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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES
AVANZADOS, S.C.
PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES
Mecanismo de aglomeración para la
recuperación de materia orgánica a partir de
jales de plantas lavadoras
Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en
Ciencias de Materiales presenta:
Gema Trinidad Ramos Escobedo
DIRECTORES DE TESIS
DR. ERASMO ORRANTIA BORUNDA
DRA. EMMA TERESA PECINA
Chihuahua,Chih. Febrero 2016
DEDICATORIA
A mi madre que ha sido para mí el mejor ejemplo que Dios puedo
regalarme en esta vida. Aunque no estuviste físicamente conmigo
MAMÁ, espiritualmente lo estuviste, porque es tu amor y
educación lo que me ha mantenido de pie aún ante todas las
adversidades que he tenido al tratar de cumplir este trayecto,
además de en mi enfermedad. Desde el cielo sé que siempre has
cuidado de mí y tu recuerdo y amor perdurará por siempre en mi
corazón.
A mi mejor amiga, quien me impulso a estudiar este posgrado, quien
siempre supo escucharme, regañarme en su momento pero sobre todo
transmitir su conocimientos siempre con humildad y sencillez. La
vida nos jugó rudo a las dos, pues solo Dios pudo separarnos
físicamente con tu partida junto a él. Sin embargo siempre estarás
presente en cada uno de los proyectos que emprendamos, porque tú
legado perdurará hasta que Dios nos vuelva a reunir gracias Dra.
Teresa Pecina.
A mi papá, mi hermano, a mi sobrina y seres queridos que aunque
no están conmigo físicamente, espiritualmente siempre lo estuvieron
presentes en mí corazón.
A Dios por darme una segunda oportunidad de vida para culminar
una promesa a este proyecto. Gracias por darme la fuerza de seguir
adelante a pesar que la vida ha sido difícil para mí en estos últimos
años.
AGRADECIMIENTO
Deseo externar mi agradecimiento a quienes hicieron posible la realización de este
proyecto:
A CONANCyT.
Por el apoyo económico otorgado para la realización de mi estancia de posgrado.
A PROMEP
Por el apoyo otorgado para poder lograr cumplir una de las metas de posgrado,
además del apoyo otorgado durante mi estancia durante el programa de doctorado.
A CIMAV-U. CHIHUAHUA.
Por todas las facilidades otorgadas durante mi estancia y por darme la oportunidad de
ingresar como estudiante en esta institución.
A mis Asesores
A mis asesores Dr. Erasmo Orrantia Borunda por su paciencia y comprensión, y por
cada instante que me dedicaron, a todos mis profesores que me apoyaron durante mi
estancia y me ayudaron a formarme personal y profesionalmente. Agradecimiento
muy especial a la Dra. Teresa Pecina, por el voto de confianza que tuvo hacia mí para
superarme académicamente, por transmitir sus experiencias siempre con humildad y
carisma.
A personal Técnico de CIMAV-ESI
A los técnicos del laboratorio: Karla Campos, Mónica Mendoza, Erika López, Alejandro
Benavidez, Silvia Miranda y Wilber Antúnez, por tener la paciencia y disponibilidad para
poder sacar este trabajo adelante. A Luis de la Torre, Enrique Torres y Pedro Castillo
por su gran disponibilidad y por compartir de sus conocimientos para la realizar las
pruebas experimentales de esta tesis.
A Laboratorio de Carbón de UAdeC-ESI. Gracias por darme la oportunidad de realizar
parte de los análisis de carbón en los laboratorios de esta institución, bajo la
supervisión del Ing. Hilario Cadena Cantú. Lo mismo que al Dr. Camacho Ortegón.
A mis Directores (ESI-UAdeC).
Agradecimiento muy especial al M.C. Héctor Torres Mireles por ser el director que me
permitió emprender este sueño, y concluirlo bajo la administración del Dr. Camacho
Ortegón. De igual manera al Srio. Administrativo Dr. Josué Enciso Cárdenas por el
apoyo otorgado durante mis ausencias para culminar esta meta.
A los investigadores de CIMAV.
Agradecimiento a investigadores como: Alejandro López, Virginia Collins, José Chacón,
Sergio Flores, Alejandro Vega, Guillermo González, Norma Flores, Mario Daniel
Glossman, Ana Arizmendi (Cimav- Mty), Hilda Piñón y Maquita (TECII) por los
conocimientos compartidos, su disponibilidad y dedicación para compartir sus
experiencias durante mi estancia por CIMAV.
A mis amigos.
Agradezco a Dios el haber puesto en mi camino a gentes humildes y de gran corazón
que me permitieron a lo largo de mi estancia por CIMAV, aprovechar de sus
conocimientos, pero sobre todo de su linda amistad, gracias: Sandra Cocha, Adriana
Chávez . Laura Chamorro, Andrés Burrola, Ana L. Olivas, Daniela Ramos, Cecilia Flores,
Raymundo Figueroa, Linda Martínez, Kathy Ramírez, Nora Sánchez y a todos mis
amigos fuera de CIMAV Sofía Villalobos, Carmen Carmona, Elsa Carranza, Roxana
Ramírez, Erandi Damián, Cinthia Holguín, y Flor Ureña que de alguna manera me
apoyaron durante la ejecución de la investigación realizada. Gracias a la Familia: Díaz
Gurrola, Martínez Mtz. Flores Estrada, Aguiñaga Aguilar y González del Río por sus
palabras de aliento y hacerme sentir siempre como parte de su familia.
A mis Evaluadores de Tesis.
Agradezco a los doctores: Lorena Álvarez, Antonia Luna, Fernando Camacho y Dr.
Alfredo Aguilar por sus valiosas observaciones y aportaciones a mi trabajo.
A mis Alumnos y Ex-Alumnos.
Agradezco a mis chiquillos de la ESI-UAdeC, quienes han sido mi fuente de energía y
gran apoyo durante mi ausencia por la universidad. Además de estar siempre dando un
mensaje de aliento y de tenerme siempre presente en sus oraciones. A todos ellos(as)
solo me resta decirles “Esto va por ustedes IRME y Geología de la UAdeC”.
Gracias también al Departamento de Compras y Posgrado en CIMAV.
I
INDICE GENERAL
Contenido
RESUMEN .............................................................................................................. 1
ABSTRACT ............................................................................................................. 3
CAPÍTULO 1 ........................................................................................................... 5
INTRODUCCIÓN. ................................................................................................... 5
CAPITULO 2 ........................................................................................................... 8
ANTECEDENTES ................................................................................................... 8
2.1 CARBON. ...................................................................................................... 8
2.1.1 Propiedades superficiales del carbón. ........................................................ 8
2.1.2 Rango de Carbón y composición química. ................................................. 8
2.1.3 Componentes orgánicos del Carbón .......................................................... 9
2.1.4 Porosidad y área superficial. ..................................................................... 11
2.1.5. Grupos Funcionales ................................................................................. 12
2.1.6 Carga eléctrica Superficial ........................................................................ 13
2.2. Carbón en México ....................................................................................... 15
2.3 Problemas ambientales generados por el sector minero durante el proceso
de beneficio del carbón. ..................................................................................... 16
2.3.1 Autocombustión..................................................................................... 16
2.4 Procesamiento de Carbón ........................................................................... 17
2.5 Jales de carbón ........................................................................................... 19
2.6. Proceso Convencional de Limpieza de Carbón. ......................................... 20
2.6.1 Mecanismo de la Flotación de Minerales .............................................. 20
2.6.2 Flotación por espuma ............................................................................... 23
2.6.2.1 Reactivos de Flotación ........................................................................... 24
Colectores ...................................................................................................... 25
Espumantes ....................................................................................................... 25
Otros reactivos de flotación ............................................................................... 25
II
2.7 Recuperación de partículas finas de carbón de los jales de Carbón en las
plantas lavadoras ............................................................................................... 26
2.8. Aglomeración con aceite. ............................................................................ 27
2.9 MECANISMOS DE ENLACE (aglomeración con aceite) ............................. 29
Principios de la química superficial de las partículas aglomeradas. .................. 29
2.10. Mecanismos de Aglomeración. .................................................................... 32
2.10.1 Mecanismos de crecimiento de aglomerados. .................................... 34
2.11 Formación de aglomerados de carbón en la aglomeración con aceite. ..... 37
2.11.1 Aceites ................................................................................................ 38
2.12 Biotecnología aplicada al procesamiento de minerales. ............................ 39
2.12.1 Bioflotación. ......................................................................................... 40
2.13. Descripción de bacteria Staphylococcus carnosus ................................... 44
Taxonomía ..................................................................................................... 44
2.14 Mecanismos de adhesión de la Bacteria .................................................. 45
CAPÍTULO 3 .......................................................................................................... 50
JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 50
CAPÍTULO 4. ........................................................................................................ 51
HIPÓTESIS ........................................................................................................... 51
CAPÍTULO 5 ......................................................................................................... 52
OBJETIVO DEL PROYECTO ................................................................................ 52
5.1 Objetivo General .......................................................................................... 52
5.1.1. Objetivos Específicos ............................................................................... 52
CAPITULO 6 ......................................................................................................... 53
DESARROLLO EXPERIMENTAL ......................................................................... 53
6.1 Muestras y Materiales ..................................................................................... 53
6.1.1 Preparación del carbón ............................................................................. 53
6.2 Caracterización de las Muestras .................................................................. 54
6.3 Análisis Granulométrico................................................................................... 55
6.4 Análisis de tamaño de Poro. ........................................................................ 56
Técnicas utilizadas para la caracterización de carbón, aceites y bacteria. ........ 56
6.5 Preparación de Briquetas ............................................................................ 56
III
6.6 Análisis petrográfico..................................................................................... 57
6.7 Determinación de composición de macérales ............................................. 58
6.8 Caracterización por Difracción de Rayos X (DRX). ..................................... 59
6.9 Espectroscopia Infrarrojo (FTIR). ................................................................. 59
6.10 Ángulo de Contacto ................................................................................... 59
PRIMERA PARTE EXPERIMENTACION CON ACEITES .................................... 61
6.11 Caracterización Física de Aceites Aglomerantes. ...................................... 61
6.11.1 Análisis de Reometría Rotacional. Para determinación de la Viscosidad
de aceites. ......................................................................................................... 61
6.12 Caracterización Fisicoquímica Estructural de los Aceites .......................... 63
6.12.1 Procedimiento de Aglomeración con Aceite ........................................ 64
6.12.2. Cálculos de Recuperación ................................................................. 65
Flotación de mineral aglomerado en celda Denver ............................................... 66
6.13. Diseño de experimentos usando la metodología en Minitab. .................... 66
2DA PARTE DE LA EXPERIMENTACION. (S. carnosus) .................................... 66
6.14 Cultivo de Bacteria y Crecimiento de S. carnosus ..................................... 67
6.15 Cinética de crecimiento de S. carnosus. .................................................... 67
6.16 Isoterma de Adhesión. ............................................................................... 67
6.17 Determinación de Biofilm ........................................................................... 68
6.18 Condiciones de liofilización de Bacteria y Bacteria-Carbón (CFM/CFP) ... 69
6.19 Microscopía Electrónica De Barrido (SEM). ............................................... 69
6.20 Adhesión Microbiana a los Hidrocarbonos (M.A.T.H). ............................... 70
6.21 Microflotación ............................................................................................. 70
6.21.1. Bioflotación ............................................................................................ 70
CAPITULO 7 ......................................................................................................... 72
RESULTADOS Y DISCUSIONES ......................................................................... 72
7.1 Análisis químico y Petrográfico de CFM y CFP ............................................... 72
7.2 Análisis granulométrico. Tamizado. ............................................................. 73
7.3 Distribución de Tamaños. ............................................................................ 76
7.4 Análisis de Tamaño de Poro ........................................................................ 79
7.5 Análisis petrográfico..................................................................................... 81
IV
7.6 Análisis de Difracción de Rayos X (DRX) .................................................... 84
7.7 Espectrofotometría Infrarrojo FTIR- aceites. ................................................ 86
7.8 Aglomeración con aceite. ............................................................................. 91
7.9 Efecto de la concentración y tipo de aceite sobre la Reducción de Ceniza
con diferentes velocidades de aglomeración. .................................................... 98
7.10 Efecto del tipo de aceite sobre la recuperación de materia orgánica (RF)y
reducción de ceniza (RCza). ............................................................................ 102
7.11 Flotación de Aglomerados de Carbón Fino CFM y CFP .......................... 108
7.12 Influencia del ángulo de contacto sobre las muestras de Carbón CFM y
CFP. ................................................................................................................ 114
7.13 Análisis de Varianza( Anova) ................................................................... 119
2DA FASE DE EXPERIMENTACION. ................................................................ 122
7.14 Influencia de la Bacteria S. Carnosus para la Recuperacion de Partículas
Finas de Carbón CFM y CFP. .......................................................................... 122
7.14.1. Cinética de Crecimiento de S. carnosus .......................................... 122
7.15 Cinética de Adhesión de S. carnosus sobre las muestras de carbón fino
CFM y CFP. ..................................................................................................... 123
7.16 Cinética de adhesión de bacterias mediante SEM .................................. 128
7.17 Isotermas de Adsorción ........................................................................... 132
7.18 Formación de biopelícula ......................................................................... 132
7.19 Espectroscopia de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR) ........ 133
7.20 Hidrofobicidad de bacteria S.carnosus en función del pH ...................... 139
7.21 Microflotación ........................................................................................... 140
CAPITULO 8 ....................................................................................................... 143
CONCLUSIONES. ............................................................................................... 143
CAPITULO 9 ....................................................................................................... 144
RECOMENDACIONES A FUTURO .................................................................... 144
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 145
V
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Característ icas de los diferentes t ipos de carbón 9
Tabla 2 Aportaciones relevantes sobre la apl icación de diversos t ipos de
acei te en diversos minerales 28
Tabla 3 Biotecnología apl icada a los procesos minero -metalúrgicos para el
benef ic io de minerales. Incluyendo los t ipo de bacter ia. 43
Tabla 4 Variables que inf luyen en la adhesión de la bacteria sobre la
superf ic ie del sustrato para la formación de la biopel ícula. 47
Tabla 5 . Procedencia y denominación de los jales de carbón recolectados
en la Región Carboní fera de Coahui la 53
Tabla 6 Normas A.S.T.M. establecidas para el anál isis de Carbón. 55
Tabla 7 Anál isis prox imal y elemental de las muestras de los jales de carbón
minero empleados empleados 72
Tabla 8 Cribado en seco de las muestras CFM y CFP a part i r de 1000 g 74
Tabla 9 Concentrción de Carbón f ino retenido por tamiz para las muestras
CFM y CFP. 74
Tabla 10 Anál is is proximal y granulométr ico de los carbones f inos CFM y
CFP por tamiz. 75
Tabla 11 Resultados de mediciones de ref lectancia mediante anál isis
petrográf ico en la muestra de carbón bi tuminoso CFP , ahora ident i f icado
como (PAL) 84
Tabla 12 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de
Ceniza para la Muestra de carbón CFM. 96
Tabla 13 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de
Ceniza para la Muestra de carbón CFP 97
Tabla 14 Resul tados de la pruebas de f lotación después de la aglomeración
con acei te de la Muestra de Carbón f ino CFP. Tiempo de f lotación: 5 min.
MIBC 109
Tabla 15 Resul tados de la pruebas de f lotación después de la aglomeración
con acei te de la Muestra de Carbón f ino CFM. 110
Tabla 16 Ángulos de contacto de los aceites aglomerados en la interface
sól ido/acei te/agua corregidas para la materia carbonosa y porcentajes
máximos de recuperación de materia Orgánica (RF) en las muestras CFM y
CFP 117
Tabla 17 Tabla 18. Anál is is de Varianza (ANOVA) efecto de las
concentraciones y t ipo de acei te sobre e l porcentaje de recuperación de la
Materia Orgánica. , en las muestras CFM y CFP. 120
VI
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Representación esquemática de la doble capa electroquímica de acuerdo
con el modelo de Gouy – Chapman - Stern-Graham (GCSG). ______________ 15
Figura 2 Comportamiento que se lleva a cabo en el proceso de Flotación de
minerales. _______________________________________________________ 20
Figura 3 Mecanismos de Flotación de Minerales. ________________________ 22
Figura 4 Proceso físico-quimico de Flotación de minerales. ________________ 22
Figura 5 Ángulo de Contacto ______________________________________ 30
Figura 6 Modelo esquemático de a) aceite propagado sobre la partícula y b)
formación de un puente liquido entre las partículas dispersas en el agua. _____ 31
Figura 7 Estructura del aglomerado con puente de agua. __________________ 32
Figura 8 Estructura de un aglomerado en estado pendular, funicular y capilar
respectivamente. _________________________________________________ 36
Figura 9 Etapas de formación de la biopelícula. Etapa 1. La unión inicial de las
células a la superficie. Etapa 2. La producción de la matriz extracelular de ex
polisacáridos. Etapa 3. El desarrollo temprano de la formación de la biopelícula.
Etapa 4. La maduración de la formación de la biopelículas. Etapa 5. La dispersión
de la célula bacteriana de la biopelícula. _______________________________ 49
Figura 10 Técnica de Cuartep. _______________________________________ 54
Figura 11 Conteo de Macerales mediante el análisis petrográfico ____________ 58
Figura 12 Criterio para la medición de ángulos de contacto por los métodos de
gota libre y la burbuja cautiva ________________________________________ 61
Figura 13 Prueba de medición de viscosidad de aceites utilizados para pruebas de
aglomeración para carbón fino. A) equipo de medición. b) gráficos de resultados
de medición de viscosidad para aceite. ________________________________ 62
Figura 14 Representación de prueba de medición de densidad de aceite a)
picnómetro de 25ml y 50 ml de capacidad. a) Picnómetro vacío de 25 ml b) Peso
del picnómetro vacío, c) peso de Picnómetro lleno con aceite, d) Picnómetro vacío
de 25 ml e) Peso del picnómetro vacío, f) peso de Picnómetro lleno con aceite _ 63
Figura 15 Aglomeración de aceite para carbón fino (-150 m+44 m). ________ 66
Figura 16 Distribución granulométrica original de la Muestra CFM. A) Volumen de
mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra
tamaño de partícula _______________________________________________ 77
Figura 17 Distribución granulométrica original de la Muestra CFP. A) Volumen de
mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra
tamaño de partícula _______________________________________________ 78
VII
Figura 18 Medición de tamaño y área superficial de la partícula de carbón. a) CFM
y b) CFP. _______________________________________________________ 80
Figura 19 Fotomicrografía del carbón Fino de la muestra CFM. 1)Vitrinita, 2)
liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral. ________________________________ 82
Figura 20 Fotomicrografía de la muestra de Carbón Fino CFP.1)Vitrinita, 2)
Liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral, 5) Fusinita, 6) Pirita _______________ 82
Figura 21 DRX de la muestra de carbón fino. a) CFM y b) CFP _____________ 86
FIGURA 22 ESPECTRO FTIR DE LOS ACEITES: A) A1O, B) A2G, C) A3M Y D)A4K ____ 91
Figura 23 Influencia de la concentración y tipo de aceite en la eliminación de
cenizas de las muestras a) CFM, 18000 rpm, b) CFM, 22000rpm, c) CFP 18000
rpm y d) CFP 22,000 rpm __________________________________________ 101
Figura 24 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM, b) Reducción
de Ceniza. _____________________________________________________ 106
Figura 25 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM b) Reducción
de Ceniza. _____________________________________________________ 106
Figura 26 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza. _____________________________________________________ 107
Figura 27 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza. _____________________________________________________ 107
Figura 28 Rendimientos de la recuperación de Materia Orgánica (RF) en la
flotación después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP.
Condiciones de flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación. ________ 112
Figura 29 Valores de Reducciones de ceniza (RCza) obtenidos en la flotación
después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP. Condiciones de
flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación _____________________ 113
Figura 30 Mediciones del ángulo de contacto sobre las muestras de carbón CFM y
CFP con los aceites: a, e) A1O, b, f) A2G, c, g) A3M d, h) A4K _____________ 118
Figura 31 Efecto de los factores que intervienen en el análisis de varianza
(ANOVA) durante el proceso de aglomeración con aceite en las muestras CFP y
CFM. _________________________________________________________ 121
Figura 32 Cinética de Crecimiento S. carnosus. ________________________ 123
Figura 33 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de
Carbón Fino CFP. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml
solución (caldo y/o electrolito). ______________________________________ 126
Figura 34 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de
Carbón Fino CFM. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml
solución (caldo y/o electrolito). ______________________________________ 127
VIII
Figura 35 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus 130
Figura 36 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus
adherido a la muestra CFP a diferentes tiempos. pH= 9. Medio de cultivo. ____ 131
Figura 37 Placa de 96 pozos para evaluación de biopelícula. a) Control de
Negativo (caldo), b) Formación de biopelícula a partir del Inoculo a un pH de 9.
______________________________________________________________ 133
Figura 38 FTIR de a) Bacteria S. carnosus , b) muestras de carbón CFM, ____ 137
Figura 39 FTIR de a) de la bacteria adherida al carbón CFM; b) de la bacteria
adherida a la muestra CFP. ________________________________________ 138
Figura 40 % de Flotabilidad de la bacteria S.crnosus en función del pH. ______ 140
Figura 41 Microflotación de los jales de carbón CFM y CFP en ausencia y
presencia de la bacteria S.carnosus. El tamaño de partícula: (-150 a +44m); pH
9; Concentración de bacteria: 1x 109cell/ml. a) CFM y b) CFP. _____________ 142
IX
NOMENCLATURA
Símbolo Orden Alfabético
Asup
ASTM
ASTM D445-06
ASTM D2799-10
A1O
A2G
A3M
A4K
ATCC
Badh
BO
B
C
CFM
CFP
-COOH
CzaA
CzaF
C=O
C-H
cm
DVLO
Área Superficial del mineral
American society for testing materials
Standard Test for Kinematic Viscosity
Standard Test Method for Microscopical Determination of the Maceral Composition of Coal
Aceite Vegetal 1
Aceite vegetal 2
Aceite Mineral
Aceite Automotriz
American Type Culture Collection
Bacteria Adherida (cell/m2)
Concentración de Bacteria libres a un tiempo=0
Concentración de Bacteria a un tiempo= t
Peso en gramos de mineral concentrado (g) (flotado
Carbón Fino Cuenca de Rio Escondido
Carbón Fino Cuenca Sabinas
Ácido Carboxílico
Ceniza en el carbón alimentado en peso
Ceniza del concentrado en peso
Doble enlace carbón oxigeno
Enlace carbón hidrogeno
Centímetro
Derjaguin, Landau, Vervey, Overbeek
Densidad (g/ml)
X
EPS
g
F
FTIR
GCSG
ICCP
h
IHP
Kg
M
MA
Exopolisacáridos.
Gramos
Peso alimentado en gramos de mineral (g)
Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier.
Modelo de Gouy-Chapman-Stern-Graham
Comité Internacional de Petrografía del Carbón,
Indice de refraccion
Horas
Capa interior
Kilogramo
Molar
Masa en la alimentación
MF
mA
min
ml
l
m
OHP
-OH
%RF
%RCza
% Cza
% C.F.
% M.V.
%S
Masa de concentrado
Micro amper
Minutos
Mililitro
Microlitros
Micrometros.
Capa exterior de Helmholtz
Grupo Hidroxilo
% de Recuperación de Materia Orgánica.
% Reducción de ceniza.
Porcentaje de Ceniza
Porcentaje de Carbón fijo.
Porcentaje de Materia Volátil
Porcentaje de Azufre
XI
%N2
%H2
% Fe
P.C.
Kcal
RCC
rpm
ow
os
ws
W
G
SGM
Porcentaje de Nitrógeno
Porcentaje de Hidrogeno
Porcentaje de Fierro
Poder calorífico (Kcal/Kg)
Kilocalorías
Región Carbonífera de Coahuila
Revoluciones por minuto
Tensión interfacial entre el aceite-agua
Tensión interfacial entre el aceite –sólido
Tensión interfacial entre el sólido-agua
Trabajo reversible
Energía Libre
Servicio Geológico Mexicano.
V Volumen de la muestra en ml
W
Wf
Wo
Peso de la muestra de carbón en gramos (g)
Peso final del Picnómetro + aceite (g)
Peso del Picnómetro (vacío) (g)
pág. 1
RESUMEN
Durante los procesos de extracción y beneficio de carbón una gran cantidad de
partículas finas de carbón son generados (>500 mm). En México más de 5
millones de toneladas de finos de carbón son anualmente formadas y
almacenadas en las presas de jales de las Plantas lavadoras de Carbón. Y de
estos residuos, solamente un 20 a 30% de ellos, son utilizados nuevamente,
mientras que el resto son desechados formando residuos con alto valor energético
que está expuesto al medio ambiente.
Es por ello que ante la caída sobre los rendimientos de recuperación de mineral de
valor durante los procesos convencionales de beneficio de carbón como son los
procesos de: medio denso, jiggs, hidro-ciclones y flotación con espuma. Siendo
este último quien normalmente es utilizado para la recuperación de partículas finas
mayores a 500 m. El proceso de flotación, es reportado como un proceso
prometedor para la desulfurización de carbón. Sin embargo, este no parece ser
eficiente cuando el tamaño de partícula es inferior a 28 mallas.
En la actualidad existen algunos procesos alternativos para la recuperación de
partículas de carbón menores a 75 m como son: el proceso de aglomeración con
aceite, el cual es un proceso químico que involucra la adhesión de aceita a una
mezcla de carbón mezclado a alta velocidad para promover la formación de
aglomerados ricos en carbón. Otra proceso alternativo que puede ser combinado
entre el proceso de flotación y microorganismos biológicos, están atrayendo la
atención en todo el mundo. El proceso de bioflotación ha llegado a ser un método
esencial para el beneficio de minerales, ya que la bacteria remplaza a los reactivos
químicos convencionales o bien trabajan en sinergia ambos para producir un alto
grado de concentración con una razonable recuperación de valor.
pág. 2
Para este proyecto se evaluó dos procesos químicos y biológicos para desarrollar
un proceso de recuperación de partículas finas de carbón a partir de residuos
mineros.
Para este trabajo se utilizaron dos muestras carbón fino recolectadas de dos
plantas lavadoras de carbón diferente localizadas sobre dos Sub-cuencas
diferentes en la Región Carbonífera de Coahuila. La primera de ellas corresponde
a Sub-cuenca de Rio Escondido (CFM), mientras que la otra muestra pertenece a
la Sub-cuenca Sabinas (CFP). Se utilizaron como colectores en el proceso
químico cuatro reactivos biodegradables conformados por: dos aceites vegetales
(A1O, A2G), un aceite mineral (A3M) y otro automotriz (A4K) y como colectores
biológicos se utilizó la bacteria Staphylococus carnosus.
Los resultados obtenidos de este proyecto indicaron que:
En el proceso químico, los aceites que mostraron una mejor recuperación de
materia orgánica fueron los aceites de tipo vegetal, debido a que requieren de una
menor concentración en peso de aceite (5%wa), comparado con el resto de los
aceites. Finalmente esto para el sector minero resulta ser económicamente
conveniente. La razón es porque los aceites vegetales presentan la ventaja de
contener grupos funcionales oxigenados, que favorecen el proceso de flotación.
Mientras que en el proceso biológico, la formación de biopelícula en la superficie
del mineral de valor, favorece al cambio de la carga superficial de la partícula de
carbón logrando favorecer el proceso de bioflotación, con rendimientos superiores
al 80% en tiempo de flotación de hasta 5 minutos.
Por lo tanto, ambos procesos resultan ser buenas alternativas para la
recuperación de carbón con tamaño mayores a 44m y con apariencia oxidados.
Debido a los tiempos de ambos procesos, el proceso químico resulta ser más
factible para el sector minero, dado que los tiempos de permanencia son menores
comparados al proceso biológico.
pág. 3
ABSTRACT
During the processes of coal extraction and a lot of fine carbon particles are
generated (> 500 mm). In Mexico more than 5 million tons of coal fines are
annually formed and stored in the tailings dams of coal washing plants. And this
waste, only 20-30% of them, are again used, while the rest are discarded forming
high energy waste is exposed to the environment.
That is why before the fall of yields valuable mineral recovery processes for
conventional coal beneficiation processes such as: dense medium, jigs, hydro
cyclones and froth flotation. The latter one is normally used for the recovery of fine
particles larger than 500 m. The flotation process is reported as a promising
process for the desulfurization of coal. However, this does not seem efficient when
the particle size is less than 28 meshes.
At present there are some alternative processes for the recovery of coal particles
less than 75 m as are the oil agglomeration process, which is a chemical process
that involves bonding oiled to a mixture of coal high speed mixing to promote the
formation of agglomerates rich in coal. Another alternative process that can be
combined between the flotation and biological organisms, are attracting attention
worldwide. Bio-flotation process has become an essential method for the
beneficiation of minerals, since bacteria replace conventional chemical reagents or
both work synergistically to produce a high concentration with reasonable recovery
value.
For this project two chemical and biological to develop a process of recovery of fine
coal particles from mining waste processes are evaluated.
For this work two fine coal samples collected from two different coals washing
plants located on two different sub-basins in the Carboniferous Region of Coahuila
plants are used. The first is for Sub-basin of Rio Escondido (CFM), while the other
shows part of the Sub-basin Sabinas (CFP). two vegetable oils (A1O, A2G),
mineral oil (A3M) and other automotive (A4K) and as biological collectors bacteria
pág. 4
Staphylococcus carnosus was used: four reagents comprised of biodegradable
used as collectors in the chemical process.
The results of this project indicated that:
In the chemical process, the oils showed better recovery of organic matter were
vegetal oils, because they require less weight concentration of oil (5% w),
compared with other oils. Finally this for the mining sector turns out to be
economically convenient. The reason is that vegetable oils have the advantage of
containing oxygenated functional groups, favoring the flotation process.
While in the biological process, biofilm formation on the surface of mineral value,
favors change the surface charge of the coal particle making process bio-flotation
promote, with yields higher than 80% by flotation time up 5 minutes.
