FLOTACIÓN DE MINERALES

FLOTACINDEMINERALES MIN350

CAPTULO II

FASES E INTERFASES EN EL PROCESO DE FLOTACIN

2.1.- FASES

Como se vio en el anterior captulo, la flotacin contempla un contacto intimo entre tres fases, de las cuales la lquida (agua) y gaseosa (aire) son casi invariables mientras que la slida (minerales), es la que varia de un caso a otro. Aparte de estos componentes fundamentales de la flotacin, hay que sealar los reactivos que se agregan para causar ciertos cambios favorables para el desarrollo del proceso y tambin hay que recordar las contaminaciones ocasionales que llevan los minerales y el agua.

Siendo la flotacin un proceso que se desarrolla ntegramente en la fase lquida es evidente que para su mejor comprensin es necesario estudiar con mayor detencin los fenmenos que ocurren en el agua cuando se forman sistemas en que se incorporan a ella slidos y gases. Y como el proceso est relacionado con los cambios de propiedades superficiales, tanto en los minerales como en las interfases de contacto, es preciso iniciar su estudio terico con un anlisis de los fenmenos que ocurren entre el slido y el lquido, el lquido y el gas y el slido y el gas. Como veremos posteriormente, en todos estos casos los fenmenos de hidratacin y adsorcin en general son de gran importancia.

2.1.1. - EL SLIDO

Los cuerpos slidos tienen generalmente una estructura cristalina, por lo menos en lo que se refiere a los minerales. Esta estructura es una consecuencia de la composicin qumica de las molculas, iones y tomos componentes que son, cada uno, un cuerpo complejo.

Segn la fsica moderna, las fuerzas que unen las partculas elementales en unidades ms complejas se debilitan cada vez ms con el aumento de tamao del conjunto. Por ejemplo, las fuerzas nucleares que unen los protones con los neutrones son aproximadamente 100 veces mayores que las fuerzas elctricas que unen los protones y electrones en un tomo. Por otra parte los enlaces qumicos que rigen entre tomos y que forman las molculas son mucho ms fuertes que las fuerzas que une a stas (fuerzas de Van der Waals). En la interpretacin de los fenmenos de flotacin, principalmente nos interesarn las fuerzas medianas y dbiles de los enlaces qumicos y fsicos (Van der Waals) y las fuerzas residuales moleculares que explican otros fenmenos secundarios. Cada partcula slida que se trata por el proceso de flotacin, inicialmente se reduce en su tamao, fenmeno que inevitablemente va acompaado por el rompimiento de los enlaces qumicos o fsicos con la consiguiente creacin de fuerzas residuales en su superficie.

Hay tres distintos tipos de enlaces qumicos: inico, covalente y metlico. El enlace inico se caracteriza por el intercambio de electrones entre los iones para completar las capas electrnicas hasta su mxima estabilidad; el enlace covalente se caracteriza por la falta de electrones para formar los octetos estables y de aqu la comparticin de

9


electrones; finalmente el enlace metlico se caracteriza por la disponibilidad de un exceso de electrones que forman la as llamada nube electrnica. Cada tipo de enlace proporciona a la materia caractersticas especficas, algunas de las cuales tienen importancia para la flotacin. Por ejemplo, la alta conductividad elctrica y trmica, el brillo natural y la extraordinaria maleabilidad de los metales se atribuyen precisamente a la presencia del exceso de electrones. Por otra parte, este exceso de electrones es tal vez la causa de la relativa debilidad mecnica de los enlaces metlicos, pues los covalentes, donde faltan los electrones, son enlaces ms firmes (diamante).

Aparte del carcter de los enlaces qumicos, en la estructura de un slido es de considerable importancia su sistema cristalino. Este sistema influye decisivamente en el tipo de superficie de ruptura que se va a formar en la reduccin de tamao del mineral. Esta superficie y no la estructura interior del mineral es la que determina el comportamiento de la especie en el proceso de flotacin.

