UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de MaterialesINFORME FINAL
jv
Código CTI : 0105 0004 - Desarrollo de tecnología apropiadas
para la pequeña minería
Código UNESCO
: 3328.11 Procesos tecnológicos: Flotación
Fecha de inicio
: Abril de 2014
Fecha de culminación
: Marzo de 2015
AVAL: M.Sc Luís Antonio Pacheco Acero: Director del Instituto de Investigación FIMM
Aprobado por:
Huancayo, 10 de Marzo del 2012
EFECTO DEL TIPO DE ESPUMANTE EN LA FLOTABILIDAD DE LA
GALENA POR FRACCIONES DE TAMAÑO
M.Sc. Luis Antonio Pacheco Acero Director del Instituto de Investigación de la
FIMM
Mg. Filoter Tello Yance
EFECTO DEL TIPO DE ESPUMANTE EN LA FLOTABILIDAD DE LA GALENA POR FRACCIONES DE TAMAÑO ÍNDICE Pag Resumen 3 I Introducción 4 II Marco teórico 6 2.1 Flotación de Minerales 6 2.2 Conminución de minerales 6 2.3 Reactivos de Flotación 7 2.4 Mecanismos de Flotación 8
2.5 Variables Operacionales de la Flotación 9
2.6 Espumantes 9
2.7 Arrastre de partículas en la flotación 14
2.8 Evaluación del Proceso de Flotación 16
III Materiales y métodos 17
3.1 Tipo de investigación 17
3.2 Nivel de investigación 17
3.3 Métodos de investigación 17
3.4 Diseño de la investigación 17
3.5 Población y muestra 18
3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos 18
3.7 Procedimiento de recolección de datos 18
3.7.1 Equipos y materiales de laboratorio 19
3.7.2 Procedimiento experimental 20
IV Resultados 26
4.1 Distribución de la galena por fracciones de tamaño en el mineral. 26 4.2 Flotabilidad de la galena en función del tipo de espumante. 26 4.3 Efecto del tipo de espumante sobre la flotabilidad de galena gruesa y fina. 27
V Discusión 29
5.1 Efecto del tipo de espumante sobre la flotabilidad de la galena. 29 5.2 Flotabilidad de la galena en función de su granulometría. 29
VI Conclusiones 31
VII Recomendaciones 31
RESUMEN
Este trabajo referido a la flotabilidad de sulfuros, tiene como fin determinar el tipo de espumante que permita recuperar eficientemente partículas de galena gruesa (+ 212 µm) y el tipo de espumante para recuperar partículas finas (- 37 micrones). Con tal objetivo se evaluaron tres tipos de espumante, un alcohol: Metil isobutil carbinol (MIBC), un poliglicol: éter poliglicólico (Dowfroth 250) y un aceite (Aceite de Pino). La muestra utilizada fue sintética cuarzo-galena con ley 1.3 %Pb. Las pruebas se realizaron en el laboratorio de procesamiento de minerales de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de materiales. Se empleó una máquina Denver D-12, 2000 g de mineral en pulpa a 30 % de sólidos. La colección se realizó con 15 g/t de Xantato Isopropílico de sodio (SIPX) a pH 8.3. El concentrado rougher, materia de comparación fue obtenido con 5 minutos de flotación y luego se fraccionó utilizando mallas Tyler 65 y 400 para obtener las fracciones de partículas gruesas, medias y finas. Los hallazgos encontrados reportan que el aceite de pino tuvo mejor rendimiento para la flotación rougher total reportando 16.8 %Pb con recuperación de 69.7 % de plomo. Las partículas de galena fina son mejor recuperadas con el espumante MIBC en cambio para la recuperación de las partículas gruesas los tres reactivos manifestaron similar respuesta con tendencia favorable para el Aceite de Pino.
I. Introducción
El tamaño de partícula del mineral es un parámetro importante en el proceso de flotación. En la literatura (Gaudin, et al., 1931; Morris, 1952) se puede encontrar diversos trabajos que reportan el efecto del tamaño de partícula en la recuperación del mineral valioso. Wyslouzil et al. (2009) indican que la eficiencia del proceso de flotación se ve impactada negativamente cuando se opera en los extremos, es decir, con partículas finas (<10 μm) o partículas gruesas (> 250 μm). Por ejemplo, en la flotación de minerales de fosfatos en celdas convencionales el rango óptimo de partícula suele estar en fracciones entre >45 μm y <250 μm.
La flotación de la galena no está ajena a este fenómeno, Wills (2006) presenta un estudio realizado en plantas concentradoras. La Figura 1 muestra la influencia del tamaño de partícula en la recuperación de plomo. Se observa que en las fracciones de partículas finas (<10 μm) la recuperación cae a valores inferiores al 50%, mientras que en el extremo opuesto para partículas gruesas (> 100 μm) la recuperación de plomo también es menor al 50%. Lo mismo es mencionado por Jameson (2013), quien indica que la recuperación de partículas mayores a 150 μm es deficiente cuando se utiliza celdas convencionales, a pesar que dichas partículas pudiesen estar adecuadamente liberadas para ser flotadas.