Therefore, both processes are good alternatives for recovering larger sized coal
and oxidized 44m appearance. Because the times of both processes, the
chemical process turns out to be more feasible for the mining sector, as dwell
times are minor compared to the biological process.
pág. 5
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN.
El agotamiento de yacimientos de carbón con bajo contenido de azufre de la
región carbonífera de Coahuila (México), explotados desde 1884, representa un
reto tecnológico para seguir aprovechando este recurso, en los procesos
metalúrgicos y de generación de energía, bajo cumplimiento de normativas
ambientales.
La Región Carbonífera de Coahuila (RCC) es la más importante del país,
aportando más del 90 % de la producción nacional del carbón, y se localiza en la
parte noroeste del estado; abarcando desde la región centro y extendiéndose
hasta una pequeña parte del estado de Nuevo León. En esta región, existen
alrededor de 120 empresas dedicadas a la extracción de carbón mineral y 7
plantas de beneficio (SGM. 2014). Anualmente 5 millones de toneladas de jales de
carbón son generadas durante los procesos de extracción y lavado de Carbón en
la Región Carbonífera de Coahuila.
Básicamente el proceso de beneficio de carbón consiste en separar la materia
orgánica del carbón del mineral no deseado (Materia inorgánica, ej. ceniza). Esta
separación puede realizarse por varias técnicas como son: las físicas, las
químicas, las físico-químicas y/o microbianas. Pese a que existen diversas
técnicas de limpieza que son aplicadas como: jiggs, concentradores de espirales,
medio denso y flotación espuma, estas únicamente logran recuperar material
combustible > 75m.
El problema económico y ambiental que representa la disposición de estos
residuos para las plantas lavadoras de la Región, precisa buscar la forma de
valorizar estos lodos finos de carbón, disminuyendo su porcentaje de materia
mineral a través de procesos de mejoramiento o limpieza, que eviten que dicho
material sea simplemente desechado en los patios de almacenamiento y que
permitan aprovechar todas sus potencialidades. Pocas técnicas como la
pág. 6
aglomeración con aceite y floculación utilizan la diferencia en las propiedades
fisicoquímicas como hidrofobicidad y tensión superficial entre agua-aceite (A.
2006, Chary and Dastidar 2010, Aslan and Ünal 2011).
La aglomeración con aceite tiene algunas ventajas sobre el proceso de flotación
por espuma y es que se puede procesar y recuperar carbón con tamaños de
partículas <75 m, además de trabajar con minerales ya anteriormente afectados
al ser expuestos a la intemperie (oxidados).
Otros reactivos alternativos biodegradables para la recuperación de finos de
carbón además de los aceites orgánicos, son los procesos Biológicos (bacterias).
La combinación entre la técnica de flotación convencional y los microorganismos
biológicos atraen la atención por varios investigadores en todo el mundo, debido a
los bajos costos ya que no dañan tampoco al medio ambiente.
La bioflotación es un proceso que se distingue en utilizar bacteria y remplazar a
los reactivos convencionales o bien trabajar en sinergia con estos, a fin de la
remover selectivamente el mineral y obtener con ello un concentrado de alto grado
de recuperación, una vez que este cambia las propiedades superficiales de los
minerales.
Algunos microorganismos como: Thiobacillus ferroxidans, Acidithiobacillus
ferrooxidans [(Kolahdoozan 2004, Hosseini, Kolahdoozan et al. 2005, Amini,
Oliazadeh et al. 2009), Sulfolobus acidocaldarious, Lepstospirillum ferrooxidans
(Vilinska and Rao 2008) son comúnmente manejados como depresores para
reducir el azufre pirítico en el carbón. Mientras Staphylococcus carnosus, Bacillus
firmus y Bacillus subtilis (Langwaldt J. 2007),Mycobacterium phlei(Rijnaarts, Norde
et al. 1995) y Bacillus polymyxa (Subramanian, Santhiya et al. 2003).son menos
comúnmente como floculantes.
Por otra parte la S. carnosus ha sido utilizado para la flotabilidad de minerales
sulfurosos de interés comercial (calcopirita, galena y esfalerita) y tipo ganga (pirita
y pirrotita) bajo condiciones químicas similares a flotación.
pág. 7
El esquema de investigación involucra un aspecto innovador para evaluar
reactivos alternativos como bacterias y aceites orgánicos residuales para la
aglomeración de carbón, que contribuyen al conocimiento actual sobre la
recuperación de finos de carbón proveniente de residuos Industriales. Además de
proponer nuevas tecnologías más amigables con el medio ambiente en el proceso
de beneficio de carbón.
ESTRUCTURA DE LA TESIS.
El Capítulo 1. Concierne la introducción de trabajo, la compresión del problema y
la necesidad de mejorar el procedimiento de recuperación de finos de carbón. El
Capítulo 2 establece los antecedentes que surgen desde el origen de la muestra
en la Región Carbonífera y de acuerdo al sistema de beneficio de carbón mineral,
los fenómenos involucrados en los nuevos procesos alternativos que podrían ser
aplicados para la mejora y recuperación de mineral. El Capítulo 3 menciona la
justificación por el cual se desarrolla este trabajo. A partir del origen del problema
que motivó a realizar esta tesis y los beneficios se obtendría tras esta
investigación. El Capítulo 4 se enfoca a la hipótesis de esta investigación y se dan
posibles respuestas a este problema planteado. El Capítulo 5. Se establece el
objetivo general y especifico de este trabajo de investigación El Capítulo 6.
Presenta la metodología empleada. Incluyendo las técnicas, métodos, condiciones
y los reactivos utilizados en cada uno de las pruebas realizados tanto en la parte
de aglomeración con aceite como en la de bioflotación (mediante el uso de
Bacterias). El Capítulo 7muestra a los resultados y discusión más relevantes que
se derivan producto del procesamiento de la información. El Capítulo 8 se
presenta las observaciones más relevantes del trabajo en forma de conclusiones.
pág. 8
CAPITULO 2
ANTECEDENTES
2.1 CARBON.
2.1.1 Propiedades superficiales del carbón.
El carbón mineral es un sedimento orgánico constituido por restos vegetales
transformados durante la diagénesis y/o el metamorfismo (Llorente 1999,
Laniszewski 2005). El periodo geológico de mayor formación de este combustible
fósil es el Carbonífero (360-290 Millones de años (Ma)), aunque existen
yacimientos que se formaron en el intervalo comprendido entre los periodos del
Pérmico y Paleógeno medio (290- 52 Ma).
Existen tres elementos principales que contribuyen a las propiedades superficiales
de los carbones (LASKOWSKI 1994):
1) El esqueleto de hidrocarburos (en relación con el rango de carbón);
2) El número y tipo de grupos polares (principalmente grupos funcionales de
oxigeno).
3) El contenido de impurezas orgánicas.
Cuando las partículas de carbón son inmersas en una solución acuosa, la
superficie de este adquiere una carga eléctrica causada por cualquier disolución
de los grupos funcionales de la superficie o la adsorción preferencial de iones. Por
lo que, la carga superficial juega un papel importante en procesamiento del carbón
fino.
2.1.2 Rango de Carbón y composición química.
Existen varios tipos de carbón que van desde la turba, que es el carbón de menos
rango, pasando por lignitos, bituminosos y la antracita, el cual es el carbón de
pág. 9
mayor rango. Los criterios de clasificación están en función de variables como el
grado de carbonización o porcentaje de carbono fijo, contenido de materia volátil,
humedad y poder calorífico, características que además determinan los usos de
este combustible dependiendo de la calidad del mineral. La Tabla 1 muestra la
clasificación de los carbones según la American Society for Testing and
Materials.((UPME)- and Energética 2005)
La composición química del carbón cambia drásticamente con el rango del carbón.
Mientras más alto sea el rango de carbón más bajo es el contenido de materia
volátil. Han haber un incremento en el rango, el número de grupos funcionales
tiende a disminuir, lo que significa que la reactividad también disminuye.
2.1.3 Componentes orgánicos del Carbón
Los carbones son rocas sedimentarias heterogéneas tanto en su composición
orgánica (macerales) como inorgánica (minerales).(UNAM 2010)Los componentes
orgánicos se clasifican en tres grupos, vitrinita, liptinita e inertinita, de acuerdo a
sus propiedades físico-químicas. La fracción mineral está representada por
carbonatos, arcillas, sulfuros, óxidos, etc.
Tabla 1 Características de los diferentes tipos de carbón
Tipo de
Carbón
Densidad
(g/cm3) Carbono %
Materia
Volátil (%)
Humedad
(%)
Poder
Calorífico
(cal/Kg)
Antracita 1.4 - 1.8 92-98 2-14 3-5 7000-8350
Hulla 1.2 - 1.5 75-90 25-50 3-25 3500-7500
Lignito 1.1 -1.3 60-75 25-55 20-50 2000-4000
pág. 10
Cada grupo maceral posee distintas aplicaciones. Por ejemplo, las liptinitas son
más aptas para los procesos de licuefacción (Rojas 2008)y las inertinitas dan
mayor eficiencia en los procesos de activación y gasificación (Honaker and A.
2006), en cambio estos macerales no son tan eficientes en la combustión y de
acuerdo a (Shu, Wang et al. 2002) disminuyen el poder de aglutinación de los
carbones reduciendo su capacidad de coquización.
De acuerdo a sus propiedades ópticas los macerales se dividen en tres grupos
vitrinita, liptinita e inertinita con características fisicoquímicas diferentes, las cuales
permiten que estos grupos se comporten de manera diversa en varios procesos
químicos y que puedan ser utilizados de manera selectiva.
La vitrinita es el producto de carbonificación de sustancias húmicas, las cuales se
originan esencialmente de lignina y celulosa de las paredes celulares de las
plantas, se caracteriza por tener una fracción aromática alta, lo mismo que un alto
contenido en oxígeno.
La liptinita está relacionada a remanentes de plantas ricas en hidrógeno como
polen, esporas, resinas, ceras y grasas; se diferencian de las vitrinitas por que
presentan un contenido mayor de hidrógeno y una relativa fracción alifática más
alta.
La inertinita se caracteriza por tener un contenido alto de carbono y bajo en
oxígeno e hidrogeno; debido al incremento del nivel de aromatización. Muchas de
las inertinitas se han derivado de hongos o de las mismas sustancias de la planta
original de la cual se forman los otros dos grupos, pero ellas han experimentado
una transformación primaria (incendios forestales, oxidación primaria). (Isabel
2012)
pág. 11
2.1.4 Porosidad y área superficial.
Cuando un carbón es triturado y molido para obtener una buena liberación de la
materia orgánica de la materia mineral, el total del área superficial del carbón
incrementa drásticamente. Lo cual provoca al mismo tiempo que los procesos de
filtración y secado sean más difíciles y resulten con un mayor contenido de
humedad en el productor final de beneficio.
La red de poros constituye una fracción significativa del volumen total del carbón.
Algunos carbones se caracterizan por un área superficial específica el cual puede
ser tan grande como el de cientos de metros cuadrados por gramo. Acorde a
(Gan, Nandi et al. 1972), quien estudio los carbones Americanos desde el Lignito
hasta la antracita, el tamaño del poro en el carbón puede ser dividido en meso-
poro (300 - 30,000Å) y mico-poro (4 – 12Å). La abundancia relativa de estos tipos
de tamaño estaña relacionados con el contenido de carbón y por lo tanto el rango
de carbón. Para carbones de rango inferior (con un contenido de carbón menor al
75%), la porosidad se debe primeramente a la presencia de macro-poros. Para los
carbones que contienen un rango entre 76 y 84% del carbón total, cerca del 80%
del volumen total del poro es debido a los poros de transición y micro-poros,
mientras que los micro-poros predominan en los carbones con mayor contenido de
carbón
Una simple definición de la humedad de carbón es: la cantidad de agua la cual
puede ser expulsada a 100 y 105 °C. Sin embargo, la industria minera muy a
menudo ha adoptado numerosas y muy frecuente confundiendo términos para
describir las formas de humedad. La humedad total es la humedad en el carbón,
como ejemplo determinado bajo las condiciones estandarizadas. (ASTM D3302
2010).
La porosidad del carbón juega un papel muy importante para determinar el
contenido de humedad en el carbón y la humectabilidad de la superficie. (Schafer
1972)mostró que los grupos carboxilo jugaron un papel más importante en la
determinación del contenido de humedad y que alrededor de 3,7 veces más
pág. 12
moléculas de agua se asociaron con ellos que con los grupos hidroxilo. Por otra
parte los resultados de (Mohan and Chander 2006) señalaron que el agua en la
mono-capa adsorbida en el carbone se unió a los sitios de carboxilo e hidroxilo
sobre la superficie de carbón en una relación molar 1:1. Otro dato más reciente, es
se debe a la relación de la acidez total y la flotabilidad de diversos carbones,
(Fuerstenau, Rosenbaum et al. 1983) encontraron una correlación excelente entre
los grupos que contienen oxígeno y la respuesta de flotación; donde un bajo
contenido de los grupos de oxígeno correspondía a una alta velocidad de flotación
y bajo contenido de humedad. La respuesta de flotación en cambio para el carbón
sub-bituminoso resulto ser mucho más pobre debido al alto contenido de grupos
fenólicos y carboxilo. Por otra parte el estudio sobre la capacidad de humectación
del carbón y su correlación con la flotabilidad, (Laskowski and Ralston 1992)
manifestaron una buena correlación entre el contenido de humedad de equilibrio y
la acidez total. La acidez total también se correlaciona bastante bien con el ángulo
de contacto de avanzado del carbón.
2.1.5. Grupos Funcionales
Quizás el factor más importante que influye en las propiedades de la superficie del
carbón es el contenido de los grupos funcionales en la superficie de carbón. El
cual este afecta la carga eléctrica superficial y la superficie hidrofóbica de las
partículas de carbón. Muchos investigadores han tratado de establecer la
naturaleza de los grupos de superficiales, particularmente a través de las
reacciones químicas específicas. Un especial énfasis ha sido puesto en los
complejos de carbón-oxigeno. Algunos de los diferentes procedimientos analíticos
han sido empleados para determinar el mayor contenido de oxigeno de los grupos.
Generalmente hablando, la mayoría del oxígeno en el carbón está presente en los
grupos fenólicos, carboxilo e hidroxilos y el esto como grupo de éter (Feng, Li et al.
2013, Okolo, Neomagus et al. 2015)
Generalmente el azufre existe en el carbón en tres formas diferentes: el azufre
orgánico, el azufre pirítico y el sulfato de azufre. En el caso del azufre pirítico
puede ser removido parcialmente por el proceso de limpieza físico. Donde el
pág. 13
porcentaje de remoción dependerá en gran medida de distribución de las
partículas de pirita en el carbón y del grado de liberación del carbón. En cambio el
azufre orgánico este aparece en la materia orgánica del carbón y no puede ser
removido por algún proceso físico. La mayoría del azufre orgánico en el carbón de
mayor rango es tiofénico; mientras que en los carbones de bajo rango, la mayoría
es tiólico y sulfuroso. (Montgomery 1978). Del 18 – 25% del azufre orgánico está
en forma de sulfuros alifáticos en todos los carbones. En cambio, el sulfato de
azufre representa una pequeña porción del contenido total del azufre y se produce
en la combinación entre el calcio (yeso) y fierro (melanterita).
Aun y cuando el carbón es lavado, este contienen ciertas impurezas que son
materia mineral inorgánica el cual puede ser dividido en seis grupos: Arcillas
(caolinita, montmorillonite), carbonatos, óxidos, sulfuros, cloruros y sulfatos. La
mayoría de estos contienen grupos de hidroxilos en la superficie y cambian de
lugar.
La etapa inicial de oxidación ha sido caracterizada por la quimio adsorción del
oxígeno en los sitios de la superficie fácilmente accesible y por la formación de los
grupos ácidos funcionales; en particular, -COOH, C=O y –OH fenólico. Si la
humedad está presente, algunos oxígenos quimio absorbidos formarán también
peróxidos o hidroperóxido complejos. Por lo que la principal reacción que ocurre
durante la oxidación en el carbón es la formación de los grupos fenólicos del grupo
C-H en núcleos aromáticos.
El efecto de la oxidación en la flotabilidad de los diversos rangos de carbón
muestra tener un efecto significativo al ocurrir un cambio en la carga eléctrica
superficial del mineral.
2.1.6 Carga eléctrica Superficial
La mayoría de las sustancias adquieren una carga eléctrica cuando entra en
contacto con un medio polar tal como el agua. Las superficies pueden llegar a
cargarse eléctricamente por una variedad de mecanismos; en el caso del carbón,
dos mecanismos básicos contribuyen a la carga superficial. La superficie puede
pág. 14
ser cargada eléctricamente, ya sea por la adsorción preferencial de iones o por la
disociación de los grupos superficiales del carbón. Debido a que el sistema en su
conjunto debe ser eléctricamente neutro, una carga de igual signo opuesto al de la
superficie está presente en el líquido inmediato. En otras palabras, la carga
superficial es compensada por una carga igual opuesta pero distribuida en la
solución; en conjunto, estos dos capas cargadas corresponden a la doble capa
eléctrica.
Cuando dos fases se hallan en contacto, generalmente se desarrolla una
diferencia de potencial entre ellas. La región que se encuentra entre las dos fases
está marcada fuertemente por una separación de cargas eléctricas. Por lo tanto
sobre la superficie del sólido, existe un exceso de carga de un determinado signo,
que es neutralizado por la carga de otro signo contrario que se encuentra
distribuida de alguna manera a lo largo de la disolución. Para los carbones, como
para los óxidos de minerales, los iones de hidrogeno e hidroxilo son
potencialmente determinantes. Como ya se ha hablado, las propiedades
superficiales del carbón dependen del esqueleto de hidrocarburos, el número y el
tipo de grupos funcionales y de las impurezas inorgánicas. Ver Figura 1.
Si por ejemplo, la superficie de la fase sólida en agua se encuentra positivamente
cargada, su potencial electrostático será positivo respecto a la disolución y ésta
contiene iones disueltos cuanto más nos alejamos de la superficie sólida y más
nos adentramos en la disolución, el potencial decrecerá más o menos
regularmente hasta un valor igual a cero infinitamente lejos de la superficie. La
región donde el líquido tiene un potencial electrostático positivo, acumulara un
exceso de cargas negativas y repelerá los iones positivos del electrólito. La
disposición de las cargas positivas en la superficie del sólido y en la disolución, se
conoce comúnmente como la doble capa eléctrica en la interfase. De acuerdo con
el modelo GCSG (4), la doble capa eléctrica está dividida en, por un lado la capa
interior (IHP) y exterior (OHP) de Helmholtz y por otro lado la capa difusa.
pág. 15
Figura 1 Representación esquemática de la doble capa electroquímica de acuerdo
con el modelo de Gouy – Chapman - Stern-Graham (GCSG).
En el caso particular de carbón, la medición de la carga superficial durante el
proceso de beneficio pudiera dar algo de información sobre las propiedades
superficiales de este y como también de las interacciones entre las partículas de
carbón y los reactivos utilizados en diversos procesos. Esta información puede
ser utilizada para explicar los fenómenos de las partículas y los reactivos utilizados
en diversos procesos.
2.2. Carbón en México
Uno de los estados de mayor producción de carbón en México es Coahuila de
Zaragoza y que además es donde encuentra la mayor reserva de Carbón en el
País. La región Carbonífera de Coahuila también conocida como “Cuenca de
Sabinas” es una de las zonas más importantes del México, de acuerdo al
(Minerales(CRM) 2004), esta región aporta más del 90% de la producción a nivel
nacional.
pág. 16
Sobre esta región se encuentran localizadas dos de las principales cuencas de
carbón de noroeste a suroeste del estado se encuentra la Cuenca de Sabinas la
cual cuenta con ocho sub-cuencas distribuidas conocidas como: Nueva
Esperanza, Sabinas, Saltillito–Lampacitos, Adjunta, San Patricio, Monclova,
Gavilán y San Salvador. En esta cuenca, es importante señalar que predominan
dos tipos de carbón del tipo bituminoso y sub-bituminosos y es considerado dentro
de los carbones de medio a alto rango. En esta cuenca además, se extrae un
carbón térmico que se utiliza para generar energía eléctrica y otro carbón
coquizable utilizado en la industria siderúrgica como materia prima para obtener
diferentes clases de materiales (Estupiñan 2009)
2.3 Problemas ambientales generados por el sector minero
durante el proceso de beneficio del carbón.
La minería del carbón comparte los problemas ambientales de la minería general,
pero a la vez es causa de problemas específicos, que han sido estudiados a lo
largo de las últimas décadas. A continuación se muestran los problemas más
relevantes en el medio ambiente en general y en los suelos en particular:
2.3.1 Autocombustión
La combustión espontánea del carbón es una reacción química que comúnmente
ocurre entre el carbono y el oxígeno del aire. Esta reacción exotérmica se produce
a cualquier temperatura. Sin embargo la velocidad de la reacción es fuertemente
dependiente de la temperatura y se incrementa exponencialmente con su
aumento. Si esta temperatura se mantiene, la reacción se produce cada vez más
rápido hasta que el combustible entra en combustión(Bell, Bullock et al. 2001,
Sahu, Mahapatra et al. 2009).
Los factores más importantes que influyen en la autocombustión del carbón son
las características físicas y químicas del carbón, su exposición a los agentes
atmosféricos, la conservación de la temperatura, la cantidad de combustible fósil y
pág. 17
la presencia de pirita (Bell, Bullock et al. 2001, Sahu, Mahapatra et al. 2009, Font,
Moreno et al. 2010). Es un problema común en escombreras, con cantidades
significativas de carbón y poca compactación, por donde circula el aire fácilmente,
y en minas subterráneas donde, según el método de explotación aplicado, se
favorece la combustión del carbón, que permanece en la mina ((Bell, Bullock et al.
2001, Loredo, Petit-Domínguez et al. 2010). También existe autocombustión en
pilas de carbón almacenado (Murphy and Shaddix 2006).
2.4 Procesamiento de Carbón
Uno de los problemas que afecta la explotación de Carbón en México, es que la
mayor parte de los yacimientos de carbón sobrepasa los rangos de aceptación del
contenido de azufre (S <2.5%). Por lo cual, se requiere de un proceso de beneficio
más limpio para su uso, debido a que el porcentaje máximo de azufre aceptable
en el carbón para el sector siderúrgico y termoeléctrico es de hasta un 1.5%.
Durante el proceso de lavado de carbón, una enorme volumen de partículas finas
son generadas y depositadas sobre pilas , vertederos y presas de jales, lo que a
su vez representa un enorme problema económico para la minería, debido a que
este representa un problema para el medio ambiente. Por lo cual se requiere el
desarrollo de procesos sustentables para la reducción de estos desechos.
Básicamente el proceso de lavado de carbón tiene como objetivo mejorar la
calidad de éste, lo que conlleva a disminuir la materia mineral para obtener
materia orgánica más concentrada y lograr incrementar el poder calorífico del
carbón. Además de homogenizar, reducir los costos de transporte, mejorar la
eficiencia en su utilización, producir menos cenizas y reducir las emisiones de
óxidos de azufre en el medio ambiente.
Las plantas lavadoras establecidas en la Región Carbonífera en Coahuila
generalmente están diseñadas para reducir el contenido de cenizas a partir de un
valor entre 38 % a 40% y obtener un carbón lavado con un contenido de cenizas
pág. 18
entre 13 % y 15%. La mayoría de las técnicas de lavado que tradicionalmente se
utilizan son medios densos, jiggs etc. estas se basan en las diferentes gravedades
específicas entre el carbón y la materia mineral. Sin embargo, pocas técnicas
como la flotación por espuma, aglomeración con aceite, utilizan la diferencia en las
propiedades físico-químicas como la hidrofobicidad y la tensión interfacial entre el
agua-aceite.
Los procesos tales como aglomeración con aceite y flotación por espuma están
ganando importancia recientemente debido a su capacidad de beneficio acoplados
por las características de recuperación del carbón, especialmente con los finos de
carbón. Entre las ventajas más importantes que muestra el proceso de
aglomeración con aceite sobre la flotación con espuma que es: el de procesar y
recuperar finos de carbón con tamaños de por debajo de 75 m, otra ventaja es
que ser aplicado para carbón de bajo rango como también en carbón oxidados.
Aunque este proceso aún no ha sido comercializado por las plantas lavadoras de
carbón, estas tecnologías jugarán un papel muy importante en el futuro. Nuevas
tecnologías más selectivas y reactivos de bajo costo serán necesarias para poder
alcanzar este propósito.
El diseño de una planta lavadora depende básicamente del tipo del material que
va a ser tratado y sobre todo del tipo de producto, ya sea carbón metalúrgico o
térmico. Generalmente Las plantas lavadoras de carbón constan de tres secciones
como son:
Circuito de lavado de los gruesos (+6mm -250mm)
Circuito de lavado de los finos (+0.5mm -6mm)
-Circuito de lavado de los ultrafinos (flotación -0.5mm)
El lavado de carbón, como paso previo a su combustión, conlleva una reducción
de las emisiones de SOx proveniente del azufre inorgánico. En las plantas
industriales la depuración de la fracción de nos dé un carbón se lleva a cabo
mediante flotación ((UPME)- and Energética 2005) Este mismo método se utiliza
pág. 19
también para recuperar el carbón del material estéril fino acumulado en los
derramaderos.
2.5 Jales de carbón
Las industrias son una de las principales fuentes generadoras de residuos finos de
mineral. Entre ellas, las industrias extractivas, y en un caso muy partículas se
encuentra las minas de carbón, las cuales son las que plantean problemas que
requieren una solución más inmediata debido a la gran cantidad de finos que
generan. Los finos de Carbón, son aquellos que se forman en la explotación,
preparación y utilización del mismo. Se le denominan Jales a todo aquellos
residuos que proceden de la explotación y preparación de carbón.
En el caso de los jales obtenidos de las plantas lavadoras, estos son residuos
procedentes de todas las operaciones que comprenden la preparación de carbón
antes de su utilización en el proceso de conversión, representan el 90% de la
producción total de los jales y poseen carbón de diferentes porcentajes.
Los jales de los vertederos, son los resultados del almacenamiento de los residuos
de mina y de la planta lavadora.
Algunos usos que se le han estado dando a estos jales de carbón son: rellenos de
minas, ingeniería civil, materiales de construcción, etc, Sin embargo estos usos
solamente representan un pequeño porcentaje de la producción total.
Numerosos problemas ambientales son provocados por este tipo de residuos
entre los que destaca la alteración del paisaje, la ocupación de terreno y las
emisiones gaseosas de contaminantes como consecuencia de la autocombustión.
En general el poder calorífico de estos residuos de carbón varían en el intervalo de
los 2500 a 4900 Kcal/kg correspondiendo a los valores más altos a los
denominados jales finos que proceden de la depuración de la fracción de finos,
que se lleva a cabo fundamentalmente por flotación y tamaños <1 o <0.5 mm
dependiendo del proceso aplicada por cada planta lavadora. .
pág. 20
2.6. Proceso Convencional de Limpieza de Carbón.
2.6.1 Mecanismo de la Flotación de Minerales
Para estudiar el mecanismo de la flotación es necesario, entender con detalle lo
que sucede entre una partícula de mineral y una burbuja de aire para que ellos
formen una unión estable.
Con respecto a las partículas de minerales, es sabido que pocas de ellas
tienen propiedades hidrofóbicas suficientemente fuertes como para que puedan
flotar. En primer lugar, en la gran mayoría de los casos hay que romper
enlaces químicos (covalentes y iónicos principalmente) para efectuar la liberación
del mineral. Esto inmediatamente lleva a la hidratación de la superficie del mineral.
En resumen, es necesario hidrofobizar las partículas minerales en la pulpa para
hacerlas flotables. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores, que
son generalmente compuestos orgánicos heteropolar, o sea, una parte de la
molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un
grupo polar con propiedades iónica = propiedades eléctricas. (Figura 2.)
Figura 2 Comportamiento que se lleva a cabo en el proceso de Flotación de minerales.
pág. 21
Para facilitar la absorción de estos reactivos sobre la superficie de las
partículas minerales hay que crear condiciones favorables en la capa doble de
cargas eléctricas, lo que se hace con los reactivos llamados modificadores.
La partícula mineral queda cubierta por el colector que se afirma en su
red cristalina por medio de su parte polar, proporcionándole con la parte
apolar propiedades hidrofóbicas (propiedades no mojables).
Otro componente del futuro agregado partícula-burbuja es la burbuja de aire. Esta
es necesaria para:
1. Recoger las partículas en la pulpa,
2. Transportarlas hacia la superficie.
Las experiencias con inyección directa de aire en la pulpa generalmente
dan resultados negativos si no se emplea un espumante, por cuanto el aire
se distribuye de forma dispareja, las burbujas son inestables y se asocian una
a otras. Al agregar el espumante, se estabilizan se obtiene el tamaño deseado y la
dispersión del aire es pareja. (Ver Figura 3).
Los espumantes, que son reactivos tenso activos, se absorben selectivamente en
la interfaces gas - líquido. Las partes polares de estos compuestos tenso activos
se orientan hacia el agua y la parte polar hacia la burbuja misma. Las partículas y
burbujas están en una constante agitación, debido a los rotores de las máquinas
de flotación, de modo que para realizar su unión son necesarios:
1. Su encuentro.
2. Condiciones favorables para formar el agregado.
pág. 22
Figura 3 Mecanismos de Flotación de Minerales.
El encuentro se realiza por el acondicionamiento y la agitación dentro de
la máquina misma.
Figura 4 Proceso físico-quimico de Flotación de minerales.
Los conceptos de las condiciones que determinan la unión estable entre la
partícula y la burbuja son los siguientes: no hay problemas en explicar el
acercamiento de la burbuja y la partícula hasta el punto en que la película de agua
que las separa queda muy fina. En este momento, la partícula, para acercarse
más a la burbuja tiene que superar lo que se considera una barrera energética.
Para las partículas hidrofílicas, en que la asociación de la partícula con las
COLECTO
R
ESPUMA AEREACION
ARRIBA
AL FONDO Colector. Induce un efecto hidrofóbico a la partícula de carbón. Espumante: Controla la tensión superficial de la burbuja
pág. 23
moléculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las partículas no
flotan. Para las partículas hidrofóbicas, la barrera queda repentinamente rota por
fuerzas todavía no bien conocidas, permitiendo un contacto trifásico.