Hay distintas maneras de clasificar los minerales segn su sistema cristalino. Las clasificaciones clsicas, mineralgicas, no sirven para nuestro propsito, pues son de carcter formal y precisamente no consideran las propiedades superficiales creadas. Gaudin ha hecho una clasificacin que toma en consideracin el tipo de enlace qumico en los cristales: el control estructural de los enlaces residuales y la estructura inica, si ella existe.

En resumen, se puede observar que para el carcter de las nuevas superficies creadas es de importancia si los cristales estn formados por iones, tomos o molculas; si tienen planos de clivaje; si son filiformes, foliformes, etc. Todos estos factores determinan la manera de ruptura del slido al aplicarle una fuerza exterior y el tipo de superficie creada (con o sin fuerzas qumicas residuales; con o sin planos de clivaje; con o sin fuerzas fsicas residuales; con o sin fuerte tendencia a la polarizacin).

Las propiedades hidroflicas e hidrofbicas que determinan la flotabilidad natural de los minerales, estn directamente relacionadas con su polaridad. Se ha podido establecer que los minerales apolares igual que los compuestos qumicos apolares, generalmente son simtricos en su estructura, no intercambian electrones dentro de sus molculas, no se disocian en iones y son generalmente qumicamente inactivos. Estos compuestos apolares son tambin hidrofbicos, pues no reaccionan con los dipolos de agua. Ejemplos clsicos de este grupo son el grafito, el azufre nativo, el talco, la molibdenita y otros sulfuros, todos ellos minerales con enlaces covalentes.

Los minerales polares e hidroflicos se caracterizan por su estructura asimtrica, intercambio de electrones en la formacin de enlaces (enlace inico) y extraordinaria actividad qumica en general. Es importante tambin sealar que los cristales de sustancias inorgnicas son en general de carcter molecular, lo que los distingue de las sustancias orgnicas que a menudo forman cristales moleculares.

Aparte de estas propiedades fundamentales de los slidos, hay que tomar en consideracin que, generalmente, se trabaja con especies mineralgicas que no son ni puras ni de estructura cristalina perfecta. Como lo demuestran los estudios

10


mineralgicos y metalrgicos, los sistemas cristalinos padecen de distintos tipos de fallas, tales como dislocaciones de iones en su red cristalina, trizaduras de los cristales, vacancias, reemplazos de iones legtimos por iones ajenos (isomorfismo), etc. De este modo los planos de clivaje o ms bien las superficies de ruptura, que se producen en las operaciones de reduccin de tamao, ni son tan perfectas ni tan puras como la teora lo exige, sino con contaminaciones y fallas considerables, Todo esto, naturalmente, hace que los minerales se comporten en relacin con el proceso de flotacin, no exactamente del modo como lo exige la teora.

Resumiendo, los factores de importancia en el proceso de flotacin, en lo que se refiere a los slidos, son los siguientes:

1) Carcter de la superficie creada en la ruptura del slido (tipo de superficie, fuerzas residuales de enlace).

2) Imperfecciones en la red cristalina natural.

3) Contaminaciones provenientes de los slidos, lquidos y gases.

Estos factores, especialmente 2 y 3 que son especficos para todo yacimiento, ya sean por sus antecedentes geolgicos, condiciones climatricas, o mtodo de explotacin, hacen imposible predecir con toda seguridad el comportamiento del mineral en un proceso de flotacin y determinan la aplicacin del siguiente lema prctico: a todo yacimiento corresponde su propia llave metalrgica, o sea, todo mineral tiene su mtodo especfico de flotacin.

2.1.2. - EL AGUA

El agua es el elemento en el cual se efecta la flotacin, debido a su abundancia y bajo precio. Aparte de esto, tiene ciertas propiedades especficas que la hacen de considerable inters terico en el proceso de flotacin. Las molculas de agua estn formadas por dos tomos de hidrgeno y uno de oxigeno que estn ligados por medio de dos enlaces covalentes. La naturaleza resonante de estos enlaces hace que los tomos de hidrgeno, con respecto al de oxigeno, formen entre s un ngulo de 109 30. Dicho ngulo es la causa de la distribucin asimtrica de las cargas elctricas dentro de la molcula de agua. Las cargas asimtricas forman entre si un dipolo que comunica a las molculas de agua fuertes propiedades polares. Este dipolo, cuyo momento se calcula en 1,84 x 10-18 unidades electrostticas, es la causa de las notables propiedades del agua como un solvente fuerte.

