Capítulo 3-Reactivos de flotación.pdf
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Universidad de Concepcin
Facultad de Ingeniera
Departamento de Ingeniera Metalrgica
1
Curso Flotacin
(542401)
Universidad de Concepcin
Facultad de Ingeniera
Departamento de Ingeniera Metalrgica
Profesor: Leopoldo Gutirrez Briones
Semestre 1-2014
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CAPTULO 3
REACTIVOS DE FLOTACIN
2
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3
Flotacin
La flotacin consiste en la adhesin selectiva de partculas valiosas
hidrofbicas a burbujas de gas, producto de lo cual se forman agregados
partcula-burbuja lo cuales por su baja densidad aparente respecto de la
pulpa, flotan formando una corriente de alta ley en el elemento de valor
llamada concentrado.
Partculas
hidrofbicas
Partculas
hidroflicas
Conceptualizacin
-
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Departamento de Ingeniera Metalrgica
Conceptualizacin
Flotacin
Flotacin
de
Minerales
Proceso
Termodinmico
Reactivos
Qumicos
Mineraloga
, Qumica
de
Superficies
Proceso
Cintico, Fsico
Mquina de
Flotacin
-
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Conceptualizacin
Flotacin
Espuma
Burbujas Pulpa Adhesin partcula-
burbuja
Desadhesin partcula-
burbuja
Transporte a
zona de espuma Arrastre
Drenaje
Aire u otro gas Mineral+agua
Concentrado Aire
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Conceptualizacin
Flotacin
-Mineraloga
-Presencia de arcillas
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Reactivos de flotacin
Flotacin
El proceso de flotacin requiere el uso de reactivos qumicos: colectores,
espumantes, modificadores (activadores, depresores, modificadores de pH).
Colectores: permiten inducir hidrofobicidad en partculas minerales.
Espumantes: aumentan el rea de contacto burbuja-partcula, estabilizan la espuma
y reducen el tiempo de induccin (adhesin partcula-burbuja).
Modificadores: permiten manejar las condiciones fsico-qumicas del sistema para
mejorar la eficiencia del proceso de flotacin.
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Colectores
Reactivos de flotacin
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Colectores: adsorcin
Reactivos de flotacin
El extremo polar de las molculas de colector se adsorbe sobre las
superficies de las partculas hidroflicas, eliminando los sitios inicos que
interactuan con el agua. De esta forma el extremo no polar o hidrofbico
queda expuesto hacia afuera generando un recubrimiento hidrofbico
(recubrimiento colector). De esta forma la partcula pasa a comportarse como
una partcula hidrofbica.
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Colectores: adsorcin en doble capa
Reactivos de flotacin
Si se sobredosifica el colector, los extremos no polares hidrofbicos
interactan a travs de fuerzas hidrofbicas, formndose una doble capa de
adsorcin. En este caso el extremo polar o hidroflico de las molculas
queda expuesto hacia afuera generando un recubrimiento hidroflico, lo
que origina una baja en recuperacin.
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Colectores: adsorcin en doble capa
Reactivos de flotacin
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Colectores ionizables catinicos (Aminas)
Reactivos de flotacin
NHR 2
NHRR 21
NRRR 321
Aminas primaria
Aminas secundaria
Aminas terciaria
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Colectores ionizables catinicos (Aminas)
Reactivos de flotacin
NHRHNHR 32
Las aminas primarias se pueden ver como derivados del amoniaco (NH3) con
un tomo de hidrgeno remplazado por un radical (R). La formula general es
la siguiente:
NHR 2 Donde )10n(HCR 1n2n
En medio acuoso reaccionan con cidos formando sales.
ClNHRHClNHR 32
Se adsorben sobre las partculas minerales
a travs de interacciones electroestticas.
Caso flotacin KCl en salmueras.
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Colectores ionizables catinicos (Aminas)
Reactivos de flotacin
Las aminas primarias se usan en la flotacin catinica de minerales tipo
xidos (cuarzo, hematita), sales de KCl.
Flotacin de SiO2 usando aminas primarias de largo de cadena
(R) variables a pH 7 (Fuerstenau et al., 1964)
Colectores de cadena larga (R)
son mucho ms potentes.
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Colectores ionizables catinicos (Aminas)
Reactivos de flotacin
Potencial zeta y flotacin de goethita (a-FeO(OH)) usando aminas primarias y colectores tipo sulfatos, sulfonatos
(aninicos) (Iwasaki et al., 1960)
A valores de pH sobre 7 cuando el
potencial zeta de la goethita es
negativo la eficiencia de la flotacin
es alta con aminas (colector
catinico) y baja con sulfatos y
sulfonatos (colectores aninicos). A
valores de pH bajo 7 cuando el
potencial zeta de la goethita es
positivo las aminas no se adsorben
y por lo tanto la flotacin no es
eficiente. A valores de pH bajos la
adsorcin de colectores aninicos
es alta.
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Colectores ionizables catinicos (Aminas)
Reactivos de flotacin
Flotacin de alumina (Al2O3) usando aminas primarias y
colectores tipo sulfatos (aninicos) (Modi and Fuerstenau,
1960). El punto isoelctrico (iep) de la almina es 8.8-9.
