FLOTACIÓN DE MINERALESMIN350 CAPITULO I DEFINICIÓN, HISTORIA E IMPORTANCIA DE LA FLOTACIÓN 1.1.- DEFINICIÓN La flotación es un proceso de separación de materias primas 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. En general es un proceso de separación, pues se trata de la individualización de las especies que representaban anteriormente una mezcla. Esta separación puede adoptar diversas formas, como por ejemplo, la flotación colectiva en que se produce la separación de varios componentes en dos grupos, de los cuales el producto noble, el concentrado, contiene por lo menos dos o más componentes y la flotación selectiva o diferencial en que se realiza la separación de compuestos complejos en productos que contienen no más de una especie individualizada. Cuando las especies útiles constituyen una fracción menor del mineral y las especies estériles son de gran volumen, las separaciones por flotación toman el aspecto de un proceso de concentración. Tales son, por ejemplo, las separaciones de minerales preciosos o no ferrosos de sus gangas respectivas. Por otra parte, en el caso de que la parte estéril es una fracción menor del mineral, las separaciones por flotación adoptan el carácter de un proceso de purificación. La definición de flotación formulada anteriormente, indica que el proceso es aplicable a materias de distinto origen. Estas, según la clasificación clásica pueden ser orgánicas e inorgánicas. Estas últimas son generalmente los minerales en toda su gama de variedades, o sea, los minerales metálicos y no metálicos; sulfuros, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc. metales nativos, sales, carbones y otras variedades más que generalmente se incluyen en el reino mineral. Son materias orgánicas, especies tan variadas como resinas y semillas, fibras y aceites, papeles y pinturas, productos sintéticos orgánicos y desechos. Lo expuesto en consecuencia, indica que se trata de un proceso universal que tiene múltiples facetas, aplicaciones y posibilidades. Sin embargo, el campo de mayor aplicación de la flotación es la separación de minerales. 1 los minerales que son óxidos. Por otra parte. Se puede además observar que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos.ELEMENTOS TECNOLÓGICOS DEL PROCESO En un esquema general. por medio del proceso de flotación. El gas utilizado en las separaciones es el aire que se inyecta en la pulpa. se pueden separar entre sí. o sea. mojables por el agua. entra en una planta de trituración donde se tritura en seco en dos o tres etapas hasta obtener trozos de mas o menos 10 mm. carbón bituminoso. Los sólidos y el agua.3.1. antes de la aplicación del proceso. mientras que las partículas hidrofílicas se van a mojar y caer al fondo de la máquina de flotación como se puede apreciar en la Fig.2. uno útil y otro estéril. Los metales nativos. mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos. después de ser finamente molidos y acondicionados con los reactivos que hacen más pronunciadas las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas. La fase sólida esta representada por las materias a separar. Las partículas hidrofóbicas se van a pegar a las burbujas de aire y pasar a la espuma. Estos trozos enseguida se entregan a una planta de molienda.FASES DE LA FLOTACIÓN Según la definición. De este modo una cabeza que contiene en el caso más simple dos componentes. dependiendo de su diseminación. 1. o sea. sulfatos. se preparan en forma de pulpas que pueden contener desde pocas unidades hasta 40% de sólidos. se separa en un concentrado que se recupera en forma de una espuma y un relave o cola que se elimina por la parte inferior de la máquina. para poder formar las burbujas que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. de mojabilidad de las materias. tienen afinidad por las burbujas de aire. neumática o mecánicamente. o sea no se adhieren normalmente a ellas. 1. silicatos. el proceso de flotación contempla la presencia de tres fases: sólida. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de sólidos frente al agua. o sea. donde en dos circuitos húmedos de molienda fina el mineral se reduce en tamaño hasta 50 – 100 micrones. El mineral tiene 2 . La fase líquida es el agua que debido a sus propiedades específicas constituye un medio ideal para dichas separaciones. Los minerales hidrofílicos e hidrofóbicos de una pulpa acuosa. sulfuros de metales o especies tales como grafito. El proceso de flotación esta basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de las materias sólidas a separar.