UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE
MATERIALES
TESIS
PRESENTADO POR:
BACH. CANALES DAVILA ELVIS BACH. HUAMAN CARPIO JAMES CHRISLER
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO METALURGISTA Y DE MATERIALES PORTADA
HUANCAYO – PERÚ 2021
“INCREMENTO DE LA LEY DEL CONCENTRADO DE ZINC EMPLEANDO FLOTACIÓN COLUMNAR EN LA UNIDAD
MINERA CHUNGAR – VOLCÁN COMPAÑÍA MINERA”
ASESOR
M.Sc. JUAN FERNANDO ZEVALLOS SANTIVAÑEZ
DEDICATORIA
Dedicamos la presente investigación a nuestros padres, por su apoyo incondicional a nuestras familias, que siempre estuvieron presentes durante la vida universitaria.
Elvis y James
AGRADECIMIENTO
Agradecemos infinitamente a nuestros docentes de la prestigiosa Universidad Nacional Del Centro del Perú de la facultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales, porque durante nuestra vida universitaria, supieron sembrar en nosotros la semilla de la investigación, la fortaleza cognitiva, la proactividad en el empleo y la perseverancia en cada reto que asumimos.
También agradecemos a nuestro asesor, por haber invertido su tiempo, guiándonos en el desarrollo de la tesis y apoyándonos con la documentación respectiva.
Finalmente agradecemos a los colaboradores de La Unidad Minera Chungar –
Volcán Compañía Minera, por facilitarnos el espacio y datos para la
investigación.
INTRODUCCIÓN
El zinc es el elemento número 23 más abundante en la corteza terrestre. La esfalerita, sulfuro de zinc, es y ha sido el principal mineral del mundo. El zinc es muy necesario para la vida moderna y, en el tonelaje producido, ocupa el cuarto lugar entre todos los metales en la producción mundial, superado solo por hierro, aluminio y cobre. El zinc utiliza una gama de productos metálicos, caucho y medicamentos. Aproximadamente las tres cuartas partes del zinc utilizado se consumen como metal, sobre todo como un recubrimiento para proteger el hierro y el acero, de la corrosión (metal galvanizado), como aleación de metal para fabricar bronce y latón, como aleación de fundición a presión a base de zinc y como zinc laminado. El cuarto restante se consume como compuestos de zinc principalmente en las industrias del caucho, la química, la pintura y la agricultura. El zinc también es un elemento necesario para el crecimiento y desarrollo adecuado de humanos, animales y plantas; Es el segundo metal traza más común, después del hierro, que se encuentra naturalmente en el cuerpo humano.
La separación de minerales valiosos de la ganga contenida en la mena, está lejos de ser ideal en las células mecánicas convencionales. La flotación de columna, inventada a principios de los años sesenta, demostró ser una mejor alternativa a las células convencionales. Las principales ventajas de la flotación de columna son: i) recuperación mejorada, ii) mayor ley, iii) menores costos de capital y operación, iv) menos desgaste debido a la ausencia de partes móviles) requerimiento de menos espacio en el piso. Las columnas de diseño variado se utilizan en todo el mundo.
Como no hay partes móviles en la columna, las principales variables de operación son los caudales: aire de alimentación, agua de lavado, producto y relaves. Las dimensiones de la columna, el tamaño de la burbuja, la retención de aire y las dosis de reactivo son otras variables importantes. Para normalizar el efecto de los caudales en diferentes tamaños de columnas, se utilizan las velocidades superficiales, definidas como los caudales volumétricos por unidad de área de sección transversal. Dado que el efecto de
las dosis de reactivos son similares a los de las células convencionales, no se tratan en el documento. Otra variable que generalmente se menciona con referencia a la operación de la columna es la proporción de sesgo, que es la diferencia entre la tasa de relaves y la tasa de alimentación. Si el valor es positivo se llama sesgo positivo y si es negativo se llama sesgo negativo. Alternativamente, la relación de lavado por desplazamiento se define como la proporción de la cantidad de agua de lavado a la cantidad de agua que informa al concentrado.
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, nos planteamos como objetivo de esta investigación, buscar una alternativa de beneficio por flotación para mejorar la recuperación del zinc a partir de un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar - Volcan Compañía Minera y como hipótesis: se puede mejorar la recuperación del zinc a partir de un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera indicada, empleando la tecnología de flotación en columna.
En la estructura de la redacción de esta tesis se incluye un primer capítulo, donde indicamos las generalidades; el segundo, se formula la investigación; el tercero, los fundamentos teóricos; y en el cuarto, la parte principal que incluye la investigación experimental, al final se indican las conclusiones y recomendaciones.
Es así que, es nuestro objetivo alcanzar las expectativas técnicas y científicas; y para ello colocamos a disposición de nuestros jurados el presente trabajo de investigación y nos sirva para obtener el título de Ingeniero Metalurgista y de Materiales.
Los autores
RESUMEN
Para efectos de este trabajo de investigación, el mineral complejo Pb – Zn – Cu de la zona de distrito de Huayllay de la provincia de Pasco, la Unidad Minera Chungar - Volcan Compañía Minera, fue concentrado utilizando una técnica de flotación mecánica selectiva. Las alimentaciones de minerales que contenían 3.23% de Pb, 0.52% de Cu y 2.71% de Zn se concentraron mediante seis etapas de limpieza y cuatro etapas de agotamiento. El concentrado final de zinc que contiene 2.13% de Pb, 1.14% de Cu y 52.77% de Zn se produjo con una recuperación de 61.38% de Zn. En este estudio, se investigaron los efectos de la velocidad del aire, el diámetro de la burbuja, la retención de gas y la velocidad del aire superficial en el rendimiento de la flotación de la columna.
Para obtener los mejores resultados, se optimizaron los parámetros de operación.
Además, el número de etapas de limpieza y agotamiento del circuito de zinc se redujo mediante el uso de flotación en columna en lugar de la flotación mecánica. Por lo tanto, se obtuvieron concentrados de zinc de mayor grado con mayor recuperación. Usando tres etapas de limpieza y tres etapas de agotamiento, se produjo el concentrado de zinc que tenía 58.81% de Zn con una recuperación del 74.21% que indica una mejora en el concentrado de zinc final. Este logro del método de flotación en columna se recomendó como un método alternativo para el circuito de zinc a la planta mencionada anteriormente, ya que reducirá los costos operativos.
