FLOTACIÓN

FLOTACIÓN
La flotación es uno de los procesos más selectivos para la separación
de especies sulfurosas, y de Plomo- zinc y cobre – zinc.
La separación de las especies a través del proceso de flotación, se
produce gracias a la diferencia en las propiedades fisicoquímicas de la
superficie de cada una de ellas.
La flotación surgió a partir del proceso de separación en medios
densos, ya que la dificultad para la obtención de fluido con algunas
densidades particulares obligó a la utilización de modificadores de
superficie, con el fin de mejorar la selectividad del proceso.
Estos modificadores permiten convertir selectivamente en hidrofóbica la
especie a separar, de tal forma que ante la presencia de un medio
constituido por agua y aire (burbujas), la especie hidrofóbica rechace el
agua y se adhiera a las burbujas de aire que ascienden hacia la
superficie del líquido.
FLOTACIÓN
Las burbujas de aire se pegan a las partículas si estas desplazan el
agua de su superficie, lo que ocurre cuando tienen un comportamiento
hidrofóbico.
Siempre y cuando el conjunto de partículas adheridas a las burbujas de
aire tenga una densidad global inferior a la del medio de separación,
estas podrán viajar junto con las burbujas hacia la superficie, no
obstante se requiere que la burbuja tenga la resistencia suficiente para
llegar a la superficie sin romperse.
Una vez las burbujas de aire alcanzan la superficie, se requiere que se
forme una espuma que mantenga retenida las partículas, por que de lo
contrario las burbujas se reventarán y las partículas flotadas viajarán de
nuevo hacia el fondo de la celda de separación.
Por el contrario, las partículas no hidrofóbicas que tengan una densidad
superior a la del medio en el que ocurre la separación se hundirán.
FLOTACIÓN
Partículas hidrofóbicas
Partículas hidrofílicas
Burbujas de aire
FLOTACIÓN
El proceso de flotación se lleva a cabo en celdas de poseen
mecanismos de agitación y dispositivos de inclusión de aire a la pulpa o
al líquido de separación.
La agitación favorece la separación y suspensión de las partículas,
mientras que la inclusión de aire promueve la formación de burbujas.
La modificación selectiva de las partículas a separar se obtiene
mediante la adición de colectores, depresores y activadores.
La estabilidad de las burbujas de aire, necesarias para evitar que estas
se destruyan antes de llegar a la superficie del medio de separación,
se logra mediante la adición de espumantes.
La selectividad en la modificación superficial de las partículas a separar
se obtiene mediante la adición de modificadores de pH, lo que favorece
que algunos colectores se adhieran fácilmente a las especies más
hidrofóbicas.
FLOTACIÓN
La recuperación de la especie valiosa depende de la cantidad de
partículas transportadas a la superficie (flotadas), por lo tanto, la
estabilidad y el tamaño de las burbujas de aire que las transporta
influyen directamente en la recuperación.
La adecuada selección del espumante utilizado para estabilizar las
burbujas de aire es uno de los parámetros que controlan la
recuperación.
En un proceso en el que se produzcan muchas burbujas pequeñas se
obtendrá una mayor recuperación, que si se producen burbujas más
grandes y en menor cantidad, ya que la recuperación depende del área
superficial de las burbujas disponibles para que las partículas se
adhieran a ellas.
FLOTACIÓN
El enriquecimiento que se puede lograr a través de la flotación depende
de la selectividad de los reactivos colectores, depresores y activadores.
Los reactivos colectores se encargan de convertir la superficie de las
partículas en hidrofóbicas, por lo tanto se requiere de la selección de
un colector que tenga la capacidad de modificar superficialmente tan
sólo las partículas de la especie de interés.
Si existen partículas de especies superficialmente afines, que no
permiten una selectividad adecuada del colector (como es el caso de la
separación de especies sulfurosas), se deben utilizar depresores que
interactúen selectivamente sobre una de las especies de tal forma que
cuando la partícula que contiene el depresor en su superficie entre en
contacto con el colector este no interactué sobre ella.
FLOTACIÓN
La actividad de la superficie de una partícula respecto a los reactivos
de flotación en el agua, depende de las fuerzas que actúan en su
superficie.
