Capítulo 3-Reactivos de flotación.pdf

Universidad de Concepcin

Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Metalrgica

1

Curso Flotacin

(542401)




Profesor: Leopoldo Gutirrez Briones

Semestre 1-2014




CAPTULO 3

REACTIVOS DE FLOTACIN

2




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




Conceptualizacin

Flotacin

Flotacin

de

Minerales

Proceso

Termodinmico

Reactivos

Qumicos

Mineraloga

, Qumica

de

Superficies

Proceso

Cintico, Fsico

Mquina de

Flotacin




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




Conceptualizacin

Flotacin

-Mineraloga

-Presencia de arcillas




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.




Colectores





Colectores: adsorcin


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.




Colectores: adsorcin en doble capa


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.




Colectores: adsorcin en doble capa





Colectores ionizables catinicos (Aminas)


NHR 2

NHRR 21

NRRR 321

Aminas primaria

Aminas secundaria

Aminas terciaria






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.






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.






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.






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)




Colectores aninicos (cidos Grasos-Fatty Acids)


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.



Departamento de Ingeniera Metalrgica Reactivos de flotacin

cido carboxlicos y sus sales







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.




Colectores aninicos (Xantatos)


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.




Espumantes


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.




Espumantes


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).




Espumantes: caracterizacin de espumantes


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




Espumantes


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.




Espumantes: concentracin crtica micelar


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.




Espumantes: concentracin crtica micelar


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)




Espumantes: ndice de espumabilidad dinmica (DFI)


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)




Espumantes: indice de espumabilidad dinmica (DFI)


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.




Espumantes: tamao de burbujas


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.




Espumantes: concentracin crtica coalescencia (ccc)


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.



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




Espumantes


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.




Espumantes


La adhesin partcula-burbuja

se produce cuando se cumple

la relacin:

tt colisini




Espumantes


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.




Modificadores


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.




Modificadores


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.




Modificadores


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 .




Modificadores


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.

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