Universidad de Concepcin

Facultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Metalrgica

Sergio Castro - Juan Antonio Garca

Rodrigo G. Ruiz Rivera

Ingenieria Civil Metalurgia
II semestre 2003

NDICE
I Fundamentos fisicoqumicos del proceso de flotacin
I.1 Introduccin
I.2 Fisicoqumica de superficies
I.2.1 Tensin superficial
I.2.2 Fuerza intermolecular y enlaces comunes
I.2.3 Adhesin partcula - burbuja
I.3 Termodinmica de adhesin partcula - burbuja
I.3.1 Balance de energa libre superficial
I.3.2 Termodinmica de interfases. ngulo de contacto
I.3.3 Hidrofobizacin inducida por el colector
I.3.4 Teora de Derjaguin
I.3.5 Ecuacin de Fowkes
I.3.6 Trabajo de adhesin y cohesin
I.3.6.1 Adhesin e hidrofobicidad
I.3.6.2 Datos de Wa, Wc en lquidos
I.3.7 Hidrofobizacin inducida por el colector
I.3.8 Relacin entre ngulo de contacto y recuperacin en flotacin
I.3.9 Adsorcin
I.3.9.1 Adsorcin del espumante
I.3.9.2 Ecuacin de isoterma de adsorcin de Gibbs
I.3.10 Tensin superficial dinmica
I.3.11 Efecto conjunto colector - espumante
I.3.12 Revisin de reactivos colectores
I.3.13 Cintica de la flotacin
I.3.14 Velocidad de flotacin
I.3.14.1 Modelo de 1er orden de Garca - Zuiga
I.3.14.2 Modelo de Klimpell
I.3.14.3 Interpretacin de K
I.3.14.4 Probabilidad de flotacin
I.3.14.5 Probabilidad de colisin
I.3.14.6 Probabilidad de adhesin
I.3.14.7 Probabilidad de desadhesin
I.3.15 Teora de flotacin de xidos
I.3.15.1 Teora de accin de los colectores
I.3.15.2 La doble capa elctrica en los xidos minerales
I.3.15.3 adsorcin sobre interfases cargadas
I.3.15.4 Mecanismo de accin de los tensoactivos
I.3.15.5 Descripcin de las superficies minerales
I.3.16 Teora de flotacin de los sulfuros
I.3.16.1 Introduccin
I.3.16.2 Teora electroqumica
I.3.16.3 Tcnicas electroqumicas experimentales

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II. Flotacin de minerales sulfurados

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II.1 Reaccin redox X/X2

II.2 Modulacin de flotacin
II.3 Flotacin selectiva
II.4 Modificacin de propiedades superficiales del mineral sulfurado
II.5 Influencia de la temperatura
II.6 Descomposicin qumica del recubrimiento del colector
II.7 Implicaciones tecnolgicas
II.8 Flotacin selectiva
II.8.1 Minerales sulfurados de Cu - Fe - Mo - Zn - Pb
II.9 Tratamiento de polimetlicos
II.10 Accin de reactivos de flotacin
II.10.1 Reguladores
II 10.2 Activadores
II.10.3 Ejemplo de depresores
II.10.4 Efecto depresor de los cianuros
II.10.5 Modificadores de pH
II.11 Ejemplo de esquema de flotacin
II.11.1 Ejemplo 1
II.11.2 Respuesta de algunas especies
II.12.1 Calcopirita
II.12.2 Respuesta de la esfalerita
II.11.3 Ejemplo 2
II.11.4 Ejemplo 3

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III Operacin de circuitos de flotacin

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III.1 Tipos de circuitos

III.2 ndices metalrgicos
III.3 Operacin batch de celda unitaria
III.4 Operaciones unitarias
III.5 Ejemplos de circuitos de flotacin
III.6 Otras alternativas
III.7 Operacin de circuito de flotacin
III.7.1 Introduccin
III.7.2 Mquinas de flotacin
III.7.3 Circuitos
III.7.4 Diagnstico de plantas de flotacin
III.7.4.1 Revisin de un caso
III.7.4.2 Efecto del tonelaje sobre la recuperacin circuito rougher
III.7.5 Cintica de flotacin de planta
III.7.6 Otra planta (circuito rougher)
III.7.7 Mejoramiento de circuitos de flotacin
III.8 Clculo de un circuito de flotacin
III.8.1 Circuito rougher
III.8.2 Frmulas para clculo de circuitos de flotacin
III.8.3 Uso de tablas Denver

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106

III.9 Datos comparativos por tamao de celdas y capacidades de planta

III.10 Ejemplo de un proceso de flotacin
III.10.1 Planta de molibdeno
III.10.2 Planta de cobre porfrico
III.11 Mquinas de flotacin
III.12 Etapas en el diseo de circuitos de flotacin
III.13 Algunos criterios de seleccin de celdas de flotacin
III.13.1 Ventajas de las celdas de gran volumen
III.13.2 Ventajas de celdas de pequeo de volumen
III.14 Tiempo de residencia ptimo
III.15 Flotacin convencional
III.15.1 Caractersticas principales de celdas de flotacin
III.16 Flotacin en columna
III.16.1 Introduccin
III.16.2 Definiciones bsicas
III.16.3 Aplicaciones de columnas a cobre y molibdeno
III.16.4 Tipos de columnas de flotacin
III.16.5 Metodologa del diseo correcto de columnas de flotacin

IV. Metodologa de ensayos de flotacin

IV.1 Etapas de la investigacin en un proceso de flotacin
IV.2 Seleccin de muestras para ensayos
IV.2.1 Muestra
IV.2.2 Utilidad de los datos obtenidos
IV.2.3 Cantidad de muestras
IV.2.4 Control de los ensayos de flotacin
IV.2.4.1 Informacin a recolectar
IV.2.4.2 Obs. tiles al obtener la muestra del contenedor
IV.2.5 Planificacin de los ensayos de flotacin
IV.2.6 Ejecucin de los ensayos de laboratorio
IV.2.7 Evaluacin correcta de los resultados de los ensayos
IV.3 Metodologa de ensayos de flotacin
IV.3.1 Objetivos de los ensayos de flotacin
IV.3.2 Esquema metodolgico
IV.4 Diagramas de flujo de procesos de flotacin
IV.5 Principales variables de la flotacin
IV.5.1 Propiedades dependientes de la mena
IV.5.2 Caractersticas de los reactivos de flotacin
IV.5.3 Caractersticas relativas de la celda de flotacin
IV.5.4 Etapas y variables principales de la flotacin
IV.6 Aspectos prcticos
IV.6.1 Muestreo
IV.6.2 Anlisis Qumico
IV.6.3 Anlisis mineralgico
IV.7 Tipos de ensayos de flotacin
IV.7.1 Tcnicas de pequea escala

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IV.7.2 Ensayos batch de una sola variable a la vez

IV.7.3 Ensayos de ciclos cerrados
IV.8 Ensayos de flotacin en planta piloto
IV.8.1 Introduccin
IV.8.2 Justificacin de los ensayos en planta piloto
IV.8.3 Ventajas y desventajas de los ensayos de planta piloto
IV.8.4 Aplicacin de planta piloto a la investigacin en flotacin
IV.8.5 Tipos de planta piloto
IV.8.6 Factores de escala
IV.8.7 Diseo de plantas piloto de flotacin
IV.8.8 Operaciones de plantas piloto de flotacin
IV.8.9 Ubicacin de planta piloto
IV.8.10 Objetivos de los ensayos piloto de flotacin
IV.9 Control de factores del ensayo de flotacin
IV.9.1 Muestreo
IV.9.2 Edad y alteracin
IV.9.3 Remocin de espuma
IV.9.4 Molienda de la muestra
IV.9.5 Regulacin del pH
IV.9.6 Calidad del agua
IV.9.7 Temperatura
IV.9.8 Densidad de la pulpa
IV.9.9. Veloc. aireacin, agitacin, tamaos de partculas y burbujas
IV.10 Desarrollo de modelos y optimizacin
IV.10.1 Modelos cinticos
IV.10.1.1 Ensayos Batch
IV.10.1.2 Modelo cintico de planta piloto
IV.10.2 Modelos factoriales
IV.10.3 Scaling - up
IV.10.4 Simulacin de circuitos de flotacin
IV.11 Comparacin de celdas de flotacin
IV.11.1 Criterios
IV.11.2 Factores influyentes en el diseo de circuitos de flotacin
IV.12 Instrumentacin y control de procesos de flotacin
IV.12.1 Introduccin
IV.12.2 Instrumentos de flotacin
IV.13 La flotacin en la metalurgia del oro
IV.13.1 Introduccin
IV.13.2 Flotacin de sulfuros y metales preciosos
IV.14 Diagramas de flujo de flotacin
IV.14.1 Descripcin del diagrama de flujo
IV.14.2 Detalle de equipamientos
IV.14.3 Circuitos de flotacin

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CAPTULO I
FUNDAMENTOS
FISICOQUMICOS
DEL PROCESO DE FLOTACIN
I.1 Introduccin.

La flotacin es un proceso fisicoqumico, cuyo objetivo es la separacin de

especies minerales, a travs del uso de la adhesin selectiva de burbujas de aire a
partculas minerales.

s-g

Colisin
B

aire

Adhesin = f (hidrofobicidad)

H 2O
No adhesin

Colisin

s-l
B: burbuja; P: partcula
s - g: slido - gas; s - l: slido - lquido
Figura 1: Esquema adhesin selectiva

Concentrado

Hidrofbicas
Hidroflicas
Figura 2: Esquema de celda de flotacin

Burbuja de aire

(pequea)

Partcula
(Suspensin mineral)

Superficie del lquido

Partculas finas

: tensin de adhesin
Figura 3: Esquema bsico del proceso de flotacin.

Los principios bsicos, en que se basa el proceso de flotacin son:

1. Mineral hidrofbico, repele y desplaza agua de la superficie de sus partculas. Esto
permite la accin de las burbujas de aire que se unen a la partcula.
2. Las burbujas de aire pueden mantener las partculas en la superficie, si se forma una
espuma estable.
Para cumplir esos principios bsicos, se usan reactivos qumicos. Estos agentes
de flotacin son los llamados colectores, activadores, depresores y modificadores. Sus
acciones principales son:
1. Hacen la superficie del mineral repelente al agua (flotado).
2. Previene o evitan que otros minerales se hagan repelentes al agua.
3. Forman una espuma razonablemente estable.
Slo las partculas minerales hibrofbicas se adhieren a las burbujas, en tanto
que las hidroflicas no se adhieren (ganga).
Existen especies con hidrofobicidad nativa, inherente o natural. Por ejemplo,
talco, azufre, grafito, molibdenita.
El resto de las especies son hidroflicas, por lo que no son seleccionables
mediante una corriente de burbujas.
Hidrofobizacin Inducida:
La accin de los reactivos colectores, modifica las propiedades superficiales.
Se genera una transicin selectiva, inducida por colectores.
Hidroflica Hidrofbica
Es posible flotar minerales muy variados, incluso sales.
Si se dispone de los reactivos qumicos adecuados, se puede separar casi todas
las especies minerales.

Estudio de la afinidad de fases.

Superficie hidrfoba es afn con una fase gaseosa (burbuja).
Superficie hidroflica no es afn con una fase gaseosa (burbuja).

I.2 Fisicoqumica de Superficies.

I.2.1 Tensin Superficial.
La propiedad que controla la adhesin entre partcula y burbuja, es la energa
libre superficial.
La adhesin ocurre en agua, donde las partculas forman una pulpa mineral, y
donde se generan las burbujas de aire. Se establece un sistema trifsico, slido (mineral) lquido (agua) - gas (aire). Si se supone un sistema formado por dos fases, se establece una
interfaz (plano de separacin fsica entre dos fases), que puede ser:
f1
f2
Lquido - gas, slido - lquido, slido - gas o lquido - lquido.
La propiedad ms importante de la interfaz es la Energa Libre Interfacial, GS,
las propiedades de la interfaz son distintas a las propiedades de cada fase. Interesa
considerar las propiedades de la primera.
###

###
###
Gs = G
+G

###

Se puede derivar la ecuacin fundamental de la qumica de superficie, a travs

de las siguientes expresiones de la Termodinmica:

dG

dA T,P ,n

donde es la tensin superficial.

d G S d T V d P i d n i
d G S d T V d P i d n i
dG S S S dT

d A iS d n iS

dG dG dG dG S

 SdA

E l t r a b a jo d e e x te n s i n d e la in te r fa s e = re a , e s

d G S d T V d P i d n i S d T V d P i d n i S S d T S d A iS d n iS

d G S S S S d T V V d P i d n i i d n i iS d n iS S d A
E n to n c e s , d G d A

(T , P , n = c o n s ta n te s ) . D e a h q u e r e s u lta q u e :

dG
= propiedad termodinmica

dA T, P , n
es la Tensin Superficial, y es numricamente igual a la energa libre
superficial, si el rea es unitaria. No obstante, dimensionalmente son diferentes:
: dinas/cm
2
G: ergios/cm
se mide experimentalmente para interfase lquido - gas.
No se puede medir sol-liq y sol-gas.
La tensin superficial es una fuerza perpendicular al plano y dirigida al interior de
la fase. Se produce por el desbalance de fuerzas al interactuar una molcula con todos sus
vecinos.

Situacin a.

Situacin b.

Figura 4: Tensin superficial

La fuerza descompensada que origina es proporcional a las fuerzas

intermoleculares que existen en una fase.
No todos los lquidos tienen la misma tensin superficial. Aquellos que tienen
fuerzas intermoleculares mayores, tienen mayores .

Al acercar las molculas

aparecen las fuerzas de atraccin

Diferentes energas
de enlace

Energa de
Enlace

Pozo de energa
(distancia enlace)

Figura 5: Energa de enlace - distancia

Diferentes Energas de Enlace: pozo energtico mayor tiene mayor interaccin
(mayor energa de enlace), que da diferencias (mayores) en energa o tensin superficial.

Ejemplo:
Sustancia
Helio (licuado)
N2 (licuado)
n - hexano (licuado)
Agua
Lq. Orgnicos
Hg
Na (sal fundida)
Ag
Ti

dina/cm2
0.365
9.4
18.4
72.8
20 - 30
484
198
879
1588

Temperatura
1 K
75 K
20 C
20 C
20 C
20 C
130 C
1100 C
1680 C

Tabla 1: Tensin superficial de diferentes compuestos.

Los gases se transforman en lquidos y as se mide su . El agua es un lquido de
alta , o sea con alta energa libre superficial. El mercurio es un lquido de mayor
(naturaleza del metal).

I.2.2 Fuerza intermolecular y enlaces comunes.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Fuerzas de Van der Waals (Dispersin de London), fuerzas dbiles de atraccin.

Interacciones Dipolo Inducido - Dipolo Inducido.
Interacciones Dipolo - Dipolo
Enlace Hidrofbico, interaccin entre cadena hidrocarbonada de caractersticas
hidrofbicas.
Enlace de hidrgeno.
Enlace Inico, en sales.
Enlace Covalente, ejemplo sulfuros metlicos.
Enlace Metlico, ejemplo metales nativos.
La fuerza de enlace crece desde 1 a 8.

Ya que (o energa libre superficial) es una resultante de la accin de fuerzas

internas de las fases que se manifiestan en la interfase, corresponde decir que es una
medida de la actividad superficial (energa de la superficie que interacta con el medio). Si
el slido tiene baja energa libre superficial, ser menos activo. Esta actividad se manifiesta
en fenmenos.
Ejemplo: fenmenos de adsorcin.

molculas adicionales
Superficie

Molculas de mayor energa ( )

Seno
Menor energa

Fase

Se debe entregar energa al sistema para aumentar el rea.

Si se colocan otras molculas sobre las de la capa superficial, la tensin superficial
() se descompensa disminuyendo por adsorcin. La energa libre puede llegar a cero
cuando las molculas adicionales tienen propiedades similares (tensoactividad).
Los compuestos tensoactivos bajan del agua. Adsorben componentes cuando la
energa libre es alta y por ello baja su . presenta manifestaciones naturales, tal como:
Adsorcin.
La formacin de gotas en lquidos (dG = dA), disminuye o disminuye dA;
asume la menor rea de contacto desde el punto de vista energtico. La capa superficial
acta como una membrana contrctil.

Coalescencia.
La emulsin aceite - agua se rompe en pequeas gotas, que pasan a constituir una
fase separada. Si se suma el rea de todas las pequeas gotas, sta resulta menor y por lo
tanto se reduce el rea de contacto entre el agua y el aceite.
Emulsificacin.
Sucede lo inverso el caso anterior.
Ascenso capilar.
Sirve para medir .
La energa libre superficial est vinculada a la hidrofobicidad. Los slidos
hidrofbicos tienen baja energa libre superficial. Los slidos hidroflicos tienen una alta
energa libre superficial. Por lo tanto la energa libre superficial en el balance trifsico
slido - lquido - gas determina la adhesin de partculas minerales a burbujas de aire. La
energa superficial cambia con el agregado de colectores.

I.2.3 Adhesin partcula - burbuja.

dG

dA T, P , n
es proporcional a las fuerzas intermoleculares(si son de un slo tipo).
Ejemplo: hidrocarburos lquidos: liq = dliq
d = derivado de las fuerzas de dispersin de London de las molculas.
En aquellos lquidos que tienen ms de una fuerza entre molculas, como en el
caso del agua, existen dos componentes:
Componente 1: d (componente de dispersin)
H2O, deriva de

Componente 2: p (fuerzas polares o inicas)

Contribuciones de fuerza a la tensin superficial.

= d + p
En el caso del mercurio: Hg = d + m
m = componente debido al enlace metlico (m d).
En el agua,p d.
d = 22
H2O: H2O = 73 dinas/cm.

p = 51
d = 200
Hg: Hg = 484 dinas/cm

m = 284
En Flotacin hay que cambiar el balance de energas libres superficiales.

I.3 Termodinmica de Adhesin Partcula - Burbuja.

Frente a dos colisiones, una puede ser exitosa, otra no. Esto tiene que ver con la
hidrofobicidad que a su vez depende del balance de tensin superficial.

I.3.1 Balance de Energa Libre Superficial.

Los tamaos tpicos de burbujas y partculas en flotacin son:
Burbujas = - 4 mm
Partculas = 10 - 200 m

2
B

sg

II

Figura 4: Balance de energa superficial

GIS = LG + SL
GIIS = SG
Gadh = SG - SL - LG (G de adhesin)
SG y SL no se pueden medir directamente.
Cuando Gadh 0, la adhesin ocurre espontneamente.
Slo LG es medible.

I.3.2 Termodinmica de interfases. ngulo de contacto.

La flotacin aparecera vinculada a la mojabilidad con el agua, por lo que se
explora la termodinmica del mojamiento.

LG

SG

Superficie plana
SL
Moja

No moja

Figura 5: ngulo de contacto

180

Hay un parmetro que define la mojabilidad: el ngulo de contacto, que es el

ngulo entre la tangente a la gota y la superficie plana.
Young supuso que se establece un equilibrio de fuerzas en el ngulo entre un
lquido, un medio gaseoso y un slido:
LG cos + SL = SG

cos

SG SL
LG

(Equilibrio de fuerzas), de donde:

1 Ecuacin de Young

Esta ecuacin establece una relacin entre el ngulo de contacto versus el

mojamiento.
a. Si SG - SL = LG cos = 1 = 0, mojamiento completo.
b. Si SG - SL LG cos 1 0, mojamiento parcial.
Al valor (SG - SL) se le llama tensin de adhesin (Fuerza de adhesin).
SG - SL = Fadh
Recordando: Gadh = (SG - SL) - LG = LG cos - LG
Gadh = LG (cos - 1), se determina en laboratorio.
Si = 0 cos = 1, Gadh = 0
Si = 90 cos = 0, Gadh = -LG
Luego, el fenmeno de adhesin partcula - burbuja es espontneo cuando 0,
mineral hidrofbico. No existe adhesin partcula - burbuja, si = 0, mineral hidroflico.
La adhesin se vincula a un parmetro medible en el laboratorio; permite determinar las
variables (tensiones superficiales).

I.3.3 Hidrofobizacin inducida por el colector.

El colector genera cambios en la transicin hidroflica - hidrofbica.
cos

SG SL
; Ocurre adhesin estable: (SG - SL) LG
LG

En estado hidroflico: SG - SL LG
a.

Vaco

S = 100, tienen toda la G disponible, sin ocupar.

S
b.

Gas

Producen adsorcin.

SG 100 (por ejemplo, 95)

c.

Agua

Energa libre del slido forma enlaces con las molculas.

SL100 (por ejemplo, 50)

Energa libre superficial = f (fuerza de interaccin con molculas vecinas).

dinas/cm

SG

*SG

se recubre con una

capa de colector

SG- SL
SL

SL

SG- SL

Se pone en agua

Se supone un mineral originalmente hidroflico. El agua es muy afn, por lo tanto

hay fuerte reduccin de energa libre. Luego el mineral pierde carcter hidroflico. El
mineral resulta hidrofobizado por el colector: SG - SL disminuye y el SL aumenta.

90

0
dosis de colector

I.3.4 Teora de Derjaguin.

La escuela Rusa (Derjaguin) no considera el ngulo de contacto, sino la llamada
Disjoining Pressure, (h) (presin de separacin) que se opone a la adhesin partcula burbuja. Surge de considerar:

Cual es la velocidad de desplazamiento o adelgazamiento

de la capa de agua, alrededor de la partcula.

H2O
film delgado (espesor ho)

10

El slido de baja energa superficial ofrece una superficie activa en flotacin. El

agua se comporta como lo hace en sistemas capilares y cambia su tensin superficial; es un
film muy delgado.
L(h) L = L
(h) = L(h) - L
La tensin superficial al interior del film puede ser mayor o menor.
Disjoining pressure, (h), est relacionada a la dificultad con que se adelgaza un
film acuoso durante la adhesin de la partcula a la burbuja.
Esta (h) es una barrera energtica, que es mayor en los slidos hidroflicos que
en los slidos hidrofbicos.
x

ho

Partcula

Medio acuoso

Si se toma un plano: x ho L = LG y si x ho L(h). Luego la tensin

superficial cambia en ese film delgado.
(2)

ho

P
B

En (1): GS = SL + L
(2): GS(h) = SL + L(h)
Luego, GS = L(h) - L
Si L(h) L() GS 0
Si L(h) L() GS 0

11

Hay una barrera energtica relacionada con la diferencia de en el infinito y en el

film delgado, de ah se define:
(h) = L(h) - L
GS(h) = SL + L + (h)
As resulta que (h) es una cantidad adicional de energa, que Derjaguin define
como,

dG S
( h)

dh T ,P ,n
Para adelgazar el film hay que aplicar un trabajo sobre el sistema.
Todas las deducciones son para interfase unitaria.
Esto se puede analizar a travs de diagramas de GS versus h.
s
G

ho
dGs
dh

< 0 (1) (hidroflico)

La energa libre tiende a aumentar

s
dG
dh

> 0 (2) (hidrofbico)

dG S
0, luego (h) es negativo, slido hidrofbico.
dh
dG S
En (1):
0, luego (h) es positivo, slido hidroflico.
dh
En (2):

En (*) slido parcialmente hidrofbico.

Se debe entregar un trabajo y superar una barrera de energa.
Cuando h = 0 se forma una interfase slido - gas y GS = SG.
Del grfico se ve que es imposible que h llegue a cero (es asinttico). La medicin
experimental de la presin de separacin es la limitacin de la teora de Derjaguin. No
existe una continuacin de esta teora y no existe equipo experimental que mida (h).
Luego introdujo el tiempo de induccin en que ocurre el adelgazamiento del film, que es
una posibilidad alternativa al ngulo de contacto, mejor que (h).

12

I.3.5 Ecuacin de Fowkes.

Permite la determinacin de los componentes de la tensin superficial.
Ejemplo: H2O = d + i
Para determinar la componente de dispersin, Fowkes midi interfacial, 1,2,
entre hidrocarburo y lquido con componente inica, ms una de dispersin.
L = + i

1,2

Ld
Lleg a: 1,2 1 2 2 1d d2
int = f (1,2) y de las respectivas de dispersin de 1 y 2.
Fowkes toma 2 como de un hidrocarburo saturado, tal que L = Ld y mide las
tensiones interfaciales entre agua e hidrocarburo. Con H2O que se mide, con hidrocarburo (se
mide) y es igual al de dispersin del hidrocarburo, slo queda como incgnita la
dispersin del lquido (agua).
dH2O se midi y result 22 dina/cm; esto signific un aporte importante a la
qumica de superficie y flotacin.
Aplicando Fowkes al caso slido - lquido (ya que l lo hizo al caso lquido lquido), la ecuacin de Fowkes resulta:
SL SG LG 2 Sd dL

Es vlida para slido hidrofbico, ya que se necesita que uno de los lquidos
fuera no polar, y el slido debe ser de baja energa superficial, con slo componente de
dispersin.

0 SG SL LG 2 Sd dL
SG - SL: corresponde a la tensin de adhesin.

LG cos LG 2 dS Ld
cos

LG
2
LG

d
S

d
L

LG

cos 1 2

13

d
S

d
L

LG

cos
1

* aqu se mide
2Sd

0
-1 * aqu se mide

Ld/LG

Si se trabaja con slidos hidrfobos, bastara una determinacin del ngulo de

contacto (un slo punto *). Conociendo la LIQ, en el cual se ha hecho su medicin, si se
conociera su componente de dispersin podra saberse cual es el valor del parmetro
(abscisa, tensin superficial del lquido), que da el coseno del ngulo de contacto igual a 1,
ngulo de contacto igual a cero, o sea la condicin de mojabilidad, y por lo tanto se tiene el
LG crtico de mojamiento.
Al combinar Young con Fowkes, se pueden evaluar tensiones crticas de
mojamiento y la componente de dispersin de la tensin superficial del slido.
Si se toma otro slido con el mismo lquido, se tendr otras pendientes y se
determinaran otros componentes de tensin superficial de slidos.

(2)
(1)

Existen otros dos conceptos de la Termodinmica de Interfases, vinculados a este

campo y que son la afinidad de fases.

14

I.3.6 Trabajo de adhesin y de cohesin.

Si se quiere romper la interfaz para tener 2 lquidos separados, tal como se
esquematiza en la figura, recordando que la energa corresponde a: Energa = Gsist.

liq1
liq

G I 1,2

G II 1 2

Entonces:
G = 1 + 2 - 1,2, de donde el trabajo de adhesin resulta:
Wa = 1 + 2 - 1,2
El trabajo de cohesin resulta ser: Wc = 21

Se crean dos interfases lquido - gas, siendo que antes no haba ninguna interfaz.
Ejemplo H2O: Wc = 146 erg/cm2.
2

Resulta difcil romper las interacciones que mantienen unidas a las molculas en 1

cm .

15

I.3.6.1 Adhesin e hidrofobicidad.

Wa interesa en sistema slido - lquido, habiendo diferencias de adhesin entre
slidos ms o menos hidrofbicos.
WaS/L = SG + LG - SL
WaS/L = LGcos + LG
WaS/L = LG (cos + 1)

y lq.

Basado en parmetros experimentales, se evalua Wa, midiendo ngulo de contacto

Si el slido es hidroflico, cos = 1, = 0.

WaS/L = 2L = 146 erg/cm2 = Wc

Interaccin entre molculas H O -molculas H O

2
2
es igual a interaccin molcula slido - molcula H O.
2
Por lo tanto el slido tiene alta afinidad por el agua, se concluye que los sitios
superficiales del slido le dan oportunidad a las molculas de agua de actuar a travs de
fuerzas equivalentes.
Si el slido es parcialmente hidrofbico, cos = 0, si = 90,

WaS/L = 0

Si cos = 1, si = 180, WaS/L = -L

En tanto vara de 0 a 90, el Wa disminuye desde 146 erg/cm2 a cero, por lo que
llega un momento en que separar slido y molcula de agua no cuesta, pues no hay
adhesin entre el slido y las molculas de agua.

16

I.3.6.2 Datos de Wa, Wc en lquidos.

Wc
40.5
55

Wa (agua)
40.5
91.8

Sustancia
heptano (*)
heptlico

(*) Acta slo a travs de fuerzas de dispersin, que son iguales a las del H2O.
Cuesta ms separar las molculas de heptano desde sus molculas con
hidrocarburo, que alcohol desde el alcohol.
Todos los componentes heteropolares dan este comportamiento.
R

H2 O
OH-

Orientacin molecular (1)

Fase

I.3.7 Hidrofobizacin inducida por el colector.

En (1) se esquematiza la adsorcin en interfases con orientacin molecular y el
concepto de tensoactividad. Las cadenas hidrocarbonadas se dirigen al agua, y el mineral
se recubre de sustancia o capa orgnica que es la responsable de la hidrofobizacin
inducida del colector.
Mineral

Adsorbe colector que

invierte orientacin molecular

Wa y Wc permiten establecer rangos numricos para la interaccin entre una fase

slida y lquida, en funcin de parmetros conocidos.
Si WaSLIDO 146: parcialmente hidrofbico, por lo tanto flota.
s = d + Si(p)
d: componente de dispersin
Si(p): componentes inicas (son mayores en superficies hidrofbicas)

17

Es interesante vincular Wa y Wc con cos :

LG cos = SG - SL
Wa = SG + LG - SL
Wc = LG

cos

SG SL Wa LG

LG
Wc / 2

En medio acuoso,

Wa LG
Wa LG
2

Wc
Wc Wc
Wa
cos 2
1
Wc
Wa
2
cos 1
Wc
cos 2

Si = 0 (slido hidroflico): 2Wa = Wc(1 + 1) = 2Wc Wa = Wc = 146 erg/cm2.

Si 0 (slido hidrofbico), Wa Wc.
El trabajo de adhesin slido - lquido es: WaS/L = Wad + WaH + Wai donde,
d = dispersin de London
H = enlace de hidrgeno
i = interaccin inica
En el agua ocurre que i y H se reemplazan por componentes polares p o i. Al tener
un slido contactado con agua, los sitios superficiales del slido estaran actuando respecto
a las molculas de agua con fuerzas similares en naturaleza y magnitud. Si el slido es
hidroflico y se tiene WaS/L = 146 erg/cm2 = WcH2O, la rotura de la unin de molculas
slido - agua, es lo mismo que la de las uniones de las molculas de agua. En cambio, si Wa
WcH2O (*) cuesta menos romper estas uniones que las uniones de cohesin del agua.

Slido
(*) Alguna componente desaparece.
Si se supone, WaH + Wai = 0 y se tiene un slido que interactua slo a travs de
fuerzas de dispersin: WaS/L =Wad. El slido se comporta similar a la situacin hidrocarburo
- agua, donde L=Ld, luego Wa = Wad. Bajo estas condiciones, es legtimo aplicar Fowkes:

18

 SL SG LG 2 Sd dL

SG SL LG 2

(1)

dS dL 0

(2)

Como Wad = SG + LG - SL

(3)

En (2), de (3): Wad LG LG 2 dS dL 0

Wa 2 Sd dL Wad

(4) *

Wad, corresponde a la componente de dispersin.

(*) Vlida para slidos de baja energa superficial (hidrfobos).
Se puede medir Ld y Sd por tcnica del ngulo de contacto y tcnica de BET o
Langmuir.
Tabla: valores de Wad.
Sustancia

d (dinas/cm)

H2O
Parafina slida
Grafito (mineral con
hidrofobicidad intrnseca,
flotabilidad natural)
Slice (modelo de slido
hidroflico)

21,8
33
110

Wad(H2O) = 2 Sd dL (erg/cm2) (*)

Son modelos de slidos hidrofbicos
54 **
98 **

123

103 (WaH, Wai 0)

(*) Con respecto al agua

(**) < 146 erg/cm2
De esta tabla se puede sacar conclusiones :
1. El agua se adsorbe incluso sobre slidos muy hidrfobos.
2. Slidos hidrfobos presentan un Wa < Wc H2O
3. Si se calcula el Wad respecto de la slice es tambin < 146. Por lo tanto se deben
comportar hidrofbicamente; sin embargo, la ecuacin 4 deja de ser vlida al aplicarse a un
slido hidroflico, por ello no puede aplicarse al cuarzo o slice. Por lo tanto si en la
naturaleza, los slidos carecieran de sitios inicos capaces de interacciones dipolares o de
enlaces de hidrgeno con el agua, seran todos hidrofbicos.
La hidrofilia se debe a la presencia de sitios inicos sobre la superficie slida. Por
lo tanto en el caso de la slice el trabajo de adhesin slido - lquido ser igual a:
Wa = 103 + WaH + Wai
Wa WcH2O

19

Para que un slido hidroflico pase a hidrofbico requiere perder sitios inicos
bipolares:
Wa = Wad + WaH + Wai

slido hidroflico

Wa = Wad + WaH + Wai

slido hidrofbico

Se infiere que el rol del colector es llevar el trabajo de adhesin del hidrgeno y el
inico a un valor de cero.
Superficie mineral

Sitio inico polar

Film de colector
adsorbido

Colector
Cadena hidrocarbonada

Nueva superficie

Por lo tanto es importante la Termodinmica de Mojamiento o Interfase, y es til

definir el principio de hidrofobizacin a travs del ngulo de contacto.