ÍNDICE
PORTADA ... i
ASESOR ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTO ... iv
INTRODUCCIÓN ... v
RESUMEN ... vii
ÍNDICE ... viii
ÍNDICE DE TABLAS ... xi
ÍNDICE DE FIGURAS ... xii
CAPITULO I ...13
GENERALIDADES ...13
1.1. Aspectos generales de la empresa administradora Chungar S.A.C. ...13
1.2. Ubicación de la mina Animón ...13
1.3. Topografía y fisiografía de la zona ...15
1.4. Ambiente biológico ...17
1.5. Ambiente socio - económico ...18
1.6. Descripción de los procesos de la planta concentradora ...19
1.6.1 Chancado ...19
1.6.2 Molienda ...20
1.6.3 Flotación ...21
2.3. Objetivos ...26
2.3.1 Objetivo general ...26
2.3.2 Objetivos específicos ...27
2.4. Justificación ...27
2.5. Hipótesis ...28
2.5.1 Hipótesis general ...28
2.5.2 Hipotesis específicas ...28
2.6. Variables ...28
2.6.1 Variables independientes ...28
2.6.2 Variable dependiente ...28
CAPITULO III ...29
MARCO TEÓRICO ...29
3.1. Antecedentes de la investigación ...29
3.1.1 Antecedentes internacionales...30
3.1.2 Antecedentes nacionales ...31
3.2. Bases teóricas ...33
3.2.1 Procesamiento de minerales de Cu-Pb-Zn ...33
3.2.2 Proceso de flotación ...35
3.2.3 Proceso combinado con concentración por gravedad ...37
3.2.4 Proceso metalúrgico ...38
3.2.5 Maquinas mecánicas ...44
3.3. Análisis del proceso propuesto ...50
CAPITULO IV ...53
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN ...53
4.1. Metodología de la investigación ...53
4.2. Materiales y equipos...54
4.3. Procedimiento experimental ...54
4.4. Presentación y discusión de resultados ...58
4.5. Discusión ...71
CONCLUSIONES ...73
RECOMENDACIONES ...74
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...75
ANEXOS ...77
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Clima de la zona ...15
Tabla 2 Vetas e incremento de precios ...17
Tabla 3 Leyes del mineral A 4200 TPD ...19
Tabla 4 Listado de equipo adicional - Chancado ...20
Tabla 5 Listado de equipo adicional - molienda ...20
Tabla 6 Listado de equipo adiconla - bulk ...21
Tabla 7 Listado de equipo adicional – separación plomo - cobre ...21
Tabla 8 Listado de equipo adicional – flotación zonc ...22
Tabla 9 Listado de equipo adicional - filtrado ...23
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Ubicación geográfica de Minera Animon ...14
Figura 2 Máquina de flotación WEMCO ...45
Figura 3 Mecanismo de flotación Outokumpu "OK" ...46
Figura 4 Máquina Denver D-R ...47
Figura 5 Vista recortada de la máquina de flotación Sala ...47
Figura 6 Columna de flotación industrial de Metso ...48
Figura 7 Un diagrama esquemático de la celda de flotación de columna ...49
Figura 8 Diagrama esquemático de la configuración experimental utilizada en los estudios de flotación en columna ...56
Figura 9 Diagrama de flujo usado en los experimentos ...57
Figura 10 Variación de la retención de gas con tasa de aire superficial para diferentes porosidades del burbujeador (15 ppm, 2 etil hexanol) ...59
Figura 11 Variación de la retención de gas con concentración de espuma para diferentes tasas de aire superficial ...60
Figura 12 Variación del diámetro medio de la burbuja con velocidad del aire superficial para las combinaciones de diferentes concentraciones de espuma y porosidades de los burbujeadores de aire ...61
Figura 13 Variación del diámetro medio de la burbuja con concentración de espuma a diferentes velocidades del aire superficial y porosidades del burbujeador de aire. ...63
Figura 14 Relación entre la concentración de espuma y el número de burbuja dm-2 ..64
CAPITULO I GENERALIDADES
En este capítulo, exponemos algunos aspectos vinculados con la Unidad Minera materia de este estudio de investigación.
1.1. Aspectos generales de la Compañía Minera Chungar S.A.C.
La empresa administradora Chungar S.A.C. (CMCH), Operadora de la Unidad Minera Animón, donde se efectúan actividades concernientes a la Industria Minera y Metalúrgica, y comprende entre otras las labores de exploración, desarrollo, preparación, cubicación, explotación, transporte y beneficio de minerales polimetálicos, cuyos productos principales son los concentrados de Zinc, Plomo y Cobre (1).
1.2. Ubicación de la mina Animón
La mina ANIMON está ubicada en el distrito de Huayllay localizada en la Sierra Central del Perú al suroeste de Cerro de Pasco, en el borde oeste de la meseta andina de Junín, a una altitud comprendida entre los 4250 msnm y 4830 msnm. A 149km de distancia en línea recta al NE de la ciudad de Lima (2).
Las carreteras de acceso a la mina Animón es vía terrestre partiendo desde la ciudad de Lima a través de la carretera central hasta la ciudad de La Oroya, donde tomamos la carretera de la izquierda hacia la ciudad de Cerro de Pasco
.
Ciudad de Lima – La Oroya – Pasco – Animón: 304 km. 6 horas.
Ciudad de Lima – Canta – Animón: 219 km. 4 horas.
Ciudad de Lima – Huaral – Animón: 225 km. 4 horas.
Siendo la ubicación de la mina en la siguiente figura.
Figura 1
Ubicación geográfica de la UEA Animón
1.3. Topografía y fisiografía de la zona
Se caracteriza por una topografía moderada y estable en sus partes bajas. En dirección Este y Oeste se observan agudas colinas que alcanzan los 5 500 msnm y pertenecen a las cordilleras que dominan los bordes de la meseta andina; estos picos forman parte de la cordillera occidental y cordillera oriental (3).
Clima y meteorología
El área de influencia directa se halla comprendida en el clima “tundra seca de alta montaña”. Las condiciones climáticas propias de la zona han sido registradas consecutivamente en diferentes estudios contando para ello con la estación propia de la empresa.
Tabla 1
Clima de la zona
Fuente: minera Animon
Calidad del aire
El monitoreo de Calidad de Aire para la determinación de la Línea de Base, se realizó en cinco (05) estaciones de control, evaluando las estaciones antiguas e
incorporando datos en estaciones nuevas, bajo la predominancia de la dirección del viento en esta zona (3).
Geología
Animón geológicamente comprende el sector sur de un yacimiento de tipo filiniano de origen hidrotermal, que se desarrolla en el ámbito de un anticlinal con plunge norte y alas simétricas donde se distribuyen un conjunto de vetas de orientación este- oeste y de buzamientos norte-sur.
La mineralogía en mina en la Animón está principalmente representada por menas como: galena, esfalerita, calcopirita, sulfosales de plata y gangas como: cuarzo y carbonatos. Los suelos coluviales se encuentran en los taludes del valle, formando taludes de escombros en varias de las sub cuencas en las áreas montañosas de recarga, esto es resultado de la caída de rocas y deslizamientos de las rocas meteorizadas que contienen una gran cantidad de arcilla residual (3).
La geología local muestra suelos de areniscas, lutitas y calizas muy salificadas que podrían corresponder a una interdigitación con algunos horizontes del grupo Casapalca.
Tras el cálculo de las reservas de Animón se establece el requerimiento ampliar la planta de beneficio además del incremento de los precios de los metales a nivel internacional, tal como se detalla:
Tabla 2
Vetas e incremento de precios
Fuente: Compañía Minera Chungar - Mina Animón
Las reservas probadas y probables de la mina Animon son 4 850 038 TM con leyes de 0,36%Cu; 3,34%Pb; 9,66%Zn y 2,36 Ag Oz/TC.
1.4. Ambiente biológico
Flora
Se han registrado 7 especies de plantas vasculares para esta formación vegetal, donde destacan principalmente las familias Poaceae, con 3 especies (de los géneros Calamagrostis, Eragrostis y Stipa), y las Asteraceae con 2 especies (de los géneros Hypochoeris y Taraxacum) (3).
Fauna
Se registraron dentro del área de estudio un total de 14 especies silvestres de la Clase Aves. Dentro de la Clase Aves, el Orden que registró la mayor riqueza de especies
fueron Anseriformes, Ciconiformes, Caradriformes y Passeriformes (21%) cada Orden;
seguidos de los Gruiformes y Podicipediformes (8%) cada uno (3).
Especies en situación de conservación
La especie phoenicopterus chilensis (Parihuana) se encuentra en la categoría casi amenazada según el D.S. 034-2004-AG.
1.5. Ambiente socio - económico
Las comunidades campesinas son organizaciones tradicionales y estables de interés público, Constituidas por personas naturales y cuyos fines se orientan al mejor aprovechamiento de su patrimonio, para beneficio general y equitativo de los comuneros, promoviendo su desarrollo integral, se encuentra regulada por la Ley N°
24656 (3).
Características de la población
La tasa de crecimiento poblacional se ha ido incrementando considerablemente de 61% en el año 1981 hasta 114% en la actualidad
Mortalidad
La tasa de mortalidad infantil para el año 2005 fue de 19,3 muertes por mil nacidos vivos, registrando un decrecimiento del 12.5% respecto al promedio del periodo 2001 – 2004.