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 1. el tratamiento por el proceso de flotación consta de los siguientes pasos: el mineral crudo o cabeza.. carbonatos y otros y que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga son hidrofílicos. líquida y gaseosa. talco y otros son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos. haciendo pasar burbujas de aire a través de la pulpa. proveniente de la mina.. Los relaves se llevan a un depósito donde se desaguan generalmente por decantación. Las pulpas acondicionadas con los reactivos se introducen enseguida en las máquinas de flotación. Posteriormente. donde el producto noble. filtración y.1. y otros que facilitan la formación de una espuma pareja y estable (espumantes). los productos de concentración pasan por las etapas de desagüe. en que cada partícula individual representa una sola especie mineralógica.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 que molerse hasta el punto en que queda “liberado”. normalmente. se separa en el concentrado y la parte estéril se descarga como relave. o sea. Además.Corte transversal de una celda de flotación (1) Zona de agitación (2) Zona de mineralización (3) Zona de separación El mineral preparado de este modo se acondiciona con distintos reactivos: unos que tienen como objeto preparar las superficies de los minerales para la adsorción de los reactivos (modificadores). si es necesario.. 3 . 1. Fig. para su tratamiento metalúrgico posterior puede necesitarse la aglomeración o nodulación de los finos. secado. y otros que aumentan las propiedades hidrofóbicas de los minerales (colectores). tales como espesaje. 2. 1. se puede optar por una flotación colectiva o selectiva. Al separar los concentrados individuales de cualquiera de las dos formas. él reconoció las diferencias en la mojabilidad de diversos minerales por el agua y los aceites siendo la base para numerosos procesos de flotación en “aceite”. fierro y molibdeno o de plomo. Mineral de Alim. a su limpieza por medio de flotaciones consecutivas y enseguida se hace el desagüe y.2. se procede. A este último método se le llama a veces flotación diferencial. zinc y cobre. 1. Esto significa. Un diagrama de flujo típico de un proceso de flotación se puede apreciar en la Fig. que se pueden flotar todas las especies útiles en conjunto (flotación colectiva) para separarlas de la ganga y después entre sí. como es el caso de menas complejas de cobre. Durante los 50 años posteriores la flotación pasa por tres etapas de desarrollo: 4 .DESARROLLO HISTÓRICO DEL PROCESO La patente más antigua que se puede considerar está relacionada con el proceso de flotación es aquella del ingles HAYNES en 1860... o se puede flotar un componente tras otro en forma selectiva.4. el secado y la aglomeración.Diagrama típico de flujo de un proceso de flotación 1. en la flotación inicial (primaria). como se señalo anteriormente.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 Cuando el mineral consta de varios componentes útiles. Trituración Molienda fina Flotación colectiva primaria Concentrado Relave Flotación selectiva Depósito de colas Acondicionamiento Conc. 2 Limpieza Limpieza Desagüe Desagüe Fig. primero. entonces la separación de minerales es algo más complicada. 1 Conc. si es necesario. En primer término. Los BESSEL aplicaron la flotación al grafito crudo.4. 5 . EVENSON y los de ELMORE. están relacionados al proceso de turbia amasada.4.FLOTACIÓN EN EXCESO DE ACEITES Ya en el siglo 15 en manuscritos persas se describen dos métodos de “amasado en pulpa aceiteada”. en las que granos minerales secos o que se están secando se ponen en contacto con una superficie libre acuosa y que ejerce una selección entre los granos minerales. 1. 1.. Es interesante indicar que la parte fundamental jugada por la adhesión aire/sólido en la flotación de minerales en la superficie de un medio acuoso ya se conocía al principio del siglo 18. Entre estos procesos se debe mencionar el de HAYNES. quienes el 2 de julio de 1877 solicitaron la patente 42.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 a) Flotación en exceso de aceites (bulk oíl flotation) b) Flotación de película (skin flotation) c) Flotación de espuma (froth flotation). de BAVAY y WOOD. 1..3.4. pero ellos no reconocieron explícitamente la importante parte jugada por el gas hasta 1886 en su segunda patente. flotándose el mineral con 1 – 10% de una amplia variedad de aceites o grasa en agua hirviendo (1877) o generando burbujas de gas por una reacción entre un ácido y carbonatos minerales (1886).FLOTACIÓN DE ESPUMA El uso de gas como medio de suspensión para aligerar los granos al punto que son más ligeros que el agua fue ya usado en una época tan temprana como a fines del siglo 19. En adición al recubrimiento de aceite selectivo sobre los minerales deseados. Típicas maquinarias y procesos para flotación de películas fueron descritos por BRADFORD. Como los inventores de la flotación propiamente se tiene que considerar a los hermanos BESSEL de Dresdén. de forma que los granos