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FLOTACIÓN DE SÚLFUROS DE COBRE EN AGUAS SALINAS

Sergio CastroDepartamento de Ingeniería Metalúrgica

Universidad de Concepción

Seminario Flotación Cytec 2008-Iquique

Objetivo

Dada la falta de fuentes de agua blanda en el Norte de Chile, particularmente en el extenso desierto de Atacama, el empleo de agua salada; y agua de mar en los procesos metalúrgicos es un tema de gran interés estratégico para la sustentabilidad del sector.

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Introducción

• El agua usada en plantas concentradoras es de dos tipos:

• Agua fresca

• Agua reciclada

Introducción

• En general, para producir 1 Kg de Cu se requieren alrededor de 100L de agua.

• Consumo de agua total en las concentradoras está en el rango de 1,0 a 2,5 m3/ton de mineral.

• El consumo de agua fresca está entre 0,4 a 0,8 m3/ton de mineral.

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Introducción

• El agua “reciclada” es de calidad química indefinida y puede variar en el tiempo por acumulación de iones. Algunas llegan a tener concentraciones de electrolitos tan altas como las encontradas en aguas salinas, o incluso en agua de mar.

• Las plantas de flotación están operando con porcentajes crecientes de agua reciclada; sin embargo, no es suficiente para suplir la demanda de recursos hídricos.

Uso de agua de mar

El uso de agua de mar y aguas salinas presenta dos grandes problemas:

1. Aumenta la corrosión de equipos y estructuras.

2. Introduce problemas en los procesos metalúrgicos.

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Composición del agua de mar

• El agua de mar no tiene una salinidad uniforme a lo largo del mundo, variando entre 3,1% y 3,8% de sales totales.

• Considerando una salinidad promedio de 3,5%, el agua de mar contiene aproximadamente 35 g de sales disueltas por Kg de agua.

Para una salinidad de 3,5%

• El contenido de cloruro alcanza a alrededor de 1,94% (0,546M); el sodio alcanza a 1,08% (0,469M).

• Además contiene iones Mg2+, SO42-,

Ca2+, etc.• Dado que constituye un ecosistema,

contiene algas y otros microorganismos.

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Resultados

• Efecto de los electrolitos sobre la tensión superficial.

Tensión superficial

CMCConcentración del soluto

Electrolito

Agua pura

Tensoactivos débiles

Tensoactivos fuertes

Influencia de varios tipos de compuestos sobre la tensión superficial del agua.

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Tensión superficial de una salmuera

Brine Concentration (%)0 20 40 60 80 100

Sulfu

re T

ensi

on (m

N/m

)

70

75

80

85

90

Effect of brine concentration on surface tension. 100% brine concentration stands for KCl-NaCl saturated brine; 1450 g of the saturated brine (room temp.) contains 1000 g of water, 300 g of NaCl and 150 g of KCl (Laskowski et al.Can.J.Chem.Eng., Vol. 81, 63-69 (2003).

Tensión superficial solución salina

Concentration (ppm)

1 10 100 1000 10000

Sur

face

Ten

sion

(mN

/m)

30

40

50

60

70

80

90

Saturated Brine50% BrineWater

Effect of frother concentration and ionic strength on surface tension (Laskowski et al., 2003).

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Resultados

• Efecto de los electrolitos sobre el tamaño de burbuja y coalescencia.

Coalescencia

Salt Concentration (M)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Gas

Hol

dup

(%)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

NaCl; Jg=1.7 cm/sNa2SO4; Jg=1.7 cm/sCaCl2; Jg=1.7 cm/sNa2S2O3; Jg=1.7 cm/sAl2(SO4)3; Jg=1.7 cm/s

Gas holdup vs. salt concentration (Jg = 1.7 cm/s) (Quinn et al., 2007).

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Coalescencia

[NaCl], M

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Gas

Hol

dup,

%

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

[MIBC], ppm

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

NaClMIBC

Determinación de la concentración de MIBC equivalente para J=0.7 cm/s (Quinn et al., 2007).

Coalescencia

Coalescencia de burbujas

Comparación del tamaño de burbuja entre cloruro de sodio y MIBC(Quinn et al., 2007).

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Resultados

• Efecto buffer del agua de mar y de soluciones salinas.