Figura 1. Variación en la recuperación producto del tamaño de partícula en concentradoras industriales (adaptado de Wills B.A. 1997).
Por lo presentado hasta el momento, lo más óptimo pareciera ser flotar partículas de tamaño medio (10 μm – 100 μm), con el fin de optimizar la recuperación del mineral valioso. Sin embargo, a veces esto no es posible por diversas razones, por ejemplo:
En ocasiones el mineral valioso necesita una molienda fina para liberarse y poder ser recuperado y/o para producir un concentrado de calidad comercial. En diversas plantas concentradoras de cobre, luego de la flotación rougher, el concentrado es molido antes que pase a la etapa de limpieza. Sin embargo, en esta re-molienda podría producirse una elevada cantidad de partículas superfinas (< 20 μm), que terminarán impactando negativamente en la recuperación.
En ciertos casos cuando se tiene una mena polimetálica, alguno de los minerales presente podría ser más frágil (Ej. Galena), por lo que dicho mineral tiende a sobre-molerse.
Cuando uno de los minerales tiene una gravedad específica mayor en comparación del resto de los minerales de la mena, ocasiona que el mineral de mayor gravedad específica se reporte en el underflow del hidrociclón (circuito de molienda), a pesar de tener el tamaño y el grado de liberación adecuado para ser flotado. Esto crea una carga circulante generando sobremolienda (Ej. Galena, Casiterita, Oro).
En el caso opuesto, operaciones donde a pesar que a tamaños de partículas de 250 μm, 300 μm o inclusive tamaños mayores presentan liberaciones adecuadas para realizar una flotación rougher; la recuperación a este tamaño de partícula está limitada por la eficiencia de las celdas convencionales. La flotación de gruesos en procesos convencionales no es eficiente por motivos como:
La alta turbulencia que se genera en las celdas convencionales.
A medida que el tamaño de las partículas aumenta, las fuerzas de desprendimiento aumentan más rápidamente que las fuerzas de adherencia. Si las partículas no están totalmente liberadas, la recuperación se ve afectada más
aún.
Ante el escenario tecnológico descrito el objetivo principal del proyecto de investigación concluido fue estudiar la flotabilidad de la galena en función a su granulometría (tamaño de partícula), controlado por efecto del tipo de espumante.
Los autores.
II. Marco Teórico
2.1 Flotación de Minerales
La flotación, tecnología más importante desarrollada para el tratamiento de los minerales, es un proceso fisicoquímico que contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa, que hace posible la separación económica de sulfuros valiosos de baja ley, finamente molidos para ser liberadas de las gangas que los acompañan, en base a sus propiedades superficiales de mojabilidad que permiten que las especies hidrofóbicas se adhieran a las burbujas de aire generadas en la pulpa para ser extraídas en el producto llamado concentrado, mientras las partículas hidrofílicas constituyen el relave, material de desecho2.
Siempre se pensó que era un arte lograr que una partícula mineralizada se vuelva hidrofóbica, se junte a una burbuja de aire y, formando un conjunto de menor densidad que el agua, flote hacia la superficie. La selectividad y el desarrollo logrado finalmente en la flotación hasta nuestros días, hacen que estos conceptos se expliquen cada vez mejor.
Ahora, en el tercer milenio, podríamos afirmar que la flotación no es un arte porque para tener éxito en flotación es necesario controlar desde la calidad del mineral en mina, el producto chancado que alimenta a molienda, la calidad de agua de proceso, la liberación de los valiosos y posible aplicación de flotación de gruesos mediante las celdas flash, densidades de pulpa en las etapas de flotación, calidad y dosificación automática de reactivos, control de cargas circulantes y remolienda de medios de flotación, tamaño, cantidad y velocidad de las burbujas de aire, automatización de equipos en control de nivel de pulpa, control automático de pH, uso de analizador químico en línea como apoyo importante a las decisiones de flotación.
2.2 Conminución de minerales
Definido por la voladura, chancado y molienda, son operaciones de reducción de tamaño que requieren alto consumo de energía y que se realizan con el objetivo de liberar
las especies mineralizadas de las rocas que las contienen, mediante fragmentación de éstas a tamaños suficientemente pequeñas tal como requiere el proceso mineralúrgico definido para recuperar económicamente el metal contenido.
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. Para la mayoría de los minerales, se logra un adecuado grado de liberación moliendo a tamaños cercanos a los 100 micrones (0,1 mm). 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 producir un encuentro efectivo partícula burbuja.