Migración
En el quinquenio de 1988-1993 la población inmigrante a la Región de Pasco fue de 17,055 personas, de los cuales el 39.7% son inmigrantes de la Región Junín, el 29%
1.6. Descripción de los procesos en la planta concentradora Animón
Con un capacidad de tratamiento de 4200 TMSD de la planta concentradora Animón se espera procesar mineral con las siguientes leyes
Tabla 3
Leyes del mineral a 4200 TPD
Fuente: minera Animon (4)
Donde los ratios de concentración son:
Ratio Conc. Cu: 260,73 TM / TM de concentrado Conc Cu Ratio Conc. Pb: 25,76 TM Mineral / TM concentrado de Pb Ratio Conc. Zn: 8,34 TM Mineral / TM concentrado de Zn 1.6.1 Chancado
La sección chancado es de circuito abierto con una capacidad de 200 TM/h; se realiza en dos etapas: chancado primario y chancado secundario
(4)
.Tabla 4
Listado de equipo adicional - Chancado
1.6.2 Molienda
La sección molienda opera con 2 etapas: molienda primaria y molienda secundaria. En la molienda primaria se encuentra instalado el molino de barras 9' x 12' marca COMESA que opera en circuito abierto.
La molienda secundaria está formada por un molino de bolas 8' x 10' marca COMESA donde ingresa el 60% de la descarga del nido de hidrociclones y un molino de bolas 7’x 8’ marca FIMA que trata el 40% restante de la descarga, todo en circuito cerrado
(5).
Tabla 5
Listado de equipo adicional - molienda
1.6.3 Flotación
La sección flotación cuenta con 3 circuitos:
- Circuito de flotación Bulk: plomo - cobre
En la etapa rougher y scavenger se cuenta con 01 celda RCS 30 (1060 ft3) y 06 celdas RCS 10 (355 ft3) FIMA
(5), respectivamente.
Tabla 6
Listado de equipo adicional - bulk
- Circuito de separación plomo - cobre
La separación se logra deprimiendo el plomo y flotando el Cobre. Se adiciona solución de bicromato de sodio, carboximetil celulosa de sodio (CMC) y fosfato mono sódico; para deprimir al plomo. Las espumas con mineral de cobre entran a limpiarse a un banco de 02 celdas DENVER Sp Nº 18 (18 ft3). El concentrado de la segunda celda es el concentrado final de cobre (Grado, 24% Cu), y las colas del circuito es el concentrado final de plomo (Grado, 68% Pb).
Tabla 7
Listado de equipo adicional – separación plomo - cobre
- Circuito de flotación de zinc
Las colas del circuito de flotación bulk ingresan un cajón de bombas y se adiciona: sulfato de cobre en solución (al 15%), lechada de cal, mezcla de xantato Z- 6/Z-11(3:1); y son flotadas en la etapa rougher usando espumante MIBC. La flotación rougher primaria, se lleva a cabo en un banco de 2 celdas RCS 30; la flotación rougher secundaria en un banco de 3 celdas RCS 10 y la flotación scavenger lo conforman 6 celdas RCS 10, y las colas de esta última conforman el relave propiamente dicho
(6)
. Tabla 8Listado de equipo adicional – flotación zonc
- Espesamiento y filtrado
El concentrado de plomo ingresa a un espesador de 18' x 8' y para el filtrado se tiene dos filtros de discos. En el circuito de espesamiento del zinc cuenta con 02 esperadores; el primero de 30'x 10' y el segundo 50' x 10', y el filtrado se realiza en dos filtros de discos. El concentrado de cobre no ingresa a un espesador, el concentrado final entra directo a 04 filtros de bandejas.
Tabla 9
Listado de equipo adicional - filtrado
- Relave
Actualmente el relave que se genera en la Planta concentradora Animón que procesa 4200 TMSD es aproximadamente de 3774 TMSD, el cual se bombea a través de 2 bombas HR-250 instaladas en serie hacia un nido de 4 ciclones Krebs de 10" de diámetro en la parte superior de la planta, el U/F'(60% F) es almacenado en dos silos temporalmente para ser utilizado en interior mina como relleno hidráulico de los tajos en explotación; mientras que el O/F'(40% F) se envía por gravedad a través de una tubería de polietileno de 10" de diámetro de alta densidad hacia un cajón distribuidor en la parte alta lado noroeste de la cancha de relaves Nº 3 ; éste cajón tiene un tubo de rebose de 10'' y dos descargas laterales con tubería de 6” de polietileno que alimentan a dos tanques ubicados en lo alto a los extremos del dique este de la relavera Nº 2; estos tanques con tuberías de descarga de polietileno de 4” permiten disponer controladamente el relave en el perímetro de los diques de la relavera Nº 2, El depósito de relaves N° 2 está diseñado del tipo aguas abajo alcanzando en su última etapa la cota 4604 msnm. La cancha tiene un dique de arranque de material de préstamo con
talúd de 2H:1V proyectado hasta una altura máxima de 17 m, La estabilidad está asegurada ya que se controlaron los siguientes parámetros
(5)
:Coeficiente sísmico 0,15 Condición estática 1,69 Condición seudoestática 1,23
CAPITULO II
FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
El desarrollo de este estudio, está basado en el uso de la metodología científica, que se inicia en el planteamiento del problema, seguida de la formulación de las hipótesis y variables de estudio.
2.1. Planteamiento del problema
La flotación por espuma se considera el proceso efectivo más utilizado en la ingeniería metalúrgica para la separación de minerales, en el tratamiento de aguas residuales, en la eliminación de hidrocarburos de las aguas de refinería y las arenas de playa saturadas de petróleo. Su eficiencia proviene de la capacidad selectiva de separar los materiales hidrófobos de los hidrófilos. Las superficies de las partículas se vuelven hidrófobas al agregar a la suspensión acuosa un surfactante (o reactivos como las sales de xantato) conocido como colector. El principio físico de la flotación de espuma se basa en las diferencias en la capacidad de las burbujas de aire para adherirse selectivamente a superficies minerales específicas en la suspensión de partículas/agua en una celda de flotación para crear los agregados de burbujas y partículas que se mueven a la superficie de suspensión y forma una fase de espuma estable. La eliminación de esta espuma con partículas hidrofóbicas permite una separación espacial de las partículas hidrofílicas restantes en la célula.
La flotación en columna se ha desarrollado en los últimos cuarenta años como una alternativa a la flotación convencional. Se ha utilizado principalmente en las aplicaciones de limpieza de flotación de sulfuro, donde su capacidad para lavar la espuma de la ganga arrastrada y producir un producto de mayor calidad le ha dado una clara ventaja sobre otras tecnologías.
Los beneficios de la flotación en columna se pueden resumir de la siguiente manera: Grado de concentrado mejorado de 2 a 5 por ciento, costos operativos significativamente más bajos, ahorro en inversión de capital, control superior.
2.2. Formulación del problema
2.2.1 Problema general
- ¿Qué alternativa puede ser propuesta para incrementar la ley en el concentrado de zinc a partir de un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar - Volcan Compañía Minera?
2.2.2 Problemas específicos
- ¿Qué condiciones operacionales deben de ser consideradas para optimizar esta nueva alternativa tecnológica?
- ¿Cuál es el esquema tecnológico de beneficio propuesto, para tratar un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar?
2.3. Objetivos
2.3.1 Objetivo general
2.3.2 Objetivos específicos
- Buscar las condiciones operacionales óptimas para implementar la alternativa tecnológica para tratar un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar.
- Determinar el esquema tecnológico de beneficio propuesto, para tratar un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar.
2.4. Justificación
Las razones que nos han impulsado a desarrollar este trabajo de investigación son indicadas a continuación:
Los yacimientos de minerales sulfurados polimetálicos, ubicados en la Cordillera Central de los Andes, especialmente los cercanos al nudo de Pasco, se caracterizan por su contenido de zinc, cobre y plomo fundamentalmente, como es el caso de la Unidad Minera Chungar. Para el efecto, como toda empresa, se justifica seguir investigado nuevos métodos de beneficio de permitan obtener mejores performances metalúrgicas.