Los conceptos modernos de la dinámica del contacto entre la burbuja y la
partícula consideran que el encuentro entre ambas se efectúa del modo como
ocurre la colisión entre dos cuerpos elásticos. Esto significa que los cuerpos
chocan y rebotan. Se ha podido observar el hundimiento de la burbuja cuando es
chocada por la partícula y el rebote elástico de esta última. La partícula,
enseguida, vuelve nuevamente a chocar con las burbujas hasta que se encuentra
con la que tiene condiciones energéticas y eléctricas para asociarla. Este
mecanismo, entonces, contempla como factores de importancia, el tamaño de la
partícula (fuerza dinámica) y su mojabilidad (condiciones eléctricas). Ver Figura 4
2.6.2 Flotación por espuma
El proceso de flotación por espuma es un proceso fisicoquímico, donde la las
partículas minerales hidrofóbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en
tanto que las hidrofílicas, como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofóbica
presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la fase líquida, mientras que la
superficie hidrofílica tiene afinidad por la fase líquida. O bien, dicha en forma más
simple, la flotación de minerales se basa en reducir la energía libre superficial de
las especies a flotar, por la acción de ciertos reactivos químicos.
Los principios básicos en el 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.
pág. 24
El control del proceso de flotación está en función de dos variables importantes
como son: las químicas y las operativas. Las variables químicas incluyen el tipo de
carbón, la química de la pulpa, la oxidación de la superficie, y la dosificación de
reactivos. Las variables operacionales en cambio, incluyen, el tamaño de las
partículas, la velocidad de agitación, la densidad de la pulpa, el nivel de pulpa,
altura de espuma, la velocidad de aireación, y tiempo de acondicionamiento
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.
Se ha encontrado que una partícula mineral presenta hidrofobicidad cuando su
clivaje rompe preferentemente uniones residuales (uniones de Van der Waals). De
esta manera, dicha partícula interactuará con el medio principalmente a través de
fuerzas de dispersión de London (Gaudin. 1957).
Sin embargo, en ocasiones una fractura violenta como la que ocurre mediante la
molienda de minerales, puede llevar a romper otro tipo de enlaces más fuertes,
tales como enlaces covalentes, generando sitios de mayor energía, capaces de
interactuar con el medio de una manera más enérgica. Este efecto, junto a
reacciones superficiales de oxidación o adsorción, lleva a un aumento de la
energía superficial del sólido y consecuentemente a una pérdida o disminución de
sus propiedades hidrofóbicas. El carácter energético de una unión está asociado a
la distancia de equilibrio entre los centros atómicos en interacción.
2.6.2.1 Reactivos de Flotación
Para el acondicionamiento de las características del sistema se utiliza una gran
variedad de reactivos cuyas dosificaciones se determinan por recomendaciones
bibliográficas o por pruebas preliminares efectuadas sobre el material a flotar.
pág. 25
Colectores
Son reactivos de origen orgánico, lo que indica su alta hidrofobicidad. Usualmente
el colector se agrega al agua donde se diluye la pulpa y se permite un periodo de
acondicionamiento entre estas dos sustancias con la ayuda del sistema de
agitación. La función de este reactivo es promover el contacto y la adhesión
selectiva entre las partículas orgánicas y las burbujas de aire, produciendo una
delgada capa sobre la partícula a flotar, la cual reemplaza la capa de agua que
recubre el material, adsorbiéndose en la superficie y produciendo en el sólido un
aumento considerable de su hidrofobicidad. Dicha modificación superficial del
carbón produce una mayor flotación de la partícula y una mayor estabilidad de la
interface burbuja-sólido.
Espumantes
El espumante se agrega con el fin de controlar el tamaño y la estabilidad de las
burbujas de aire, por medio de la reducción de la tensión superficial del agua. Son
sustancias tensas activas heteropolares que aumentan la interface aire-agua,
generando una burbuja estable de buen tamaño y geometría y una acción
concordante de la espuma. En general, una alta cantidad de espumante conlleva
a flotar una gran cantidad de partículas sólidas, sin embargo, no puede
garantizarse un aumento de la selectividad al aumentar la concentración de
espumante.
Otros reactivos de flotación
Dentro de estos reactivos de flotación se encuentran los activadores, usados con
el fin de que la superficie mineral se preste al recubrimiento del colector. Los
reguladores, para ajustar el pH de la pulpa. Los depresores, que mejoran la
selectividad, impidiendo la flotación de partículas no orgánicas y los de floculantes
que controlan lodos que obstaculizan y aumentan el consumo de reactivos.
pág. 26
2.7 Recuperación de partículas finas de carbón de los jales
de Carbón en las plantas lavadoras
Una forma de abordar el problema de los jales de carbón sería tratarlos
previamente antes de ser llevados a los patios y /o vertederos de las Plantas
lavadoras de carbón con el fin de recuperar el carbón presente en los mismos y en
consecuencia, reducir el volumen estos desechos. Desde el punto de vista
económico, esto ocasionaría una reducción en los costos ocasionados por el
transporte y almacenamiento de estos residuos, y al mismo tiempo se obtendría
un producto aprovechable, partiendo de un material cuya estimación tanto
económica como medioambiental es en principio negativa.
Para lo cual, sería necesario someter a estos jales de carbón fino a una nueva
etapa de limpieza en la que se utilizarán métodos más eficientes de separar de
manera más eficiente al carbón de la materia mineral que le acompaña, con
tamaños de partícula mucho más finos, puesto que este tipo de muestras contiene
cantidades importantes de fracciones <100 m, para los cuales la flotación con
espuma, generalmente utilizada en las plantas lavadora de carbón no resultan ser
eficientes. El aumento en la producción de finos, como consecuencia de la
mecanización en las operaciones de arranque y transporte en las minas, con la
finalidad de incrementar la productividad y la seguridad en las mismas, ha
estimulado notablemente la investigación de métodos de recuperación más
eficientes para este tamaño de partículas. Entre los métodos más efectivos por la
parte de reactivos biodegradables se encuentra la aglomeración con aceite,
mientras que por la parte de biotecnología esta la bioflotación con
microorganismos que muestren la misma afinidad por el carbón. Ambos procesos
destacan por ser el manejo de trabajar de manera más efectiva para tamaños de
partícula menores de <500 m. En ambos métodos antes señalados, la
separación de carbón y la materia mineral está basada en sus diferentes
propiedades superficiales.
pág. 27
2.8. Aglomeración con aceite.
La técnica de aglomeración de aceite implica humectación preferencial de la
materia orgánica de carbón por el aceite de suspensión de carbón-agua en una
condición agitada. Las partículas de carbón puro siendo hidrófoba se aglomeran
por las gotitas de aceite y mientras que la materia mineral la cual se caracteriza
por ser hidrofílica es retenido en la fase de agua, lo que afecta la separación.
Varios otros factores se han encontrado para afectar el proceso de aglomeración,
que incluyen dosis de aceite, el tiempo de aglomeración, tamaño de partícula del
carbón, el pH, la densidad de pulpa de suspensión, las propiedades superficiales
de carbón y aceite, la fuerza iónica del medio acuoso, etc.
Durante la agitación vigorosa de la suspensión de agua, las partículas hidrófobas
de carbón son selectivamente revestido con aceite y grupo en el momento de
colisión para formar aglomerados. La materia mineral hidrófilo permanece en la
fase acuosa y se rechaza. La mayor parte de hidrocarburos líquidos, por ejemplo
Keroseno, aceite diésel, otros derivados del petróleo y aceites vegetales, puede
ser utilizada como un líquido de puente. A diferencia de los aceites minerales, los
aceites vegetales con insignificante contenido de azufre, nitrógeno, y con
contenido de metal son renovables, disponibles y no contaminantes de fuentes de
energía. Tener estas características importantes y la situación actual de la
agricultura europea resultado un exceso de producción en estos aceites están
siendo candidatos idóneos para usos alternativos, como producción de biodiesel,
la materia prima en la industria química y como aglomerante para limpiar finos de
carbón.
Diversos tipos de aceites han sido aplicados en diversas investigaciones para la
recuperación de diferentes minerales como se presentan en la Tabla 2.
pág. 28
Tabla 2 Aportaciones relevantes sobre la aplicación de diversos tipos de aceite en diversos minerales
Año Referencia Mineral Observaciones
2013 G.H.V.C. Chary, M.G. Dastidar
Carbón Aceites vegetales.-
2012 Fu Jiangang, Chen Kaida, Wang Hui, Guo Chao, Liang Wei
Molibdenita
Diésel/ keroseno
2007 Adolfo F. Valdés, M. Dolores González-Azpiroz, Carlos G. Blanco, Ana B. Garcı´a
Carbón
Aceites vegetales
2006 Adolfo F. Valdés, Ana B. Garcia
Carbon fino Aceites reuso
2006 Nermin Gence Carbon bituminoso
Uso de hidrocarburos y efecto sobre variables
2002 Yakup Cebeci, Uğur Ulusoy, Selma Şimşek
Carbon bituminoso
keroseno
2000 Mrinal K Baruah, Probhat Kotoky, Jyotish Baruah, Gobin C Bora
Carbon de la India
Xyleno y hexano
2000 S Gryglewicz, K Grabas, G Gryglewicz
Carbón Aceite de soya, girasol, maiz
1999 Marta I Alonso, Adolfo F Valdés, Rosa M Martınez-Tarazona, Ana B Garcia
Carbón fino
Variable en el proceso para recuperación de carbón fino
1998 J.P.S. Calvez, M.J. Kim, P.L.M. Wong, T. Tran
Oro Aceite vegetal, diésel
1997 Yakup Cebeci and Nehar Eroglu*
Carbon lignito Keroseno, diésel, petróleo
1995 Shrauti, S. M. and Arnold, D. W.
Carbón diésel
1995 Ana B. Garcia, JoséM.G. Vega, M.Rosa Martinez-Tarazona
Carbón Antracita
n-heptano
pág. 29
2.9 MECANISMOS DE ENLACE (aglomeración con aceite)
El mecanismo de un proceso de aglomeración engloba aspectos físicos y
químicos que llevan a la adhesión y la formación de enlaces entre las superficies
de las partículas sólidas lo cual resulta necesario la comprensión de los
fenómenos involucrados en este proceso.
Principios de la química superficial de las partículas
aglomeradas.
En el proceso de aglomeración el aceite, agua y las partículas de carbón están en
constante movimiento por un agitador dado que las partículas de mineral son
hidrofílicas, el aceite no puede envolverlas partículas bajo una agitación vigorosa
el aceite se puede dispersar en gotitas finas, que pueden colisionar y adherirse a
partículas hidrofóbicas.
La capacidad del líquido puente (aceite) para extenderse sobre la superficie del
carbón es controlada por la distribución total de la energía en la interface. Si la
propagación del aceite se traduce en un descenso de la energía libre total en la
interface, el proceso de humectación es factible. Este criterio es equivalente a una
cantidad medible, el ángulo de contacto , el cual se puede expresar en términos
de la superficie que contribuye la tensión interfacial. Este se define como el
ángulo, medido a través de la fase del aceite, como se ilustra para la
aglomeración de aceite en la Figura 5. Donde
ow es la tensión interfacial entre el aceite-agua,
os es la tensión interfacial entre el aceite –sólido,
ws es la tensión interfacial entre el sólido-agua,
es el ángulo de contacto de las tres fases a través de la fase del aceite.
La ecuación de Young esta está dada,
ow cos + os = ws Ec (2.1)
pág. 30
Cuando la difusión del aceite sobre una superficie del carbón está en equilibrio, el
trabajo reversible (W) o el cambio de energía necesaria para extender el aceite
sobre la superficie del carbón bajo condiciones isotérmicas está dada por:
-G = W =ow + ws - os EC (2.2)
Ecuación 3.2 se obtiene la siguiente ecuación:
-G = W =ow ( cos + 1) EC. (3.3)
Figura 5 Ángulo de Contacto
El ángulo de contacto para el sistema carbón/aceite/agua está cerca del 70°
para algunos tipos de carbón bituminosos de acuerdo a (Qiu 1992). Por lo que
cuando es mucho más grande cero y algo más pequeño que 90 grados, se hace
posible la fijación de la partícula de carbón y aceite.
(Laskowski 2013) encontró que la estabilidad de la unión de las partículas a gotitas
líquidas inmiscible (gotitas el aceite) en una fase líquida a granel (agua) se pueden
explicar por el cambio en la energía libre. El estado más estable ha demostrado
ser alcanzado cuando las tres fases del ángulo de contacto tienden a 0°, y la
gotas del líquido disperso sobre la relación del tamaño (n) tiende a infinito.
Llegando a la conclusión de que la formación de un puente de aceite entre las
partículas (Ver Figura 6.b) es más probable que la formación de una película de
Agua (W) Aceite (O)
Sólido (W) O
OW
WS
pág. 31
aceite alrededor de una partícula suspendida en agua (ver Figura.6.a). Esto quiere
decir que, la difusión del aceite sobre una superficie de la partícula no es realista.
Del mismo modo, el agua puede formar un puente entre partículas hidrofílicas
suspendidas en el aceite.
Figura 6 Modelo esquemático de a) aceite propagado sobre la partícula y b)
formación de un puente liquido entre las partículas dispersas en el agua.
(Good R. J. and M. 1991) también analizaron la adhesión de la partícula unida
desde el punto de vista de las fuerzas mecánicas necesarias para la ruptura del
puente liquido entre las partículas. (Good 1992) analizo que en la aglomeración
con aceite, una partícula de carbón aglomerada es envuelta con una capa de
aceite y las gotas de agua sirven como puentes entre las partículas líquidas que
proporcionan la resistencia mecánica cohesiva requerida por los aglomerados. La
Figura.7 ilustra la formación del puente líquido entre las partículas de carbón. En el
caso donde el carbón es muy hidrofóbico como en el caso del carbón bituminoso
Partícula Partícula
Aceite
Aceite
Partícula
Aceite Partícula
Aceite
Partícula
Partícula
(a)
(b)
pág. 32
poco volátil, las partículas de carbón son posiblemente envueltas por aceite, y el
agua puede servir como un puente liquido entre las partículas de carbón. Sin
embargo, el mecanismo de unión no puede ser aplicado para todos los carbones.
Figura 7 Estructura del aglomerado con puente de agua.
2.10. Mecanismos de Aglomeración.
La literatura nos ha dado una idea acerca de los diferentes tipos de mecanismos
de aglomeración. Los siguientes tipos de interacciones conocidas como las
fuerzas de Van del Waals, la aglomeración debido a los efectos de capilaridad (Yu,
Feng et al. 2003), la aglomeración electrostática (Rodríguez-Maroto, Gomez-
Moreno et al. 1996), (Derjaguin and Landau 1993, Watanabe, Tochikubo et al.
1995), la aglomeración browniana, la aglomeración gravitacional (Elizabeth Allen,
Paul Smith et al. 2001), la aglomeración turbulenta (Khain, Pinsky et al. 2007),
cada una de ellas son brevemente introducidas aquí.
Entre los mecanismos de adhesión relevantes en el proceso de aglomeración se
encuentra los siguientes:
Capa exterior de un
aglomerado
Vista agrandada de la
estructura interna de un
aglomerado
Carbón
Agua
Aceite
pág. 33
Adhesión mecánica
Los materiales adhesivos rellenan los poros de las superficies manteniéndolas las
superficies unidas por asentamiento. El cual es un método similar a la tensión
superficial.
Adhesión química
Consiste en que dos materiales puedan formar un compuesto al unirse, las
uniones más fuertes se producen entre átomos donde hay permutaciones (enlaces
iónicos) o se comparten electrones (enlace covalente). Un enlace más débil se
produce cuando un átomo de hidrogeno que ya forma parte de una partícula se ve
atraída por otras de nitrógeno, oxigeno o flúor, en ese caso hablaríamos de un
puente de hidrogeno. La adhesión química se produce cuando los átomos de la
interfaz de dos superficies separadas forman enlaces iónicos, covalentes o
enlaces de hidrógeno
El principio de la ingeniería detrás de la adhesión química en este sentido es
bastante sencillo si las moléculas de superficie se pueden unir a continuación las
superficies se unen entre sí por una red de estos enlaces. Cabe mencionar que
estas fuerzas iónicas y covalentes atraídas son eficaces solo en distancias muy
pequeñas. De menos de un nanómetro. Esto significa que en general no solo las
superficies que se quieren unir estén muy próximas entre sí, sino también que
estos enlaces sean bastante frágiles ya que las superficies a continuación deben
mantenerse juntas
Adhesión dispersiva.
En la adhesión dispersiva, dos materiales se mantienen unidos por las fuerzas de
Van de Waals. La atracción entre dos moléculas, casa una de las cuales tienen
regiones de carga positiva y negativa. En el caso, cada molécula tiene una región
de mayor carga positiva o negativa que se une a la siguiente de carga contraria.
Este efecto puede ser una propiedad permanente o temporal debido al movimiento
continuo de los electrones en una región.
pág. 34
En la ciencia de superficies el término “adhesión” siempre se refiere a una
adhesión dispersiva. En un sistema solido-liquido-gas normas (como una gota de
un líquido sobre la superficie rodeada de aire) el ángulo de contacto es usado para
cuantificar la adhesividad. En los casos donde el ángulo de contacto es bajo la
adhesión está muy presente. Esto se debe a que una mayor superficie entre el
líquido y el sólido conllevan una energía superficial mayor.
Adhesión electrostática
Algunos materiales conductores dejan pasar electrones formando una diferencia
de potencia al unirse. Esto da como resultado una estructura similar a un
condensador y crea una fuerza electrostática atractiva entre materiales.
Adhesión difusiva
Algunos materiales pueden unirse en la interface por difusión. Esto puede ocurrir
cuando las moléculas de ambos materiales son móviles y solubles en uno en el
otro. Esto sería particularmente eficaz con las cadenas de polímeros en donde un
extremo de las moléculas se difunde en el otro material. También es el mecanismo
implicado en sinterización cuando el metal cerámico en polvo se somete a presión
y se calienta, los átomos difunden de una partícula a otra.
La unión por difusión se produce cuando las especies de una superficie penetran
en una superficie adyacente sin dejar de ser unido a la fase de su superficie de
origen. La libertad de movimiento de los polímeros tiene un fuerte efecto en su
capacidad para entrelazarse y por lo tanto, en la unión por difusión.
2.10.1 Mecanismos de crecimiento de aglomerados.
(Sastry and Fuerstenau 1973) mencionan que las fuerzas que contribuyen a la
formación de los aglomerados a partir de polvos son de dos clases: naturales o
físicas y aplicadas o mecánicas Las fuerzas físicas responsables de la formación
de los aglomerados pueden deberse a diferentes fuentes entre las que destacan
las siguientes:
pág. 35
• Atracción entre partículas sólidas mediante las fuerzas de van der Waals, fuerzas
magnéticas o cargas electrostáticas.
• Fuerzas de adhesión y cohesión entre los enlaces.
• Fuerzas interfaciales y capilares debidas a la presencia de una fase líquida.
Las fuerzas intermoleculares y electrostáticas unen partículas muy finas sin la
presencia de puentes materiales. Este tipo de formación de enlaces es al que se
debe que las partículas menores que una micra de diámetro, formen
espontáneamente aglomerados durante un proceso de agitación. No obstante
cuando se trata de partículas de mayor tamaño, estas fuerzas de corto alcance
son insuficientes para contrarrestar su peso y no produce la adhesión. Las fuerzas
aplicadas o mecánicas son aquellas requeridas para unir partículas húmedas y
lograr que las fuerzas naturales actúen
Los mecanismos de formación del enlace de los aglomerados se dividen en dos
grupos principales: los puentes sólidos, y los enlaces de líquidos móviles e
inmóviles. Los puentes sólidos se forman entre partículas por medio de la
sinterización de minerales, la cristalización de sustancias disueltas durante el
secado, como sucede en la granulación de los fertilizantes y el endurecimiento de
los agentes de enlace tales como las gomas y las resinas. El enlace de líquidos
móviles genera la cohesión por medio de fuerzas interfaciales y la succión capilar.
En un conjunto de partículas que se mantienen juntas por medio de un líquido
móvil, se distinguen tres estados que a continuación se discuten (Sastry and
Fuerstenau 1973) el estado donde se encuentran presentes pequeñas cantidades
de líquido que se mantienen unidas como anillos en forma de lentes donde los
puntos de contacto de las partículas, se conoce como estado pendular (Figura 8a).
Conforme el contenido de líquido aumenta hay un aumento en la coalescencia de
los anillos y se forma una red continua de líquido entremezclado con aire, que
produce lo que se denomina estado funicular (Figura 8b). Cuando todos los
espacios de poro del aglomerado están totalmente llenos de líquido, se ha
alcanzado el estado capilar (Figura 8c).
pág. 36
Figura 8 Estructura de un aglomerado en estado pendular, funicular y capilar
respectivamente.
En forma general, se puede afirmar que la aglomeración se debe a la tendencia de
un sistema, compuesto principalmente por partículas y en menor proporción por
líquido. Al disminuir su energía libre superficial mediante la reducción del área
interfacial agua-aire, las fuerzas de adhesión originadas se producirán debido a
cualquiera de los siguientes interacciones:
Fuerzas de adhesión del tipo Van der Waals que aparecen por dipolos
permanentes o instantáneos originados en las moléculas. Estas fuerzas son
similares a las que se presentan entre capas de silicatos de estructuras
laminar, tales como la pirofilita, talco o sulfuros como la molibdenita.
Fuerzas atractivas electrostáticas que aparecen como consecuencia de
potenciales de contacto o de interfase.
En adición a la fuerza de Van der Waals los materiales en contacto,
desarrollan un contacto potencial el cual, de vez en cuando, da vida a la
atracción electrostática. El estado de la energía local de la superficie y las
funciones de trabajo de electrones, que depende en los materiales, son
factores decisivos que desarrollan el contacto potencial.
Exceso de carga en las partículas, que para el caso específico de
materiales no conductores, produce fuerzas de tipo coulómbico.
Fuerzas de atracción magnética, originados por las características
ferromagnéticas de las sustancias.
Pendular
Aire
Líquido
Carbón
Funicular
Capilar
pág. 37
Uniones líquidas o puentes líquidos entre partículas denominados pendular
y funicular. Aparecen debido a fenómenos de “mojabilidad” o tensión
superficial. Es decir, los sólidos, al tener una energía libre por unidad de
área (tensión superficial) debido a los enlaces desbalanceados de su
superficie (proceso de mojado), forman los puentes o uniones líquidas que
pueden ser de forma tal que el líquido cubra parcialmente o totalmente a las
partículas, envolviéndolas o no. Ver Figura 9.
Presión capilar en espacios porosos llenos de líquidos: La fuerza y la
propiedad de formación de la aglomeración son dependientes en la tensión
interfacial; no obstante, la formación de enlaces líquidos sea por drenaje o
inhibición es de decisiva importancia.
Agentes enlazantes de alta viscosidad de uso generalizado en la industria
farmacéutica para aglomerar en tabletas. Básicamente la unión entre
partículas se origina al poner estas en contacto con un líquido viscoso, el
cual al solidificarse cristaliza y atrapa las partículas de maneras diferentes:
a) Por cristalización de sales, en la que soluciones al cristalizar forman los
puentes o enlaces.
b) Por fusión, en que los puntos de contacto de partículas se forman
ligaciones de materiales fundidos.
Todos los mecanismos citados tendrán diferentes grados de importancia de
acuerdo con los procesos para los cuales son empleados.
2.11 Formación de aglomerados de carbón en la
aglomeración con aceite.
La formación de aglomerados de carbón es muy compleja, debido a que involucra
interacciones superficiales entre el sólido-aceite-agua, la hidrodinámica y
transferencia de masas entre múltiples fases. El mecanismo del proceso de
aglomeración aún no está bien entendido, aunque numerosas investigaciones al
pág. 38
respecto han llegado a obtener fundamentos considerables en los trabajos
realizados sobre aglomeración con aceite.
Se considera que la aglomeración involucra tres etapas. Primero, las partículas y
el aglomerante (aceite) están dispersos en el agua debido a la agitación vigorosa y
mezclado. Segundo, la dispersión de las gotitas de aglomerante choca con las
partículas y se adhieren a la superficie de la partícula. Tercero, las partículas del
aglomerante revestido chocan entre sí con otras y forman micro-aglomerantes.
Estos micro-aglomerantes pueden chocar con otros y con el resto de las partículas
primarias para formar aglomerados más grandes. Las primeras dos etapas pueden
tener un efecto significativo sobre la velocidad de aglomeración.
El modelo cinético que realizaron (Spoelstra 1989) (Cebeci 2003) representar el
proceso de aglomeración de aceite. En este modelo se asumió que la colisión
entre las partículas sólidas y el puente de aceite dispersado es un paso
determinante de la velocidad. Llegando a la conclusión de que el tiempo de
inversión, (es el tiempo necesario para que la viscosidad de la suspensión
aumente rápidamente debido a la aglomeración), disminuyó con un aumento en la
velocidad del agitación, o bien, por la concentración de aceite. Este modelo
representa cualitativamente las tendencias experimentales observadas y
proporcionó una base simple para la comprensión de los aspectos fundamentales
de los proceso de aglomeración.
2.11.1 Aceites
(Valdés and Garcia 2006) realizaron un estudio sobre el efecto de los residuos de
algunos aceites vegetales reciclados (como el aceite de soya y girasol) para la
recuperación de residuos finos de carbón, obteniendo como resultado la
recuperación de una cantidad considerable de carbón. Además, es importante
mencionar que la reutilización de los residuos de aceites vegetales que son
considerados como residuos urbanos podrían ser ventajosos tanto del lado
económico como ambiental para los países quienes se enfocan a beneficio de
Carbón.
pág. 39
De acuerdo a lo anterior mencionado, este tipo de aceites contiene insignificantes
contenidos de N2, S2 y metales pesados, además de ser productos renovables y
no contaminantes. Estas importantes características hacen que este tipo de
aceites puedan ser considerados como candidatos idóneos para el uso alternativo
como reactivos de flotación, específicamente como aglomerante.
Uno de los aspectos innovadores de la aglomeración con aceites vegetales
corresponde a la utilización de aceites biodegradables como: aceites de maíz,
girasol, ácido oleico, etc y los aceites no aptos para consumo humano como:
aceite automotriz y minerales.
2.12 Biotecnología aplicada al procesamiento de minerales.
En los últimos años las investigaciones en la química de la flotación están
enfocados en la búsqueda de nuevos reactivos que sean baratos y amigables con
el medio ambiente (B. K. Parekh 1999). Con el desarrollo de la Biotecnología, se
ha estudiado que algunos microorganismos poseen en las paredes celulares
macromoléculas tales como polímeros, enzimas y ácidos orgánicos. Estos
compuestos cumplen con las mismas funciones de los reactivos convencionales
usados en la flotación con la ventaja de que son biodegradables y de fácil
producción (Deo and Natarajan 1997). La Bioflotación es entonces el uso de
microorganismos como reactivos (colectores, depresores, modificadores) en la
técnica de flotación mineral. (Sharma and Hanumantha Rao 2002).
La biotecnología aplicada a la actividad minero metalúrgica se ha convertido en
una alternativa viable para la recuperación de minerales de valor que son
desechados durante el proceso de beneficio. El término de biominería, de
microorganismos en diferentes aspectos de la explotación de los minerales,
abarcando desde la concentración de las especies de interés (a través de la
bioflotación), la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y
biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental.
pág. 40
2.12.1 Bioflotación.
El empleo de microorganismos en la operación de flotación es llamado Bioflotación
y depende de la afinidad que presentan los grupos funcionales de la pared
bacteriana con la superficie de los minerales. En esta técnica, el microorganismo
es llamado bioreactivo y debe ser capaz demodificar las propiedades superficiales
del mineral para su posterior separación
Actualmente, la ruta de la biotecnología para el procesamiento de minerales se ha
convertido como una de las herramientas más atractivas debido a su flexibilidad
(los microorganismos exhiben interacciones específicas con minerales) y a que los
costos de operación son menores. Además de ser un proceso menos severo con
el medio ambiente.
El uso de microorganismos en el beneficio de minerales se ha aclarado con la
evolución reciente de la biotecnología. La combinación entre la tecnología de la
flotación tradicional y microorganismos biológicos atrae la atención de diversos
investigadores de todo el mundo En las últimas dos décadas, la bioflotación se
convirtió en uno de los métodos esenciales para el beneficio de los diferentes
minerales en general, además de la desulfurización de carbón en
particular.(Townsley C. C. 1987) (ZEKY and ATTIA 1987 ) (Raichur, Misra et al.
1996)
Los procesos alternativos como la bioflotación presentan ventajas que otros
procesos tradicionales no pueden proveer, como son: bajos costos de operación y
capital de inversión, los cuales pueden llegar a ser significativamente menores,
hasta un 50% en insumos económicos, y bajos requerimientos de energía, (Deo
and Natarajan 1998) (Elmahdy A. M. , El-Midany et al. 2009) (Elmahdy, El-Mofty
et al. 2011). Otras ventajas incluyen la versatilidad en cuanto a la adaptación a los
diferentes tipos de proceso y, desde el punto de vista ambiental, la no producción
de gases nocivos, en comparación con otros métodos usados rutinariamente en el
beneficio de minerales, además de la generación de desechos ambientalmente
más amigables o químicamente más estables (Rawlings 2002) (Devasia P. and
pág. 41
Natarajan K.A. 2004.) (Misra, Bukka et al. 1996, Deo. and Natarajan 1999) al
medio ambiente.
En el proceso bioflotación, las bacterias sustituyen a los reactivos químicos
convencionales o trabajan en sinergia con ellos para producir una alta calidad en
los concentrados con una recuperación razonable y selectiva de minerales
(Elmahdy, El-Mofty et al. 2011) (Aslan and Ünal 2011) (Elmahdy A. M. , El-Midany
et al. 2009) .Para ellos diversas especies de bacterias se han utilizado para
modificar la superficie de los minerales y mejorar su separación en presencia o
ausencia de los colectores regulares (Hirajima, Aiba et al. 2012) (Vilinska and Rao
2008) (Misra, Bukka et al. 1996). En la mayoría de los casos de tratamiento del
carbón, las bacterias se utilizan ya sea como un depresor de impurezas o como un
floculante para el carbón.