La gran polaridad del agua es la razn por la cual no existen molculas monomoleculares de tipo H2O, y porque normalmente las molculas se asocian entre s formando complejos entre dos, tres y ms molculas o complejos con ion hidrgeno (polmeros e hidronio respectivamente). La misma polaridad es la causa de la hidratacin de los iones en soluciones acuosas. Los iones metlicos y aniones se asocian activamente con las molculas de agua, siendo el nmero de molculas directamente proporcional a la carga elctrica de los iones e inversamente proporcional

11


a su tamao (dimetro). De este modo, mientras mayor es la carga del ion y menor es su dimetro, mayor es su hidratacin.

Generalmente, los cationes polivalentes se asocian con 6 a 8 molculas de agua. Los aniones, por su parte, son menos susceptibles a la hidratacin.

Hay que mencionar tambin que no son slo las materias inicas las que se hidratan en su solucin en agua. Las materias que se disuelven en forma molecular tambin son susceptibles de hidratarse, aunque no tan fuertemente (alcoholes).

Las propiedades anteriormente sealadas son de particular importancia para el proceso de flotacin por cuanto directamente explican el distinto comportamiento de los slidos frente al fenmeno de la mojabilidad. Esta, o las propiedades hidroflicas, no son nada ms que la capacidad de los slidos de hidratarse. Ahora bien, si la materia es elctricamente inactiva, o sea, si no posee polaridad o enlaces libres, es evidente que no hay condiciones para atraer las molculas de agua y mojarse, pues la asociacin entre molculas de agua es ms fuerte que entre las del slido y de agua. Al contrario, las materias de carcter polar o inico se hidratan rpidamente y se disuelven si la energa de hidratacin es mayor que la fuerza del enlace cristalino.

En general, en la hidratacin, la adsorcin de las molculas de agua tiene un carcter ordenado slo en las situadas en la vecindad del slido. Estas molculas estn estrictamente orientadas segn la distribucin de sus polos. Las molculas que forman la nube perifrica de las partculas ya no estn ni tan firmemente ligadas ni tan bien orientadas, pues estn sujetas a los fenmenos de difusin producidos por cambios de temperatura y movimientos dentro del lquido. Se ha observado, por ejemplo, que las materias slidas son menos hidroflicas a medida que aumenta la temperatura de la pulpa. Esto dio origen a cierto proceso de flotacin con pulpas precalentadas.

Finalmente, hay que subrayar la importancia de las impurezas y contaminaciones que tiene toda agua natural o industrial. En primer lugar hay que mencionar la dureza del agua, o sea, la contaminacin natural causada por sales de calcio, magnesio y sodio. Estas sales y otro tipo de contaminaciones no slo pueden cambiar la naturaleza de la flotabilidad de ciertos minerales sino que tambin son casi siempre causa de un considerable consumo de reactivos de flotacin con los cuales a menudo forman sales insolubles.

Aparte de la contaminacin inorgnica existe tambin la contaminacin orgnica que puede ser mucho ms importante y peligrosa, particularmente si se trata de aguas servidas. Estas pueden llevar distintos coloides que se adhieren a los slidos y cambian sus superficies. Adems cambian las caractersticas de los reactivos de flotacin.

Las razones anteriores indican la importancia que tiene que ser prestada a la calidad del agua en todo proceso de flotacin, pues se conocen casos en que por falta de atencin a este problema, plantas perfectamente estudiadas y diseadas, fallaron en su operacin por largos periodos de tiempo.

12


2.1.3. - EL GAS

Con excepcin de ciertos casos de carcter experimental, la flotacin industrial se efecta exclusivamente con aire. La funcin del aire en la flotacin tiene distintos aspectos de los cuales los principales son dos: 1) el aire influye qumicamente en el proceso de flotacin, 2) es el medio de transporte de las partculas de mineral hasta la superficie de la pulpa.