Este trabajo de investigación es justificado, desde la perspectiva y considerando la existencia de abundantes yacimientos sulfurados polimetálicos en nuestro país, y debe llevar a preocupación, de todas las instituciones del estado dedicadas a la investigación minera metalúrgica para que así se puedan promover proyectos que impulsen la extracción racional y ecológicamente viables, y de las instituciones que impulsan la investigación científica y tecnológica y así desarrollar los métodos tecnológicos adecuados para extraer nuestros minerales con contenido de metales útiles a la sociedad.
Nuestro país es considerado como uno de los principales productores de concentrados de minerales y metales a nivel mundial, y es necesario estar a la van guardia en la generación de conocimientos tecnológicos y científicos en las áreas del procesamiento y extracción de nuestros minerales; recursos que deben de servir para el desarrollo social y económico de nuestras comunidades y población en general.
2.5. Hipótesis
2.5.1 Hipótesis general
Es posible mejorar orar el grado del concentrado de zinc a partir de un mineral complejo de cobre, plomo y zinc, en la Unidad Minera Chungar - Volcan Compañía Minera, empleando la tecnología de flotación columnar
2.5.2 Hipotesis específicas
- Las condiciones operacionales a controlar en la celda columnar son: velocidad de alimentación superficial, velocidad de aire superficial, velocidad de agua de lavado superficial, posición de la ducha de agua de lavado sobre la espuma superficial caudal de inclinación, profundidad de espuma, porosidad del generador de aire, ayudan a incrementar la ley de concentrado de zinc
- La integración del circuito de flotación de columna a los circuitos de flotación convencionales actuales de la planta conducirá a una incrementar el grado final de concentrado de zinc y reducción de las etapas de limpieza al mismo tiempo.
2.6. Variables
2.6.1 Variables independientes
- Parámetros operacionales de la celda columna como: diámetro de burbuja, porosidad de burbuja, retención de gas, velocidad de alimentación superficial, velocidad superficial de agua de lavado y secuencia de pretratamiento.
- Diseño y selección de la celda columna para el circuito de flotación zinc - Rediseño del esquema de flotación zinc en planta concentradora
CAPITULO III MARCO TEÓRICO
El marco teórico que se usa en este estudio es útil para establecer los fundamentos del problema de la investigación y proponer una alternativa de solución teórica para las hipótesis planteadas en esta tesis.
3.1. Antecedentes de la investigación
En la actualidad la tendencia mundial hacia una economía globalizada ha incrementado la competitividad a grandes pasos en todas las industrias. Por lo tanto forzando a las empresas a incrementar su eficiencia, a través de sus diferentes procesos de extracción; así como el desarrollo de distintas alternativas para la obtención de productos comercialmente y económicamente competitivos en el mercado. Por lo general para lograr estos objetivos se hace el uso de la flotación con el fin de mejorar el proceso de extracción de los diferentes minerales económicos Compañía Minera Chungar SAC; hace el esfuerzo con el área de laboratorio metalúrgico en hacer investigaciones de esta índole para optimizar sus procesos.
Para la elaboración de la presente tesis de investigación, se ha requerido revisar bibliografías de diferentes autores que estaban involucrado en el tema de optimización del circuito de zinc, con el propósito de adquirir información que nos permita un alcance relacionado al uso de nuevos reactivos, cambios de circuitos de flotación, que
contribuyan en la flotación de óxidos de zinc, a la vez la depresión del zinc en el circuito Bulk plomo-plata, teniendo en consideración datos reales en la planta concentradora Animón de Compañía Minera Chungar SAC.
Los antecedentes involucrados en investigaciones en temas referentes al uso de reactivos segundarios, cambios de circuitos y estudio microscópico del concentrado de plomo para minimizar la activación, se menciona las siguientes investigaciones acerca del tema de estudio.
3.1.1 Antecedentes internacionales
Velásquez (12) en su trabajo de investigación: Optimización de la recuperación de cobre en el circuito de flotación de CODELCO - El Salvador en base a la evaluación de nuevas formulaciones de reactivos de flotación. Tesis válida para optar el título profesional de Ingeniero Civil Metalúrgico, en el Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción - Chile, después de realizado el trabajo de investigación el autor manifiesta lo siguiente:
La restricción de explotación de minerales provenientes de Mina Rajo Abierto
“Campamento Antiguo” de Codelco, División Salvador, cuya ley de cobre era muy alta y recuperaciones también altas en Planta concentradora, forzó a recurrir a Mina Rajo Abierto “Quebrada M”, la cual tiene un desempeño metalúrgico menor. Esto solo extrema la preocupación obtener la rentabilidad proyectada en Codelco División Salvador. Surge también la opción de recuperar “Cu” desde escorias provenientes de la fundición Potrerillos. por lo cual, la que se analiza concienzudamente.
y comparar el rendimiento metalúrgico de los reactivos químicos en estudio, para luego pasar a una prueba a escala industrial en planta concentradora con el reactivo que mejor rendimiento haya mostrado. Las pruebas a escala industrial fueron realizadas en condiciones “ON-OFF”, es decir, la aplicación de la nueva formulación de reactivos durante un periodo determinado y la aplicación con formulación estándar en otro. Caso particular para el tratamiento de escoria, que llevó a ocupar la sección 5 de molienda y rougher. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
La mejora en recuperación de Cu a nivel de laboratorio para mineral fue de +2.5% en comparación con la prueba estándar y se obtuvo estos resultados mediante la aplicación del colector Hostafloat E-501. Otros reactivos empleados en distintas pruebas no mostraron mejoras significativas en la recuperación.
3.1.2 Antecedentes nacionales
Wilson, B (2014). Optimización de circuitos de flotación zinc mediante el uso de colectores alternativos de la Compañía Minera Volcan S.A. Planta San Expedito.
Castro (10) en su trabajo de investigación: Optimización del proceso de flotación de concentrado de zinc en la Compañía Minera Yauliyacu S.A. mediante diseños experimentales, tesis válida para optar el título profesional de Ingeniero Metalúrgico, en E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, donde, después de desarrollar el trabajo llego a las siguientes conclusiones:
Por medio de los diseños
experimentales se ha evaluado con facilidad y bajo costo los parámetros que influyen en el proceso de flotación de zinc; Y en la etapa de optimización determinamos las dosificaciones óptimas de CuSO
4produciendo un ahorro en el consumo de CuSO
4y mejoramos la calidad del
concentrado de zinc.
a) Determinamos que las variables más trascendentales en la flotación de zinc es la dosificación de CuSO4 y el control de la alcalinidad de la pulpa para que pueda flotar el zinc (pH). Los cuales corresponden a los óptimos y produce una total activación del zinc presente en la muestra que se flota y el pH adecuado será favorable para soltar las espumas y facilitar su evacuación.
b) Obtenemos una dosificación de 0.537 Kg/TM de CuSO4 y un pH de 11.54 con ello llegamos a una recuperación de 94% teóricamente obteniéndose un ahorro considerable en el consumo de CuSO4 mensual. A nivel de laboratorio con las dosificaciones optimas de CuSO4 y pH obtenemos una recuperación de 90.58% de zinc en la etapa de rougher. Y a nivel de planta concentradora con las dosificaciones de CuSO4 y pH optimizados obtenemos un concentrado de zinc de mejor calidad, cuyas leyes son las siguientes: Comparado con las leyes de un balance metalúrgico normal.
c) Al realizar la optimización en la Planta Concentradora se obtuvo la disminución del desplazamiento de plomo hacia el concentrado de zinc de 1.81% a 1.11%, de igual manera se redujo el %Zn en el relave de 0.34% a 0.25%, se disminuyó la activación de Zn en el concentrado de plomo de 8.13% a 6.26%. Con la cual se consiguió mejorar la calidad y la recuperación del concentrado de zinc.