Desde hace más de una década, el uso de bacterias en el procesamiento de
minerales ha mostrado tener resultados satisfactorios principalmente para el
proceso de flotación y floculación (Subramanian, Santhiya et al. 2003) (Amini,
Oliazadeh et al. 2009). Como ejemplo de ello, la Tabla 3 muestra el caso de
algunas la cual fue utilizada para evaluar el efecto de este microorganismo en el
proceso de flotación de carbón. Los resultados señalaron que el tratamiento con
esta bacteria, logra disminuir la velocidad de flotación de la ganga, e incrementa la
eficiencia de la recuperación de carbón. Acidithiobacillus ferrooxidans es la
bacteria más documentada, por lo que se desprende el interés en evaluar la
aplicabilidad de otras cepas bacterianas en el procesamiento de minerales.
Además, la aplicación de la biotecnología en la flotación y floculación de minerales
representa una alternativa innovadora en el tratamiento de los residuos finos de
carbón. En vista de lo anterior, la evaluación de microorganismos tales como
Staphylococcus carnosus, o termófilas (sulfulobales, Metallosphaera) es de gran
importancia dentro de la recuperación de residuos finos de carbón, como una
alternativa tecnológica a los métodos convencionales para la solución de la
problemática establecida.
pág. 42
Staphylococcus carnosus es un microorganismo aerobio facultativo y puede
desarrollarse a concentraciones de NaOH de hasta el 15 %, tienen la capacidad
de reducir nitratos y producen acetona, no producen coagulosa ni hemolisina
(Schleifer and Fischer 1982). Los microorganismos tipo termófila como las del
género sulfulobus y Metallosphaera han sido aplicados con éxito en la biooxidación
de minerales refractarios. Las termófilas extremas sobreviven únicamente a
temperaturas mayores de 60°C. Acidithiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum
ferrooxidans son bacterias mesófilas que sobreviven a temperaturas de 30°C.
La principal característica de Staphylococcus carnosus radica en que posee
características hidrófobas, por lo tanto, es posible que la bacteria funcione como
colector en sistemas sulfuros generando mediante la adherencia de la bacteria al
mineral, propiedades hidrófobas necesarias para la flotación.
pág. 43
Tabla 3 Biotecnología aplicada a los procesos minero-metalúrgicos para el beneficio de minerales. Incluyendo los tipo de bacteria.
Bacteria Mineral Referencia Año Observaciones
Thiobacillus
ferrooxidans,
Carbón
fino
Attia et al
Ohmura et al
1993
1994
Depresor
Utilizado en columna de flotación
para limpieza de Carbón.
Paenibacillus
polymyxa
Limpieza
de carbón
Abdel et al
Santhiya et al.
Patra and Natarajan,
Chandraprabha et al.,
Chandraprabha and
Natarajan,
2013,
2000,2001
2003,2004,2
006; 2004,
2005
2006;
Utilizado como floculante para
reducción de S.
Mycobacterium Phlei
Carbón
Apatita y
hematita
Fosfato
Kerógeno
Jia et al
Misra et al.,
Raichur et al
Misra and Smith,
Dubel et al.,
Misra et al.,
2011
1993
1996
1991;
1992;
1993
Depresor- Modificador de carga
eléctrica en superficie de carbón.
Floculante
Colector en Flotación.
Floculante
A. ferrooxidans &
Acidithiobacillus
thiooxidans
Carbón Nagaoka et al., 1999 Depresor (pirita) en procesos de
flotación de carbón
Bacillus subtilis &
Bacillus lichenformis
Apatita y
dolomita Zheng and Smith, 1997a,b.
Funciona como depresor en
flotación.
Staphylococcus
carnosus, Bacillus
firmus, B. subtilis
and B. lichenformis
Apatita y
Calcita
Miettinen
et al., 2003a,b.
Colector en procesos de
flotación (utilizando células tanto
vivas como muertas) en
suspensiones acuosas.
Depresor de apatita y también
como activador para la calcita
(S.carnosus)
Rhodococcus
rhodochrous Carbón Erincin,et al 1998 Desulfurante.
pág. 44
2.13. Descripción de bacteria Staphylococcus carnosus
Taxonomía
El género Staphylococcus pertenece a la familia Staphylococacceae orden
Bacillales, clase Bacilli, Phylum Firmicutes. Dentro del género Staphylococcus hay
52 especies, es una bacteria no patógena.
La morfología de la bacteria son cocos Gram-positivos, se observa asociación en
racimos irregulares (similar aún racimo de uvas), carecen de flagelos, no producen
esporas y rara vez pueden tener cápsula.
La morfológicamente de las bacterias son cocos Gram positivos, cuya forma es en
racimos irregulares (similar aún racimo de uvas), carecen de flagelos, no producen
esporas, no presentan motilidad y rara vez pueden tener cápsula. Por ser una
bacteria Gram positiva el peptidoglicano representa el componente mayoritario de
la pared celular (50-80% en peso).
La pared celular de Staphylococcus carnosus está formada por finas laminas
compuestas por dos derivados de azucares, N-acetiglucosamina y N-
acetilmurámico, y un pequeño grupo de aminoácidos que incluyen L-alanina, D-
alanina, D-glutáminico y/o bien lisina o ácido dianinopimélico. Estos componentes
se unen entre sí para formar una estructura repetitiva que se denomina
tetrapéptido del glicano (Madigan, Martinko et al. 2010) .Otra de las características
importantes de esta bacteria es que produce ácido tipo L-Láctico y D-Láctico.
Puede crecer medio crecimiento aeróbico o anaeróbico.
pág. 45
2.14 Mecanismos de adhesión de la Bacteria
Una bacteria puede adherirse a una superficie sólida, básicamente de dos
maneras:
Adhesión pasiva
La adhesión pasiva tiene lugar por un proceso espontáneo determinado por
adsorción físico-química que no requiere actividad fisiológica por parte de la
bacteria. Esta adhesión tiene lugar, por ejemplo, cuando las bacterias que se
adhieren han muerto por radiación ultravioleta, calor o formal.
Bajo este punto de vista la adhesión de una bacteria a una superficie sólida
depende de las fuerzas de atracción entre las dos superficies Al mismo tiempo
pueden tener lugar fuerzas de repulsión que pueden contrarestar la interacción de
atracción o incluso inhibir la adhesión. Estas fuerzas fisico-químicas de atracción y
repulsión incluyen
- fuerzas de largo alcance: interacciones electrostáticas
- fuerzas de van der Waals
- fuerzas de corto alcance: interacción dipolo-dipolo
- enlace químico (electrostático, covalente, puente de hidrógeno)
- interacciones hidrofóbicas
La mayoría de las bacterias tienen una carga neta negativa como la mayoría de
las superficies sólidas, por tanto la repulsión electrostática entre superficies de
igual carga tenderá a evitar una estrecha aproximación entre superficies. Si la
repulsión es lo suficientemente fuerte, no tendrá lugar la adhesión. Que la
repulsión evite así la adhesión depende del balance entre fuerzas opuestas de
atracción y repulsión.(Perni, Preedy et al. 2014) (Moriarty, Poulsson et al. 2011)
Algunos autores sugieren que la adhesión se produce por este mecanismo por
diversos motivos. La influencia de los cationes sobre la adhesión se puede
pág. 46
explicar en términos de efectos electrostáticos y por una disminución del grosor de
la doble capa eléctrica. La presencia de sustancias orgánicas disueltas en el
medio también puede inhibir la adhesión bacteriana por la adsorción de la
sustancia sobre la superficie, haciéndola menos favorable para la adhesión
microbiana a través de efectos estéticos o por afectar la hidratación de la
superficie, convirtiendo una superficie favorable en una desfavorable.(Perni,
Preedy et al. 2014) (Bohinc, Dražić et al. 2014)
La interacción mineral- bacteria puede generar cambios en la superficie de los
minerales, a formación de películas, a través de las reacciones de oxidación y
reducción catalizadas biológicamente generan cambios fisicoquímicos sobre la
superficie del mineral deferentes a las del original. La quimisorción de productos
metabólicos, puede resultar, también, en la modificación superficial, debido a la
disolución de constituyentes del mineral. La primera vía corresponde a la adhesión
de la célula a la superficie del mineral.
El proceso de adhesión bacterias de los microorganismos sobre una superficie
depende de diversos factores. Algunos trabajos previos han mostrado que bajo
ciertas condiciones fisiológicas, la superficie de la bacteria lleva una carga neta y
en conjunto con las fuerzas electrostática, hidrofóbicas, entrópicas, ácido-base,
Van der Waals y los enlaces de puentes de Hidrogeno llevan a cabo la adhesión
de la bacteriana (Sharma and Hanumantha Rao 2002).
El adhesión del microorganismo a la superficie del mineral lleva consigo la
expresión de sustancias poliméricas extracelulares (EPS). Las EPS pueden formar
enlaces químicos con la superficie y promover las reacciones químicas o
formando interacciones iónicas cambiando así la carga total de la biopelícula
bacteriana y/o la de la superficie del mineral.
pág. 47
En la Tabla 4 se observa los factores que influyen sobre el proceso del bioflotación
y el carbón.
Tabla 4 Variables que influyen en la adhesión de la bacteria sobre la superficie
del sustrato para la formación de la biopelícula.
Propiedades del sustrato Propiedades del fluido Propiedades del microorganismo(Bacteria)
Rugosidad Velocidad de Flujo Superficie de la bacteria hidrófoba
Hidrofobicidad pH Sustancias poliméricas extracelulares (EPS)
Acondicionamiento de la biopelícula
Temperatura
Nutrientes presentes en el medio
Nota : revisar características de la bacteria.
Este proceso puede dividirse en dos fases: la fase inicial o de acoplamiento y la
fase secundaria o de sincronización. (Flint, Palmer et al. 2016), también incluye
una fase de acondicionamiento de la superficie que describe la interacción del
sustrato con el ambiente.
I. La adhesión inicial constituye el encuentro entre una superficie
acondicionada y un microorganismo planctónico. Esta fase es reversible y
depende de las variables fisicoquímicas de la superficie acondicionada y las
bacterias presentes en la cercanía de la superficie. Primero el organismo
deber ser conducido cerca de la superficie y una vez que alcanzan una
proximidad crítica, la adhesión dependerá de la suma neta entre las fuerzas
de atracción y repulsión generada entre las dos superficies (interacciones
electroestáticas, hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals, etc).
II. La segunda etapa de adhesión es la fase de anclaje y tiene lugar mediante
enlaces moleculares entre componentes celulares específicos y la
superficie. En esta etapa, en ausencia de intervención física o química, la
adhesión se hace irreversible.
pág. 48
Tras el inicial asentamiento puede existir una segunda colonización de
microorganismos que se beneficien de un ambiente protector y/o se alimenten de
los productos metabólicos de las otras bacterias. En esta comunidad secundaria
los mejores competidores (por espacio y/o nutrientes) pueden excluir a los más
débiles (Martini, Walter et al. 2003)
Una vez que las bacterias están irreversiblemente unidas a la superficie, comienza
el proceso de maduración de la biopelícula. La densidad total y la complejidad de
la biopelícula aumentan, así como, los microorganismos comienzan a replicarse
activamente y a morir. Los componentes extracelulares generados interaccionan
con moléculas orgánicas e inorgánicas formando el EPS. En este punto, la
biopelícula alcanza una masa crítica, y un equilibrio dinámico en el cual se
comienzan a producir células planctónicas en la capa más externa. Estos
organismos pueden escapar de la biopelícula y colonizar otras superficies. Ver
Figura 9.
Biopelículas.
La biopelícula se define como comunidades complejas de microorganismos y
polímeros extracelulares, fijos a una superficie, que pueden presentar una única
especie(Redmile-Gordon, Brookes et al. 2014) (Serra 2003). Regularmente una
biopelícula está conformada por una matriz de exopolisacárido que representan
aproximadamente el 50-90% del carbono orgánico total de biopelículas y se
considera que es el material de la matriz principal de biopelícula (Nielsen, Jahn et
al. 1997) (Wingender, Neu et al. 2000).
Estos Exopolisacáridos están principalmente compuestos de polisacáridos
extracelulares, proteínas, residuos celulares, dna, etc), que se adhiere a la
superficie del substrato.
pág. 49
Figura 9 Etapas de formación de la biopelícula. Etapa 1. La unión inicial de las células
a la superficie. Etapa 2. La producción de la matriz extracelular de ex polisacáridos. Etapa
3. El desarrollo temprano de la formación de la biopelícula. Etapa 4. La maduración de la
formación de la biopelículas. Etapa 5. La dispersión de la célula bacteriana de la
biopelícula.
pág. 50
CAPÍTULO 3
JUSTIFICACIÓN
Este trabajo de investigación tiene como finalidad lograr la aglomeración y
posterior beneficio de los residuos finos de carbón provenientes de las plantas
lavadoras de la Región Carbonífera de Coahuila. Generado ante la necesidad de
la industria que requieren del desarrollo de nuevas tecnologías aplicadas al
procesamiento de jales mineros.
Tomando en cuenta la gran cantidad en volumen de los jales de carbón generados
por las plantas lavadoras de la región, es posible aprovechar estos residuos
mediante el desarrollo e implementación de técnicas de tratamiento de partículas
finas, específicamente, la formación de flóculos y su posterior recuperación
mediante flotación.
Dada la selectividad del proceso, el cual pretende disminuir el contenido de
impurezas como cenizas y azufre de las partículas finas de carbón, éste
incrementa su poder calorífico generando un mayor valor agregado a este residuo,
el cual tendría ahora, posibilidades de ser comercializable.
El esquema de investigación involucra un aspecto innovador: Evaluar reactivos
alternativos como bacterias y aceites residuales en la aglomeración de finos de
carbón. Además, se cumple con la implementación de nuevas tecnologías más
amigables con el medio ambiente al emplear reactivos biodegradables
pág. 51
CAPÍTULO 4.
HIPÓTESIS
El uso de aceites vegetales, minerales y automotrices, además de bacterias,
capaces de interaccionar con la superficie mineral de partículas finas de
carbón, generaría cambios en las cargas superficiales que resultarían en la
formación de partículas que podrían ser recuperadas mediante flotación.
pág. 52
CAPÍTULO 5
OBJETIVO DEL PROYECTO
5.1 Objetivo General
Evaluar y desarrollar un proceso de recuperación de finos de Carbón a partir de
residuos mineros mediante aglomeración/flotación utilizando aceites orgánicos y
microorganismos extremófilos.
5.1.1. Objetivos Específicos
Evaluar la efectividad de reactivos químicos y biológicos en la
aglomeración de partículas finas de carbón.
Estudiar las variables metalúrgicas (tipo y concentración de floculante,
características mineralógicas, % peso de sólidos, pH) para optimizar la
floculación del residuos finos de carbón.
Determinar la cinética de flotación de partículas finas de carbón
empleando las condiciones óptimas de floculación.
Determinar la acción específica de los floculantes en la recuperación
selectiva de partículas de carbón sobre las partículas de la ganga
mineral. (Aglomeración más selectividad).
Establecer las condiciones más adecuadas para obtener un concentrado
comercializable
Proponer un posible mecanismo o mecanismos de la acción de los
reactivos empleados en el proceso de floculación/beneficio de los finos
de carbón.
pág. 53
CAPITULO 6
DESARROLLO EXPERIMENTAL
6.1 Muestras y Materiales
Los carbones utilizados en este proyecto corresponden a dos carbones tipo
bituminoso de distinto rango, cuya procedencia y denominación se da en la Tabla
5. Todos ellos son carbones recolectados de los patios de almacenamiento de las
Plantas lavadoras de carbón establecidas en la Región.
Cada una de las muestras de carbón fino fueron tamizados en húmedo empleando
las mallas -100+200, -200+400, y -400. La fracción comprendida entre 100+200, -
200+325 mallas fue separada para las pruebas de flotación y adhesión.
Para la realización de cada una de las pruebas de aglomeración con aceite se
empleó agua desionizada, alcohol etílico es de grado industrial. La acetona grado
analítico A.C.S. (Min. 99.7 y 4 tipos de aceites previamente seleccionados y
clasificados.
6.1.1 Preparación del carbón
Selección de las muestras
Para lograr una mejor eficiencia en el proceso de beneficio se realizó una
caracterización al carbón recolectado, siguiendo técnicas de cuarteo de acuerdo a
la norma ASTM D2234 / D2234M - 10 (ver Figura 10).
Tabla 5 . Procedencia y denominación de los jales de carbón recolectados en la Región Carbonífera de Coahuila
Sub-cuenca Procedencia Identificación de Muestra
Rio Escondido
Rio Sabinas
P.N.
Palaú
CFM
CFP
pág. 54
El cuarteo fue llevado a cabo a partir de 30 kg de cada una de las muestras de
carbón fino (CFP y CFM), obtenida de las plantas lavadoras ubicadas en las
Subcuencas antes mencionadas.
La preparación de las muestras se llevó a cabo en el laboratorio de preparación de
la ESI-UAdeC .
Figura 10 Técnica de Cuarteo.
6.2 Caracterización de las Muestras
Análisis próximo y elemental del carbón
Es imprescindible que las muestras tengan un pre-tratamiento que permita
analizar las muestras de acuerdo a la norma ASTM D5142-09. El pre-tratamiento
incluye secado, homogenización, cuarteo y tamizado (malla -60) de las muestras.
Con el producto final (aproximadamente 15 g) se realizan las mediciones del
análisis próximo. El análisis próximo incluye mediciones de análisis de humedad,
materia volátil, ceniza, como también poder calorífico y el carbón fijo. Esta
actividad se realizará en los laboratorios de la Escuela Superior de Ingeniería de la
Universidad Autónoma de Coahuila. Ver Tabla 6
pág. 55
Tabla 6 Normas A.S.T.M. establecidas para el análisis de Carbón.
DETERMINACIÓN APLICACIÓN GENERAL NORMA
Preparación de las
muestras
Reducción granulométrica según los análisis
a efectuar
A.S.T.M D2013-86
Modificada en 1994
Humedad Total Verificar condiciones contractuales A.S.T.M D3173-98
Cenizas Relación Combustible / Incombustible A.S.T.M D3174-97
Materia Volátil Indicar el rango del carbón.
Establecer características de combustión.
Base para compra-venta.
A.S.T.M D3175-93
Azufre Total y
formas de azufre
Evaluar procesos de lavado del carbón.
Determinar el potencial de contaminación
por emisión de gases sulfurosos.
A.S.T.M D4239-94
A.S.T.M D2492-94
Poder Calorífico
Bruto
Determinar el calor de combustión o aporte
de energía del carbón
A.S.T.M D3286-96
6.3 Análisis Granulométrico
El análisis granulométrico de los jales de carbón extraídos de las diferentes presas
de jales se llevó a cabo en húmedo para determinar su granulometría promedio.
Para ello se utilizaron los tamices 40, 100, 200, 325, 400, -400#.
Los resultados del mismo, expresados en tanto por ciento en peso, así como los
porcentajes de ceniza y carbón fijo de las fracciones granulométricas obtenidas
serán mostrados más delante en las Tablas 9 y 10.
Análisis de tamaños de partícula
La distribución del tamaño de partículas de las muestras de finos de carbón fueron
determinadas usando un analizador de partículas marca Malvern Mastersizer 2000
(Hydro 2000MU), el cual se basa en el principio de dispersión de luz láser. Las
pág. 56
partículas fueron dispersadas en un vaso de laboratorio estandarizado teniendo
suficiente agua destilada.
Una prueba ultrasónica fue empleada para ayudar a dispersar la muestra durante
30 segundos. Las partículas son introducidas al analizador del haz en una celda
de presentación de la muestra en una unidad óptica, la tabla de los resultados de
análisis de tamaño de partícula serán mostradas más adelante.
6.4 Análisis de tamaño de Poro.
Para el análisis fue utilizada la técnica de medición de áreas BET utilizando
isotermas de adsorción de N2 líquido a la temperatura (77° K). Se tomaron 11
puntos de adsorción desde 0.05 hasta 0.3 de presión relativa (p/p0) para la
determinación del área superficial por el método BET. El equipo usado fue el
caracterizador superficial Autosorb-1, marca Quantachrome. Para limpiar la
superficie se trató la muestra a 250°C, por un mínimo de 3 horas con vacío.
Con el propósito de conocer la superficie específica de cada una de las muestras
recolectadas
La información obtenida en la caracterización y en análisis granulométrico permitió
seleccionar las granulometrías de los carbones finos apropiados que necesiten ser
utilizadas para el proceso de aglomeración en aceite y el procedimiento de
beneficio a seguir.
Técnicas utilizadas para la caracterización de carbón, aceites
y bacteria.
6.5 Preparación de Briquetas
Para la elaboración de las briquetas se preparó una mezcla de 10 g de carbón fino
(tamaño de partícula <500 mm) resina y acelerador (Buehler). La pasta se
deposita en un molde cilíndrico de plástico (previamente el molde se le aplica una
capa ligera de vaselina). La mezcla se continúa homogenizando dentro del molde.
La mezcla se deja secar durante 12 horas a temperatura ambiente, posteriormente
pág. 57
la pieza es retirada del molde y se corta en dos secciones. Una sección se
conserva como testigo, mientras que la segunda parte es devastada
secuencialmente con papel lija de grafito: (120, 320,800, 1200, 2400 4000),
posteriormente la muestra es pulida utilizando paños metalográficos y -alúmina
(en secuencia de 1m, 0.3m, 0.05 m), hasta obtener un acabado casi espejo. El
desbaste y pulido se llevó a cabo en el laboratorio de Lito preparación de la ESI-
UAdeC. Una vez que se obtuvo una superficie deseada, se realiza el análisis
petrográfico (A.S.T.M. D2797).
6.6 Análisis petrográfico.
La caracterización microscópica de los jales de carbón ha sido llevada a cabo de
siguiendo la normativa del comité Internacional de Carbones (I.C.C.P, 1973), y
comprende el análisis de macérales y la media de la reflectividad de la vitrinita así
como el estudio morfológico de la pirita y una estimación del número de partículas
de materia mineral y orgánica libre o asociada. Se utilizó un microscopio de luz
reflejada LEICA DM4500P, con un objetivo de inmersión de aceite (1.5280) de
50X y un espectrómetro MSP-Coal que permite cuantificar la reflectancia de los
macérales. La calibración del espectrómetro MSP-Coal se realiza con dos
estándares KLEIN & BECKER. El estándar de reflectancia 0.898% permite medir
los macerales de baja reflectancia y el estándar 1.694% permite medir macérales
de alta reflectancia. Cuando el equipo finalmente está calibrado, se coloca la
briqueta en un portaobjetos y se le adiciona una gota de aceite de inmersión para
iniciar el barrido. El diafragma es necesario reducirlo al mínimo para evitar las
mediciones con luz reflejada de alguna partícula distinta a la que se está midiendo.
La metodología indica seguir un sistema de trayectos horizontales escalonados
por una separación de 1.0 mm Esta rutina permite reunir 100 mediciones de
reflectancia (A.S.T.M.) D2798. El análisis puede tomar aproximadamente 45
minutos. Al terminar se comprueba la calibración y se retira la briqueta. Al finalizar
el sistema (MSP-Coal) este despliega en pantalla los resultados (estadísticos) los
datos obtenidos que se obtiene del conteo se reflejan en los histogramas,
pág. 58
arrojando la distribución de la refractancia. Estoy confundida con esto Dr. No
entiendo que es lo que solicita.
6.7 Determinación de composición de macérales
El protocolo de medición se define en la norma ASTM D2799, los resultados
permiten determinar la composición del maceral del carbón. Las mediciones se
realizaron utilizando un microscopio de luz reflejada Leica DM4500P, la cual
cuenta con un objetivo de inmersión de aceite (1.5280) de 50X. La metodología
utilizada consiste en identificar y cuantificar los grupos macerales: liptinita,
inertinita y la materia mineral. Los grupos macerales se identifican por su color,
textura y relieve. La liptinita se caracteriza por ejemplo por su color gris obscuro y
se encuentra dispersa en el material, la vitrinita es de color gris intermedio y se
encuentra predominantemente en los carbones y formando la matriz de las
partículas, por su parte, la inertinita muestra una tonalidad que va de un gris claro
a blanco con una alta reflectancia. La metodología indica seguir un sistema de
trayectos horizontales escalonados por una separación de 1.0 mm, además
sugiere reunir 500 campos de medición. (Ver Figura 11).
Figura 11 Conteo de Macerales mediante el análisis petrográfico
pág. 59
6.8 Caracterización por Difracción de Rayos X (DRX).
La identificación de los minerales mayoritarios presentes en las muestras de
carbón fino recolectadas se han llevado a cabo mediante difracción de rayos X
(DRX) sobre la materia minerales de los mismos. Para ello, las principales
especies minerales presentes en el concentrado fueron determinadas por
difracción de rayos X (DRX). Los espectros DRX de las muestras de carbón CFM
y CFP fueron obtenidos en un difractrómetro de Rayos marca Xpert-System
Panalytical usando radiación monocromática CuKα 1 (λ=1.54187 Å), con voltaje de
40 kV y una corriente de 35 mA y un detector PW3011/20. Los espectros fueron
obtenidos en el intervalo de 2θ= 10-90° con pasos de 0.02 y 12 segundos de
tiempo a temperatura ambiente. Las fases de los picos difractados en el equipo
fueron identificados con cartas PDF
6.9 Espectroscopia Infrarrojo (FTIR).
Los análisis de Espectrometría Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR)
fueron realizados en un espectrofotómetro marca Perkin Elmer Modelo Spectrum
FTIR System. Los espectros se analizaron bajo la técnica ATRI, con un accesorio
marca Amiths Modelo Durasampi IR II. Con ventana de diamante de 1 rebote. El
detector de operación interno es un DTGS con una resolución espacial de 10mm.
Todos los espectros FTIR obtenidos fueron registrados en un rango de 550 a 4000
cm-1 con una resolución de 4cm-1 y una co-adición de 16 scan para eliminar
cualquier relación de señal de ruido. Los espectros fueron desplegados en
términos de absorbancia.
6.10 Ángulo de Contacto
La medida de los ángulos de contacto de los aceites aglomerantes sobre la
superficie de las muestras de carbón fino fue realizada mediante el procedimiento
de burbuja cautiva. Para ellos se fabricó una pastilla de carbón que se preparó de
pág. 60
la siguiente manera: se usaron 8 g d carbón fino a ≤ 45 m y 2 g de aglomerante
(4:1 resina epoxi/endurecedor) se mezclaron ambos hasta homogenizar la pasta
que se introduce en un molde cilíndrico de aproximadamente 3 cm de diámetro y
se mezcla con las muestras CFP y CFM cada una por separado, se deja secar
estas probetas por espacio ± 12 horas. Posteriormente se extrae la pastilla y se
pule con lijas progresivamente desde la liga (120, 320,800, 1200, 2400, 4000).
Posteriormente cada una de las muestra es pulida utilizando paños metalográficos
y -alúmina (en secuencia de 1m, 0.3m, 0.05 m).
En el método de burbuja cautiva, la pastilla se fija a un soporte que se introduce
en una celda, de tal manera que quede horizontal e invertida. Utilizando una
jeringa con una aguja se crea una gota de aceite entre 0.0005 a 1e-4 L que es
capturada por la pastilla. Posteriormente se mide el ángulo de contacto formado
por el aceite y la superficie del carbón (CFP o CFM). Y mediante un microscopio
móvil equipado con un equipo FTA 200. Considerando como ángulo de avance el
formado por la gota durante los primero 30 segundos de contacto entre la
gota/carbón. Antes de cada medida, las pastillas son pulidas para evitar
contaminación o una posible oxidación superficial. Los ángulos de contacto son, al
menos, la medida de seis determinaciones con 3 gotas en diferentes zonas de la
superficie de la pastilla, siendo estimado mediante este método de ±4°. Las
mediciones se realizaron a Temperatura ambiente.
Los ángulos de contacto determinados experimentalmente sobre las pastillas c/r
se corrigen para la materia carbonosa c mediante la ecuación de Cassie.Baxter,
una vez determinados los ángulos de contacto sobre la resina r y asumiendo que
el área superficial de la pastilla ocupada por el carbón es igual a su fracción en
volumen de la misma. (ver Figura 12)
pág. 61
Figura 12 Criterio para la medición de ángulos de contacto por los métodos de gota libre y la burbuja cautiva
PRIMERA PARTE EXPERIMENTACION CON ACEITES
6.11 Caracterización Física de Aceites Aglomerantes.
Los aceites utilizados son de uso comercial de los cuales se clasifican en: Aceites
Minerales, Aceites Vegetales y Aceite Automotriz.
6.11.1 Análisis de Reometría Rotacional. Para determinación
de la Viscosidad de aceites.
Para ello se utilizó un Reómetro Rotacional marca Anton Paar MCR501 TruGap.
Para ello se empleó una geometría de cilindros concéntricos CC27 (27 mm es el
diámetro del cilindro) en el cual se sometieron las muestras de aceite. Para esta
prueba se requirió aproximadamente 0.03L de muestra de aceite. (ver Figura 13)
La finalidad de esta técnica es obtener el comportamiento de la viscosidad en
función de la velocidad de deformación. Las mediciones de viscosidad se llevaron
a cabo en un reómetro Anton Paar Physica MCR 501, utilizando una geometría de
cilindros concéntricos. La temperatura a la cual se realizaron las mediciones fue
1e 40°C y 100°C. Los resultados de estos se presentarán más delante en la Tabla
1 los valore de η0 (viscosidad a velocidad de corte cero).
Sólido
Aceite o
agua
Aire
Gota Libre
Sólido
Aceite o
agua
Aire
Gota Libre
pág. 62
a) b)
Figura 13 Prueba de medición de viscosidad de aceites utilizados para pruebas de
aglomeración para carbón fino. A) equipo de medición. b) gráficos de resultados
de medición de viscosidad para aceite.
6.11.2Análisis de densidad de aceite.