I.3.8 Relacin entre ngulo de contacto y recuperacin en flotacin.

No es cuantitativa y slo indica una tendencia.
%R
100

10 40

90

ngulo de contacto

Una superficie con un ngulo de contacto de 90, flotar. Una superficie con
ngulo de contacto de 10 20 puede o no flotar. Esto podra ser una limitacin cintica,

20

por lo que en el largo plazo flotara. Como en la prctica, la flotacin es un proceso

dinmico, el evento termodinmico podra no ocurrir.
El problema cintico relativiza y complica el concepto de ngulo de contacto en su
aplicacin prctica. Por eso, actualmente se prefiere hablar de la probabilidad de
flotacin, que es mayor, cuando es mayor.
La flotacin depende tambin de:
Cantidad de burbujas.
Acercamiento y colisin de burbujas.
La probabilidad de flotacin est dada por las probabilidades de colisin, adhesin
y formacin de un par estable:
PF = Pc f( mquina, % slidos, etc.)+ Pa (adhesin) + PS (formacin de un par
estable (partcula/burbuja))
La probabilidad de desadhesin, es: (1 - Pd), d = desadhesin.
La probabilidad de flotacin total es: P = PcPaPs(1 - Pd)
Ps = f(ngulo de contacto)
En slidos hidrofbicos la Ps = 1, (aquellos minerales con flotabilidad natural).
Luego, el ngulo de contacto es parte de las condiciones de flotacin.
Pa involucra un parmetro cintico, Pa = 1, cuando el tiempo de induccin, ind es
menor que el de colisin: ind colisin.
El ind es un parmetro fisicoqumico vinculado al rol del espumante en la
flotacin. El espumante disminuye el tiempo de induccin:
Pc = f(flujo aire, tamao de partcula, tamao de burbuja)
Luego, las partculas muy finas tiene menor probabilidad de cohesin.
Si las condiciones hidrodinmicas son inadecuadas habra desadhesin.
La flotacin se puede definir como un proceso basado en fenmenos
fisicoqumicos, con su fundamento en la teora de mojamiento donde participan
condiciones hidrodinmicas y cinticas.
ngulo de contacto
Condiciones fisicoqumicas
Hidrodinmica (relacionadas al ind, y a la cintica
de flotacin)
La existencia de hidrofobicidad, significa 0, que a su vez implica flotabilidad.
En la mayora de los minerales, un ngulo de contacto mayor que cero se consigue slo por
accin de un colector (hidrofobicidad inducida).

21

I.3.9 Adsorcin.
Bsicamente la accin de un colector es la unin o fijacin de molculas o iones
del colector sobre la superficie mineral.
Este concepto corresponde a un fenmeno de adsorcin.

Slido

Esta adsorcin, es un elemento clave en el manejo fisicoqumico del proceso. La

factibilidad de un proceso prctico de flotacin, depende de la definicin el colector,
espumante y otros modificadores.
Esto es consecuencia que la adhesin de distintos reactivos es diferente, as como,
su accin de inducir hidrofobicidad en las partculas minerales.
La calcopirita puede ser flotada mejor con tiocarbamatos, mientras que la calcosita
con xantatos. No existe una definicin de frmula general de reactivos, sino que se debe
definir experimentalmente en cada caso. No existen, adems dos yacimientos mineros
iguales, de tal forma que las condiciones de flotacin cambian de una mina a otra, habiendo
an diferencias en las frmulas de flotacin de mineral de un mismo yacimiento.
Por ejemplo en la Divisin Andina (Los Andes), el mineral es calcopirtico, al
igual que en la mina Disputada de Las Condes, donde se usa ditiofosfato, en tanto que en
Andina se utiliza ditiocarbonato.
El fenmeno de la flotacin es complejo y depende tambin de la mineraloga de
la ganga, del tipo de agua del proceso, de la gnesis de especies valiosas.
La interaccin mineral - solucin - reactivo, es influida por la magnitud y
selectividad de la adsorcin, as como por el tipo de interacciones posibles entre el colector
y el slido.
La importancia de la adsorcin no slo radica en le colector, sino tambin en la
accin del espumante. El primero se adsorbe a nivel de la interfaz slido - lquido, y el
segundo a la interfase lquido - gas. Este ltimo determina la estabilizacin de las burbujas,
como una forma de evitar el fenmeno de la coalescencia, que mantiene burbujas pequeas
en forma estable, debido a la adsorcin lquido - gas.
La adsorcin, tiene su fuerza directriz en la energa libre superficial. Es una
manifestacin de la tensin superficial. Es un proceso espontneo si va acompaado de la
disminucin de la energa libre superficial, y el sistema tiende a estabilizarse adsorbiendo
sustancias de la interfase.

22

Es tambin un proceso exotrmico, que libera energa (calor de adsorcin) y es

posible medirlo con un calormetro adecuado, en kcal/mol de iones o molculas adsorbidas
en una interfaz.
La adsorcin se puede clasificar en:
Fsica: cuando molculas del absorto se adsorben por interacciones fsicas con el
adsorbente.
Qumica: hay interacciones qumicas.
Adsorbato: in o molcula que se absorbe.
Adsorbente: material sobre el cual ocurre la adsorcin.
Dentro de las fuerzas fsicas se tienen las fuerzas de Van der Waals, inicas,
enlaces de hidrgeno y dentro de las qumicas, fuerzas de enlace, principalmente covalente.
Las caractersticas de estos tipos de adsorcin son diferentes. La adsorcin fsica
tiene calores de adsorcin menores a 10 kcal/mol, en tanto la adsorcin qumica tiene
calores de adsorcin mayores de 20 kcal/mol.
La adsorcin fsica es inespecfica y reversible en tanto la qumica es especfica.
La primera forma multicapas y la qumica, en cambio, monocapas siendo adems
irreversible.
Ambos tipos de adsorcin aparecen en el proceso de flotacin.
Adsorcin del espumante: fsica
Adsorcin del colector: qumica o fsica.
Ejemplo.

(aire)
Gas

OH-

ROH
H2 O

Si se tiene una solucin con metilisobutilcarbinol (ROH), ste se adsorbe

dirigiendo sus grupos OH hacia la solucin y las cadenas hidrocarbonadas hacia la fase
gaseosa. Por lo tanto, una burbuja disuelta en agua, dar el siguiente esquema de adsorcin
del espumante:

23

B
Agua
Hay una orientacin molecular que afecta a las molculas adsorbidas, tanto con los
colectores como con los espumantes.

I.3.9.1 Adsorcin del espumante.

El fenmeno de adsorcin del espumante se puede representar mediante
ecuaciones. Habr asociada una disminucin de la energa libre, y luego de la energa o
tensin superficial en ese punto. La concentracin superficial (cs) de las molculas de
alcohol es mayor que la concentracin en el seno de la fase acuosa (c0):
Adsorcin: cs c0 (hay exceso superficial).
Concepto de isotermas de adsorcin: una medida de la adsorcin a temperatura
constante.

I.3.9.2 Ecuacin de Isoterma de Adsorcin de Gibbs.

Gibbs plante el problema de la coexistencia de una fase gas, y una fase lquida
, conteniendo un soluto y una interfase.
dG = dG + dG + dGS

(1)

dGS = TdS +idni + dA

(2)

Interesa saber que componentes considerar en el plano superficial y las

condiciones que permitan definir la relacin entre y un parmetro del sistema (ejemplo la
concentracin del soluto) y el nmero de componentes disueltos.
Gibbs, supone para S, n (nmero de componentes), A, valores finitos 0.
GS = TS +ini + A

(3)

Luego, GS tambin es finito.

dGS = TdS + SdT + idni + nidi + dA + Ad
dni: variacin en masa o nmero moles.
di: variacin de potenciales qumicos.
Restando (4) - (2):
0 = SdT + nidi + Ad
A una T = cte:

24

(4)

(5)

- Ad = nidi
ni: nmero de moles de los componentes
i: potencial qumico del componente i

(6)

Si se tiene que definir la isoterma de un nico compuesto (MIBC), el sistema

estar formado por dos componentes: soluto y agua.
-Ad = n1d1 + n2d2

(7)

Al definir el concepto de adsorcin , aparece la restriccin de que el agua no puede

adsorberse sobre si misma (nmero de molculas de agua es mayor nmero de molculas
de soluto).
Indicando el agua con el subndice 1, y soluto con el subndice 2, resulta:
-Ad = n2d2

(8)

n2
d d 2
A

(9)

pero n2/A = nmero de moles de soluto por rea superficial, exceso superficial =
-d = d2

(10)

es una medida de la adsorcin, ya que si aumenta , aumenta el nmero de

molculas de soluto por unidad de rea en la interfaz.
d

d 2 T

Ecuacin de Gibbs

La adsorcin es igual a la variacin de tensin superficial sobre la variacin del

potencial qumico del soluto en la fase acuosa.
d R T d ln a ,

p u es = o R T ln a

1 d
d

R T d ln a
R T d ln a
p e ro d ln a = d a / a
= -

(1 2 )

a d
RT da

(1 3)

E n s o lu c io n e s d ilu d a s , a = c
= -

c d
RT dc

(1 4 )

La ecuacin 14 es una versin de la isoterma de Gibbs.

RT

d
= -
c dc

25

d
0, entonces 0, adsorcin negativa.
dc
d
0, entonces 0, adsorcin positiva.
Si
dc

Si

Un soluto se adsorbe sobre la interfaz lquido - gas, cuando se produce una

disminucin de la tensin superficial al aumentar la concentracin

Electrolitos fuertes

dinas/cm

73
R 1 OH
R OH
2
R OH
3

c
R3R2R1
R3OH R2OH R1OH
Los electrolitos fuertes, por ejemplo ClNa en concentracin alta, producen un
aumento de la tensin superficial del agua.
Un tensoactivo podra ser espumante en flotacin, pues baja la tensin superficial
del agua, sin embargo, no cualquier tensoactivo es espumante de flotacin, ya que adems
de producir espuma, debe reunir otras condiciones.
En un primer acercamiento al problema debemos distinguir entre:
a. Espumas de dos fases (agua, aire)
b. Espumas de tres fases (agua, aire, slido)
Los espumantes de flotacin deberan ser de tres fases, para que las partculas
minerales se estabilicen. El espumante le da un tpico color a la espuma. Segn que mineral
se flote, se tiene una espuma de diferente tonalidad y color, por ejemplo:

molibdenita: color plomo

aluminio: brillante
cuarzo: espuma blanca
calcopirita: color dorado

26

Muchos de los espumantes de flotacin no son buenos espumantes de 2 fases, que

son los que forman las espumas ms estables. Los compuestos de baja tensoactividad
pueden ser muy buenos espumantes de flotacin y viceversa.
Fenmenos tales como, drenaje de agua, ruptura, coalescencia, reordenamiento de
tamaos, afectan la estabilidad de las espumas de dos fases.
Las partculas de las lamas pueden quedar atrapadas por la espuma y esto es
perjudicial para la flotacin, pues se incorpora ganga al concentrado.

I.3.10 Tensin superficial dinmica.

Se refiere a la habilidad de los compuestos adsorbidos sobre la interfase lquido gas, para moverse sobre la interfaz y dar ms estabilidad.
disminuye con aumento de
concentracin de espumante
en solucin acuosa
Aire

Aire

h
p
Solucin acuosa

4
3
2
1

Al crear superficie (de 1 a 4)

disminuye

Si la posicin de las molculas es muy estable,al estar adsorbido en la interfase

lquido-gas.
Stress por colisin

La tensin superficial puede cambiar si el proceso es esttico o dinmico.

1. Un rol del espumante en flotacin es la movilidad de sus molculas en el estado
adsorbido, lo cual contribuye a la estabilidad de la espuma.

27

Movilidad baja
P

En el acercamiento de burbuja a partcula

se llega a que la espuma es ms estable

Ejemplo: Cu + X- = CuX2

Movilidad alta, pues es

adsorcin fsica

Espumante adsorbido sobre la burbuja

a donde van las cadenas hidrocarbonadas

sal precipitada (covalente).

I.3.11 Efecto conjunto colector - espumante.

El espumante entrega al sistema, una facilidad adicional para que se produzca la

adhesin, que se produce a una mayor velocidad (en un tiempo ms corto) y de manera
ms estable.
El rol del espumante en la flotacin es disminuir el tiempo de induccin.
En el caso de un mineral sin colector y burbujas sin espumante, la adhesin
partcula - burbuja es funcin del ngulo de contacto.
La probabilidad de flotacin sera:

PF = Pc Pa Ps (1 - Pd)
aparece i

El colector junto con el espumante, en una hidrofobicidad inducida, da mayor

facilidad de flotacin.
El tiempo de induccin, i = f(concentracin de espumante), con concentracin del
colector constante.
i (mseg)

concentracin
espumante
28

Si induc colisin, las burbujas se colisionan y separan.

Si disminuye i, se necesita ms espumante, lo que produce mejor flotabilidad. La
ecuacin de Gibbs expresa que si hay una disminucin de la tensin superficial, habra
una adsorcin.
Un buen espumante tiene fuerte capacidad de reducir los tiempos de induccin, no
necesariamente vinculada a su capacidad tensoactiva. Ejemplos de espumantes tensoactivos
dbiles, pero buenos en flotacin, son:
Trietilbutano (TEB)
Metil isobutil carbinol (MIBC)
teres gliclicos del polietileno y del propileno (DOW - FROTH)
En cambio, espumantes tensoactivos ms fuertes, son:
Aceite de Pino (terpinoles)
cido creslico (cresoles)
En flotacin, se deben satisfacer simultneamente varios requerimientos:

Espuma estable, aunque no tanto.

Capa de espuma de volumen adecuado
Velocidad de crecimiento y evacuacin.
Selectividad (bajo arrastre de gangas)

La espuma se debe poder destruir con agua, una vez que est en los launders. La
limpieza de los concentrados est basada en el espesor de la espuma. Si ste es pequeo el
concentrado resulta de baja ley, pues la espuma est en contacto ms directo con la pulpa.
Si en cambio se trabaja con una capa de espuma de mayor espesor, hay un drenaje de agua
a travs de un film acuoso, desde donde se eliminan las lamas.

Film acuoso

Esta eliminacin desde la capa de espuma, entrainment o arrastre fsico, est

relacionado a la cantidad de agua de la espuma.
Si existe menos agua, las burbujas estn mineralizadas en mayor cuanta, y el
proceso es ms selectivo (tiene un entrainment ms bajo). Si hay un buen colchn de
espuma, se establece un mecanismo de drenaje y limpieza, por lo que resulta un
concentrado de mayor ley.

29

Si una partcula de ganga llega al nivel de la interfase pulpa - espuma, tiene que
remontar 10 15 cm, para salir de la espuma y ser eliminada. Esto resulta muy difcil, ya
que hay que vencer el arrastre. Como ejemplo, se puede mencionar que las celdas de
columnas tienen enormes capas de espuma, de hasta 1 - 1.20 m de espesor de espuma.
El control de planta, est relacionado al nivel pulpa - espuma, que
tradicionalmente se maneja por niveles de compuerta. Actualmente, se utiliza un sensor
ultrasnico, que permite regular el espesor de la capa de espuma. Si se trabaja con espumas,
stas se forman, crecen y se vacan en forma natural.
El flujo msico de concentrado es proporcional a la recuperacin de la especie
valiosa. Si la espuma es muy gruesa, resultan concentrados de alta ley, pero de masa menor,
por lo que se debe subir el nivel de la interfase pulpa - espuma.
Lo ideal es tener un espumante que genere espuma con capa adecuada y alta
velocidad de crecimiento de la misma. As se puede evacuar rpidamente el concentrado sin
necesidad de subir el nivel pulpa - espuma, de manera de no tener arrastre de ganga.
El espumante debe tener buena selectividad, es decir no debe presentar ningn
efecto lateral colector de partculas de ganga: Por ejemplo, el cido creslico es capaz de
flotar ganga, al igual que el aceite de pino, que son fuertes tensoactivos provistos de grupos
aromticos.
O sea que la selectividad implica bajo efecto colector de ganga, del espumante.
Por ello es muy difcil conseguir espumantes que modifiquen el tiempo de induccin
adecuadamente, y no alteren todos los otros factores mencionados.
Normalmente los espumantes no se usan solos, sino mezcla dos; cada vez se usa
menos aceite de pino y particularmente en Chile no se usa cido creslico.
Una mezcla tpica en volmenes: MIBC : Dowfroth : Aceite de pino, 4 : 2 : 1, que
logra una buena gama de caractersticas fsicas de la espuma (textura).
Los factores que maneja el operador de planta tienen que ver con las siguientes
preguntas: en qu tamao se rompe la espuma ?; es la espuma grande o pequea ?,
est muy cargada ?, etc.
Es conveniente conocer en profundidad la fisicoqumica de espumantes, ya que si
hay problemas de recuperacin, lo primero que se piensa es cambiar el colector, cuando
muchas veces conviene cambiar el espumante; esto normalmente no es considerado por el
operador de planta y eventualmente tampoco por el Ingeniero Metalrgico.
Los reactivos espumantes, ms utilizados son:
Metil Isobutil Carbonil: MIBC, MAA, AF 70
Metil Amil Carbonil.
cido Creslico (orto, meta y para cresol), (flotacin oleosa)

OH
CH

30

 Aceite de pino: terpinoles , ,

OH
CH 2

C
CH

CH 3
3

(Ejemplo, HOECHST FLOTOL; Aceite de pino, aceite de eucaliptol).

Eter Metilico de Propilen Glicol.
CH3 - (O - C2H6)3 - OH
(Ejemplo: Dowfroth 200, Dowfroth 250, Dowfroth 1012, para medio cido).
Trietoxibutano.

O CH CH
2

CH 3

CH

CH 2

CH

CH

CH
O

CH

CH

(Ejemplo: TEB FROTHER, Power Acelerator.

Eter Metlico del Polietilenglicol:
CH2 - (O - C2H4)n - OH
(Ejemplo Union carbide, PG - 400).

I.3.12 Revisin de Reactivos Colectores.

En general los reactivos colectores, son de 2 grandes tipos:
Tilicos o sulfdrilicos, tienen grupos SH, tiol.
Cadena larga.: Aninicos o Catinicos
Colectores Tilicos
- Xantatos (alquilditiocarbonatos)
Su estructura principal es la siguiente:

S
R

S -K +

C
S

(o Na )

Son sales alcalinas del cido xanttico, que es poco soluble en agua, a diferencia
de stas son muy solubles. La especie activa es el ion xantato:

31

S
X , R

S , R

S
Estos colectores fueron descubiertos y patentados en la dcada del 20, y siguen
siendo los ms empleados par flotar minerales sulfurados. La variable ms importante en
estos compuestos es la longitud de la cadena carbonada, R, que puede ser cadena normal o
ramificada y de distintos nmeros de carbonos.
Cuando:
S
R = etil

CH

CH

etilxantato

S
S

R = propil

CH CH CH
3

CH
R = isopropil

CH

propilxantato

SO

CH 3 CH

isopropilxantato

Butil, amil o hetilxantato

Se usa en Chuquicamata como principal colector, ya que son indicados para
minerales de cobre calcosdicos.
Si aumenta la longitud de R, disminuye la solubilidad de la sal sdica, aunque
aumenta el poder colector del xantato (mayores recuperaciones). No obstante la
selectividad es menor, lo que significa obtener concentrados de menor ley, ya que
particularmente flota ganga y sobre todo si es muy fina.
Normalmente, se debe tener presente que conforme al objetivo de ley, que se
propone lograr en la flotacin, hay que alcanzar:
1. Mxima Recuperacin
2. Selectividad adecuada
Derivados de los xantatos.
1. Xantoformiatos: son compuestos sintticos obtenidos a partir de xantatos y cido frmico:
O
O

CH

+ OH

32

CH CH
2

Corresponden a la esterificacin del cido frmico. Tiene particular resistencia a la

hidrlisis cida y son poco solubles en agua, por lo que deben emulsificarse previo a su
empleo como colectores. Se usan como emulsiones estabilizadas por el mismo reactivo
espumante.
Como ejemplo de los ms usados, se tienen:
- Dietilxantoformiato, DFC 40, (se usa en El Teniente con circuito rougher en medio
cido, pH=4). Tambin se usa para flotar cobre cementado.
- Etilbutilxantoformiato.
2. Esteres Xanticos.
O
R

- Ester alilamilxantico
- Ester alilexilxantico.
Cyanamid
R 3302
R 3461

Minetec
1750
2023

Para generar diferentes resultados con estos compuestos, se probaron diferentes

variaciones de estructuras.
As en 1925, apareci otra familia de compuestos, que an dominan la qumica de
colectores , en la flotacin de minerales sulfurados de metales base. Son los:
Ditiofosfatos.

O
R O
1

R O

SNa

Ejemplo. Disecbutil ditiofosfato de sodio:

CH
CH
CH

3
3

CH
CH

2
2

CH

CH

CH

33

SNa

Ejemplo:
Cyanamid
Af - 238 (*)
R 3477

Minetec
2044

(*) Se usa en Chuquicamata como auxiliar del xantato para flotar Cu, Pb, Zn. Se
usaron mucho en Rusia, donde lo denominan como aeroflot.
Las familias que llevan azufre y fsforo son buenos colectores, ya que permiten
ordenamientos espaciales, que le dan una estructura ms ordenada al compuesto; esto
quizs sea una clave en la hidrofobizacin. Un investigador japons demostr que la
mayora de los aminocidos son colectores de flotacin.
La gama de estos colectores es ms amplia, pudindose mencionar entre otros:
- diisopropilditiofosfato sdico
- dietilditiofosfato de sodio
- mezclas de ditiol y dibutilditiofosfato, AF 208 + tiocarbamilida (para flotar oro)
- dicresilditiofosfato
Tionocarbamatos.
Son reactivos que se obtienen de la reaccin entre el cido xntico y una
alquilamina primaria.
S
R1

NH

R2

Ejemplo: Isopropiletiltionocarbamato.

R 1 es

CH
CH

CH

R2 es CH3CH2

Ejemplo: Z 200 (Dow).

Este es un reactivo muy especfico para flotar cobre calcopirtico.
Una mezcla de tionocarbamatos y ditiofosfatos es ideal para flotar minerales de
cobre con calcopirita y calcosita.
Otros ejemplos son el ZM 200 y el DFC 411, los cuales son muy tiles en la
industria minera chilena, donde se pueden procesar 500.000 ton/da de mineral con 40
gr/ton de reactivos de flotacin.
Fosfinas.
- Ditiofosfinatos (R - 3418):
S
R

R2

SNa

- Cloruro de tiofosfonilo:

34

S
R 1O

R 2O

Cl

R - 135,

AF 249

- Monotiofosfato:
S
R O
1

R O

ONa

R - 3394,

AF 194

El xantato se puede sintetizar en laboratorio.

CH

CH

CHOH
CH

+ HONa

Alcohol isoproplico

ONa + S C

CH
CH

CH
3
2

Alcoholato

35

CHO
CH

Isopropilxantato de sodio

Reactivos Comerciales de Flotacin

- Serie F:
(Derivados del
cido carbnico)

C 6H

(CH 2) 2

13

C
C H

(F2)

DOW
- Serie S:
(Derivados del

C 8H

17

C 2H

(S7)

mercaptano)
O
C

- Alcoxi carbonil
tionocarbamatos

RO

N
H

- Alcoxi carbonil
alquil tioureas

OR"

O
R'OC HN
C

CYANAMID

R"NH

- Monotiofosfatos

RO

RO

- Monotiofosfinatos

OH

S
P

OH

- Tioglicolato y Mercaptoctanol versus NaHS

- cidos ditiofosfricos
(FLOTOL 7, 9)

RC(OH)(PO H3 )2 2

GLEMBOTSKII
(URSS)

- Derivados acetilen -

HC

etilnicos
(MIG 4E)

36

HC
2

CH

CH

OC H
4

I.3.13 Cintica de la Flotacin.

La importancia de la Termodinmica en el proceso de flotacin, se revis a travs
de los conceptos siguientes:
ngulo de contacto
accin de colectores
accin de espumantes
Sin embargo, la influencia de la Termodinmica en la flotacin, se tratar a travs
de su necesaria vinculacin con la cintica del proceso.
Esta ltima entrega una descripcin cuantitativa de la velocidad con que flotan las
partculas, y por eso es importante el tiempo de flotacin (). Este es una variable
fundamental de diseo y corresponde al tiempo mximo que hay que darle a las partculas
ms lentas para que puedan ser extradas de la pulpa.
El tiempo de residencia (r), est vinculado al flujo de aire, de modo tal que si este
ltimo fuese pequeo, debera ser alto para colectar todas las partculas.
Hay una relacin directa entre r y la probabilidad de flotacin, por lo que si sta
es alta y si el flujo de aire es adecuado, la recuperacin esperada sera aceptable.
Un experimento tpico de laboratorio es una prueba cintica, donde una celda
batch es alimentada con una cierta cantidad de mineral y con la posibilidad de recibir el
concentrado en funcin del tiempo. Se va cambiando la bandeja receptiva de concentrado,
para fraccionarlo en c1, c2, ..., cn, para tiempos de flotacin de 1, 2, ..., 8, etc.

Luego se confecciona una tabla como la siguiente:

Fraccin
Tiempo en Minutos
c1
1
c2
2
c3
3
c4
4

Finos
f1
f2
f3
f4

Conociendo leyes y pesos, luego se determina la cantidad de metal fino.

Fino metalico peso

ley
100

Calculando el f1, f2, ..., fn y conociendo el fino de la cabeza (alimentacin), se

puede determinar la recuperacin del metal (Rm):

%R m

fino conc. 1
100
fino alimentacin

37

versus t.

Tambin se calcula: %Rm acumulativo (conc. 1 + conc. 2 + ...).y se grafica R

% Rm
(acumulativo)
R

(2)

R
R

(1)

(3)

tiempo de flotacin

R aumenta con el tiempo de flotacin y la curva se va haciendo asinttica a un

cierto valor mximo (R). Al final las espumas tambin quedan cargadas con parte de
ganga.
Esta relacin entre R% y tiempo, permite definir un concepto de velocidad. Si se
tuviese un 2do y 3er mineral, estos tendran diferentes velocidades. Estas variaciones en
velocidad dependen de condiciones operativas (tipo de mquina, flujo de aire, condiciones
fisicoqumicas).
Ya que la velocidad depende de la probabilidad de flotacin, una cierta
combinacin de reactivos podra dar una mayor o menor velocidad.
Si se considera que en una planta el tiempo de flotacin est vinculado al tiempo
de residencia (r), se tiene que:
r = f (volumen del circuito de flotacin)
Por lo tanto, en la prctica industrial, el lmite del tiempo de flotacin est dado
por r. Si el tiempo r = f (Vc), donde Vc es el volumen del circuito, la velocidad de
flotacin surge como una variable importante del proceso.
Para entregar una caracterizacin cintica de la flotacin de un mineral, se usa el
concepto de constante especfica de velocidad de flotacin.
Sirve para definir si un proceso es ms rpido o ms lento. Existe una amplia gama
de modelos cinticos, de los cuales se analizarn los ms usados en el campo experimental.
Para eso se desarrollar el Modelo Anlogo (por analoga a la cintica qumica), donde se
considera que partcula y burbuja son reactantes y el agregado de partcula - burbuja es un
producto de reaccin.
Concentracin
especie til

2
1

tiempo

(1), (2), etc., indican cambio de la velocidad.

38

I.3.14 Velocidad de flotacin.

Se expresa a travs de la siguiente ecuacin diferencial:
dc
kcn
dt

(1)

c = concentracin de especies flotables

n = orden de la reaccin
k = constante de flotacin
Suponiendo una cintica de 1er orden:
, donde
c = coe-kt
co = concentracin de material flotable al tiempo cero
c = concentracin de material flotable al tiempo t
La ecuacin 2 se grafica segn:
c
ln o kt
c

ln

(2)

(3)

co
c

t
Estas concentraciones no son usuales en flotacin, donde ms bien se usan
recuperaciones. Para evaluarlas, se determinan concentrados parciales, que se secan, pesan
y analizan para conocer el valor del contenido metlico fino y de ah la concentracin (ya
que se conoce el volumen de la celda). Como ste es fijo, se trabaja directamente con
concentraciones. En la prctica no es posible llegar a una recuperacin del 100%, por lo
que se introduce el concepto de recuperacin mxima, Rmximo, ya que no todo el material es
flotable.
c
El trmino, ln o , debe ser corregido, pues co es la concentracin de todo el
c
material flotable menos la concentracin del material que no flot y qued, (c):
c c
ln o kt
(4)
c c
co c
Es posible escribir: R
(5)
co
co c
Rt
(6)
co
39

Luego la ecuacin (1), queda:

dR
n
kc o n1 R R
dt
Para n = 1: R t R 1 e kt

dc
k (c c ) n
dt

(7)
(8)

(9)

Rt = recuperacin parcial a cualquier tiempo t

R = recuperacin mxima posible.

I.3.14.1 Modelo de 1er orden de Garca - Zuiga.

Permite ajustar la gran mayora de los resultados experimentales y calcular la
constante de velocidad de flotacin.

ln

co c
kt
c c

R t R (1 e kt )

Haciendo cambios:
Rt
1 e kt
R
Rt
1 e kt
R
Rt
1
e kt
R

(10)
(11)
(12)

R R t
e kt
R

(13)

R Rt
ln
kt
R

ln

R -R

(14)

-k

tiempo de flotacin
Las Rt son recuperaciones acumulativas; la R y t (datos experimentales), sirven
para que por graficacin se obtenga k.
[k = t-1 . Ejemplo [k = min-1

40

Clculo de k:
T
1
2
4
8
16

%Racum

R R t
R

41.1
61.5
64.8
76.5
83.5

0.4223
0.2765
0.1788
0.1000
0.0176

R Rt
ln

R
-0.86
-1.29
-1.72
-2.30
-4.04

y
k
x

-0.027

I.3.14.2 Modelo de Klimpell.

Rt = R(1 - e-k(t + )) Agar, corrige el tiempo en el modelo de Garca - Zuiga.

1
R t R 1
1 e kt Distribucin rectangular de probabilidades (Klimpell).
kt

R 2 kt
Rt
1 R kt

Modelo 2 orden.

Generalmente, basta usar los modelos cinticos de 1er orden, donde se considera
que todas las partculas tienen la misma probabilidad de flotar. Si se considera que hay
distribucin rectangular de velocidades, aparece el modelo de Klimpell, donde se obtiene
mayor precisin.
El objetivo de una evaluacin cintica es determinar la constante de velocidad, k;
adems se buscan expresiones que la vinculen con la termodinmica.
En 1989, Spears, Jordan y Laskowski publican una ecuacin:
3 QPF
k
2 Db
Db = dimetro de burbuja
Q = flujo de aire
PF = probabilidad de flotacin
Esto lleva a una serie de expresiones matemticas, que ilustra la ecuacin
siguiente:.
PF = Pc Pa Ps (1 - Pd)
Pc = probabilidad de colisin (es muy importante).
D p n
3 4
Pc A
donde A = + Re 0.72
,n=2

2 15
Db
La flotacin como proceso requiere que las partculas y burbujas, estn dentro de
un rango de tamaos relacionados entre s. De este modo partculas pequeas flotan mejor
con burbujas pequeas, pero con la condicin inherente de rango de partculas, de acuerdo
al mineral que se est flotando. Hay distintos rangos para distintos minerales, por eso
algunas especies minerales requieren dimetro de burbujas menores que otro.
Ejemplo: minerales de cobre como calcopirita flotan bien entre 30 y 150 m, en
tanto que partculas liberadas de molibdenita flotan bien entre 5 y 50 m. Esto depende del

41

dimetro de burbujas (ms gruesas para calcopirita). Si se flotan calcopirita y molibdenita

juntas, el equipo debe generar burbujas grandes como tambin pequeas.
Calcopirita

30

150

Molibdenita

5
50
m
er
En cintica de 1 orden : Rt = R (1 - e-kt), segn Garca - Zuiga.
R Rt
ln
R
R
R
t

1 e kt (ajusta mejor)
Segn Klimpell: R t R 1
kt

La constante K, es el resultado de una condicin fisicoqumica dada por:

granulometra
% slidos
ley de alimentacin
pH
reactivos
La velocidad depende de las condiciones de la pulpa.
R

rpida

lenta

t
Puede ocurrir que la flotacin no slo sea ms lenta, sino que se alcance distinta
R , por ejemplo cuando los reactivos no son adecuados.

acum

R
R

2
1

42

La velocidad de flotacin es un aspecto clave, sobre todo en circuitos industriales

donde una mejora puede significar un aumento de tonelaje tratado en planta.
Es importante representar matemticamente la flotacin y profundizar en los
fundamentos cinticos. La interpretacin de K en trminos termodinmicos es reciente y
est todava en desarrollo.

