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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA, MINERA, METALRGICA Y GEOGRFICA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA METALRGICACURSO: CONCENTRACIN Y FLOTACIN DE MINERALES

PROFESOR: ING. ANGEL AZAERO ORTIZ

FLOTACIN: DEFINICION, DESCRIPCION E HISTRIA

Definicin

La flotacin es un proceso de separacin de materias de distinto

origen que se efecta desde sus pulpas acuosas por medio deburbujas de gas en base a sus propiedades hidroflicas e hidrofbicas.Es un proceso aplicable a los minerales metlicos, no metlicos,sulfuros, silicatos, carbonatos, fosfatos, metales nativos, carbones.Estas separaciones pueden adoptar diversas formas:Flotacin colectiva: Se produce la separacin en dos grupos, de loscuales el concentrado, contiene por lo menos dos o ms componentesy Flotacin selectiva: se realiza la separacin en diferentesconcentrados, uno por cada valor metlico.

Cuando las especies tiles constituyen una fraccin menor del

mineral y las especies estriles son de gran volumen, las separacinpor flotacin toma el aspecto de un proceso de concentracin, porejemplo: Flotacin Bulk; cuando la parte estril es una fraccin menordel mineral, las separaciones por flotacin adoptan el carcter de unproceso de purificacin, ejemplo: Flotacin cleaner.

Fases del proceso de flotacin

El proceso contempla la presencia de tres fases: slida: Mineral,lquida: Agua y gaseosa: Aire, que se inyecta a la pulpa, neumtica o

mecnicamente, para poder formar las burbujas, sobre los cuales seadhieren las partculas slidas.Los metales nativos, sulfuros o especies tales como grafito, carbn,talco y otras son poco mojables por el agua y se llaman mineraleshidrofbicos, por otra parte, los minerales que son xidos, sulfatos,silicatos, carbonatos y otros que representan la mayora de losminerales estriles son hidroflicos, es decir, mojables por el agua.Se puede adems observar que los minerales hidrofbicos sonaeroflicos, es decir, tienen afinidad por las burbujas de aire, mientrasque los minerales hidroflicos son aerofbicos, o sea, no se adhieren alas burbujas.

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Los minerales hidroflicos e hidrofbicos de una pulpa acuosa, sepueden separar entre s, despus de ser finamente molidos yacondicionados con reactivos que hacen mas pronunciadas laspropiedades hidroflicas e hidrofbicas; Las partculas hidrofbicas se

van a pegar a las burbujas de aire y pasan a la espuma, mientras quelas partculas hidroflicas se van a mojar y caen al fondo de la celda.

Descripcin del Proceso

El mineral crudo cabeza, proveniente de la mina, entra en unaplanta de chancado donde se tritura en seco en dos o tres etapashasta obtener trozos de ms o menos 10 mm estos trozos en seguida,se entregan a una planta de molienda, donde en dos circuitoshmedos de molienda fina el mineral se reduce de tamao hasta 50-100 micrones, dependiendo de su diseminacin, el mineral tiene quemolerse hasta el punto en que queda liberado, o sea, en que cadapartcula individual representa una sola especie mineralgica.

El mineral preparado de este modo se acondiciona con distintosreactivos: Unos que tienen como objeto preparar las superficies de losminerales para la adsorcin de los reactivos (modificadores), otrosque aumentan las propiedades hidrofbicas de los minerales son loscolectores, y otros que facilitan la formacin de una espuma pareja yestable llamados espumantes.Las pulpas acondicionadas con los reactivos se introducen en las

celdas de flotacin, donde el producto noble, se separa en elconcentrado y la parte estril se descarga como relave.Posteriormente, los productos de concentracin pasan por las etapasde espesamiento, filtracin y si es necesario, secado, los relaves sellevan a un depsito donde se desaguan generalmente pordecantacin.

Cuando el mineral consta de varios elementos metlicos tiles, comoes el caso de menas complejas de cobre, fierro y molibdeno o deplomo, zinc y cobre, entonces la separacin de minerales es algo mscomplicada, primero durante la flotacin inicial, se puede optar por

una flotacin colectiva o selectiva. Esto significa, que se pueden flotartodas las especies tiles en conjunto (flotacin colectiva) parasepararlas de la ganga y despus entre s, o se puede flotar uncomponente tras otro en forma selectiva, a este ltimo mtodo se lellama tambin flotacin diferencial.