no mojables permanecían en la masa de aceite y los granos mojados eran liberados en la fase acuosa. como queda demostrado en el trabajo de PETIT y por el posterior trabajo de los DUPRÉ. estos procesos involucran el transporte de los sólidos por el aceite debido a su menor densidad..2. NIBELIUS. pero éste y la flotación en exceso de aceite quedaron obsoletos con la aparición de la flotación de espuma.FLOTACIÓN DE PELÍCULA Frente a los procesos que hacen uso de grandes cantidades de aceite se pueden ubicar a aquellos conocidos generalmente como flotación de película. La historia del desarrollo del proceso de flotación se puede dividir también en dos períodos. Los procesos en exceso de aceites. MACQUISTEN.1. La flotación de película se desarrollo entre 1890 – 1915. de acuerdo al tipo de reactivos químicos en ella empleados: a) Flotación con aceites de 1860 a 1920 b) Flotación química de 1921 hasta nuestros días. Otros desarrollos en la forma de introducción de gas son la introducción directa a través de un fondo poroso (celda CALLOW) y de tuberías sumergidas (celda FORRESTER y HUNT). Este proceso. HOOVER fabricó las primeras celdas de flotación del tipo agitación. En aquellas plantas en las que todavía se usa aceite en una cantidad suficiente para exceder la saturación del agua con aceite. DELPRAT y POTTER son métodos típicos.4. Sin embargo.4. Con el reemplazo del aceite por gas como medio de suspensión se reconoció que el uso de grandes cantidades de aceite no era necesario y de hecho objetable (patente de los hermanos BESSEL 1 – 10% de aceite). tuvo más éxito industrial y podría inclusive usarse hoy en día. HYDE instaló en los Estados unidos la primera planta industrial de flotación de espuma que trataba menas de Zn. la cantidad está en el rango de 150 – 1000 g/t que es apenas una fracción de lo que se usaba en los tiempos antiguos. Los procesos de FROMET. probó ser poco aplicable para muchas menas complejas tales como las de Cu-Fe. La producción de un gas por electrólisis del agua se sugirió por ELMORE. se constituía como un proceso de concentración económico para muchas de las menas sulfurosas durante los años de 1906 . Cu-Pb-Zn-Fe. Usando una corriente de burbujas de aire se redujo el uso del aceite. 1. La introducción directa de un gas por un agitador girando en una turbia está indicada en la patente de SULMAN. en los que un gas es generado por una reacción química de un ácido con sulfuros en suspensión o carbonatos. La costumbre de cuantificar los reactivos empleados en la flotación en g/t significa que 20% de aceite es equivalente a 200 kg/t. La generación de burbujas de gas mediante vacío. pero no se aplicó industrialmente.. también inventado por él. Las concentraciones eran tan altas como una parte de aceite por cada parte de mena o como 10 – 20% basadas en la masa de la mena. Posteriormente.FLOTACIÓN CON ACEITES Como se puede ver en los comienzos de la flotación (bulk oíl flotation) se recurrió a grandes cantidades de aceites y grasas para permitir la separación. cuando se aplicaba para turbias ácidas y con aceites usados como colectores. el 1º de agosto de 1911 y que tenia una capacidad de 50 t/día.1925. Cu-Zn-Fe y Cu-Ni-Fe. PICARD y BALLOT se caracteriza también por la reducción de aceite y la interpretación de las cortes judiciales sobre esta patente es que su aplicación trata del uso de cantidades menores al 1% de aceite con relación a la masa de la mena tratada. A medida que ganaba aceptación lo beneficioso que era reducir la cantidad de aceite se 6 . Pb-Zn-Fe. La patente de SULMAN. PICARD y BALLOT.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 En 1902 FROMET en Italia y POTTER en Australia comprendieron que las burbujas de gas eran el medio ideal para transportar los granos de mineral recubiertos con aceite hasta la superficie. sulfosuccionamatos.. Para lograr esto es necesario.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 reconoció que no todas las sustancias aceitosas tenían las mismas propiedades de flotación. CORLIES propone el empleo como colectores de las α. respectivamente. por una parte por el empleo de aminas.5H2O debido a BRADFORD en 1913 y que recién se usó en los Estados Unidos un año más tarde. Más tarde fueron descubiertos por PERKINS y SAYRE las propiedades como colectores de los compuestos orgánicos que tienen en sus grupos funcionales nitrógeno y azufre. etc.FLOTACIÓN QUÍMICA Aquí se debe entender los reactivos que actualmente sirven para la flotación especialmente los colectores que reemplazaron en el efecto de hidrofobación a los aceites.naptilaminas. Entre los depresores los australianos constataron que los dicromatos inhiben la flotación de galena y el SO2 fue usado para la depresión de esfalerita. simultáneamente fue necesario y obligatorio emplear los espumantes. Posteriormente se desarrollaron otros tipos de colectores como los dialquiltiocarbamatos. cuya acción colectora está relacionada especialmente con los silicatos y por otra parte por el empleo de los alquilsulfatos. 