Para esta prueba fue necesaria la utilización de un picnómetro, el cual es especial
para poder medir la densidad de un líquido. La finalidad de esta prueba fue
determinar la densidad del aceite a emplear durante las pruebas de aglomeración.
(ver Figura. 14)
Para ello se utilizó la siguiente formula.
𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷(𝜌) = 𝑤𝐹−𝑤𝑂
𝑉=
𝑚
𝑉 (6.1)
Donde Wf = Peso final del Picnómetro + aceite. (g), Wo = Peso del Picnómetro
(vacío) (g), V= volumen empleado (ml) (capacidad de 25 y 50 ml)
pág. 63
Figura 14 Representación de prueba de medición de densidad de aceite a) picnómetro de 25ml y 50 ml de capacidad. a) Picnómetro vacío de 25 ml b) Peso del picnómetro vacío, c) peso de Picnómetro lleno con aceite, d) Picnómetro vacío de 25 ml e) Peso del picnómetro vacío, f) peso de Picnómetro lleno con aceite
6.12 Caracterización Fisicoquímica Estructural de los Aceites
La densidad de los diferentes aceites utilizados para este proyecto se determinó
mediante un densímetro comercial. La viscosidad se midió mediante un
viscosímetro de tipo capilar de vidrio siguiendo las especificaciones de la norma
ASTM D445.86. Para su calibración se utilizó dos líquidos de viscosidad conocida
y agua.
a) b) c)
d) e) f)
pág. 64
6.12.1 Procedimiento de Aglomeración con Aceite
Los experimentos de aglomeración se realizaron en un mezclador-agitador de alta
velocidad Waring compuesto de un vaso de vidrio de sección cuadrada con
capacidad de 1 L y con una hélice de cuatro palas en su fondo que se acopia al
motor el vaso mezclador está previsto de dos tapas concéntricas que permiten su
cierre hérmético: la exterior es de goma y la interior de material de acrílico. Esta
última tiene un diámetro de 6 cm y puede ser abierta en el transcurso del
experimento para la incorporación de reactivo. Las velocidades de agitación del
motor son dos comprendidas entre 18,000 y 22000 rpm. En todos los
experimentos de aglomeración se ha utilizado agua des-ionizada con resistividad
de 20 M/cm.
En cada experimento de aglomeración se introduce en un recipiente agitador, 16 g
de muestra de carbón fino CFM o CFP (-74 +44m), y se agrega 0.400L de agua
des ionizada (formando una pulpa de 4% sólidos). Se encendió la licuadora y
durante los primeros 5 minutos se comenzó a mezclar el agua con la muestra por
(las velocidades a las cuales se realiza la agitación es de 18,000 y 22,000 rpm)
para dispersar la muestra en el agua. Posteriormente, se agrega el aceite en peso
en concentraciones que van desde (5,10, 20, y 30%), manteniendo la agitación por
1 min más (Tiempo total de esta prueba 6 min) y es en este lapso donde se
observa la aglomeración de las partículas finas de carbón con el aceite.
La fracción recuperada del carbón fino flotado es separada del rechazo mediante
un tamiza o por medio de flotación en celda.
En este caso, se utilizó la separación por medio de flotación, para ellos las dos
aglomeración simultaneas, realizadas en condiciones idénticas se pasaron a una
celda de flotación con capacidad de 1 L, Ambos materiales recolectados son
mezclados a una velocidad de agitación de 2700 rpm durante 1 min y sin entrada
de aire. A continuación se introduce aire en la celda y se recupera los
aglomerados que flotan durante 240 segundos. El rechazo formado por la muestra
no aglomerada y los aglomerados que no han flotado permanecen en suspensión.
pág. 65
Posteriormente el aglomerado y el rechazo son separados manualmente, se filtran
y lavan mediante la adición de alcohol etílico con el objetivo de disolver el aceite,
después se agrega acetona, para asegurar la disolución del aceite residual. El
mineral que queda en el fondo del recipiente fue identificado como “hundido” se
filtra sin agregar alcohol etílico ni acetona debido a que carecen de aceite. Las
muestras se colocan en un horno a 45°C por 24 h para su secado.
La fracción recuperada en la parte superior del recipiente es como mineral flotado
de valor (RF), mientras que la fracción correspondiente del carbón limpio
contenido en el concentrado se denomina recuperación de carbón. (Ver Figura 15)
6.12.2. Cálculos de Recuperación
Para obtener los resultados se utilizan las siguientes formulas:
La recuperación indica el % en peso que se está recuperando y la fórmula es la
siguiente:
Recuperación de Materia Orgánica (% RF)
%𝑅𝐹 = [𝑀𝐹(100−𝐶𝑧𝑎𝐹)
𝑀𝐴(100−𝐶𝑧𝑎𝐴)] ∗ 100 (6.2)
Porcentaje de reducción de Ceniza (%RCza):
% 𝑅𝐶𝑧𝑎 = [1 −𝑀𝐹
𝑀𝐴∗
𝐶𝑧𝑎𝐹
𝐶𝑧𝑎𝐴] ∗ 100 (6.3)
Donde %RF es la recuperación de Materia Orgánica en peso %; MF es la masa de
concentrado (%); CzaF es el contenido de ceniza del concentrado en peso (%); MA
es la masa en la alimentación (%); CzaA es el contenido de ceniza en el carbón
alimentado en peso (%).
pág. 66
Figura 15 Aglomeración de aceite para carbón fino (-150 m+44 m).
Flotación de mineral aglomerado en celda Denver
6.13. Diseño de experimentos usando la metodología en
Minitab.
El análisis estadístico se llevó a cabo con el paquete estadístico MINITAB, se hizo
un análisis de varianza (ANOVA) para determinar las variables que influyen
durante el proceso de aglomeración en ambas muestras CFM y CFP.
2DA PARTE DE LA EXPERIMENTACION. (S. carnosus)
En este trabajo, llevó a cabo el estudio de la adhesión de la bacteria Stphylococus
carnosus sobre dos muestras de carbón fino a diferentes pH y tiempos de
adhesión.
Los reactivos químicos utilizados son de grado reactivo. El agua utilizada para
preparar las soluciones es agua destilada
pág. 67
6.14 Cultivo de Bacteria y Crecimiento de S. carnosus
Para la preparación y crecimiento de la bacteria S. carnosus se elaboró el caldo
constituido por: tripticaseína soya con extracto de levadura (Medio ATCC No
1887). Para su elaboración se presaron 30 g de tripticaseína y 3.0 g de extracto de
levadura, los cuales se diluyeron en 1 L de agua destilada. Posteriormente se
ajustó a un pH 7. El medio se sometió a un proceso de esterilización en un equipo
autoclave (ALLAMERICAN Model N0 25X) durante 15 min. Una vez atemperada, a
37°C el caldo de cultivo se inoculó con la bacteria S. carnosus (ATCC 51365)
liofilizada, la cual fue incubada durante 24 h a 37°C.
6.15 Cinética de crecimiento de S. carnosus.
Para la determinación de la cinética de crecimiento de la bacteria, esta se llevó a
cabo una medición de crecimiento microbiano en el medio de cultivo al tiempo
especificado en la Fig. 1 (la cinética inicio desde 0 a 60 h). Para el conteo de
microorganismos existentes, se utilizó una cámara Neubauer (Camara Neubauer
Reichert) y el microscopio de contraste de Fases ( BX53). Para ello se tomó una
muestra de 1.45e-5 L y esta fue colocada en la cámara Neubauer.
6.16 Isoterma de Adhesión.
Para la realización de las isotermas de adhesión se utilizó 1 g de muestra de
carbón fino en 0.050 L de cultivo de bacteria fresco. El tiempo de toma de muestra
fue desde 5 hasta 360 segundos. La concentración de la bacteria inicial y al
tiempo t se determinó mediante el conteo directo en la cámara Neubauer. La
cantidad de bacteria adherida para un tiempo t se determinó mediante la siguiente
fórmula:
𝐵𝐴𝑑ℎ =(𝐵0−𝐵)𝑉
𝑊∗𝐴𝑠𝑢𝑝 (6.4)
pág. 68
Donde Badh es la bacteria adherida (cell/m2): B0 y B son la concentración de
bacterias libres en tiempo cero y t, respectivamente (cell/ml); V es el volumen de la
muestra en ml; w es el peso de la muestra de carbón (g) y finalmente Asup es el
área superficial del mineral.
En este caso el área superficial para la muestra de carbón fino CFP fue de 1.543
m2/g, mientras que para la muestra CFM el valor fue de 9.980 m2/g.
6.17 Determinación de Biofilm
Se llevó a cabo un pre-cultivo de la bacteria (medio+S.carnosus) por espacio de
12h a 18 h. Posteriormente este cultivo se ajustó al número de células
correspondiente a una densidad óptica de 0.5 unidades de absorbancia. Esta
medición se realizó en un espectrómetro UV a una longitud de onda de 620 nm.
Luego, se tomó una alícuota de 150 μL (1.50e-4 L) y se colocó en placas de 96
pozos donde se incubó a temperatura ambiente por 4 h para evaluar la adhesión.
Luego de esta incubación, se descartó el medio de cultivo y se lavó la placa (cada
pozo) con una solución salina fisiológica estéril (NaCl al 0.85%). Posterior a los
lavados se adicionaron 1e-4L de medio fresco y se incubaron nuevamente por 24
h a 37º C. Después de esta incubación, se adicionaron 100 μL (1e-4L) de metanol
al 99% y se incubaron nuevamente por 15 min. Enseguida se removió el
sobrenadante y se dejaron secar las placas a temperatura ambiente. Después a
cada uno de los pozos que contenían los cultivos, se le adicionó 150 μL (1.50 e-
4L) de cristal violeta (0.5 %) y se incubaron por 20 min a temperatura ambiente,
para después lavar las placas con agua corriente. Para determinar el cristal violeta
atrapado en la biopelículas, a cada pozo se le adicionaron 200 μL (2e-4L) de ácido
acético al 33%, se agitaron y se les determinó la densidad óptica a una longitud de
onda de 540nm.
pág. 69
6.18 Condiciones de liofilización de Bacteria y Bacteria-
Carbón (CFM/CFP)
La liofilización se realizó en un equipo marca Labconco modelo Free Zone 12. El
proceso se inició a una temperatura de prec-ongelamiento por espacio de 5 h a –
40°C. Posteriormente se realizó una segmentación primaria a la muestras
(Bacteria (control), Bacteria con carbón CFM y Bacteria con carbón CFP, estas
últimas obtenidas después de que la bacteria interaccionó con el carbón) a una
temperatura de –45 °C. Finalmente el segmento secundario aplicado que
corresponde a la fase de secado se llevó a cabo a -10°C. La presión de trabajo en
la cámara fue de 0,1 Pa. Una vez concluido el proceso, los tubos se sellaron al
vacío y fueron identificados con una etiqueta con los datos siguientes: S.
Carnosus, S. C.-CFP, S.C.-CFM. El primero de ellos corresponde al bacteria de
control, mientras que el resto corresponde a la muestras de carbón después de
haber interaccionado con la bacteria. Cada ensayo fue realizado por duplicado
para tener una mejor confiabilidad en los resultados.
6.19 Microscopía Electrónica De Barrido (SEM).
Las muestras de microorganismos se fijaron mediante una solución de
glutaraldehído al 3% durante 2 h (120 min) y luego se lavaron 4 veces por 15 min
a una velocidad de 5,000 rpm, con un buffer de fosfato (0.1M y pH=7) para
eliminar los residuos de glutaraldehído que se quedaron sin reaccionar.
Posteriormente las muestras se mantuvieron durante 5 minutos en soluciones de
etanol con diferentes concentraciones (30, 50, 70, 90 y 100%) para su
deshidratación y su posterior secado por punto crítico. En seguida, las muestras
se colocaron sobre un soporte metálico recubriéndolas con una capa de oro. Las
muestras se analizaron mediante un microscopio electrónico de barrido Jeol JSM-
7401F.
pág. 70
6.20 Adhesión Microbiana a los Hidrocarbonos (M.A.T.H).
Esta prueba se llevó a cabo en un tubo eppendorf de 1.7 ml (1.7e-3L) donde se
colocaron 1 ml (1e-3L) de la suspensión de la bacteria en el medio de cultivo y
0.16 ml de solvente n-hexadecano, posteriormente este se acondicionó en un
vortex, durante tiempos de 20, 45, 60 y 90 segundos. Las pruebas se realizaron a
un pH 7, 8, 9, 10. La concentración de bacterias fue registrada en función del
tiempo de acondicionamiento, mediante el conteo de microorganismos en la fase
acuosa, en cámara Neubauer.
6.21 Microflotación
Para estas pruebas de microflotación se utilizó un tubo Hallimond modificado, el
cual fue colocado sobre una parrilla de agitación magnética. La flotación fue
dividida en dos categorías: la convencional y la bioflotación.
Control (Flotación convencional)
1 g de carbón fino (CFM/CFP) fue pesado y mezclado en 70 ml O 0.070L de
solución acoso a un pH de 9 (agua destilada con un pH controlado por la adición
de NaOH), durante 10 min en un vaso de precipitado de 200 ml (0.2L) de
capacidad. Como reactivos químicos se utilizó Diésel (colector) y MIBC
(espumante). Posteriormente la mezcla (agua/carbón) fue vertida sobre la celda
Hallimond donde se agregaron 150 m de diésel y 70 m de MIBC. El tiempo de
acondicionamiento fue de 7 min a 150 rpm. El aire fue introducido dentro de la
celda a una velocidad de o 200 ml/min y una presión de 60 psi.
6.21.1. Bioflotación
Previo a la microflotación se preparó un inoculo con la bacteria S.carnosus
(medio+ bacteria) y a un pH de 9. El tiempo de incubación fue de 12 h a 37°C y
190 rpm. Posteriormente se ajustó el medio inoculado a una concentración de 1x
109 cell/ml. Se pesó 1 g de carbón fino (CFM/CFP) y se agregó junto con la
pág. 71
mezcla inoculada sobre un matraz de 0.25L. Posteriormente el cultivo y el carbón
fueron sometidos a una agitación constante de 190 rpm y a temperatura ambiente.
Con la finalidad de garantizar un inoculo inicial. La muestra de mineral fue tomada
después de 12 h de iniciado el proceso Durante la flotación se vertió la mezcla
bacteria/carbón en la celda de flotación, la cual fue regulada a una presión de
nitrógeno y oxigeno de 60 psi y un flujo de aire de 200 ml/min. La flotación fue
llevada a los mismos tiempos que las pruebas de control.
Los tiempos de flotación fueron de 0 a 6 min. La muestra de carbón flotada y el
mineral que quedó asentado en el fondo de la celda fue filtrado, secado y su
flotabilidad calculada de acuerdo a la siguiente fórmula:
100%. xF
CadFlotabilid (6.5)
En donde: F es el peso alimentado en gramos de mineral y C es el peso en
gramos de mineral concentrado (flotado).
pág. 72
CAPITULO 7
RESULTADOS Y DISCUSIONES
7.1 Análisis químico y Petrográfico de CFM y CFP
En la Tabla 7 se despliega los resultados obtenidos de los análisis elementales y
proximales realizados en las muestras de carbón fino identificados como CFM y
CFP acorde a las normas ASTM.
En esta tabla se puede observar que la muestra de carbón fino CFP presenta un
mayor porcentaje de carbón elemental comparado con la muestra CFM. Así como
también una mínima diferencia entre el resto de los elementos (%S, %N2, %H2 y %
Fe) presentes para cada muestra.
Tabla 7 Análisis proximal y elemental de las muestras de los jales de carbón minero empleados empleados
Caracterización del carbón.
Parámetros Muestra
CFP CFM
Análisis Proximal % Ceniza % de Azufre M.V. Poder Calorífico (Kcal/Kg) Análisis Elemental (%) Azufre Fierro Carbón Nitrógeno Hidrogeno
40.70 1.38 17.21
4061.30
0.26 1.074 44.06 0.89 3.563
38.86 0.94 23.24
4751.00
0.28 1.13 37.24 0.83 3.25
pág. 73
Por lado, en esta misma tabla se puede ver, como el carbón fino CFM presenta
un valor más elevado del poder calorífico comparado con el carbón CFP. El este
resultado se debe a su bajo contenido de ceniza. En cambio para la muestra CFP
sucede lo contrario, es decir, presenta un menor poder calorífico debido a
presenta un contenido mayor de ceniza.
7.2 Análisis granulométrico. Tamizado.
En esta sección se llevó a cabo el análisis granulométrico sobre ambas muestras
de carbón fino recolectadas (CFM y CFP). Para este ensayo, cada muestra fue
cribada en vía seco y por vía húmeda. Los resultados obtenidos de esta prueba
se presentan en la Tabla 8
Durante este ensayo, 1 kg de cada muestra fue tomado como referencia para
tamizar en seco cada muestra y determinar el porcentaje de finos retenidos en
cada tamiz. De acuerdo con los resultados obtenidos durante esta prueba, se
observa que los tamices con mayor porcentaje de mineral retenido corresponde a
las mallas #: 30, 50 y 100#. Sin embargo, estos valores podrían ser no confiables,
debido a que la mayor parte de las partículas gruesas que quedan retenidos en
cada tamiz está aglomerada como terrones de carbón fino. (Ver Tabla 8.)
Por lo tanto, para tener una mayor confiabilidad en el tamizado, se propuso
realizar nuevamente un tamizado en húmedo, para asegurar que los tamaños de
partículas finas corresponden ciertamente a ese tamiz. Un total de 15 Kg
aproximadamente de cada muestra fueron tamizado mediante esta técnica. Los
porcentajes de mineral retenido en cada malla se presentan en la Tabla 9.
Posterior a este ensayo, se procedió a secar cada una de las muestras retenidas
en cada tamiz y enseguida realizar un análisis proximal a cada uno de ellas.
pág. 74
Tabla 8 Cribado en seco de las muestras CFM y CFP a partir de 1000 g
Muestra de Carbón Fino
Malla Fracción Retenida
(g)
Fracción Retenida
(%)
Fracción Acumulada
(%)
Fracción pasante (%)
CFM
#+30 625.84 62.584 62.584 37.416
#-30 + 50# 64.45 6.445 69.029 30.971
#-50 + 100# 89.06 8.906 77.935 22.065
#-100 + 200# 103.34 10.334 88.270 11.730
#-200 + 325# 99.00 9.900 98.169 1.831
#-325 + 400# 11.18 1.118 99.287 0.713
#-400 7.13 0.713 100.000 0.000
CFP
#+30 651.03 65.10 65.10 34.90
#-30 + 50# 107.27 10.73 75.83 24.17
#-50 + 100# 86.10 8.61 84.44 15.56
#-100 + 200# 76.21 7.62 92.06 7.94
#-200 + 325# 64.68 6.47 98.53 1.47
#-325 + 400# 9.47 0.95 99.48 0.52
#-400 5.25 0.52 100.00 0.00
Total de muestra 1000 100.00
Tabla 9 Concentrción de Carbón fino retenido por tamiz para las muestras CFM y CFP.
Muestra Tamiz
Fracción Retenida
Vía Húmedo (g)
Acumulación de C.
Tamizado Húmedo
% Peso rec
% Rec. (+)
% Rec (-) W C seco
CFM
"40" 672.19 672.19 4.48 4.48 95.52
15000
"-40+100" 2085.83 2758.02 13.91 18.39 81.61
"-100 + 200" 1663.23 4421.25 11.09 29.48 70.53
"-200 - 325" 823.87 5245.12 5.49 34.97 65.03
"-325+400" 469.2 5714.32 3.13 38.10 61.90
"-400" 8899.32 14613.64 59.33 97.42 2.58
CFP
"40" 1269.34 1269.34 8.46 8.46 91.54
15000
"-40+100" 2501.43 3770.77 16.68 25.14 74.86
"-100 + 200" 2120.34 5891.11 14.14 39.27 60.73
"-200 - 325" 756.23 6647.34 5.04 44.32 55.68
"-325+400" 384.56 7031.90 2.56 46.88 53.12
"-400" 7593.32 14625.22 50.62 97.50 2.50
pág. 75
De acuerdo a los resultados obtenidos de análisis granulométrico y del análisis
proximal en cada tamiz, se observó que el mayor porcentaje de carbón fijo
retenido se encontraba en las mallas de: -100 a +400#.
Con base a estos resultados, el tamaño de partícula seleccionados para cada uno
de las pruebas tanto de aglomeración con aceite como de bioflotación, fueron de:
-150 a +38 m (-100# a +400#), tal y como se señala en las celdas señaladas
con color gris claro de la Tabla 10.
Los parámetros analizados a cada muestra de carbón fueron: % carbón fijo, %
ceniza, %materia volátil y valor de poder calorífico. De estos resultados, se puede
decir que existe una ligera diferencia en cuanto a porcentaje de azufre (%S) y de
ceniza (%Cza). Por ejemplo en las muestras CFP los valores alcanzados fueron
(≈1.60%S y ≈30% Cza) y mientras que para la muestra CFM los valores fueron
(≈2.10%S y ≈38% Cza)
Tabla 10 Análisis proximal y granulométrico de los carbones finos CFM y CFP por tamiz. Identificación
de Muestra Tamiz %C.F. %Cza %S % M.V
P.C
(Kcal/kg)
CFP
+40#
-40# + 100#
-1000# + 200#
-200# + 325#
-325# + 400#
-400#
32.01
56.46
64.68
61.67
55.94
31.17
49.96
35.96
30.98
26.74
33.26
56.62
1.09
1.36
1.37
1.61
1.90
0.81
23.09
24.47
23.36
24.65
23.03
18.22
3733
5375
5794
6093
5465
3226
CFM
+40#
-40# + 100#
-1000# + 200#
-200# + 325#
-325# + 400#
-400#
46.12
39.43
55.41
61.42
61.91
34.47
69.64
49.90
42.40
32.16
41.48
54.40
1.84
2.09
2.06
2.10
2.25
0.83
17.52
21.01
21.43
22.23
24.35
17.92
1748
36.76
4872
5391
5649
3418
pág. 76
7.3 Distribución de Tamaños.
En las Figuras 16 y 17, se observa los resultados obtenidos de la distribución de
tamaños obtenidas del equipo Mastersizer para las muestras de carbón fino CFM
y CFP.
En las Figuras. 16a) y 17a) se representan los porcentajes del volumen retenido
por tamaño de partícula para las muestras CFM y CFP. Donde para la muestra
CFM el mayor porcentaje retenido logra alcanzar un 50% ente un rango de 44 a
150 m (Figura. 16a)) y el resto del volumen de muestra predomina en rangos
mayores de 150 m. Por otra parte, en la Figura. 16b) se representa la distribución
de la masa acumulativa por tamaño de partícula y en ella se observar como el
valor de d0.80 alcanzado es de 247.731 m. Esto significa que, la mayor cantidad
de mineral retenido está por debajo de este valor (Figura. 16b) y con un porcentaje
acumulativo de casi un 90%%. Este valor puede corroborarse con los resultados
de la Tabla 11, donde se observa que en los tamices de: 400, 325, 200 y 100 # se
alcanza una mayor cantidad de mineral retenido.
Esto mismo sucede para la muestra de carbón fino CFP, solo que existe una
significativa diferencia en cuanto al % en volumen obtenido por tamiz. Es decir,
éste alcanza valores de hasta un 60% (Ver Figura. 17a)) en un rango de partícula
de 44 a 210 m. En cambio, en la Figura. 17b) se representa el % masa aculada
por tamaño de partícula. Donde el tamaño de partícula d80 fue =184.57 m. Esto
significa que la mayor cantidad de carbón fino CFP se encuentra retenido por
debajo de 184.58m. Finalmente y tomando en cuenta estos valores se puede
decir que, la mayor parte de mineral corresponde a los tamices de luz de malla
comprendida entre 44 y 210 μm.
pág. 77
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
Vo
lum
en
%
Tamaño (m)
a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
MA
sa
Acu
mu
lati
va %
(-)
Tamaño (m)
d(0.80)=247.731m
Figura 16 Distribución granulométrica original de la Muestra CFM. A) Volumen de mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra tamaño de partícula
b)
pág. 78
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
% A
cu
mu
lati
vo
(-)
Tamaño (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
Mate
rial R
ete
nid
o(%
)
Tamaño (m)
Figura 17 Distribución granulométrica original de la Muestra CFP. A) Volumen de
mineral (%) retenido contra Tamaños de partícula, b) Masa acumulada contra
tamaño de partícula
d(0.80)
=184.57m
a)
b)
pág. 79
7.4 Análisis de Tamaño de Poro
Dentro de los factores que influyen en el proceso de flotación de carbón además
de los reactivos químicos, están en las propiedades superficiales del mineral a
beneficiar como son: el área superficial, el tamaño y tipo de poro. Por lo cual, para
esta investigación se realizó el análisis de partículas sobre las muestras
recolectadas y determinó que tipo y tamaño de poro tenía cada una de ellas
De tal manera que, en las Figuras 18 a) y b), se presentan los resultados
obtenidos de la medición del área superficial para las muestras de carbón CFM y
CFP. Indicando los siguientes resultados: Para la muestra CFM, el tamaño de poro
fue de 54.6 nm, con un área superficial de 9.98 m2/kg, En cambio para la muestra
de carbón CFP, el tamaño de poro fue 3.7 nm, y el área superficial de esta alcanzó
los 1.64 m2/kg respectivamente.
Los resultados de estas mediciones para cada una de las muestras recolectadas
indican lo siguiente:
De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede determinar que el tipo de poro
que presenta la muestra de carbón corresponde a un macroporo.. En cambio para
la muestra CFP el tamaño de poro corresponde a un poro tipo mesoporo.
Los macroporos no contribuyen grandemente al área superficial total, pero sirven
como conductos para facilitar el paso del material a adsorberse hacia los meso y
microporos. A través de los macroporos las sustancias se difunden hacia las
paredes de los poros de menor tamaño donde ocurre la adsorción. Este proceso
se produce debido a los terminales activos que se encuentran en los anillos
aromáticos del carbón, ya sea en forma de radicales libres o electrones no
apareados. Estos terminales se producen al momento de la ruptura de los enlaces
durante el proceso de activación, y son estabilizados por resonancia.
pág. 80
a)
b)
Figura 18 Medición de tamaño y área superficial de la partícula de carbón. a) CFM y b) CFP.
pág. 81
7.5 Análisis petrográfico.
Durante este trabajo de investigación fue necesario recurrir al análisis petrográfico,
para determinar y diferenciar la procedencia del carbón que había sido recolectado
y la cantidad de macerales presentes en cada una de las muestras. Para este
ensayo se realizó el conteo de estos y la medición de refractancia en cada una de
las muestra. (CFM y CFP)
En la Figura. 19 se presentan dos fotomicrografías de las muestras de carbón
CFM. En la primera de ellas (ver Figura 19 a) y b)) se puede valorar la presencia
de los constituyentes básicos presentes en el carbón y la forma como se
presentan al examinarlos por reflexión son : Vitrinita (1), liptinita (2) e inertinita
(3),además de encontrarse en esta misma muestra parte de materia mineral (4).
Por otro lado, también en estas micrografías puede observarse como en los límites
de las partículas de carbón existen alteraciones derivadas del tiempo al que ha
sido expuesto el jal. (Ver Figura 19 a).
El efecto de la oxidación trae consigo cambios importantes en las propiedades
físicas y químicas del carbón. Físicamente se consigue eliminar la plasticidad y se
favorece el desarrollo de una textura porosa y químicamente se aumentan los
grupos oxigenados con una disminución de los grupos alifáticos que son las
estructuras más vulnerables en la oxidación. Esto se comprueba claramente en los
análisis por medio de espectrofotometría realizados a cada muestra previo a los
ensayos de aglomeración y bioflotación.
La oxidación de carbón comienza con la absorción física del oxígeno sobre la
superficie para formar un oxycomplejo seguidos por una absorción química de
oxígeno para formar un OH-fenólico, carboxilos (Carbonyls), fenoles y peróxido
Ao, Huang et al. (2012) Zhu, He et al. (2012), Lu, Hao et al. (2016), Man, Feng et
al. (2014) Lu, Devasahayam et al. (2013) lu et al 2008, Polat and Chander (2003)
Dey (2012) Dey et al, 2013). Estos nuevamente forman grupos funcionales
hidrofilicos que permiten bajos rendimientos en la flotación. El carbón puede ser
oxidado por diferentes extensiones según el rango de carbón.
pág. 82
100m 100m
1
3 2
4
1 3
2
4
a) b) Zonas de
Oxidación
El conteo de macerales durante la caracterización petrográfica indica que la
muestra de carbón CFM corresponde a un carbón bituminoso vítrico, que presenta
una gran cantidad de partículas finas de carbón totalmente liberadas que pueden
ser recuperadas mediante la aglomeración con aceite. De igual modo, el valor del
índice reflector de la vitrinita alcanzó un valor de 1.1669, lo cual significa que el
rango y clasificación y en base a la norma norteamericana USA – ASTM,
corresponden a un carbón del tipo bituminosos coquizable
Figura 19 Fotomicrografía del carbón Fino de la muestra CFM. 1)Vitrinita, 2)
liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral.
Figura 20 Fotomicrografía de la muestra de Carbón Fino CFP.1)Vitrinita, 2) Liptinita, 3)Inertinita, 4)Materia Mineral, 5) Fusinita, 6) Pirita
1
100m 100m
1
3
2
a)
3
2
4
b) 5
6
a)
4
1
pág. 83
En cambio en la Figura. 20 se presenta las fotomicrografías correspondientes a la
muestra de carbón fino (CFP). En esta imagen es claro observar los principales
macerales presentes corresponden a: Vitrinita(1), Liptinita(2), Inertinita(3) y
Materia Mineral(4), también se puede observar la presencia de fusinita (5), la cual
es en una menor proporción comparada con los cristales de vitrinita casi toda la
muestra.
Existe una distribución heterogénea de tamaño de grano, pero principalmente de
partículas finas de carbón en el cual la mayoría de ella corresponde al maceral de
vitrinita. Esto nos indica la existencia aun de mineral de valor que podría ser
aprovechado durante los siguientes ensayos a desarrollar para la recuperación de
materia orgánica. También es importante destacar que el índice reflector de la
vitrinita para esta muestra fue de 1.3922. Este valor y de acuerdo a la norma
norteamericana USA – ASTM, corresponden a un carbón del tipo bituminoso
coquizable. Ver Tabla 11.