Manzaneda (11) en su tesis magistral titulada “Aplicación de microscopia en el procesamiento de minerales por flotación”. El estudio referido a concentrado de plomo
considerando que donde hay presencia de cobres secundarios se espera encontrar sulfato de cobre natural o calcantita. También se encontró que sólo el 37% de esfaleritas se encontraban libres, el resto se encontraban en mixtos, mayormente en ensamble con galena, que al reportar grado de liberación mayor a 10, tenía el tamaño suficiente para mejorar su liberación por remolienda. Igualmente, se encontró calcopirita invadida por covelita o cobre secundario que explicaba la posible alteración a sulfato de cobre natural o calcantita que causa la activación indebida de esfalerita en la flotación de plomo.
3.2. Bases teóricas
3.2.1 Procesamiento de minerales de Cu-Pb-Zn
El proceso de separación de Cu-Pb-Zn se encuentra entre las separaciones de flotación más desafiantes principalmente porque el primer paso debe implicar la flotación en masa de los dos minerales más fácilmente flotables con estos dos minerales separados en una etapa de flotación diferencial. En este caso, como regla general porque los minerales de cobre y plomo tienden a flotar bien, estos son generalmente los minerales de flotación a granel objetivo. Por lo tanto, la práctica estándar de flotación de Cu-Pb-Zn implica una flotación inicial de un concentrado a granel de Cu-Pb seguido de dos etapas de circuito paralelo de separación de cobre-plomo y una flotación de zinc separada de las colas de flotación a granel
(5)
.Como se describe en la sección de procesamiento de mineral de plomo-zinc, sulfato de zinc y esfalerita de metabisulfuro y depresores de pirita, respectivamente, se agregan típicamente a la molienda. Luego se recupera un concentrado a granel de Cu- Pb con xantato, ditiofosfato y mezclas de reactivos de flotación. La selección del colector en el paso de flotación a granel debe considerar el impacto en la posterior etapa de separación de Cu-Pb donde un colector más fuerte puede no ser bien tolerado. En general, el mineral de plomo, típicamente galena, flota fácilmente y la selección óptima del colector para el cobre proporcionará buenas recuperaciones de plomo. En algunos casos, maximizar la recuperación de cobre a granel puede requerir el uso de colectores
de tiocarbamato junto con químicos de ditiofosfato y xantato en la flotación a granel. El zinc que informa a las colas de flotación a granel alimenta el circuito de zinc que funciona como se describió anteriormente en la sección de flotación de plomo-zinc
(7)
.El esquema de flotación utilizado en la separación diferencial de concentrado a granel de cobre y plomo depende generalmente y con frecuencia de qué mineral tiene la mayor masa en el concentrado a granel. Cualquiera que sea el mineral que constituya la masa concentrada de menor volumen se eliminará del otro mineral que se deprime por razones de selectividad de flotación. Deben tenerse en cuenta otros factores relacionados con las características específicas de procesamiento de minerales de cobre y plomo al decidir qué mineral de cobre o plomo flotará del otro, por ejemplo, la cinética relativa de flotación de minerales.
La posterior etapa de flotación por separación de Cu-Pb generalmente se realiza a pH alcalino independientemente. En la mayoría de los casos, la cal se usa como un depresor de pirita, pero algunas operaciones prefieren las cenizas de sosa porque la cal tiende a deprimir los metales preciosos. Como se describe en la descripción del proceso de plomo-zinc, en algunos casos se puede mejorar la depresión mejorada de sulfuro de hierro por aireación antes de la etapa de flotación diferencial de Cu-Pb
(7)
.Muy a menudo, los minerales de cobre flotan después de la depresión de galena.
Galena se deprime con dicromato de sodio, sulfito de sodio, polisacárido (almidón, dextrina) o incluso CMC. Las tasas de adición de estos depresores pueden ser críticas si se devuelve alguna carga de recirculación al circuito más grueso. Este paso de
de estos minerales, enfatizando que los estudios mineralógicos que se extienden para procesar la mineralogía son requisitos previos para un proceso de flotación consistente.
La flotación de tales minerales a menudo requiere pruebas intensivas para desarrollar una configuración de circuito económicamente viable. Se presta especial atención al uso de depresores, a saber, dióxido de azufre y sulfuros.
La selección de reactivos de flotación y espumantes es una consideración importante, incluso crítica. La mineralogía, la configuración del circuito y los objetivos de los pasos del proceso deben tenerse en cuenta al seleccionar los reactivos de flotación.
En la flotación de minerales de sulfuro polimetálico de cobre - plomo - zinc, las separaciones por flotación de esos valiosos minerales han sido un problema difícil debido a su entrecruzamiento finamente asociado y la flotabilidad similar de estos minerales de sulfuro.
Al ser importantes materiales metálicos básicos, el cobre, el plomo y el zinc se utilizan ampliamente en diversos campos de la industria moderna. Estos metales existen principalmente en forma de sulfuros como la calcopirita, la esfalerita, la galena, etc.
Además, los minerales de sulfuro están finamente asociados entre sí en las formas de entrecruzamiento e incrustación. Por un instante, la esfalerita generalmente contiene calcopirita en forma de gota formada al mezclar una solución sólida, y el grano de difusión de la galena es relativamente fino. Todos los factores mencionados anteriormente conducen a una liberación deficiente de minerales en el proceso de molienda, produciendo un bajo grado de concentrado con minerales valiosos mutuos existentes en concentrados en operaciones comerciales de flotación. Para resolver este problema, se han realizado trabajos experimentales relevantes sobre la optimización del proceso de separación por flotación, incluido el desarrollo de reactivos de flotación de alta eficiencia y la aplicación de la columna de flotación
(7)
.3.2.2 Proceso de flotación Flotación preferencial
Cuando existen diferencias obvias en la flotabilidad de los minerales, generalmente se adopta el proceso de flotación preferencial. Varios minerales se separan por flotación en el orden de flotabilidad de mayor a menor. En las pruebas de beneficio de un mineral de sulfuro polimetálico Cu-Pb-Zn, se adoptó el proceso de flotación preferencial secuencial por orden de cobre- plomo-zinc, y los productos, incluido el concentrado de cobre, analizaron 19.84% Cu a una recuperación de 60.25 %, concentrado de plomo analizando 72.34% Pb con recuperación de 73.04%, concentrado de zinc analizando 50.55% de Zn con recuperación de 88.46%, fue obtenido. Sin embargo, algunos casos muestran que una flotación preferencial para obtener cobre y luego una flotación bulk para obtener plomo y zinc también pueden funcionar bien. Con más detalle, la flotación bulk se puede dividir en dos pasos. El primer paso es flotar los minerales de plomo preferentemente y el segundo paso es flotar los minerales de zinc. El concentrado de ellos se juntará para producir un producto bulk. En la prueba de separación de un mineral de sulfuro polimetálico finamente diseminado, se eligió este proceso de flotación y se obtuvo un buen rendimiento, ya que el oro y la plata asociados se recuperaron efectivamente
(8).
Flotación preferencial parcial
Este proceso, a menudo utilizado en la flotación de minerales polimetálicos
el concentrado de zinc a partir de los relaves de flotación. Se adquirieron algunos mejores indicadores de proceso. Sobre la base de la mineralogía del proceso, de acuerdo con el proceso "flotación bulk de cobre y plomo - separación de cobre y plomo - flotación de zinc de relaves", se realizó una prueba de flotación a un mineral polimetálico. Se obtuvieron los productos finales con la recuperación de 73.21% Cu, 84.47% Pb y 80.80% Zn, y se mejoró la recuperación de plata asociada
(8).
Flotación bulk
En la flotación bulk, todos los minerales de sulfuro se hacen flotar primero, y luego se realiza la separación del concentrado bulk. El proceso es adecuado para lidiar con el mineral de sulfuro de baja ley, en el cual muchos minerales son finamente diseminados entre sí en forma de crecimiento y entrelazado. Un mineral de sulfuro que es difícil de seleccionar fue tratado con el proceso de flotación bulk. Antes de la separación para obtener productos individuales, el concentrado bruto a granel se transportó a un molino debido a la fina distribución de minerales. El concentrado de cobre analizó 14.48% Cu a una recuperación de 59.72%; El grado del concentrado de plomo y zinc fue más del 50% con una recuperación de más del 84%. Además de que la recuperación de Au y Ag alcanzó respectivamente 41.47% y 83.12%, se logró una recuperación efectiva de metales preciosos valiosos
(9).
