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FLOTACIÓN DE UN MINERAL DE PLOMO- ZINC.

M. A. Zuñiga Vázquez ESIQIE- IPN

J. S. Meza Espinoza ESIQIE-IPN

F. Javier Juárez Islas ESIQIE-IPN

[email protected] [email protected] [email protected]

RESÚMEN. El presente trabajo muestra los diferentes procedimientos que se le realizaron a un mineral de Plomo-Zinc mostrando la concentración por medio de la flotación por espumas de manera selectiva para concentrar plomo y zinc. Encontrando datos fundamentales del comportamiento del mineral con la finalidad de establecer las mejores condiciones en su concentración. Palabras Clave: Flotación, Plomo, Zinc, Colector, Activador, Depresor, Limpia, Batch. INTRODUCCIÓN. La flotación es el método más común para la concentración de minerales, es un proceso físico-químico que cambia momentáneamente el área superficial de las partículas que se desean concentrar, esto se realiza con reactivos químicos que convierten a las partículas de interés y que están dentro de una pulpa en hidrofóbicas, la clave de la flotación es la afinidad de las partículas con el aire aunque estén dentro de una mezcla sólido agua. Para lograr este fenómeno la pulpa debe estar en contacto permanente con burbujas de aire las cuales son inducidas para que exista el contacto entre las partículas de interés con la finalidad de provocar una adherencia obteniendo un resultado de separación selectiva “flotación diferencial”. Un aspecto fundamental en la flotación de minerales son los reactivos, ya que sin la ayuda de estos no se podría controlar una flotación, para esto se debe conocer qué efecto realiza cada reactivo, como son los colectores,

activadores, espumantes, modificacores de superficie o pH y los depresores. Colectores: Son componentes orgánicos polares que envuelven a la partícula de interés para convertirlas en hidrofóbicas. La selección correcta de este tipo de reactivo es fundamental para cada especie en el proceso de flotación. Activadores: Es un reactivo que se utiliza para modificar la polaridad de la partícula a concentrar, afectando su área superficial, y de esta manera haciendo que la partícula pueda ser flotada. Espumante: La función es la de modificar la tensión superficial del agua para que las burbujas de aire no se rompan fácilmente dentro de la pulpa. Modificador de pH: se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores sobre la superficie del material Depresores: Su función es la de mantener dentro de la pulpa las diversas especies que no son de interés o simplemente que no deben flotar en alguna de las etapas de flotación.

Para la flotación de sulfuros de Pb-Zn son utilizadas los siguientes reactivos: Xantatos (CS2) como colectores de las especies de Pb y de Zn, así como el sulfato de Zinc Hepta o Petahidratado ZnSO4·(nH20), para mantener partículas mixtas de zinc deprimidas, junto con el cianuro de sodio NaCN, para deprimir pirita, el MIB Carbitol o aceite de pino como espumante, el sulfato de cobre Hepta o Pentahidratado CuSO4·(nH2O) como activador y el CaO para la modificación del pH. Otro punto importante es el consumo y lugar de adición de los reactivos, esto se debe realizar para tener control en la efectividad y cuantificación de cada reactivo, ya que cada mena reacciona diferente para obtener un buen concentrado, en el caso de la flotación de Pb-Zn las tablas 1 y 2 muestran los rangos de consumo de reactivo y puntos de adición mas comunes utilizados para este fin. Tabla 1. Reactivos de flotación, lugar de adición y consumo para el plomo. Circuito de Plomo Punto de adición

Reactivo Cianuro sodio (NaCN) Sulfato Zinc (ZnSO4)

Función

Consumo [g/ton] [g/ton]

de Molienda

Depresor Cu y Zn

36.32

181.62

Depresor Zn

108.97

435.89

Colector Pb

18.16

36.32

Espumante

18.16

72.65

de

Xantato Acido Cresilico pH circuito (7.5-9.5)

Molienda Primario de plomo Primario de plomo Primario de plomo

Tabla 2. Reactivos de flotación, lugar de adición y consumo para el zinc. Circuito de Zinc Reactivo Sulfato de cobre (CuSO4)

Punto de adición

Acondicionamiento

Función

Activador Zn Modificador pH

Consumo [g/ton]

[g/ton]