Efecto buffer

• El agua de mar tiene un pH alrededor de 8,2 y presenta un marcado efecto buffer, lo cual produce un mayor consumo de cal o ácido en la regulación del pH, comparado con agua frescas.

• Por ejemplo, un mineral con 1 Kg de cal por ton en agua fresca da un pH entre 10 y 11; mientras que en agua de mar llega sólo a 8,7.

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Efecto buffer

pH

9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

Dos

is N

aOH

, g/L

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

agua destiladaNaCl, 0.5MNaCl, 1M

Efecto buffer de soluciones de cloruro de sodio

Resultados

• Comportamiento de flotación de especies puras.

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Flotación de calcopirita

Concentración colector, ppm

0 4 8 12 16 20

Rec

uper

ació

n, %

0

20

40

60

80

100

en agua destiladaen NaCl 0.5 Men agua de mar

Efecto del IsopX de sodio sobre la flotación de calcopirita.

Flotación de calcopirita

pH

2 4 6 8 10 12

Rec

uper

ació

n, %

0

20

40

60

80

100

en NaCl 0.5Men agua de mar

Efecto del pH sobre la flotación de calcopirita

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Flotación de calcocita

0

20

40

60

80

100

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Recov

ery, %

pH

Distilled water

[NaCl]=0.5M

Sea water

Effect of pH (adjusted by NaOH/HCl) on the flotation of chalcocite in a Hallimond tube (15 mg/L IsopX and 10 mg/L amyl alcohol) (Alvarez and Castro, 1976).

Flotación de pirita

0

20

40

60

80

100

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Recov

ery, %

pH

Distilled water

[NaCl]=0.5M

Sea water

Effect of pH (adjusted by NaOH/HCl) on the flotation of pyrite in a Hallimond tube (15 mg/L IsopX and 10 mg/L amyl alcohol). (Alvarez and Castro, 1976).

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Flotación de molibdenita

[NaCl], g/L

0 10 20 30 40 50 60

Rec

uper

ació

n M

oS2,

%

50

60

70

80

90

100

Sin CalCon Cal; pH=7Con Cal; pH=8Con Cal; pH=9Con Cal; pH=10

Recuperación MoS2 v/s [NaCl] g/L, con 10 ppm de Xantato, 10 ppm de MIBC, a distintos pH (con Cal como regulador de pH) (Castro et al, 2007).

Resultados

• Flotación a escala planta piloto en agua de mar:

• (pórfido secundario Andacollo, 1973).

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Problema de la espuma

• Debido al poder espumante del agua de mar, el uso de reactivos espumantes puede llegar a ser innecesario, o incluso inconveniente

• La cal es el más importante agente para controlar la espuma, dado que depresaganga y pirita; y genera espumas más limpias.

• El kerosene también es útil para controlar el volumen de espuma y la selectividad (antiespumante).

Pilotajes pórfido secundario Andacollo

• Para una mena secundaria constituida por calcosina y calcopirita: 1,2%Cu total y 0,1%Cu soluble. Se logró un concentrado de 30%Cu, con una recuperación de Cu de 75%.

• Para una mena primaria (calcopirita), con ley de 0,56%Cu y 0,08% Cu soluble, se logró un concentrado de 27%Cu y 80% de recuperación.

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Condiciones de pH

• El pH rougher óptimo para minerales sulfurados secundarios de cobre es más bajo comparado con el pH en agua fresca (de pH 10,5 baja a pH 9,5).

• El pH es crítico en etapas de limpiezas. Para minerales secundarios, la ley de Cu en concentrado cae fuertemente con el aumento del pH entre pH 9,0 y 10,5.

Mineral de Andacollo

pH Cleaner

8.8 9.2 9.6 10.0 10.4 10.8

Ley

conc

entra

do fi

nal,

%

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

Rec

uper

ació

n cl

eane

r, %

65

70

75

80

85

90

95

Ley concentrado final, %Recuperación cleaner, %

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Flotación pórfido secundario Andacollo

• La recuperación de Mo en flotación colectiva (kerosene al molino), llegó a 50% y 71%, para mineral secundario y primario respectivamente.

• La flotación selectiva Cu-Mo con el depresante LR-744 no mostró buenos resultados.

• Fin Presentación