La introduccin de aire en la pulpa tambin tiene un carcter doble: por una parte, toda agua trae una cierta cantidad de aire disuelto; y por otra, el aire se introduce mecnicamente en la pulpa por medio de las mquinas de flotacin.

El aire es una mezcla de nitrgeno (78,10%) y oxigeno (20,96%) con pequeas cantidades de dixido de carbono (0,04%) y gases inertes tales como argn y otros. La solubilidad de los componentes de una mezcla de gases es proporcional a sus presiones parciales.

Aparte de la solubilidad de los gases en el agua, en los procesos de flotacin hay que considerar la saturacin de las burbujas de aire con el vapor de agua. Tomando en consideracin la activa adsorcin de los gases sobre la superficie de los minerales y su actividad qumica sobre los ltimos, este factor puede ser de considerable importancia, pues la humedad en presencia de oxigeno aumenta considerablemente la oxidacin. Se ha podido comprobar, por ejemplo, que las especies puras de ciertos minerales no flotan si no hay una pequea oxidacin o ms bien, fijacin del oxgeno en la red cristalina de los minerales en cuestin. Tambin los metales nativos adquieren flotabilidad solamente despus de la accin del oxgeno sobre la superficie.

Las investigaciones realizadas en este campo hasta la fecha indican que de todos los componentes del aire slo el oxgeno y el dixido de carbono, tienen participacin activa e influencia en el proceso de flotacin. Se ha comprobado que las burbujas de aire no se pueden fijar directamente sobre las superficies de las partculas de minerales si anteriormente las ltimas no han adsorbido una cierta cantidad de gas, principalmente oxgeno. Este gas adsorbido cambia el potencial de la superficie y contribuye a su hidrofobizacin. De este modo resulta que las partculas hidrofbicas son aeroflicas, o sea, ms activas en la adsorcin del oxgeno que las partculas hidroflicas. En este sentido la hidratacin y la adsorcin del oxgeno se excluyen mutuamente en la misma especie.

2.2.- CARACTERISTICAS DE LAS INTERFASES

2.2.1. - INTERFASE GAS LIQUIDO

Como se ha dicho anteriormente, en la flotacin esta interfase se produce invariablemente entre el aire y el agua. La caracterstica fundamental de la interfase gas lquido, como lo seala Gaudin, es el hecho de que la materia sufre un salto brusco en densidad y que desde la fase lquida a la gaseosa disminuye su densidad aproximadamente 1000 veces. El fenmeno llega a sus manifestaciones caractersticas

13


debido al hecho de que para absorber este salto brusco dispone de una interfase cuyo grosor es del orden de 10 Angstrom.

Todo lquido (o slido) en equilibrio con su vapor se caracteriza por la existencia en su superficie de una cierta cantidad de energa libre cuya magnitud es definida por la tensin superficial. La interpretacin del origen de esta energa es la siguiente: en un lquido todas las molculas ejercen entre s una serie de influencias y se atraen o repelen mutuamente; esta fuerzas se compensan entre s dentro del lquido y la resultante de ella es, en consecuencia, igual a cero. Sin embargo, las molculas que se encuentran en la superficie no son compensadas completamente, pues la mitad de su volumen est orientada hacia la fase gaseosa (ver Fig. 2.1) donde la dilucin de la materia es de tal orden que prcticamente representa el vaco y, donde por supuesto, no hay suficientes molculas para absorber la presin de la pelcula superficial. De este modo se crea una cierta cantidad de energa libre cuya magnitud se mide por la tensin superficial.

La naturaleza de esta energa es evidentemente del tipo de enlace de van der Waals, pues se trata de influencias entre molculas. Por la misma razn el alcance de su influencia es muy pequeo, como dijimos del orden de varios angstroms. La fuerza de este enlace decae con la sexta potencia de la distancia, y siendo por si mismo un enlace dbil, no puede propagar lejos su influencia.

Fig. 2.1. - Interpretacin esquemtica del origen de la tensin superficial

Esta energa libre se interpreta como energa potencial porque se puede considerar que las molculas de la superficie estn siempre a una mayor elevacin y se necesita una cierta cantidad de energa para llevarlas a este nivel.