2.3 Reactivos de Flotación
Los reactivos de flotación corresponden a sustancias orgánicas e inorgánicas que promueven, intensifican y modifican las condiciones óptimas del mecanismo físico-químico del proceso. Pueden clasificarse en:
Colectores: Son sustancias orgánicas que se adsorben en la superficie del mineral,
confiriéndole características de repelencia al agua (hidrofobicidad).
Espumantes: Son agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de:
1. Estabilizar la espuma
2. Disminuir la tensión superficial del agua
3. Mejorar la cinética de interacción burbuja - partícula
4. Disminuir el fenómeno de unión de dos o más burbujas (coalescencia)
Modificadores: son reactivos, por otro lado, tales como activadores, depresores y
modificadores de pH, que se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores sobre la superficie del material.
Para estudiar el mecanismo de la flotación es necesario conocer lo que sucede con la partícula de mineral y una burbuja de aire para que ellos formen una unión estable. El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicos. Por otra parte, los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofílicos, o sea, mojables por el agua. Se puede observar además que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, o sea, no se adhieren normalmente a ellas.
En resumen, es necesario incrementar la propiedad hidrófoba en las partículas minerales de una pulpa para facilitar la flotabilidad. Esto se efectúa con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgánicos de carácter heteropolar, o sea, una parte de la molécula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un grupo polar con las propiedades iónicas, es decir, con carga eléctrica definida. La partícula queda cubierta por el colector que se adhiere a su superficie por medio de su parte polar, proporcionándole con la parte polar propiedades hidrofóbicas.
El agregado de espumantes, como se ha dicho, permite la formación de burbujas de tamaño y calidad adecuada para el proceso. Pues bien, el contacto entre las partículas y las burbujas requiere que las primeras estén en constante agitación, la cual la otorga el rotor de la máquina de flotación, de modo que para realizar la unión con las burbujas son necesarios:
a) su encuentro y
b) condiciones favorables para formar el agregado.
El contacto partícula-burbuja se acerca hasta el punto en que la película de agua que las separa es muy fina. En este momento para que la partícula pueda acercarse más a la burbuja tiene que superar lo que se considera una barrera energética. Para las partículas hidrofílicas, en que la asociación de la partícula con las moléculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las partículas no flotan. Para las partículas hidrofóbicas,
la barrera queda repentinamente rota por fuerzas no bien conocidas, permitiendo un contacto trifásico (sólido-líquido-gas).
2.5 Variables Operacionales de la Flotación
Algunas de las variables de mayor importancia para el proceso de flotación son:
Granulometría: Adquiere gran importancia dado que la flotación requiere que las
especies minerales útiles tengan un grado de liberación adecuado para su concentración.
Tipo de Reactivos: Los reactivos pueden clasificarse en colectores, espumantes y
modificadores. La eficiencia del proceso dependerá de la selección de la mejor fórmula de reactivos.
Dosis de Reactivo: La cantidad de reactivos requerida en el proceso dependerá
de las pruebas metalúrgicas preliminares y del balance económico desprendido de la evaluación de los consumos.
Densidad de Pulpa: Existe un porcentaje de sólidos óptimo para el proceso que
tiene influencia en el tiempo de residencia del mineral en los circuitos.
Aireación: La aireación permitirá aumentar o retardar la flotación en beneficio de
la recuperación o de la ley, respectivamente. El aire es uno de los tres elementos imprescindibles en el proceso de flotación, junto con el mineral y el agua.
Regulación del pH: La flotación es sumamente sensible al pH, especialmente
cuando se trata de flotación selectiva. Cada fórmula de reactivos tiene un pH óptimo ambiente en el cual se obtendría el mejor resultado operacional.
Tiempo de Residencia: El tiempo de residencia dependerá de la cinética de
flotación de los minerales de la cinética de acción de reactivos, del volumen de las celdas, del porcentaje de sólidos de las pulpas en las celdas y de las cargas circulantes.
Calidad del Agua: En las Plantas la disponibilidad de agua es un problema.
Normalmente se utiliza el agua de recirculación de espesadores que contiene cantidades residuales de reactivos y sólidos en suspensión, con las consecuencias respectivas derivadas por este flujo de recirculación.
2.6 Espumantes
Los espumantes son agentes tenso-activos o surfactantes que consisten en una parte polar (hidrofílica) y una parte apolar (hidrofóbica). La parte apolar es una cadena hidrocarbonada y la parte polar es típicamente un grupo OH. En la superficie de la burbuja (interfase aire-agua), la cadena hidrocarbonada se orienta hacia el lado del aire y el grupo
polar hacia el lado del agua. La estabilidad de la burbuja contra la coalescencia es incrementada por la fuerte interacción del grupo polar/dipolo del agua (hidratación) en la interfase aire-líquido, que produce la capa de enlace.