3.2.3 Proceso combinado con concentración por gravedad
En un estudio de la tecnología de procesamiento de minerales para un mineral complejo de sulfuro de Cu-Pb-Zn, se encontró un simbionte complejo entre estos minerales, por lo que no se puede llevar a cabo el diagrama de flujo de flotación convencional. Como la separación no puede alcanzarse mediante el proceso de flotación simple, la técnica combinada de procesamiento y concentración de gravedad se ha elevado para recoger el plomo preferentemente por la diferencia de gravedad.
Luego, sus relaves, que contenían cobre y zinc, han sido tratados por el exceso de flotación. En la etapa de concentración por gravedad, el tamaño de partícula de
molienda se controló a -0.15 (mm) como 95% de la mesa de agitación. Los resultados experimentales mostraron que el efecto de separación fue mejor que el del proceso convencional
(8).
3.2.4 Proceso metalúrgico
A medida que el mineral de sulfuro polimetálico se está volviendo cada vez más magro, diverso y fino, a veces no se puede obtener un concentrado calificado y una mayor recuperación mediante un solo proceso de flotación. Por lo tanto, es necesario utilizar la técnica combinada de procesamiento y metalurgia para tratar el concentrado bulk mediante tostación - lixiviación o lixiviación directa (incluida la lixiviación microbiológica y la lixiviación química). De esta manera, el grado y la recuperación del concentrado pueden mejorarse aún más. El grado de cobre en el concentrado a granel de Cu-Pb es bajo, seleccionado por el proceso de flotación preferencial. La calidad del producto no está calificada, que también contiene zinc y plata de alto grado. En vista de este problema, se realizó una prueba sobre la recuperación integral del concentrado a granel de Cu-Pb mediante lixiviación a presión de oxígeno. En la primera etapa, la tasa de lixiviación de cobre y zinc, en condiciones óptimas, fue tan alta como 98.89% y 94.92%, respectivamente. Y el plomo y la plata permanecieron en un residuo de lixiviación. Después de la lixiviación ácida en la segunda etapa, la tasa de lixiviación de plomo y plata se alcanzó 94% y 93%, respectivamente.
Proceso de flotación por regulación de potencial de la pulpa
El proceso de flotación por regulación del potencial de la pulpa, de acuerdo con
analizaron 23.68% Cu y concentrados de plomo que analizaron 51% Pb respectivamente. El concentrado de zinc que analiza el 52% de Zn se obtuvo de los relaves activados por CuSO4. Se realizó una prueba de flotación en un mineral de plomo-zinc refractario. Se descubrió que el sulfuro de zinc y la pirita se controlaban efectivamente sin cianuro de sodio ajustando el pH de la pulpa con CaO cuando el valor de pH era 12 (aproximadamente -120 mV). Bajo la condición de obtener un grado de concentrado similar, la recuperación de Pb y Zn fue 9.08% y 6.66% mayor que la del uso de cianuro, respectivamente.
Separación del concentrado bulk
Los minerales en el concentrado bulk a menudo están finamente asociados entre sí, lo que no conduce a la disociación del monómero. La activación del ion metálico aparecerá en el proceso de molienda y en la pulpa, lo que generará una flotabilidad más similar y aumentará la dificultad para separar el concentrado en masa. Además, siempre hay algunos agentes residuales del proceso de flotación anterior en el concentrado a granel. El proceso de separación será interferido con una mala descontaminación.
Eliminación de reactivo del concentrado bulk
Hay agentes residuales en el concentrado bulk todo el tiempo, y el efecto de separación mejorará significativamente con la eliminación de estos agentes. A continuación se muestran varios métodos de descontaminación comúnmente utilizados en muchas plantas de concentración: a) Después de deshidratar el concentrado bulk para eliminar la mayoría de los agentes, el producto en el fondo se tratará con una flotación agregando agua; b) Para devolver los productos deshidratados a un molino, las superficies más frescas se exponen al lavar; c) Agregar carbón activado a la pulpa para adsorber los agentes residuales; d) Agregar Na2S para eliminar la película colectora en la superficie del mineral y luego deshidratar el concentrado.
Antes de la transformación técnica, se trató un concentrado a granel de Cu-Pb para eliminar los agentes residuales utilizando carbón activado individualmente. El carbón activado en polvo es fácil de tapar la válvula de control, lo que resulta en fluctuaciones en la cantidad de carbón activado. Como la dosis de carbón activado es excesiva, una parte del cobre flotará lentamente e incluso fluirá hacia el concentrado de plomo. Si bien los agentes residuales no se pueden eliminar por completo con menos, y el contenido de cobre en el concentrado de plomo aumentará. Se implementó una optimización técnica mediante el uso de "deshidratación concentrada + carbón activado"
para descontaminar los agentes residuales, mejorando en gran medida el efecto de separación del concentrado a granel de Cu-Pb.
Separación de concentrado bulk de cobre y plomo.
La presencia principal de cobre y plomo en el sulfuro polimetálico es la calcopirita y la galena, respectivamente. En la producción real, el concentrado a granel de cobre y plomo generalmente se enriquece y luego se separa debido a la flotabilidad similar. Hay dos métodos de separación de Cu-Pb, restringiendo Pb para obtener Cu o en contraste.
En el pasado, el cianuro se había utilizado como depresor del cobre, sin embargo, debido a su toxicidad y falta de agentes alternativos, la forma de restringir el Pb para obtener Cu ha sido ampliamente utilizada.
Los depresores combinados de “K2Cr2O4 + CMC + Z-200” se usaron para tratar un concentrado de plomo-zinc del plomo para obtener cobre. Como el concentrado a granel contenía 50.8% de Pb y 3.2% de Cu, el concentrado de plomo contenía 6.58%
La forma de deprimir el zinc para colectar plomo casi se usa para la separación de Pb-Zn, que incluye principalmente el uso de ZnSO4, H2SO3 y cianuro. Debido a la toxicidad, el cianuro se ha eliminado gradualmente, y los dos primeros agentes a menudo se usan con sulfito y Na2CO3, porque el efecto no es tan bueno como se usa solo. Un mineral crudo polimetálico de plomo-zinc de Myanmar contenía 3.97% de Pb y 3.37% de Zn, en el cual el contenido de óxido de plomo alcanzó más del 50%. Para el mineral, se realizó una prueba para encontrar los agentes óptimos y la dosis óptima.
Luego se determinó el tioato de etiltio utilizado como colector de sulfuro de plomo y los depresores combinados de "ZnSO4 + Na2SO3 + Na2S". Finalmente, se obtuvieron los productos que incluían concentrado de plomo que ensayaba 55.43% de Pb a la recuperación del 50.00% y concentrado de zinc que analizaba 56.95% de Zn a la recuperación del 83.20%.
La combinación de GZT (los compuestos orgánicos de tipo tanino) y cianuro se usó para la separación de plomo-zinc, y se obtuvo un concentrado de plomo de alto grado. Si bien se redujo la cantidad de agentes tóxicos, la recuperación de plomo aumentó en un 10.22% con respecto al uso de cianuro.