1.e. como los tiocarbanilidas.4. junto con los colectores. que tuvo un nuevo impulso. SCHWARTZ descubrió la propiedad que representa el Na2S para sulfurizar las superficies de ciertos minerales tipo carbonatos. Cuando se reemplazó el aceite por el gas. Con el descubrimiento de las propiedades colectoras de los xantatos por KELLER y de los ditiofosfatos (aerofloats) por WHITWORTH en relación con los minerales sulfurosos (principalmente Pb-Zn y Cu-Fe) así como el descubrimiento de las propiedades colectoras de los jabones por SULMAN y EDSER en relación con los minerales óxido. que ahora son muy importantes en la flotación de la plata y otros minerales sulfurosos. todo lo contrario de un activador. PALLANCH logró el mismo resultado con sulfitos y fue utilizado por primeras vez Na2S para la misma tarea por HELLSTRAND. se dio un paso muy significativo. En 1917. Otros adelantos fueron la patente sobre la activación de esfalerita con CuSO4. que permitiese recuperar los granos adheridos a las burbujas de gas. como ya se ha mencionado el consumo de aceite bajó. los hidroxamatos. p. El papel de estos últimos es justamente impedir al colector poder adsorberse sobre las superficies minerales. Muy pronto. dos tipos de flotación fueron considerados: la flotación colectiva y la flotación selectiva o diferencial. Habiendo ya activadores y depresores se puede decir que así nació la flotación diferencial en 1916. es decir los primeros colectores solubles polar-no polares.5. utilizar agentes modificadores del tipo activadores y depresores. Otros tipos de 7 . Años mas tarde SHERIDAN y GRISWOLD patentaron el uso del cianuro en soluciones alcalinas en combinación con ZnSO4 para depresar la esfalerita en la flotación de galena. del aceite de pino y alcoholes para obtener una espuma lo suficientemente estable. No cabe duda que sin la flotación como método de concentración no se habría podido alcanzar los presentes niveles de producción porque no habría materias primas para tratar. La flotación no solamente ha abierto nuevas posibilidades sino que también ha mejorado los resultados tecnológicos. las leyes de los productos nobles son superiores. mientras que las reservas de leyes altas han decaído en forma espectacular. ya que no hay pruebas de flotación u operación sin el control directo o indirecto del valor de pH. En otro aspecto GAUDIN puso en evidencia el papel que desempeña el pH en la regulación del fenómeno de adsorción de los colectores en la flotación.. Circuitos alcalinos se introdujeron alrededor del año 1921 y son ahora estándar en la flotación de menas sulfurosas por su gran ventaja contra la corrosión respecto a los circuitos ácidos. al progreso cultural y a la elevación del estándar de vida. Tomando en cuenta los datos estadísticos de la producción de metales. minerales y sus derivados. La flotación no solamente permite la recuperación de minerales de menas de más baja ley. De este modo las reservas disponibles han crecido enormemente. granulometría más desfavorable y combinaciones de minerales más complicados. combustibles y sus derivados que se deben al aumento biológico de la población terrestre. 8 . sino que también permite hacerlo de mejor forma. tienen como método de concentración la flotación. El grado de acidez o de alcalinidad tal cual se mide a través del valor de pH hoy en día es muy importante en una planta. Por esta razón. el 95% de los metales no ferrosos y dispersos y una gran parte de los minerales ferrosos y no-metálicos. las de los relaves son inferiores y los costos de operación y producción son más bajos. 1. En primer lugar hay que subrayar el creciente consumo de metales minerales.FLOTACIÓN DE MINERALES MIN350 espumantes como los metil eteres glicol propilenos desarrollados por TVETER. podemos constatar que en los últimos 50 años su volumen casi se ha cuadriplicado.IMPORTANCIA DEL PROCESO La importancia del proceso de flotación en la metalurgia extractiva actual es de tal orden que no seria exagerado decir que sin ella no se habría podido llegar al presente nivel de nuestra civilización y satisfacer las necesidades que la especie humana tiene. Las recuperaciones por flotación casi invariablemente son más altas. sales. incluyendo los carbones. hoy día la gran difusión de la flotación se debe no solamente a que es un método único en sus posibilidades. La flotación ha permitido beneficiar minerales que anteriormente se consideraban desechos y bajar la ley mínima de los minerales a tratar desde 5 a 100 veces.5. sino también en su eficiencia. se usan frecuentemente en las plantas de flotación.