Su estructura heteropolar causa preferencia en la adsorción en la interfase agua-aire. En el momento de la generación de burbujas, las moléculas de espumante se adsorben en la superficie de las burbujas con la cadena hidrocarbonada en el lado del aire y el grupo polar en el lado del agua donde su hidrógeno enlaza con las moléculas de agua.
Tienen la capacidad de reducir el tamaño de burbuja previniendo la coalescencia y generar una espuma estable capaz de contener el mineral enriquecido captado por las burbujas. La Figura 1 muestra la acción del espumante en la formación de burbujas.
Figura 1: Adhesión del espumante a la burbuja de aire.
Una manifestación de la adsorción en la burbuja es la disminución de la tensión superficial con un incremento en la concentración de sólidos.
La disminución de la tensión superficial también previene la coalescencia por la formación de los puentes de hidrógeno con las moléculas de agua, provocando la estabilización de
una capa o “film” de agua alrededor de la burbuja. Este film resiste el drenaje y esto retarda la coalescencia.
Esta capa de agua está dividida en dos partes (Figura 2):
• Una capa que fluye libremente, como una capa más débil.
• Una capa límite o película capilar, provee a la burbuja un límite estable.
Figura 2: (a) Moléculas de espumante adsorbidas en la superficie de la burbuja y los puentes de hidrógeno resultantes (b) capa de agua sobre la burbuja.
Las características importantes al momento de elegir un espumante son:
• Producir una espuma que permita una buena separación del mineral de interés de los que conforman la ganga.
• Debe formar una espuma lo suficientemente estable para soportar el peso del mineral y suficientemente móvil para trasportarlo a la descarga de la celda.
• La espuma debe ser lo suficientemente persistente para que las burbujas al romperse se vuelvan a formar continuamente, para que de esa forma el agua y la ganga tengan la posibilidad de drenar.
• El espumante debe ser capaz de formar de nuevo espuma si se introduce aire nuevamente en las siguientes etapas de flotación.
• Deben tener una baja sensibilidad a los cambios de pH, a los colectores y sales contenidas en la pulpa de flotación.
• Económicos, aptos para escala industrial y ambientalmente amigables.
• Que se dispersen en medios acuosos (no necesariamente que sean totalmente solubles).
• Que no presente propiedades colectoras
• Ser capaces de generar burbujas pequeñas de 1 a 2mm.
Figura 3: Captura de una partícula por una burbuja
Existen tres grupos de espumantes utilizados en la industria, como se muestra en la Tabla N° 1:
• Alcoholes: Son considerados espumantes débiles teniendo una baja actividad superficial. Con cinéticas rápidas (i.e. rápida recuperación de partículas), espuma menos estable, baja retención de agua, mayor selectividad y baja persistencia.
La actividad superficial de los espumantes alcoholes aumenta en proporción al largo de la cadena, con un máximo alrededor de seis a siete carbonos [34]. Pueden identificarse en este grupo los alcoholes alifáticos lineales y ramificados, cíclicos y aromáticos.
La preferencia en el uso de alcoholes cíclicos sobre los lineales es cuando se requiere de una espuma más persistente, es decir perdura en el tiempo, incluso más allá de la operación.
• Poli glicoles: Éstos forman una familia de gran variedad de estructura y pesos moleculares. Cuando el peso molecular aumenta, aumenta la recuperación de agua. Se logra una buena profundidad de espuma, una espuma más estable y persistente comparada a la lograda con alcoholes, una baja sensibilidad a los cambios de pH y una alta retención de agua por lo que produce una espuma más húmeda (mayor arrastre de agua).
Los espumantes tienen un reconocido efecto en el tamaño de burbuja (UF) [28], parámetro esencial en la eficiencia de contacto partícula-burbuja. Así, las burbujas muy pequeñas tienen un tiempo de contacto muy corto y no se logra formar el agregado partícula-burbuja, y las partículas muy grandes dificultan la colisión partícula-burbuja por el aumento en la fuerza de la capa límite de la burbuja.
Hay muchos términos usados para describir las características de la espuma de flotación, por ejemplo, estable, efervescente, persistente, selectiva, móvil, seca o húmeda entre otros. Desde el punto de vista del operador, es probablemente suficiente para considerar la espuma en dos categorías:
• Espumas en las que la película de la burbuja es relativamente delgada. Tales espumante tienden a llevar menos agua (son secas), a arrastrar menos ganga (son selectivas), y son relativamente menos estables y persistentes.
• Espumas donde la película de la burbuja es relativamente gruesa. Tales espumantes tienden a llevar más agua al concentrado (son húmedos), a arrastrar más ganga y a ser relativamente estables y persistentes.