181.62

726.49

363.25

1452.99

cal(CaO) pH circuito (8.5-10) Aerofloat 211

Acondicionamiento

Acondicionamiento

Colector Zn

7.26

36.32

Xantato(ZIII) Aceite de pino o Acido cresilico

Primarias de zinc

Colector Zn

36.32

72.65

Primarias de zinc

Espumante

18.16

Acondicionamiento

72.65

Después de conocer el concepto de flotación además de los reactivos y lugar de adicción lo siguiente es el saber cómo reproducir una prueba en laboratorio, para esto las pruebas de flotación más comunes que se utilizan son tres: Pruebas batch, Pruebas de ciclo “Locked Cycle Flotation Tests” y Prueba continúa o planta piloto. En estos sistemas se debe de cumplir con muestras de un mismo peso además de leyes de cabeza similares, con una granulometría estándar y a un tamaño de partículas donde estén liberadas las especies de plomo y zinc. La prueba Bach es realizada para obtener datos preliminares en laboratorio ya que en estas se obtienen las condiciones estándar, estas son hechas en celdas de flotación de acero inoxidable con capacidad nominal de 50 gr a 2000 gr las variables que comúnmente se estudian son: Tipo de reactivos (colector, espumante, modificadores, etc.), Dosis de reactivos, Densidad de pulpa, pH, Tipo de agua, Aireación, Acondicionamiento y Temperatura. En estas pruebas se debe de tener el suficiente material de alimentación ya analizado (cabeza) para correr pruebas suficientes con la finalidad de realizar un balance metalúrgico de un circuito abierto.

Las pruebas de ciclo es un experimento de etapas múltiples diseñado para medir el efecto de los materiales circulantes. En estas pruebas se pretende simular en forma experimental a través de pruebas de flotación batch, el comportamiento que tendría una planta de flotación continua; una prueba simple y típica puede tener tres etapas en cada ciclo, una molienda, una flotación rougher y una flotación de limpia, en cada etapa se introducen reactivos además que las colas de la limpia son recirculadas, ya sea a la molienda o a la flotación rougher. Una prueba de ciclos requiere de dos o más celdas de flotación; en muchas ocasiones se puede entregar tanta información como una pequeña planta piloto. En pruebas continuas y de planta piloto, la razón primordial para correr las pruebas es para confirmar la factibilidad técnica y económica del proceso, sobre bases continuas, y facilitar datos de diseño para la escala industrial, además que las operaciones a escala piloto pueden hacerse, obtienen suficiente cantidad de producto, para experimentos de procesamiento subsecuentes o para estudio de mercado, se pueden también correr para demostrar costos de operación y evaluar equipos. Es recomendable en operaciones piloto de flotación, flujos másicos no menores de 200 kg/h, y si es posible, 1 ton/h. flujos másicos menores producen diversos problemas de operación. DESARROLLO. Siguiendo el concepto de flotación selectiva o diferencial en una concentración de sulfuros de Pb–Zn, primero se debe colectar la especie de plomo, deprimiendo la especie de Zn, para que posteriormente activar la especie de zinc en una flotación separada, con el fin de obtener dos

productos como concentrado y una cola como lo muestra la figura 1. Cabeza de Sulfuros Pb-Zn

Colección de Pb y Depresión de Zn

Concentrado de Pb

Activación de Zn

Colección de Zn

Concentrado de Zn

Colas

Fig. 1. Flotación diferencial de sulfuros de Pb-Zn

Antes flotar, se procede a ejecutar la operación de molienda, la cual se realizo en húmedo con una dilución 0.7:1, a un tiempo de molienda de 36min para la obtención de un P100 de 120#, en esta etapa también se agrego ZnSO4 H2O, CaO y NaCN, con las cantidades que muestra la tabla 3, con fines de depresión de la especie de zinc y pirita principalmente. Posteriormente el producto de molienda se descargo en una celda de acero inoxidable, de 1 kg de capacidad, para realizar la flotación primaria de plomo 1. Flotación de Plomo. En esta etapa la pulpa que sale de la molienda es agitada a 1200rpm durante 6min (tiempo de acondicionamiento) en este lapso de tiempo se le agrega la cantidad de reactivo colector, xantato etílico de sodio marca Sinochem, con las cantidades que muestra la tabla 3 y unos 30 segundos antes de que se termine el tiempo de acondicionamiento se agregaron dos gotas de espumante, aceite de pino marca Química Hercules, S.A de C,V, para continuar con la apertura de la válvula de aire de la celda, recolectando el concentrado plomo en una charola previamente etiquetada.

Tabla 3. Cantidad de reactivo en flotación de plomo.

Tabla 4. Cantidad de reactivos en flotación de zinc. Flotación de Zn

Flotación de Pb

Prueb a

Tipo

Xetil g/to n

Xisop g/to n

ZnSO4·7H2 O

NaC N

g/ton

g/ton

12

32

3560

150

13

25

1783

100

30

1783

150

15

3560

70

14 9 15

c/limpi a c/limpi a

Prueb a 1 2 3 4

30

1783

150 5

Durante la recolección del concentrado de plomo se realizo una tentadura con un plato cóncavo de 10cm de radio anotando las observaciones pertinentes con el objetivo de observar la evolución de las pruebas. 2. Flotación de Zinc. La cantidad de pulpa que quedo de la etapa anterior, cola de plomo, se agito a 1200rpm, para modificar el pH a 11, después de obtener dicho pH se agito la pupa por 10min, tiempo de acondicionamiento, en los cuales se agregaron los reactivos correspondientes, sulfato de cobre heptahidratado, activador y los colectores, Aerofloat 211 y xantato isopropílico de sodio marca CIANAMID y Sinochem, como muestra la tabla 4, después del tiempo transcurrido se abrió la válvula de aire recolectando el concentrado de zinc en una charola previamente etiquetada.