Separación de concentrado a granel de cobre y zinc
La esfalerita es la principal presencia de minerales de zinc, siempre finamente diseminados con sulfuro de cobre en el mineral de sulfuro polimetálico. Es difícil separar el cobre y el plomo, debido a la presencia de impurezas nocivas (como arsenopirita, etc.) y la flotabilidad similar con sulfuro de cobre. Lo cual generalmente es activado por Cu2+ libre en el proceso de molienda y flotación. Un mineral contenía bajo contenido de cobre y alto contenido de zinc, en el cual el tamaño mineral particulado del cobre era fino, principalmente en forma de gotas incluidas en la esfalerita. Además, había mucha arsenopirita en el mineral. En el proceso de tratamiento del mineral, Z-200 se usó para flotar el cobre y los depresores combinados de "CaO + ZnSO4 + Na2SO3" se usaron para inhibir el zinc y el azufre [. Además, la combinación de "CaO + y-As" se añadió a
los relaves como depresores de azufre y arsenopirita, con el butil xantato utilizado como un colector de zinc. El concentrado de cobre final analizó 20.96% Cu a la recuperación de 75.20%, y el concentrado de zinc analizó 48.36% de Zn a la recuperación de 92.86%.
En ambos concentrados, el contenido de As fue inferior al 0.45%.
Separación de concentrado a granel de pirita de zinc
Para la consideración del proceso simple y el bajo costo de los agentes, el CaO se usó generalmente para ajustar el pH de la pulpa, para deprimir la pirita en la separación del sulfuro de zinc y la pirita. Se encontraron algunas deficiencias en este método, por ejemplo, los equipos y las tuberías eran fáciles de escalar, y el concentrado de pirita es difícil de filtrar debido a las grandes cantidades de CaO. En una pequeña prueba de circuito cerrado y posterior prueba de producción industrial, se agregó un nuevo depresor de tioglicolato de sodio para deprimir efectivamente la pirita, mientras se ajusta la pulpa de alta alcalinidad con cal, por lo que se mejoró el grado y la recuperación del concentrado de zinc.
El Proceso de flotación en columnas
Básicamente, el proceso de flotación se implementa mediante diferencias en las propiedades químicas de la superficie de las partículas (hidrofobicidad de las especies de partículas). Es un método altamente versátil para la separación física de partículas.
El proceso de flotación de espuma se utiliza en muchos casos industriales para la separación, como el destintado de papel usado para el reciclaje de papel, la separación
proceso de flotación se extendió rápidamente por todo el mundo y se mantuvo como un proceso esencial en el beneficio de los minerales.
Una explicación simple de la flotación es que no es energéticamente favorable que las partículas hidrofóbicas residan completamente dentro del líquido. Dada la posibilidad, las partículas hidrofóbicas se unirán a las burbujas de aire, mientras que las partículas hidrofílicas no se unirán a las burbujas de aire y caerán en la columna a la descarga de material no flotante. Hoy en día, la columna de flotación se ha vuelto muy popular en diferentes áreas de beneficio mineral industrial. Menos atrapamiento de partículas de ganga en la fracción flotante, especialmente para el procesamiento de partículas finas, menor consumo de energía, mayor capacidad relacionada con el campo de tierra necesario y menor requerimiento de capital son las ventajas más importantes en las plantas de procesamiento industrial.
Aunque la columna de flotación es capaz de producir mejores grados que las celdas mecánicas convencionales, esta máquina es un reactor industrial que aún no se ha entendido completamente. La superioridad de la columna se atribuye principalmente al régimen de burbujeo y a la presencia de una zona de limpieza profunda (espuma).
Las columnas de flotación funcionan con el mismo principio básico que el equipo de flotación mecánica: la separación de minerales se lleva a cabo en una suspensión de minerales de agua agitada y/o aireada, donde las superficies de los minerales seleccionados se vuelven repelentes al agua mediante acondicionamiento con reactivos selectivos. Las partículas que se unen a la burbuja de aire flotan en la superficie de la celda mientras las partículas húmedas permanecen en la fase de suspensión y se descargan desde el fondo de la celda. Sin embargo, no existe un mecanismo mecánico que provoque agitación y la separación tiene lugar en un recipiente de alta relación de aspecto. El aire se introduce en la celda a través de burbujeadores creando un flujo a contracorriente de burbujas de aire. Este tipo de celdas de flotación, la flotación en columna, ofrece muchas ventajas que incluyen:
• Mejora del rendimiento metalúrgico
• Posibilidad de beneficio de partículas finas y gruesas.
• Alta selectividad
• Control de proceso simple
• Proceso efectivo de lodos pesados
• Ausencia de partes móviles.
• Menor consumo de energía.
• Menor requerimiento de capital
• Menos terreno requerido
El aumento en el tamaño de las unidades de flotación simple fue el desarrollo principal en la evolución de la maquinaria de flotación. Por ejemplo, las máquinas grandes en 1950 tenían una capacidad de 1.35 m³ mientras que, en 1989, el volumen de la máquina grande era de 85 m³. Estos avances llevan a la industria minera a procesar minerales de menor ley debido a los menores costos operativos.
El proceso de flotación se inventó a principios de 1900. En general, las máquinas de flotación se clasifican en dos tipos; Máquinas mecánicas y neumáticas.
3.2.5 Maquinas mecánicas
Los dispositivos de flotación mecánica son los más utilizados en la industria de procesamiento de minerales. En este tipo de máquinas, la turbulencia del entorno de flotación se proporciona a través de piezas mecánicas como el impulsor, el motor y un embrague.
A mediados de la década de 1960, la máquina de flotación más grande ofrecida por Denver tenía 2,8 m³, Wemco 1,7 m³ y Galigher 1,1 m³ de volumen. Las celdas de
Denver, Galigher y Wemco se desarrollan para células de 340 m³, 42,5 m³ y 85 m³, respectivamente.
Instalación de máquinas mecánicas
Hay muchos parámetros de diseño influenciados. El primer parámetro de diseño es la geometría del tanque. La geometría de la celda puede ser cuadrada, rectangular, circular o en forma de U. Otro parámetro efectivo en el diseño de máquinas de flotación es la geometría del impulsor. Las principales diferencias son el tamaño, la forma y la cantidad de palas del rotor y del estator. El diseño del rotor y el estator tiene una profunda influencia en el consumo de energía del dispositivo. La relación de flujo a cizallamiento también está determinada por la velocidad de rotación del impulsor. Este parámetro es una función de la velocidad de rotación y el diámetro del impulsor. Esta relación disminuye cuando la celda se hace más grande, lo cual es una ventaja. En el caso, los deflectores no están diseñados correctamente, la alta agitación interrumpe la espuma. Además, el rendimiento, que se define como la masa de sólido seco en un tiempo definido por metro cúbico del volumen de la celda, tiene un profundo efecto en el diseño de la maquinaria. El mayor rendimiento con un consumo de energía constante se refiere a la menor potencia específica. Una de las ventajas más importantes de las celdas de flotación más grandes es la reducción sustancial de los requisitos de potencia específicos (11).
Tipos de celdas
Posteriormente, Galigher desarrolló una máquina de flotación con un volumen de 6 m³, sin embargo, originalmente ofrecían celdas de 1.1 m³. Hoy en día, la máquina Galigher Agitair ya no está en el mercado.
WEMCO es uno de los mayores proveedores de máquinas de flotación y fabricante de Agitair. El impulsor es un rotor multicuchillas con un estator cilíndrico (11)..
Figura 2
Máquina de flotación WEMCO
El mecanismo OK y el tanque en forma de U son las dos características de la máquina de flotación Outokumpu "OK". El tubo en forma de U se utiliza para proporcionar una mejor suspensión y dispersión de aire que conduce a un menor consumo de energía. Como se ha mostrado en la figura, el impulsor tiene palas o cuchillas verticales, más estrechas en la parte inferior y ranuras separadas para el aire y la pulpa (11)..
Figura 3
Mecanismo de flotación Outokumpu "OK
"El diseño original de Denver es una máquina de celda a celda. En esta generación de celdas, el aire es autoinducido, extraído de la atmósfera a través del sistema impulsor.
Figura 4
Máquina Denver D-R
El objetivo de Sala era minimizar la circulación vertical. Por lo general, el impulsor es de gran diámetro en comparación con el tamaño del tanque para evitar un asentamiento sólido (11)..
Figura 5
Vista recortada de la máquina de flotación Sala
En el tipo de celda Maxwell, la agitación es proporcionada por un impulsor de turbina de flujo radial, que está conectado por un burbujeador directamente al impulsor.
