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• Jose Esteban

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Contenido Introducción ........................................................................................................................................ 1 2.2 Flotación ........................................................................................................................................ 3 2.2.1 Importancia de la flotación ........................................................................................................ 3 2.2.2 Tipos de equipos de flotación .................................................................................................... 4 2.2.3 Fundamentos de Flotación ......................................................................................................... 7 2.2.4 Criterios de diseño y selección de equipos de flotación ............................................................ 9 Conclusión ......................................................................................................................................... 11 Bibliografía ........................................................................................................................................ 11

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Introducción Hay evidencia de que se usaba la flotación como método de enriquecimiento de los minerales de carbonato de cobre en el siglo XV. Sin embargo, su generalización y su aplicación a diferentes procesos es mucho más reciente y corresponde a la Revolución Industrial de la segunda mitad del siglo IXX, cuando la demanda de materias primas metalúrgicas obligó a la gente a utilizar minerales de bajo tenor y a enriquecerlos antes de procesarlos. Hoy en día se procesa anualmente del orden de 2.000 millones de toneladas de

minerales

molidos

por

este

proceso.

La flotación es una operación unitaria que se emplea para la 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.

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2.2 Flotación La flotación es un proceso fisicoquímico de tres fases (sólido-líquido-gas) 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 es inducir e inhibir hidrofobicidad de las partículas y darle estabilidad a la espuma formada.

2.2.1 Importancia de la flotación La flotación es uno de los procesos más selectivos para la separación de especies sulfurosas, y de Plomo- zinc y cobre – zinc. La separación de las especies a través del proceso de flotación, se produce gracias a la diferencia en las propiedades fisicoquímicas de la superficie de cada una de ellas. La flotación surgió a partir del proceso de separación en medios densos, ya que la dificultad para la obtención de fluido con algunas densidades particulares obligó a la utilización de modificadores de superficie, con el fin de mejorar la selectividad del proceso. Estos modificadores permiten convertir selectivamente en hidrofóbica la especie a separar, de tal forma que ante la presencia de un medio constituido por agua y aire (burbujas), la especie hidrofóbica rechace el agua y se adhiera a las burbujas de aire que ascienden hacia la superficie del líquido. El proceso de flotación se lleva a cabo en celdas de poseen mecanismos de agitación y dispositivos de inclusión de aire a la pulpa o al líquido de separación. La agitación favorece la separación y suspensión de las partículas, mientras que la inclusión de aire promueve la formación de burbujas. La modificación selectiva de las partículas a separar se obtiene mediante la adición de colectores, depresores y activadores.

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El enriquecimiento que se puede lograr a través de la flotación depende de la selectividad de los reactivos colectores, depresores y activadores. Los reactivos colectores se encargan de convertir la superficie de las partículas en hidrofóbicas, por lo tanto se requiere de la selección de un colector que tenga la capacidad de modificar superficialmente tan sólo las partículas de la especie de interés. Si existen partículas de especies superficialmente afines, que no permiten una selectividad adecuada del colector (como es el caso de la separación de especies sulfurosas), se deben utilizar depresores que interactúen selectivamente sobre una de las especies de tal forma que cuando la partícula que contiene el depresor en su superficie entre en contacto con el colector este no interactué sobre ella.

2.2.2 Tipos de equipos de flotación Las celdas de flotación de clasifican en dos grandes familias: celdas mecánicas y celdas neumáticas. Se presenta a continuación las principales características y ejemplos de ambos tipos de celdas:

Celdas mecánicas o convencionales: Este tipo de celdas han sido y son en la actualidad las de mayor uso en las Plantas Concentradoras del mundo y del país. Se caracterizan por tener un agitador mecánico formado por un eje vertical unido a un impulsor de diseño especial y un difusor, que mantienen la pulpa en suspensión y dispersa el aire dentro de ella. Según el método o forma de aireación, este grupo de celdas se pueden subdividir en:

Celdas sub-aireadas o auto-aireadas.