2.7 Arrastre de partículas en la flotación
La flotación de minerales se lleva a cabo por dos mecanismos, que son la flotación verdadera y la flotación por arrastre.
La flotación verdadera ocurre cuando las partículas se unen a las burbujas de aire en la pulpa agitada y aireada y las burbujas mineralizadas ascienden y alcanzan la base de la espuma. Las burbujas continúan subiendo, volviéndose más grandes por coalescencia hasta alcanzar la cima de la espuma y son colectadas llevando su carga de partículas unidas a ellas.
La flotación por arrastre puede llevar al concentrado tanto partículas hidrofílicas como hidrofóbicas. El arrastre de partículas hidrofílicas al concentrado en la ascensión de la burbuja aumenta por ejemplo, con la adición de ganga en la alimentación y ocurre por dos mecanismos como muestra la Figura 4:
• El transporte interno de agua en la burbuja (arrastre)
Figura 4: Ascenso de una burbuja con la capa de agua y la turbulencia a su paso.
A la vez, el transporte de agua a la espuma tiene dos fuentes que son el aumento del film de agua que rodea a la burbuja y el agua transportada por el ascenso de la burbuja de aire, mecanismos usados para explicar este fenómeno.
Cada una de estas burbujas empuja agua y partículas tanto de ganga como de la especie de interés a la espuma. Las partículas más susceptibles a ser llevadas a la fase espuma por estos mecanismos son las fracciones de la alimentación más finas, mientras que no es relevante en los tamaños de sólido más grueso. Sin embargo, desde la espuma puede retornar material a la pulpa por drenaje a través de distintas partes que forman la estructura de la espuma.
2.8 Evaluación del Proceso de Flotación
Recuperación (R): Es la razón entre la masa del material útil obtenido en el
concentrado y la masa del material útil de la alimentación.
Razón de Concentración (Rc): Es la razón entre la masa de alimentación y la
masa de concentrado. En términos prácticos, se refiere a las toneladas de mineral necesarias de beneficiar para obtener una tonelada de concentrado.
Balances en Concentración por Flotación
III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Tipo de investigación
Por el tipo de la investigación, el presente estudio reúne las condiciones metodológicas de una investigación aplicada explicativa.
3.2 Nivel de investigación
De acuerdo a la naturaleza del estudio de la investigación, reúne por su nivel las características de un estudio experimental porque se manipula las variables independientes, granulometría de molienda, dosis de colector y pH para luego determinar los efectos producidos en la variable dependiente recuperación de plomo contenido en galena.
3.3 Métodos de investigación
Los principales métodos que se aplicaron en la investigación fueron: análisis, síntesis, deductivo, inductivo, descriptivo, estadístico, entre otros.
El método de trabajo desarrollado contempló inicialmente el desarrollo de pruebas diagnóstico orientadas a determinar la granulometría adecuada del mineral a flotar, la dosificación de colector y espumante, el tiempo de flotación necesario para obtener concentrado rougher, etc. Las condiciones definidas así, fueron luego aplicadas para flotar el mineral respectivo en agua de grifo de laboratorio utilizando diferentes tipos de espumante, Metil isobuti lcarbinol, Dorfroth 250 y Acite de pino.
3.4 Diseño de la investigación
Para el diseño de la investigación, emplearemos el de una investigación por objetivos conforme al esquema siguiente:
Dónde:
OG = Objetivo General
Oe1, Oe2, Oe3 = Objetivo específicos 1, 2 y 3 Cp1, Cp2, Cp3 = Conclusiones parciales 1, 2 y 3
CF = Conclusión Final
3.5 Población y muestra
Universo Minerales metálicos y no metálicos Población Minerales metálicos naturales y sintéticos Muestra Mineral sintético de galena - cuarzo
3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
La técnica de recolección de datos fue la observación y el instrumento utilizado fue el análisis documental.
3.7 Procedimiento de recolección de datos
La finalidad de las pruebas de flotación a nivel laboratorio fue obtener datos para entender el comportamiento de flotabilidad por tamaño de partícula de la galena utilizando tres tipos de espumante: MIBC, D-250 y Aceite de Pino. Las pruebas se efectuaron en las instalaciones de Laboratorio Procesamiento de Minerales de la FIMM-UNCP.
Las pruebas de flotación se realizaron con pesos de muestra de 2000 gramos utilizando equipos estándares, molino y celda de laboratorio e instrumentos auxiliares para mediciones y control de las variables más importantes.
La selección y dosificación de los reactivos de flotación fueron determinadas experimentalmente, para ambos casos, tomando como guía la experiencia propia y el manual Cytec.
Las muestras y los productos de las pruebas fueron caracterizados mediante análisis granulométrico, análisis químico y análisis mineralógico macroscópico para las determinaciones de tamaño de partícula, composición química y composición mineralógica, respectivamente.