Algunas de las ventajas de Maxwell son; baja tasa de uso de aire, costo de capital y consumo de energía específico (11)..
Máquinas neumáticas a)Celdas neumáticas
En las máquinas neumáticas, la agitación se lleva a cabo, en ausencia de piezas mecánicas y del impulsor, mediante un sistema de aireación en la suspensión, que conduce a menores costos de mantenimiento. Las máquinas neumáticas ya no están en uso. La capacidad de volumen de esta celda es alta para material flotante fácil en comparación con los otros tipos de máquinas. Por lo tanto, el consumo de energía de este tipo de máquina de flotación es bajo por tonelada de mineral procesado.
b)Flotación de columna
El segundo grupo de máquinas de flotación neumática es la flotación en columna.
Este tipo de célula de flotación fue desarrollada por Boutine en 1960, era una alteración de las células de flotación convencionales. Algunas de las ventajas son; menor consumo de energía, menor área de instalación, mayor capacidad y menores costos de operación.
Típicamente, hay una capa de espuma profunda en una columna de flotación, mientras que las máquinas de flotación convencionales generalmente soportan muy poca espuma. Las siguientes figuras ilustran una representación esquemática de una celda de flotación de columna.
Figura 6
Columna de fl
otación industrial de MetsoFigura 7
Un diagrama esquemático de la celda de flotación de columna
En la figura anterior, en la zona de colección, las partículas hidrofóbicas tienen la oportunidad de unirse a las burbujas y son transportadas por la columna hacia la capa de espuma, que se conoce como la zona de limpieza. Las partículas hidrofílicas, que se supone que no se adhieren a las burbujas, pero que quedan atrapadas entre las partículas hidrofóbicas, se lavarían en la zona de limpieza mediante agua de lavado y se rechazarían en la suspensión.
La flotación de columna fue inventada por Boutine en 1960. Las celdas de columna de flotación se utilizan en diversas aplicaciones. Sin embargo, el objetivo principal de la celda de la columna es la mejora del grado de concentrado final a un nivel que no sería posible utilizando la flotación convencional [6]. En muchos casos, el uso de
la flotación en columna permite que un concentrado logre una separación más cercana a la perfección que cualquier otro tipo de dispositivo de flotación por espuma.
La verdadera ventaja de la columna viene en forma de rentabilidad. Las columnas permiten que las plantas de beneficio mineral logren mayores ganancias de su concentrado al purificar el concentrado, reducir los costos de envío, disminuir la huella de la planta y reducir las penalizaciones por fundición. Los bajos costos de operación y mantenimiento debido a la ausencia de partes móviles mecánicas son otras ventajas de la columna de flotación
(12).
.3.3. Análisis del proceso propuesto
La flotación es un proceso de separación selectiva que se usa ampliamente para la concentración de minerales complejos Pb-Cu-Zn de bajo grado. Las columnas de flotación, que se han utilizado desde la década de 1960 en Canadá para el tratamiento de partículas minerales finas, se consideran uno de los logros más importantes en el campo del procesamiento de minerales en las últimas décadas. Además, tiene un tiempo de retención más prolongado de las partículas sólidas y el flujo a contracorriente y el patrón de contacto, y el agua de lavado se agrega en la parte superior de la espuma (Somasundaran 1986; Kawatra y Eisele 1987; Finch y Dobby 1990) citado por Aguilar (13) Trabajos anteriores han demostrado que la flotación en columna dio una mejor separación que una flotación de tipo celular convencional, particularmente para tamaños finos (Kho y Sohn 1989; Hacifazlioglu y Sutcu 2007) (13).
En 1981, Column Flotation Company de Canadá instaló la primera columna de
recuperaciones más altas en comparación con la celda convencional agitada mecánicamente. Proporciona mayor concentración, más productividad, menos costo de producción y mejor control de la planta (13). Para obtener los mejores resultados, los parámetros de operación deben optimizarse. La integración de las columnas de flotación en los circuitos de flotación existentes de las celdas mecánicas convencionales se está volviendo cada vez más común en la industria.
Las características y ventajas de la flotación en columna sobre la flotación convencional fueron enfatizadas para varios minerales como el grafito (Narasimhan 1972), molibdeno (Mathieu 1972), cromita (Mckay, Foot y Huiatt 1986), cobre (Clingan y McGregor 1987), calcita ( Mavros et al. 1990), hierro (Eisele y Kawatra 2007), fosfato (El-Shall, Abdel-Khalek y El-Mofty 2003; Oliveira et al. 2007), oro (Valderrama y Rubio 2008), fluorita (Raju y Prabhakar 2000) y carbón (Dalahmetoglu y Kemal 1996; Shukla, Kundu y Mukherjee 2010). Además, Guney y Onal (1990) han concentrado los relaves de cromita analizando 21% de Cr2O3 por flotación en columna con un concentrado que tiene 48.73% de Cr2O3 y una recuperación del 71.6%. Los resultados a escala de la planta en Polaris y los estudios de la planta piloto en Sullivian, Pine Point y Red Dog en Canadá mostraron que la flotación en columna tiene ventajas significativas sobre la flotación mecánica convencional para la limpieza de plomo y zinc (Wills 1988). El beneficio de la silimanita se investigó instalando la columna de flotación en el circuito de flotación del Complejo Orissa Sands, Indian Rare Earths Limited, Chatrapur, Orissa. Los resultados muestran que se puede obtener un concentrado que analiza 96% de silimanita con una recuperación del 90% en una etapa de flotación de columna única (16).
Este trabajo presenta la optimización de los parámetros operativos de la columna para la flotación selectiva de esfalerita a partir de minerales complejos de Pb-Cu-Zn. El objetivo de esta investigación es maximizar el grado final de la planta probando la flotación de la columna para el mineral de zinc en una etapa de limpieza agotamiento a
escala de laboratorio y también para revelar la superioridad de la flotación de la columna sobre la flotación mecánica convencional.
CAPITULO IV
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN
Considerando como problema la optimización de la recuperación y mejora de grado de los concentrados de zinc a partir de una mena sulfurada compleja, conociendo sus objetivos, justificaciones e hipótesis; planteamos la parte experimental de este trabajo de investigación para el efecto partimos de la identificación de nuestro material a ser estudiado, que en este caso es un mineral de cabeza sulfurado complejo de cobre, plomo y zinc. En primer lugar, establecemos la forma de llevar a cabo las pruebas de flotación y el equipo a ser empleado, se estructura el diseño del diagrama de flujo experimental con las condiciones y parámetros operacionales a ser analizados.
Desarrolladas las pruebas de acuerdo al establecimiento de los efectos a estudiar, se realiza la discusión de los resultados, para llegar a las conclusiones finales.
4.1. Metodología de la investigación
El mineral muestreado es cuarteado y sometido a trituración y molienda, la pulpa producida es previamente acondicionada, luego de acuerdo al diseño experimental es alimentado a las columnas de flotación, con las condiciones experimentales determinadas, los concentrados son filtrados y secados para ser pesados y analizados posteriormente.
4.2. Materiales y equipos
Materiales
El mineral complejo de plomo – zinc – cobre, de la Unidad Minera Chungar de propiedad de Volcan Compañía Minera, será empleado como muestra para el desarrollo de las pruebas experimentales.
Los reactivos propuestos son:
- Xantato amílico de potasio (KAX) - Sulfato de cobre (CuSO4)
- Aerofloat 211 - 2- etil hexanol - Agua de grifo
Equipos
Los equipos a emplear en laboratorio son los estándares para la preparación de muestras, desde los cuarteadores, trituración, clasificación, molienda, el equipo de flotación es una columna de plexiglás transparente, tanque agitador, bomba peristáltica, filtro de concentrados, secador de bandeja entre los principales.
4.3. Procedimiento experimental
En este estudio, el concentrado de zinc del circuito de flotación selectiva de la planta concentradora de la Unidad Minera Chungar, que tra