Celdas de aireación forzada

En las celdas auto-aireadas, el mecanismo de agitación (dispersor-difusor) sirve también para aspirar y dispersar el aire en la pulpa, el cual es necesario para la flotación. Por lo tanto, para medir o controlar el volumen necesario de aire, estas celdas poseen una válvula reguladora de acción manual o automática. En las celdas de aireación forzada, para suministrarles el volumen de aire necesario para la flotación, necesitan de un equipo adicional denominado Soplador (Blower), el cual insufla el aire generalmente a 1 atmósfera de presión. También posen un mecanismo de regulación del volumen de aire 4

Las celdas de flotación son operadas usualmente en seria, 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. El tamaño de una compuerta que se utiliza para controlar el nivel de pulpa. El tamaño de número de celdas se ajusta a las características de la alimentación (flujo, flotabilidad de las partículas), de manera de compatibilizar los requerimientos de recuperación y calidad del concentrado. La pulpa que se descarga desde la última celda es la cola o relave

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La generación y características de las características de las burbujas es una consecuencia de la cantidad de aire que ingresa a la celda, del diseño del arreglo rotorestator y de la dosificación del reactivo espumante. En las celdas mecánicas, la eficiencia de separación se ve perjudicada al realizarse funciones en cierto modo incompartibles. Tienen que producir turbulencia para mantener las partículas en suspensión y favorecer el contacto partícula-burbuja mientras que tienen que, simultáneamente, presentar una región en calma para que se produzca una separación de las burbujas cargadas. Es inevitable arrastrar ganga al concentrado. Esto se debe a los siguientes mecanismos (no selectivos): -

Grado de liberación del mineral de interés

-

La turbulencia de la pulpa en la interfase pulpa-espuma hace que entren partículas indeseables en la fase espuma.

-

Arrastre a la espuma de partículas finas por el flujo de burbujas ascendentes.

-

Arrastre a la espuma de partículas muy finas por la fracción de agua de alimentación que se reporta al concentrado.

CELDAS COLUMNARES

La celda columna es un tipo de máquina que pertenece a las celdas neumáticas, la cuál en la actualidad tiene un gran potencial de aplicación en el procesamiento de minerales. 6

Una celda columna, es de sección circular, cuadrada o rectangular, en la que la pulpa acondicionada se alimenta un tercio o un cuarto de distancia desde el rebose de la celda, el aire es introducido o inyectado a través de los difusores que se encuentran cerca a la base y el agua de lavado ingresa a través de una especie de ducha de 3 a 6 pulgadas sobre o debajo del rebose de la celda. Las partículas de mineral contenidas en la pulpa tropiezan con una nube ascendente de burbujas de aire y son llevadas hasta el rebose, pero estas al pasar por encima del punto de alimentación, se encuentran con un flujo suave descendente de agua fresca que lava las partículas de mineral no valioso (ganga) adheridas a ellas. El concentrado de este modo, emerge por el rebose de la celda y los relaves se descargan por la parte inferior de la celda. El proceso de colección en una celda columna se sustenta en el hecho de que las partículas minerales de la especie valiosa y ganga están moviéndose en sentido contrario a la nube de burbujas, lo cual puede explicarse en dos patrones de flujo en contracorriente:1. Un flujo descendente de partículas de mineral y burbujas ascendentes en la zona de colección, y2. Burbujas ascendentes y un flujo descendente de agua de lavado en la zona de limpieza .Se dice que una celda opera con vías negativo y vías positivo.

2.2.3 Fundamentos de Flotación Clasificadores lavadores Los dispositivos que separan partículas de diferente densidad se conocen como clasificadores lavadores. Se utilizan los dos métodos principales de separación: hundimiento y flotación, y sedimentación diferencial.