Ambas muestras de carbón fueron analizadas también en las instalaciones del
Instituto Nacional de Carbón (INCAR) en Oviedo, España. Los resultados
obtenidos coincidieron con los valores obtenidos en el laboratorio de Petrografía
de la UADEC:
pág. 84
Tabla 11 Resultados de mediciones de reflectancia mediante análisis petrográfico en la muestra de carbón bituminoso CFP , ahora identificado como (PAL)
CFP
Vitrinitas de distinto rango: Reflectancia Número Porcentajes
Lignitos/Subbituminosos < 0.5 0 0.00
Hullas altas en volátiles 0.5 - 1.05 34 34.00
Hullas de coque 1.05 - 1.4 65 65.00
Hullas secas 1.4 - 2 1 1.00
Antracitas > 2 0 0.00
Total 100 100.00
CFM
Vitrinitas de distinto rango: Reflectancia Número Porcentajes
Lignitos/Subbituminosos < 0.5 0 0.00
Hullas altas en volátiles 0.5 - 1.05 31 31.00
Hullas de coque 1.05 - 1.4 66 66.00
Hullas secas 1.4 - 2 3 3.00
Antracitas > 2 0 0.00
Total 100 100.00
7.6 Análisis de Difracción de Rayos X (DRX)
El espectro de difracción de rayos X (DRX) de las muestras denominadas “CFM” y
“CFP”, se presenta en la Figura 21. A partir de estos se pudieron identificar los
minerales presentes de la fase inorgánica de los carbones utilizados para esta
investigación, constituida principalmente por cuarzo (Q)- (SiO2); caolinita (K)-
(Al2Si2O5(OH)4), carbonato de calcio (C)-(CaCO3), yeso (Y)-(CaSO4·2H2O),
bentonita (B) (SiO3*H2O) en ambos sustratos, así como la presencia de, carbón
(Ca). Todos estos minerales comúnmente se hacen presente en los carbones tipo
bituminoso.
La fase amorfa, evidente en la curvatura de la primera parte de los espectros, está
relacionada con el componente orgánico del carbón y varía de acuerdo al rango el
mismo. No obstante, se ha encontrado que en los carbones de bajo rango, no
solamente el carbón es el que aporta la fase amorfa, sino también lo hacen
algunos sulfatos e hidróxidos de hierro amorfos.
pág. 85
Además, se ha observado que a medida que aumenta el tamaño de grano y el
rango del carbón, incrementa la intensidad del espectro en el rango entre 25º y
26.6º 2θ, el cual es además el plano (002) del grafito (Maity and Mukherjee (2006).
En ella puede observarse claramente, que la mayor parte de los minerales
presentes corresponden a los minerales que conforman la ceniza de un carbón.
También se observa que a pesar de que las muestras de carbón recolectadas
corresponden a residuos de jales mineros, estos aún presentan una pequeña
porción de mineral de valor energético.
La intensidad del background también depende de la proporción de mezcla de
carbón en sí con minerales de alta cristalinidad como cuarzo, yeso y caolinita, los
cuales por escala tienden a minimizar el background. Por ello, los análisis
concernientes a la fase orgánica mediante DRX requieren una previa separación
de la fase mineral Takagi, Maruyama et al. (2004) (Maity and Mukherjee 2006) .
No obstante la presencia de la fase amorfa en los difractogramas, es posible
establecer diferencias notables en la mineralogía de ambos carbones a partir de la
intensidad de los picos de los diferentes minerales.
pág. 86
Figura 21 DRX de la muestra de carbón fino. a) CFM y b) CFP.
7.7 Espectrofotometría Infrarrojo FTIR- aceites.
La espectroscopia de infrarrojo es una técnica útil para la caracterización de
aceites y grasas comestibles debido a que es capaz de mostrar la frecuencia
exacta de las diferentes bandas de absorción así como la diferencia en las
intensidades de las mismas Guillén and Cabo (1997), Zhang, Liu et al. (2012),
Moya Moreno, Mendoza Olivares et al. (1999), Wójcicki, Khmelinskii et al. (2015)
Vlachos, Skopelitis et al. (2006) Estas bandas están asociadas a los distintos
grupos funcionales que constituyen los aceites y su intensidad se relaciona con la
concentración en los mismos. El grado de instauración se relaciona con la
concentración de los mismos.
En la Figura 22 son mostrados los espectros infrarrojos de los aceites utilizados
durante las pruebas de aglomeración para las muestras de carbón CFM y CFP. .
Guillen et al señalan que cada espectro de infrarrojo pueden ser considerada
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
a)
Ca
Q QQQCC C
C
YK BQQQK KKK
K
Q
C KKY
CY
Q
KK
Co
s
Posicion 2
CFM CFP
K
Q
Q
K
QK
Q
K
CaY
Q
K BYQ
K
B: Bentonita
Q: Cuarzo
Y: Yeso
K: Kaolinita
C: Carbonato de Calcio
Ca: Carbon
a)
pág. 87
como una huella dactilar, y en consecuencia, no existe ningún aceite que tenga el
mismo espectro de infrarrojo en términos de número de banda Guillén and Cabo
(1997).
Ejemplo de ello es observado en la Figura 22, donde los aceites de tipo vegetal
(Figura 22 a) y 22b)) tienen diferente número de bandas comparado con el resto
de los aceites tanto mineral (A3M) (Figura 22 c)) como aceite automotriz (A4K)
(Figura 22d)).
Entre las diferencias encontradas en estos espectros de infrarrojo están:
En primer lugar, se tiene una banda de mediana intensidad en 3009 cm-1,la cual
corresponde al estiramiento del enlace C-H , lo cual indica que la muestra puede
tener grupos olefínicos o aromáticos. Esto significa que el aceite A2G tiene un
contenido en ácidos grasos polinsaturados mucho más elevados que el aceite
A3M y A4K. La presencia de una banda a 723 cm-1, correspondiente al
doblamiento de los enlaces C-H tipo alqueno, correspondiente a los enlaces C=C
tipo alqueno, confirman que la muestra tiene carácter olefínico y no aromático. La
ausencia de las bandas típicas de los enlaces C=C aromáticos entre 1600 cm-1
también corroboran la afirmación anterior. Esto es coherente con la composición
reportada para los aceites de tipo vegetal, quienes se caracterizan por la
presencia de ácidos grasos insaturados. Además de las señales de alquenos
descritas, se observan dos señales intensas entre las bandas 2924 y 2854 cm-1
que corresponden a las bandas de estiramiento de los enlaces C-H. De igual
forma las bandas que aparecen entre 1469 a 1464 cm-1 correspondiente a los
grupos -CH3 y -CH2, mientras que la banda a 1378 cm-1 representa el doblamiento
del enlace C-H tipo alcano. Con toda esta información, puede asegurarse la
presencia de porciones de cadenas carbonadas saturadas que comúnmente se
encuentran en los triglicéridos de los ácidos grasos. Esto se confirma con la
presencia de una banda fuerte a 1754 cm-1, la cual reafirma la presencia de
grupos carbonilos tipo éster (estiramiento) esperada para los triglicéridos.
pág. 88
Aunque la configuración de los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados
de los aceites vegetales es mayoritariamente cis, puede existir una pequeña
proporción de dobles enlaces cuya configuración sea trans. La presencia en los
vegetales de ácidos grasos con dicha configuración trans en sus dobles enlaces
conlleva a la aparición en el espectro infrarrojo de una banda 1 967cm-1 debido al
modo de vibración de deformación fuera del plano del enlace =C-H trans-.
Por otra parte, en los rangos entre 1000 y 1380 cm-1se aprecian bandas que se
pueden asignar como enlaces C-O de ésteres. Sin embargo, comparando los dos
espectros de los aceites (A1O y A2G) se puede observar que en este rango existe
una ligera diferencia en el número de bandas que se hace presente. Esta
diferencia se basa en el número de componentes que conforma cada aceite, es
decir, para el caso del aceite tipo vegetal A2G, este contiene además del ácido
oleico (A1O), este contiene: acido esteárico, ácido palmítico y ácido linoleico. De
acuerdo a la ficha técnica de este aceite (A2G) ácido linoleico representa la mayor
proporción, y este tipo de ácido contiene principalmente acido grasos
polinsaturados
En cambio el aceite A1O, únicamente contiene ácido oleico. La ausencia de
señales entre 2500 y 3300 cm-1 (estiramiento de enlace O-H) demuestra que el
aceite no contiene cantidades significativas de ácidos grasos libres. Este análisis
demuestra que los aceites de tipo vegetal estás compuestos, como se esperaba,
de triglicéridos con instauraciones. El espectro infrarrojo no permite determinar la
naturaleza específica de cada uno de los componentes de la mezcla, ni su
proporción relativa.
En cambio en la Figura 22c) correspondiente al espectro infrarrojo del aceite
mineral A3M, las bandas que aparecen a los picos 2951, 2922 y 2857 cm-1
representan a los grupos funcionales metileno (-CH2-) y metilo (-CH3-) con un
modo de vibración simétrico y asimétrica .La banda que aparece a 1456 cm-1
pertenece a la de vibración flexión del grupo alifático de metilo (CH3) y metilenos
(CH2). Y la banda que aparece a 1376 cm-1 corresponde a las vibraciones de
flexión del grupo metilenos (CH2). Finalmente las bandas que aparecen a 808 y
pág. 89
725 cm-1 representan dobles enlaces cis y trans del grupo (-HC=CH-) con un modo
de vibración de flexión. Esta cadena de grupo funcionales nos indica que este tipo
de aceite corresponde al aceite obtenido de la refinación de petróleo cruda.
Conformado principalmente por una componente parafínico.
Por último en la Fig. 22d) se observa el espectro FTIR del aceite automotriz A4K.
En él se encuentra lo siguiente: la banda que aparece a 2954 cm-1 pertenece a las
bandas de vibraciones simétricas y asimétricas del grupo alifático de los metilos
(CH3). En cambio, la banda que aparece a 2923 cm-1 se atañe a las vibraciones
asimétricas y simétricas del grupo funcional de metilo (CH3). Mientras que a 1460
cm-1 se muestra la banda de vibración de flexión del grupo metilo (CH3) y metileno
(CH2). Y a 1377 cm-1 únicamente aparecen vibraciones de flexión en el grupo de
metilenos. Una pico ligeramente se hace presente a 1217 cm-1 el cual representa
la vibración de tensión del grupo funcional de estés (C-O). La banda a 722 cm-1 es
atribuida la interferencia del balanceo de vibración CH2 y la vibración fuera del
plano de olefinas di sustituidas.
Si el surfactante está disuelto en una fase oleica, su grupo apolar reacciona con el
solvente pero no su grupo polar. Nótese que las interacciones entre el grupo polar
ionizado o el agua son típicamente diez veces más intensas que las interacciones
apolares (London) entre los grupos metilenos de la parte apolar con el aceite. En
consecuencia un balance de interacciones polar-apolar implica que un surfactante
posea un grupo apolar netamente más grande que su grupo polar ionizado
(carboxilato, sulfonato, sulfato, amonio, fosfato), por eso un surfactante se
esquematiza a menudo con una pequeña "cabeza" polar y una larga "cola" apolar
Dey (2012) realiza un estudio sobre el mecanismo de adsorción de los grupos
funcionales que conforman el aceite para la recuperación de carbón. Y en él
señala que la superficie del carbón está conformada por un área inherentemente
hidrofóbica además de grupos funcionales como carboxilo, carbonilo, fenólico y
éster. También menciona que el primer mecanismo de interacción entre el
surfactante y la superficie de carbón aparece a través de los grupos funcionales de
pág. 90
los reactivos que interactúan con los grupos funcionales oxigenados en la
superficie del carbón por la vinculación con el hidrogeno.
El segundo mecanismo involucra la interacción con la cadena no polar con los
sitios carbonosos en la superficie del carbón por la dispersión de las moléculas de
agua de la superficie del carbón. La interacción entre una cadena de alifáticos y la
superficie del carbón es menos pronunciada que la cadena de anillos de benceno
y los sitios aromáticos en la superficie de carbón. También señala que los enlaces
de hidrogeno de los grupos oxigenados en los reactivos son más fuertes que las
interacciones de Van der Waals de la cadena de alifáticos con la porción de
carbonaceos de la superficie. Lo cual esto explica por qué los reactivos que
contienen grupos funcionales de oxigeno son mucho mejores colectores que los
aceites automotrices para la flotación de carbón bituminosos. Esto indica que los
aceites utilizados en la aglomeración absorberán sobre loa sitios de las superficies
oxigenadas en el carbón a traves de los enlaces de hidrogeno, los enlaces
hidrofílico de la cadena de hidrocarburos alifáticos con los sitios hidrofóbicos en la
superficie del carbón. Por lo tanto, de acuerdo con la Figura 23 los únicos aceites
que muestran picos en la zona de grupos oxigenados son los aceites A1O y A2G,
los cuales se encuentran localizados alrededor de los 1700-1800 cm-1 que son los
que interactúan mejor con la superficie del mineral. En cambio el aceite tipo A3M,
el cual corresponde a un aceite mineral este está conformado por una mezcla de
varios aceites, los cuales son de tipo parafinicos, y este está basado en alcanos,
los cuales precisamente son alifáticos (que no forman ciclos o anillos) de tal
manera que el aceite mineral tiene una eficiencia menor de recuperación porque
muchos de los grupos alifáticos que este contiene no da un buena respuesta. En
cambio los aceites tipo automotriz, estos están basados de la mezcla entre aceites
parafínicos y aditivos, y sabiendo que los aceites minerales están conformados por
grupos alifáticos la respuesta de recuperación de materia orgánica se ve reducida.
pág. 91
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
938
753
723
722
722
9701029
1098
1161
1215
1248
1284
1235
1217
1377
1378
1378
1378
1413
1459
1458
1464
1459
1708
1754
2855
2870
2954
2954
2925
2854
2854
2924
2924
2924
3009
Alifaticos Huella
Dactilar
Gpo.
Oxigenado
G.
AromaticosCarbon
Aromatico
d)A4K
c)A3M
b)A2G
Ab
so
rba
ncia
Longitud de onda cm-1
a)A1O
Aromaticos
3009
FIGURA 22 Espectro FTIR de los aceites a)A1O, b) A2G, c) A3M, y d) A4K
7.8 Aglomeración con aceite.
En la Tablas 12 y 13 se presentan los resultados obtenidos de las pruebas de
aglomeración con los cuatro aceites utilizados como colector, a diferentes
concentraciones. Estos valores comprenden a los porcentajes de: recuperación de
materia orgánica (%RF) y reducción de ceniza (%RCza) obtenidas de las
muestras de carbón fino CFM y CFP.
La influencia del tipo y la concentración de aceite son importantes para determinar
cuál de estos aceites podría ser aplicado como colector alternativo en el proceso
de lavado de carbón, con un menor costo y además que este no afecte al mismo
pág. 92
tiempo al medio ambiente. No obstante encontrar el mecanismo por el cual este
fenómeno sucede implica un mayor reto dentro de esta investigación.
Básicamente, el proceso de aglomeración consiste en que las partículas de carbón
con alto valor energético, es decir la materia orgánica son humedecidas con aceite
a partir de la mezcla de jales de carbón con agua bajo condiciones de agitación.
Las partículas de carbón puro siendo hidrofóbicas son aglomeradas por las gotitas
de aceite y el material de carácter hidrofílico son retenidas en la fase acuosa, lo
cual afecta la separación. La definición y los cálculos para determinar los
porcentajes de recuperación de materia orgánica y reducción de ceniza se
presentan en la metodología de esta tesis.
Para las prueba de aglomeración, las concentraciones de aceite que se manejaron
fueron de 5 a 30 % en peso aceite/ mineral. Cabo serie de experimentos fue
llevado a cabo por triplicado para tener una mejor confiabilidad de resultados. De
acuerdo a los valores que aparecen en las tablas, se puede observar que los
porcentajes de recuperación de materia orgánica superan más del 50% para cada
tipo de carbón y cuando las concentraciones de aceite son menores al 10%.
En la Tabla 13 por ejemplo, puede observarse como la recuperación de materia
orgánica, para ambos aceites resultaron ser mayores de un 51% a
concentraciones menores al 10% de aceite. También en esta misma tabla, se
puede apreciar existe una diferencia poco significativa en los valores tanto de
recuperación materia orgánica como reducción de ceniza.
El rendimiento recuperación de materia orgánica (RF) resulta ser superior cuando
la velocidad de aglomeración es de 18,000 rpm, esto se atribuye a que hay una
mejor interacción/coalición entre las partículas de carbón y el aceite, por tanto,
aumenta el contacto entre las partículas de carbón y las gotas de aceite.
Provocando al mismo tiempo un mayor rendimiento de aglomerado y reducción de
cenizas (% RCza) para cada tipo de carbón (CFM Y CFP).
En cambio, cuando la velocidad de aglomeración es mayor (22.000 rpm), las
colisiones entre las partículas de carbón y gotitas de aceite aumenta, sin embargo,
pág. 93
el aumento de rendimiento provoca el atrapamiento de más ceniza que conforman
los constituyentes en el aglomerado,
Por lo tanto, parece que operar el proceso a una velocidad de agitación inferior
(18.000 rpm) daría lugar a un aglomerado más limpio, con un mayor rechazo de
cenizas, con una mayor recuperación de materia orgánica, con menor consumo de
energía en comparación con una se lleva a cabo a una mayor velocidad de
agitación.
Un caso similar sucede con Cebeci y Sonmez quienes también informaron que la
máxima recuperación combustible o materia orgánica ocurre a una menor
velocidad de agitación menor, seguido por una disminución en la recuperación de
materia orgánica a velocidades de agitación más altas (Cebeci 2003) . En el
presente estudio, más del 80% de los aglomerados formados a 18000 rpm y con
un rango de tamaño de partícula entre las 75 y 45 m.
Dentro de los resultados más destacables de esta sección están por ejemplo:
Para el aceite vegetal A1O, de acuerdo a la tablas de resultados, se puede
observar que con este aceite se logran mantener en cualquier concentración de
aceite recuperaciones de materia orgánica superiores al 85% tanto para el carbón
CFM como para CFP, cuando las velocidades de aglomeración en este caso fue
menor (18000 rpm). El orden del porcentaje de recuperación de materia orgánica
va desde 89.78-88.08% para CFM y de 93-89% para CFP. Mientras que los
porcentajes de reducción de ceniza alcanzan valores desde de 43-32% para CFM
y de 54-42% para CFP. Swanson AR, Bensley CN et al. (1977.) , Garcia, Vega et
al. (1995), Valdés and Garcia (2006) y Slaghuis and Ferreira (1987) señalaron
grades aglomerados contienen un mayor atrapamiento de agua junto con una gran
cantidad de materia mineral, por consiguiente el mineral aglomerado contenía un
mayor contenido de materia mineral y una mejor reducción de ceniza.
Pero si la velocidad de aglomeración incrementa, existe muy ligero reducción en
cuanto al porcentaje de recuperación de materia orgánica del orden de 88-83%
para CFM y de 87-85% para CFP. Además de obtener porcentajes de reducción
pág. 94
de ceniza de 41-35% para CFM y de 40-39% para CFP. De acuerdo con estos
datos, se puede decir que el carbón con mayor hidrofobicidad es el CFP
comparado con el carbón CFM y aun cuando esta última muestra presenta un
menor contenido de ceniza ≈38%Cza comparado con el CFP que contiene ≈ 41%
Cza.
En cambio en el caso del aceite A2G, se destaca entre los resultados obtenidos
estan: A una menor velocidad de aglomeración se obtiene porcentajes de
recuperación de materia orgánica (RF) desde 81% a-91% para carbón CFM y de
84-91% para carbón CFP. Estos porcentajes son alcanzados cuando las
concentraciones de aceites son del 5 al 20% respectivamente.
Para el caso de los aceites tipo mineral A3M y automotriz A4K, los resultados
recuperación de materia orgánica máximos alcanzados a una menor velocidad de
aglomeración fueron: de casi un 81% para CFM y para CFP fue de 67%. En
cambio a una mayor velocidad de aglomeración los resultados alcanzaron un 79%
de recuperación de materia orgánica para CFM, utilizando una concentración de
aceite del 10%, mientras que para el carbón CFP el porcentaje de recuperación de
materia orgánica alcanzó casi el 67%, con un 20%wt de concentración de aceite.
Por otra parte se puede mencionar, que aun y cuando los porcentajes de
recuperación de materia orgánica para los aceites tipo mineral resultan ser
ligeramente menores que los aceites vegetales, estos obtienen también buenos
porcentajes de reducción de ceniza de hasta un 70% en ambas tablas de
resultados y con ambas velocidades de aglomeración.
Para el caso de los aceites tipo automotriz A4K los máximos porcentajes de
recuperación de materia orgánica se lograron en el menor porcentaje de
concentración de aceite con valores superiores al 60% y reducciones de ceniza de
hasta un 60% para ambas muestras de carbón y velocidades.
Sin embargo, la apariencia del producto aglomerado cambia notablemente y este
pierde consistencia cuando incrementa la concentración de aceite. De hecho
cuando la concentración de los aceite A1O, A2G, A3Ky A4K es ≥30%wt, la
pág. 95
apariencia del aglomerado es como una pasta aceitosa. Esto a su vez provoca
disminución en el porcentaje de recuperación de materia orgánica, la razón por la
cual eso ocurre se debe a que existe una saturación de aceite sobre la partícula
de carbón de valor y el exceso de aceite residual permanece en la fase acuosa
que se añade a la contaminación del medio ambiente. Hallazgos experimentales
están de acuerdo con el estudio realizado por Petela, que sustenta que el diámetro
del aglomerado, crece continuamente con la cantidad de aceite presente hasta
alcanzar la máxima concentración de aceite denominado concentración crítica
micelar (CCM). A partir de este valor, el diámetro del aglomerado y en
consecuencia, el porcentaje de recuperación de materia orgánica permanece
constante hasta que la cantidad de aceite en la suspensión acuosa llega a ser
excesiva. Y tiende a formar un aglomerado de apariencia pastoso, es decir, no hay
aglomerados como tal y se produce una disminución en la recuperación materia
orgánica. Petela, Ignasiak et al. (1995)
Por otro lado, Valdés and Garcia (2006) también señalan que, este tipo de
apariencia en los aglomerados ha sido previamente observados durante el
proceso de aglomeración de carbón tipo antracita en España al utilizar aceites
vegetales.
Cabe señalar que el mecanismo de interacción del aceite y las partículas de
carbón son principalmente debido a la interacción hidrofóbica. La hidrofobización
de la superficie mineral, es la premisa de la profunda interacción del aceite y
minerales. Dado que las fuerzas de atracción de Van der Waals dominan los
alrededores de una superficie, las partículas no se puede separar de la superficie
por el movimiento browniano, y por lo tanto se adhieren de forma irreversible.
En cambio, cuando la interacción de Coulomb se vuelve dominante a una
distancia lejana de la superficie, las fuerza de Van der Waals disminuye
drásticamente con la distancia.
pág. 96
Tabla 12 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de Ceniza para la Muestra de carbón CFM.
Aceite Resultados
Resultados
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n
(rpm
).
Tip
o
Co
nce
ntr
ació
n
% %
RF %
RCza PC
(Kcal/Kg)
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n.
(rpm
)
% RF
% RCza
PC (Kcal/Kg)
18000
A1O
5 88.43 43.13 6957.83
22000
86.82 41.74 6870.82
10 89.78 38.52 6826.48 88.60 39.51 6831.17
20 89.50 34.38 6678.53 86.71 35.72 6655.15
30 88.09 32.76 6589.25 83.12 35.30 6543.53
A2G
5 81.24 63.52 7622.76 77.53 62.58 7505.77
10 85.24 54.62 7328.45 83.21 52.98 7213.98
20 91.42 68.07 7993.36 80.51 54.31 7205.65
30 89.88 53.55 7380.71 83.70 57.50 7410.78
A3M
5 72.87 63.62 7393.23 69.11 54.94 6924.07
10 79.65 70.65 7957.33 79.31 55.85 7241.67
20 81.47 57.84 7365.85 64.72 61.60 7125.38
30 76.85 68.03 7741.18 41.14 70.53 6682.59
A4K
5 66.65 77.83 8029.31 56.48 60.39 6745.06
10 51.44 73.53 7359.82 59.67 68.73 7383.84
20 31.94 90.22 8216.15 39.35 83.89 7770.48
30 19.27 90.42 7461.56 21.24 84.18 6778.79
Observación: % RF = Recuperación de Materia Orgánica. % RCza = Reducción de Ceniza PC = Poder Calorífico (Kcal/Kg)
pág. 97
Tabla 13 Valores de Recuperación de Materia Orgánica y Reducción de Ceniza para la Muestra de carbón CFP
Aceite Resultados
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n
(rpm
).
Tip
o
Co
nce
ntr
ació
n
%
% RF %
RCza PC
(Kcal/Kg)
Ve
locid
ad
de
Ag
lom
era
ció
n.
(rpm
)
% RF %
RCza PC (Kcal/Kg)
18000
A1O
5 89.85 54.02 7505.01
22000
87.54 40.72 7126.05
10 93.62 42.71 7272.58 86.28 37.15 7003.03
20 92.16 44.51 7294.76 85.96 32.98 6905.08
30 90.63 44.32 7267.11 85.81 39.57 7056.97
A2G
5 84.37 75.54 8060.21 81.81 65.24 7712.69
10 88.89 60.66 7673.16 86.96 61.06 7653.76
20 91.39 61.38 7720.74 86.13 52.58 7412.28
30 88.69 63.28 7741.95 85.69 56.18 7491.08
A3M
5 28.60 97.79 8662.99 56.92 90.23 8383.20
10 36.17 29.28 8311.49 55.12 63.00 7428.14
20 67.31 68.91 7658.39 67.19 77.92 8028.82
30 51.29 98.24 8792.69 44.67 84.02 7867.38
A4K
5 66.27 51.10 6968.41 75.06 65.96 7900.10
10 55.12 61.92 7086.42 60.28 68.14 8078.72
20 21.88 76.69 6187.70 74.70 69.22 7710.56
30 29.52 88.02 7745.79 23.88 81.19 6887.92
Observación: % RF = Recuperación de Materia Orgánica. % RCza = Reducción de Ceniza PC = Poder Calorífico (Kcal/Kg)
pág. 98
7.9 Efecto de la concentración y tipo de aceite sobre la
Reducción de Ceniza con diferentes velocidades de
aglomeración.
En la Figura 23 se presenta los resultados obtenidos de la reducción de ceniza
durante las pruebas de aglomeración con las muestras de carbón fino CFM y CFP
para diferentes tipo de aceite y concentraciones
Cuando la velocidad de aglomeración alcanza los 18000 rpm, el porcentaje de
reducción de ceniza para las muestras de carbón CFM y CFP logra obtener
valores más altos y utilizando una mínima concentración de aceite. Por ejemplo,
con el aceite A1O, los valores de reducción de ceniza son de alrededor del 43%
para CFM y del 54 % para CFP. En cambio para el aceite A2G, los porcentajes de
reducción obtenidos resultan ser superiores al 60% en ambas muestras de carbón
Un caso similar ocurre para las muestras de carbón CFM y CFP, utilizando el
aceite automotriz A4K y donde se obtiene porcentajes de reducción alrededor del
78% y 51% de ceniza. Aunque la muestra de carbón CFP requiera una mayor
concentración de aceite, para alcanzar reducciones de ceniza del≈ 62%, para el
sector minero, utilizar una menor concentración de aceite (es decir un 5%wt de
aceite) y obtener reducciones de ceniza del 51%RCzas y 66%RF, podría ser
razonablemente aceptable, ya que no se invertiría en un mayor costo de consumo
de este aceite y no afectaría además de una manera severamente al medio
ambiente. (Ver Figura 23 a) y 23 c)).
Por otro lado cuando la velocidad de aglomeración se incrementa a 22,000 rpm los
porcentajes de reducción de ceniza disminuyen significativamente con algunos
aceites y muestras de carbón. Tal es el caso de los aceites tipo vegetal donde
para el caso del aceite A1O, los porcentajes de reducción de ceniza alcanzaron
≈42% CFM y 41% CFP. En cambio para el aceite A2G, los porcentajes de
reducción alcanzados fueron de ≈63% CFM y 65% CFP. Lo mismo ocurre en con
el aceite automotriz donde el porcentaje alcanza valores de 60 % en el carbón
pág. 99
CFPM y ≈66% RCza para el carbón CFP, todos estos valores fueron logrados con
una mínima concentración también de aceite del 5% wt.
Sin embargo, para el caso del aceite mineral A3M, conseguir una mayor máxima
reducción de ceniza requiere al menos de una concentración de un 20%wt de
aceite para alcanzar reducciones de ceniza de aproximadamente un 61% para el
carbón CFM. En cambio para la muestra CFP, esta requiere de un concentración
de aceite mínima del 5%wt y lograr reducciones de ceniza de 90%, tal y como se
observa en las Figuras 23 b) y 23d) respectivamente.
Se podría decir que el porcentaje de reducción de ceniza, se ve influenciado con la
velocidad de aglomeración. Es decir, aunque la diferencia de velocidades es
mínima, una menor velocidad de aglomeración, permite durante el proceso de
aglomeración que el aceite se vuelva más selectivo sobre las partículas de valor. Y
al mismo tiempo, se puede decir que al haber una mayor velocidad de
aglomeración incrementa el rendimiento de recuperación pero al mismo tiempo
causa el atrapamiento de más ceniza, en el aglomerante, por lo tanto decrece el
porcentaje de reducción de ceniza.
En base a estos resultados, se puede discutir qué a bajas relaciones entre aceite
/Carbón fino, el proceso se hace mucho más selectivo y solo será aglomeradas las
partículas más hidrofóbicas, dando lugar a altas eliminaciones de ceniza. Un
incremento de la cantidad de aceite disponible en el medio aumenta, crea la
posibilidad de que partículas de materia mineral (mixtos) sean aglomerados por el
aceite dando lugar a eliminaciones de ceniza inferiores. Esto significa que el
sistema se vuelve menos selectivo y se comienzan a recuperar partículas
intermedias (mixtas “materia orgánica- y mineral”).