Las fuerzas de tensión generan un ángulo entre la superficie de la
partícula y la superficie de la burbuja, de tal forma que:
f
s/a=
f
s/w +
f
w/a*cos?
De donde:
f
f
f
s/a, es la energía superficial entre las fases sólido - aire
s/w, es la energía superficial entre las fases sólido – agua
w/a, es la energía superficial entre las fases agua - aire
FLOTACIÓN
f
AGUA
AIRE
f
s/a
w/a
?
f
SÓLIDO
s/w
FLOTACIÓN
Para romper la interfaz partícula - burbuja es necesario aplicar una
fuerza, conocida como trabajo de adhesión (W s/a), el cual es igual al
trabajo necesario para separar la interfaz sólido aire y producir las
interfaz separadas aire – agua y sólido agua, es decir:
Ws/a=
f
w/a + f s/w - f
s/a
Por lo tanto,
Ws/a= f
w/a (1- cos?)
El tamaño de las partículas es otro de los parámetros fundamentales en
el control de la recuperación: Entre más pequeñas sean las partículas,
mayor cantidad de partículas.
FLOTACIÓN
Mientras mayor sea el ángulo de contacto mayor será el trabajo de
adhesión entre la partícula y la burbuja y mayor será la elasticidad del
sistema ante las fuerzas de rompimiento, por lo tanto la flotabilidad del
sistema aumenta con el ángulo de contacto.
Un mineral con un ángulo de contacto grande tiene un comportamiento
aerofílico (mayor afinidad con el aire que con el agua), a pesar de que
la mayor parte de los minerales son aerofílicos, es necesario agregar
un colector para mejorar su hidrofobicidad (haciéndolos aún más
aerofílicos), para que el proceso de separación sea más efectivo.
COLECTORES
De acuerdo con las características superficiales de las partículas estas
pueden se clasificadas como polares y no polares.
Las partículas no polares se caracterizan por que sus enlaces
moleculares son relativamente débiles, con una baja capacidad para
unirse a los dipolos del agua, por lo que este tipo de partículas tiene
una tendencia a comportarse de forma hidrofóbica y su ángulo de
contacto característico varía entre 60 – 90º, algunos de los más
representativos de este comportamiento son: grafito, azufre,
molibdenita, diamante, carbón y talco.
Estos minerales pueden ser flotados de forma natural, sin embargo la
adición de aceites hidrocarburos mejora su hidrofobicidad.
COLECTORES
Los minerales con enlaces superficiales de tipo covalente o iónico,
poseen fuertes cargas superficiales que les permite comportarse como
materiales polares, de alta energía libre superficial, lo que permite
reaccionar fácilmente con el agua, lo que les proporciona un
comportamiento hidrofílico.
Dependiendo de la cantidad de enlaces iónicos que posean las
partículas en su superficie, estas pueden ser clasificadas desde
fuertemente hidrofílica, hasta débilmente hidrofílicas (hidrofóbicas).
Sulfuros
Sulfatos
Débilmente hidrofílicas
(Hidrofóbicas)
Carbonatos
Haluros
Fosfatos
Fuertemente
hidrofílicas
COLECTORES
Para mejorar la hidrofobicidad de una partícula polar se acostumbra a
adicionar surfactantes conocidos como colectores, que adsorven
moléculas o iones sobre la superficie del mineral, con el fin de reducir la
estabilidad de la capa hidratada, mejorando el contacto de la partícula
con el aire.
Las moléculas del colector pueden ser compuestos ionizados, que
disocian en iones dentro del agua, o compuestos no ionizados, que son
prácticamente insolubles y vuelven a la superficie de las partículas
repelentes al agua, al cubrirla con una delgada capa.
Los colectores pueden interactuar sobre la partícula por quimiadsorción
o por oxidación electroquímica.
COLECTORES
La quimiadsorción: este mecanismo puede ser posible debido a:
?
Oxidación de un sulfuro a sulfato
MS + 2O 2? MSO4
?
Intercambio de iones sulfato por iones carbonato
MSO4 + CO3= ? MCO3 + SO4=
?
Intercambio de iones con un Xantato
PbSO 4 + 2X- ? PbX2 + SO4 -2
PbCO 3 + 2X- ? PbX2 + CO 3=