I.3.14.3 Interpretacin de K.
K

3 QPf
segn Jordan y Lawskoski (1989).
2 Db

I.3.14.4 Probabilidad de flotacin.

PF = Pc Pa Ps (1 - Pd)
Schulze aplic conceptos de la Hidrodinmica a la flotacin, y Roe Hen Yoon
trabaj en la interpretacin de la constante.
Se desarrollaron varias ecuaciones para la constante K.

I.3.14.5 Probabilidad de Colisin.

Segn Lutrell, 1989.
D p n
3 4
Pc A
donde A = + Re 0.72

2 15
Db
Dp = dimetro de partcula
Db = dimetro de burbuja

43

,n=2

I.3.14.6 Probabilidad de adhesin, Pa.

Pa = sen2 o
donde o es el ngulo de contacto crtico de incidencia de una partcula sobre una burbuja.

b = burbuja
p

p = partcula

El ngulo de incidencia de la partcula sobre la burbuja, depende de la colisin y

de las lneas de flujo.

45 8 Re 0.72 Vb i

o 2 arctg exp

Rp

1
30R b
Rb

donde:
Vb = velocidad de la burbuja (cm/s)
i = tiempo de induccin (ms)
Reordenando trminos:
2 exp B 2
Pa
2
1 + (exp B)
donde B = cte,
B

0.667 ( 45 8 Re 0.72 ) Vb i

Db Dp Db 1
Vb = f (energa de disipacin, viscosidad cinemtica)

44

I.3.14.7 Probabilidad de desadhesin, Pd.

Dp
Pd a b

Db
Frecuentemente:
a = 0, b = 1
Ps = probabilidad de formacin de un par estable.
Ps = 1, para slidos hidrfobos.
El tiempo,i, se determina por un mtodo alternativo, ya que su determinacin
experimental es complicada. Por ello se determina experimentalmente la constante y se
ajusta un modelo, de donde se deduce el tiempo de induccin.

I.3.15.Teora de flotacin de xidos.

I.3.15.1 Teora de accin de los colectores.
La Teora de unin de los colectores a la superficie mineral o de hidrofobizacin o
del estado hidrofbico, son distintos nombres para indicar la hidrofobicidad inducida por
los colectores para que se produzca la transicin hidrfilo a hidrfobo.
Se ha desarrollado una teora de flotacin para xidos y no metlicos, y una
teora de flotacin de sulfuros.
En la de xidos y no metlicos se considera una interaccin electrosttica colector
- mineral (colector de cadena larga). En la flotacin de sulfuros se considera una reaccin
electroqumica en la interaccin colector - mineral (colectores tilicos).
Estas diferencias qumicas y mineralgicas han determinado distintos enfoques
para considerar como se adsorbe e hidrofobiza.
En los flotacin de xidos, se usan colectores catinicos o aninicos, y se dice que
estos se adsorben slo sobre la superficie con carga elctrica de signo contrario. Por lo tanto
graficando potencial zeta, pz versus pH para una superficie mineral, se puede correlacionar
con una curva de recuperacin versus pH.

45

pz

pH

%R
a

pH
Se ve que en a) se tendr flotacin con colector catinico y en b) con colector
aninico.
Si hay carga negativa en la superficie de la partcula mineral, el colector se
absorbe como contraiones de la doble capa elctrica.
+
+
+
+
Contraiones de la doble capa elctrica
Esto se llam estructura de hemicelas (Furstenau y otros), por similitud a las
macromolculas que generan los tensoactivos a concentraciones altas.
En solucin diluida los iones estn suficientemente alejados. A concentraciones
medias, en cambio, las cadenas comienzan a actuar entre s y a formarse dmeros, en tanto
que en soluciones concentradas se forman macromolculas bien definidas.
+

+
+
+

Solucin diluda

+
+

Solucin media

Solucin concentrada ( *)

(*) Orientan sus cadenas carbonadas hacia el centro.

46

Cuando se alcanza la concentracin micelar crtica (CMC), la tensin

superficial, , baja abruptamente; en tanto que la conductividad aumenta.

CMS

Concentracin

El fenmeno de la detergencia se basa en la formacin de micelas, aunque

actualmente ha sido remplazada por teora ms complejas de la qumica coloidal.
Apareceran enlaces hidrfobos en la interaccin de las cadenas formadas en los colectores.
El colector se comporta como un contrain de la doble capa elctrica.Para estudiar estos
efectos se considera la teora de Stern de la doble capa elctrica.

oe-kx

Capa compacta

Capa difusa

DC CD

Doble capa Doble capa

Compacta
Difusa

Potencial zeta

El potencial zeta es un valor medible experimentalmente por mtodos

electrocinticos, ya que las partculas minerales al ponerse en movimiento hacen
desaparecer la doble capa difusa, y slo queda la capa compacta. Las partculas con carga
elctrica influyen sobre la solucin de electrolito que las rodea, alterando la distribucin de
sus iones para formar las nubes inicas. El potencial de la partcula baja con la distancia
para llegar a la electroneutralidad en zonas alejadas. Al inducir el movimiento de las
partculas, se puede medir el potencial zeta entre el lmite fsico de la capa compacta y
difusa.
47

El potencial zeta se correlaciona muy bien con la adsorcin de colectores de signo

positivo o negativo y con la respuesta en flotacin.
+
pz
positivo

+
+
ZPC

ZPC

1 mineral

2 ganga

pH

negativo

%R
colector
catinico
ZPC

mineral

ZPC

ganga

pH

La zona entre los ZPC del mineral y ganga es importante de considerar para la
separacin. Este rango se debe abrir por adsorcin especifica de otros iones.

I.3.15.2 La doble capa elctrica en los xidos minerales.

Se postulan diferentes mecanismos para la carga de xidos superficiales
involucrando disolucin parcial del xido y formacin de complejos hidrxilados en
solucin, seguida de adsorcin de estos complejos.
M2O3 (s) + 3H2O 2M(OH)3 (aq)
2M(OH)3 (aq) M(OH)3-m m (aq) + (3-m) OH- (aq)
M(OH)3-m m (aq) M(OH)3-m m (sup)
Tambin pueden cargar la superficie de estos xidos, las siguientes reacciones:
MOH sup MO- sup + H+ aq
MOH sup + H+ aq MOH2+ sup
Para un xido el potencial superficial est dado por:

48

a H
RT
o
ln
0.059(pH pzc pH ) volts
F
(a H ) pzc

A medida que la fuerza inica aumenta, se reduce el espesor de la doble capa y

tambin el potencial en el plano de Stern.

a
RT
RT a
ln

ln
o
nF ( a
nF a o

a+, a-: actividad de iones determinantes de potencial, positivo y negativo respectivamente.

a+o, a-o: actividad de los iones determinantes de potencial, positivo y negativo en el punto
de carga cero.
Iones determinantes de potencial. Son aquellos iones qumicamente adsorbidos
que establecen la carga superficial.
Iones especficamente adsorbidos. Poseen especial afinidad por la superficie,
pero no son qumicamente adsorbidos.
Contraiones: son los iones que son adsorbidos por atraccin electrosttica.
Ejemplo: iones cloruro y colectores aninicos a bajas concentraciones adsorbidos
sobre una capa superficial cargada positivamente. La adsorcin de iones colectores como
simples contraiones y como hemimicelas en el plano de Stern, ha sido demostrada por
Furstenau y Wakamatsu.
La densidad de adsorcin de iones sulfonatos adsorbidos puede calcularse por:

nF

i 2ri c i exp
RT

i = densidad de adsorcin de especie i (mol/cm2)

r = radio del contrain adsorbido (cm)
c = concentracin en el bulk de la solucin (mol/cm3)
n = valencia del in
= potencial zeta (volt)
R = constante gases (cal/mol C)
F = faraday (cal/volt equivalente)
Cuando se adsorben especies sobre la superficie.

nF

i 2ri c i exp
RT

donde es el potencial de adsorcin especfico, es decir el trabajo de adsorcin que resulta

de la adsorcin de cadenas hidrocarbonadas. Para un ion orgnico de 12 C, = 0 si los
iones son adsorbidos individualmente, y = 12 kT, cuando lo son como hemimicelas, una
vez que se ha completado la monocapa.

I.3.15.3 Adsorcin sobre interfases cargadas.

Si el sistema no es elctrico, la isoterma de adsorcin es slo funcin de la
concentracin. Cuando la interfase est cargada, la isoterma de adsorcin debe mostrar la
variacin con la actividad y la carga superficial o potencial.
El potencial electroqumico es idntico cuando hay equilibrio en el estado
adsorbido y en el bulk de la solucin:

49

 iads RT ln f isol RT ln a i
f() = funcin de la concentracin superficial en trminos de recubrimiento superficial del
ion adsorbido.
ai = actividad del ion en la solucin.
i = potencial electroqumico estndar del ion en el estado adsorbido.
Cuando un componente neutro es transferido entre dos fases, el equilibrio se
alcanza con igualdad de potencial qumico.

i i zF

oiads RT ln f zFsup oi sol RT ln f a i zFsol

o
o
f i ads i sol zF sup sol
ln

ai
RT

G oads G o qco G o elec

=
RT
RT
G ads

2rc exp
RT
Gelec = cte, independiente de la concentracin o densidad de adsorcin. Para
adsorcin de iones, Stern deriv:
Gsol = ziF

z i F

2rc exp
RT

Para adsorcin de surfactantes sobre xidos, Fuerstenau supuso:

Gads = ziF +
= n, donde = enlace de Van der Waals de interaccin por CH2 y entre
cadenas adyacentes de molculas desurfactantes adsorbidas y n es el nmero de grupos de
CH2 asociados.
+ = 2rc exp( zie - n/kt)
= potencial zeta.
La termodinmica de superficies, permite establecer que:
Hs = Es +(PV) = Gs + TSs
donde,
Hs: entalpa por unidad de rea
Es: energa total superficial
Gs: energa libre de Gibbs superficial
Ss: entropa por unidad de rea

G
Gs
A T,P ,n

donde,
Gs: energa libre superficial (erg/cm2)
: tensin superficial (dinas/cm)
n: nmero de moles
A: rea superficial
50

 G s
d

S s
dT
T P
Luego, E s T

d
dT

= f(T) disminuye si T aumenta.

La ecuacin de energa de adsorcin de Gibbs relaciona entre dos fases a los i

de las especies en el bulk y las superficiales de exceso o densidad de adsorcin de las varias
especies, 1, 2, i, etc. , en la interfase.
d = -SsdT - iidi
i solv = 0, i = concentracin superficial de exceso.
i

(1)
d S s dT i d (si T= cte)
i2

Ya que di = RT dln ai

(1)

RT ln a i T,

j,i j

La densidad de adsorcin puede calcularse a partir de la pendiente de la curva

tensin superficial versus log actividad, si la de la interfase considerada se puede
determinar experimentalmente.
Para alcoholes:
d = -RTROH dln aROH
= -RTROH dln cROH

51

120

mol/cm x 10

10

100
80

rea por
60 mol adsorbido

40

20
0

0
80

60

dinas/cm

40

72.8
butanol / agua

20
0

-3

-2

log a

-1

La tensin superficial baja por la adsorcin de homlogos de alcoholes alifticos

en la interfase aire - agua. Se compara ms convenientemente, graficando la tensin
superficial como una funcin del log de la actividad de alcohol.

I.3.15.4 Mecanismo de accin de los tensoactivos.

Al estudiar el mecanismo electrosttico son tiles los conceptos de la teora de la
doble capa elctrica. Los colectores, pueden ser:
1. Aninicos: Carga negativa, Aquilsulfatos (R-SO4), Aquilsulfonatos (R-SO3), cido
Carboxlicos ( RCOOH), sales.
2. Catinicos: Carga positiva
1. El radical R, vara entre 8 y 12 tomos de carbono.
2. Alquilaminas primarias RNH2 (sales).
Aminas secundarias R1 - NH - R2
Aminas terciarias
R1 - N - R2
R3
Sales de Amonio cuaternario RNH4+ClTodos estos compuestos sufren hidrlisis;, por efecto del pH generan una especie
cargada y otro neutra.
H+

Ejemplo: RNH2 RNH3+

RNH2 (precipitado coloidal).
52

RCOOH
RCOO- (disociada)
RCOOH (neutra).
El pH resulta la variable ms importante en la flotacin de xidos, pues afecta la
carga superficial del mineral y tambin el grado de hidrlisis de colector. Ejemplo: cuarzo
recubierto con grupos silanoles que se pueden protonar.
H+

OH

SiOH2+ SiOH SiO- + Agua

pz

SiOH+
2

SiOH
pH
SiO b

En base a esto se elige como colector una especie de signo contrario para flotar:
a. RCOOb. RNH3+
Se debe conocer y manejar la carga superficial del mineral. Debe haber
diferencia en el pZ de las especies valiosas y la ganga
Especie valiosa
pz
ganga

pH

Rango de separacin

I.3.15.5 Descripcin de las superficie minerales

En el caso de los xidos la descripcin elctrica estar basado en el uso de dos
parmetros:
1. Punto de carga cero, ZPC (se le confunde con el punto isoelctrico, iep).
2. Potencial zeta.

densidad
de
carga

iep

53

pH

El iep corresponde al ZPC del mineral en un sistema ideal, especie pura-agua. Es

una propiedad del mineral.
Si en cambio, se mide el pZ en presencia de colector, espumante y otros, y resulta
0: ste el ZPC del sistema. Son valores variables, segn las condiciones.

pz
ZPC

pH

El ZPC de especies minerales es un buen punto de partida para saber el rango de

pH donde la especie mineral se comporta como catin o anin. Al formar una pulpa con
mineral real y ganga, puede haber una desplazamiento del punto de carga cero, por las
interacciones que surgen.
Ejemplos: Puntos de carga cero (Pto. isoelctrico).
Las gangas tiene puntos extremos en la
PH
escala de pH; SiO2 1 - 2 CO3Ca = 9.5
SiO2
12
Los metales tiene valores intermedios de
SnO2
45
iep, lo que favorece la separacin.
TiO2
5.8 - 6.7
Fe2O3
4.8 - 6.7
Al2O3
9.1
CO3Ca
9.5
Es importante indicar que este
MgO
12 -12.4
enfoque conduce a utilizar favorablemente la
fuerza de atraccin electrosttica entre el colector y el mineral para obtener adsorcin y por
tanto hidrofobizacin.
Se ha sealado que con las alquilaminas sobre cuarzo, an habiendo adsorcin no
hay hidrofobizacin, hasta el momento en que empieza a formarse la especie neutral del
colector..
SiO

NH3+ - R

NH2 - R
El mineral comienza a hidrofobizarse, cuando se forma esta especie de baja
solubilidad.
Por lo tanto el estado hidrofbico del mineral requiere una mezcla entre la especie
inica y la especie neutra. Esta combinacin es favorable a la hidrofobizacin. Esta
situacin tambin se observa en los minerales sulfurados, donde se debe adsorber el
colector en forma inica y en forma neutra (composicin mixta del recubrimiento por
colector)
Una observacin interesante de destacar es que cuando se habla de teora de
flotacin, la mayora se refiere a la adsorcin de los colectores sobre la superficie mineral,
cuando adems debiera hablarse del estado hidrofbico. Esto tiene que ver con el
ordenamiento de cadenas y disposicin espacial de estas especies que es obtenida por
54

induccin como la producida por pequeas cantidades de molculas neutras. Es el eslabn

que puede unir la teora de flotacin de xidos con sulfuros. La adsorcin del colector sobre
la superficie, no es suficiente para flotar, es solo condicin necesaria. Se necesita adems
estudiar la qumica coloidal del sistema.

I.3.16 Teora de flotacin de los sulfuros.

I.3.16.1 Introduccin.
Corresponde al mecanismo de adsorcin de los colectores. Comnmente se usa
Colectores Tiolicos, que se han estudiado a travs de la relacin del xantato con galena.
Los xantatos:
S

X ( R

SNa
Reaccionan con la superficie del mineral formando un recubrimiento de xantato de
plomo, que sera el responsable de la flotacin.
Al principio se pens que ocurriran las siguientes reacciones:
PbS PbX2 + S2P2+ + X- X2Pb (precipitado)
Al verificar que el KpsPb es menos soluble que el Kpx2, se comprob que no era posible el
desplazamiento desde una sal menos soluble. Es decir que no es posible que el X- desplace
al S2- del SPb. Esto produjo cambios en la teora o mecanismo propuesto. Se consider que:
PbS + O2 PbSO3 (superficial)
Se formara un tiosulfato de plomo, que es ms soluble que el xantato, o sea que la
superficie de la galena tiene que esta parcialmente oxidada para que haya flotacin. Sin
embargo esta teora fue muy discutida, hasta 1957 en que Plaksin, public resultados
donde flot galena en ambiente sin oxgeno.
A pesar de que el xantato se adsorba, la galena no flotaba; si se permita la entrada
de oxigeno a cierta presin, la galena si hidrofobizaba. O sea el oxigeno sera un reactivo de
flotacin. No obstante, la transformacin del SPb a tiosulfato de plomo, no sera posible en
los cortos tiempos disponibles en una celda de flotacin, por lo que el mecanismo sera
otro.
Se propone, entonces una participacin de la superficie mineral en una reaccin de
oxidacin donde:
2X- X2 + 2e

55

o sea,

S
2R

S-

Se formara un dmero, producto de oxidacin del xantato, el dixantgeno, que

dara una oxidacin del colector, que es lo que permite flotar mediante las propiedades
semiconductoras del mineral.
Un semiconductor tipo n, o sea con exceso de electrones en las bandas de valencia,
sera la caracterstica de un mineral sulfurado en ausencia de oxgeno, y pasara al tipo p
con presencia de oxgeno, el que captara los electrones de las bandas del oxgeno. Al haber
vacancia de electrones, tomara los electrones del xantato, acelerando su oxidacin. Se
producira una catlisis inducida por el semiconductor tipo p.
tipo n
tipo p

huecos de electrones
As el dixantgeno que producira hidrofobicidad, segn la teora de los
semiconductores de Plaksin.
En occidente se usa, en cambio, la teora electroqumica de Woods .
En resumen la flotacin de :
1. xidos: habra fenmenos de la doble capa elctrica.
2. Sulfuros: ocurriran mecanismos de fijacin qumica.
La diferencia fundamental entre 1 y 2 es el rol del oxgeno, que interviene en la
hidrofobizacin del mineral.
O2
tipo n tipo p
El semiconductor tipo n pasa a tipo p, (aceptor de electrones), por la accin del
colector, que se oxida. Los p estn apropiados a las propiedades semiconductoras del
mineral, que vuelve a tomar electrones formando una especie de ciclo cataltico, segn se
indica:
2X- X2 + 2e

56

Esta es una reaccin lenta en fase homognea (tarda horas).

tipo p

tipo n
O2

El X2 es poco soluble; el colector se descompone por efecto del oxgeno. El

mecanismo cataltico debe ser suficientemente rpido (segundos a par de minutos).

I.3.16.2 Teora Electroqumica.

La teora electroqumica es conceptualmente diferente, aunque los eventos son
los mismos. Contempla:
Rol del oxgeno.
Oxidacin del colector.
Naturaleza mixta (X- + X2) durante la hidrofobizacin.
Woods, del CSIRO de Australia, plantea que el mecanismo no sea de
semiconductores, sino electroqumico, es decir:
2X- X2 + 2e,

Reaccin andica.

Corresponde a una reaccin andica, por lo que dentro del sistema debera haber
tambin una semireaccin catdica, que debera corresponder a la reduccin del oxgeno.
1/2 O2 + 2H+ + 2e H2O

Reaccin catdica

Reaccin global:
2X- + 1/2O2 + 2H+ X2 + H2O
Esto es importante de verificar mediante tcnicas electroqumicas experimentales.

57

I.3.16.3 Tcnicas electroqumicas experimentales.

A e
B

E h E

RT
ln a
A
nF

Eq

Eh

A+ + e

A+ e

i = i i = 0,
luego Eh = Equilibrio
i = f(velocidad)
E

Ef

barrido
(1)

(2)

(3)

Ei
i

t
e

e
f

La voltametra es una tcnica electroqumica que puede ser: 1 lineal, 2 triangular,

3 triangular cclica y que permite identificar reacciones.

58

Ejemplo:

a
E

ei

Oxidacin

ef

Reacciones catdicas
Peak a, indica una reaccin de oxidacin.
Er es un potencial termodinmico importante, reversible, de la reaccin por
identificar; por clculo se pueden extraer diferentes reacciones y ver cual es la que se
acerca a la de Er.
RT
E h E
ln a , permite asignar una reaccin al peak de corriente.
A
nF
La tcnica se puede hacer en los dos sentidos (andico y catdico) y es la llamada
voltametra triangular. Si hay un peak en la regin andica, debe tener su correspondiente
peak catdico.
Peak andico

i
e

i
f

Peak catdico
Woods utiliza la voltametra para demostrar que el mecanismo de oxidacin del
xantato es electroqumico. Para ello se pueden usar electrodos de metales nobles (Au, Pt) o
electrodos minerales (SPb, Cu2S, etc.) (que son semiconductores).
2X- X2 + 2e
1/2 O2 + 2H+ + 2e H2O
Corresponden a:
A B+e
semireaccin andica
C+e D
semireaccin catdica
Si lo que se oxida es distinto de la que se reduce tenemos 2 potenciales de equilibrio. El

potencial a i = 0, es cuando i i y se obtiene el Emixto. No ocurre la misma reaccin en el

electrodo. Woods dijo que sucede si se extrae el O2 del medio y se proporciona un sistema
alternativo de entrega o captacin de electrones; entonces se puede demostrar que el
mecanismo es electroqumico.
59

i
Potencial mixto

. . .
E1

E2

Eh

Cual es el mecanismo alternativo?. Lo hace a travs del uso del Potenciostato.

Peak andico
i
ei
ef

Peak catdico

Construye el voltagrama en presencia de etilxantato. Demuestra que hay un peak

de corriente que corresponde al ER de oxidacin del xantato.
Construy un aparato que es tubo de Hallimond modificado, es decir una
microcelda de flotacin. Se hace con especies puras para estudiar el efecto de variables
fisicoqumicas. Cambi la placa por una de oro y estudi la flotacin de esferas de oro,
instal los electrodos, trabaj todo el sistema sin oxgeno.
Referencia
Electrodo
modificado

Burbujas

Concentrado
Mineral
acondicionado

Tapn
Esferas de oro

Aire o argn

60

Elige potencial entorno del potencial de la cupla X-/X2 y comienza a barrer con
potencial, de modo que cuando se llega al potencial de formacin del dixantgeno, se
produce hidrofobicidad,(por lo tanto de flotacin), haya o no O2.

%R

ref

Sin O2

Ei

Ef

Eh

Erep > Eref X2/XPosteriormente se ha hecho trabajos de voltametra e impedancia, demostrando

que no todos los minerales son capaces de formar el X2 (dixantgeno), pudindose formar
mezclas de MX2 + X2. El potencial mixto (o de reposo) del electrodo mineral es el
potencial a corriente cero.
Para formar dixantgeno: Erep ErX2/X- (potencial reversible de la cupla X2/X-). A
veces no se forma dixantgeno y hay flotacin.
La evidencia experimental ha demostrado que las reacciones de adsorcin de
colectores para silicatos y xidos minerales son de naturaleza electrosttica. En este caso,
los colectores funcionan como contraiones en la doble capa elctrica.
Los cidos grasos como colectores no tienen poder colector para minerales,
cuando ellos estn compuestos de cadenas carbonadas con menos de seis tomos de
carbono. Las caractersticas de sus propiedades colectoras son inexplicables por el modelo
de monocapa compacta de adsorcin. Su accin es completamente diferente de los
colectores xantato.

61

CAPTULO II
FLOTACIN DE
MINERALES SULFURADOS.
II.1 Reaccin redox X/X2
Bajo condiciones de flotacin no existe selectividad frente a los colectores tilicos
de los diferentes sulfuros minerales, los que flotan conjuntamente. En cambio en los xidos
y no metlicos, hay algunos que no flotan en las condiciones elegidas. Esto lleva a la
necesidad de controlar la flotacin.

II.2 Modulacin de flotacin.

Analizando las posibles reacciones:
2X- X2 + 2e

E E

X2 / X

formacin de disulfuro orgnico.

X2
2 RT
RT
RT
ln
E
ln X 2
ln X

2
X
/
X
nF
nF
nF
2
X

S(X2) = 10-5 (muy baja solubilidad), por eso se supone que se trabaja con solucin
saturada, por lo tanto su actividad es unitaria, entonces:
E h E

X2 / X

2.3RT

log X E
0.059 log X
X
X
/
F
2

Este corresponde al potencial al cual comienza a oxidarse el xantato a

dixantgeno.
Valores de E de serie de xantatos.
Xantato
Metil
Etil
n - propil
Isopropil
n - butil
n - amil

E (Winter - Woods)
-0.004
-0.0057
-0.09
-0.089
-0.128
-0.158
62

Metil

Etil
Propil

Concentracin
Largo de la cadena
Al aumentar la concentracin del colector mejora la respuesta en la flotacin, pues
se requiere menor potencial para formar dixantgeno, y tambin la adsorcin. Tambin el
largo de la cadena influye positivamente, ya que un propilxantato es ms fuerte que un
etilxantato. Por eso, si hay problemas de flotacin con minerales mixtos, donde hubieran
xidos, se usan reactivos de cadena ms larga de lo usual.
El manejo de las condiciones redox en los minerales sulfurados, se da a travs del
oxgeno disuelto. La superficie mineral acta como un electrocatalizador. El X- a travs de
la superficie produce la reaccin a X2 y 2e deben ser adsorbidos y transformados en agua
por el O2.
X
X2 + 2e
O2

H 2O

La superficie acta como aceptora de electrones, y se modifican las constantes de

velocidad de las dos reacciones. Si se agrega un reactivo oxidante para generar
dixantgeno, X2, en la solucin, ste no sera activo, ya que se debe formar slo en la
superficie.
El Eh no es el de la solucin, sino el de la interfaz mineral - solucin y se puede
determinar experimentalmente fabricando electrodos con las diferentes especies minerales.
Datos con ditiofosfato.
E (V)
0.315
0.255
0.187
0.122
0.050

Dimetil
Dietil
Dipropil
Dibutil
Diamil

63

Xantatos

Ditiofosfatos

E
(-)

P E

DA DP

(+)

Se observa que primero se oxidan los colectores de cadena ms larga y que los
xantatos son ms fcilmente oxidables que los ditiofosfatos.
Con etilxantato de concentracin, = 6.25 10-4 M, Eh = 0.130 V. Se miden los
potenciales de reposo, para una serie de electrodos minerales:
Pirita
Arsenopirita
Pirrotita
Calcopirita
Bornita
Galena

Potencial de reposo, E(V)

0.22
0.22
0.21
0.14
0.06
0.06

Se forma dixantgeno

Se forma el xantato metlico

Si el potencial de reposo fuese superior a 0.130 se formara dixantgeno.

Los mecanismos electroqumicos persisten incluso sino se forma dixantgeno, o
sea hay otras vas alternativas para la reaccin andica que tambin involucran al colector.
Es as que Woods postula que en el caso de la galena:
PbS + X- = PbX2 + S + 2e

(1)

La semireaccin andica formara el xantato metlico y el sulfuro del retculo

cristalino se oxidara a azufre que es bastante hidrofbico (como el dixantgeno). Con el
acople de la reduccin del oxigeno (reaccin catdica), se tendra posibilidad de flotar la
galena.
(2)
1 / 2O 2 2 H 2e H 2 O

PbS 2 X

1
O 2 H PbX 2 S H 2 O
2 2

Reaccin global

PbX 2
+
S
Capa mixta
En el caso de la covelita se forma X2Cu que siendo inestable, produce CuX (xantato
cuproso) ms dixantgeno.
64

CuS = Cu2+ + S2Cu2+ + X CuX2 CuX + 1/2X2

Este mecanismo no sera vlido, pues tambin est abierto a la tenorita, bornita,
etc., que s forman dixantgeno y no hay flotabilidad, pues ste debe quedar adsorbido en la
superficie con interaccin con los azufres ( entre los S del dixantgeno y los S del mineral).
O

S S
S
S

S
S

Los que no concuerdan con esta teora, argumentan que el S no es

termodinmicamente estable a pH alcalino, que es al cual se hacen las flotaciones.

II.3 Flotacin selectiva.

Debido a la variedad de especies presentes en los minerales, con sus diferentes
leyes, y siendo unas, subproductos de las otras, es conveniente obtener separadamente
concentrados de cada una de los productores valiosos.
Por ejemplo la pirita en minerales de cobre constituye una impureza o ganga que
hay que eliminar.
La flotacin selectiva tiene una serie de alcances, respecto de subproductos,
impurezas, ganga. Se aplica a :

Sulfuros de metales pesados y subproductos.

Polimetlicos
Eliminacin de impurezas
Selectividad frente a la ganga
Se trabaja con :
- Depresantes : oxidantes, reductores, complejantes, precipitantes
- Activadores
- Dispersantes de ganga.
Ejemplo:
1. Separacin de Cu -Mo
2. Activacin de esfalerita
3. Separacin Pb - Cu - Zn - Fe
4. Separacin Cu -Ni - Co

65

Se parte de la siguiente base: Un mineral sulfurado adquiere flotabilidad por un

colector tilico, mediante una reaccin qumica que conduce a la formacin de un film
mixto de iones colector - metal y disulfuro, y existe una condicin de la superficie que est
dada por las propiedades del mineral sulfurado.
Si se pueden modificar las propiedades electrocatliticas del metal, se puede
inducir flotacin.

II.4 Modificacin de propiedades superficiales del mineral sulfurado.

Si se tuesta el sulfuro y al momento se quiere flotar, no se puede. La oxidacin
superficial puede inducir depresin.
Fuerte : mediante tostacin.
Leve :
i. Con oxgeno insuflado antes de flotar.
ii. Con oxidantes, H2O2, ClO-, MnO4K, CrO4K2.

II.5 Influencia la temperatura.

El ferrocianuro, necesita una temperatura de 60C para producir modificaciones,
con fines depresivos.
Una descomposicin qumica del recubrimiento del colector, es depresante. Un
reactivo capaz de complejar al metal, forman un compuesto ms estable que el del colector
- metal, que se disuelve y por lo tanto depresa. Ejemplo: cianuro.
Precipitacin sobre la superficie: (Adsorcin).
Ejemplo: (OH)2Ca sobre pirita y molibdenita.
Es debido a la precipitacin de una mezcla de hidrxidos superficiales de calcio y
fierro que evitan la flotacin, pues se pierden las propiedades electrocatalticas.
El (OH)2Ca se entremezcla con el MoCa, en la depresin de la molibdenita.

II.6 Descomposicin qumica del recubrimiento del colector:

- Reductor (SNa)
- Complejantes.
Concent. 1
molar

SH

HS -

S=

12

66

pH

El SNa2 depresa a todos los minerales sulfurados, excepto la molibdenita (que

tiene flotabilidad natural). Pirita, galena, esfalerita, calcosita, covelina, bornita. Otra
excepcin esfalerita.
El SHNa tiene una doble funcin:
a. Descompone el recubrimiento de colector.
b. Puede reducir al disulfuro (dixantgeno).

qumicamente adsorbido
fsicamente coadsorbido
Mineral
sulfurado

MX
X

MS + 2X 2

SHNa

MX 2

2X -

a. El colector se desorbe.
b. Reduccin de X2 a X- que pasa a la solucin.
La superficie vuelve a su estado original como especie sulfurada, pero es un estado
reversible que depende de la concentracin de SH- residual.
SH-

%R
100

Se recupera la
flotabilidad
- original
con [SH ] = 0 (*)

[HS ]

[SH - ]

crtica

comienza nuevamente
la flotacin

El SH- se descompone con el O2 ambiente, catalticamente a S2O3=, o polisulfuros

(por eso disminuye SH- con el tiempo).

67

II.7 Implicaciones tecnolgicas.