La energa libre de la superficie se mide en erg/cm2 y su intensidad, la tensin superficial, en dinas/cm, lo que es bsicamente lo mismo, pues: erg/cm2 = dinas cm/cm2 = dinas/cm. Es interesante sealar que la tensin superficial de los lquidos depende del tipo de enlace qumico que poseen las molculas. La tensin superficial aumenta desde los gases nobles (naturalmente licuados), a travs de los compuestos de enlace covalente (lquidos orgnicos) y compuestos inicos hasta los metales, que en el estado lquido tienen las tensiones superficiales ms altas.

14


La posicin privilegiada del agua se debe al hecho de que tiene la tensin superficial ms alta (72,74 dinas/cm) entre todas las sustancias que se encuentran en forma lquida a la temperatura ambiente.

La tensin superficial se puede medir de diferentes maneras y el mtodo clsico consiste en la determinacin de la altura a que sube un lquido en un tubo capilar. La tensin superficial se calcula basndose en la siguiente frmula:

TS = g(D d)r h

Donde:

TS es la tensin superficial en dinas/cmg aceleracin de la gravedad en cm/seg2D y d Pesos especficos del lquido y del gasr radio del capilarh altura alcanzada por el lquido

2.2.2. - FENMENO DE ADSORCIN

Las interfases gas lquido desempean un importante papel en los fenmenos de adsorcin cuando los lquidos contienen sustancias disueltas, o sea, cuando son soluciones. Se ha observado que en estos casos, las sustancias disueltas estn en distinta concentracin en el lquido mismo y en su interfase con el gas. Este fenmeno de cambio de concentracin que la materia disuelta presenta entre el lquido y su interfase con el gas se llama adsorcin.

La adsorcin puede ser positiva, cuando la concentracin de la sustancia disuelta es ms alta en la interfase que en el lquido y negativa, cuando es ms baja. Por ejemplo, las soluciones de sales inorgnicas se adsorben generalmente en forma negativa, mientras que las de compuestos orgnicos de carcter heteropolar se adsorben positivamente. Este ltimo fenmeno es de inmensa importancia para la flotacin y se explica del siguiente modo:

En el estado de equilibrio el agua tiene una cierta cantidad de energa libre que se expresa por su tensin superficial. Al introducir en este sistema un lquido orgnico heteropolar el sistema va a tratar de llegar a un nuevo estado de equilibrio que, segn el principio de la termodinmica, tiene que tener el mnimo de energa libre. A este estado se llega, precisamente, si las materias heteropolares se adsorben selectivamente en la interfase gas lquido (ver Fig. 2.2) pues de esta manera queda neutralizada la energa libre de la superficie y la tensin superficial del sistema se reduce en forma notoria. La parte polar de las molculas queda ligada al agua y la parte apolar forma una pelcula monomolecular inactiva sobre la superficie. Los compuestos que se adsorben selectivamente en las interfases gas lquido se llaman tensoactivos.

15


Fig. 2.2. - Fenmeno de adsorcin de materias tensoactivas

El fenmeno de adsorcin tambin se produce entre las fases gaseosa y slida y entre las fases lquida y slida. Mientras las adsorciones del primer tipo no son de gran importancia (con excepcin de la oxidacin de las superficies de los minerales), las del segundo son muy importantes porque explican el fenmeno de la hidrofobizacin artificial de los minerales y en general el cambio de sus propiedades de mojabilidad.

Se distinguen dos tipos de adsorcin: 1) adsorcin fsica, y 2) adsorcin qumica. en el primer caso se trata de adsorcin de molculas enteras sin cambio qumico, en el segundo, los compuestos adsorbidos pierden su individualidad qumica y forman nuevos compuestos con la superficie.

En realidad es bastante difcil distinguir la adsorcin qumica de la fsica, con la excepcin de que en el primer caso el calor liberado debido a la disminucin de la energa del sistema es unas 20 a 50 veces mayor. La adsorcin qumica tambin a menudo se distingue por el intercambio de iones, por la formacin de compuestos insolubles y generalmente se facilita en los casos en que los iones que reaccionan son de dimensiones parecidas y no tienen dificultades en incorporarse a la red cristalina del slido.