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Métodos de hundimiento y flotación. Los métodos de hundimiento explotación utilizan un medio líquido de separación cuya densidad es intermedia entre el material ligero y el pesado. La separación se produce porque las partículas pesadas sedimentan a través del medio mientras, que las más ligeras flotan. Éste método presenta la ventaja en principio de que la separación depende sólo de la diferencia de densidades de las dos sustancias y es independiente del tamaño de las partículas. Este método también se denomina separación de fluido espeso. Los procesos de separación con fluidos espesos o densos se utilizan para tratar partículas relativamente gruesas, por lo general mayores de 10 mayas. El primer problema en la utilización de hundimiento y flotación es la elección de un medio líquido con la densidad adecuada para que el material ligero flote y el pesado se hunda. Se pueden utilizar líquidos verdaderos, pero como la densidad del medio debe estar comprendida en el intervalo de 1.3 a 3.5 o por arriba de él, existen pocos líquidos que sea suficientemente densos, baratos, no tóxicos y no corrosivos. Es posible emplear hidrocarburos halogenados y disoluciones de CaCl2 para este propósito. Lo más frecuente es utilizar un pseudolíquido consistente en una suspensión acuosa de partículas finas de un mineral pesado. Se utiliza magnetita (gravedad específica de 5.17), ferrosilicio (gravedad específica de 6.3 a 7.0) y galena (gravedad específica de 7.5). Es posible variar la relación de mineral agua a fin de obtener un amplio intervalo de densidades del medio. Deben existir dispositivos para introducir la mezcla a separar, para retirar las corrientes superior e inferior y para recuperar el fluido de separación que puede ser relativamente caro en comparación con los materiales a tratar. Se utiliza la sedimentación impedida. El carbón limpiador y los materiales concentrados son aplicaciones comunes de hundimiento y flotación. En condiciones adecuadas, se han reportado separaciones de limpieza entre materiales cuya diferencia de gravedad específica es solamente de 0.1.

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2.2.4 Criterios de diseño y selección de equipos de flotación 

Una operación que posibilita un pre tratamiento adecuado y alta eficacia.



Da solución a problemas hasta ahora irresolubles en el campo de la ingeniería sanitaria.



Es un sistema simple de bajo mantenimiento fácil de operar y de óptimos resultados.

líquida. La separación por gravedad es un método económico y de alta eficiencia en el tratamiento de efluentes siendo frecuente su utilización para separar flotantes contaminantes que por su densidad ascienden a la superficie de la masa líquida o para sedimentar los de mayor peso. En la mayoría de los casos los separadores son construidos en forma de tanques rectangulares, siendo la eficiencia de estos tanques una función directa de la superficie del mismo y del caudal a tratar. La eficiencia de la separación esta determinada por el área horizontal del tanque y es independiente de la profundidad, siendo generalmente el área requerida para una instalación de tipo convencional muy elevada o de dimensiones exageradas respecto al rendimiento adecuado. Los varios inconvenientes que presenta el sistema convencional para separación por gravedad de agua – aceite, agua – grasa llevaron a desarrollar estudios que posibilitaron la construcción de un sistema compacto, eficiente y de bajo costo, basándose el mismo en el hecho de que el aumento del área de separación también pueda obtenerse superponiendo varios planos en el interior del tanque, y si estos planos están inclinados el material separado entre placas es removido por gravedad. Los planos inclinados constituyen el núcleo principal del equipo, y se encuentran ubicados uno sobre otro a regular distancia conformando el bloque de placas, alojadas en una caja de resina poliester reforzada con fibra de vidrio. Las placas tienen forma ondulada para favorecer el aglutinamiento de las partículas de grasa, aceite o elementos flotantes interceptados y al mismo tiempo está inclinada para favorecer su transferencia a través del bloque. Si además de aceite, grasa o flotantes hubiera en el líquido material sedimentable, este será colectado y agrupado en los valles de las ondulaciones de tal manera que se deslizara lenta y suavemente hasta el fondo del tanque. 9

De esta manera las partículas de pequeñisimo diámetro podrán ser separadas del líquido, ya que los factores adversos que actúan en un sistema convencional se anulan prácticamente por completo. Funcionamiento El líquido a tratar ingresa al equipo, según el tratamiento, que puede ser : 1. Sin

agregado

de

floculante:

El líquido entra directamente por la zona de separación ( pasaje lento ) o aquietamente 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. El líquido liberado de productos contaminantes sale del equipo descargándose por un vertedero regulable. Los barros sedimentados y flotados se envían a playas de secado para acondicionarlos antes de enviarlos a su disposición final.

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Conclusión La condición de flotabilidad es una fuerte adhesión entre las partículas útiles y burbujas, las cuales deben ser capaces de soportar la agitación y turbulencia de las celdas. El proceso de flotación está 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. Los productos químicos que se emplean en esta unidad unitaria, tienen carga eléctrica y afinidad con el soluto, que forman compuestos de coordinación y estables. 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.

Bibliografía Operaciones unitarias en Ing. Quimica. McCabe, Smith y Hrriot. McGraw Hill. Pag. 1108 y 1109 7a edicion

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