Garcia, Vega et al. (1995), Slaghuis and Ferreira (1987), y (Shrauti and Arnold
1995) señalaron que a medida que aumenta la concentración del aceite existe la
posibilidad de aglomerar partículas con materia mineral cuya presencia debilitaría
los aglomerados provocando la entrada de agua que contiene materia mineral
disuelta o en suspensión, en los mismos.
pág. 100
Por otra parte García et al señalaron que cuando la relación entre el jal de carbón
y el aceite mínima, la cantidad de aceite es insuficiente para absorber a todas las
partículas de carbón presente durante el proceso de aglomeración. La
humectabilidad de cada aceite dependerá en gran medida del tipo y estructura de
cada aceite utilizado como colector. Esto significa que únicamente las partículas
con mayor hidrofobicidad y menor contenido de materia mineral serán
aglomeradas, por lo tanto, se lograra con ello un mayor rechazo de ceniza. En
cambio cuando la cantidad de aceite se eleva, el número de gotitas de aceite
disponible para la coalición con los jales mineros para formar aglomerados
aumenta, de tal manera que el producto aglomerados además de contener
partículas de valor energético estos también están asociados con partículas de
materia mineral no deseable (ceniza). Por lo tanto, el porcentaje de reducción de
ceniza disminuye al incrementar la concentración de aceite es altamente viable
tanto para el tipo de aceite como para el tipo de carbón a recuperar.
pág. 101
Figura 23 Influencia de la concentración y tipo de aceite en la eliminación de
cenizas de las muestras a) CFM, 18000 rpm, b) CFM, 22000rpm, c) CFP 18000
rpm y d) CFP 22,000 rpm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
Cza
% Concentración de Aceite
A1O, A2G
A3M A4K
0 5 10 15 20 25 30 35
% Concentración de Aceite
CFP 18,000rpm 22,000rpm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
Cza
% Concentración de Aceite
A1O, A2G
A3M A4K
0 5 10 15 20 25 30 35
% Concentración de Aceite
CFM 18,000rpm 22,000rpm
a) b)
c) d)
pág. 102
7.10 Efecto del tipo de aceite sobre la recuperación de
materia orgánica (RF)y reducción de ceniza (RCza).
En las Figuras 24-27 se representan los resultados obtenidos de la recuperación
de materia orgánica y reducción de ceniza durante el proceso de aglomeración
con los distintos aceites utilizados como colector y aglomerados a diferentes
velocidades.
La influencia de la concentración y tipo de aceites sobre las muestras recolectadas
se ven reflejadas en estas gráficas, donde puede verse claramente como los
aceites de tipo vegetal A1O aglomerados con diferentes velocidades en las
muestras de carbón recolectadas muestras un rendimiento en recuperación de
materia orgánica muy similar. Es decir, no existe un cambio significativo en cuanto
al porcentaje de recuperación de mineral de valor, logrando obtener porcentajes
de un 88 a 90%RF a diversas concentraciones de aceites. En cambio, el
porcentaje de reducción de ceniza con este aceite (A1O) presentan un cambio
muy claro respecto para ambas muestras de carbón aglomeradas en la diferentes
concentraciones de aceite.
Lin, Chen et al. (2012) señalan que el incremento de la materia orgánica con el
incremento del contenido de carbón puede ser atribuido a la distancia entre las
partículas más grande con un bajo contenido de sólidos, que a un alto contenido
de sólidos. Por lo tanto la posibilidad de coalición entre las gotas de aceite y las
partículas de carbón incrementa al aumentar el contenido de carbón. Sin embargo,
disminuye la selectividad debido al incremento del número de partículas por
unidad de volumen al incrementar el contenido de carbón lo cual podría resultar
más bajo en ceniza.
De tal manera que, para la muestra de carbón fino CFM de la Figura 24b) se
puede observar que la mayor reducción de ceniza se obtiene a una concentración
de aceite (5%wt), es decir, la reducción de ceniza obtenida a 18,000 rpm fue de
pág. 103
casi un 43%. En cambio a 22,000 rpm (Figura 25 b) el porcentaje de reducción de
ceniza disminuye ligeramente a un 40%,
Por otra parte con el aceite A2G, se observa como él % de recuperación de
materia orgánica incrementa de un 80 a 90%RF a medida que incrementa la
concentración de aceite en ambas velocidades de aglomeración y muestras de
carbón. Sin embargo, los porcentajes de reducción de ceniza presentan una
diferencia reveladora de acuerdo a la variación que existe en la velocidad de
aglomeración. Esto significa que a 18,000 rpm los porcentajes de reducción para
las muestras CFM y CFP son casi ≥ 60%. (Ver Figuras 24b), 26b)), Mientras que a
22,000 rpm, el porcentaje de reducción decrece ligeramente ≤ 60%. (Ver Figura
25b) y 27 b). Esto pasa debido a que a una menor velocidad de aglomeración, las
gotitas de carbón coalicionan mejor con las partículas de valor, en cambio a mayor
velocidad, el proceso es un poco menos selectivo y recolectan durante el proceso
partículas de mineral no deseable como la ceniza.
En el caso de aceite mineral A3M, si existe una diferencia muy marcada en ambas
muestras y sobre las dos velocidades de aglomeración manejadas. Esto quiere
decir que la muestra de carbón CFM muestras mejores resultados que muestra
CFP. (Ver Figuras. 24-27). Lo que significa que aun cuando los porcentajes de
recuperación de materia orgánica son ligeramente menores que los aceites
vegetales, los resultados con la muestra de aceite A3M son buenos de ≥ 70% RF
a 18,000 rpm y ≥65% a 22,000 rpm. (Ver Figura 24a) 25a). No obstante contrario
de lo que ocurre con la recuperación de materia orgánica, la reducción de ceniza
de los jales tiende a disminuir a medida que aumenta la concentración de aceite
utilizado. Esto se debe porque a bajas relaciones aceite/carbón, el proceso es muy
selectivo y solo serán aglomeradas las partículas más hidrofóbicas, dando lugar a
altas reducciones de ceniza. Un incremento de la cantidad de aceite disponible en
el medio ambiente, genera la probabilidad de que partículas de materia mineral
(mixtos) sean aglomerados por el aceite dando lugar a reducciones de ceniza
inferiores. Tal y como ocurre en las Figuras 24b) y25b) donde a una menor
velocidad de aglomeración (18,000 rpm) el porcentaje de reducción promedio
pág. 104
alcanzado fue ≥ 60%, en cambio 22,000 rpm, el porcentaje promedio de reducción
es ≤60%.
En el caso de la muestra CFP aglomerado con A3M, ocurre un cambio revelador,
y los resultados obtenidos están en función no solamente del tipo y concentración
de aceite sino también de la velocidad de aglomeración con el reactor.
Lo cual quiere decir que, cuando la velocidad de aglomeración alcanza los 18,000
rpm, el porcentaje de recuperación de materia orgánica incrementan
progresivamente de acuerdo a la concentración de aceite (5-20%wt). Esto significa
que, los valores de recuperación de materia orgánica obtenidos para estas
concentraciones fueron de un 28 a 65% RF (ver Figura 26a). Lo que significa que
a una menor concentración de aceite hay insuficientes gotitas de aceite en el
medio para hacer contacto con las partículas de carbón de valor y conforme
incrementa esta concentración la dispersión de estas gotitas de aceite, permiten
exista un mayor contacto y selectividad en el medio sobre las partículas de
carácter hidrofóbico. Llegando a un punto en el que existe una saturación de
aceite en el medio y existe una caída en el porcentaje de recuperación de materia
orgánica obteniendo valores de un 50%RF, debido a que el producto aglomerado
forma una pasta aceitosa.
Gürses, Doymuş et al. (2003), Aktaş (2002), y Ünal and Aktaş (2001) también han
informado de resultados similares para la explicación y el efecto del contenido de
carbón sobre el proceso de aglomeración. Disminución de las reducciones de
ceniza con el aumento del contenido de carbón puede indicar que más materia
mineral fue atrapado en el aglomerados ya que fueron encerrados en partículas de
carbón concurridas y no podría haber escapado del medio rodeado de gran
cantidad de partículas de carbón a la fase de agua, conocido como CCM
(Concentración critica micelar) y comienza el producto a formarse con apariencia
aceitosa o “Pastosa”
Lo anterior dicho se ve reflejado en las Figuras 26 b) y 27 b) donde por ejemplos
a 18,000 rpm el resultado más aceptable de reducción de ceniza se logra con una
pág. 105
concentración de A3M del 20%, debido a que además de alcanzar un 68% RCza,
también se obtiene recuperaciones de materia orgánica de 67%RF, En cambio
cuando se aglomera a 22,000 rpm y con una misma concentración, se obtiene
valores de 67% RF y 78%RCza. Por una parte estos resultados son buenos, pero
desde el punto de vista económico para el sector industrial implica un mayor costo
económico ya se hay un mayor consumo de colector.
Finalmente en el caso del aceite automotriz A4K, a una menor velocidad (18,000
rpm) requiere una menor concentración de aceite (5%) para obtener una el más
alto valor de recuperación de materia orgánica (RF) de hasta un 66%, además de
reducción de ceniza de hasta un 51%,. A medida que incrementa la concentración
de aceite, la recuperación de materia orgánica va decreciendo, es decir se va
haciendo menos selectivo, de tal forma que disminuye el porcentaje de materia
orgánica conforme incrementa la concentración de aceite, pero al mismo tiempo,
el poco mineral recolectado en la parte superior del reactor, contiene una mayor
concentración se materia orgánica que muestra tener menos contenidos de
ceniza. Por otra parte cuando la velocidad de aglomeración incrementa (22,000)
este requiere de una mínima concentración de aceite para lograr obtener buenos
resultados de hasta un 75% de materia orgánica y un 66% de reducción de ceniza.
(Ver Figuras 26 b y 27b)
pág. 106
Figura 24 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM, b) Reducción de Ceniza.
Figura 25 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFM b) Reducción
de Ceniza.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
F
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
Cza
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
F
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
a) b)
a) b)
a) b)
pág. 107
Figura 26 Resultados de aglomeración con aceite a 18,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza.
Figura 27 Resultados de aglomeración con aceite a 22,000 rpm a diferente
concentración y tipo de aceite. a) Recuperación de carbón fino CFP, b) Reducción
de Ceniza.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
F
Tipo de Aceite5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
18000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5.00 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
F
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A1O A2G A3M A4K
22000
% R
Cza
Tipo de Aceite
5% 10% 20% 30%
a) b)
a) b)
a) b)
pág. 108
7.11 Flotación de Aglomerados de Carbón Fino CFM y CFP
Los resultados obtenidos mediante aglomeración con aceite y flotación se ponen
de manifiesto en general, la aglomeración da lugar a mayores recuperaciones de
materia orgánica especialmente si los aglomerados se separan por flotación.
Mientras que en la flotación es un proceso más eficiente para la eliminación de
materia mineral. Estos hechos sugieren llevar a cabo los procesos de limpieza en
dos etapas: aglomeración/flotación o bien flotación/aglomeración, siendo es este
último etapa la más significativa para ambas muestras de carbón fino utilizadas
(CFM y CFP), ya que se podrían mejorar considerablemente los resultados. En
este sentido se han llevado a cabo una serie de ensayos con ambos carbones por
sometidos a una segunda etapa. Los resultados de estas pruebas se presentan en
las Tablas 15 y 16. La velocidad de agitación que se llevó a cabo en la celda de
flotación fue de 2700 rpm y tiempos de flotado de 5 minutos, el cual corresponde
al tiempo al cual se realiza en una planta lavadora.
La flotación del carbón CFM produce carbones limpios con una máxima
recuperación de materia orgánica del orden de 61.56 % A4K, 89.19% A1O, 79.48
% A3M, y 86.79% A2G con concentraciones que van desde un 10 y 30% de
aceite. Mientras que para el carbón fino CFP los valores fueron: 70.66 % A4K,
89.95% A1O, 87.92 % A2G y 67.25% A3MG con concentraciones de aceite que
van desde 5, 10 y 20% respectivamente.
Una comparación entre estos resultados y los ángulos de contacto de agua sobre
la superficie de las muestras de carbón CFM y CFP ponen de manifiesto que la
recuperación disminuye ligeramente a medida que el ángulo de contacto es
mayor, esto quiere decir que al disminuir la hidrofobicidad de la superficie del
carbón.
De acuerdo con Rodríguez-Maroto, Gomez-Moreno et al. (1996), la medida del
ángulo de contacto del agua sobre la superficie del carbón proporciona una
estimación de dicha hidrofobicidad, la cual determina a su vez la flotabilidad del
pág. 109
mismo. En este sentido, se ha encontrado correlación entre la flotabilidad de los
carbones con el contenido de carbón y los ángulos de contacto medidos.
Por otra parte la recuperación de materia orgánica (RF) mayores dan lugar a
menos eliminación de ceniza..De tal manera que los porcentajes de eliminación de
ceniza son directamente proporcionales al porcentaje de recuperación de Materia
orgánica (RF). Tal y como se observa en las Tablas 14 y 15, donde por ejemplo
los aceites vegetales (A1O y A2G) obtienen mayores rendimientos de
Recuperación de materia orgánica (RF) y menores porcentajes de reducción de
Ceniza ( RCza). En el caso de los aceites mineral (A3M y automotriz (A4K) ocurre
los contrario a menor valor de los % de RF mayor % reducción de ceniza (RCza)
en ambas muestras respectivamente
Tabla 14 Resultados de la pruebas de flotación después de la aglomeración con aceite de la Muestra de Carbón fino CFP. Tiempo de flotación: 5 min. MIBC
Muestra [ Aceite] Concentración % RF % Rcza % Rend PC
CFP
A1O
5 88.70 47.37 80.46 7315.53
10 89.95 39.93 83.13 7137.80
20 89.06 38.74 82.71 7099.92
30 88.22 41.94 81.33 7162.04
A2G
5 83.09 70.39 70.87 7886.45
10 87.92 60.86 76.78 7663.46
20 76.72 60.74 68.16 7535.34
30 77.19 59.73 76.47 7616.52
A3M
5 42.76 94.01 34.36 8523.10
10 45.65 46.14 20.58 7869.82
20 67.25 73.42 57.96 7843.61
30 47.98 91.13 39.04 8330.04
A4K
5 70.66 58.53 64.00 7434.25
10 57.70 65.03 52.51 7582.57
20 48.29 72.96 43.44 6949.13
30 26.70 84.60 24.12 7316.85
pág. 110
Estos resultados de recuperación y reducción de ceniza son graficados en las
Figuras 28 y 29. En ellas se observa como a una menor concentración de aceite
(5%)los aceite de origen vegetal (A1O y A2G)y automotriz (A4K) obtiene mejores
rendimientos de recuperación de materia mineral (RF) para ambas muestras de
carbón CFM y CFP. En cambio en el caso del aceite tipo mineral, la mayor
recuperación de materia orgánica (RF) se obtiene a un 10%(CFM) y 20%(CFP).
Los rendimientos de recuperación van desde valores de 90 a 60%
respectivamente.
Al igual que ocurre cuando se utiliza la flotación como método de separación de
aglomerados los valores máximos de Recuperación de materia Orgánica(RF) y
reducción de ceniza (RCza) son muy similares y se presenta en la Figura. 28. A
menor concentración, los aceite vegetales (A1O y A2G) obtiene las máximas.
Siendo el aceite Vegetal A2G una aceite más selectivo para la recuperación de
partículas hidrofóbicas. En cambio el aceite A1O muestra ser menos selectivo y
Tabla 15 Resultados de la pruebas de flotación después de la aglomeración con aceite de la Muestra de Carbón fino CFM.
Muestra [ Aceite] Concentración % RF % Rcza % Rend PC
CFM
A1O
5 87.63 42.44 78.35 6914.32
10 89.19 39.01 80.49 6828.82
20 88.11 35.05 80.96 6666.84
30 85.60 34.03 79.55 6566.39
A2G
5 79.38 63.05 66.29 7564.26
10 84.23 53.80 72.50 7271.21
20 85.96 61.19 71.42 7599.51
30 86.79 55.52 73.74 7395.74
A3M
5 70.99 59.28 61.55 7158.65
10 79.48 63.25 66.32 7599.50
20 73.10 59.72 62.98 7245.62
30 59.00 69.28 50.27 7211.89
A4K
5 61.56 69.11 52.10 7387.18
10 55.56 71.13 46.76 7371.83
20 35.64 87.05 28.64 7993.32
30 20.25 87.30 17.93 7120.18
pág. 111
por lo tanto hay una menor reducción de materia inorgánica para ambas muestras
de carbón CFM y CFP.
En el caso de los aceites A3M se puede ver a un 5% de concentración de aceite
en la muestra CFP logra una mayor reducción de ceniza (90%RCza), en cambio
para la muestra CFM, se requiere de una mayor concentración de aceite de hasta
un 10% y alcanzando valores de 60% RCza.
Finalmente con el aceite automotriz A4K, en amabas muestras de carbón fino
CFM y CFP se requiere de mayores concentraciones de aceite para lograr reducir
el contenido de ceniza en ambas muestras. Y en ambas muestras presenta un
incremento proporcional a medida que la concentración de aceite incrementa.
pág. 112
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
ecu
pe
ració
n M
.Org
án
ica(R
F)
Concentración de Aceite [%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
b)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
ecu
pe
ració
n d
e M
.Org
án
ica(R
F)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
a)
Figura 28 Rendimientos de la recuperación de Materia Orgánica (RF) en la flotación después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP. Condiciones de flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación.
pág. 113
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
%R
ed
ucció
n d
e C
en
iza
(R
cza
)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35
% R
ed
ucció
n d
e C
en
iza
(Rcza
)
Concentración de Aceite[%Waceite]
A1O A2G A3M A4K
b)
Figura 29 Valores de Reducciones de ceniza (RCza) obtenidos en la flotación después de haber sido aglomerados con aceite. a) CFM y b) CFP. Condiciones de flotación 2700 rpm agitación, 5 minutos de flotación
pág. 114
7.12 Influencia del ángulo de contacto sobre las muestras de
Carbón CFM y CFP.
Loa mojabilidad de la superficie del carbón por el aceite determina la adhesión de
la gota de aceite sobre la partícula de carbón después de la coalición. La medida
del ángulo de contacto de la gota de aceite sobre la superficie del carbón
proporciona una estimación de dicha mojabilidad. En consecuencia, el
conocimiento de los valores de los ángulos de contacto de los distintos aceites
aglomerantes sobre las muestras de carbón CFM y CFP puede ser de gran ayuda
para explicar los resultados obtenidos en la aglomeración de dichas muestras con
cada uno u otro tipo de aceite. En otras palabras, la naturaleza química del aceite
determinará la mojabilidad de la superficie de la partícula del jal minero. Desde el
punto de vista químico estructural, la principal diferencia entre ambos aceites
cosiste en el mayor grado de instauración que presentan, es decir, a mayor
número de instauraciones facilita la aglomeración de partículas con mayor
contenido de ceniza y el contrario.
El ángulo de contacto de los aceites utilizados sobre la superficie de las muestras
de carbón CFM y CFP se dan en la Tabla 17. De igual manera, en esta Tabla se
presentan los rendimientos de recuperación de materia orgánica (RF) para cada
muestra de carbón y tipo de aceite. Los resultados de la medición del ángulo de
contacto sobre las briquetas preparadas de las muestras de carbón fino CFM y
CFP se muestran en la Figura 30
En estas imágenes se puede observar claramente como los aceites tipo vegetal
presentan un mayor valor en el ángulo de contacto. Por ejemplo para la muestra
de carbón CFM los valores alcanzados fueron de 18,20 A1O, 23,29 A2G en la
muestra de carbón CFM y 21.69 A1O y 14.13 A2G para la muestra de carbón
CFP. En cambio para el resto de los demás aceites como son A3M y A4K los
valores del ángulo alcanzados en las muestras de carbón fino CFM fueron de
13.73 (A3M), 14.36 A4K y de 8.33 A3M y 11.23 A4K para la muestra CFP
respectivamente.
pág. 115
En un principio, y sin tener en cuenta otras consideraciones, sería de esperar que
las recuperación de materia orgánica de un determinado carbón mediante
aglomeración con aceite fuese mayor cuanto mayor es el ángulo de contacto, que
forma el aceite sobre la superficie del carbón, puesto que, como ya se ha dicho,
este parámetro es una medida de la mojabilidad de la superficie del carbón por el
aceite. No obstante, una comparación entre los ángulos de contacto y las máximas
recuperaciones de materia orgánica obtenidas en la aglomeración de carbón se
presenta en la Tabla 16, en ella se pone de manifiesto que únicamente las
recuperaciones de carbón CFM tiende a aumentar con el ángulo de contacto,
especialmente si los aceites vegetales se consideran un bloque aparte al resto de
los aceites. Así, la recuperación de materia orgánica del carbón CFM alcanzó
valores superiores al 91% con el aceite A2G, mientras que dicho valor disminuye
hasta aproximadamente un 60% al emplear aceite automotriz A4K.
Por el contrario, las recuperaciones de materia orgánica de carbón CFP varían con
los ángulos de contacto de forma totalmente arbitraria. Así aceites con ángulos de
contacto similares sobre un mismo carbón producen recuperaciones de materia
orgánica diferentes y al contrario aceites con ángulos de contacto diferentes dan
lugar a recuperaciones muy parecidas. Algunos estudios realizados anteriormente
han demostrado que los ángulos de contacto de los aceites ligeros disminuyen con
el rango de carbón. (Petela and Petela 1996) Sahinoglu and Uslu (2013). De
acuerdo don Gutiérrez- Rodríguez [43] estos señalan que los ángulos de contacto
formados por la burbuja de aire aumentan con el contenido de carbón fijo hasta
alcanzar un máximo a CF≈ 80% (esto se presenta en carbones bajos y medios en
volátiles) que disminuye ligeramente para carbones en caída de los ángulos de
contacto. Sin embargo, carbones con porcentajes de carbón fijo >90% y al mismo
tiempo diferentes, forman ángulos de contacto de igual magnitud. Estos
resultados, tomando con las debidas precauciones habida cuenta de que
proceden de medidas de ángulos de contacto de burbujas de aire, sugieren o
indican que la disminución de los ángulos de contacto de los aceites aglomerantes
para ambas muestras de carbón fijo CFM y CFP, al menos en parte a las
pág. 116
diferencias entre los porcentajes de CF; pero evidentemente, esto no parece ser la
única causa.
La materia mineral del carbón que se encuentra distribuida en la superficie de la
briqueta sobre la que se mide el ángulo de contacto disminuye la tensión en la
interfase carbón/agua debido a las interacciones entre los componentes de la
misma naturaleza hidrófila y el agua; además puede interaccionar con el afectando
la tensión en la interfase carbón aceite. Por lo tanto, el ángulo de contacto medido
sobre la briqueta es solo una estimación de la mojabilidad la superficie del carbón
por el aceite que determina, tal como se ha comentado con anterioridad, la
recuperación de materia orgánica. La mojabilidad, así estimada se alejará aún
más del valor real a medida que aumenta la cantidad de materia mineral en la
briqueta, o lo que es lo mismo, a medida que aumenta la materia mineral en el
carbón. La mojabilidad, así estimada, se alejará aún más del valor real a medida
que aumenta la cantidad de materia mineral en la pastilla o lo que es lo mismo, a
medida que aumenta la materia mineral en el carbón. La situación ideal sería
medir el ángulo de contacto del aceite sobre la superficie de carbón
suficientemente grande que permitiese distinguir entre las partes orgánicas de
naturaleza hidrofóbica, la cual se adhiere a la gota de aceite durante la
aglomeración y mineral del mismo. El ángulo así medido sería una estimación
mucho más exacta de la mojabilidad de la superficie del carbón por el aceite y en
consecuencia se correlacionaría mucho mejor con la recuperación de materia
orgánica. Sin embargo, en la práctica, resulta difícil debido a que en muchos
carbones la materia mineral se encuentra finamente distribuida en la matriz
orgánica del mismo y además, en las plantas lavadoras de carbón las fracciones
que se depuran mediante procesos basados en la diferentes propiedades
superficiales del carbón y su materia mineral, entre las que se encuentra la
mojabilidad por los líquidos, están a tamaños de partícula >0.5mm Por lo tanto, el
ángulo de contacto de cualquier aceite saturado medido sobre la superficie de la
pastilla y corregido para la materia carbonosa será menor que el ángulo del
contacto sobre la materia orgánica y disminuirá la materia mineral en la briqueta.
Por el contrario, los aceites vegetales que tienen instauraciones y grupos
pág. 117
funcionales con oxígeno e incluso ácidos grasos libres como los crudos, pueden
interaccionar con la materia mineral afectando la tensión en la interfase carbón
aceite. De tal modo que en la determinación de los ángulos de contacto de los
aceites vegetales, resultan ser difíciles de predecir.
Tabla 16 Ángulos de contacto de los aceites aglomerados en la interface
sólido/aceite/agua corregidas para la materia carbonosa y porcentajes máximos
de recuperación de materia Orgánica (RF) en las muestras CFM y CFP
Aceite CFM CFP
%RF %RF
A1O A2G A3M A4K
18,20 23.29 13.73 14.26
89.50 91.42 81.47 66.65
21.69 14.13 8.33 11.23
93.62 91.39 67.31 66.27
En resumen, el estudio de las propiedades físico-químicas –estructurales de los
aceites aglomerantes, especialmente la medida de los ángulos de contacto
permite explicar los resultados obtenidos por lo que a recuperaciones de materia
orgánica se refiere, en los siguientes tipis de experimentos: aglomeraciones de un
mismo carbón de alto rango cuyo porcentaje de materia mineral esté por debajo
de un límite, siempre que los aceites utilizados sean de la misma naturaleza por lo
que a composición, viscosidad y densidad se refiere, cual es el caso de las
aglomeraciones dela muestra CFM con los aceites vegetales.
pág. 118
Figura 30 Mediciones del ángulo de contacto sobre las muestras de carbón CFM y
CFP con los aceites: a, e) A1O, b, f) A2G, c, g) A3M d, h) A4K
a) b)
c) d)
CFM
e) f)
g) h)
CFP
pág. 119
7.13 Análisis de Varianza( Anova)
Empleando como variables de respuesta las constantes cinéticas de la Tabla 17,
Se llevó a cabo un análisis de varianza (ANOVA) para evaluar el efecto de la
velocidad de aglomeración en el reactor, la concentración y tipo de aceite sobre
las muestras de carbón fino CFM y CFP.
De acuerdo a los valores de obtenidos de la ANOVA, donde el nivel de confianza
fue de un 5% para las variables involucradas en el proceso fueron: los % de
concentración y tipo de aceite, la velocidad de aglomeración (18,000 y 22,000rpm)
y el tipo muestra (CFM Y CFP). Estas variables afectaron de manera significativa
los resultados de recuperación de la materia orgánica conseguida tras realizar las
pruebas de aglomeración.
Dada la importancia del efecto de la concentración y tipo de aceite sobre cada
muestra de carbón fino utilizado. Se observó que durante el primer minuto en el
que se hizo contacto las partículas de valor con el aceite, este logra obtener
recuperación superior al 50% de la materia orgánica y un menor contenido de
ceniza durante todo el tiempo de flotación. Los factores que afectan la cinética
durante este tiempo, tiene un impacto preponderante en el proceso de
aglomeración.
De acuerdo a la Tabla 17, con un nivel de confianza del 5% se refleja el siguiente
orden de importancia sobre la recuperación de carbón fino como es: el tipo de
aceite, tipo de carbón y concentración de aceite.
El análisis de varianza evidenció entre los cuatro factores analizados que influyen
en el proceso de aglomeración con aceite a: la concentración y el tipo aceite,
además del tipo de carbón. La razón se debe al notable aumento de la
hidrofobicidad del material orgánico, lo que permite que la superficie modificada
por el reactivo se adhiera fácilmente de partícula a partícula, provocando de esta
manera una mayor recuperación de materia orgánica con mayor facilidad durante
pág. 120
los primeros instantes de la aglomeración. En cambio, la velocidad de
aglomeración tiene un efecto poco significativo en este proceso.
La reducción de la tensión en un reactivo, altera la facilidad con la que la burbuja
de aire se mueve a través del sistema de aglomeración, al mismo tiempo que
definen su estabilidad y su tamaño. En el caso particular de los aceites
usualmente el proceso de aglomeración aumenta rápidamente conforme la
concentración del aceite incrementa pasando por un máximo y luego cayendo
rápidamente. Chary and Dastidar (2010)
Una mejor manera de describir estos resultados se pueden observar en la Figura
31, que muestra como los cuatro factores influyen sobre la recuperación de la
materia orgánica en las pruebas de aglomeración de las muestras CFM y CFP. En
esta figura se puede ver en el caso del tipo de aceite como los aceites tipo vegetal
(A1O y A2G) muestran un % de recuperación de alrededor el 90% mientras que
para los aceites mineral y automotriz los valores alcanzados son de alrededor del
45%. También en esta misma figura se observa como la velocidad de
Tabla 17 Tabla 18. Análisis de Varianza (ANOVA) efecto de las concentraciones y
tipo de aceite sobre el porcentaje de recuperación de la Materia Orgánica., en las
muestras CFM y CFP.