El fenmeno de la adsorcin fue estudiado y deducido matemticamente por Gibbs quien lleg a la siguiente frmula:

A = - C/RT (s/c)

donde: A es la cantidad de sustancia adsorbida, o sea, la diferencia entre su concentracin en la interfase y en el lquido.

C es la concentracin de la sustancia

16


s/c es el cambio de tensin superficial relacionado con el cambio de concentracin.

R y T constantes de gases y temperatura absoluta, respectivamente.

Es evidente que con la disminucin de la tensin superficial la adsorcin aumente del mismo modo que con el aumento de concentracin de la sustancia adsorbida (isotermas de adsorcin)

2.2.3. - INTERFASE SLIDO LQUIDO

Las superficies o partculas slidas sumergidas en el agua son objeto de hidratacin. como se dijo anteriormente, sta depende del carcter de la superficie de los slidos, o sea, de las caractersticas elctricas que existen en la superficie despus de su creacin. La hidratacin es, naturalmente, ms fuerte en las especies en que se rompieron enlaces qumicos, como por ejemplo enlaces inicos o covalentes. Cuando las fuerzas elctricas residuales son dbiles, la hidratacin tambin es dbil. Esto sucede con los minerales que se rompen segn planos de clivaje y donde, en consecuencia, no hay rompimiento de enlaces qumicos.

La hidratacin de los xidos empieza, por ejemplo, con una fuerte tendencia a formar hidrxidos. Posteriormente, como en el caso de los enlaces inicos, si la fuerza de hidratacin es superior a la fuerza del enlace cristalino, se produce la disolucin de los slidos en el agua. Como se puede ver, se trata de un fenmeno que depende del carcter del slido y de la concentracin de la solucin acuosa.

2.2.4. - POTENCIAL ELECTROQUMICO

El proceso de hidratacin se desarrolla generalmente en forma dispareja. Por ejemplo, al hidratarse una red cristalina de carcter inico, los cationes se hidratan y posteriormente se disuelven con mayor velocidad que los aniones. Esto inmediatamente produce un desequilibrio elctrico del sistema, pues las superficies de los slidos se cargan negativamente.

Para equilibrar el sistema slido lquido, la superficie cargada negativamente en primer lugar cesar o frenar la disolucin de cationes todava presentes en la red cristalina y en seguida, desde la solucin atraer los iones cargados positivamente. De este modo entre la superficie y el lquido se formar un potencial elctrico cuyo origen se encuentra en la doble capa de cargas elctricas recin sealada (ver Fig. 2.3). El potencial elctrico formado por la capa elctrica de iones de la solucin junto con la superficie cargada elctricamente se llama potencial electroqumico.

La capacidad (grosor interior) de este condensador constituido por el potencial electroqumico no es grande y es del orden de 3 angstrom, o sea, de ms o menos el tamao de una molcula de agua. Este potencial no esta formado solamente por los iones que se encuentran en la vecindad inmediata de la superficie slida. A ms profundidad en el lquido hay una zona (zona de difusin) donde los iones tambin estn orientados hacia la superficie, aunque su atraccin hacia ella es mucho ms

17


dbil. El grosor de esta zona depende exclusivamente de la concentracin de la solucin y mientras ms alta es la concentracin de los iones, menor es el grosor de la zona de difusin. Dependiendo de la concentracin, la zona de difusin puede extenderse desde 30 40 hasta 2000 Angstrom.

La doble capa de cargas elctricas es de gran importancia en los fenmenos de flotacin, pues influye directamente en la adsorcin de los reactivos sobre la superficie de los minerales. Se ha observado que hay una relacin directa entre el valor del potencial elctrico y la cantidad de molculas o iones adsorbidos. Por ejemplo, la adsorcin de molculas orgnicas aumenta con la disminucin del potencial y es mxima cuando el potencial es igual a cero. Por otra parte, al alcanzar valores altos, el potencial elctrico puede reducir a cero la adsorcin de molculas orgnicas.