BREVE HISTORIA DE LA FLOTACIN

Pese a su aparente simplicidad, la flotacin es de origenrelativamente reciente, es un proceso moderno, cuyos fundamentostericos y tecnolgicos fueron desarrollados en el siglo XX. Sin

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embargo, como todos los grandes descubrimientos, este procesotiene historia que se puede remontar hasta varios siglos atrs.En este sentido, el padre de la historia Herodoto (484 - 425 A.C.) enuna de sus obras informa que hace ms de 2,500 aos atrs usaban

plumas grasosas de ganso para hacerlas pasar a travs de arenasaurferas y en una corriente de agua recuperar las partculas de oroadheridas a la grasa de las plumas.

Flotacin Durante el Siglo XIX

Proceso Bulk-Oil

Como el primer descubridor del proceso de flotacin se puedeconsiderar al ingls William Hayness, en 1,860, describa un procesopor el cual los minerales triturados y mezclados con una cantidad deaceite de 10% a 20% en peso y enseguida agitados con agua, secomportaban de manera tal que los sulfuros se asocian en una masacon el aceite y se apartan de la ganga mojada y del agua, de estemodo se pudo establecer la afinidad entre los sulfuros y el aceite.

El proceso no tuvo aplicaciones en gran escala y fue industrializadoms tarde por Elmore quien lo patent con el ttulo de proceso conuso de aceite en masa (bulk-oil process) en Estados Unidos en 1,901.

El proceso consista en que el mineral finamente pulverizado se

mezclaba con agua hasta obtener una pulpa con consistencia de 10%a 15% de slidos. Esta se pasaba por un mezclador horizontal en elcual se agregaba aceite en una proporcin de aproximadamente 1ton. por 1 ton. de mineral seco, el mineral acondicionado sedescargaba en una celda con fondo inclinado de modo que la parteaglomerada, junto con el aceite, formaban una pelcula de ms omenos 10 a 15 mm, en la celda, la pulpa se agitaba lentamente paraque no se desintegre la capa de aceite, el nivel de la pulpa semantena de modo que el aceite y un poco de agua podan rebalsar.

El concentrado que contena aceite y sulfuros se recuperaba, el aceite

se filtraba y regeneraba por centrifugacin y lavado, perdindoseunos 5 a 10 kilogramos por tonelada de mineral tratado.

Para mejorar la eficiencia del proceso, deslamaba los minerales yaparte del aceite, agregaba un poco de cidos grasos y cidosulfrico.

Un respetable lugar en la historia de la flotacin ocupan tambin loshermanos Bessel quienes en 1877 patentaron un proceso para elbeneficio de grafito, herban el mineral con agua y aceite, durante elcalentamiento, se desprenda aire y las partculas de grafito,

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cubiertas con aceite, se pegaban a las burbujas siendo as flotadas,de este modo, por primera vez se us la flotacin con ayuda deburbujas de gas.

Proceso de Flotacin por Pelcula

En paralelo con el proceso bulk-oil se estaba tambin desarrollandootro proceso de flotacin que se basaba en el mismo principio de nomojabilidad, se trataba del proceso de flotacin por pelcula o skin-flotation process. Consista en la separacin de minerales por mediode agua, aprovechando las propiedades hidrofbicas de los sulfuros.En 1885 H. Bradford, y posteriormente en 1891 A.W. Nobeliuspatentaron en Estados Unidos, un proceso por el cual los mineralessecos y finamente molidos al introducirse en un recipiente de agua,se separan entre s, porque los sulfuros, debido a sus propiedadeshidrofbicas, forman una pelcula fina que flota, mientras que losminerales de la ganga caen al fondo.

Desarrollo de la Flotacin a Principios del Siglo XXEl verdadero desarrollo del proceso de flotacin, cuya aplicacintecnolgica comprende la importancia de las burbujas de aire para eltransporte de las partculas hidrofbicas, empieza en 1886 con lostrabajos de los hermanos Bessel, sin embargo, debido a la pocadifusin y conocimiento de estos trabajos, no tuvieron aplicacin.

