Intr. a la Minería.

Procesos Mineros.

Flotación-Lixiviación.

Proceso de Flotación.

La flotación es una operación unitaria que se emplea para la separación de partículas

sólidas o líquidas de una fase líquida . La separación se consigue introduciendo finas

gotas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las

partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto de partícula-burbuja

de aire hace que suban hasta la superficie del líquido.

Se trata de un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa

desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades

hidrofílicas e hidrofóbicas. Así, la flotación es una técnica de concentración que

aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral

útil y la ganga. Este se basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de aire, las

cuales transportan los sólidos a la superficie de la celda de flotación, donde serán

recolectados y recuperados como concentrado.

La condición de flotabilidad es una fuerte adhesión entre las partículas útiles y burbujas, las cuales deben ser capaces de soportar la agitación y turbulencia de la celda. A estas partículas se las denominan hidrofóbicas, y las partículas del relave o colas se las denominan hidrofílicas.

Los productos químicos que se emplean en esta unidad unitaria, tienen carga eléctrica y afinidad con el soluto, que forman compuestos de coordinación y estables.La flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa, donde la fase sólida está representada por las materias a separar, la fase líquida está representada por el agua y la fase gas está representada por el aire. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se van a adherir las partículas sólidas. Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Al aumentar el tamaño de la partícula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para poder producir un encuentro efectivo partícula burbuja.

El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar, por lo que es necesario incrementar la propiedad hidrófoba en las partículas minerales de una pulpa para así poder facilitar la flotabilidad. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores,

que son generalmente compuestos orgánicos de carácter heteropolar, es decir, una parte de la molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra parte es un grupo polar con las propiedades iónicas, lo que significa que tiene una carga eléctrica definida.

Cuando un cuerpo se sumerge total o parcialmente en un fluido, una cierta porción del fluido es desplazado. Teniendo en cuenta la presión que el fluido ejerce sobre el cuerpo, se infiere que el efecto neto de las fuerzas de presión es una fuerza resultante apuntando verticalmente hacia arriba, la cual tiende, en forma parcial, a neutralizar la fuerza de gravedad, también vertical, pero apuntando hacia abajo. La fuerza ascendente se llama fuerza de empuje o fuerza de flotación y puede demostrarse que su magnitud es exactamente igual al peso del fluido desplazado. Por tanto, si el peso de un cuerpo es menor que el del fluido que desplaza al sumergirse, el cuerpo debe flotar en el fluido y hundirse si es más pesado que el mismo volumen del líquido donde está sumergido.

Hay evidencia de que se usaba la flotación como método de enriquecimiento de los minerales de carbonato de cobre en el siglo XV. Sin embargo, su generalización y su aplicación a diferentes procesos es mucho más reciente y corresponde a la Revolución Industrial de la segunda mitad del siglo IXX, cuando la demanda de materias primas metalúrgicas obligó a la gente a utilizar minerales de bajo tenor y a enriquecerlos antes de procesarlos.

Al principio se mezclaba el polvo mineral con agua y con aceite (vegetal o mineral). Los minerales de tipo sulfuros tienen tendencia a mojarse con el aceite y por lo tanto a ser arrastrados por las gotas de éste. Este proceso de flotación con aceite producía, sin embargo, conglomerados que a veces no se separaban. Al usar mucho menos aceite, los conglomerados formados eran de un tamaño adecuado para una separación gravitacional o mediante un tamizaje húmedo.

A finales del siglo pasado se podían separar ciertos minerales de otros: galena (PbS), sfalerita (ZnS) y pirita (FeS) mediante ajustes de pH.

A principios del siglo XX se empezó a añadir aire o CO2 y a recolectar una espuma inestable llamada "froth" en inglés. El proceso se desarrolló en los primeros años del siglo XX incorporando todas las características actuales: agitación de la dispersión sólido-líquido con arrastre de aire y muy poco aceite como agente hidrofobante; muy rápidamente la gente

se dió cuenta que podía mejorar la separacióntanto en cantidad como en selectividad al usar fenoles, alcoholes, grasas o sustancias complejas como aceite de pino o resinas.

