La Flotación

La flotación es un proceso metalúrgico que nos permite el enriquecimiento o la concentración de un mineral específico y su separación de lo que se considera inservible. Es un método que involucra fenómenos fisicoquímicos variados, dentro de estos se considera uno de mayor importancia: la hidrofobación que se genera en una superficie por la adsorción de sustancias conocidas como surfactantes.

Es necesario enfatizar los conceptos de separación por flotación. Para poder fijar ideas de flotación se explica lo siguiente:

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Separar un mineral valioso, para lo cual tomemos el ejemplo de la flotación del sulfuro de plomo más conocido (galena) en un mineral que a su vez contiene alumino-silicatos como tierra o ganga conocidos en términos metalúrgicos.

Después de haber sometido el mineral a chancado y molienda se tiene una granulometría determinada con partículas de galena y partículas de ganga;

se necesita separarlas mediante un proceso físico, ya que un ataque químico resulta de costos elevados. Se conoce las diferencias en sus características que presentan en sus superficies, tanto las partículas de galena como las gangas. Es un hecho que la galena logra cubrirse con sustancias hidrofobantes (para este caso utilizamos los xantatos, conocidos por producir una superficie no mojable), mientras que la ganga tiende a ser mojable

Figura 1. Principio de la separación por flotación

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Una vez mezclándose el polvo mineral con el agua que está contenido en las sustancias hidrofobantes de la galena (colectores), proceden a ser agitados para lograr la dispersión sólido-líquido. En sintonía se hacen pasar un flujo de burbujas de gas a través de esta dispersión, comúnmente aire. Las partículas hidrofobadas (partículas de galena) característicamente tienden a pegarse a las burbujas de aire y este cumple con arrastrarlas en su movimiento ascendente, a diferencia de las partículas de ganga se quedan en la dispersión sólido-líquido.

Las burbujas de aire que emergen a la superficie y que cargan con partículas de galena forman un tipo de espumas que son recogidas por un vertedero.

Habiéndose roto la espuma y secando el mineral logra comprobarse que las partículas que flotaron presentan un alto porcentaje en galena.

Es así como se separa un mineral compuesto por galena de su ganga, usando el proceso de flotación. El ejemplo nos permite comprender las etapas que se involucran, también nos muestra los fenómenos fundamentales que posteriormente se discutirán. Por lo que continuaremos repasando la importancia y la práctica que alcanza este método.

Estudiando las raíces de la flotación, encontramos que fue un método de enriquecimiento aplicado a minerales de carbonato de cobre, llevándose a cabo en el siglo XV. A partir de esto llegó a generalizarse su aplicación para diferentes tipos de minerales. Mucho más reciente se conoce que en los tiempos de la Revolución Industrial (la segunda mitad del siglo XIX), cuando existía mayor demanda de estos recursos minerales, la metalúrgica se vio obligada a su evolución, la gente comenzó a enriquecer minerales de bajo tenor.

En inicios se mezclaba el mineral molido con agua y con aceite (vegetal o mineral), ocurría que los minerales sulfurados cumplían con mojarse en el aceite

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y por ende tendían a ser arrastrados con estás gotas. Este procedimiento fue base para los avances de flotación, sin embargo, existían conglomerados que no podían ser separados. Los conglomerados que se formaban de un tamaño específico para poder ser separados con métodos de separación gravitacional o usando los medios húmedos como el tamizaje.

Se cuenta con información relevante del siglo pasado donde se solía separar una determinada cantidad de minerales mezclados con otros como:

galena (PbS), esfalerita (ZnS) y pirita (FeS), solo con el manejo de su pH.

A inicios del siglo XX comenzó a insuflar aire o CO2, así como utilizar sustancias conocidas como “froth” para recolectar las espumas inestables. Ya hacía contando con todos estos antecedentes la flotación de minerales ocupaba muchos estudios y dedicación con conceptos que se iban incorporando, tales como: agitación de la dispersión sólido-líquido con arrastre de aire, acondicionamiento de aceite como agente hidrofobante, cada vez más se daba razón a obtener la separación con gran selectividad y para ello se usaban en prueba mayor cantidad de sustancias químicas como: alcoholes, grasas, fenoles, aceite de pino y resinas.