Potencial zeta a alumina (Al2O3) en KBr y KNO3. El punto isoelctrico (iep) de la almina es 8.8-9.
Punto
isoelctrico
(iep)
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Colectores aninicos (cidos Grasos-Fatty Acids)
Reactivos de flotacin
Los cidos grasos son cidos carboxilicos con una cadena hidrocarbonada
larga. La formula general es la siguiente:
COOHR Donde saturados)11n(HCR 1n2n saturadosno)11n(HCR 1n2n
Nombre cido Frmula
Laurico CH3(CH2)10CO2H
Mirstico CH3(CH2)12CO2H
Palmitico CH3(CH2)14CO2H
Palmitoleico CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H
Esterico CH3(CH2)16CO2H
Oleico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H
Linoleico CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6CO2H
El cido oleico es muy usado como colector aninico. El anin oleato
(CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2) forma compuestos insolubles con el calcio de las
apatitas (fosfatos). Estos compuestos muestran propiedades hidrofbicas. El
mecanismo de adsorcin es qumico.
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Departamento de Ingeniera Metalrgica Reactivos de flotacin
cido carboxlicos y sus sales
Colectores aninicos (cidos Grasos-Fatty Acids)
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Colectores aninicos (cidos Grasos-Fatty Acids)
Reactivos de flotacin
Flotacin de calcita en funcin de la concentracin de cido
graso a pH 9.7 (Fuerstenau and Miller, 1967).
Colectores de cadena
larga (R) son mucho ms
potentes.
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Colectores aninicos (Xantatos)
Reactivos de flotacin
Los xantatos y sus derivados son muy usados en la
flotacin de minerales de cobre. Tienen grupos
polares y cadena hidrocarbonada corta. Los xantatos
son derivados del cido xntico.
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Espumantes
Reactivos de flotacin
Los espumantes tienen una distribucin dispareja de grupos polares
(interactan con el agua) y grupos no polares que permiten la orientacin
preferencial en la interface agua/aire.
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Espumantes
Reactivos de flotacin
Muy usados en la actualidad. Mezclas de
alcoholes con 6-8 carbones. Muy poco solubles
en agua. Permiten un buen control del tamao
de burbuja (Elmahdy and Finch, 2013).
Usados en los inicios de la flotacin. Producidos
de resinas de pino. Funcionan bien en el
procesamiento de minerales arcillosos. En la
flotacin de minerales de metales base y cobre
porfdico se usan en conjunto con alcoholes
alifticos. Lamentablemente hoy su
disponibilidad es limitada.
Usados al principio pero txicos.
Muy usados en la actualidad. Muy solubles.
Generan espumas ms estables que los
alcoholes (Elmahdy and Finch, 2013).
El grupo (5) incluye Dowfroths (Dow), Aerofroths (Cyanamid), Aerosurfs (Witco), Terric 400 frothers (ICI Australia).
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Espumantes: caracterizacin de espumantes
Reactivos de flotacin
Los espumantes se pueden caracterizar utilizando varias tcnicas entre las que se
pueden mencionar las siguientes:
Mediciones de tensin superficial y concentracin crtica micelar ndice de espumabilidad dinmica (DFI) Mediciones de distribucin de tamao de burbujas y concentracin crtica de
coalescencia (ccc)
Mediciones de tiempo de induccin
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Espumantes
Reactivos de flotacin
Addison et al., 1945.
El espumante produce una disminucin de la tensin superficial del agua. La
magnitud de esta disminucin se puede usar para estimar la potencia del espumante.
Espumantes potentes producen una baja considerable de la tensin superficial del
agua a bajas dosis.
Aston et al., 1983.
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Espumantes: concentracin crtica micelar
Reactivos de flotacin
La concentracin crtica micelar corresponde a la concentracin a la cual las
molculas de espumante comienzan a formar micelas. Las micelas son agregados de
molculas de espumante originados por la accin de las interacciones hidrofbicas de
la parte no polar de las molculas. Adiciones de espumante sobre cmc no producen
una disminucin adicional de la tensin superficial. Mientras menor es el valor cmc
ms potente es el espumante.
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Espumantes: concentracin crtica micelar
Reactivos de flotacin
Bajo cmc la relacin entre concentracin de surfactante y tensin superficial est
dada por la ecuacin de Gibbs:
dc
d
RT2
c
clnd
d
RT2
1s
s : densidad de adsorcin de surfactante (espumante) en la interface aire/agua (mol/m2)
c : concentracin de surfactante (espumante) en solucin (mol/m3)
R : constante universal de los gases (J/(mol*K))
T : temperatura (K)
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Espumantes: ndice de espumabilidad dinmica (DFI)
Reactivos de flotacin
El ndice de espumabilidad dinmica DFI se determina a travs de pruebas de
espumabilidad en una columna. En estas pruebas se mide en dos fases el volumen
de gas en una columna de vidrio en funcin del flujo de aire inyectado (Figura 1).