Se puede ahorrar SH- trabajando con gas nitrgeno, en vez de aire en la celda.
Algo similar se ha conseguido con el desarrollo de celdas hermticas que trabajan con aire
enrarecido y que se logra por recirculacin del aire en la celda.

reposicin de SH[HS - ]

[SH - ] crtica

SH -

Comienza a flotar
Cu, Mo, Fe
al llegar a [SH ] c

Cu, Fe, Mo

Por esto se adiciona SHNa en etapas.

Se ha desarrollado el electrodo especfico al SH-, de membrana - slido, de
Ag/SAg2.

1. SAg 2 /Ag2
E = f [SH ]

68

2. Referencia

Al aumentar la concentracin de SH-, entonces disminuye (ms negativo), el potencial.

-E (mv)
-800
-300
10-5 10-4 10-3

10-2 Concentracin

En el banco de celdas:
[SH]

[SH] c

[SH] c
E

Ecrtico = -600 mV

Cuando el potencial llega -600 mV, se comienza a agregar SH- para que no flote
conjuntamente lo depresado. Si E = -300 -400 disminuye la eficiencia de la depresin.
Esto es un ejemplo del control en lnea de la separacin Cu - Mo.
Se pueden usar tambin, electrodos de Pt o Au. El problema es que la respuesta es
inespecfica, pues Eh se modifica con cualquier otro elemento y no slo el SH-. Esto se usa
tambin en la descontaminacin de los efluentes que tienen sulfidrato, dosificando el H2O2
necesaria para oxidar el SH-, y bajando a 5 ppm.
-E

log c

69

II.8 Flotacin selectiva.

II.8.1 Minerales sulfurados de Cu - Fe - Mo - Zn - Pb.
Depresantes. SNa2, SHNa (reductor, medible con electrodo Ag/SAg2). Forman
sulfuros poco solubles: Reaccin de desplazamiento del colector, precipitado con el
metal.
Activadores.
Desactivadores.
Tiene aplicacin importante en minerales de Cu - Mo - Fe. En estos se tiene una
mezcla de calcosita, calcopirita, covelita, bornita, molibdenita ms pirita.

Flot. colectiva

Concent. Cu - Mo - Fe
MoS

Flot. selectiva

Calcopirita
Calcocita

+ FeS

El S2Mo tiene flotabilidad natural. Tiene estructura laminar con capas donde hay
sitios bordes y caras.
Los sitios bordes son hidroflicos.
Los sitios caras son hidrofbicos.
Mo

Mo

Mo

capa

capa

Mo

Mo

Enlaces de Van der Waals

Mo

Capas dbilmente unidas por enlaces de Van der Waals, por interaccin entre
azufres y enlace covalente entre Mo y S.

70

se desfolia
o se dobla
S

Sitios caras

S
S

S
S
S
S
S

Sitios bordes
El mayor contacto es por las caras:

burbuja

partcula

El SNa2 remueve el colector, inclusive de la molibdenita, que an en presencia de

SNa2 flota. sta no necesita un colector tilico, si se agrega un colector no polar (petrleo
+ kerosene). El empleo de N2 ahorra colector, pues bloquea la oxidacin cataltica de
descomposicin del SHNa. A veces se usan otros colectores como S(NH4)2, cuando el
S2Mo est parcialmente oxidado con un recubrimiento de MoO3. Se forma molibdato de
NH4 y disolucin de la capa de xido.
Se puede emplear tambin: ferrocianuro, aunque requiere temperatura, o cianuro
que como es txico se emplea en pequea cantidad (en colas).
Anamol - D o Asmol (60% SNa2 + 20% As2O3) da tioarseniatos que aumentan la
depresin.
Reactivo de Notes (LR - 774) 20% Na2S + tiofosfatos. En Teniente se usa P2S5 + OHNa.
SNa2Anamol SNa2LR - 774.
En el MoS2, el tamao de las partcula es muy importante, 10 - 20 m. No obstante
se generan finos bajo 10 -5 m. En este caso ya no flota bien, pues genera gran prdida,
ya que la razn sitios caras/ sitios bordes es muy pequea.
Las partculas pequeas son ms hidroflicas y se producen lamas con partculas
en forma de agujas que se pierden. Tambin se pierde recuperacin con partculas gruesas
( 50 m). Aparece un ptimo segn el tamao.

%R

ptimo (5 - 30 m )

.
5

30 50
71

Cu

200

x
m

Sin embargo, el Cu flota bien en 200 m 100 - 150 m, por lo que las burbujas
de aire no tienen el tamao adecuado para ambos casos.
Un problema tpico se da en el caso de la pirita en minerales sulfurados.
sta se depresa con cal; en etapas de limpieza se usa pH 11 -12, que es una forma
indirecta de regular el agregado de cal.
pirita
100 %
calcocita
calcopirita

10
13
pH
Por lo tanto para separar la pirita de la calcosita y calcopirita, se debe regular el pH
segn lo indicado.

%R

CaO

NaOH

10
12
pH
En realidad, la depresin no es por pH, sino por cal, segn se indica en la figura
anterior.

%R

pz

pH
++

pz por agregado de Ca
pH

pz pirita
Adsorcin
in Ca++

adsorcin

72

Los iones Ca++ se adsorben sobre la superficie de la pirita y dan un cambio

superficial que depresa la pirita.
Fe(OH)

FeS2

Ca(OH)

Estos hidrxidos forman una capa superficial con propiedades hidroflicas, por lo
que el colector no es adsorbido, pues no se forma X2. El X2 confiere la flotabilidad a la
pirita. Si la pirita es depresada con cal, se puede reactivar bajando el pH. Al disminuir el
pH, se disuelven los hidrxidos.
%R

Reactivada

12 10 8 6
La pirita es muy sensible a la oxidacin.

%R

CaO
oxidada

CaO

OHNa

(*) La cal depresa a un pH ms bajo, pero si la pirita es previamente oxidada en

forma leve, la cal es un depresante ms poderoso.
La oxidacin, se consigue mediante:
a) Simple aireacin de la pulpa: da menor consumo de cal, la calcopirita y molibdenita son
ms difciles de oxidar, se puede trabajar a pH ms bajos.
b) Envejecimiento de pulpa: se deja un da antes de flotar, lo que de una prdida de
flotabilidad. dem, si los minerales estn almacenados, por lo que deben quedarse sellados e
insuflar nitrgeno. El envejecimiento de pulpas se hace en espesadores para oxidar la pirita
de un turno otro turno.
c) Reactivos qumicos: H2O2, NaClO (oxidantes).

73

Capa de xido
FeS2

pH 10

%R
(NO 3 ) 2 Ca

Capa de hidrxido

Ca
Conc crtica

Ba
Mg
++

Conc. [Ca ]
++
Mg
++
Ba
++
Sr

Si se usan aguas duras, hay mayor Ca++ y pueden usarse pH ms bajos. La

molibdenita tambin se depresa con cal. (pH = 12).

x
fraccin
molar

%R
CaOH

+
++

Ca

SMo

Ca(OH)

Fe S

pHS

pH

10

12

pH

pH crtico de precipitacin
El cianuro es depresante de pirita (o Ferro o Ferricianuro). La pirita flota mejor a
pH cido que alcalino, por eso se flota mejor a pH cido y luego a pH alcalino para
despiritizar. La galena es sensible a la oxidacin. La calcopirita no es sensible a la
oxidacin, con lo cual mejora su flotabilidad. En la flotacin selectiva, la pirita y pirrotita,
son dos especies que siempre acompaan a los minerales sulfurados y que deben
eliminarse.

II.9 Tratamiento de polimetlicos.

Se consideran minerales de Pb, Zn y adems Cu - Pb - Zn - Fe, Cu - Pb - Zn - Fe Ni., Cu - Pb - Zn - Fe - Co, y adems pueden contener Au y Ag.
SZn : esfalerita.
SZn: wursita (estequeometra variable).
SPb: galena.
CuFeS2: calcopirita
FeS2: pirita (pirrotita)
(Fe - Ni)x Sy : pentlandita
(Fe - Co)x Sy
74

Esquemas de flotacin.
Aprovechan la respuesta positiva de los polimetlicos a los xantatos (isopropil,
amilxantato) y tambin el uso de depresantes: CN-, cal, SO4Zn, CrO4K2, SO3Na2, CO3Na2.
Para inhibir algunas especies se usan activadores y desactivadores. Se aplican el
SO4Cu como activador a la esfalerita y el CNNa como un desactivador.

II.10 Accin de reactivos en Flotacin.

II.10.1 Reguladores.
1. Actan directamente en la superficie mineral variando su composicin qumica.
Ejemplo: Esfalerita activada por sales de cobre.
Desactivada por el in cianuro.
SZn + Cu++ = SCu + Zn++
2. Los reguladores pueden separar un colector de una superficie mineral, luego, impiden
una flotacin.
Ejemplo. La introduccin en la pulpa de flotacin: sulfuro de sodio aumenta la
concentracin de iones sulfuros e hidrosulfuros, produciendo la separacin de xantogenato
de la superficie de la galena.
3. Los reguladores pueden tambin variar la flotabilidad de un mineral.
Ejemplo. Debido a la heterogeneidad de la superficie mineral hay superficies libres
que son adsorbidas por el regulador, reduciendo la hidrofobicidad del mineral.
4. Algunos reguladores producen marcadas variaciones en la alcalinidad del medio
afectando la flotacin.
Ejemplo. La pirita no puede ser flotada en medio alcalino.

II.10.2 Activadores.
Son reactivos que facilitan la unin de un colector con un mineral; intensifican la
accin del colector sobre los minerales. Los que tienen efecto opuesto se llaman
depresores. Algunos son activadores con determinados minerales y depresores en relacin
a otros. Por ejemplo, el sulfuro de sodio activa la flotacin de muchos minerales oxidados
no ferrosos, pero es un depresor para minerales sulfurados.
Ejemplos de activadores.
1. Sales solubles de metales pesados no ferrosos (Cu, etc), los cuales activan la pirita,
esfalerita, cuarzo y ciertos sulfuros minerales.
2. Las sales solubles de metales alcalinos trreos (Ca, etc.) activan la flotacin del cuarzo y
otros minerales no sulfurados.
3. Sulfuro de sodio y otros sulfuros solubles son usados en la activacin de minerales
metlicos no - ferrosos oxidados. (Ej. Cerusita, malaquita, etc.)
4. Oxgeno (como oxgeno atmosfrico) activa la flotacin de sulfuros y de un nmero de
minerales no sulfurados.
75

II.10.3 Ejemplo de depresores.

1. Sulfuro de sodio y otros sulfuros solubles, usados sobre todo para minerales no sulfurados.
2. Cianuros son usados en la flotacin selectiva de esfalerita, minerales de cobre y pirita.
3. Sulfitos e hiposulfitos y ciertos sulfatos (por ejemplo Zn y sulfatos ferrosos) son usados
principalmente para flotacin selectiva de los minerales sulfurados y la esfalerita.
4. Sales de cromo (K2CrO4; K2Cr2O7), son usados sobre todo como depresores de la galena.
5. Silicato de sodio (water, Glass) usado como depresor de cuarzo y para otros tpicos
minerales de ganga y tambin en la flotacin selectiva de un nmero de minerales no
sulfunados.
6. Reguladores orgnicos no ionizables (amida, dextrina, cido tnico, etc.) usados como
depresores para un nmero de minerales no sulfurados.
7. Cal - xido de calcio - CaO, es un depresor especfico para la flotacin de minerales
sulfurados.

II.10.4 Efecto depresor de los cianuros.

Los cianuros son usados en la flotacin selectiva de cobre - zinc y minerales
polimetlicos plomo - cobre - zinc, como depresor de la blenda, pirita y ciertos sulfuros de
cobre.
Por ejemplo los compuestos complejos de cianuro de cinc son dados como sigue:
Zn++ + 2CN- = Zn(CN)2
Zn(CN)2 + 2CN- = Zn(CN)4Activadores.
Ejemplo: Flotacin de fluorita (F2Ca).
Asociaciones: SPb, SZn, S2Fe, CO3Ca, SO4Ba, SiO2.
1. Sales, junto con:
Xantato: flotacin galena, pirita, pero no de esfalerita.
Agregando cido Oleco: flotacin SZn, CO3Ca, fluorita, baritina.
Incorporando sales de Cu++ (sales): flotacin de esfalerita.
CuCO3 + S= = SCu + CO3=
Promueve unin colector (xantato) y superficie esfalerita.
2. Dispersantes.
Ejemplo: Silicato de sodio. Dispersa arcillas coloidales.

76

3. Depresores.
Actan haciendo superficie mineral inadecuada a la accin del colector.
a. Sales inorgnicas.
Ejemplo: Cianuro para deprimir la pirita.
S2Fe + 2CN- = (CN)2Fe + S=
Para separar plomo de zinc.
CuS + 3CN- = Cu(CN)3- + S=
b. Coloides orgnicos.
Almidones, gelatinas, gomas, etc. Forman recubrimiento hidroflico.
Ejemplo: Flotacin selectiva calcita/fluorita con cido oleico.
F2Ca + Ol- Ca ... OlCO3Ca + Ol- Ca ... OlAgregando tanino se deprime la calcita.

II.10.5 Modificadores de pH.

1. Promueven o suprimen la ionizacin de reactivos.
2. Controlan la adsorcin de los reactivos en la superficie mineral.
3. Controlan interaccin entre reactivos.
Ejemplo: Transformacin del cido oleico a oleato.
NaOH

OLH OLNa OL- + Na+

OL- + H+ OLH, como no es colector aninico, sino oleoso, no puede actuar
como tal.
Otro ejemplo, es que un alto pH, deprime la baritina en separacin de la calcita.
Tambin actan en la activacin de la slice por cationes en flotacin oleosa.Ejemplo:
O - Fe+++- OlSi +

O - Fe+++- Ol-

Fuerte activacin de slice. Si baja el pH ,entonces no flota, ya que el colector

aninico disminuye su concentracin.

77

II.11 Ejemplo de esquema de Flotacin.

II.11.1 Ejemplo 1.
Galena, esfalerita, pirita, minerales oxidados.
Cal, pH = 11
CN para disminuir Zn, Fe
Etil Xantato (colector)
cido creslico (espumante)

Concentrado de galena

Colas
CuSO

activa Zn

pH = 11
Etil Xantato (colector)
Amil Xantato (colector)
cido creslico (espumante)

H SO , pH = 9
2

CuSO
Elimina CN
4
Amil Xantato (colector)

Esfalerita
-

cido creslico (espumante)

Pirita y sulfuros residuales

Colas sin sulfuros

(minerales oxidados)

78

II.11.2 Respuesta de algunas especies.

II.11.2.1 Calcopirita.
La calcopirita da buena flotacin a pH alcalino, es resistente a la oxidacin y no se
depresa con cal. Si se oxida suavemente, se modifica su superficie y adquiere una
flotabilidad inherente. Se regula con oxidantes a travs del Eh (collecterless flotation).
En cualquier flotacin colectiva donde hay calcopirita, sta se flota primero. Idem para el
caso de galena, que es flotada de la misma manera (buena resistencia a la cal, sensible a la
oxidacin). Se puede depresar con:
Oxidante : CrO4K2
Reductor: SO3Na2

%R

%R

dosis baja de CrO K

4

galena

SO3Na 2
dosis alta de CrO K
4

pH

pH

%R
Galena natural (sin tratamiento)
1.2 kg/t CrO K

Galena

4 2

oxidada

pH
ms sensible a la depresin

II.11.2.2 Respuesta de la esfalerita.

La respuesta de la flotacin de la esfalerita es mala en presencia de xantato, pues el
XZn es ms soluble que los xantatos de otros metales pesados como Cu, Fe, Pb.
Log Kp
Zn
Pb
Cu
EtilX
-8.31
-16.77
-19.28
etilditiofosfato
-1..82
-11.12
-15.85
hidroxido
-16.79
-16.09
-14.70
log Kp
-48.14
-35.40

Cu2S
CuS

79

Los sulfuros son ms insolubles que los etilX (etilxantatos), por lo que no es
posible la reaccin de desplazamiento segn LAM. La esfalerita se activa con sales de
cobre (SO4Cu).
SZn + Cu++

ZnSCuS +

Zn++

Se forma una pelcula de sulfuro de cobre sobre esfalerita que le da flotabilidad. Se

produce activacin natural; al flotar galena, una parte del zinc se va al concentrado de
plomo, por eso se usa la desactivacin en presencia de 10-2 M de CNNa.

%R

ZnS activada con SO 4Cu

-7

-6

-5

10 10 10
Flotacin rougher

CN

CNNa

ZnS
+
CuSO4

conc. PbS
conc. ZnS
Un mineral de Pb-Zn (galena, esfalerita), se puede flotar colectivamente en
presencia de CN-, para dar una cola rica en ZnS y un concentrado de SPb, luego la cola se
flota para dar un concentrado de ZnS.
El ZnS es sensible a depresantes: SO4Zn/ CO3Na2/CNNa, CaO, NaCN, SO4Zn (*),
SO4Zn + CO3Na2.
(*) Depresante preferido para la esfalerita.
La cal induce la formacin de un hidrxido de zinc sobre las superficies de la
esfalerita y genera depresin.
%R
ZnS

CaO
+ZnSO4
10

80

pH

Los esquemas de depresin de esfalerita usan SO4Zn o mezcla de SO4Zn +

NaCN, que da lugar a la formacin de complejos como Zn(CN)2, Zn(CN)3-, Zn(CN)4-, y su
accin depresante es mayor que con CN-. La desactivacin sobre esfalerita activada por
Cu++, con CN-:
ZnSCuS + CN- = ZnS + Cu(CN)2 + C2N2 + S2Se parte probando ZnSO4 + NaOH para deprimir. Es ms difcil depresar la ZnS, si
en el yacimiento est acompaada por sales de Cu.

II.11.3 Ejemplo 2.
Si se tiene mineral con Cu - Pb - Zn - Fe , el esquema de flotacin puede considerar:
1. Flotacin colectiva concentrado de Cu - Pb
2. Cola flotada + SO4H2 (disminuye el pH), separa concentrado de Fe, Zn + relave.

Fe/Zn

CaO *
CN

cola

Conc. Cu - Pb

Conc. Fe - Zn
limpieza
CaO

**

Concentrado Zn
Pb

SO Na
3

reactivar
Pb con
aireacin

Concentrado de Cu

Concentrado de Pb

(*) Ms SO4Zn si esfalerita est muy activada.

(**) Si es necesario agregar CuSO4.
Estos esquemas tambin son importantes si hay Co - Ni.

81

Fe

cola

II.11.4 Ejemplo 3.
La flotacin de pentlantdita, es buena especialmente a pH cido. Se depresa con
cal aunque no tanto como la pirita. Este mineral est asociado a minerales de cobre, por eso
es usual tener Cu - Zn - Co o Cu - Zn - Ni.
Caso: Cu - Zn - Co, Cu - Zn - Ni.

ZnSO
4
CaO

H SO
2

CuSO

baja pH

Concentrado Cu

Concentrado Co

Concentrado de Zn

Etapa limpieza

Etapa limpieza

Etapa limpieza

CaO: depresa pentlandita.

ZnSO4: depresa esfalerita.

82

CAPTULO III:
OPERACIN DE
CIRCUITOS DE FLOTACIN
III.1 Tipos de circuitos.
Circuito Rougher ( primario)
Recuperadores
Circuito Scavenger (barrido)
anterior al rougher
alimentacin por cola o relave anterior

Circuitos

Cleaner ( limpieza)
Limpiadores
Recleaner ( limpieza)
Operaciones complementarias:
-

Molienda
Clasificacin
Espesamiento
Filtracin
F
Rougher

C
Scavenger Cleaner

Cleaner

Recleaner

final

83

Scavenger

T
(cola)

Balance:
- fino (contenido metlico) = masa ley / 100 = F
- masa
- agua
F, f

T, t

C, c
Ejemplo: 100 toneladas de mineral de cobre de ley 1.5%: F= 100 1.5/100 = 1.5
ton (independiente de la composicin mineralgica)

III.2 ndice metalrgicos.

- Recuperacin
- Ley, razn de enriquecimiento
- Recuperacin en peso ( % Rpeso) (es un ndice de selectividad)
Balance de masa.
F = C +T
Balance de finos.
Ff = Cc + Tt
Balance de agua.
Wf = Wc + WT

III.3 Operacin batch de celda unitaria.

%R

fino concentrado
Cc
100
100
fino alimentacin
Ff

Se tiene que saber el peso de C y F, lo cual no es usual en un circuito continuo,

donde se hace el balance en base a leyes:
Ff = Cc + Tt = Cc + (F - C)t
= Cc + Ft - Ct
F(f -t) = C(c -t)
Sabiendo que %R

Cc
100
Ff
84

Por lo tanto,
%Rpeso

C ft

F ct

C
100
F

Razn de enriquecimiento =

R =

( f - t)c
100
(c - t)f

C
F

Ejemplo: F = 1 kg, C = 100 kg. Luego % Rp = 10 % (recuperacin en peso), en

este 10 % debe estar el 90% del metal.
En el caso de minerales de cobre para un concentrado rougher, %Rp = 8 - 20%,
siendo un valor referencial para diseo, el 10%. En un circuito cleaner: %Rp = 30 - 65%.

%R metal

ley concentrado

100

ley conc.
%R peso
Para minerales blandos que dan muchas lamas, se tiene altas recuperaciones en
peso (20%), pero baja ley.

III.4 Operaciones unitarias.

Las operaciones unitarias como las remoliendas se aplican al concentrado
rougher.
Rebalse hidrociclones a flot. rougher
Molienda

Hidrociclones
Descarga al molino

Flotacin rougher
Espesador
Remolienda concentrado

Hidrociclones

rebalse limpieza

Limpiezas

Remolienda

Conc. rougher

Operacin Unitaria
Espesadores (desaguada para remolienda o filtracin)
85

Ejemplo: Molienda con molinos de bolas ms un molino de barra. El rebalse de los

hidrociclones va a circuito de flotacin.
Molino
Barras

Mineral

Flotacin

1
Mol.
Bolas

2
Mol.
Bolas

3
Mol.
Bolas

Circuito de molienda (directo e indirecto). En remolienda intermedia de flotacin

se usa circuito indirecto. En remolienda de rougher o de concentrados intermedios: de 3
limpieza, de 4 limpieza en Mo, etc.
Otra configuracin:
Rougher

Rougher - Scavenger
De barrido, recuperar
de una cola un poco ms

% sol

Mineral

Espesador

Se pulpea

Barras

Bolas

Remolienda
Limpieza

Bolas

Concentrado final

Un mayor porcentaje de slidos da una mayor recuperacin en flotacin. Esta es

funcin del tiempo de residencia. 20 - 45% slidos es normal mejor an 30 - 45%.

86

Lo anterior es funcin de:

mquina de flotacin.
granulometra.
- Gruesa: se embanca (bajar el % slidos)
- Fina: se ensucia.

III.5 Ejemplos de circuitos de flotacin.

2 bancos en paralelo.

Conc. rougher
Espesador

Circuito de molienda - clasificacin directo.

C. Rougher - Scavenger

HO
2

H2O

Remolienda

t
Limpieza
Concentrado final

Etapas de limpieza: pueden tener distintas configuraciones.

Recirculacin en contracorriente.

87

Concentrado rougher

Remolienda

Circuito cleaner
conc
Circuito recleaner

Concentrado final
Otra representacin. Con minerales de grandes exigencias en ley. Ejemplo Mo.

Alimentacin
Cola

4
Concentrado

El Mo tiene 0.2 - 0.4 % en el mineral y se debe llegar el 52 % Mo (Razn de

enriquecimiento muy alta). En cambio el Cu se concentra desde el 1 % al 28 - 40 % en el
concentrado.
Conc. rougher

Remolienda
recleaner

cleaner

Conc. final

88

Recleaner

Rougher

Rougher - Scavenger
Relave

Cleaner
Concentrado final

En el mapa de circuitos industriales, es necesario cuidar la estrategia de generacin

de colas, y considerar que slo el scavenger produce relave.

Alimentacin
Rougher
Scavenger

Relave

Remolienda - Clasificacin
Conc.
Cola

Cleaner

Cleaner
Scavenger
Intercala esta
scavenger

Recleaner

Conc.

89

Alimentacin
Relave

Rougher
Scavenger

Remolienda - Clasificacin
Cleaner
Scavenger
Cleaner

Recleaner
Recleaner
Scavenger

Conc.

(*) Si se aumenta la ley de la cola cleaner o recleaner por encima de la scavenger,

baja la recuperacin.
Si se opera con muchos circuitos scavenger da malos resultados, es mejor un solo
circuito cleaner - scavenger, por ejemplo con minerales arcillosos.

III.6 Otras alternativas.

a) 4 molinos en molienda.
b) 3 molinos a molienda y 4 molino a remolienda del concentrado rougher.
c) De la misma manera que b, pero remolienda de la cola rougher.
Es interesante que con los mismos equipos, se utilice uno de los 4 molinos en
remolienda del concentrado rougher y los otros tres en una molienda ms gruesa, pero ms
econmica.
Otra alternativa es remoler la cola rougher (segn ley de stas), primero se debe
llevar a cicln para la separacin de lamas de arenas (con middlings); stas van a
remolienda (+ 65#). En razn de los mayores flujos, tanto msicos como volumtricos de la
cola rougher respecto al concentrado rougher, sta alternativa no es usada.
Ejemplo: Disputada de Las Condes, tiene una mineraloga calcopirtica similar a la
de mina Andina. Se entr a zona alterada y baj la recuperacin. Debido al transporte de
pulpa (56 km) de mineral blando con mineral duro, se produce una reduccin de tamao de
arcillas que ocasiona, problema en remolienda por lamas, -10 m, y en filtrado, y la planta
se colmata por atrapamiento de las lamas.
Hay tendencia a flotar lo ms grueso posible al salir del cicln a la celda de
flotacin y no al molino. Esto tiene que ver con el hidrocicln que trabaja por densidad ms
que por tamao.
90

Alimentacin mayor
*

Ley alta

(*) Se juntan concentrado con distinta ley (tratar de que no sea muy grande).
Con clasificacin intermedia.

91

alimentacin

alta ley

Scavenger

a todo el circuito
conc. recirculado

limpieza

limpieza

2 etapa

colas

a remolienda
limpieza

flujo menor
limpieza

concentrado
con granulometra ms
gruesa

circuito chicos

En este ejemplo, se usan cuatro etapas de limpieza con celdas pequeas. Conviene
seleccionar circuitos cortos, para el caso de necesitar un concentrado de alta ley. Por
ejemplo de dos celdas, ya que si es ms largo baja la ley. Si se tiene un circuito corto, se
obtiene baja recuperacin, pero no importara, ya que se reprocesa la cola, pues interesa la
ley.
R

t
M

t
A lo largo de un banco
celda 1

3 4

En algunos casos, interesa obtener concentrados gruesos lo ms rpidamente

posible, y para subir la ley se puede intercalar remolienda intermedia.

92

As Outokumpu desarroll la celda Skim - Air, para gruesos, cuyo circuito se

indica a continuacin:

Circuito rougher convencional

celda
corto
concentrado
Se puede flotar partculas de hasta 300 m, obteniendo alta ley y buena
flotabilidad. Otra alternativa, es la utilizacin de columnas de flotacin que se usan en
etapas de limpieza.
Las columnas tienen aproximadamente 13 metros de altura, dando espesores de 1
m espuma contra 10 cm de espuma de una celda convencional. Se pueden aplicar a
minerales calcopirticos, y son ejemplos las columnas instaladas en Proyecto Escondida
(Norte de Chile), Andina, M. Blancos, Disputada, etc.
Rougher

Colas

Conc.
Cicln
Remolienda
Agua lavado
Conc final = 30%
Scavenger
Columna
Cleaner

Salida
Colas

La recuperacin rougher tiene que ser alta (ejemplo 85%). La recuperacin

limpieza es tambin alta (96%). Luego la recuperacin global es 80 % aproximadamente.
El Rougher es circuito recuperador y no de ley. Antes se exiga recuperacin y ley, y frente
a prdidas en ley se usaba menos aire, pero esto daba menor recuperacin. No importara la
ley, siempre que se tenga una razn de enriquecimiento de cuatro y no de diez, como antes
se pretenda. Slo para minerales diseminados y que tengan granulometra fina, se puede
flotar en circuitos rougher usando columnas.

93

III.7 Operacin de circuito de flotacin.

III.7.1.Introduccin.
En principio, si la molienda es ms fina, se obtiene mayor recuperacin. Por
ejemplo, es usual moler a -65 +100 Tyler, 18 % +65 # que equivale a 50% - 200 # sobre
toda la distribucin.
Ante un aumento de dureza del mineral se puede pasar de 20% + 65 # a 22% + 65
# y eso podra bajar la recuperacin en 2 3 puntos. Si en la mina El Teniente, la
recuperacin bajase un punto se perderan 5 millones dlares por ao, que equivale a
15.000 dlares por da.
En cada uno de los bancos de flotacin, el nivel de pulpa se puede manejar
independientemente, a travs de los cajones. El espesor de la capa de espuma se regula y
cuando es menor, da una mayor la velocidad de flotacin aunque la ley puede bajar. En
cambio si el espesor es mayor, la ley aumentara.
El circuito scavenger trabaja con los ms pequeos espesores de espuma, que
concuerda con los mayores flujos de aire de estos circuitos. Son flujos de pulpa impulsados
y todo el material se transfiere por el fondo, y el flujo de liquido alimenta por la parte
superior a la otra celda.
Actualmente, las configuraciones de celdas y flujos ha cambiado, debido al mayor
volumen de las celdas utilizadas. Un banco es a veces una sola mquina.

III.7.2 Mquinas de flotacin.

Un buen diseo de una celda de flotacin, tanto de estabilizador como rotor,
garantiza el mejor rompimiento de las burbujas de aire.
En el caso de la celda Wenco, se usa una especie de jaula de ardilla de 1" a 1",
para mejorar la distribucin de espuma. La agitacin no debe ser extremadamente violenta,
ya que una turbulencia muy grande, puede producir escape de ganga.

III.7.3 Circuitos.
Para aprovechar lo mejor del circuito rougher se flota hasta obtener una ley en la
ultima celda igual a la ley de alimentacin. Hay que extraer el grueso lo ms rpido posible
del circuito, sin que pase a remolienda, adonde se enva el 10% del flujo total,
aproximadamente. Hay que considerar que el hidrocicln distingue entre gravedad y
tamao, pero no distingue liberacin. Por ello se puede utilizar una celda SKIM - AIR, que
se alimenta con la descarga del hidrocicln y su salida va al molino. Otra opcin es colocar
la celda a la salida del molino, evitando sobremolienda. En ese caso, se necesita una celda
scavenger para procesar las colas de limpieza.

94

III.7.4 Diagnstico de plantas de flotacin.

Para diagnosticar el funcionamiento de un circuito de flotacin, es necesario:
Cuantificar tendencias estadsticas en un periodo de tiempo significativo.
Muestrear relaves y caracterizar alguna de sus fracciones de tamao, por anlisis qumico y
determinacin del grado de liberacin.
Evaluar circuito especficos (por ejemplo rougher), calculando recuperacin por mallas y
prdidas por mallas.
Siempre hay que recordar que los turnos de la noche son peores que los de la maana, en lo
referente a control operativo de la planta.
No usar muestras de compsitos muy grandes, pues los efectos se van amortiguando o
comprimiendo; as es mejor la muestra por turno que la muestra mensual.
El relave es til para diagnosticar, separando a + 65 mallas, para analizar su ley de
Cu. Se muestrea a -200 # +325 # cada 15 minutos durante 156 dias, y se forma un
compsito por turno.
Se grafica ley de Cu en funcin del da de la muestra.

Ley de Cu
0.3
0.2
0.1
0

20 40 60 80 100 120 140

das

El Rougher es el circuito ms importante de la planta, ya que produce la mayor

recuperacin, por ejemplo si Recrougher es del 80%, la de planta puede ser del 78%.
Si se hace un anlisis granulomtrico y se grafica el porcentaje - 200# y se coloca
la ley del relave, se obtiene la siguiente curva:
0.3

. .
.

0.2
0.1
0

10

20

30

.
.

.
. .
.
.. . . .
. . . . .. .

40

50

60 % -200 #

En la medida que la granulometra es ms gruesa, se obtiene un relave con ley mas

alta. Si el relave se fracciona, se tiene:

95

Ley de Cu %
0.4

0.1

. . . . . ..

. . .

. +65#
+ -65 + 200#
* -200#

+ + + .
+ + + + + + +.
* * *
* *
* * *
5

10

15

Muestras en orden correlativo

Para un compsito de nueve turnos (fluctuaciones tomadas), las fracciones ms gruesas

tienen la ley ms alta.

