina algunos iones metálicos por otros que forman uniones más firmes con los colectores. Ejemplos:  Limpieza de las superficies de sulfuros de Fe, Cu y Zn con Ac. Sulfúrico.

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

Sulfidización de las superficies de los óxidos.



Activación de la superficie de la esfalerita por ion Cu.

Depresores

La función específica de los depresores es la de disminuir la flotabilidad de un mineral haciendo su superficie más hidrófilica o impidiendo la adsorción de colectores que puedan hidrofilizarla. Hay varias formas de conseguirlo:  Introduciendo en la pulpa un ion que compita con el colector por alcanzar la superficie del mineral.  Neutralización química y eliminación del colector  Añadiendo sustancias que generan grupos hidrofilicos que una vez que alcanzan la superficie mineral orientan la parte polar hacia el agua. Ejemplos:  Depresión de los sulfuros de metales pesados con CNo SHDepresión de galena con Dicromato.  Actuación de cationes alcalinos y alcalinoterreos que forman precipitados con los ácidos grasas y los xantatos.  Sustancias orgánicas de tipo almidón, quebracho, tanino se hidrolizan y se generan múltiples grupos hidrofílicos dirigidos hacia el exterior de las partículas. Sería como un efecto colector a la inversa.

Reactivos espumantes La producción de una espuma estable requiere la introducción de agentes orgánicos conocidos como espumantes, que suelen ser sustancias tensoactivas heteropolares que pueden adsorberse en la interfase agua-aire. En los líquidos puros y en el agua, en particular, al hacer pasar aire a través de ellos no se produce espumación.

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Al agregar pequeñas cantidades de algunos compuestos orgánicos, como por ejemplo alcoholes, la inyección de aire irá acompañada por la formación de burbujas de aire en forma de esferas, que al ascender a la superficie del líquido, antes de entregar su contenido de aire a la atmósfera, tratarán de detenerse en forma de espuma. El tamaño de las burbujas y su estabilidad dependerán del tipo de espumante empleado, ya que con un aumento de espumante disminuirá el diámetro de las burbujas para producir con la misma cantidad de aire la mayor superficie de contacto y la estabilidad de la espuma aumentará debido al mayor grosor de la película. Esto sucede hasta un punto, a partir del cual, los efectos se estabilizan, y si se sigue aumentando la dosis de espumante comienzan a aparecer efectos negativos. Los espumantes que se usan en flotación son reactivos orgánicos de carácter heteropolar, por lo tanto de estructura similar a los colectores, pero mientras estos últimos tienen afinidad por la interfase líquidosólido, los espumantes la tienen por la liquido-gas. Los agentes más apropiados para realizar la espumación son: Alcoholes alquílicos y arílicos Acidos carboxílicos Aldehidos, Cetonas Aminas y Nitrilos Clásicamente los más utilizados han sido el aceite de pino, el ácido cresílico y el aceite de eucalipto.

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