Durante de la primera guerra mundial el proceso de flotación fué usado en Australia y en EUA para extraer sulfuros de enormes cantidades de residuos de separación de sulfuro por sedimentación selectiva. Al mismo tiempo se descubrió que se podían flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo óxido.

En los años 20 se patentó el uso de los xantatos y algunos años más tarde se generalizó el uso de otros surfactantes: sulfonatos de petróleo, sales de aminas y otros catiónicos susceptibles de hidrofobar una gran variedad de superficies mediante algún tipo de adsorción.

Hoy en día se procesa anualmente del orden de 2.000 millones de toneladas de minerales molidos por este proceso.La tabla 1 da una idea de la variedad de éstos, desde sustancias nativas como el oro o el gráfito, hasta óxidos (de hierro, estaño, cromo o titanio), pasando por sales diversas (fluoruros, carbonatos, fosfatos) incluso varios tipos de silicatos, particularmente arcillas.

Al mismo tiempo se desarrollaron numerosos procesos de flotación de sustancias no minerales entre los cuales los más resaltantes son:

fibras de madera de los licores residuales de la fabricación de la pulpa. petróleo, grasas, aceites en forma residual en aguas industriales. carbón en polvo o cenizas. vidrio en basura doméstica.

Desde hace unos 30 años se usa el método llamado de flotación por aire disuelto, que consiste en producir burbujas muy pequeñas por expansión de una solución acuosa saturada de aire bajo presión, durante la expansión se forman burbujas de tamaño del orden de la micra, las cuales son capaces de colectar partículas coloidales.Se puede por lo tanto flocular coloides agregados o floculados sin romperlos. Este proceso de flotación de coloides que a veces se combina para dar una floco-flotación se usa para

clarificar las aguas potables y productos como el jugo de caña de azúcar, los jugos de frutas, etc.; sirve para extraer bacterias, proteínas, etc.

Pasando a la escala molecular, ciertos métodos actuales de separación pueden incluirse en la clase flotación. Se sabe en efecto, que al hacer pasar burbujas de aire en una solución de surfactantes, las moléculas de éste tienden a adsorberse a la superficie y por lo tanto a ser arrastradas por la espuma que se forma. La única diferencia con lo visto hasta ahora, no es realmente el tamaño, sino el hecho de que se trata de moléculas solubles en agua.

Guiado por esta razón, conviene clasificar la extracción por espumeo como un método particular, quizás más cerca de la extracción en micelas que de la flotación.En la figura 2 se da la clasificación de los métodos de separación por adsorción sobre burbujas, donde la flotación es un método de gran utilidad que incluye varias subdivisiones, particularmente, la flotación de minerales constituye un tema altamente especializado.

En la Macro flotación se extraen partículas macroscópicas, mientras que en la Micro flotación se trata de extraer micro partículas, especialmente microorganismos y coloides.

La Flotación de Iones separa iones sin actividad superficial mediante el uso de un tensioactivo que forma un producto insoluble, que se adsorbe en la superficie de una espuma que puede removerse.La Flotación Molecular remueve moléculas sin actividad superficial con el concurso de tensioactivos que dan con los primeros un precipitado.

En la Flotación de Precipitados se extrae un precipitado sin ser el agente precipitante un tensioactivo.La Flotación por Coloide Adsorbente es la separación mediante un portador de materiales disueltos que son primero adsorbidos sobre partículas coloidales. La liberación de gas disuelto para hacer flotar partículas sólidas unidas a las burbujas se usaen el tratamiento de aguas servidas.

Aún en el caso más simple de la flotación convencional por burbujas, la desagregación del proceso de flotación indica que varios fenómenos están involucrados.Se hace énfasis en los fenómenos interfaciales determinantes y en la hidrodinámica de captura.