3.7.1.1 Preparación de muestra
La reducción de tamaño de las muestras de mineral se efectuó en dos etapas haciendo uso de chancadoras de mandíbula.
Se utilizaron el divisor manual y el de rifles.
3.7.1.2 Molienda y clasificación
Las pruebas de molienda se realizaron en molino de bolas de 8.5” x 9” con 11.5 kg de carga de bolas distribuidas en tamaños tal como indica la Tabla 3.2. En dichas condiciones la carga moledora ocupa 30% del volumen interno del molino y tiene una capacidad de carga de 2 kg de mineral.
Tabla 3.1. Carga de bolas del molino experimental 8.5” x 9”
El análisis granulométrico se realizó con tamices indicados en la Tabla 3.3.
Tabla 3.2. Serie de tamices Tyler utilizadas .
Designación Abertura Designación Abertura
mm mm
3/4” 19.0 malla 65 0.210
malla 14 1.19 malla 150 0.105
malla 20 0.841 malla 200 0.074
malla 28 0.595 malla 270 0.053
malla 35 0.420 malla 325 0.044
malla 48 0.297 malla 400 0.037
Las muestras obtenidas en molienda y flotación fueron tamizadas haciendo uso del Ro-Tap, previo deslamado en húmedo de las respectivas muestras utilizando la malla de menor abertura correspondiente al nido de mallas seleccionado.
3.7.1.3 Flotación
Las pruebas de flotación se realizaron en una máquina Denver original modelo D-12.
3.7.2 Procedimiento experimental
El procedimiento experimental comprende la preparación mecánica de las muestras, los análisis químicos y mineralógicos, la determinación del tiempo de molienda y el desarrollo de las pruebas experimentales de flotación.
3.7.2.1 Preparación mecánica de muestras
Comprende las etapas de trituración, tamizado y cuarteo de las muestras hasta obtener el producto mineral triturado 100% malla 10.
a. Preparación muestra mineral
La muestra fue preparada hasta un tamaño menor a malla 10 y luego por cuarteo se separaron porciones de 2000 g (peso equivalente seco) para las pruebas metalúrgicas y se extrajo una proporción representativa para la caracterización química.
El cuarteo de la muestra preparada a malla 10 se realizó mediante los métodos de paleo alternado y paleo fraccionado para luego ajustar el peso de las submuestras a 2000 g, peso seco, mediante una balanza digital, previa determinación del % de humedad del mineral estudiado que registró ser de 0.36 %.
Tabla 3.3. Propiedades fisicoquímicas del mineral polimetálico
Propiedad fisicoquímica Valor Unidad
Gravedad especifica 2.75 g/cc
pH natural 7.2
3.7.2.3 Análisis químico
Para la muestra estudiada el objetivo principal del análisis químico fue determinar las leyes de plomo, de modo que los cálculos de recuperación sea posible realizar. El análisis cuantitativo se realizó en el Laboratorio químico de Chapi – Lima, que reportó las leyes siguientes:
Tabla 3.4. Ley de plomo en las muestras de mineral
Elemento Pb
Muestra Ley %
Mineral cabeza fresca 1.3
Mineral fracción + Malla 65 0.55
Mineral fracción – Malla 65 + Malla 400 3.37
Mineral fracción – Malla 400 0.94
3.7.2.4 Análisis mineralógico
El objetivo del análisis mineralógico es identificar las especies mineralógicas presentes en el mineral y observar la liberación de los minerales principales.
La composición mineralógica y grado de liberación del mineral se muestra en la Tabla siguiente.
Tabla 3.5. Composición mineralógica mineral Zn-Cu-Pb
Especie Gravedad Dureza Peso Grado de
mineralógica específica Mohos % liberación
Galena 7.50 3 1.62 100
Cuarzo 2.70 7 98.38 100
El grado de liberación, 100 %, para la mena y para la ganga se fundamenta por el hecho que la muestra es sintética preparada mezclando cuarzo y galena teóricamente “libre de impurezas”.
3.7.2.6 Estimación del tiempo de molienda
El objetivo de la estimación del tiempo de molienda es encontrar una media entre el tamaño de la liberación óptimo de los minerales y el consumo de energía en la molienda. El tamaño pasante 80% (P80) se utiliza comúnmente para determinar la granulometría a la cual es necesario moler la mena para alcanzar su tamaño de liberación óptimo. La distribución de tamaño de partícula y P80 de la mena se determinan por tamizado previo “deslamado” de la muestra en húmedo.
La Tabla 3.5 muestra la gran diferencia existente en la dureza de la galena (3) y la dureza de la ganga (7). Esta característica induce a que la molienda, en este caso, sea del tipo preferencial, es decir orientada no al grado de liberación sino más bien a no generar la sobre molienda de la galena que a la vez permita tener en la muestra alimentada a flotación población suficiente de partículas sobre la fracción + Malla 65 (212 µm) que permita evaluar su flotabilidad, objetivo del trabajo de investigación realizado.