En los años que duró la primera guerra mundial en naciones como Australia y EEUU con necesidad de domeñar metales el proceso de flotación de minerales concentro mucho interés científico. Obligados en la necesidad de extraer sulfuros valiosos contaminados en enormes cantidades de otros sulfuros y ganga, obteniéndose un nuevo método llamado para ese entonces sedimentación selectiva. Y así al mismo tiempo se logró descubrir que se podían flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo óxido.

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Ya se contaba con una base científica firme para que a principios de los años 20 se obtuvo la primera patente en el uso de xantatos. Transcurrieron unos años más tarde para poder generalizarse el uso de otros conocido surfactantes como: sulfonatos de petróleo y sales de aminas, sustancias que cumplían con hidrofobar las superficies de las partículas minerales.

En la actualidad se conoce que mediante el uso de la flotación se logra el procesamiento de aproximadamente 2.000 millones de toneladas al año a más, esto hablando de cifras mundiales.

En la tabla 1 se desea mostrar como idea la variedad de los minerales molidos enriquecidos por la flotación, considerando sustancias nativas como el oro o el grafito, hasta minerales oxidados (de hierro, estaño, cromo o titanio), diversos tipos de sales (fluoruros, carbonatos, fosfatos) e inclusive varios tipos de silicatos, particularmente arcillas.

Tabla 1. Minerales molidos enriquecidos por Flotación

Así como todavía se estudiaban numerosos procesos de flotación de sustancias consideradas no minerales y entre ellos resaltaban:

- Fibras de madera de licores, desechos en la elaboración de la pulpa.

- Petróleo, aceites, grasas parte residual de las aguas industriales.

47 - Vidrio residual de la basura doméstica

Hace 30 años que se cuenta con el método llamado flotación por aire disuelto, esto consiste en la producción de burbujas muy pequeñas, en todo el contenido de una solución acuosa saturada de aire bajo presión, en la expansión de la solución se producen burbujas consideradas a una medida en micras, las burbujas tienen la capacidad de colectar partículas coloidales.

Por lo tanto, se puede flocular coloides agregados o floculados sin llegar a romperlos. El proceso de la flotación de coloides en ocasiones se combina para conseguir una floco-flotación esto es contribuyente en el tratamiento de aguas, de modo que nos ayuda clarificarlas.

En la escala molecular se tiene ciertos métodos modernos de separación y estos incluidos en la clase flotación. Se conoce a ciencia cierta que, al insuflar burbujas de aire en una solución de surfactantes, las moléculas contenidas en éste tienden a adsorberse a la superficie por lo que son arrastradas por las espumas que se forman. Resaltando la única diferencia que se puede encontrar con todo lo descrito hasta ahora, no es específicamente el tamaño, lo que cuenta primordialmente es el hecho de trabajar con moléculas que sean solubles en agua. Precisando en esta razón, es conveniente seleccionar la extracción logrando espumas haciéndolo un método particular.

En la figura 2 se muestra como es la clasificación de los métodos actuales con los que se cuenta para la separación por adsorción sobre burbujas, enfatizando una vez más que la flotación es el resultado de una serie de estudios científicos convertidos en un método muy útil, donde podemos fijar varias subdivisiones.

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Figura 2. Métodos de separación por adsorción sobre burbujas

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Es muy importante enfatizar las ideas siguientes, cuando ocurre la Macroflotación se logran extraer partículas macroscópicas es decir perceptibles a la vista humana, a diferencia que en la Microflotación se busca la de extracción de micropartículas, específicamente microorganismos y coloides.

En la Flotación de Iones se requiere la separación de iones que se encuentran sin actividad superficial, para ello se hace uso de un tensioactivo el cual hace que se forme un producto insoluble, cumpliendo la función de adsoción íntegramente en la superficie de una espuma que puede ser removida.

Lo que sucede en la Flotación Molecular es la remoción de moléculas que se encuentran sin ningún tipo de actividad en sus superficies, estos se encuentran en competencia de los tensoactivos que resultan en precipitados.

Para la Flotación de Precipitados se tiene que extraer un precipitado, en este caso el tensoactivo no tiene que ser el agente precipitante.

La Flotación que se da por Coloide Adsorbente viene a ser la separación mediante un específico contenedor de materiales disueltos, para lo cual en primer lugar tiene que ser adsorbidos sobre las partículas coloidales. Causando la liberación de gas disuelto y siendo parte fundamental al cumplir con la flotación de partículas sólidas que se unirán a estas burbujas.