TMPD 40
(miles)
35

. .. . .
. . .. ..
. . .

30
25
20

30

40

45

55

% -200 #

A partir de las 35000 ton/da, se observa la tendencia de que cuando el tonelaje

tratado es mayor, se incrementa la probabilidad de encontrar granulometras ms gruesas en
el relave. En una planta usualmente, se pierden 15 a 20 puntos de recuperacin un
parmetro importante es el tonelaje por falta de liberacin (granulometra gruesas),
presencia de xidos (malaquita, cuprita, tenorita en el caso del cobre), presencia de lamas
(arcillas), posibilidad de sobremolienda de partculas de la especie til, mineral muy blando
o la falta de tiempo de flotacin (circuito muy corto).
stas son las causas ms frecuentes, aunque a veces puede ser por el uso de
reactivos inadecuados. Para determinar la ocurrencia de prdida de especies valiosas que
van al relave, es til investigar a estos ltimos en granulometra, presencia de xidos,
lamas, etc.

96

III.7.4.1 Revisin de un caso.

El objetivo es mejorar la recuperacin, para lo cual se realiza un muestreo del
relave y se caracterizan algunas fracciones de tamao por anlisis qumico, mineralgico y
un anlisis de un circuito especifico. Se observa que:
La recuperacin de la fraccin fina es mayor que en las gruesas.
Se deben mejorar los controles y funcionamiento de los ciclones.
El tonelaje alto implica granulometra ms gruesa que da prdida de recuperacin.
El relave se muestrea cada 15 minutos y se obtiene un compsito de 8 horas. Se
observa que se puede pasar ms tonelaje para tener mayor recuperacin (roca ms dura) o
que un mineral ms diseminado, puede requerir menor tonelaje de trabajo.
Distribucin en peso del relave con 51 das de muestreo:
Compsitos de 9 turnos.

1
3
2
+ 65# = 26% (1)
-65 + 200# = 24.8% (2)
- 200 # = 49.1% (3)
Las lamas se pueden tratar en un circuito separado de las arenas (+65#).
Las leyes son de 0.1- 0.15 en la fraccim 3 y de 1.5 en las fracciones 1 y 2.
En cobre fino, la distribucin es .
-65 +200# = 19.5 %

.. ... ... .
.. . .
-200# = 22.5%

+65# = 58% de cobre fino

Este mineral no es mineral lamoso. Se puede determinar el ndice de lamas, en
base al cicln 5 del ciclozizer, que es de 10m de tamao, en lamas perjudiciales que son

97

preferidas a la ganga. Al hacer el estudio del grado de liberacin, se tiene la siguiente

respuesta:
0.34 % de calcopirita liberada.
Fraccin - 65 +200 #

Porcentaje no liberado, 99.66 %

Tamao liberado 150 - 175 m.

Observando otros datos liberacin, como el grado de liberacin por fraccin de tamao, se
tiene:
Porcentaje no liberado, 15.6 %
Porcentaje liberado, 39.6 %

Porcentaje liberado, 84.4 %

Porcentaje no liberado, 60.4 %

- 325 #

-200 + 325 #

15 - 20 m, tamao de liberacin

20 - 75 m, tamao de liberacin

El segundo caso no debera estar en el relave.

Cobre fino liberado

-200 +325 #, 8.5%

- 325 #, 91 %

.....
..

98

-65 +200 #, 0.35 %

El total de cobre fino liberado en el relave es 18.45 %. Se pierden 18 puntos y

podra recuperarse 10, aumentando la recuperacin en un 2%, an habiendo middlings, que
pueden flotar.
Promedio de cobre fino liberado: valores ponderados.

. .. . .. . .
. . ..
.. .. .. . . . .
.

Cobre fino liberado, 18.45 %

Cobre fino no liberado, 81.55 %

Relave Andina. Valor promedio de 62 das de operacin.
Enero de 1993: Disputada de Las Condes, planta Las Trtolas.

III.7.4.2 Otro caso: efecto del tonelaje sobre la recuperacin

del circuito rougher.
25000 - 40000 TPD.
Recuperacin = F(tonelaje)

Recuperacin cobre rougher

%
100
90
. .

. . .. . .
. .. . . .
. .... . .
. . . . . .
. .
.

80
70
60
50

20

25

30

99

35

40
Tonelaje TMPD (miles)

Efecto de la granulometra para distintos tipos de flotacin.

Rec. cobre %

M 3(x)

100
16' 10'
6'

90
80
70
60

400 350 300 250 200 150

Granulometra,80P ( m)
Una variacin de 10 m en el P80 es muy importante. Es mejor moler ms fino que
dar ms tiempo de flotacin. La granulometra tiene impacto ms fuerte que el tiempo, que
la ley, que el tipo de mquina, etc.
Mina El Soldado. Concentradora de cobre. Flowsheet.
Alimentacin

Prerougher

Rougher

Limpieza
Prerougher

Molienda

Primera
Limpieza

Limpieza
Scavenger

Segunda
Limpieza

Tercera
Limpieza
Relave final

Concentrado final

100

El concentrado rougher de ms alta ley, se enva a un circuito molienda inverso

para evitar sobremolienda. Si se baja el tonelaje de los molinos, disminuyen las colas de los
circuitos que van al circuito de remolienda. Una parte del concentrado rougher (celdas de
prerougher), se manda directo a limpieza evitando sobremolienda, al no pasar por el
circuito de remolienda.
En la primera limpieza no importa la recuperacin, pues se completa con el
scavenger. En cambio, en la segunda limpieza se requiere ley y recuperacin. La tercera
limpieza tiene que dar la ley del concentrado final, con la recuperacin que se obtenga. Esta
estrategia mejora la remolienda sobre todo cuando hay mucha circulacin de flujos. Para
mejorar la recuperacin, la cola de primera limpieza no va a remolienda, pero si la segunda
y tercera.

III.7.5 Cintica de flotacin en planta.

En las figuras adjuntas se observa la variacin de la ley instantnea y de la
recuperacin, para los distintos circuitos de planta y que se sigue flotando ms all del valor
ptimo.
Circuito de 1 Limpieza
% Cu

Circuito Rougher

% Recuperacin

% Cu

25

95

30

12.5

80

15

0
600

3000

% Recuperacin
70

55

70
5400

Volumen Celda (pie 3)

12

18

27

40

Volumen Celda (pie 3), miles

Ley alimentacin
Ley parcial
Ley acumulativa
Recuperacin acumulativa

Es normal, flotar hasta que el concentrado tiene una ley igual a la alimentacin,
pero puede resultar que la recuperacin no llegue a estabilizarse. Cabe preguntar si
conviene alargar o no el circuito rougher. Si se acorta el circuito de limpieza en volumen, se
puede perder recuperacin, pero aumenta la ley.

101

Circuito de 2 Limpieza
% Cu

Circuito Limpieza Scavenger

% Recuperacin

% Cu

30

90

20

80

10

70
1400

381

690

% Recuperacin
70

45

0
1

20

Volumen Celda (pie )

Volumen Celda (pie ), miles

Ley alimentacin
Ley parcial
Ley acumulativa
Recuperacin acumulativa

El scavenger retrata las colas de las flotaciones de limpieza para aumentar la

recuperacin. Debe haber un concentrado con una ley superior a la alimentacin. El relave
no se debe tirar, sino pasar al scavenger final.

III.7.6 Otra planta ( circuito rougher).

Rec. global de cobre
por tamao, %
100

Prdidas por fraccin

de tamao, %
83.24 %

30

80
20

60
40

10
20
0

c
c

270

400

10
150

log (malla)

Recuperacin global por tamao

Prdidas por fraccin de tamao

102

Se pierde 17%, pues la recuperacin global es 87%.

Los tamaos entren C5 y 270 dan recuperaciones muy altas; ms de +150 # da
recuperacin menor al 60%. Hay una prdida de 10% de cobre entre C5 y + 150. Se debe
controlar que no aumente la sobre molienda.
Distribucin de Cu no flotado en colas por banco.

La figura anterior muestra por cada banco del circuito rougher. Las prdidas en
relave son producidas principalmente por el circuito rougher; aproximadamente un 15% y
2% de prdidas en el circuito cleaner.
Por eso es importante analizar la performance del circuito rougher.
Las fracciones del ciclosizer son 6 fracciones de tamao: -400# c1, c2, c3, c4, c5,
10 m - 10 m.
No es evidente que se piense en una molienda de la fracciones gruesas donde es
mayor la prdida (ver penltima figura). Son generalmente fracciones muy duras. Si hace
una fraccin del +65# y se alimenta al molino, esto requiere casi el mismo tiempo que
moler al tamao de alimentacin.
En general, se prefiere mejorar la molienda para la misma etapa. La disminucin
de las prdidas por sobremolienda de fracciones finas, se puede lograr revisando los
circuitos de limpieza, algn circuito scavenger que pueda estar corto o las condiciones de
aireacin o agitacin, para que generen burbujas de tamao ms adecuado a estas partculas
finas. Tambin se puede controlar por dosificacin de reactivos, como mercaptano.
En el circuito de limpieza la recuperacin correspondiente al 83.4% del circuito
rougher puede ascender al de 97 - 98%. En relacin a las estrategias exitosas por
diagnostico de circuitos, es muy importante mejorar la molienda y la remolienda, haciendo

103

hincapi en la recuperacin. El cambio en los sistemas de molienda y la colocacin de

analizadores de tamao de partculas en lnea, contribuyen a mejorar la eficiencia.
Tambin se debe revisar la eficiencia de los reactivos de flotacin. En general, se
debe dar ms tiempo de residencia al circuito rougher lo que puede dar ms recuperacin y
por lo tanto se debe alargar el circuito.
En el sector clasificacin se debe controlar la separacin de lamas y de arenas,
estableciendo dos circuitos bien diferenciados. Esto se puede hacer con las colas del
circuito rougher o tambin desde la alimentacin. No conviene remoler los gruesos, en
relacin a los tranques de relaves, pues los mismos dan resistencia al muro de contencin
del tranque. Por ello se ciclonea, mandando los gruesos al muro y los finos a la laguna del
tranque.
Generalmente, no es tcnicamente viable remoler las fracciones gruesas de +65 #.
Se pueden lograr condiciones ptimas en una planta, por mejoras en el numero de etapas de
limpieza, recirculacin de flujos, ubicacin de los scavenger, etc. Es decir, hay que aplicar
una estrategia de seleccin de diagramas flujos.
No obstante, como ya se dijo, la eficiencia del circuito constituye el mejor impacto
sobre todo el proceso. Es importante considerar la velocidad de flotacin, que puede marcar
significativamente la eficiencia de un circuito rougher, lo que est rpidamente dado por los
colectores y espumantes usados.
Si la velocidad es mayor se puede alcanzar una mayor recuperacin en menor
tiempo, ya que el circuito tiene un volumen definido. Las condiciones de accin de los
reactivos, estn influenciados por el grado de la liberacin alcanzado. As, hay reactivos
ms fuertes que se usan para recuperar partculas mixtas.
En los circuitos scavenger, incluido el scavenger del rougher, se pueden usar
colectores ms fuertes, aunque se pierda selectividad. Puede estudiarse la alternativa de
agregar colectores fuertes en etapas de alimentacin al circuito. En el caso de xidos se
puede agregar un activador.
Actualmente se est tratando de aplicar ultrasonido para aumentar colisiones de
partculas - burbujas y provocar el arrastre de lamas.

III.7.7 Mejoramiento de circuitos de flotacin.

El tiempo de flotacin ptimo, que est relacionado al nmero de mquinas a
instalar, se debe determinar en base a circuitos metalrgicos.
Un criterio de optimizacin que se aplica, considera que se debe flotar todo el
tiempo que requiere el sistema para operar como un efectivo concentrador. Esto se mide
por el hecho de que cada vez que se saca concentrado de las mquinas, su ley debe ser
mayor que la ley de la alimentacin. Si en cambio, resulta igual o menor, no se debe flotar,
pues se sacaran concentrados con ley inferior a la alimentacin. Este es el criterio de
Agar, que es ampliamente conocido y aplicado en planta, quien hizo un desarrollo para
estudiar sistemticamente circuitos de flotacin.
Se usa para dimensionamiento, junto a pruebas de laboratorio que deben escalarse
al tamao equivalente industrial, scaling up. En el se escala tiempo y no leyes ni
recuperaciones, que deben ser las mismas que se obtienen en una prueba de laboratorio.

104

El tiempo de laboratorio se debe multiplicar por un factor (1.6 - 1.8 2) para

obtener el tiempo de residencia a escala industrial. Si un circuito rougher, tiene en el
laboratorio un tiempo de 2 minutos, el tiempo de residencia en planta debe ser de 4
minutos ( 2 x 2' ).
A continuacin se revisan tres procedimientos de clculo del volumen de circuitos,
nmero de celdas, factor de espumacin, etc.
1. Mtodo completo (paso a paso).
2. Mtodo de las frmulas simplificadas.
3. Uso de tablas Denver.

III.8 Clculo de un circuito de flotacin.

III.8.1 Caso: Planta de 50.000 ton cortas/da (similar a El Teniente).
Circuito Rougher.
Se necesita conocer la densidad del mineral, que se supone igual a 2.8 gr/cm3,
valor tpico para una mena de cobre porfrico y tambin el porcentaje de slidos en la pulpa
que es 35%. Se conoce el tiempo de flotacin en el laboratorio que es de 6 minutos. Se
escala por 2 y se obtiene 12 minutos. Se quiere instalar celdas de 600 pie3.
1. Clculo de la velocidad de alimentacin de slidos.

90. 000 ton

3. 750 tph
24 hr

2. Clculo de la velocidad de alimentacin de agua.

1 90000

90000 6969.3 tph

24 0.35

3. Clculo de la velocidad de flujo de la pulpa.

3750 + 6964.3 = 10714.3 tph
4. Clculo de la velocidad de flujo volumtrico de pulpa.

3750 2000 6969.3 2000

4435.7 pie3 / min

62.4 2.8 60 62.4 60 1

donde, 2000 = factor gr a lb.

62.4 = conversin a libra.
2.8 = conversin de cm3 a pie3.
60 = conversin horas en minutos.

5. Clculo del volumen del circuito.

Qp = Qp tr = 4435.7 12 = 53220 pie3
6. Clculo del nmero de celdas.

53220
110.9 celdas 110 celdas
600 0.8

donde, 0.8 es un factor que supone que 20 % del volumen estara ocupado por aire.

105

7. Clculo del numero de bancos.

112
7 bancos de celdas
16

Se supone que cada banco est conformado por 16 celdas.

Se podran haber elegido celdas de 1200 o 1500 pie3,en vez de 600.
Tambin se podra pedir calcular el tiempo de residencia.
Este clculo se podra sensibilizar para 2 3 tiempos de residencia y % de slidos.
Esto cambiara los costos y de ah se analizara la alternativa tecnolgica ms eficiente.

III.8.2 Frmulas para clculo de circuitos de flotacin.

N

Qp t r
Vc f

donde, N = nmero de celdas

Qp = flujo volumtrico de pulpa en pie3/min o m3/min.
Vc = capacidad nominal de nmero de celdas en pie3 o m3
f = razn del volumen real de celda con aire / volumen nominal.

Qp

TMD L 1 3
m /min
1440 s

Qp = flujo volumtrico de pulpa en m3/min.

TMD = toneladas mtricas por da.
L/S = razn % lquido - slido en la pulpa.
= gravedad especfica del mineral seco

Qp

TMD L 1
pie3/min
40.78 s

III.8.3 Uso de tablas Denver.

Son tablas muy antiguas que tienen un conjunto de datos respecto a la preparacin
de pulpa en funcin de la gravedad especifica de los minerales. Hay una columna (A) que
son pie3/min tn hr.
Vc= A 1.10229 tonelaje (tm/h) tr (min) = pie3
Vc= A 0.03122 tonelaje (tm/h) tr (min) = m3
Con del mineral y % slido, determinamos en tabla el valor A:

106

Ejemplo: Tabla A. Gravedad especfica del slido 1.1.

% Slido en peso
Agua/slido
del mineral Gpm/ton sol/h
(Peso)
1

Pie3/min por
ton slidos/h

36
65
100

1.74
0.78

Hay una formula para calcular A.

Clculo columna A: pie3/min pot tonelada corta de mineral/hora.

1
A 0.5338
Ds

100
1

% S

Clculo del % slido.

Vagua Ws (kg)

100 %S

%S
Ws ( kg ) 100
%S
Ws (kg) Vagua
Ws = peso del mineral seco en kilogramos.
Tabla de variaciones en nmero de celdas con diferentes tamaos, toneladas y
densidad de pulpa.
Toneladas secas/da
Celdas de 100 pie3
% Slidos
10000 25000 50000 100000
20
77
192
383
757
30
49
122
245
489
40
32
81
161
322
Se supone un tiempo de flotacin de 8 minutos.
Gravedad especfica del mineral = 3.0
500 pie3
20
16
40
80
160
30
10
25
50
100
40
6
16
32
64
10000
25000
50000
100000
1000 pie3
20
8
20
40
80
30
5
12
24
50
40
3
8
16
32

107

El % de slidos es importante para controlar la eficiencia del proceso, ya que si

ste aumenta de 20 a 40%, disminuye la cantidad de celdas de 77 a 32, por lo que aumenta
el tiempo de residencia. Otro criterio es instalar 3 celdas de 1000 pie3, en vez de 32 celdas
de 100 pie3. Hay que considerar la estabilidad de la pulpa que es mayor cuanto es mayor la
cantidad de celdas. Actualmente se puede trabajar con pocas mquinas en un circuito
rougher (4). Una solucin de compromiso podra ser usar 6 celdas de 500 pie3.
El tamao de las mquinas a seleccionar est relacionado al tonelaje a tratar.
Como el ejemplo, El Teniente tiene celdas de 300, 600 pie3 y hasta de 1000 pie3. Casi no
tiene celdas de 3000 pie3. Sera mejor usar 32 mquinas de 1000 pie3.
A mayor porcentaje slido, aumenta el nmero de revoluciones por minuto de los
agitadores. En la prctica se usa no ms del 35%, aunque Mina Andina pretendi usar 38 %
de slidos en pulpa.

III.9 Datos comparativos por tamao de celdas y capacidades de planta.

Nmero de celdas

rea de piso (pie )

20000

280

5000

11000

100

100000

50000

Potencia consumida

6600

18000

170

8200

2200

100000

50000

100000

50000

TPD

300 pie

500 pie

1000 pie

Desde el punto de vista de inversiones y costos de operacin, es conveniente

dimensionar con celdas de gran volumen. Por ello actualmente se instalan mquinas de
hasta 3000 pie3. Segn los operadores, estas ltimas no dan el mismo rendimiento
metalrgico que las de 1500 pie3.

108

III.10 Ejemplo de un proceso de flotacin.

La alternativa de construir un Flowsheet de flotacin, surge al tener dimensionadas
las celdas.

III.10.1 Planta de Molibdeno.

7 corridas de 18 celdas (60 pie3)
Rougher Co (1 - 8)
Rougher Scavenger Co*. Celdas 9 - 18
T
Cleaner (18 celdas 100 pie3)
Co
1 er Scavenger
Pebble Mills
2 Scavenger
4 - 10 Hidroc
3 Scavenger
Recleaner 1
Recleaner 2
Recleaner 3
Recleaner 4
La cola rougher debe irse siempre a una celda scavenger, antes de ser relave.
* Scavenger de la cola rougher

III.10.2 Planta de cobre porfrico (por molibdeno).

Concentrado

Primer cleaner

Colas

Colas

Espesadores

Segundo cleaner

Scavenger
Concentrado

Colas

III.11 Mquinas de Flotacin.

Graficando la superficie especfica definida segn: superficie especfica =
2

m espumacin
, en funcin del nmero de celdas, se obtiene la siguiente grfica:
m3 volumen pulpa

109

Sup. especfica

0.01

0.1

10 100

Nmero de celdas

Volumen celda (m )

Los ndices metalrgicos de recuperacin y ley, son funcin del tipo de mquina.
stas se han mejorado tcnica, hidrodinmica y metalrgicamente.
Las celdas pueden ser Denver, Wenco, Outokumpu, Krupp, etc.
Por ejemplo la celda WENCO muestra una relacin, segn la cual, el rea de
espumacin/ m3 de pulpa disminuye, al aumentar el volumen de las celdas. En las de gran
volumen hay menos rea para generar espuma, por lo que hay un engrosamiento de la capa
de espuma. Las celdas de columnas tienen una gran capacidad de pulpa y espumas de hasta
1 metro de espesor, mientras que en las celdas convencionales, el espesor es de 10 - 15 cm.
Las mquinas ms grandes se usan en circuitos rougher o scavenger, pues
transportan altos flujos de material. Las celdas scavenger procesan minerales de ms baja
ley, por eso es menor la cantidad de ,material que flotan y por lo tanto, la cantidad de
espuma producida es menor. Por lo tanto se reduce el rea-especifica y eso contribuye a
estabilizar la capa de espuma.
Si la mquina es de cono invertido, al aumentar el rea de flotacin la cantidad de
espuma sera menor y sta resulta menos estable. Cuando la espuma comienza a ser muy
inestable (casi no se forma, revienta y no sale), se debe bloquear una parte de la mquina
para hacer el rea ms pequea y as se puede formar.
En las celdas de limpieza donde hay ms ley que en el scavenger, se debe tener
mayor rea de espuma. La celda high grade de Outokumpu, extrae concentrados de ms
alta ley, a travs de la estrangulacin de la zona de limpieza, y del agregado de una ducha
de agua.
Agua

110

Un elemento que contribuy al xito de las celdas de columnas, es el

angostamiento del dimetro de la columna y el aumento la altura de la espuma, as como un
lavado, que mejora el control de la espuma.
Normalmente, las celdas cleaner tienen 20 - 25 cm de espesor de espuma, y las
scavenger tienen 5 - 10 cm. La instalacin de la ducha de agua necesita por lo menos 50 cm
de espesor de espuma, por lo que no se usa para celdas rougher, ya que la espuma se rompe.
Al aumentar el tamao de la celda (Wenco, Outokumpu, etc) hay menor consumo
de potencia especfica. En otras marcas (Minemet, Denver, etc), esto no ocurre, por lo cual
es interesante considerar al seleccionar una mquina de flotacin. Como ejemplo se
muestran algunas tablas usadas para seleccionar mquinas de flotacin:
Modelo

Dimetro
pulg
50

N celdas/
unidad
1 o ms
Impeller
Espesor
pulg
9

Tamao
pie
12.512.5

Tanque Interior
Profund.
Volumen
Overflow
efectivo pie3
102
1250

Velocidad
rpm
120

HPinst
75

rea espuma
pie2
156

Potencia Celda
HPc
Aireacin
cfm
65
780

En un tanque ms grande se necesita menos rpm.

III.12 Etapas en el Diseo de Circuitos de Flotacin.

Etapa 1: Pruebas de flotacin de laboratorio (preliminares).
Se aplica flotacin convencional y se obtienen leyes, recuperaciones. Se evalan
subproductos, y se dan sugerencias para un circuito de flotacin. La mineraloga ayuda a
determinar tipo ganga.
Por ejemplo en minerales de cobre se determinan como subproductos, sulfuros de
molibdeno, oro, plata, plomo, zinc, y se hace en conjunto con evaluaciones geolgicas.
Etapa 2: Pruebas definicin a escala de laboratorio.
Determinacin de la frmula ptima de reactivos.
Afinamiento de los lmites de molienda.
Afinamiento del circuito en sus distintas etapas (rougher, rougher - scavenger, remolienda,
etc).
Etapa 3: Estudio de factibilidad ms riguroso.
Decisin sobre la construccin de una planta piloto.
Inicio de la ingeniera preliminar de la planta industrial.

111

Etapa 4: Planta piloto.

Pruebas intensivas de los tipos de minerales predominantes.
Determinacin de reactivos para los diferentes tipos de minerales.
Pruebas ms completas de ciclos abiertos y cerrados.
Establecer relaciones ms definitivas entre capacidad de molienda y resultados de flotacin.
Realizar los detalles finales de diagramas de flujo.
Obtencin del circuito definitivo para la recuperacin de subproductos.
Obtencin de resultados cuantitativos.
Para el estudio, se pueden elegir una fraccin de tamaos de 45 - 50% +200 #. Este
estudio puede demorar 6 meses.

III.13 Algunos criterios de seleccin de celdas de flotacin.

La optimizacin es importante, pero tambin lo es la vida de la planta. Por ello
tambin son factores importantes la mantencin, la supervisin, facilidad de
automatizacin, etc. Otros factores son la calidad de servicios disponibles localmente y la
experiencia previa de los ingenieros de diseo y metalurgistas, con equipos similares.
Existe una relacin entre el tamao de las celdas y la capacidad de tratamiento de
la planta. Conviene dimensionar plantas de 100000 ton/das con celdas de mayor tamao,
como 1500, 2000 3000 pie3.

III.13.1 Ventajas de las celdas de gran volumen. (Mayores de 300 pie3)

Menor espacio de piso y costo de capital.

Menor nmero de motores.
Menor nmero de canaletas y caeras de unin.
Menor nmero de bombas.
Menor costo en el sistema de manejo de reactivos.
Menor costo de operacin.
Menor consumo de potencia por unidad de volumen.
Menor costo de mantenimiento.

II.13.2 Ventajas de celdas de pequeo de volumen. (Hasta 300 pie3)

Mayor flexibilidad del circuito. Puede variar el tonelaje en 20% del flujo nominal.
Tambin se puede cambiar parte de un circuito rougher a scavenger, o dividir un circuito
largo en dos partes.
Menor cortocircuito. El cortocircuito es un problema asociado a los malos diseos
mecnicos de equipos, que permiten que una fraccin de partculas tenga mayor tiempo de
residencia que otras fracciones de pulpa.
Mejor control de espuma. Esto corresponde a una afirmacin antigua, pues las mquinas
modernas vienen provistas de sensores de nivel conectados a un sistema de control
automtico.

112

 Menor sensibilidad a fluctuaciones repetitivas. Resisten mejor a cambios bruscos; en

cambio las celdas de mayor tamao estn ms expuestas a golpes de bombas que las celdas
chicas.

Alimentacin
1

Cola

Relave General

Rougher
2

Cola

Cleaner 1

Cleaner 2

Cola

Concentrado final

En los ensayos a ciclo abierto, se toma una pulpa y se hace una flotacin rougher,
obteniendo una cola y un concentrado. La cola se usa para anlisis qumico, y el
concentrado se somete a dos etapas de limpieza. A travs de esto, se puede recalcular el
circuito.
En los ensayos de ciclo cerrado se vuelve a tomar una pulpa de alimentacin, se
mezcla con la cola del primer cleaner y se obtiene un concentrado que se mezcla con la
cola del segundo cleaner. Las tres colas se mezclan para un segundo ciclo. Estos ensayos
duran 14 a 16 horas con 3 4 personas trabajando. Se aceptan como pruebas de gran
calidad en la fase de diseo de una planta. Para optimizar el circuito tambin se pueden usar
la tcnica de los Split - Factors. Adems se deben considerar los problemas de operacin,
de acumulacin de reactivos, etc.

113

III.14 Tiempo de residencia ptimo.

Para determinar el tiempo ptimo de residencia, se recoge concentrado a distintos
tiempos y se calcula la ley acumulativa.
Ley concentrado
Eficiencia de separacin
20 %
Ley acumulativa

Ley alimentacin

E.S.

Ley parcial

Tiempo de flotacin

III.15 Flotacin convencional.

Por muchos aos han prevalecido los sistemas de flotacin, constituidos por
bancos de celdas de tipo tanque agitado. Su avance tecnolgico consisti en el uso de
tanques en serie para evitar cortocircuitos, as como en la utilizacin de celdas tipo
estacionario, cada da mayores en tamao.
En la flotacin, la pulpa mineral es tratada con reactivos qumicos apropiados que
hacen a uno de los minerales no humectantes, o hidrofbicos y por esto se unen a burbujas
de aire flotando en la parte superior de la celda y recuperndose de la espuma.
El mecanismo de agitacin acta para mantener las partculas en suspensin y
llevar aire a la pulpa, a travs de diseos que utilizan un soplador externo para introducir el
aire. La accin de agitacin tambin logra producir finsimas burbujas, que son
estabilizadas en la fase a acuosa por el agregado de un agente espumante.
Los minerales que no flotan pasan al final del sistema de flotacin para un
tratamiento adicional o eliminacin.
Infortunadamente esto no resulta en una separacin ideal debido a un cierto
nmero de problemas que causan contaminacin del producto espumoso, por ejemplo:
Turbulencia de la espuma en la interfase pulpa - espuma, que causa que partculas de
ganga entren a la espuma.
Presencia de lamas constituidas por muy finas partculas que son llevadas sobre la
espuma con el agua de alimentacin.
El problema de la contaminacin del producto ha sido solucionado reflotando el
producto en operaciones de limpieza (cleaning), aumentado los costos operativos y de
capital, y perdiendo eficiencia en el proceso global.
El sistema de agitacin de la celdas de flotacin est diseado para cumplir tareas
conflictivas ya que debe promover turbulencia para mantener las partculas en suspensin,
para promover contacto entre partculas y pequeas burbujas de aire y al mismo tiempo

114

proveer una regin estacionaria para la separacin eficiente de burbujas cargadas y pulpa
remanente, a travs del drenaje de la espuma.
El drenaje mecnico de las partculas de ganga a partir de la estructura de la
espuma es un mecanismo importante para alcanzar una buena selectividad en la flotacin.
Esto puede mejorarse por el uso de lavado de la espuma.
El vaciado de agua de lavado sobre la espuma en las celdas mecnicas fue
practicada exitosamente hace 25 aos, en la Unin Sovitica, particularmente en flotacin
de carbn.
La celda convencional, con agitacin mecnica es subaireada. Al principio
aparecieron celdas de gran volumen y con nivel de control automtico, que permitieron
ahorro de energa. Luego surgieron otras ideas, como las celdas de gruesos (SKIM - AIR, y
las celdas high grade de Outokumpu), diseadas sobre la base de los principios que
gobiernan la flotacin columnar.

III.15.1 Caractersticas principales de celdas de flotacin celdas

convencionales.
1.- BATEMAN
. Volmenes grandes (38 m3, 50 m3 etc.)
. Diseo de tanques en forma de "U".
. Vertederos internos.
. Rotores y estatores de diseo especial.
. Tipo de aire externo forzado.
2.- SKIM AIR FLASH (SK50)
. Diseada para recuperar partculas minerales gruesas.
. Colas de esta celda remolidas en molino de bolas secundario mientras el
concentrado es removido y enviado a Circuito Cleaner.
3.- DENVER EQUIPMENT COMPANY.
Fbrica dos tipos principales:
a) Sistema de celda a celda con aireacin sumergida (sub A).
b) DR (flujo abierto).
a. Se usan en sistemas de flotacin cleaner multietapa, no necesitan bombas externas y
alcanzan altas recuperaciones.
b. Para alta capacidad de circuitos Rougher, Scavenger y Cleaning (28, 43, 85 m3).
. Circulacin vertical de pulpa.
. Impeler rotatorio, reversible.
. Mezclado de pulpa con baja presin de aire (0,6 a 3,4 psi).
. Sin zonas muertas ni problemas de arenas, por eficiente mezclado.
. Volumen efectivo es capacidad total del tanque.
115

4.- DORR - OLIVER

Modelos DO-1 (30l) al DO-1550 (44 m3)
. Diseo especial de estator suspendido, sin efecto de bafle en la zona inferior de
circulacin de pulpa.
. Rotor con perfil de vortex y largos canales de bombeo.
. Flujo de pulpa radial.
. Gran proporcin de aspas del rotor para dispersin de aire.
. Suministro de aire en parte inferior del rotor.
. Alta velocidad de flujo de la pulpa.
. Creacin de burbujas muy finas en la zona entre rotor y estator.
. Diseo del rotor, mantiene los canales de bombeo libres de slidos sedimentados.
5.- HAZEN - QUINN (H - Q).
. Celdas Pequeas de laboratorio y planta piloto.
. Rango de tamaos 680 l a 2830 l (tipo C-C o D-R).
. Impellers en poliuretano, caucho o uretano, fibra de vidrio reforzado, acero inoxidable.
. Celdas autoaspirantes.
. Gran resistencia a la abrasin y corrosin.
. Controles automticos de nivel.
6.- OUTOKUMPU.
. Tamaos desde 50 l a 100 m3 (OK 100).
. Pequeo dimetro del impeler, baja velocidad perifrica.
. Fcil arranque en condiciones pesadas.
. Fcil remocin de espuma, e instalacin.
. Uso del mtodo Flash Flotacin; elimina sobremolienda recuperando gruesos liberados
que son flotados en celdas SKIM-AIR.
. Celda ubicada debajo del cicln, captura partculas selectivamente sin sobremolienda.
. Mas fcil desaguado (humedad < 2%).
. Menos prdida de lamas.
7.- WEMCO.
. Scaling-up de celdas permiti construir celdas de hasta 84 m3.
. Buen contacto de mezclado aire-pulpa.
. Interfase Pulpa-Espuma estable.
. Suspensin de slidos adecuada.
. Suficiente remocin de espuma.
Velocidad de circulacin
Velocidad del rotor
de lquido
=
F
tamao del rotor
Transferencia de aire
inmersin en pulpa
Ej.: 3 Wenco 225(84 m3), 33% S/L en pulpa, 25% - 65#.