Características de la Flotación

• Método fisicoquímico para separar partículas sólidas entre si.

• Fundamento: dispersar burbujas de aire en la suspensión de partículas.

Las partículas hidrofobicas se pegan a las burbujas formando una espuma.

• La espuma son eliminadas por barrido superficial.

Cuando una superficie es hidrófoba las gotas de aceite o las burbujas de aire tienen tendencia a "pegarse", es decir, a adherirse a la superficie sólida. En el caso de la figura siguiente es natural que la probabilidad de despegue o de arranque de una burbuja en un medio agitado es mucho menor si esta burbuja está aplastada sobre la superficie, que si presenta un gran ángulo de contacto.Lo mismo ocurre en el caso en que las partículas son más pequeñas que las burbujas. Si la superficie sólida está hidrofobada, las partículas tienden a penetrar en el interior de la burbuja, resultando así abrigadas de las turbulencias externas que puedan favorecer su despegue de la burbuja, como en el caso de una partícula hidrófila.

Proceso de lixiviación.

La palabra lixiviación viene del latín: “Lixivia, -ae” sustantivo femenino que significa lejía. Los romanos usaban este término para referirse a los jugos que destilan las uvas antes de pisarlas, o las aceitunas antes de molerlas.

En la actualidad, se denomina lixiviación, al lavado de una sustancia pulverizada para extraer las partes solubles. Se denomina también a una de las formas de obtener oro, para ellos se usa la lixiviación con cianuro a la mena de oro para purificarlo. Esto produce una gran contaminación donde se hace el procedimiento por el envenenamiento producido por los componentes del cianuro y la gran cantidad de agua que se utiliza.

El procedimiento de lavado (lixiviación) se hace en piletones gigantes, hasta del tamaño de varios estadios olímpicos, y por desgracia, posteriormente estos residuos pasarán a las capas freáticas de agua que generalmente se ubican en las altas montañas, que es donde están las minas de oro.

Una linda palabra, para tan triste explotación mineral.

Lixiviación Natural

La lixiviación produce el desplazamiento de sustancias solubles o dispersables (arcilla, sales, hierro, humus, etc.); y es por eso característico de climas húmedos (Pluvisilva, etc.).

Esto provoca que los horizontes superiores del suelo pierdan sus compuestos nutritivos, arrastrados por el agua; se vuelvan más ácidos, ya que queda compuestos insolubles (Aluminio); y a veces, también se origine toxicidad. También se pierden grandes cantidades de fertilizantes, al igual que los compuesto nutritivos.

En climas muy húmedos, la vegetación natural (sobre todo la forestal) sirve de protección contra lixiviación.

Cuando el hombre la destruye, este proceso se acelera considerablemente y la retención de nutrientes en la zona radical se interrumpe (ya no hay raíces). Otras formas de contribuir a la lixiviación son mediante el empleo de fertilizantes con elevada acidez, el riego excesivo y cultivos que retienen muchos nutrientes del suelo. Este proceso se ve asociado también a los fenómenos de Meteorización.

Otro efecto de este proceso natural se produce cuando determinadas concentraciones de sustancias y componentes tóxicos que se encuentran en el suelo, al entrar en contacto prolongado con el agua, se difunden al medio y lo agreden.

Lixiviación Química Minera.

La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

Algunos ejemplos son:

- El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente.

- Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos.

- La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda.

Dentro de esta tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro y plata. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica.

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas:

Lixiviación en pilas.Extracción por solvente.Electro obtención.

Primera etapa: lixiviación en pilas

Las pilas deben ser regadas con una solución de ácido sulfúrico, la que circula por cañerías distribuidas homogéneamente.

¿Cuál es el objetivo?

La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas.

¿Cómo se realiza el proceso?

a) Chancado: el material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas.

Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida.

b) Formación de la pila: el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila.

En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura:

la pila de lixiviación.

Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

c) Sistema de riego: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre.

¿Qué se obtiene del proceso de lixiviación?

De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas.

Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por solvente.