Tipo

c/limpi a c/limpi a

Aeroflo at

g/ton

g/ton

Xisop g/to n

3000 1566 1566

50 50 50

20 20 20

3.11 1.85 1.77

3000

50

30

2.2

1566

50

20

1.87

CuSO4·5H2 O

211

CaO kg/to n

Nota: Las pruebas con limpia se realizaron con una celda con capacidad de 0.5 Kg Durante la recolección del concentrado de Zinc se realizo una tentadura con un plato cóncavo de 10cm de radio anotando las observaciones pertinentes con el objetivo de observar la evolución de las pruebas. Por último los productos de flotación, concentrados y colas, son despojados del agua contenida en pulpa con un filtro de laboratorio, de 30 cm de diámetro y un motor de vacío de 3HP, después de que el filtro desalojo la mayor cantidad de agua los productos son contenidos en charolas de metal para secarlos perfectamente en el horno a 60°C. Cada uno de los productos, ya secos, se pesan y se etiquetan para contenerlos en bolsas de plástico y mandarlos a su análisis químico con la finalidad de realizar el correspondiente balance. En la Fig. 2 se muestra el diagrama de flujo que muestra la metodología de la flotación de plomo y de zinc.

PRUEBA DE FLOTACIÓN DE PLOMO

PRUEBA DE FLOTACIÓN DE ZINC

FILTRADO, SECADO, PESO DE MASA Y VALORACIÓN

Tabla 5. Balance metalúrgico. Balance metalúrgico

Molienda condiciones standar

Adición de reactivos 1. ZnSO4 7H2O 2. NaCN 3. CaO

Agitación de la cola de Pb a 1200rpm y aseguramiento de válvula de aire cerrada

Filtrado de concentrado Pb, Zn y colas final

Modificación de pH a 11 unidades

Secado de concentrado Pb, Zn y cola final

Molienda 36min P100 a 120#

Tiempo de acondicionamiento 10min y adición de reactivos 6. CuSO4 H2O 7. Aerofrot 211 8. Xantato

Descarga de producto de molienda a celda de flotación

Abrir válvula de aire y recolectar concentrado de Zn

Agitación de cabeza de Pb a 1200rpm y aseguraramiento de válvula de aire cerrada

Toma de peso de masa para concentrado Pb, Zn y colas finales

Análisis Q. Prueba

1

Análisis químico

Balance de flotación

2

Tiempo de acon. 6min y adición de reactivos 4. Xantato 5. Espumante

Abrir válvula de aire y recolectar concentrado de Pb

3

Fig. 2. Metodología de la flotación de plomo y zinc. 3. Pruebas cualitativas de flotaciones de Pb y Zn en pruebas Batch y c/limpia. Las tentaduras de las pruebas Batch (1, 2 y 3) de la etapa de flotación de Pb, mostraron en las tentaduras una estela linear gruesa de galena con aspecto azul metálico (especie liberada) seguida de una línea delgada esfalerita con poca contaminación de sílice y fierro, en la ganga de forma general se observa especies mixtas de cuarzo con galena. Al igual en las tentaduras de la flotaciones Batch de la etapa de Zn (pruebas 1, 2, 3) tienen un aspecto físico bueno formando una estela gruesa de esfalerita de color café rojizo además de tener una línea delgada de galena y poca cantidad de sílice y fierro como ganga; Por último las pruebas Batch con limpias (4 y 5) muestran un aspecto

Recuperación

Producto Peso[g] Pb[%] Zn[%] % Pb % Zn Cabeza Conc. Pb Conc. Zn Colas Ley calc. Conc. Pb Conc. Zn Colas Ley calc. Conc. Pb Conc. Zn Colas

Ley calc. Conc. Pb M1 Pb M2 Pb M3 Pb Conc. Zn 4 c/limpia M1 Zn M2 Zn M3 Zn Colas Ley calc. Conc. Pb M1 Pb M2 Pb Conc. 5 Zn c/limpia M1 Zn M2 Zn Colas ley calc.