116

Caractersticas hidrodinmicas de una celda de flotacin.

1.- Regin de mezcla 3 fases.

2.- Regin de separacin.
3.- Regin de espuma.

A.- Circulacin de aire.

B.- Circulacin de lquido.

Celda de flotacin autoaspirante.

1. Rotor.
2. Tubo fijo
3. Tubo fijo

4. Dispersor
5. Inmersin del rotor.
6. Entrada de aire

117

Circuito tpico de flotacin.

1. De circuito de molienda.
2. Transmisor de densidad.
3. Transmisor de flujo.
4. Xantato.
5. Mezclador.
6. Rougher 1.
7. Aire.

8. Rougher 2.
9. Scavenger.
10. Cleaners.
11. Colas.
12. Concentrado de cobre.
13. Molino de remolienda.
14. Analizador de rayos X.

Zonas de una celda de flotacin.

118

Flotacin como un proceso qumico - cintico.

Esquema del proceso de flotacin.

119

Circuito piloto de flotacin.

1.- Triturador de mandbulas.

2.- Triturador de cono.
3.- Tolva.
4.- Cinta.
5.- Molino de rolos.
6.- Clasificador.
7.- Molino de bolas.
8.- Acondicionador.

9.- Rougher.
10.- Colas.
11.- Sumidero.
12.- Hidrocicln.
13.- Molino de remolienda.
14.- Scavenger.
15.- Cleaner.
16.- Recleaner a concentrado final.

120

Planta piloto de flotacin en columna.

121

III.16 Flotacin en columna.

III.16.1 Introduccin.
En los ltimos aos, han surgido dos avances tecnolgicos importantes en el
concepto de la flotacin:
1. El aumento de tamao de celdas de 300 a 3000 pie3.
2. El diseo de celdas nuevas.
Estas innovaciones aparecieron a revisar los objetivos de una celda de flotacin:
Recuperacin.
Se ve afectada por prdidas que pueden deberse a presencia de xidos, partculas
finas, partculas gruesas no liberadas.

Ley.
La ley puede afectarse por presencia de lamas (arcillas), ganga, pirita, etc.
Una celda se puede caracterizar por la constante de flotacin, k tr. Se puede
buscar una celda que recupere un alto porcentaje de partculas finas y que sea selectiva para
la ganga.
La primera celda de columna, fue patentada en 1960. Las celdas de columnas, son
columnas de gran altura, 12 - 15 m, con una pequea rea de espumacin de seccin
cuadrada. En la parte basal de la columna se introduce aire y se alimenta a 2/3 de la altura
del equipo. Al lograr la introduccin de burbujas de tamao pequeo en estas zonas, se
obtiene mejor recuperacin de partculas finas, con una mayor capa de espuma.
Ducha de agua

12 - 15 m

Gas

122

En este diseo se cambiaron parmetro bsicos, como la relacin rea

espumacin / volumen celda y as result el manejo de un colchn de espuma y la
introduccin de un medio mecnico para mejorar la recuperacin de concentrado. Se
mejor la constante de velocidad, pues con burbujas ms pequeas flotan mejor las
partculas pequeas. Con este desarrollo aparecieron los sparger (burbujeadores).
Como haba tendencia que la espuma se hundiese y a que rebalsase la pulpa,
surgi la necesidad de controlar simultneamente el comportamiento hidralico y el
metalrgico.
El investigador canadiense, Whiler, mejor el diseo del equipo, desarrollando los
burbujeadores de goma porosa, e introdujo el control automtico. Estas columnas fueron
probadas nuevamente a fines de 1970, en la obtencin de molibdenita, en Gasp, Canad.
Las ventajas de la columna son la mayor recuperacin, mayor ley y que reemplaza
cuatro etapas de limpieza por una sola. En 1985, aparecieron columnas en otras partes del
mundo.
La principal ventaja es que dan mejor accin limpiadora lo que significa mayor
ley de concentrado, aunque a costa de bajar la recuperacin. De ah surge que las
columnas deben estar acompaadas de un gran circuito scavenger para tratar las colas.
Actualmente la tecnologa de columnas de flotacin est consolidada.
Como el cambio de burbujeadores de 2 dimetro y su reposicin significaba
parar la columna 3 - 4 horas, el USBM, desarroll un sistema que consiste en usar lanzas
delgadas de 3/4 que se pueden sacar a travs de una vlvula de seguridad. Luego
aparecieron los burbujeadores, externos. que mezclan el aire con solucin de espumante.

Espuma

Burbujas (dispersin)

As surgieron los burbujeadores de Dobby, Finch, y sistemas con vidrios

sinterizados.

123

III.16.2 Definiciones bsicas.

Agua
Set point

Set point bias

wB

C
Controlador

Celda de presin diferenciada

Aire

Esta vlvula debe ser dimensionada bien

T

BIAS: Es un trmino que se usa en control e indica un desbalance entre el flujo de

colas y la alimentacin de pulpas. El flujo de cola es menor que el flujo de alimentacin y
esto se expresa como un BIAS. El BIAS puede ser de:
Razn, 10% proporcional al flujo pulpa alimentacin a la columna.
Adicin, 100 l/min.
Concepto de Hold - Up.
Se refiere al porcentaje de volumen de aire que se inyecta a la columna.
Por ejemplo, un hold - up del 10 %, significa que el 10% del volumen del equipo
est ocupado por aire. Si el Hold - up supera cierto valor, se produce la prdida del rgimen
burbujeante por coalescencia de las burbujas. Si el Hold-up mayor a 12 - 13 %, se pierde
eficiencia. Esto resulta ser funcin del tipo de burbujeadores.

Gas

Gas

124

Velocidad superficial, J.
En la parte inferior de la columna las burbujas estn sometidas a una alta presin
de agua. stas se achican por la comprensin, y tienden a crecer al subir la columna,
pasando por ejemplo de 50 m a 1000 2000 m.

Q
A
Flujo volum trico
cm3 / seg cm
J

Area sec cin columna

seg
cm2

J surgi como un factor de escalamiento, J

Se define un Jgas y un Jpulpa.

Est velocidad est relacionada a la capacidad de la columna para procesar un
flujo de pulpa.
Agua Bias: agua proveniente del agua de lavado que baja por la columna desde la
zona de espuma.
Velocidad superficial BIAS = J B
Balance de agua.

Flujo area bias

Area sec cional

Wc = Ww (el agua del concentrado viene del agua de lavado).

WT = WF + WB
WB = Ww -Wc
Parmetros de diseo.
Parmetros
Altura columna (m)
Altura espuma (cm)
Veloc. Superf. Gas, JG (cm/seg)
Hold - up (%)
Dimetro burbuja (mm)
Veloc. superf. de Pulpa, Jp (cm/seg)
Veloc. superficial de Bias, JB (cm/seg)
Veloc. superf. Agua Lavado

Rango
7 15
10 2 (m)
0.5 - 3.0
5 35
0.5 - 2
0.3 - 2
0 0.3
0.2 - 1

Valor tpico
12
1 (m)
1.5
15
1.2 (*)
1.0
0.1
0.4

(*) Medida en la superficie.

Capacidad de levante. (Carrying capacity).
Es la cantidad de concentrado posible de recuperar por unidad de rea y unidad de
tiempo.

125

rea seccin de columna.

Es un parmetro de escalamiento. Los parmetros metalrgicos se uniforman de
columnas cilndricas o cuadradas.
Ejemplo:
1. Columna piloto de Whiler, 18 18, (1/21/2 m2).
2. Columna piloto de Whiler, 36 36, ( 4 de 18 18), 1m.
3. Columna piloto de Whiler, 72 72 (4 de 36 36), 2m.
Si se necesita procesar cuatro veces ms el flujo de espuma, se aumenta cuatro
veces el rea seccional.
En columna standard de 1m de arista.

Una sola columna para tener un slo sistema de control con alimentacin
distribuida.

Bomba de velocidad variable

Cajn alimentacin

Es ms fcil escalar en sistemas rectangulares:

2 2 m, seccin cuadrada
4 4m, seccin cuadrada
2 4 m, seccin rectangular
2 6 m, seccin rectangular
1m dimetro, seccin circular
2m dimetro, seccin circular

126

Filosofas o estrategias de control automtico.

El control de Bias tiene por lo menos dos lazos de control. En Chile, se usa control
de nivel y un flujmetro magntico con transmisor, que manda la informacin a un
controlador o computador. En la descarga se coloca otro flujmetro magntico que lee el
flujo de colas y manda la seal al controlador. Ambas lecturas se comparan a travs de un
set - point de bias, con lo cual el controlador manda una seal a una vlvula de control que
se abre o cierra segn el flujo de descarga. Si es bajo se abre la vlvula correspondiente.
Control del espesor de la capa de espuma.
En la capa de espuma se coloca un sensor de nivel (deep - cell) que trabaja con un
controlador que manda la seal a travs del set - point.
Control de nivel. Es ms econmico.
W, P, aire se manejan por J.

Agua

Pulpa

Set point
Controlador de nivel

Aire

Vlvula de control

127

III.16.3 Aplicaciones de columnas a cobre y molibdeno.

Relave
Cola

Rougher

Scavenger

Cola scavenger

Remolienda - Clasificacin

Concentrado final

Mucho mayor ley con una

sla etapa de limpieza

Molibdeno.

Rougher

1 Limpieza

Scavenger

Remolienda
Clasificacin

Limp

Relave

Conc

Limp

Surge como alternativa 1, 2 y/o 3 limpieza en circuito convencional y realizar 4

limpieza en columna, que es generalmente 3 4 etapa.
Hasta 1950, las mayores celdas eran de 48 pie3. En 1980, aparecen las de 100 pie3,
500, 1000, 2000, hasta llegar a 3000 pie3.

128

III.16.4 Tipos de columnas de flotacin.

Todas giran en torno a tres elementos bsicos:
1. Generacin y uso de microburbujas.
2. Un mecanismo de lavado de la espuma para mejorar la ley del concentrado.
3. Eliminacin de la agitacin mecnica que favorece la formacin de burbujas y mantiene
la adhesin.
4. Consumo menor de energa.
La flotacin en columna, aunque desarrollada en Canad en 1960, ha
experimentado recientemente un renacimiento a raz de un mejor entendimiento de sus
fundamentos y de los beneficios que ofrece cuando es incorporada a los diagramas de flujo
de procesamiento de minerales, esto es:

Una mejor perfomance de procesamiento.

Reducciones en costos operativos y de capital.
Mejor adaptacin al control automtico.
Mejor eficiencia para tratar partculas finas.

La flotacin convencional en columna opera sin necesidad del uso de agitador o

impeller. La pulpa, despus del tratamiento con reactivos adecuados, se alimenta a una
columna de hasta 12 mts. de altura, donde contacta una corriente ascendente de burbujas de
aire introducida desde el fondo de la columna. Estas pueden generarse a travs de un tubo
central perforado o exteriormente a la columna.
Las partculas colectadas por las burbujas de aire flotan arriba de la entrada de
alimentacin, donde se contactan con una corriente descendente de agua de lavado. El flujo
distribuido de sta desplaza cualquier partcula de ganga siempre que el mineral este
fsicamente discreto, es decir liberado y produce un producto esencialmente libre de ganga
en una sola etapa de flotacin.
Las partculas no flotadas pasan al fondo de la columna como colas.
La diferencia entre ambos tipos de flotacin, es que en la convencional, la
velocidad de flujo de las colas es menor que la velocidad de flujo de alimentacin. En
cambio en la columnar, la velocidad de flujo de colas es mayor, por el flujo de agua de
lavado. Con la introduccin de las columnas, los circuitos de flotacin pueden simplificarse
y eliminar varias etapas de limpieza.
Se han propuesto varios diseos de flotacin en columna, que incluyen las de
microburbujas, de lecho relleno y de agitacin.
Las desventajas que presentan son el gran requerimiento de altura y la rpida
oxidacin de la superficie de los minerales por el largo tiempo de residencia.

129

Esquema de columna de flotacin.

1. Alimentacin.
2. Aire.
3. Agua - Concentrado
4. Zaranda.

5. Agua.
6. Bomba.
7. Agua.
8. Colas.

1. Alimentacin.
2. Aire.
3. Pulpa.

4. Colas.
5. Agua de lavado.
6. Concentrado.

130

1. Columna Canadiense.
Agua
Espumador

Producto
Zona de estabilizacin
de la espuma

Alimentacin

Burbujas

Partculas

Burbujeador poroso
Aire
Cola

Tiene un burbujeador de goma de 2 de dimetro , y poros de 40 m, dispuesto

alrededor de un aro metlico perforado. Los burbujeadores cuando se tapan, se deben
remover, por lo que la columna se debe parar 2 a 3 horas.
Esto hizo surgir una lnea de perfeccionamiento en el sistema de burbujeo, como
en la columna Diester, que tiene un sistema de inyeccin de aire, no slo en la parte
inferior, sino tambin en la mitad de la columna. Introduce el burbujeador externo que es
un dispositivo que mezcla aire en agua con agregado de espumante.
2. Columna DEISTER. Cilndrica.

Agua

Aire

Orificios
1" de dimetro

Agua

Tubos inyectores

Aire

131

3. Columnas USBM.
Ventajas:Cmara con esferas de cuarzo e inyectores de 1/2 de dimetro, que son
desmontables. Tienen un orificio con boquilla de vidrio removible (capilares).
Desventajas:Difcil regulacin de aire y agua, en flotacin de molibdeno, por ejemplo,
donde partculas y burbujas deben ser pequeas 10 - 15 m.

Agua

Producto

Alimentacin
Agua

Contactor agua - aire

Tubos inyectores
(se extraen durante la operacin)

Aire

Cola

4. Columna COMINCO.

Agua

Producto

Agua
Tubos inyectores
Aire
Colas

132

5. Celda MICROCEL. Para carbn, Virginia, USA.

Agua

Producto

Alimentacin

Mezclador
Aire

*
Rechazo

Bomba

(*) Chorro de pulpa con burbujas finas.

6. Columna empaquetada.
Son adecuadas para relaves, pero difciles de limpiar. Las leyes del concentrado
generalmente son 50% en relaves que en alimentacin fresca. Sin embrago, aqu se logra
casi igual ley.
Agua

Producto
Alimentacin

Aire

Cola
133

7. Columna WEMCO.
Es una celda con barras metlicas a distantes alturas, que funcionan como bafles, y
hacen funcin de columnas de lavado, dem a la columna lamelar. Estas lamelas impiden
la llegada de ganga al concentrado.
8. Columna KENT - FLOAT.

Producto

Alimentacin

Aire
Agua

Placas cermicas
porosas para burbujas

9. Columna Hydrochem.

Aire

134

10. Celda JAMESON.

Es un diseo del Prof. G. Jameson de la Universidad de Newcastle, New South
Wales, que remueve la parte central de la columna Canadiense, de modo que el aire y
la pulpa se contactan en un vertedero central. La alimentacin es bombeada a la celda de
Jameson y es forzada a travs de picos formando un Jet de pulpa que introduce el aire en el
vertedero, formando una espuma, que comprende el 50 - 60 % del volumen del aire. La
pulpa aireada se descarga en un tanque y las burbujas emergentes son de nuevo lavadas por
la aplicacin de agua de lavado. El tiempo de residencia en el vertedero es cerca de 10
segundos, y cerca de 1 minuto en el, cuerpo principal de la celda. Esta tiene un simple
controlador de nivel y es auto-aspirante.

Alimentacin

Aire

Agua

Producto

Cola

135

11. Celda de flotacin Leeds.

El drenaje mecnico de partculas de ganga se mejora mediante el uso de barreras
en la fase espuma que demoran la salida de las burbujas a travs de la celda. Wemco fabrica
este tipo de celdas, con tres a ocho rodillos como barreras junto con reflujo de agua en
contracorriente, logrando aumentos significativos en la ley del producto. Las burbujas se
colectan debajo de los rodillos y la retencin de estos mejora el drenaje de las partculas de
ganga.
La barrera de rodillos superior de alta densidad, tiene una separacin suficiente de
las de abajo, para dejar pasar hacia arriba las burbujas de aire recolectadas.
El agua de reflujo agregada en la interfase espuma-pulpa ayuda al drenaje de la
ganga.
12. Celda EKOF.
Un tipo de flotacin neumtica es el sistema Ekof. En stas, la pulpa con el
agregado de reactivos adecuados es alimentada en varias unidades conectadas en linea que
son aireadores distribuidos en varios recipientes. Una unidad de flotacin de 1000 m3/h,
tiene un dimetro de 6 m, con nueve aireadores, con costos de 30 % inferior a lo
convencional.
13. Otros Sistemas de Flotacin.
a. Otros sistemas incluyen el hidrocicln ASH, en el cual la flotacin es llevada a cabo en
campo centrfugo con aire movido a travs de una pared porosa.
El tiempo de residencia es muy corto, cerca de un segundo, lo que provee un alto
rendimiento por unidad de volumen. La fase de espuma es estabilizada y las partculas
hidroflicas permanecen en la fase pulpa siendo descargados en el Underflow en tanto que
la espuma se mueve hacia el Vortex.

Agua
1 m adicional

136

b. En el sistema AFT, parte de la pulpa con el agregado de reactivos, es agregada como

spray sobre la parte principal de la misma creando mucha espuma. La flotacin ocurre
instantneamente, reduciendo la acumulacin de ganga ya que las partculas valiosas no
pasan a travs de las colas para alcanzar la superficie pues el contacto de las partculas es
realizado en la superficie del agua.

Columna de flotacin centrfuga.

137

IV.16.5 Metodologa del diseo correcto de columnas de flotacin.

Conducir ensayos pilotos en columnas de pequeo dimetro basados en:
. Capacidades de carga observadas
. Cintica
. Carga de aire
1. COMINCO.
Tamaos desde 15 cm - 4,6 m de dimetro.
2. DEISTER CONCENTRATOR COMPANY.
. Diseo de FLOTAIRE COMUMNE FLOTACIN
. Genera burbujas < 100.
3. MINPROC
. Diseo de celdas para circuitos Rougher (piritas aurferas o arsenopiritas).
. Celdas de hasta 4 m de dimetro.

138

CAPTULO IV
METODOLOGA
DE ENSAYOS DE FLOTACIN.
IV.1 Etapas de la investigacin de un proceso de flotacin.
Investigacin bsica.
Evaluacin econmica Preliminar.

Determinar la factibilidad bsica del proyecto.

Determinar si la rentabilidad es suficiente para
proceder con el proyecto.
Investigacin de laboratorio.
Desarrollar datos bsicos
Evaluacin del Producto.
Evaluar lo adecuado del producto generado.
Desarrollo del proceso e Ingeniera Producir diseo preliminar de la Planta completa
bsica.
Estudio de la planta piloto.
Probar la factibilidad bsica del proceso propuesto.
Planta Industrial.
Producir a escala completa.

IV.2 Seleccin de muestras para ensayos

IV.2.1 Muestra.
DEBE REPRESENTAR: MENA "PROMEDIO" DEL DEPOSITO:
- Composicin qumica
- Composicin mineralgica y textura.
- Forma de grano - Distribucin de Tamao
- Naturaleza ganga-mena.
- Grado de diseminacin de minerales valiosos.
MAYOR CONOCIMIENTO DEL DEPOSITO Y DE VARIAS RESPUESTAS
DE LA MENA A LA FLOTACIN SE OBTIENE MEJOR MEDIANTE

Varios ensayos de pequeas muestras

compsito:(incluyendo menas del tipo
extremo).

Que una nica muestra

promedio grande

139

IV.2.2 Utilidad de los datos obtenidos.

Diseo de la planta
Operacin futura de flotacin

IV.2.3 Cantidad de muestras.

Depende: Del tipo de ensayos a realizarse por ejemplo muestras para trituracin
y molienda autgena son mayores que las requeridas para ensayos de flotacin a escala de
banco (> 50tn para molienda autgena, muestras de 150 Kg, ensayos a escala de banco de
una mena de cobre porfrico).
- Del Tipo de Mena: Que requerir ensayos complementarios de molienda, remolienda y
flotacin.
- Del Tamao de las Partculas ms grandes: Hay distintas frmulas sobre los pesos de
muestra a tomar segn los tamaos de partculas, tabulados por Taggart o calculados por
Gy.
El tamao de partcula y de la muestra debe estar lgicamente relacionada, adems con el
tamao de liberacin.
- Adems el metalurgista debe inspeccionar, sino toda la operacin de muestreo (desde
intervencin de los gelogos en perforaciones en muestreo del yacimiento), saber al menos,
como sta fue hecha, de donde vienen las muestras y si han sido oxidadas o no durante el
transporte.
- Prestar atencin particular para prevenir prdidas (por lamas primarias o contaminadas
por aceite, grasas o productos qumicos que influencian los ensayos), as como con la
seleccin del contenedor de la muestra.

IV.2.4 Control de los ensayos de flotacin.

Se realiza por Anlisis Qumico y Mineralgico.
El modo de ocurrencia de los elementos valiosos en la mena es altamente variable
de yacimiento en yacimiento y tambin a travs del mismo yacimiento.
Por lo tanto no puede estandarizarse cualquier mtodo para programar el ensayo de
flotacin. Solo se puede hacer despus de recolectar informacin relevante.

IV.2.4.1 Informacin a recolectar.

Muestra de la Mena:
- Tamao de partcula
- Anlisis Qumicos
- Principales caractersticas de su mineralizacin. (Tipo de materiales de ganga presentes y
textura de la mena).

140

IV.2.4.2 Observaciones tiles al obtener la muestra del contenedor.

- Examen visual de la mena: eliminar lamas arcillosas por lavado puede ser un primer paso
beneficioso del problema.
- Seleccionar algunos trozos de mineral para realizar observaciones mineralgicas iniciales
(por mtodos microscpicos, difraccin de rayos X), para identificar los principales tipos de
minerales y naturaleza de la ganga.
- Adems de estos exmenes preliminares:
Se pueden tomar decisiones con respecto a la molienda necesaria para la
liberacin del mineral ser ensayado y a la homogeneizacin necesaria de la muestra total
para el anlisis qumico.
- Se determinan los elementos a ser analizados, lo que dependiendo del tipo de mena
pueden ser constituyentes menores pero conocidos por su importancia (metales preciosos) o
deletreos (As, Sb, Bi).
- No deben olvidarse los elementos de la ganga: SiO2, CaO, (total y soluble) Al2O3, P2O5,
BaO, CO2, prdida por calcinacin). Contenidos de: Na2O, K2O son indicativos de la
presencia de minerales arcillosos que pueden causar dificultades en el tratamiento por
incrementar la viscosidad de las pulpas y el consumo de reactivos de flotacin.
En el caso de menas sulfurosas, se deben determinar el azufre total y los
contenidos de sulfato.
- Combinando los resultados del anlisis qumico y del examen mineralgico se puede
estimar una composicin mineralgica cuantitativa de la mena.
- Por el lado del anlisis qumico, se puede tener el elemento en sus varias formas (Pb
como SO4, CO3, S, etc.) lo que es muy til.
- Por el lado mineralgico observaciones con microscopio electrnico pueden dar
contenidos de hierro de la esfalerita o composicin de los minerales del grupo de las
sulfosales. Ya que el tamao de molienda es un parmetro esencial en la flotacin, se debe
tener en cuenta hacer un detallado estudio de caracterizacin.
Esto significa que despus de completar cualquier reduccin de tamao, se debe
hacer un detallado anlisis incluyendo si es necesario una separacin de lamas de las menas
para eliminar la fraccin menor de 400 mallas.
El anlisis qumico de los principales elementos en cada fraccin de tamao
permitir al metalurgista calcular la distribucin de metales en las dems fracciones de
tamao y sacar importantes conclusiones en relacin al objetivo de flotacin.
Dependiendo del tipo de mena pueden hacerse caracterizaciones complementarias
por mtodos densimtricos con lquidos pesados o anlisis magnetomtrico a diferentes
intensidades.
- Datos relativos a la ubicacin del yacimiento, como disponibilidad de agua, clima,
suministro de reactivos, disponibilidad de mano de obra, facilidades de transporte,
regulaciones ambientales y condiciones de mercado, deben ser conocidos y tomados en
cuenta en los ensayos.
- El agua es un parmetro particularmente importante: su disponibilidad influencia
directamente el desarrollo del Flowsheet y su "calidad" puede afectar profundamente los
resultados de los ensayos de flotacin. Ej. en la flotacin de menas oxidadas con cidos
141

grasos como colectores, el agua puede causar efectos indeseables por reacciones de
precipitacin con iones calcio y magnesio.
Algunas drsticas depresiones de sulfuros minerales pueden ocurrir en presencia
de aguas duras bajo condiciones normales de flotacin.
Por lo tanto el conocimiento de la composicin detallada del agua disponible en el
sitio de la planta resulta ser imperativo. Esto debe chequearse peridicamente, ya que son
posibles cambios estacionales en la composicin del agua. En la mayora de los ensayos de
flotacin sera muy fcil usar agua desmineralizada, pero es mejor usar un agua sinttica de
composicin parecida a la esperada.
- Datos relativos al clima se deben tener en cuenta tambin como por ejemplo, la
temperatura que puede afectar la flotacin de algunas menas, particularmente cuando se
usan como colectores cidos grasos de cadena larga poco solubles.
- La seleccin de reactivos podra ser restringida en algunos lugares, sea por razones
ambientales o por un proceso exigido de produccin local, lo que deber ser tenido en
cuenta en los ensayos.
- La disponibilidad de mano de obra calificada en el lugar puede influir en la seleccin del
proceso a aplicar en preferencia de otros.
- Un mercado consumidor local del producto, puede definir la produccin de un
concentrado de baja ley con alta recuperacin y los subproductos obtenidos contribuir a la
rentabilidad econmica del proceso.
Finalmente, es necesario tener en cuenta las restricciones que derivan de la
legislacin de proteccin ambiental del lugar y de la salud de los trabajadores, lo que a
veces, selecciona apriori que se aplique un tipo de proceso y no otro (Hidrometalrgico y
no pirometalrgico, por ejemplo).

IV.2.5 Planificacin de los ensayos de flotacin.

Cuando todos los datos mencionados han sido detectados y analizados, se debe
hacer una: revisin rpida de los documentos tcnicos sobre problemas similares
incluyendo no solo material publicado sino tambin antecedentes disponibles en los propios
registros y archivos.
Con toda esta informacin en mente el metalurgista puede entonces definir su
posicin para una propuesta de realizacin de programa de pruebas.
En este punto debe ser capaz de predeterminar ya el tipo de diagrama de flujo
de flotacin que pudiera ser ms apropiado o al menos seleccionar un nmero
limitado de procesos que debieran ser considerados durante los ensayos.
Por ejemplo: se puede determinar si se debe introducir una operacin de
preconcentracin en el diagrama de flujo, como un deslamado previo, o una separacin por
medio denso o cualquier otro mtodo de concentracin.
Tomar tales decisiones en este punto es importante ya que si las operaciones de
preconcentracin son introducidas en el diagrama de ensayos, esto acarrea ms

142

complicaciones en el programa de muestreo, en comparacin con un diagrama de flujo

basado en una flotacin directa.
En el ltimo caso, la muestra completa debiera ser triturada a - 10 mallas y
despus de la homogenizacin, ser usada como alimentacin de referencia para varios
ensayos de molienda hmeda y de flotacin. Para tal trituracin debiera usarse de
preferencia un triturador de mandbulas y un molino de rolos en circuito cerrado con una
tamiz de 10 mallas de manera tal de evitar la sobremolienda de la mena.

IV.2.6 Ejecucin de los ensayos de laboratorio.

Si bien hay descripciones detalladas de los procedimientos de ensayo en varios
libros, se puede destacar que estando el metalurgista bien consustanciado de los objetivos
del programa de ensayos, ningn trabajo serio se puede hacer SIN:
- Un conocimiento completo de todos los parmetros que podrn tener un efecto sobre los
resultados de los ensayos.
Esto significa que cada uno de stos parmetros debe ser adecuadamente
controlado y evaluado.
Por ejemplo, en un ensayo previo a la flotacin, como es la molienda en hmedo
de un molino de bolas de laboratorio, se deben registrar los siguientes datos: peso total y
distribucin de tamao de la muestra de mineral, dilucin de la pulpa, peso total y
distribucin de tamao de la carga de bolas, material de las bolas, calidad del agua,
porcentaje y tipo de reactivos agregados, velocidad de molienda, tiempo de molienda y
distribucin de tamao de la muestra despus de la molienda.
- Una observacin de todos los detalles durante la operacin de los ensayos del
programa.
Esto es particularmente importante en los ensayos de flotacin, donde el efecto de
adicin de un reactivo dado puede ser fcilmente observado sobre el aspecto de la
espuma, como el color, textura y carcter de carga.
Muchos otros detalles como viscosidad de la pulpa, presencia de slidos
floculantes, flotabilidad natural de las partculas antes de agregar cualquier colector,
pueden ser fcilmente visualizados y sirven como gua.
Todas estas observaciones debieran mencionarse en el libro de registros de
ensayos. Ellos ayudarn a establecer condiciones experimentales para los siguientes
ensayos.

IV.2.7 Evaluacin correcta de los resultados de los ensayos.

Lo primero de todo implica que se deben hacer cantidad suficiente de ensayos,
cuali y cuantitativamente.
Por ejemplo para una buena evaluacin de un ensayo de flotacin, la espuma
debiera removerse a intervalos en varios incrementos, cada fraccin de concentrado y colas,
secada, pesada y analizada, de tal modo que se puedan hacer el balance de material y de
metal y se puedan graficar resultados acumulativos en un grfico. Si la ley de la
alimentacin recalculada difiere mucho del valor del anlisis de la muestra principal de
minera;, es preferible descartar tales resultados.
143

En la flotacin de minerales, el mtodo ms conveniente para comparar resultados,

consiste en la comparacin de las curvas de recuperacin acumulativa de metal versus
las leyes de concentrado.
Puede usarse otro tipo de grfica, graficando el peso en % acumulativo de slidos
en la espuma como abscisa y respectivamente, la recuperacin acumulada de metal y las
leyes del concentrado como ordenadas.
Tal mtodo, implica por supuesto el uso de ensayos "multi-incremento" y por lo
tanto requiere un gran nmero de ensayos, pero da una informacin completa y detallada
sobre el proceso completo de flotacin.
Por ejemplo en la etapa de flotacin Rougher, esto permitir determinar
rpidamente los efectos de molienda, tiempo de acondicionamiento, pH, tipos y
porcentajes de reactivos y tiempo de flotacin.
La interpretacin debe indicar tambin las dificultades observadas en tener buenos
resultados, sea en recuperacin total de metal o en la ley del concentrado.
El trabajo completo de ensayos debe servir hasta el punto de derivar un
diagrama de flujo completo. Por lo tanto, no solo incluye separaciones Rougher sino
tambin todas las operaciones de limpieza necesarias para producir los productos finales
deseados.
Con menas complejas, tales como minerales de sulfuros polimetlicos, minerales
con sulfuros y xidos combinados, o menas con varios minerales no metlicos, se puede
considerar una amplia variedad de diagramas de flujo, basados en separaciones selectivas,
bulk o semibulk.
Ellos pueden incluir operaciones de remolienda o combinacin de varios
resultados de concentracin fsica y procesos metalrgicos, tales como lixiviacin o
tostacin.
El diagrama de flujo final debe presentar los balances de materia y
metalrgicos para cada operacin con referencia al mineral alimentado para cada
metal y cualquier elemento que tenga efecto significativo sobre el valor de mercado
del producto.

IV.3 Metodologa de ensayos de flotacin.

IV.3.1 Objetivos de los ensayos de flotacin.

ENSAYOS
LABORATORIO
FLOTACIN

DE

PLANTA PILOTO

OBJETIVOS

144

- Aplicacin de nuevos procedimientos.