Las propiedades hidroflicas de la superficie de los minerales tienen una relacin directa con el potencial de la doble capa. La doble capa de un mineral que forma un fuerte campo elctrico preferencialmente atraer las molculas e iones de alta constante dielctrica (agua). Por otra parte, un dbil campo elctrico atraer las molculas de baja constante dielctrica que fomentarn las propiedades hidrofbicas de la superficie (molculas orgnicas).

Fig. 2.3.- Formacin de la doble capa de cargas elctricas

potencial electroqumico potencial electrocintico

18


b zona de la doble capad zona de difusin

2.2.5. - POTENCIAL ELECTROCINETICO

Cuando el slido empieza a moverse en el lquido los iones que forman la doble capa del potencial electroqumico quedan firmemente asociados con la superficie y la siguen, mientras que los iones de la zona de difusin quedan inmviles o se mueven en otra direccin. El potencial que surge entre las dos superficies, elctricamente cargadas, que se mueven en direcciones opuestas, se llama potencial electrocintico o potencial zeta ().El potencial electroqumico depende de la concentracin de los iones de la capa doble y se calcula segn la frmula:

RT (C)B = ----------- ln ------------

F (C)A

donde (C)A y (C)B son las concentraciones de los iones en la superficie del slido y en el lquido, y R, T, F constantes conocidas.

El potencial electrocintico depende de la velocidad del movimiento relativo entre el slido y la zona de difusin y se calcula en base a la frmula:

4 V = --------------DE

donde:D es la constante dielctrica del lquido es su viscosidadV es la velocidad del movimiento del slidoE es la intensidad del campo elctrico

Si expresamos la velocidad en micrones por segundo y el campo elctrico en volts por centmetro, entonces considerando D =80 y = 0,01 para 20 C, estar expresado en milivolts. Incorporando las constantes en la expresin anterior vamos a tener:

V = 141 ------

E

19


As como los fenmenos de adsorcin se producen en las interfases gas lquido, gas slido, y lquido slido, los potenciales electrocinticos existen no solamente entre slidos y lquidos, sino que tambin entre los lquidos y gases. La estructura de las capas elctricas es completamente anloga, reemplazando ahora la interfase lquido gas a la interfase lquido slido. Los iones que forman la capa doble estn en este caso en la superficie misma que separa el gas del lquido y la zona de difusin de extiende en la profundidad de ste. La capa doble se encuentra entonces, ntegramente en el lquido.

El estudio de los potenciales electrocinticos en la interfase gas lquido indica que los potenciales producidos por los lquidos orgnicos son mucho mayores que los producidos por los compuestos inorgnicos. Particularmente son altos los potenciales cuando no hay ionizacin de los compuestos orgnicos tensoactivos. Los potenciales son proporcionados a la concentracin de las soluciones y mayores para los homlogos con cadenas ms largas.

Los fenmenos relacionados con los potenciales electroqumico y electrocintico, como se puede observar, son de considerable importancia para los procesos de flotacin. Su existencia no slo dirige los fenmenos de hidratacin, sino que tambin la adsorcin de lquidos orgnicos que sirven como colectores y espumantes. Las partculas minerales en movimiento, igual que las burbujas, originan un potencial electrocintico que refleja la estructura ntima de las capas dobles y zonas de difusin y estos potenciales a su vez, se pueden influir agregando materias inicas que cambian su intensidad a carga, creando de este modo las condiciones deseadas para una buena flotacin.

2.2.6. - CONTACTO DE TRES FASES

El estudio de las distintas fases y sus interfases nos lleva finalmente al contacto trifsico que es el ms importante, pues representa la realidad de lo que sucede en el proceso de flotacin. En el mecanismo de flotacin de una partcula slida por una burbuja de aire la unin entre los dos elementos se efecta a travs de un contacto trifsico que tiene propiedades muy especiales.

Para un estudio detallado, es conveniente en principio, imaginar la fase slida como una superficie hidrofbica sumergida en el agua en la cual se introduce una burbuja de aire. (Ver Fig. 2.4). En el caso ms simple la superficie puede ser una placa de vidrio cubierta por un hidrocarburo.