La granulometría de alimento a flotación se determinó mediante tamizado de 1494 g del mineral molido 6 minutos. En tal condición el P80 de la ganga fue 356 y de la mena fue alrededor de 200 micrones. 10 100 1000 10000 0 20 40 60 80 100
GRANULOMETRÍA DE LA MENA Y GANGA EN EL ALIMENTO A FLOTACIÓN Ganga (SiO2) Mena (PbS)
Figura 3.1 Distribución granulométrica en el producto de molienda
Los datos correspondientes de análisis granulométrico se muestran en el anexo del presente documento.
3.7.2.7 Experimentos de flotación
La máquina de flotación Denver D-12 y una celda de flotación de 4.5 litros se emplearon en las pruebas de flotación rougher efectuadas a 30% de sólidos. En todas las pruebas se mantuvo la misma velocidad del rotor, 1200 rpm y flujo de aire aproximado de 5 a 10 l/min. Las espumas fueron extraídas a un ritmo constante de 20 paletas por minuto. El diagrama de flujo para las pruebas de flotación se muestra en la Figura 3.18. Las condiciones mencionadas, que incluye la dosificación de reactivos, fueron determinadas
mediante pruebas de flotación preliminares, previa a las pruebas de flotación programadas.
Figura 3.2. Esquema de flotación aplicado
Tabla 3.6. Condiciones de desarrollo de las pruebas experimentales
Variables Unidad cobre - plomo Operativas Mineral 2000 g Granulometría, D80 356 µm Porcentaje – Malla 200 50 %
Densidad de pulpa 30 % sólidos
Equipo
Acondicionamiento 3 min
Flotación rougher 1 3 min
Flotación rougher 2 2 min
Velocidad del rotor 1200 rpm
Flujo de aire 5 a 10 l/min
Reactivo Concent. Dosis Punto de adición
[ % ] g/t
Cal 100 150 Acondicionamiento
Xantato Isopropílico de sodio 0.5 15 Acondicionamiento
Espumante* 100 variable Flotación
pH 8.3 Rougher 1Pb
8.3 Rougher 2 PB (*) Ver Tabla siguiente.
Tabla 3.8. Dosis y consumo de espumante
Prueba Mineral Espumante Adición Peso espumante Consumo
g/prueba gotas 10 gotas g/t
1 2000 MIBC 5 0.1012 g 25.3
2 2000 D-250 5 0.123 g 30.75
3 2000 A. PINO 5 0.105 g 26.25
Al concluir los experimentos se obtuvieron por prueba 4 productos: Pb concentrado rougher obtenido con MIBC
Pb concentrado rougher obtenido con Dow froth 250 Pb concentrado rougher obtenido con Aceite de pino
Pb relaves rougher de flotación con MIBC, con D-250 y con Aceite de Pino
Luego de se procedió al análisis granulométrico de los concentrados considerando las mallas 65 y 400 obteniendo para cada prueba el peso correspondiente a las fracciones de tamaños de partícula.
Tabla 3.9. Tamaños de partícula caracterizada en los concentrados
Tamaño cualitativo Tamaño en Micrones
Gruesos Medios Finos
Mayor a 212 micrones
Menor a 212 y mayor a 37 micrones Menor a 37 micrones
4.1 Distribución de la galena por fracciones de tamaño en el mineral.
Tabla 4.1 Distribución de Pb por fracciones de tamaño
Tamaño de partícula Peso Ley Distribución
Malla Tyler micrones Cualitativo g % %Pb %
65 + 212 Grueso 556 37.2 0.55 15.4
400 - 212 + 37 Medio 328 21.9 3.37 55.7
- 400 - 37 Fino 611 40.9 0.94 28.9
Cabeza calculada 1494 100 1.33 100
Cabeza ensayada 1.3
Gruesos
Medios
Finos
0 20 40 60 80 100
0.55
3.37
0.94
15.4
55.7
28.9
DISTRIBUCIÓN DE GRUESOS Y FINOS DE GALENA EN EL ALIMENTO A FLOTACIÓN
Ley %Pb
Distribución %
Tamaño de partícula, micrones
Porcentaje, %
Figura 4.1. Distribución de galena por tamaño de partícula
4.2 Flotabilidad de la galena en función del tipo de espumante
Las Tablas 4.2, 4.3 y 4.4 muestran la ley y la recuperación de plomo reportados en los concentrados rougher respectivos.