- Evaluacin crtica de nuevos reactivos.
- Optimizacin de procesos ya existentes.
- Desarrollo de diagramas de flujo.
- Scaling up.
- Modelacin matemtica de cintica de flotacin.
- Seleccin de tipo, nmero y tamao de celdas.

IV.3.2 Esquema metodolgico.

DEFINICIN DE OBJETIVOS

DISEO DEL
ASPECTOS
PRCTICOS

PLAN DE
ENSAYOS

. Muestreo
. Mineraloga
. Anlisis Qumico

TCNICAS DE
DISEO
EXPERIMENTAL
.Mtodo de variable por vez
.Mtodos Estad. de Tamizado
de variables
.Diseos Factoriales

RESULTADOS

CRITERIO
CIENTFICO
TECNOLGICO

EVALUACIN
DE
RESULTADOS

.Ley-Recuperacin
.Economa de costos

CRITERIO
ESTADSTICO
. Consistencia
. Significancia

CONCLUSIONES

145

IV.4 Diagramas de flujo de procesos de flotacin.

Diagrama de tratamiento de mineral de cobre - plomo - zinc.

Diagrama del circuito de molienda.

1. Alimentador de cinta
2. Molino de rolos
3. Bomba sala
4. Molino de bolas
5. Clasificador Denver

6. Espesador
7. Bomba de moyno
8. a Flotacin
slidos secos Kg/min
agua, Kg/min.
pulpa, l/min.
slidos
pulpa

146

Diagrama de flujo de un circuito de cobre - balance.

1.- Entrada de agua

2.- Roughers 4 x 20 l.
3.- Scavenger 2 x 10 l.
4.- Molino de remolienda
5.- Cono de clasificacin.
6.- Espesador de colas.
7.- Espesador de concentrado.
Slidos secos Kg/min.
Agua, Kg/min.
Pulpa, l/min.
Slidos % .
Pulpa, 4

8.- Recleaner - 2 x 2,5 l.

9.- Cleaner - 2,5 l.
10.- Scavenger 1 x 10 l.
11.- a circuito de plomo.
12.- Concentrado de cobre.
13.- Salida de agua.
14.- Filtro de concentrado.

Circuito de flotacin de plomo.

1.- Agua.
2.- Alimentacin.
3.- Acondicionadores
4.- Roughers 4 x 20 l.
5.- Scavengers 2 x 20 l.
6.- Alimentacin al circuito de zinc
7.- Filtro.
8.- Concentrado Pb.
9.- Colas.

Slido seco, Kg/min.

Agua, Kg/min.
Pulpa, l/min.
Slidos, % .
Pulpa, d

147

Circuito de flotacin de zinc.

1.- Alimentacin.
2.- Agua.
3.- Acondicionadores.
4.- Roughers - 4 x 10 l.
5.- Scavengers - 2 x 10 l.
6.- Espesador de concentrado Rougher

7.- Molino de remolienda.

8.- Cleaners - 3 x 5 l.
9.- Scavenger 1 x 10 l.
10.- Colas.
11.- Concentrado de zinc.
12.- Salida de agua.
148

Tabla: Flotacin bulk.

ENSAYOS
LAB.
PLANTA
PILOTO

LAB.
P.P

PROD. CABEZA
CONC. Cu - Pb
CONC. Cu
CONC. Pb
CONC. Zn
CABEZA
CONC. Cu
CONC. Pb
CONC. Zn
CONC. Cu
CONC. Pb
CONC. Zn
COLAS Zn

Anlisis
Cu
Pb
0.32 8.42
1.35 35.42
5.4
67.65
0.69 53.74
0.47 10.61
0.47 62.9
26.9 4.03
0.16 72.9
0.33 1.0
20.8 13.5
0.28 81.2
0.37 1.4
0.12 1.3

Zn
2.63
8.5
4.42
10.66
39.20
1.54
7.13
2.95
46.6
8.8
1.2
57.2
0.31

Distribucin
Cu
Pb

Zn

89.5
37.4
25.1
3.6

90.4
12.1
71.2
2.1

69.4
2.8
49.8
27.3

85.8
2.3
0.8
74.6
4.8
0.8
19.8

1.0
80.0
0.2
3.0
84.0
0.2
12.8

6.9
13.2
36.3
14.1
19.2
53.5
23.2

TABLA: Resultados de planta piloto muestra compsito.

PRODUCTO
Cu en Conc. Cu
Pb en Conc. Pb
Zn en Conc. Zn
MENA EXPUESTA
Cu en Conc. Cu
Pb en Conc. Pb
Zn en Conc. Zn

LEY (%)
21
69
51

RECUPERACIN (%)
76
83
50

21
61
44

71
81
51

TABLA: Leyes y distribucin de concentrado del 2 recleaner del concentrado Cu-Pb.

ESTADO
ALTERADO
ALTERADO
ALTERADO
INALTERADO

DENSIDAD DE PULPA
RELATIVA EN
ROUGHERS Cu Pb
1.37
1.46
1.50
1.46

LEY %
Cu
1.25
1.56
1.41
3.12

149

Pb
55.4
51.2
44.3
69.4

DISTRIBUCIN
Zn
9.92
10.70
10.98
2.53

Cu
72.5
80.3
73.6
79.4

Pb
83.3
76.4
77.0
87.0

Zn
52.6
50.0
51.2
23.3

IV.5 Principales variables de la flotacin.

La flotacin puede considerarse como un proceso qumico cintico y
bsicamente, tres grupos de variables inciden sobre los resultados metalrgicos
obtenidos a travs de su aplicacin al beneficio de un mineral dado.

IV.5.1 Propiedades dependientes de la mena.

- Caractersticas granulomtricas.
- Densidad y forma de partculas a flotar.
- Grado de oxidacin de la mena.
- Naturaleza de las especies valiosas.
- Grado de diseminacin y tamao de liberacin.
- pH natural.
- Caractersticas qumicas y mineralgicas de la mena.

IV.5.2 Caractersticas de los reactivos de flotacin.

- Concentracin superficial del colector.

IV.5.3 Caractersticas relativas a la celda de flotacin.

- Tamao y nmero de burbujas.
- Comportamiento hidrodinmico.
- Movimiento partcula slida-burbuja-fluido.

IV.5.4 Etapas y variables principales de la flotacin.

Etapa 1. Material de alimentacin.
- Naturaleza de las especies valiosas (principales y secundarias).
- Ganga asociada.
- Constituyentes solubles de la mena.
- Grado de oxidacin de la mena.
- Grado de alcalinidad o acidez del agua.
- ph natural de la pulpa.
- Grado de diseminacin y tamao de liberacin de las especies valiosas.
Etapa 2. Molienda/clasificacin.
- Fineza granulomtrica.
- Dureza del mineral y de la ganga.
- Tiempo relativo de las especies minerales en el circuito de molienda.
- Tipo de medio de molienda.
150

- Grado de oxidacin durante la molienda.

- Reactivos agregados a la molienda.
- Densidad de pulpa y tiempo de molienda.
Etapa 3. Etapa de acondicionamiento.
- Densidad de pulpa.
- Reactivos qumicos agregados.
- Secuencia de adicin de reactivos.
- Temperatura de la pulpa.
- Tiempo medio de acondicionamiento.
- ph de acondicionamiento.
- Intensidad de agitacin.
Etapa 4. Flotacin.
- Densidad, forma y tamao de las partculas.
- Densidad de pulpa.
- pH y temperatura de la pulpa.
- Carga circulante.
- Tiempo de flotacin.
- Geometra de la celda.
- Velocidad de agitacin.
- Grado y tipo de aireacin.
- Altura de la espuma.
- Tipo y clasificacin de reactivos qumicos.

IV.6 Aspectos Prcticos.

IV.6.1 Muestreo.
LA MUESTRA USADA EN LOS ENSAYOS EXPERIMENTALES DEBE SER
REPRESENTATIVA
.Identidad de Minerales Presentes.
DESCRIPCIN
.Abundancia Relativa.
MINERALGICA
.Distribucin de Tamao de Grano
.Intercrecimiento Textura.

IV.6.2 Anlisis qumico.

Espectrofotometria de absorcin atmica (a.a): Ag, Au, Cu, Pb, Zn, Fe.
Espectroscopia de emisin de plasma: Metales Refractarios, Alcalino Trreos, NoMetales, Sn, W, P, S, Ni, Co, y bajas concentraciones de metales preciosos.
Fluorescencia de Rayos X: Mtodo r pido para polvos secos de elementos entre Na y U.

151

IV.6.3 Anlisis mineralgico.

MICROSCOPIO PTICO usando luz transmitida o reflejada, el binocular o el
estereomicroscopio.
- Posibilita examinar secciones de la mena "identificando" minerales, que indican las
condiciones generales de flotacin, el grado de reduccin necesaria para alcanzar la
"liberacin" requerida y los lmites probables impuestos a las leyes del concentrado y
recuperaciones por intercrecimiento mineral.
- Determinan posibles "inclusiones submicroscpicas" de metal valioso o deletreo, o
sustituciones isomorfas.
- La distribucin cuantitativa de estos elementos pueden ser determinada por el
MICROSCOPIO ELECTRNICO DE BARRIDO.
- Para la aislacin o concentracin de ciertas fracciones de la mena y partculas que se
pueden clasificar a mano con el uso del estereomicroscopio, pueden usarse Medios Densos,
o equipos de concentracin de laboratorio como el "Super-Panner" o el ISO DINMICO
FRANZ.
- Las fracciones separadas pueden someterse a anlisis qumico o a DIFRACCIN DE
RAYOS X.

IV.7 Tipos de ensayos de flotacin.

IV.7.1 Tcnicas de pequea escala.
- Estudio de ngulos de contacto, tubo Hallimond, estudios de adsorcin de surfactantes,
electroforesis, y tcnicas electroqumicas.
- Emplean muestras menores de 1g.
- Son tiles para estudiar nuevos reactivos o minerales poco comunes.
- Las limitaciones de estos tests, es que toman poco en cuenta efectos tales como tamao de
partcula y de burbuja, agitacin y estructura de la espuma, u otros minerales presentes o
iones derivados, de la mena o de la molienda.

IV.7.2 Ensayos batch de una "sola variable a la vez".

- Muestras de 500 - 1000 g.
- Son tiles para el desarrollo de diagramas de flujo, o para determinar condiciones de
ptimas de la prctica de la flotacin.
De ah que haya que calcular factores de Scaling-up, para determinar tiempos de residencia.
Los datos cinticos se obtienen al extraer, con cierta frecuencia la espuma de la celda .
152

IV.7.3 Ensayos de ciclos cerrados.

Los ensayos de ciclos cerrados corresponden a una serie de ensayos de flotacin
batch ordenado de modo tal que simulan el diagrama de flujo de una planta, conteniendo
etapas de flotacin rougher, scavenger, de limpieza y an remolienda.
Los productos intermedios y agua son reciclados de acuerdo al diagrama de flujo
hasta que los pesos y anlisis permanecen constantes lo que puede suceder con 6 o ms
ciclos completos.
Este mtodo requiere muchas horas de esfuerzo, una extensiva planificacin y
organizacin del laboratorio, y tcnicas rpidas de anlisis qumico. Son tiles en el caso
que una proporcin significativa de producto valioso est contenido en las medianas por
ser de ley inadecuada para el mercado o para rechazo.
De ah que se requiera, procesamiento adicional verificando previamente si habra
problema de liberacin o no.
Tambin cuando es necesario reciclar mucha agua de proceso que dara problemas
de acumulacin de reactivos, iones, y productos de degradacin.
El principal inconveniente de este mtodo es el costo y el tiempo, pudiendo ser
ms lento que el proceso equivalente de planta.

IV.8 Ensayos de flotacin en planta piloto.

IV.8.1 Introduccin.
El procesamiento de lotes de mineral por ensayos en planta piloto es, en muchos
casos aconsejable, antes de que se instale el proceso industrial a escala completa.
El tratamiento de menas complejas por nuevos procesos o por el uso de nuevos
reactivos de flotacin, pueden involucrar problemas que debieran ser estudiados
previamente bajo condiciones continuas pero a escala menor.
El procesamiento continuo en planta piloto es a menudo muy til para confirmar
los resultados de ensayos en batch y verificar la economa de una separacin mineral
proyectada.
El equipamiento piloto deber ser adecuadamente seleccionado en tamao y
caractersticas para reproducir las mismas condiciones que existiran en la planta industrial.
Los resultados obtenidos eliminan generalmente la necesidad de hacer costosas
experimentaciones con grandes tonelajes de mena cuando la planta comercial est en
operacin.
El diseo del diagrama de flujo de la planta piloto debe ser lo suficientemente
flexible para permitir cambios en la experimentacin, secuencia de procesos, operaciones y
disposicin de equipos.
Las plantas industriales pueden tambin, desviar una porcin del flujo de pulpa a
un circuito de planta piloto, para investigar posibles modificaciones de circuito sin producir
disturbios en la operacin a escala total.

153

IV.8.2 Justificacin de los ensayos en planta piloto.

La realizacin de ensayos de planta piloto surge como una necesidad de:
a) Evaluacin de reactivos.
b) Trabajos de puesta a punto, u optimizacin de procesos para empresas o terceros.
c) Investigacin y desarrollo de nuevos equipos y procesos.
d) Actividades prcticas que simulen procesos industriales reales, con fines de enseanza
y formacin profesional.
e) Molienda requerida para alcanzar grado de liberacin
f) Tiempo de flotacin y densidades de pulpa para determinar tamaos de
acondicionadores.
g) Ley del concentrado versus recuperacin, combinacin de reactivos, densidades y
determinacin de capacidades.

IV.8.3 Ventajas y desventajas de los ensayos de planta piloto.

Decidir si se justifica o no hacer ensayos en Planta Piloto genera mucha
controversia:
Desventajas:
a) El alto tonelaje de muestra de mineral requerida an para pequeas plantas piloto
con capacidades entre 50 y 80 kg/hora.
b) La dificultad de mantener el circuito estable bajo condiciones operativas (debido
principalmente a problemas de bombeo) y consecuentemente de establecer balances
metalrgicos.
c) La dificultad de trabajar con mano de obra calificada por tiempo definido.
d) El hecho de que se puede obtener una buena informacin acerca de los posibles
efectos de las variaciones en alimentacin, en ensayos de laboratorio sobre diferentes
tipos de muestra correspondiendo a distintos tipos de mineralizacin encontradas en el
yacimiento, que ensayar una sola nica gran muestra en planta piloto.
Ventajas:
a) La posibilidad de producir cantidades suficientemente grandes de material para realizar
posteriores ensayos metalrgicos (por ejemplo: muestras de 15 Kg. para tostacin y 3
ton. para planta piloto).
b) La factibilidad de controlar y estudiar el proceso global, particularmente cuando no
hay plantas comerciales de referencia con tipos similares de proceso y de minerales.

154

c) La posibilidad de determinar ms fcilmente y con ms seguridad los efectos de reciclo,

en relacin a soluciones y slidos.
d) La posibilidad de probar nuevos equipamientos.

IV.8.4. Aplicacin de plantas piloto a la investigacin en flotacin.

En un proceso nuevo, como lo fue por ejemplo, el desarrollo de las columnas de
flotacin, el diseo y construccin de la planta industrial completa representaba una
muy grande inversin en tiempo y dinero. Mientras que por un lado, se pueden obtener
grandes recompensas por el desarrollo de un proceso nuevo, el riesgo es un factor que debe
ser considerado muy cuidadosamente.
La operacin de una planta piloto reduce tal riesgo de modo definitivo. En el
tpico anterior se indican las etapas tpicas que debern seguirse en un proceso de
investigacin dado. Se debe destacar que el concepto bsico debe haber sido probado
antes de construir la planta piloto.
La tendencia a realizar adaptaciones al concepto durante la ereccin de la planta
piloto debiera evitarse, salvo que se sugiriese un mejoramiento justificado por ensayos de
laboratorio.
Adems de reducir riesgos y proveer la oportunidad de operar continuamente, la
planta piloto, tiene tambin los siguientes objetivos:
- Evaluar materiales de construccin.
- Estimar requerimientos de mantenimiento.
- Evaluar peligros potenciales, por ejemplo el uso de reactivos peligrosos.
- Solucin de problemas relativos a eliminacin de efluentes.
- Entrenamiento de personal.
- Ensayar diferentes rutinas de control.
- Obtener datos para el diseo de la planta a escala completa.
- Estudios de costos.
- Demostrar que el proceso es viable.
- La produccin de subproductos.

IV.8.5 Tipos de plantas piloto.

La clasificacin ms obvia de las plantas piloto es su tamao, proporcional a los
costos, que puede variar desde la de escala de banco a una unidad de prototipo.
Generalmente la complejidad del proceso define el tamao que es requerido para probar su
factibilidad.
Ya que los procesos de flotacin son relativamente simples, se puede esperar que
las plantas piloto estn dentro de un rango de tamao relativamente pequeo. Sin embargo,
el hecho de que haya un tamao lmite de equipos metalrgicos, como por ejemplo,
molinos o celdas de flotacin, esto impone un lmite sobre cuan pequea puede ser una
planta piloto.
La instrumentacin instalada en una planta piloto, incrementa lgicamente su
costo. Existen desde las ms simples, con coleccin manual de datos a travs de operadores
que optimizan las condiciones operativas y las fijan manualmente por medio de vlvulas de
155

control. Otras, entregan datos captados automticamente por registradores grficos o

digitales, y eventualmente son controladas por computador digital.

IV.8.6 Factores de escala.

La planta piloto diseada para construir plantas a escala completa, debiera estar
constituida por equipos comercialmente disponibles. Esto asegura que puedan ocurrir
los mismos efectos, como cortocircuitos en reactores, en ambas escalas.
La transferencia de un proyecto nuevo desde escala piloto a escala total, es muy
riesgoso en tiempo y dinero, debido a factores desconocidos, fsicos o qumicos, que son
diferentes en ambas situaciones.
Sin embargo, en el caso de plantas convencionales, la experiencia ganada sobre
muchos aos, permite en algunos casos, el diseo luego de realizar tan solo, ensayos de
laboratorio.
El buen diseo de una planta piloto, asegura que el factor de escala pueda ser
alto, mayor que lo tradicionalmente aceptado (<10). En algunos casos, los datos de planta
piloto se han transferido a la etapa industrial con un factor de Scaling-up de hasta
1.000.

IV.8.7 Diseo de plantas piloto de flotacin.

El propsito especfico para el cual se construye y usa la planta piloto, deber ser
bien definido. El desarrollo de un modelo matemtico, cuando se usan operaciones
unitarias a escala reducida, permite reproducir variables de proceso usando altos
factores de Scaling-up. Esto reduce tambin el tiempo requerido en ingeniera de diseo.
Sin embargo, un equipo se debe disear, a veces, para superar problemas particulares
cuando se investigan procesos nuevos.

IV.8.8 Operaciones de plantas piloto de flotacin.

El costo operativo de una planta piloto est directamente relacionado al perodo de
tiempo que esta es operada, por lo que es necesario, decidir sobre un programa de objetivos,
como parte del diseo de la planta.
Los resultados obtenidos en el laboratorio, durante la primera etapa de la
investigacin son usados para definir condiciones operativas.
Si aparecen problemas operativos en la etapa piloto, es usualmente menos costoso
retornar al laboratorio para solucionarlos, en vez de perseverar con el trabajo piloto.
Un planeamiento estadstico de la operacin en planta piloto que determina los
efectos de las variables de proceso usando datos previos de laboratorio, puede salvar mucho
tiempo y proveer resultados de mayor significado.
Usualmente, es necesario operar las plantas piloto sobre un amplio rango de
condiciones que cubriran el rango que ocurre en escala completa, para definir el efecto de
las variables sobre el proceso.

156

Aparte de establecer la viabilidad del proceso que est bajo estudio, la operacin
de una planta piloto se usa para proveer informacin sobre costos operativos, que pueden
usarse en un estudio de factibilidad.
Otros beneficios, son los ya indicados de entrenamiento de operadores para
planta industrial y aquellos relacionados con el mantenimiento de planta. Como se
espera informacin ms detallada de la operacin de una planta piloto que de una planta
industrial, los procedimientos de monitoreo y muestreo debieran ser ms intensivos.
IV.8.9 Ubicacin de la planta piloto.
La operacin de una planta piloto requiere a menudo, un suministro continuo
de mineral, que es mejor entregado en una planta en operacin.
En cambio los ensayos de plantas piloto, que usan procedimientos Batch, o que
son de tecnologa complicada, son preferiblemente llevados a cabo en centros de
investigacin.
Si la operacin es continua, la eliminacin de efluentes se ve facilitada cuando la
misma se realiza en la mina, y donde no se tiene, adems, el problema del transporte, con
sus costos asociados y la posible descomposicin de muestras.
Por lo anterior un tipo de plantas muy tiles, son las plantas piloto mviles, que
pueden procesar hasta 10 toneladas por hora, y que consisten en una unidad de trituracin y
tamizado, una unidad de molienda y clasificacin, as como una unidad de flotacin.

IV.8.10 Objetivos de los ensayos piloto de flotacin.

a) Establecer:
- El diagrama de flujo del proceso
b) Determinar:
- Balances de Materia
- Recuperaciones Metalrgicas
- Calidad de Productos finales
c) Obtener informacin de:
- Parmetros operativos para fines de diseo.
- Costos operativos y de capital.
Una planta piloto puede proveer excelente informacin sobre aspectos que son
difciles de evaluar por otros mtodos, por ejemplo:
- scaling-up.
- recuperacin y recirculacin de agua.
- recirculacin de productos intermedios medianas.
La capacidad de una planta tal, debiera ser ms o menos 1t/h.
Si embargo la construccin y operacin de una planta piloto puede ser muy
costosa y llevar mucho tiempo.
El uso de una planta piloto, est justificado solo en las siguientes circunstancias:
a) Son requeridas grandes muestras de concentrado o colas para ensayos metalrgicos,
promocin de ventas, ensayos de eliminacin de colas, etc..
157

b) El mineral o el proceso es muy poco comn, recientemente desarrollado o muy sensibles a

parmetros de tiempo, por ejemplo fleculacin selectiva.
c) El proceso de molienda debe ser tambin probado en planta piloto.
d) La recuperacin y recirculacin de agua es un parmetro de mucha importancia en zonas
ridas.
Hay Dos Modos Principales de Operacin:
1. Llevar el mineral a la planta piloto.
2. Llevar la planta piloto al yacimiento de mineral.
En el primer caso se presenta el problema del transporte de varios cientos o miles
de toneladas, y para el segundo existe la posibilidad de usar unidades modulares, ms
baratas y fcilmente transportables con bajos costos de instalacin.
Se puede tambin ensayar muestra de mineral de distintas caractersticas uso de
agua local, probar la perfomance del equipamiento y entrenamiento de personal del lugar.
Las principales crticas a la operacin en planta piloto son el hecho que son
manejadas por el personal altamente calificado, muy bien motivado y con resultados
superiores a los que se pueden obtener en la planta industrial.
Adems que requiere grandes tonelajes de mineral por lo que el de testigos de
perforacin puede ser insuficiente y tan solo trate mineral de superficie del yacimiento. Los
resultados de ensayos pilotos son tiles para el diseo de la planta industrial.
Con los mismos es posible calcular el mnimo nmero de celdas que se deben
colocar en serie para formar un banco para que se cumplan en forma aceptable los
requerimientos de caudal de alimentacin, distribucin de tiempos de residencia y
flexibilidad metalrgica. Con los avances en el mejor conocimiento de la hidrodinmica,
de los modelos microturbulentos y cintica de operacin, resultan diseos de nuevos tipos
de celdas con sistemas neumticos Flotaire, Daura, Maxwell, o columnas de flotacin, con
varios diseos como la de Jameson.
Los nuevos sistemas han logrado un menor consumo de energa con igual o
mejores resultados metalrgicos. Se ha progresado tanto en equipos como en reactivos de
flotacin.
Se han mejorado bastante los sistemas para producir la mejor dispersin de aire en
la mezcla slido - lquido, produciendo finsimas burbujas de aire para contactar y flotar las
partculas mineralizadas que se deseen.
El mecanismo provee una vinculacin adecuada de la pulpa para mantener los
slidos en suspensin y produce una mezcla que asegura el contacto fsico entre las
partculas flotables y las burbujas de aire.

158

IV.9 Control de factores del ensayo de flotacin.

a) Muestreo.
b) Edad y Alteracin de la Muestra.
c) Procedimiento de remocin de espuma.
d) Molino de la muestra.
e) pH.
f) Calidad del agua.
g) Temperatura.
h) Densidad de pulpa.
i) Velocidad de aireacin y agitacin.

IV.9.1 Muestreo.
La muestra no debe ser solo qumica sino mineralgicamente representativa del
yacimiento.
Ya que la muestra es a menudo, de testigos de perforacin, puede ser necesario
ensayar diferentes tipos reconocidos de mena, dependiendo del resultado del programa de
exploracin.
Se debe guardar parte de esta para posteriores ensayos. El ensayo con compsitos
ser til solo si se sabe de antemano que el programa de explotacin de la mina, mezclar
los minerales de la misma forma.

IV.9.2 Edad y Alteracin.

Muchos minerales se degradan al exponerlos a la atmsfera, especialmente los
sulfuros. Por ello los contenedores de muestra deben sellarse, y colocar con ellos la muestra
seca y al tamao de terrones.
Tambin pueden alterarse en la pulpa del ensayo, sobre todo si la duracin de la
molienda, flotacin y separacin slido-lquido es mucho mayor que la de planta.

IV.9.3 Remocin de Espuma.

Es sabido que en la espuma hay un gradiente de concentracin de la especie
flotada. Por eso se colocan reguladores de altura de pulpa o de profundidad de la espuma
para controlar la ley del concentrado y la recuperacin.
De ah que los resultados del ensayo Batch sean influenciados por el modo de
realizar las anteriores operaciones, sobre todo si se hace como es comn, manualmente.
Aparece ah "el error del operador".
Este se puede prevenir usando celdas de laboratorio automticas como la celdas de
Leeds. En sta, la remocin de espuma, el nivel de pulpa, el pH, la velocidad de aireacin y
la del impeller se miden independientemente y se controlan automticamente.

159

IV.9.4 Molienda de la Muestra.

La molienda puede afectar el ensayo de flotacin en tres modos:
1. Control del grado de Liberacin.
2. Control de rango de tamaos de partcula, presentes.
3. Contaminacin de la superficie del mineral (por oxidacin u otra reaccin qumica).
Si el ensayo es para realizar modificaciones en una planta ya existente, la muestra
se toma del circuito de molienda da la misma.
Sino, puede considerarse que el uso de molinos de rolos da una distribucin de tamaos
bastantes aproximada a la de una operacin industrial de molino de bolas en circuito
cerrado.
Es muy til examinar microscpicamente las fracciones tamizadas de productos
del ensayo de flotacin, por ejm. las colas y el concentrado.
Esto indicar problemas causados por una liberacin insuficiente u otros efectos del tamao
de partcula tales como relacin lama - ganga ambas muy gruesas o muy finas para una
eficiente separacin.

IV.9.5 Regulacin del pH.

Se dispone de varios reactivos en la prctica, por ejemplo, cal, soda castica,
carbonato de sodio, cido sulfrico. Antes de comenzar el trabajo, es conveniente
considerar los posibles efectos del catin Ca++ la probable acumulacin o precipitacin de
sales ejm. el costo de la regulacin del pH en la prctica.

IV.9.6 Calidad del Agua.

La mejor parte del trabajo se hace con agua destilada o del lugar del ensayo pero
en la prctica el agua es de ro, drenaje de minas, subterrnea, etc.
Estas pueden contener iones o especies orgnicas que compliquen el proceso de flotacin y
que pueden variar estacionalmente.

IV.9.7 Temperatura.
Los ensayos en su mayora se hacen a temperatura ambiente, como en la prctica,
pero muchos procesos en la flotacin, como el acondicionamiento, puede ser afectado por
la temperatura.
Por ello es til registrar temperaturas de pulpa y considerar su influencia sobre la respuesta
junto con la informacin de los probables cambios de temperatura en la planta industrial.

160

IV.9.8 Densidad de Pulpa.

Las celdas de flotacin batch tienen generalmente varios litros de volumen pero el
peso de los slidos introducidos es generalmente menor de 1 kg. Por eso los ensayos son
realizados a densidades menores que en planta (25 - 40 %), como es tpico de las
densidades de circuitos de limpieza.

IV.9.9 Velocidad de aireacin, Agitacin, Tamaos de Partculas y

Burbujas.
Los factores como el tamao de partcula, tamao de burbuja, mezclado airepulpa, velocidad de aireacin y estructura de la espuma, entre otros, se conocen que afectan
la velocidad de flotacin global y pueden no ser la misma en laboratorio que en la celda
industrial.

IV.10 Desarrollo de modelos y optimizacin.

IV.10.1 Modelos cinticos.
IV.10.1.1 Ensayos en Batch.
La investigacin ha demostrado que generalmente la flotacin puede ser
considerada como un proceso de velocidad de 1er orden con respecto a la concentracin de
las especies flotadas en la pulpa, Ci. Por lo tanto un experimento de flotacin batch tendr:
dCi/dt = - kCi Ci = Coe-kit
(1)
Donde: Co es la concentracin inicial (alimentacin).
k es la constante de velocidad de 1er orden
t es el tiempo desde el comienzo de la flotacin.
Despus de un periodo de flotacin, t, la recuperacin de la especie "i" esta dada
por:
Co - Ci
(2)
Ri =
= 1 -e-kit
Co
La constante de velocidad de flotacin puede obtenerse graficando ln (1-Ri) versus el
tiempo, t, y determinando la pendiente.
Por una seleccin adecuada de reactivos, velocidad de flujo de aire, etc., los
valores de "k", para gangas son menores que la de las especies flotadas. El rango de "k"
corresponde a valores de 0,01 a 1.
Como flota algo de ganga, esto diluye el concentrado, por lo que la ley del
concentrado disminuir a medida que la flotacin contina. Por lo tanto, la diferencia entre
las recuperaciones de ganga y especie mineral R1 y R2 se har mxima, lo cual
corresponde a una derivada cero.
161

Si: E = R1 - R2 = [1 - exp.(-kit)]-[1 - exp.(-k2t)]

dE/dt = o ===> k1exp.(-k1t) = k2 exp.(-k2t), de
lnk1 - lnk2
t=
(k1 - k2)

donde:
(3)

Hay un tiempo optimo de flotacin mas all del cual, el incremento en

recuperacin de (2) exceder al de (1).
La tabla 1 muestra que sucede cuando k1= 0,3 y k2= 0,01min-1
La ecuacin 3 produce un tiempo ptimo de flotacin de 11,7 min. y puede verse
que a partir de ah, E comienza a decrecer.
Tabla 1.
k1 = 0,3 min-1
k2 = 0,01 min.-1
t (min)
R1
R2
E
1
0.26
0.01
0.25
4
0.70
0.04
0.66
7
0.88
0.07
0.81
10
0.95
0.10
0.86
13
0.98
0.10
0.86
15
0.99
0.14
0.85
Tiempo optimo de flotacin.
La recuperacin del 99% es rara en la mayora de los minerales y se logra una
recuperacin mxima RM, despus de un "largo" pero razonable tiempo de flotacin. La
ecuacin (3) se puede modificar para dar:

R i / R m1i 1 e k i t

R m,i - R i
ln
k it
R m,i

(4)

Esta ecuacin (4) constituye una nueva aproximacin de Co que pasa cuando no se
considera un sistema simple de dos componentes, donde uno es el mineral valioso y el
segundo es la ganga.
Por supuesto, los mayora de los minerales tienen varios componentes de ganga
que tienen diferentes valores de k2. En este caso k2 se puede tomar como la media
ponderada de constantes de velocidad individuales. Es decir que habran dos valores nicos
de "k" uno para las especies valiosas y otra para el resto. Esta aproximacin puede
introducir errores debido a las diferencias mineralgicas entre muestras de ensayos.
Ri y Rmi son las recuperaciones de las especies valiosas.
De nuevo, el mejor valor de Rmi y k, se puede encontrar por un ajuste de curvas.
En estos modelos k tiene un significativo fsico directo ya que representa la velocidad de
remocin de masa de la celda y puede usarse con propsitos de diseo.
Los modelos de flotacin batch del tipo descriptos son ampliamente usados, pero
algunas menas requieren modelos ms complejos. Esto sucede cuando existe mayor
porcentaje de partculas finas o gruesas en la alimentacin ya que k vara con el tamao de
partcula. En este caso hay que modelar separadamente las diferentes fracciones de tamao.

162

IV.10.1.2 Modelo Cintico de Planta Piloto.