Fuente
Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio
Razón
F
Valor
P
EFECTOS PRINCIPALES
A: Tipo de Aceite 46481.10 3 15493.70 38.30 0.0000
B: Veloc. de aglomeración. 254.76 1 254.76 2.27 0.1342
C: Tipo de Carbón 1767.45 1 1767.45 15.78 0.0001
D:Concentración de aceite 1952.37 3 650.79 5.81 0.0010
RESIDUOS 13331.7 119 112.03
TOTAL (CORREGIDO) 63787.30 127
pág. 121
A4(K)A3(M)A2(G)A1(O)
100
90
80
70
60
50
2200018000
CFPCFM
100
90
80
70
60
50
3020105
TIPO DE ACEITE
%
VELOCIDAD DE AGLOMERACION rpm
Tipo de Carbón CONCENTRACION DE ACEITE
Efectos principales sobre % Rec. De mat. Organica
A4(K)A3(M)A2(G)A1(O)
100
90
80
70
60
50
2200018000
CFPCFM
100
90
80
70
60
50
3020105
TIPO DE ACEITE
%
VELOCIDAD DE AGLOMERACION rpm
Tipo de Carbón CONCENTRACION DE ACEITE
Efectos principales sobre % Rec. De mat. Organica
aglomeración no muestra un efecto significativo sobre ambas muestras. Sin
embargo, el tipo de carbón si presenta una efecto significativo sobre la
recuperación de carbón. Siendo el carbón fino CFP quien presenta un mayor
rendimiento de recuperación de materia orgánica comparado con el carbón fino
CFM. Finalmente en esta figura obtenida del software de MINITAB, se observa
que a un 10% de la concentración de aceite, se alcanza una mejor respuesta en
los resultados para la recuperación de mineral de valor, en este caso de carbón
fino.
Figura 31 Efecto de los factores que intervienen en el análisis de varianza
(ANOVA) durante el proceso de aglomeración con aceite en las muestras CFP y
CFM.
pág. 122
2DA FASE DE EXPERIMENTACION.
7.14 Influencia de la Bacteria S. Carnosus para la
Recuperacion de Partículas Finas de Carbón CFM y CFP.
7.14.1. Cinética de Crecimiento de S. carnosus
En la Figura. 32 se presenta la cinética de crecimiento de S. carnosus que
muestra la concentración de la bacteria respecto al tiempo de incubación. Los
resultados indican que el crecimiento en la fase logarítmica inicia durante las
primeras 2 horas, durante el este tiempo las bacterias comienzan su periodo de a
climatización a condiciones de crecimiento, Después de dos horas da inicio a la
fase exponencial y termina 12 horas después. Durante este periodo, un número de
células comienza a duplicarse por intervalos de tiempo, este crecimiento ocurre
bajo condiciones ideales de crecimiento (es decir donde hay abundancia de
nutriente. En seguida comienza la fase estacionaria del microrganismos en un
tiempo transcurrido de 12 a 38 h más tarde .Se le nombra así, ya que es la zona
donde se agotan los nutrientes, e inicia el proceso de división de las células vivas
y muertas. Posteriormente aparece la fase de muerte donde se hace presente
después de 45 h. En esta zona las condiciones prevalecientes no pueden sostener
más crecimiento y las células comienzan a morir hasta un lapso de proceso de
más de 60 h.
En base a estos resultados se estableció que el tiempo óptimo de incubación para
la bacteria fuera de un tiempo de hasta 12 horas, debido que la concentración de
la bacteria después de 20 horas a las 60 es casi constante y no varía mucho.
pág. 123
Figura 32 Cinética de Crecimiento S. carnosus.
7.15 Cinética de Adhesión de S. carnosus sobre las muestras
de carbón fino CFM y CFP.
Los isotermas de adhesión de la bacteria S. Carnosus sobre las muestras de
carbón CFM y CFP fue estudiada para examinar su afinidad a la superficie de
carbón, a diferentes pH y comenzando a una concentración inicial de bacterias [1
x 10 9] cell/ml. La adhesión de la bacteria S. Carnosus sobre las dos muestras de
carbón fino CFM y CFP fueron llevadas a cabo en función del pH y del tiempo. Los
resultados obtenidos de la cinética de adhesión de esta bacteria sobre las
muestras CFM y CFP son mostrados en las Figuras 33 y 34 respectivamente.
Para estas pruebas e adhesión fue necesario llevar a cabo este proceso por dos
soluciones diferentes, la primera de ellas se destaca la adhesión de la bacteria
sobre el mineral de carbón en un medio de cultivo y la segunda solución es
mediante una solución con electrolito a [1x10-3M] KNO3, Cada solución fue
preparada a diferentes pH´s de: 6, 7, 8 y 9 y tiempos de adhesión que se
manejaron en esta prueba fueron de 0 a 48 h.
0.00E+00
1.00E+10
2.00E+10
3.00E+10
4.00E+10
5.00E+10
6.00E+10
7.00E+10
8.00E+10
9.00E+10
1.00E+11
0 20 40 60 80
Lo
g (
cell
/ml)
Tiempo, Horas
Fase Estacionaria Fase de Muerte
Fase Exponencial
Fase de Lact.
pág. 124
La adhesión de la bacteria sobre las dos muestras de carbón fino fue llevada a
cabo en función del tiempo y del pH. La cinética de adhesión es mostrada en la
Figura 33. En esta figura también podemos observar que ambos isotermas están
graficados a diferentes pH´s y en diferente solución (bacteria en el medio de
cultivo y la bacteria con el electrolito).Donde en el caso de la muestra CFM, la
máxima adhesión de células fue >4.6 x 1011 cel/m2 a un pH de 9 y además se
destaca que la adhesión de la bacteria se completa después de 24 h (Ver Figura
33d)). La causa por la cual esto pudiera suceder es que la muestra CFM tiene una
mayor área superficial, lo cual significa que la superficie del muestra tienen una
mayor capacidad de adsorción de bacterias sobre la superficie del mineral.
Además de que la adhesión de bacterias en una superficie ocurrirá más fácilmente
en aquéllas más ásperas, más hidrofóbicas". Se ha descrito que la colonización
microbiana parece incrementar a medida que aumenta la aspereza de la
superficie. Esto sería debido a que están reducidas las fuerzas de deslizamiento, y
el área de superficie se torna mayor.
Por otra parte, las propiedades físico-químicas de la superficie también pueden
ejercer una fuerte influencia en el grado y extensión de la adhesión.
Aparentemente se produciría algún tipo de interacción hidrofóbica entre la
superficie celular y la del sustrato en este caso la superficie del carbón, que
permitirían a la bacteria superar las activas fuerzas de rechazo a cierta distancia
de la superficie del sustrato, y lograr adherirse irreversiblemente. La fase
reversible involucra fuerzas físicas como las electrostáticas y estéricas, van der
Waals e interacciones hidrofóbicas conocidas en conjunto como la DVLO. Esta ha
sido usada para describir la interacción total entre la célula y la superficie plana
como un balance entre dos factores aditivos. Las interacciones de van der Waals
son de atracción y las interacciones de repulsión se dan por la superposición entre
el sustrato y la célula (conocida como doble capa eléctrica) Este amplio rango de
pág. 125
fuerzas es conocido como fisisorción Mueller (2015). En este estado, las bacterias
muestran un movimiento browniano y puede ser fácilmente removida.
Una similar tendencia de máxima adhesión de células sobre la superficie de
carbón ocurre sobre la muestra de carbón CFP a un pH de 9. El número de células
adheridas a la superficie del carbón fue ≥ 3x 1011cell/m2 después de 24 h. (Ver
Figura 34 d)).La menor cantidad de adherencia de bacterias puede atribuirse a
que la muestra de carbón CFP tiene una menor área superficial, por lo tanto, la
adhesión de bacteria a la superficie de mineral es menor Esta diferencia de
concentración de bacterias se debe a que a pH más ácidos de la bacteria es más
positiva, en cambio a pH más básicos la carga es más negativa, por lo tanto, como
el carbón tiene una carga positiva y la bacteria a un pH de 9 más negativa, existe
la atracción en ambas para modificar la carga superficial del mineral y adherirse.
Otra razón por la cual podría explicarse por qué existe una mayor adhesión de
bacteria sobre la superficie de la muestra de carbón CFM sería mediante el
análisis proximal que se realizó a cada muestra. Y en el caso de la muestra CFP
presenta, esta presenta una mayor contenido de ceniza (40.70%) comparado con
CFP (38.8624%Cza) lo cual esto podría ser un indicador importante para señalar
de que la muestra CFM podría ser más hidrofóbico comparado con la muestra de
carbón CFP. Asimismo la hidrofobicidad de la superficie puede ser más dominante
para la determinación de la adhesión de la bacteria al carbón y las impurezas
asociadas. De igual modo, se observa que en el resto de los pH suspendidos en
medio de cultivo, la máxima adhesión de CFM fue ≤2x 1010cell/m2 para CFP
(Figura 34a) a 34c)) y ≤ 3x 1011cell/m2.para la muestra CFM (ver Figura 33 a) a
33c)).
pág. 126
Figura 33 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de Carbón Fino CFP. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml solución (caldo y/o electrolito).
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH6
CFP-ELEC pH6
a)
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH7
CFP-ELEC pH7
b)
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH8
CFP-ELEC pH8
0.00E+00
5.00E+10
1.00E+11
1.50E+11
2.00E+11
2.50E+11
3.00E+11
3.50E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFP-CAL pH9
CFP-ELEC pH9
c) d)
pág. 127
Figura 34 Isotermas de adhesión S. carnosus con y sin electrólito en muestra de Carbón Fino CFM. a) pH 6, b) pH 7 c) pH 8, d) pH9. 1 g de Carbón en 50 ml solución (caldo y/o electrolito).
Un cambio significativo durante la prueba se adhesión se ve reflejado cuando las
muestras de carbón CFM y CFP se encuentran suspendidas con el electrolito
1x10-3M KNO3 y diferentes pH. En las Figuras. 33 y 34 podrán observarse, la
cantidad de bacterias adheridas al carbón fino a diferentes pH´s de: 6, 7 y 8. Los
valores de adhesión de la bacteria resultan ser de| orden <3x109 cell/m2, para
CFM, mientras que para CFP los valores son <3x 1010 cell/m2. Sin embargo,
cuando la bacteria y el carbón se encuentran suspendidos con un electrolito, las
bacterias adquieren una fase de lactancia. Esto quiere decir, que la bacteria deja
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CALpH6
CFM-ELEC pH6
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH7
CFM-ELEC pH7
0.00E+00
5.00E+09
1.00E+10
1.50E+10
2.00E+10
2.50E+10
3.00E+10
3.50E+10
4.00E+10
4.50E+10
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH8
CFM-ELEC pH8
0.00E+00
1.00E+11
2.00E+11
3.00E+11
4.00E+11
5.00E+11
6.00E+11
0 10 20 30 40 50 60
Ba
cte
ria
s a
dh
eri
da
s (
ce
ll/m
2)
Tiempo (hrs)
CFM-CAL pH9
CFM-ELECpH9
d) c)
b) a)
pág. 128
de crecer y desarrollarse, debido a que el medio en el cual se encuentra
suspendido el microorganismo carece de nutrientes en el fluido para desarrollarse.
Esto significa que el potencial de crecimiento del microorganismo está limitado por
la disponibilidad de nutrientes, del pH interno, de la penetración de oxígeno y
fuentes de carbono en el ambiente inmediato.
7.16 Cinética de adhesión de bacterias mediante SEM
La cinética de la adhesión de la bacteria S. carnosus sobre las muestras de
carbón fino CFM y CFP es utilizada para determinar el tiempo de equilibrio de
adsorción para un pH de 9 y una concentración inicial de bacterias 1x 109 cell/ml.
(Figuras 35 y 36). Donde durante las primeras 2 h la adhesión de bacterias sobre
la superficie inicia de manera individual, posteriormente después de 6 h las
bacterias S. carnosus se observa en forma de monocapas. Y conforme el tiempo
avanza, las bacterias se multiplican y se adhieren más firmemente. Luego de 12 h,
éstas comienzan a aglomerarse unas con otras en forma de multicapas. Una vez
adheridas, las bacterias comienzan a segregar una matriz circundante conocida
como sustancia polimérica extracelular (EPS). La cual corresponde a una matriz
protectora y a partir de ahí, las colonias bacterianas empiezan a formar una
biopelícula.
El proceso de formación de la biopelícula tan y como se va observando en las
imágenes mostradas en la Figuras 35 y 36 comienza con la adhesión de las
células sobre la superficie de la muestra de carbón, conforme avanza el tiempo
están celular van formando microcolonias, esto sucede debido a la activación de
sus genes, con la producción de EPS (Exopolisacáridos) y una subsecuente
maduración de la biopelícula.
La composición del expolímero/biopelícula es poco conocida, pero consta de
polisacáridos o glicoproteínas de diversos azúcares, como glucosa, fructuosa,
N.acetilgucosamina y otros. También pueden contener proteínas libres,
fosfolípidos y ácidos nucleicos o teicoicos Flint, Palmer et al. (2016) .
pág. 129
El mecanismo de adhesión al sustrato puede ser activo o pasivo, dependiendo de
la motilidad de las células. Una adhesión pasiva se da por efecto de la gravedad,
difusión y dinámica del fluido. En una adhesión activa la superficie de la célula
bacteriana facilita el proceso y las proteínas de adhesión y cargas de las
superficies, facilitan el proceso de agregación y adhesión El-Midany and Abdel-
Khalek (2014), (Redmile-Gordon, Brookes et al. 2014) Liu, Moran et al. (2013)
Los exopolisacáridos (EPS) tienden a absorberse en sitios como metales, y
materia orgánica, tales como las proteínas de los grupos aromáticos, alifáticos y
también en las regiones hidrofóbicas de los carbohidratos Flemming and Leis
(2003. ). Zhang, Wang et al. (2015)
Los EPS típicamente contienen un 20-50% de ácido uránico en polisacáridos.
Basado en el número estimado de los grupos carboxilo e hidroxilo disponibles, los
EPS son considerados tener una muy alta capacidad de unió. Guibaud, Tixier et
al. (2003). Tourney and Ngwenya (2014)
Algunos de estos componentes fueron encontrados en el análisis obtenido
mediante espectroscopia infrarroja (Figura. 39). Finalmente cuando la biopelícula
logra obtener su total madurez, las células comienzan a dispersarse hacia otras
regiones. Tal y como se observa después de un tiempo de 48 h. Ver Figura 37
Existen algunos otros métodos que podrían ser empleados para evaluar la
adhesión de bacterias como son: el análisis de microscopía, la técnica de placas,
la fracción aérea de superficie de cobertura entre otras, La ventaja de estas
técnicas es que son estandarizadas internacionalmente y permite la comparación
directa.
pág. 130
0 Hr 1 Hr
2 Hr 6 Hr
12 Hr 48 Hr
Figura 35 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus adherido a la muestra CFM a diferentes tiempos. pH= 9. Medio de cultivo.
pág. 131
Figura 36 Micrografías de microscopia electrónico de barrido de la S.carnosus
adherido a la muestra CFP a diferentes tiempos. pH= 9. Medio de cultivo.
6 Hr
0Hr
2Hr
12Hr
1 Hr
48 Hr
pág. 132
7.17 Isotermas de Adsorción
Los isotermas de adsorción de la bacteria sobre la muestra de carbón fino CFP y
CFM se muestras en la Figuras 34 y 35 con pH de 6, 7, 8 y 9 y suspendidas con
dos medios diferentes. El primero con un medio de cultivo y el segundo con un
electrolito 1x10-3M KNO3 respectivamente. El motivo por la cual hay una mayor
adsorción de S. carnosus para las muestras CFP y CFM a un pH de 9 es
principalmente a que durante la interacción entre la bacteria y el mineral de carbón
existe un cambio sobre la superficie del mismo. Por otra parte, la bacteria
S.carnosus bajo condiciones más básicas tiende a protegerse por si a misma
mediante la formación de biopelícula. El-Midany and Abdel-Khalek (2014)señalan
que ésta biopelícula tiene una naturaleza hidrofóbica similar a la del carbón amorfo
en su superficie, en consecuencia, conduce a la absorción de las bacterias.
7.18 Formación de biopelícula
Existen varios modelos que han sido propuestos para explicar el desarrollo y las
propiedades de las biopelículas.
Donde la primera teoría de la estructura de la biopelícula describe que es un
modelo continúo que describe las biopelículas como lisas, planas y homogéneas.
Una de la formas más sencillas y a la vez un poco tediosas para evaluar la
formación de biopelículas es usando el método colorimétrico, en el cual por medio
de la tinción delas células fijas con cristal violeta o safranina y su posterior lavado,
se analiza varias capas en un tiempo no mayor a 48 h y de esta manera se estimó
la adherencias de las células teñidas después de la etapa de lavado. El uso de
esta técnica ha permitido evaluar y comprobar la formación de la formación de la
biopelícula.
La capacidad de formación de biopelícula de la cepa S. carnosus se evaluó
mediante el ensayo de placas de 96 pozos descrito por Annuk and Moran (2010),
(Jun, Kim et al. 2010) Musk, Banko et al. (2005) .Se utilizó cristal violeta para
teñir la biopelícula formada y ácido acético para extraer el colorante absorbido por
pág. 133
a)
b)
ella. La coloración azul mostrada en la imagen, nos indica la formación de la
biopelícula sobre la superficie del pozo, en a) se muestra el control negativo donde
no hay formación de biopelícula, mientras que en b) se observa la biopelícula
formada por S. Carnosus (Figura 37).
Figura 37 Placa de 96 pozos para evaluación de biopelícula. a) Control de Negativo (caldo), b) Formación de biopelícula a partir del Inoculo a un pH de 9.
7.19 Espectroscopia de Infrarrojos por Transformada de
Fourier (FTIR)
Los espectros de infrarrojo de control de la bacteria S. carnosus, y los carbones
CFM y CFP son mostrados en la Figura 38 a), 38 b y 38c).Antes de realizar la
prueba de adhesión.
La Figura 38a) representa el espectro infrarrojo FTIR de la bacteria S. carnosus
antes de interactuar con el mineral de carbón fino. En el espectro FTIR se observa
los principales picos característicos que se encuentran presente únicamente
sobre la bacteria S. carnosus. A 1065 cm-1 aparecen los anillos vibratorios de los
polisacáridos, mientras que el pico localizado a 1535 cm-1 corresponde al grupo de
vibración de amidas II. Otro pico que muy débil que destaca se presenta en la
región de 1370 cm-1 y corresponde a los ácidos grasos y proteínas. Mientras que
pág. 134
en el rango de longitud de onda de 1050 a 948 cm-1 aparece la región de los
polisacáridos conocidos por la banda de adsorción de los carbohidratos presentes
en la pared celular del microorganismos. Por último, a 854 cm-1 aparece la región
de las bandas de flexión del grupo funcional de los aromáticos - CH.
Con este espectro podemos darnos cuenta que la absorción de la bacteria sobre
la superficie del carbón fino presenta lo siguiente:
La composición de la pared celular de la bacteria está conformada de
lípidos, fosfolípidos, polisacáridos y grupos carboxilos y estos controlan la
absorción de la bacteria sobre la superficie del mineral.
Además la afinidad de algunos grupos funcionales de la bacteria gram-positiva con
ciertos iones del mineral conduce a la unión de estos sobre la superficie del
substrato. De igual modo, mediante la generación de biopelículas, conformados
por componentes de ácidos grasos y polisacáridos, es como se provoca el cambio
de la carga superficial en el mineral a beneficial. Varios ejemplos del efecto de los
polisacáridos y de otros grupos funcionales sobre la pared de la bacteria se han
comprobado durante la flotación de la calcita o la depresión de la dolomita
Shashikala and Raichur (2002), Vidyadhar, Kumari et al. (2012), Sarvamangala,
Natarajan et al. (2013).
La capacidad de adhesión de la bacteria sobre el mineral a beneficiar, dependerá
en gran medida del tipo de microrganismo a utilizar durante el proceso. En relación
con esto, la interacción mineral -bacteria puede generar cambios en la superficie
de los minerales, como la formación de películas, con características
fisicoquímicas diferentes a las del mineral original, las reacciones de oxidación y
reducción catalizadas biológicamente generan cambios fisicoquímicos a escalas
nanométricas, para cambiar de este modo la superficie del mineral. La
quimisorción de productos metabólicos, puede resultar, también, en la
modificación superficial, debido a la disolución de constituyentes del mineral.
Márquez, Arroyave DM et al. (2009).
pág. 135
Es importante además mencionar que también se observa como los picos
correspondientes a los ácidos grasos en los espectros medidos después de que el
carbón interactúa con la bacteria S. carnosus indica que las fuerzas hidrofóbicas
juega un papel importante sobre la bacteria evaluada durante la adhesión de las
fuerzas electrostáticas.
En el espectro obtenido y mostrado en la Figura 38 b) y 38c) se observar una
banda anchas de absorción entre el rango de 3600-3200 cm-1 esta banda
corresponde al grupo de –OH. En donde el oxígeno del grupo funcional que se
encuentra en el carbón indica la presencia de compuestos orgánicos como:
alcohol, fenol, y acido carboxílico.
También se puede apreciar en el rango de 2920 y 2800 cm-1 de las Figuras 38b) y
38c) vibraciones de estiramiento de los grupos alifáticos –CH-CH2-CH3. Las
bandas localizadas alrededor de 1436 cm-1 corresponde a las vibraciones de
flexión de grupos alifáticos –CH. La banda amplia de absorción que se localiza
cerca de los 1620 cm-1 a las bandas de estiramiento de los grupos de carbonos
C=C de la estructura aromática y probablemente también a las vibraciones de
estiramiento de los grupo carboxilo. Además de que hay algunos picos
prominentes en el rango de 1200-1000 cm-1 el cual corresponde a la región de
vibraciones de estiramiento de Si-O. Mientras que los picos presentes entre 948 a
900 cm-1 corresponden a los picos de las vibraciones de flexión de Si-O-Si. Es
además importante señalar que las bandas localizadas en la región de 882 a 1200
cm-1 corresponden a las bandas de pirita.
Por otra parte en la Figura 39, correspondiente al espectro infrarrojo de la muestra
de carbón CFM (Figura 39 a)) y CFP (Figura 39b)) que interactúan con la bacteria
S.carnosus. En ella es notable ver que no existe un cambio notorio en los picos
principales de las muestras de carbón CFM+ S.carnosus y CFP+S.carnosus. A
excepción de los picos del grupo de –OH (3619 cm-1) estos desaparecen durante
la interacción con la bacteria. La razón por la cual ocurre este efecto puede ser por
dos cosas: la primera de ellas, puede ser porque este grupo funcional no
interacciona con la bacteria, sino con la ceniza que contiene el carbón fino CFM y
pág. 136
CFP, es decir, que este –OH puede corresponder a la caolinita presente en la
materia mineral de este carbón. O bien, la segunda razón puede ser atribuida a
que hay una reducción en los picos de ácidos grasos, así como en los picos de
hidratación de agua. La reducción de estos picos específicos confirma que la parte
la bacteria S. carnosus sobre la superficie del carbón se produce debido al efecto
de la unión del hidrógeno y las fuerza hidrofóbicas entre la pared de la célula y la
materia orgánica del carbón Brabcová, Karapantsios et al. (2015) Poortinga, Bos
et al. (2002).
pág. 137
Figura 38 FTIR de a) Bacteria S. carnosus , b) muestras de carbón CFM, c) muestra de carbón CFP.
1639
1535
1370
1154
1085
948 8
59
-0.01
0.04
0.09
0.14
0.19
0.24
0.29
0.34
400800120016002000240028003200
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
B.S.carnosus
a)
3619
2917 1601
1437
1007
912
798
747
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
40080012001600200024002800320036004000
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
CFM
3619
2922
1596
1436
1007
912
797
748
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
40080012001600200024002800320036004000
Ab
so
rban
ce ,
%
Ware number, Cm-1
CFP
b)
c)
pág. 138
Figura 39 FTIR de a) de la bacteria adherida al carbón CFM; b) de la bacteria adherida a la muestra CFP.
2918
17451646
1543
14
41 1
372
1154
1052
941
858
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
4008001200160020002400280032003600
Ab
so
rban
ce,%
Ware number, Cm-1
Carbón CFM + S.carnosus
2936 1609
14
37
1378
1163
1056
960
799
754
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
4008001200160020002400280032003600
Ab
so
rban
ce,
%
Ware number, Cm-1
Carbón CFP + S.carnosus
a)
b)
pág. 139
7.20 Hidrofobicidad de bacteria S.carnosus en función del
pH
La determinación del grado de hidrofobicidad de la bacteria se llevó a cabo
mediante la afinidad de S. carnosus con un solvente no polar (n-hexadecano). Los
resultados se muestran en la Figura 40.
En esta figura se puede observar claramente que conforme se incrementa el
tiempo de agitación el % de flotabilidad de la bacteria se incrementa a diferentes
pH. A un tiempo cero la flotabilidad de la bacteria (sin agitación) va desde 85.5% a
89% (pH 7 a 10). El comportamiento es muy similar con forme se incrementa el
tiempo de agitación hay un ligero incremento a pH más alcalinos. Esto indica que
la superficie de la bacteria S. carnosus posee características hidrófoba, útiles para
la flotación del mineral empleado. La razón por la cual ocurre esto es porque
cuando el pH se hace más alcalino la carga electrostática tiende a ser más
negativa y viceversa
Esto indica que en el procesamiento de lavado de carbón este se realiza a un pH
cercano al neutro y la mayoría de los estanques de jales de este mineral también
tienen un pH de 7-8. Este concepto se puede utilizar directamente sin ningún
ajuste del pH, lo cual lo hace atractivo para la aplicación en campo. Además, el
grado de mezclado requerido es significativamente menor en relación a los
floculantes poliméricos.
pág. 140
0
20
45
60
80
82
84
86
88
90
78
910
% F
lota
bili
dad d
e b
acte
ria
pH
0
20
45
60
Tiempo(seg)
Figura 40 % de Flotabilidad de la bacteria S.carnosus en función del pH.
7.21 Microflotación
La Figura 41 muestra los valores de la flotabilidad de los jales de carbón
acondicionados a un pH de 9 en ausencia de la bacteria. Los resultados de la
flotación convencional fueron: CFP≥60%≥CFM. Cabe recordar que estas pruebas
fueron llevadas a cabo con los reactivos químicos comúnmente utilizados en la
flotación (MICB y diésel) y que sirvieron como control para las pruebas de
microflotación. Ver Figura 41 a) y 41 b). Del mismo modo, en esta figura, se puede
observar también, como el porcentaje de flotabilidad para ambas muestras CFM y
CFP, incrementa progresivamente hasta alcanzar su valor máximo en un tiempo
aproximado de 5 minutos. Posterior a este tiempo, comienza a haber una
disminución en el rendimiento de mineral flotado.
En cambio para las muestras de carbón CFM y CFP modificados por la acción de
la bacteria usando diferente flujo de gas (Aire o Nitrógeno), los rendimientos de
flotabilidad de carbón resultan ser mejores. Lo que significa que la recuperación de
pág. 141
la materia orgánica se incrementa debido a la biomodificación, corroborando de
este modo el carácter hidrofóbico de la bacteria S. carnosus. Cabe destacar que,
los valores más altos que se obtuvieron durante la microflotación fueron casi
CFP≤90% ≥CFM (tanto con O2 como con N2) con un tiempo de flotación de 5
minutos a un pH de 9. La causa de estos resultados son atribuidos a la existencia
de los ácidos grasos del grupo funcional - CH2 en la superficie de la bacteria, el
cual causa una adhesión selectiva de las partículas de carácter hidrofóbico como
el carbón. O bien la mejora en la hidrofobicidad del carbón se debe a la secreción
de las proteínas inducidas por la bacteria en el extracto libre de células durante su
crecimiento en presencia del carbón. Rao, Vilinska et al. (2010)mencionan también
la adhesión del microorganismo sobre la superficie del carbón se acompañado de
la expresión de sustancias poliméricas extracelulares (EPS), que permiten la
adherencia y cambia de este modo la carga de la sobre bacteria o la de la
superficie del mineral.
Finalmente se puede decir que la bacteria S. carnosus posee un efecto hidrofóbico
sobre el carbón, lo que significa que, este microorganismo puede actuar como un
colector natural y favorecer la selectividad de mineral de valor en los procesos de
lavado de carbón. Además de que para el sector minero, la aplicación de este
proceso mediante la inyección de un flujo de aire en el proceso, resulta ser más
económico, que con el uso de gas N2.
Una de las ventajas de utilizar S. carnosus en el proceso de flotación son: los
bajos costos de inversión y operación, además del bajo consumo de energía. Sin
embargo, el inconveniente que este proceso tendría sería que es un proceso lento
y requiere de largos tiempos de residencia y habría que investigar para hacerlo
más competitivo.
pág. 142
Figura 41 Microflotación de los jales de carbón CFM y CFP en ausencia y
presencia de la bacteria S.carnosus. El tamaño de partícula: (-150 a +44m); pH 9; Concentración de bacteria: 1x 109cell/ml. a) CFM y b) CFP.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7
% F
lota
bili
da
d
Tiempo de Flotación (Minutos)
CTRL BACTERIA+O2 BACTERIA+N2
a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6
% F
lota
bili
da
d
Tiempo de Flotación (Minutos).
CTRL BACTERIA+O2 BACTERIA + N2
b)
pág. 143
CAPITULO 8
CONCLUSIONES.
El producto obtenido a partir de este tratamiento cumple satisfactoriamente con las
características para poder ser comercializado por parte del sector minero y
generar grandes ganancias a muy bajos costos de inversión.
En cambio en el proceso biológico esta muestra resalta en:
La capacidad que tiene S. carnosus de formar bio-películas favorece el proceso de
recuperación de materia orgánica durante la flotación del carbón fino CFM y CFP,
debido a genera un cambio en las cargas superficiales sobre la superficie de la
partícula favoreciendo con ello la flotación. El uso de S.carnosus como colector
además de ser un proceso más amigable con el medio ambiente, resulta ser muy
eficiente para la recuperación de finos de carbón, con recuperaciones de hasta
90%. Además de cumplir con las expectativas económicas requeridas por el
Sector minero.
pág. 144
CAPITULO 9
RECOMENDACIONES A FUTURO
Estudio de los aceites mediante la técnica de cromatografía de gases, RMN y
espectrometría de masas. El objetivo de esto es determinar la estructura orgánica
para cada aceite usado y también proponer el mecanismo por el cual este
fenómeno favorece al proceso de recuperación de materia orgánica. Todo ello se
realizaría en colaboración con la ESI-UAdeC – CIMAV.
Estudio de medición de carga eléctrica de la partícula de carbón, aceite y bacteria
mediante el Potencial Z (). El objetivo es determinar el mecanismo por el cual
ocurre la adhesión de bacteria- mineral en proceso de flotación. Colaboración:
CIMAV, CIDETEQ y las instituciones ESI-y FAQ de UAdeC.
pág. 145
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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