E. Elmore, el mismo que industrializ el proceso bulk-oil, descubri elproceso de flotacin en vaco, se basa en la generacin de burbujasde aire por medio de vaco. Fue patentado en Gran Bretaa en 1904,pronto se aplic industrialmente: Los minerales, que contenansulfuros, se molan finamente con agua hasta un tamao de 20 mallasy se decantaban en un espesador hasta obtener 50% de slidos.

La pulpa densa y deslamada se introduca en un mezclador, seacondicionaba con 0.5% de aceite, las partculas se acondicionabannuevamente hasta 15%-20% de slidos y se alimentaba a una cmara

comunicada con el sistema de vaco, debido a ste, el aire disuelto enel agua se desprenda, las burbujas de aire se cargaban con laspartculas hidrofbicas cubiertas de aceite, suban a la superficie yrebalsaba, las partculas de ganga quedaban inactivas y caan alfondo.

Casi simultneamente, con el proceso en vaco, aparecieron otros quetambin estaban basados en la flotacin por medio de burbujas deaire. Entre ellos los ms importantes fueron el otro proceso de Elmorebasado en la posibilidad de generacin de gas por medio de aelectrlisis en 1904 y los procesos patentados por Delprat en 1903 y

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Potter en 1904 tuvieron importantes aplicaciones industriales y enrealidad fueron las primeras operaciones comerciales que usaron laflotacin por espuma para la recuperacin de sulfuros.

Primera Flotacin por Espuma

El proceso de Delprat - Potter consista en que el mineral crudo, bienmolido, se introduca en un mezclador en el cual se acondicionabacon cal o dolomita, durante esta operacin tambin se agregaba unapequea cantidad de aceite, por medio de dos tubos se introducacido sulfrico de concentracin: 1% hasta 10%. Al reaccionar elcido con los carbonatos, se produca gasificacin y agitacin de lapulpa, separndose las partculas de sulfuros por medio de burbujasen forma de un concentrado de espuma y los relaves se descargabanpor el fondo, la reaccin tambin generaba calor y aumento detemperatura, favoreciendo el proceso.El mtodo fue aplicado con gran xito en Broken Hill, Australia,donde se beneficiaron los relaves de la concentracin gravimtrica,que contenan 17% de Zn y 3% Pb, se flotaban obteniendo unconcentrado de 49% de Zn y 6% de Pb, recuperando desde 80%hasta 90% del zinc en una operacin de ms o menos 350 toneladaspor da.

El uso industrial de la flotacin en gran escala puso en evidencia el

gran adelanto que representaba este proceso en comparacin con losprocesos convencionales de concentracin, particularmente losgravitacionales, en primer lugar, permita el beneficio de minerales debaja ley, lo que no se poda lograr con el mtodo anterior, en segundolugar, se poda recuperar con gran eficiencia los valores metlicosque se encontraban en las lamas finos, finalmente lasrecuperaciones y calidad de los productos obtenidos por flotacinsuperaban las obtenidas por otros mtodos.

Avances Introducidos por Minerals Separation

Un considerable cambio en la flotacin espumosa y un mejoramientogeneral delproceso se producen en 1905, con Sulman, Picard y Ballottodos Ingenieros de la firma britnica Minerals Separation, quienescon la eficiente ayuda del Ingeniero Mecnico Howard Higginsintroducen un nuevo mtodo para producir espuma, aplicando laagitacin para succionar y dispersar el aire y empleando una pequeacantidad de aceite inferior al 1% para espumacin y coleccin.

La compaa Minerals Separation fue creada en 1901 por John Balloten base a las patentes adquiridas a Froment y Cattermole quienesafirmaban la posibilidad de utilizar en flotacin cantidades de aceite

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muy inferiores a las que se usaban en aquellas pocas, Sulman,Picard y Higgins quienes crearon la mquina de flotacin conagitacin mecnica. En resumen, la disminucin drstica de aceite yla introduccin de la agitacin mecnica, fue la base de la flotacin

espumosa moderna.

El principio de funcionamiento de este aparato es muy simple: En elcompartimiento de agitacin, se produce la succin del aire pormovimiento rpido de un agitador con paletas, la depresin causadapor este movimiento produce la formacin de un vrtice que alcanzahasta las paletas, el aire se dispersa e impregna en la pulpa por elmovimiento violento, entre 500 y 1,500 rpm.