3.1 88.4 24.25 103.6 789.9 981.9

1.15 0.68

2.85 61.5 125.7 800.9 988.1

84.1 106.4 795.9 986.4

37

8.5 76.56 11.55 11.11 4.26 52.5 0.4 19.18

7 72.05

3.2

6.71

9.48

6.49 16.07

9.95 90.01 18 3.5

7.86

9.5 79.71 12.08 11.73

1.1 0.66

52.5 0.29

3.21

6.71

0.5 1.7 3.15 2.2 0.52

83.6 4.86

6.63

47.5 0.29

50.7 38.63 24.3 2.4 10.4 5.6 7.8 18 57 22.4 5.5 2.2 812.5 992.8

6.58

2.5 0.71

30

RC

3.7 84.43 16.6 3.49

7 71.83 4.5 2.14 17.5 2.14 18.75 5.15

9.27

5.49 19.58 1.69 2.82 2.26

1.05 46.29 17.42 52.5 9.7 1.4 3.36 20 0.64 1.7 35 0.18 1.19 2.8 15.49 35.19

2.75

6.51

43.9 50.9 19.2

37.5 4.4 12.4

9 8.5 11

97.7 11.1 19.1 749.1 991

1.6 2.2 6.5 0.51

5.59 75.08 52 3.7 0.87 0.61 18 4.44 5.08 0.35 13.67 3.87

2.82

6.83

58.9 8.01 8.52

5.84 22.57 6.39 3.12 7.67

Del balance mostrado en la tabla 5, se grafican las cantidades de ley y recuperación de Pb y de Zn, asistido con la relación de recuperación de los concentrados y colas, de las pruebas batch abiertas (1, 2 y 3), como se muestran en las siguientes figuras, respectivamente.

Conc.Zn

Prueba 4 5

Conc. Pb

70 60 50 40 30 20 10 0 RC:1

0

5

10

15

20

25

38.5

1.6

Ley Pb 0.52, 0.52

0.5

37.5

Conc. Pb

Conc. Zn

80

Prueba 1 2 3

70

Relación de concentración-Recuperación de Zn c/limpia 90

60

Colas

Conc.Zn

Prueba 4 5

Conc. Pb

80

50

70 40 Recuperación

Recuperación

Colas

80

Figura 5 R.C, Recuperación en flotaciones con limpia de Pb

R.C & Recuperación de Pb 90 Colas

Relación de concentración-Recuperación de Pb c/limpia 90

Recuperación

aceptable, obteniendo así las pruebas para su análisis químico correspondiente. Para obtener una mejor información se realiza un balance metalúrgico que se presenta en la tabla 5.

30 20 10 0

60 50 40 30 20

RC:1

0

2

4

6

8

10 3.1

12

14

24

16

18

10

37

Ley Pb 0.68, 0.71, 0.66

1.1

1.5

30

0

Figura 3 R.C, Recuperación en flotaciones de Pb

RC:1

0

5

10

15

20

25

1.05

52

Ley Zn 2.8, 0.35

52.5

5.59

R.C & Recuperación de Zn 100

Colas

Conc. Zn

Conc. Pb Prueba 1 2 3

Recuperación

80

60

40

20

0 RC:1

0

2

4

6

8

10 52

12 8.5

14

16

18

7

Ley Zn 0.4, 0.29, 0.29

47

52

Figura 6 R.C, Recuperación en flotaciones con limpia de Pb

CONCLUSIONES. Para la especie de Pb las pruebas Batch demuestran que se debe trabajar bajo las condiciones de la prueba 2 obteniendo una ley de concentrado del 37% con el 76% de recuperación y un 0.66% de Pb en colas.

9.5

Figura 4 Relación de concentración, recuperación en flotaciones de Zn

Para la especie de Zn las pruebas Batch demuestran que se debe trabajar bajo las condiciones de la prueba 3 obteniendo una ley de concentrado del 52% con el 80% de recuperación y un 0.29% de Zn en colas.

La ley alta de plomo en colas muestra, que puede existir una falta de liberación por la relación entre la especie de cuarzo, o una falta de selectividad de reactivo en la etapa.

BIBLIOGRAFÍA 1. Dana, E.S. Texbook of Mineralogy, 4th ed, jonh Wiley & Sons, New York, 1945. 2. Fred C. Bond, Crushing and Grinding Calculations, British Chemical Engineering, 1961. 3. H. Nematollahi, New size laboratory ball mill for Bond Work Index determination, University of Tehran, Tehran, Irán. 21 May 1993.

Las pruebas Batch con limpia demuestran un aumento en la calidad del concentrado de ambas etapas, mejorando la ley hasta un 38% en la etapa de Pb y bajando el contenido de Pb hasta 0.5% en la epata de Zn.

4. A. M. Gaudin, Principles of Mineral Dressing, McGraw-Hill Book Company ink. 1932, pp 7089. 5. N. L. Weiss, Mineral Processing Handbook, SME, USA, 1985, Volume 1 and 2, pp 5-82, 5-103, 30-67, 32- 15, 39-90. 6. Taggart, A. F., Handbook of Mineral Dressing, Jonh Wiley & Sons, New York, 1947, pp 12-26, 12-11-130.