Tabla 4.2. Flotabilidad de la galena con Metil Isobutil Carbinol – MIBC
Productos Peso Ley: % Recuperación
Cabeza ensayada 2102 100.0 1.3
Pb Concentrado 104 5.0 16.5 63.0
Relave 1998 95.0 0.51
Tabla 4.3. Flotabilidad de la galena con Dowfroth 250
Productos Peso Ley: % Recuperación
g % Pb %
Cabeza ensayada 1999 100.0 1.3
Pb Concentrado 138 6.9 12.6 67.1
Relave 1861 93.1 0.46
Tabla 4.4. Flotabilidad de la galena con Aceite de Pino
Productos Peso Ley: % Recuperación
g % Pb %
Cabeza ensayada 1998 100.0 1.3
Pb Concentrado 108 5.4 16.8 69.7
Relave 1890 94.6 0.42
4.3 Efecto del tipo de espumante sobre la flotabilidad de galena gruesa y fina
Las Tablas 4.5, 4.6 y 4.7 presentan la eficiencia de flotabilidad de las partículas gruesas y finas de galena.
Tabla 4.5. Flotabilidad de galena gruesa y fina con Metil Isobutil Carbinol – MIBC
Flotabilidad de Galena por tamaños de partícula Peso Ley, % Distribución %
% Pb
Flotación de galena tamaño Gruesos 3.4 0.3 0.06
Flotación de galena tamaño Medios 9.6 79.18 46.16
Flotación de galena tamaños compósito 100 16.5 100
Tabla 4.6. Flotabilidad de galena gruesa y fina con Dowfroth 250
Flotabilidad de Galena por tamaños de partícula Peso Ley, % Distribución %
% Pb
Flotación de galena tamaño Gruesos 2.8 0.42 0.09
Flotación de galena tamaño Medios 8.3 74 48.56
Flotación de galena tamaño Finos 88.9 7.29 51.35
Flotación de galena tamaños compósito 100 12.6 100
Tabla 4.7. Flotabilidad de galena gruesa y fina con Aceite de Pino
Flotabilidad de Galena por tamaños de partícula Peso Ley, % Distribución %
% Pb
Flotación de galena tamaño Gruesos 3.6 0.48 0.10
Flotación de galena tamaño Medios 9.8 79.84 46.83
Flotación de galena tamaño Finos 86.6 10.27 53.07
Flotación de galena tamaños compósito 100 16.8 100
V. Discusión
5.1 Efecto del tipo de espumante sobre la flotabilidad de la galena
La Figura 5.1 muestra que el Aceite de Pino resulta el espumante de mayor eficiencia, seguido por el MIBC, resultados obtenidos de la evaluación de leyes y de recuperaciones de plomo reportados en las tablas 4.2, 4.3 y 4.4 para cada tipo de espumante.
0 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 80 100 799 651 898 6367.169.7 16.612.616.8 FLOTABILIDAD DE GALENA Eficiencia por tipo de espumante
FM Recuperación, % Ley, %Pb
Eficiencia de flotabilidad Factor metalúrgico
Espumante
Ley y Recuperación, %
Figura 5.1 Eficiencia de flotabilidad de galena definido por el Factor metalúrgico
5.2 Flotabilidad de la galena en función de su granulometría
El espumante MIBC es más eficiente para la recuperación de galena fina con marcada diferencia sobre el Aceite de Pino (+ 1%) y sobre el Dowfroth 250 (+3%).
Para la recuperación de partículas gruesas de galena el Aceite de Pino resulta ser el más eficiente, en este caso, con ajustada ventaja sobre el Dowfroth 250 y el MIBC , tal como muestra la Figura 5.2 que representa gráficamente los resultados presentados en las tablas 4.5, 4.6 y 4.7.
50 51 52 53 54 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 54 51 53 0.06 0.090.10 FLOTABILIDAD DE GALENA Recuperación de Gruesos y Finos
Finos Gruesos
Polynomial (Gruesos)
Espumante
Recuperación de Finos, % Recuperación de Gruesos, %
Figura 5.2 Flotabilidad de partículas Gruesas y Finas de galena en función del tipo de espumante.
VI. Conclusiones
1. La galena flota mejor con el espumante Aceite de Pino. El concentrado rougher obtenido ensaya 16.8 %Pb y reporta 69.7 % de recuperación de plomo.
2. Las partículas finas de plomo flotaron mejor con el espumante MIBC que reportó 54 % de recuperación, mayor a 53 y 51 % de recuperación reportados en los concentrados obtenidos con Aceite de Pino y Dowfroth 250, respectivamente.
3. La recuperación de partículas gruesas de galena fue prácticamente similar con los tres espumantes con tendencia a ser mejor con el Aceite de Pino.
VII. Recomendaciones
1. Para las etapas de flotación unitaria y flotación flash de galena se recomienda el uso del Aceite de pino como espumante.
2. Para flotación de galena en etapas de flotación convencional es recomendable el uso de Metil Isobutil Carbinol como espumante.
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Concepción; 1975.
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