La mquina de flotacin por agitacin de Minerals Separation tuvogran xito en la metalurgia extractiva de aquella poca, en primerlugar se prob con muy buenos resultados en Broken Hill, Australia,en 1905, donde se trataron ms de 1.000.000 de toneladas derelaves gravimtricos, en segundo lugar, encontr aplicaciones enotras minas de zinc y otros metales en Australia, Estados Unidos yotros pases.

La introduccin del proceso de flotacin en su forma moderna en losEE.UU. caus, desde el principio; una guerra legal entre la MineralsSeparation y particulares que trabajaban en la utilizacin del proceso.La primera instalacin que utiliz la flotacin como mtodo de

concentracin en EE.UU. fue establecida por la Ca. Basin Reductionen Montana, en 1911, que despus de una concentracingravitacional trataba de recuperar valores de zinc que quedaban enlos relaves, el proceso casi fracas al principio, pero fue salvado poruna flotacin de limpieza que proporcion un concentrado de Zn decalidad aceptable para la fundicin

No pasaron dos meses de produccin en esta planta cuando laMinerals Separation present una acusacin jurdica contra lacompaa; Estos juicios siguieron despus contra casi toda compaaNorteamericana que usaba la flotacin para la concentracin de

minerales y no pagaba derechos de patente; As fueron acusadas lasCompaias Miami Copper, Nevada Copper, Magma Copper y otras,todas perdieron su caso y tuvieron que pagar a Minerals Separationlos derechos de patente.

Desarrollo de Nuevos Reactivos y MquinasLa posicin exclusiva de Minerals Separation en el campo delbeneficio de minerales por flotacin, debido a la posesin de laspatentes cre en la primera dcada del siglo anterior dosmovimientos opuestos que en resumen, fomentaron el desarrollo y la

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profundizacin del proceso, en primer lugar, las compaas que tenanque pagar hasta 25 centavos de dlar por tonelada de mineraltratado, por los derechos de uso de patente, trataron de deshacersede los mismos e iniciaron intensas bsquedas de modificaciones y

cambios del proceso; por otra parte la Minerals Separation, ya rica yprspera por su posicin nica, trat de mantenerla a travs de unainvestigacin intensa.

As, debido a la primera causa, fueron creados nuevos tipos demquinas de flotacin, tales como las Callow, Forrester y debido a lasegunda se lleg a una an ms drstica reduccin del consumo dereactivos y a una fabricacin de reactivos solubles en agua.

La celda Callow fue patentada en 1914, remplazaba la agitacinmecnica por una columna de burbujas inyectadas neumticamente atravs de una tela que cubra el fondo de la celda, la mquina era deconstruccin sumamente simple, en forma de un cajn de ms omenos 50 cm. de profundidad, 100 cm. de ancho y de 2 a 20 metrosde largo, a cierta distancia del fondo, la celda estaba cubierta por unatela porosa, de manera que se poda introducir aire a presin, el airepenetraba a travs de la tela constituyendo una columna de burbujasmineralizadas que se juntaban en la superficie formando una espumaque rebalsaba, los relaves se eliminaban por la parte inferior.

Las ventajas de esta mquina estaba en su bajo costo de

construccin y en la ausencia de partes mecnicas de agitacin, sudesventaja estaba en la obstruccin de los poros de las telas, debidoa la formacin de carbonato de calcio por reaccin en la pulpa del CO2del aire con la cal.

En las mquinas Forrester se elimina la tela y se inyecta aire bajo unacierta presin por una caera de 1 a 3 cm. de dimetro, se produceas una columna de aire, con lo cual ste se dispersa e impregna conlas partculas minerales.

Reactivos Sintticos:

En la poca inicial del desarrollo de la flotacin, los reactivos que seusaban para la espumacin y coleccin eran productos naturales,principalmente aceites que provenan de la destilacin del petrleo oaceites de pino, eucaliptos, aparte de ser productos naturales, estosaceites no eran solubles en agua, lo que causaba dificultades en laformacin de una espuma estable y aumentaba su consumo.En el periodo comprendido entre 1909 y 1925 se produjo un cambiopaulatino que reemplaz casi en forma completa los antiguosreactivos y redujo las cantidades necesarias para efectuar unaflotacin satisfactoria desde unos kilos a decenas de gramos.