Partiendo del hecho de que el contacto de dos fases es siempre una superficie y el contacto de una superficie con otra (que es la tercera fase) necesariamente una lnea, resulta que para la descripcin matemtica de esta lnea de contacto trifsico, es lo ms conveniente usar el ngulo que forman las superficies de contacto de las fases (ver ngulo en la Fig. 2.4).

20


Fig. 2.4. - definicin del ngulo de contacto

2.2.7. - ANGULO DE CONTACTO

Por ejemplo si tenemos en vez de una placa de vidrio una superficie de mineral hidrofobizada por un colector y la colocamos debajo del agua e introducimos sobre ella una burbuja de aire, sta se va a fijar sobre la superficie desplazando el agua. La lnea de contacto trifsico se va a extender en forma de crculo sobre el plano de la superficie del mineral. Si ahora en cualquier punto de este contacto trifsico trazamos una tangente a la superficie de la burbuja, entonces el ngulo entre la tangente y la superficie se llama ngulo de contacto.

Para la teora de la flotacin los ngulos de contacto tienen una importancia extraordinaria porque relacionan en forma cuantitativa las propiedades hidrofbicas de un mineral (o de un reactivo hidrofobizador) con su flotabilidad. En realidad, para relacionar la mojabilidad de un mineral con el ngulo de contacto no se usa precisamente sino Cos .

Si tomamos superficies de distintas mojabilidades y las observamos colocando sobre ellas una gota de agua en la atmsfera o colocando una burbuja de aire debajo del agua, vamos a llegar a las conclusiones que se pueden observar en la Fig. 2.5.

En primer lugar podemos concluir que existe una equivalencia entre propiedades hidrofbicas y aeroflicas y viceversa. El ngulo de contacto, o mejor dicho su coseno, las refleja cuantitativamente.

21


Fig. 2.5. - Angulos de contacto en slidos de distintas mojabilidades

2.2.8. - HISTERESIS DE MOJABILIDAD

Al colocar una gota de cualquier lquido sobre una superficie inclinada (ver Fig. 2.6) se produce su deslizamiento debido a la fuerza gravitacional. Sin embargo, habr tambin una tendencia a resistir este movimiento, por cuanto se producir un atraso o simplemente la negativa de la gota a deslizarse. Este atraso del movimiento de la gota, producido a travs de un permetro trifsico de contacto, se llama histresis de mojabilidad.

22


Fig. 2.6. - Fenmeno de histresis de mojabilidad

Un cuidadoso estudio del fenmeno, en primer lugar, dej de manifiesto que la histresis depende mucho de su direccin, o sea, si la fase gaseosa est desplazando a la fase lquida (2) o si la fase lquida desplaza a la fase gaseosa (1). En segundo lugar, se vio que la histresis depende de si la gota ya est en movimiento o si se encuentra detenida. La histresis esttica es considerablemente mayor que la dinmica. Finalmente, se ha establecido que depende del carcter de la superficie.

Al comienzo la histresis se atribua simplemente a las fuerzas de friccin producidas entre la gota y la superficie irregular debido a las imperfecciones de sta. Sin embargo, Rebinder demostr que tambin se produce sobre superficies perfectamente pulidas y tratadas con reactivos de flotacin (colectores, depresores). La Fig. 2.7 muestra dos series de experimentos con galena. En ambos casos se coloc una burbuja de aire sobre una superficie perfectamente pulida y previamente tratada. En el caso A el tratamiento fue con bicromato de potasio que es un depresor de la galena en los circuitos de flotacin; en el caso B la superficie del mineral fue tratada con un xantato, que es un colector de galena.

En los dos casos, por medio de una jeringa, poco a poco se evacuaba el aire de la burbuja, establecindose que en el caso A prcticamente no haba ni histresis ni cambio de ngulo de contacto. En el segundo caso haba una marcada histresis con un notable aumento del ngulo de contacto.

Este experimento, demuestra la importancia que la histresis tiene en el contacto trifsico y particularmente en la fijacin de las partculas de mineral sobre las burbujas de aire.

Fig. 2.7. - Histresis de mojabilidad en partculas minerales

23

FASES E INTERFASES EN EL PROCESO DE FLOTACIN

Documents

FLOTACIÓN DE MINERALES