Luego se calculan los tiempos de retencin (rt) para cada concentracin de
espumante (c) los cuales se grafican (Figura 2). El DFI es el valor de la pendiente de
la curva rt versus c cuando c tiende a cero. La ventaja de este mtodo respecto de
las mediciones de tensin superficial es que este es un test dinmico (la flotacin es
un proceso dinmico).
(1) (2)
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Espumantes: indice de espumabilidad dinmica (DFI)
Reactivos de flotacin
Espumante rt, s DFI, s*dm3/mol
MIBC 13.1 35786
n-hexanol 38.3 42748
DF-200 - 196000
DF250 - 208000
DF-400 72.8 802142
DF-1012 - 267000
Laskowski, 2003, IMPC Cape Town
Sweet et al., 1997
Un valor de DFI alto quiere decir que el espumante produce un volumen alto de
espuma a bajas concentraciones. Un tiempo de retencin alto significa que la espuma
es persistente.
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Espumantes: tamao de burbujas
Reactivos de flotacin
La determinacin de la distribucin de tamao de burbujas permite caracterizar
distintos espumantes. En general se pretende usar espumantes que generen
distribuciones de tamao de burbujas ms finas, especialmente para mejorar la
flotacin de finos.
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Espumantes: concentracin crtica coalescencia (ccc)
Reactivos de flotacin
La concentracin crtica de coalescencia es la concentracin lmite despus de la cual
el dimetro de burbuja no disminuye. A condiciones hidrodinmicas constantes (flujo
de aire, velocidad de agitacin del rotor) no tiene sentido trabajar a valores de
concentracin de espumantes mayores a ccc. A valores sobre ccc slo las
condiciones hidrodinmicas afectan el tamao de burbujas.
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Departamento de Ingeniera Metalrgica Reactivos de flotacin
El espumante DF 250 es mucho ms
potente que el MIBC en reducir el tamao
de burbuja.
El espumante F 150 genera una altura de
espuma mucho mayor que el Pentanol
(alcohol). Los espumantes tipo poliglicol
generan espumas ms persistentes que los
alcoholes. Los alcoholes permiten un mejor
control del tamao de burbuja.
Elmahdy and Finch, 2013. Elmahdy and Finch, 2013.
Espumantes: tamao de burbujas
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Espumantes
Reactivos de flotacin
Los espumantes tambin producen una disminucin del tiempo de induccin.
El tiempo de induccin (ti) se
define como el tiempo mnimo
necesario para romper el film
lquido existente entre partcula-
burbuja hasta que se produzca
adhesin entre ambas fases.
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Espumantes
Reactivos de flotacin
La adhesin partcula-burbuja
se produce cuando se cumple
la relacin:
tt colisini
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Espumantes
Reactivos de flotacin
Otras funciones del espumante son las siguientes:
Debe ser capaz de producir una espuma de comportamiento reolgico tal que permita alta movilidad, crecimiento y fcil evacuacin desde la
mquina de flotacin. Esto para evitar subir el nivel de la pulpa y
contaminar el concentrado.
No debe tener un efecto colector de ganga (aceite de pino).
La operacin industrial debe siempre considerar la accin del colector como posible causa de problemas de recuperacin y eficiencia del
proceso de flotacin.
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Modificadores
Reactivos de flotacin
1) Reguladores de pH
a) Cal (CaO)
OHCaO CaH 22
b) Hidrxido de sodio (NaOH)
OHNaOH Na
c) Carbonato de sodio (Na2CO3)
OHHCOOHCO
322
3
c) cidos fuertes (HCl, H2SO4). Para bajar pH.
Reaccionan con los minerales.
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Modificadores
Reactivos de flotacin
2) Dispersantes
a) Inorgnicos
Solubles en agua: poli fosfatos (PnO3n+1)(n+2)-, poli silicatos (mNa2nSiO2). Estos
silicatos y fosfatos tambin hidrolizan y aumentan el pH.
b) Orgnicos Polisacridos (dextrina, almidones, celulosas, gums), plifenoles, poliacrilatos.
Los dispersantes orgnicos para que funcionen como dispersantes tienen que
tener un peso molecular menor a 250.000. En caso contrario funcionan como
floculantes.
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Modificadores
Reactivos de flotacin
3) Depresantes
a) Inorgnicos: previenen que los colectores interacten con los minerales -Iones polivalentes como Ca y Mg. NaHS depresa CuFeS2 en la flotacin Cu-Mo.
-Silicatos: se usa en flotacin de fosfatos para depresar arcillas carbonatadas.
-Cianuros: depresa la flotacin de sulfuros
b) Orgnicos: actan induciendo hidrofilicidad en partculas hidrofbicas
Polisacridos, cidos hmicos .
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Modificadores
Reactivos de flotacin
4) Activadores
a) Surfactantes catinicos: las aminas activan el carbn oxidado y otros sulfuros
b) Cationes polivalentes: activacin de esfalerita con Cu2+ (kps CuS= 10-36; kps
ZnS= 10-23).
c) Aniones polivalentes: activacin de PbCO3, con S2-. En este caso se forma PbS
en la superficie de PbCO3.