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Tal vez el primer paso en este sentido fue dado por la misma MineralsSeparation que en 1909 patent a nombre de Greenway, Sulman eHiggins el uso de aldehidos, quetonas y steres como espumantes

sintticos en la flotacin de minerales sulfurosos.Posteriormente, Perkins y Sayre patentaron en 1921 colectoressintticos que contienen compuestos orgnicos con nitrgenotrivalente y azufre bivalente. En 1925 Keller patent los xantatos(Patente U.S. N 1554:216) y en 1926 Whitworth patent losditiofosfatos (aerofloats) que compiten con los xantatos en flotacinde sulfuros.

En paralelo con estos descubrimientos se desarroll el estudio de losreactivos para la flotacin de xidos metlicos y minerales nometlicos. En 1924 Sulman y Edser patentaron el uso de jabones enla flotacin de minerales oxidados, en 1935 se introdujeron loscolectores catinicos, para la flotacin de minerales no metlicos.

Para el desarrollo tecnolgico de la flotacin fue tambin de granimportancia el descubrimiento de los reactivos especficos para ladepresin y activacin de ciertos minerales, entre losdescubrimientos ms importantes de esta clase se pueden considerarlos indicados en la patente australiana de Bradford que seala alsulfato de cobre como poderoso activador de la esfalerita, la patentenorteamericana de Sheridan y Grisword que seala a los cianuros

como eficientes depresores de la pirita y de la esfalerita y la patenteaustraliana de Lowry y Greenway que seala al bicromato comodepresor de la galena. En 1929 Gaudin demostr la influencia del pHsobre la flotabilidad de los minerales en distintas condiciones y deeste modo introdujo el control de este importantsimo factor en latecnologa de la flotacin.

Flotacin a Fines del Siglo XX e Inicios del Siglo XXI

Durante los ltimos aos se han tratado de explicar los fenmenos de

flotacin con bastante aproximacin basndose en fsico-qumica desuperficie, termodinmica y cintica del proceso, el mtodo bsico deflotacin por espuma no ha sufrido mayores cambios; se estninvestigando nuevos reactivos qumicos, prevaleciendofundamentalmente los reactivos sintticos usados desde principios dela flotacin, lo que si esta llamando fuertemente la atencin es el tipode celdas; actualmente se puede apreciar muy claramente tres tiposde celdas y un cuarto tipo en etapa de investigacin:

1.-Celdas convencionales, ejemplo: denver Sub-A2.-Celdas de gran volumen que van desde 1,000 a 7,000 pies3

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3.-Celdas columna4.-Celda de Contacto

Entre las celdas de gran volumen podemos mencionar:

Agitair, Booth, Denver D-R, Maxwell, Nagahm, Outokumpu, Sala,Wemco, Davcra, Flotaire, Cominco, Aker, BCS, Wedag, Jameson.Celda columna, actualmente muchas compaas mineras peruanastienen instaladas celda columna: Souther Peru Cooper Corporation en

Toquepala, Milpo, San Ignacio de Morococha.

Importancia de la Flotacin

La importancia del proceso de flotacin en la metalurgia extractivaactual es de tal orden que no sera exagerado decir que sin ella no sehabra podido llegar al presente nivel de produccin y satisfacer lademanda y necesidades de nuestra civilizacin, hay que subrayar elcreciente consumo de metales, combustibles y sus derivados que sedeben al aumento biolgico de la poblacin , al progreso cultural y ala elevacin del estndard de vida.

La flotacin ha permitido beneficiar minerales que anteriormente seconsideraban desechos y bajar la ley mnima de los minerales atratar, de este modo las reservas disponibles han aumentadoenormemente.

En segundo lugar, la flotacin ha permitido la recuperacin demetales y minerales que anteriormente no se podan recuperar o porfalta de mtodo o por baja ley.Finalmente, la flotacin no solamente ha abierto nuevasposibilidades, sino que tambin ha mejorado los resultadostecnolgicos, hoy la gran difusin de la flotacin se debe que es unmtodo nico, tambin en muy eficiente, en otras palabras, laflotacin no solo permite la recuperacin de metales de minerales dems baja ley, granulometra ms desfavorable y combinaciones deminerales ms complicadas, sino que tambin permite hacerlo de lamejor forma.

Las recuperaciones por flotacin casi invariablemente son ms altaslas leyes de los productos nobles son superiores, los relaves son demenor ley y los costos de operacin y produccin son ms bajos.

Ciudad Universitaria, Marzo del 2,009

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BIBLIOGRAFA

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