Las tcnicas de balance de poblacin, son un mtodo conveniente para modelar
celdas continuas de flotacin en planta piloto.
En este mtodo se considera, que el flujo de fluido en la celda comprende un gran
nmero de idnticos elementos de fluido conteniendo cada uno una mezcla perfecta de
pulpa de alimentacin. Estos elementos pasan a travs de la celda y el material flotable es
removido.
El porcentaje total removido de este ltimo, depende de cuanto tiempo, el
elemento de fluido permanece en la celda, su tiempo de residencia. Este depende de la
hidrodinmica del sistema y se puede representar por una distribucin de frecuencia de
tiempos de residencia, E (t).
E(t) puede tomar varias formas, pero para la mayora de las celdas de flotacin se
aproxima un mezclado perfecto:

E (t )

et/t
t

(5)

donde: (t) es el tiempo de residencia media del fluido.

La concentracin final de material flotado que deja la celda es:

c cE E (t )dt , donde CE = Coe-kt

0

Por lo tanto:
(c

O sea:

oe

kt

t/t

)(e )dt
t

(6)

c
1

co 1 kt
kt
c
R 1

co 1 kt

(7)
(8)

Si se determinan las recuperaciones en estado estacionario de la celda piloto y el

tiempo t, se puede calcular k a partir de (8).
Cuando el mineral no est completamente modelado el componente o especie
valiosa est en ms de una fase, por lo que este caso se necesite un modelo de k ms
complejo, de parmetro distribuido.

IV.10.2 Modelos factoriales.

Los modelos cinticos descriptos anteriormente son muy tiles, pero a menudo,
son suficientes relaciones de estado estacionario. En estos, los valores son mantenidos a
valores fijos que no fluctan, llamndose modelos determinsticos o estocsticos.
Cuando los factores y respuestas son continuos, pueden ser modelados
empricamente por polinomios de primero o segundo grado.
Por ejemplo en el caso de una sola variable o factor, la concentracin del colector,
X, la recuperacin y obtenida en una serie se ensayos, puede expresarse por:
163

Y = a0 + a 1 x
Y = a + a1x +a2x
Modelos Polinominales

primer grado
segundo grado
y=a + a x
o

y = ao + a 1 x + a 2 x

2a / a
2

Figura 2
Modelos Aditivos.

(9)
(10)

x
1

x = c
2

Figura 3
La figura 2, muestra estos dos casos, y los valores a0, a1, a2, parmetros del
modelo, pueden obtenerse por tcnicas de regresin por cuadrados mnimos.
Hasta el valor mximo x= 2a2/a1, ambas curvas pueden darse por la frmula de la
ecuacin 1.
Si se deben modelar dos o ms factores, habr que tener en cuenta las posibles
interacciones entre ellos. Si no hay interaccin se dice que los factores son aditivos.
La figura 3 muestra una respuesta aditiva (no interactiva) del colector X1 y del pH
(X2). Un modelo adecuado es:
Y = a0 + a1 X1 + a2 X2
(11)
Si hay interacciones ver figura 4:
Y = a0 + a1 X1 + a2 X2 + a3 X1 X2
(12)

164

Interacciones.

x = c
2

x = c
2

x
Figura 4
Superficies de Respuesta.

y = 80
y = 90
y = 70

Figura 5
Si la respuesta es lineal, para un valor especificado X2:
Y= (a0 + a2 X2) + (a1 + a3 X2) X1
(13)
Si la respuesta no es lineal:
Y = (a0 + a1 X1 + a2 X2 + a3 X21 + a4 x2 + a5 x1 x2
(14)
Se puede representar las respuestas y, para valores dados de x1 y x2 sobre una
superficie de respuestas, figura 5. Esta es una manera muy til de visualizar los resultados
experimentables y encontrar los valores ptimos de los factores X1 y X2 en trminos de los
valores de la variable respuesta Y. (Mtodo de la "Pendiente Ascendente").

IV.10.3 Scaling - up.

El Ingeniero que trabaja en flotacin, tiene que enfrentar problemas de Scaling-up,
ya que siempre procede de experimentos y equipos de menor escala a mayores tamaos de
equipamiento, piloto o industrial.
Se dispone de un nmero de relaciones o grupos adimensionales para permitir un
cambio de escala adecuada de los parmetros de celdas tales como velocidad de flujo y
velocidad del impulsor, etc..
165

Sin embargo, se presentan problemas en el Scaling-up cuando se parte de ensayos

de laboratorio en batch a plantas pilotos continuas o planta industrial. Esto se ilustrar
usando un modelo de flotacin de 1er orden.
Suponiendo una flotacin batch que se lleva a cabo sobre la mena, donde RB es la
proporcin recuperada de una especie flotada, se tiene: RB = 1-e-kt
(15).
Si en un ensayo continuo se alcanza, la misma recuperacin con el mismo material
en una celda piloto, se puede calcular el tamao de la misma en base a las siguientes
consideraciones.
Se usa el tiempo de residencia: t = V/Q
(16),
para calcular el volumen V de la celda, para una determinada velocidad
volumtrica de flujo, Q.
La recuperacin de una celda tal, que se aproxima a un reactor perfectamente
mezclados, Rc, es:
Rc = Kt/(1 + kt )
(17)
Igualando RB y Rc, se tiene:
- 1-e-kt = kt/1 + kt

ekt 1
k

Recuperacin batch

t ekt -1
=
t
kt

(18)

en tiempo t (RB)
Kt
t/t
0,85
1,90
3,0
0,90
2,30
3,9
0,92
2,53
4,6
0,95
3,00
6,3
Tabla 2: Relacin de tiempo de flotacin-recuperacin - Continua a Batch.
La tabla 2, muestra los valores t/t, para varios valores de RB y se puede ver que el
tiempo de flotacin continua es varias veces el tiempo requerido en ensayos Batch.
Si se requieren 8 minutos para un ensayo batch de 92 % de recuperacin, para un
ensayo en celda de flotacin continua se requiere: 8x4,6 = 37 min.
Si se conoce el caudal volumtrico Q, puede determinarse el volumen V de la
celda. De lo anterior se verifica que no puede tomarse el tiempo de flotacin batch, para
disear una celda continua, sobre todo teniendo en cuenta adems, que la relacin t/t es
mayor a medida que aumenta la recuperacin RB.
Este incremento en tiempo de flotacin, est asociado a la prdida de eficiencia
debido a la distribucin de tiempos de residencia en el mezclado perfecto. Esto se puede
compensar en gran medida, usando varias celdas en serie para dar el mismo tiempo de
residencia global.
Puede demostrarse que para "n" celdas de flotacin iguales, conectadas en serie,
con k constante, la recuperacin global Rnc, es:

Rnc 1

nn
( n kt c ) n

(19)

166

donde t es el tiempo de residencia media de las n celdas.

Si RB = Rnc, entonces:
n
kt
tc/t =
[exp.(
) - 1]
(20)
kt
n
Por ejemplo si la recuperacin batch, es 90% entonces RB = 0,9 y kt = 2,30. La
relacin tc/t, se puede calcular para varios nmeros de celdas en serie (n).
N de mquina (n)
tc/t
1
3.9
2
1.9
RB = Rnc = 0.90
3
1.5
5
1.3
7
1.2
Tabla 3: Recuperacin continua en celdas.
Se observa una cada sustancial en el tiempo de retencin con el aumento en el
nmero de celdas.
Por ejemplo, si se requieren 6 minutos para alcanzar una recuperacin del 10% en
celda batch se necesitan, 6 x1,5 = 9 minutos para el caso de usar 3 celdas en la planta
equivalente continua y por lo que cada una deber tener un tiempo de residencia medio de 3
min.. El volumen de cada celda se calcula conociendo Q. En la tabla 3 se observa que de 5
celdas en serie, producen una pequea reduccin en el tiempo de residencia total.

IV.10.4 Simulacin de circuitos de flotacin.

Las tcnicas de modelacin matemtica constituyen una herramienta de clculo
poderosa para el diseo ptimo de circuitos de flotacin, permitiendo al Ingeniero
Metalurgista resolver los siguientes problemas:
a. Seleccin del circuito de flotacin ms apropiado para el tratamiento metalrgico de una
mena en particular y
b. Optimizacin de los tiempos de flotacin y condiciones experimentales asociadas a cada
etapa de proceso.
Paralelamente, dichas tcnicas proveen al Ingeniero de Procesos de una
metodologa adecuada para optimizar eficiencias de circuitos industriales ya instalados,
permitiendo as maximizar recuperaciones globales de especies tiles y mejorar la calidad
del concentrado final.
La resolucin de los tems (a) y (b) antes mencionados generalmente debe
realizarse en forma sistemtica, lo que implica un largo y costoso trabajo experimental, en
lo cual podemos distinguir cuatro etapas fundamentales:

167

1. Realizacin de pruebas batch a escala laboratorio, para determinar y estandarizar condiciones

ptimas de trabajo. Para tal efecto, se estudian normalmente a nivel laboratorio los efectos
de: % de slidos, pH, grados de molienda primaria y de remolienda, tipo y dosificacin de
reactivos, efecto de aireacin, etc., sobre la relacin "Recuperacin versus Ley" del
concentrado final. En algunos casos, se incluye, adems un estudio cintico de flotacin del
mineral durante cada etapa del proceso, por ejemplo, flotaciones Rougher, Cleaner,
Scavenger, etc.
2. Simulacin experimental de circuitos de flotacin continua a nivel de laboratorio, utilizando
la conocida tcnica de pruebas de ciclo ("Locked Cycle Test") y las mejores condiciones
experimentales determinadas en la etapa anterior.
3.

Realizacin de pruebas continuas de flotacin a escala planta piloto, tendientes a

verificar, complementar y/o extrapolar resultados metalrgicos alcanzados durante las dos
etapas previas de laboratorio. En general, se deber determinar los factores apropiados de
escalamiento, correlacionando empricamente los resultados obtenidos a escalas de
laboratorio y planta piloto.

4. Realizacin de campaas experimentales a gran escala, para ajustar en la Planta Industrial

misma, las condiciones operacionales ptimas de carcter definitivo. Generalmente, el
diseo de circuitos industriales de flotacin, se basa en la informacin emprica acumulada
de las tres etapas anteriores.
De la discusin anterior, resulta evidente que la extrapolacin de resultados
metalrgicos desde las etapas (2) y (3) y (3) a (4), involucra utilizar factores de
escalamiento, los que a su vez, dependen de ciertas variables operacionales y de diseo,
entre las que vale la pena destacar las siguientes: (i) Diseo del equipamiento (geometra de
las celdas de flotacin, acondicionadores de reactivos, etc.) y (ii) Factores hidrodinmicos
de cierta relevancia (distribucin de tiempos de residencia de las partculas flotables y no
flotables, en las celdas continuas de flotacin a escalas piloto e industrial, etc.).
No obstante las limitaciones anteriores, resulta obvio por otra parte, que las
pruebas de ciclo proporcionan al menos una respuesta anticipada de flotacin continua
del mineral, a escalas de laboratorio y planta piloto, suponiendo eso s, que las condiciones
operacionales y flowsheets de tratamiento se mantengan relativamente similares, en ambos
casos considerados. Lo anterior cobra real importancia, si consideramos que debido al
efecto de Reciclado las curvas de "Recuperacin Global versus Ley del Concentrado
Final" obtenidas en pruebas de ciclo difieren normalmente de aquellas obtenidas durante
pruebas batch de laboratorio, justificando as la realizacin experimental de la etapa (2) o
alternativamente, simulando matemticamente dichos resultados.
Debido al esquema de convergencia iterativo inherente al desarrollo experimental
de las pruebas de ciclos, se generan altas cargas de trabajo sobre el personal de laboratorio
encargado de dichas pruebas. Todo ello incrementa significativamente el costo y tiempo
total de desarrollo del proyecto. Por ello se evala la aplicabilidad de un mtodo alternativo
de simulacin matemtica de pruebas de ciclo, conocido como mtodo de los factores de
distribucin, el cual fue originalmente descrito por Agar y Kipkie.
168

IV.11 Comparacin de celdas de flotacin.

IV.11.1 Criterios.
AUMENTO DE COSTOS
MINERALES MARGINALES
BAJOS PRECIOS DE METALES

NUEVOS DESARROLLOS EN FLOTACIN

REDUCCIN DE COSTOS
AUMENTOS EN RECUPERACIN

IV.11.2 Factores influyentes en el diseo de circuitos de flotacin.

LA NECESIDAD DE UN VOLUMEN EFECTIVO ES NECESARIO TANTO
EN UNA CELDA GRANDE O CHICA.
. La selectividad de las celdas grandes es mayor que las
Chicas, debido al mayor espesor de la espuma.
. Mejor control de ajuste de flujo de aire o nivel de pulpa,
En las celdas grandes pues tienen menos puntos de control.
. Mayor economa de escala en las celdas grandes.

IV.12 Instrumentacin y control de procesos de flotacin.

IV.12.1 Introduccin.
La instrumentacin y control de procesos tiene cada da un rol ms importante
en las operaciones del procesamiento mineral debido a la utilizacin de mayor escala de
produccin, ms complejidad y mineral cada vez ms marginales.
Con el incremento de costos de energa, la utilizacin de instrumentacin adicional
y control avanzado de procesos es vital para alcanzar costos operativos competitivos.
Los recientes avances en hardware para instrumentacin y control de procesos, as
como una amplia variedad de sensores para medir las principales variables, han
simplificado su instalacin y mantenimiento.
169

La instrumentacin de un circuito de control incluye usualmente control de nivel

de pulpa, de densidad de pulpa, de presin y flujo de aire, flujo de reactivos y de nivel
de espuma.
Sin embargo, no todos estn disponibles en cualquier planta, ver figura 4.

IV.12.2 Instrumentos de flotacin.

. Medidores de flujo de agua.
. Vlvulas de control de agua.
. Medidores de flujo de pulpa.
. Detectores de nivel de pulpa.
. Sensores de densidad de pulpa.
. Sensores de tamao de partcula.
. Monitores de pH.
. Analizadores de rayos X, en lnea.
Circuito de flotacin de cobre.

1. Molino de rolos.
2. Molino de bolas primario.
3. Molino de bolas secun.
4. Roughing.
5. Scavenging.

6. Cleaning (2 etapa).
7. Colas finales.
8. Concentrado.
9. Retratamiento.
10. Molino de remolienda.

170

Circuito de flotacin de mineral plomo-zinc.

1. Molino de rolos.
2. Molino de bolas primario y secundario.
3. Rougher Pb 1.
4. Ronghing Pb 2.
5. Chaning Pb (3et).
6. Concentrado de Pb.

7. Acondicionamiento.
8. Rougher Zn.
9. Cleaning Zn.
10. Molino de remolienda.
11. Concentrado de Zn.
12. Cola final.

IV.13 La flotacin en la metalurgia del oro.

IV.13.1 Introduccin.
La Fig. 47 ilustra un tipo comn de diagrama de flujo, que incorpora la flotacin,
donde las colas producidas en la misma pueden ir a cianuracin o desechos segn sea su
contenido de oro.
Por ejemplo la cianuracin antes o despus de la flotacin, se practica en algunas
plantas de las minas de Kalgoorli, y donde el oro es de grano muy fino (Ej. Carlin), la
concentracin gravitacional y la flotacin pueden omitirse y cianurar directamente la masa
convenientemente molida.
En algunos minerales de oro se puede recubrir el material carbonceo con
hidrocarburos y hacer flotacin del oro y sulfuros con depresin del material carbonceo, o
flotacin de ste antes de la flotacin principal, u oxidacin con agentes qumicos o
tostacin.
La flotacin en el tratamiento del oro es usada para concentrar oro y sulfuros en
un peso relativamente pequeo que puede ser tratado por amalgamacin, cianuracin, o
tostacin y cianuracin. Tiene como principal ventaja que reduce el material que requiere
posterior tratamiento, por ejemplo tostacin y con lo que disminuye los costos. El oro
nativo y los telururos de oro y plata pueden flotarse con los sulfuros, aunque en algunas
plantas se hace una etapa separada de flotacin de telururos.
171

Los concentrados de la flotacin de sulfuros generalmente contienen ambos, oro

libre y oro incluido en sulfuros. Si el bulk del oro es libre ambos concentrados pueden
tratarse por amalgamacin o cianuracin directamente. Sin embargo, comnmente una
significativa proporcin de oro esta incluido, lo que requiere tostacin para dejar el oro en
condiciones de cianuracin. Con esto, puede lograrse que la recuperacin suba del 70 al
90%.
En algunas plantas se realiza antes de la flotacin, una etapa de cianuracin y en
tales casos el residuo de cianuro tiene un efecto depresor en la subsiguiente flotacin, por lo
que debe reactivarse con dixido de azufre.
En general, la cianuracin sigue a la flotacin, por lo que la presencia de
colectores y otros activadores de superficie en el concentrado de flotacin no tostado puede
afectar la eficiencia de la cianuracin.
Se han propuesto los mecanismos para explicar el retardo por xantato adsorbido.
El primero, establece que los granos de oro se vuelvan hidrofbicos por el revestimiento del
colector y por tanto quedan menos preparados para un ataque en solucin acuosa.
El otro mecanismo, comprobado experimentalmente, es que el oro nativo resulta
pasivado por el colector absorbido.
En cambio durante la tostacin, los reactivos orgnicos de flotacin son
destruidos, por lo que en la cianuracin de calcinados no ocurren este tipo de problemas.
Ejemplo :
a. Si la investigacin mineralgica establece que el oro est como oro nativo, con gran
proporcin liberado de ganga de cuarzo a tamaos mayores que 75 m. Se deduce
inmediatamente un circuito combinado de gravitacin y cianuracin, no se necesita
flotacin.
b. Si la Investigacin mineralgica ESTABLECE que el oro est presente en gran proporcin
como de grano fino en telururos de oro pero un significativo porcentaje est incluido
submicroscpicamente en sulfuro. Se deduce que una separacin gravitacional es
inaplicable, y que el circuito debiera incluir molienda fina, flotacin, tostacin y
cianuracin.

IV.13.2 Flotacin de sulfuros y metales preciosos.

Los metales preciosos se encuentran en pequeos porcentajes en los sulfuros

minerales conteniendo plomo, zinc, cobre, molibdeno, cobalto, nquel y hierro , los que son
generalmente separados y concentrados por flotacin (plata en el concentrado de plomo y
oro en el concentrado de cobre).
El procesamiento de estos minerales se realiza en base a los siguientes
procedimientos:

172

1.

La molienda primaria se realiza con el objeto de producir partculas, lo ms gruesas

posibles para dar un grado de liberacin econmica.
2.
El proceso de concentracin, generalmente flotacin, es diseado para producir un
concentrado consistente predominantemente de minerales valiosos y una fraccin
mediana que puede requerir una molienda adicional para producir una separacin ptima
de los minerales.
3.
La seleccin de los reactivos qumicos (colectores, espumantes, etc.) necesarios para la
separacin de los sulfuros minerales de la ganga, es generalmente complejo, y pueden
llegar a usarse hasta 6 u 8 de ellos, como en el caso de la separacin del plomo y la
molibdenita.
4. Los reactivos qumicos usados son generalmente caros debido a su alta selectividad para
sulfuros minerales.
El desarrollo del proceso es dependiente de varios factores, como la ley de la mena
y la composicin mineralgica. Los metales preciosos pueden estar contenidos en la matriz
del sulfuro mineral junto con metales base y stos ocurrir en asociacin, lo que requiere una
molienda muy fina para separarlos.
La extraccin de los metales preciosos asociados a estos sulfuros se complica por
la presencia de altos contenidos de pirita, de minerales oxidados o secundarios, y de
impurezas como As, Sb, Bi y Hg, de minerales de cobre, proporcin de sulfuros de hierro,
grado de oxidacin y la naturaleza de los minerales de ganga no sulfricos.
Para los tipos de menas mencionados, los metales preciosos, tienen un efecto poco
importante en la seleccin de los reactivos. En casos particulares, puede involucrar el
agregado de un colector auxiliar para aumentar la recuperacin, por ejemplo adicin de
mercaptobenzotiazol al usual tionocarbonato en ciertas menas de alto contenido de plata.
Aparte de las menas donde el oro es un constituyente menor de un concentrado de
sulfuro, los minerales de oro para flotacin pueden ser en dos clases:
1) Menas de oro libre donde los sulfuros se han oxidado completamente.
2) Menas en donde el oro metlico libre y telururos pueden estar presentes pero la mayora
del oro est asociado con sulfuros, especialmente pirita, arsenopirita y pirrotita.
Las menas de este tipo pueden tratarse tambin por un proceso combinado de
cianuracin y concentracin gravitacional.
Pero si por determinadas consideraciones se debe obviar la cianuracin, por
ejemplo oro grueso presente en gran porcentaje, el oro libre de - 65 mallas puede flotarse
fcilmente si las superficies estn relativamente limpias.
Se recomienda trabajar a pH natural aunque se puede agregar carbonato de sodio si
es necesario dispersar. Como el ion calcio en un fuerte de depresor del oro, se debe evitar el
uso de cal.
Los colectores xantato y ditiofosfato son efectivos sobre superficies limpias, si no
se usa mercaptobenzotiazol.
El aceite de pino es a menudo til para colector espumante del oro libre. Para
ayudar a la mejor flotacin se aaden para estabilizar la espuma, mezclas de glicoles.
Cuando se espera oro grueso es especialmente til, trabajar con altas densidades de pulpa.
(mayor de 35%).
173

Las menas mas comunes contienen oro ntimamente asociado con sulfuros como
pirita y pirrotita.
El uso de sulfato de cobre es conveniente para la activacin, sulfuros y un pH
cido, donde sea posible, mejora la recuperacin y la cintica.
Los xantatos son colectores muy comunes pero como descomponen rpidamente
pH 4 se usa en su lugar mercaptobenzatiazol.
La cianuracin para la recuperacin adicional del oro puede realizarse antes o
despus de la flotacin.
Los reactivos de flotacin puede disminuir la eficacia de la cianuracin, a menos
que se creen nuevas superficies por remolienda.
Por otra parte la cianuracin antes de la flotacin, puede interferir la accin de los
colectores.
Es comn realizar la tostacin de los concentrados de sulfuro con oro, para
cianurar posteriormente el calcinado y lograr la recuperacin del oro.

IV.14 Diagramas de flujo de flotacin.

Diagrama de proceso general para diferencial semibulk.

174

MENA

TRITURACIN

MOLIENDA EN ETAPAS
Y CLASIFICACIN
(Pb - Cu)

FLOTACIN ROUGHER

CIRCUITO DE

Pb

CIRCUITO CLEANER

COLAS

MEDIANAS
COLAS

ACONDICIONADOR
DE Zn

REMOLIENDA

ROUGHER Zn

CLEANER

Colas
Concentrado de Pb
Remolienda

Concentrado de Zn
CIRCUITO SEPARACIN
Cu - Pb

SEPARACIN
Zn -S2Fe

Concentrado Concentrado
de Pb
de Cobre
Concentrado
de Pirita

175

Concentrado
de Zinc

Diagrama de flujo procesamiento de sulfato de cobre.

MENA
TRITURACIN

SEPARACIN DE
OXIDO DE COBRE

COBRE

MOLIENDA Y CLASIFICACIN
FLOTACIN ROUGHER

COLAS

REMOLIENDA
CIRCUITO CLEANING

COLAS
REMOLIENDA
COLAS FINALES

SEPARACIN DE
SUBPRODUCTOS
CONCENTRADO
S2M0, S2Fe
DE COBRE
MENA
TRITURACIN
MOLIENDA Y CLASIFICACIN
FLOTACIN BULK
FLOTACIN SCAVENGER
pH CIDO
FLOTACIN CLEANER
REMOLIENDA
ATRICIN Y FLOTACIN
REMOLIENDA
pH 10,5
FLOTACIN RECLEANER
FLOTACIN
CONCENTRADO DE COBRE

176

COLAS

177

IV.14.1 Descripcin del diagrama de flujo.

El diagrama de flujo esta diseado a fin de tener una flexibilidad mxima para que
se puedan hacer los cambios de circuito necesarios que permitan una investigacin
completa del flujo de rougher, Scavenger, Cleaner, recleaner y Scavenger - Cleaner. Esta
flexibilidad tambin provee un medio para estudiar los reciclos de varios productos y los
tiempos de residencia de flotacin.
Estas caractersticas son particularmente importantes debido a que el tratamimento
de la mena cambiar con las variaciones en el yacimiento, y la planta comercial se deber
disear para compensar dichas variaciones.
Los ensayos preliminares en batch de los testigos de perforacin indican el
comportamiento de la mena frente al tratamiento metalrgico. Estos sirven de base para el
diseo de la molienda piloto conjuntamente con el sector de muestreo. En este diagrama de
flujo, consideramos una mena de cobre de baja ley, que es explotada por mtodos de open
pit.
Adems, se aplica un intenso programa de explotacin subterrnea para muestras, a fin de
confirmar y ampliar la informacin de los testigos de perforacin.
a. Trituracin.
Toda la trituracin es llevada a cabo en una planta de muestreo. La mena que pasa
a travs de la planta de muestreo a una velocidad de 25t/h, es apilada en lotes que
representan reas especficas del yacimiento. Esto lotes representan, parcial o totalmente, la
alimentacin del molino.
b. Molienda.
La capacidad requerida para la planta piloto est sujeta a muchas consideraciones
pero se prefiere en
estas circunstancias una velocidad
de alimentacin de
aproximadamente 4-5 toneladas por hora.
Despus de sacar la mena triturada de sectores elegidos del stock disponible, es
enviada a un silo de almacenamiento que permite una alimentacin uniforme de la planta.
El alimentador de cinta Denver, de velocidad variable, equipado con un registrador
de peso, regula la capacidad de la planta y puede ser variado fcilmente para investigar
resultados de ensayos en planta piloto bajo diferentes velocidades de alimentacin.
El circuito de molienda consiste en un sistema convencional molinos de bolascicln. La molienda (% menos 200 mallas), se puede variar por cambios en velocidad de
alimentacin, carga de bolas y condiciones de cicln.
c. Flotacin rougher.
Un conjunto de 12 celdas de flotacin D-R, arregladas entre grupos de cuatro
celdas cada uno, provee condiciones ideales para rougling y scavenging. El concentrado se
puede remover de todas las celdas como un producto nico para el tratamiento posterior, o
los concentrados a partir de la segunda y tercera unidad, pueden ser reciclados a la
alimentacin. Adicionalmente se puede bypasear la tercera unidad de cuatro celdas, para
estudiar el efecto del tiempo de retencin.

178

d. Remolienda.
El concentrado total rougher, o cualquier porcin de l, se puede remoler antes de
la limpieza. La remolienda es realizada en un circuito cicln- molino de bolas. Como a
veces es requerido el espesamiento, antes de la remolienda, se muestra como una opcin a
este diagrama de flujo. El grado de remolienda y la cantidad de alimentacin para
remolienda es una importante consideracin para el estudio. Cambios en la molienda
primaria puede influenciar las condiciones de remolienda. Los efectos de no hacer
remolienda, se investigan, simplemente haciendo by-pass del circuito.
e. Flotacin cleaner - recleaner.
La primera etapa de limpieza (con o sin remolienda previa) produce colas de
cleaner que pueden ser recicladas directamente a la alimentacin de flotacin de rougher.
Alternativamente, las colas de cleaner pueden ser enviadas al circuito scavenger
con la espuma que es reciclada a la alimentacin de la flotacin de rougher. Este ultimo
procedimiento es a menudo preferido, pues evita una dilucin excesiva del circuito rougher,
como puede ser causada por el reciclo de la cola cleaner total. Ciertas impurezas de la
ganga, se pueden eliminar tambin ya que las colas scavenger-cleaner, constituyen un
producto final de desecho.
El recleaning es realizado en una mquina de flotacin Denver celda a celda
indicado en el diagrama de flujo, o puede usarse una mquina de flotacin Denver D-R.
La seleccin del tipo de celda es dependiente en gran forma del grado de selectividad
requerido y del nmero de etapas de recleaning necesarias. Si se usa recleaning multietapa
no se requiere ninguna bomba para reciclar la espuma en la mquina celda - celda.
f. Espesamiento - filtracin.
El concentrado final de cobre, es espesado y filtrado. Se pueden recolectar y
analizar datos sobre los efectos de floculantes, tamao de remolienda, capacidad, humedad
de la torta, etc.. Si la mena contiene molibdeno, el underflow del espesador se puede enviar
a un circuito de separacin cobre molibdeno.
g. Muestreo.
Un muestreo preciso es imperativo para una eficiente operacin de la planta piloto.
Los muestradores automticos se muestran en la corriente de alimentacin, concentrado y
productos de cola. El muestreo de productos intermedios, se puede realizar para el caso de
ser necesario una evaluacin de circuitos especficos.
Aunque la alimentacin de la planta piloto se ha muestreado previamente en la
seccin de muestreo, el remuestreo de alimentacin del molino sirve para confirmar las
leyes originales estimadas.
El diagrama de flujo descripto en este estudio est dirigido hacia menas de cobre
de baja ley, pero muchos de los principios y la mayora de los equipamientos se pueden
aplicar a otros tipos de mena.
Este trabajo es interesante porque permite disear el diagrama de flujo de una
planta piloto para el tratamiento de un mineral obtenido de una planta de muestreo adjunta .
El muestreo bulk de un yacimiento de mineral de baja ley, es a menudo necesario
para completar resultados de testigos de perforacin.
Adems de confirmar la ley del mineral y las estimaciones de reserva, el muestreo
bulk provee mineral para ensayos experimentales a escala de planta piloto.
179

Los resultados obtenidos bajo estas condiciones eliminan la necesidad de una

costosa experimentacin cuando la planta comercial est en operacin y asegura la
seleccin del diagrama de flujo ms apropiado tanto como el tamao y el tipo de
equipamiento.
La planta piloto ofrece una excelente oportunidad para que el personal de
investigacin metalrgica llegue a familiarizarse con los diferentes problemas presentados
por la mena, y establecer las mejores condiciones operativas para la planta comercial.

IV.14.2 Detalle de equipamientos.

01.
02.
03.
04.
05.
06.
07.
08.
09.
10.
11.
12.
13.14.
15.16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.

Alimentacin del mineral de mina.

Tolva de alimentacin provista de tamiz de 8".
Cinta transportadora de la fraccin - 8", a 25t/h.
Zaranda vibratoria Doble 4'x10'.
Triturador de mandbulas de 15" x 24".
Molino de rolos de 27" x 10".
Cinta transportadora de reciclo de trituradoras.
Cinta transportadora de 18".
Muestreador automtico primario Denver H2.
Alimentador Vibratorio.
Triturador Giratorio Denver de 12".
Muestreador Denver de 20".
Rechazos.
Muestra final para anlisis.
Tolva.
Alimentador Vibratorio.
Cinta Transportadora.
Tolva.
Alimentador a cinta.
Pesmetro.
Muestreador Automtico.
Cicln.
Molino de bolas.
Bomba.
Celdas de Flotacin.
Muestreador Automtico.
Colas.
Bomba.
Molino de remolienda.
Celda de 1ra. limpieza.
Reciclo de cleaner Scavenger.
Celdas de limpieza-Tipo-Celda-Celda.
Colas de Scavenger-Cleaner.
Filtro de disco.
A circuito de separacin cobre - molibdeno.
Concentrado de cobre filtrado.
Espesador Denver.
180

IV.14.3 Circuitos de flotacin.

El proceso de flotacin puede requerir el uso de un circuito cerrado inverso con
flotacin intermedia, apto para mejorar las recuperaciones metalrgicas de mineral
sulfurado polimetlico.
Estas recuperaciones son generalemte inferiores para las especies ms densas. Un
ejemplo lo constituye el sistema plomo, zinc, plata, ganga, donde los sulfuros de plata y
plomo, presentan prdidas grandes en las fracciones granulometras ms finas. Esto es
debido a que en los circuitos convencionales se usan hidrociclones, los que por su principio
de funcionamiento las partculas finas y densas se clasifican mayormente que las arenas,
por lo que experimentan un mayor grado de molienda en el circuito, y generan
sobremolienda de estas especies que se recuperan ineficientemente en la flotacin.
Se producen altas cargas circulantes de las especies ms densas (hasta 1000%), por
lo que su granulometra llega a ser muy fina.
Se forman lamas que son las especies minerales sobremolidas y es sabido que las
partculas muy finas tienen tendencia a una mejor adherencia, tipo tangencial a las burbujas
de aire por lo que disminuye su recuperacin.
Para reducir la produccin de lamas, y mejorar su metalurgia se puede disminuir la
carga circulante global clasificando con zarandas finas la descarga gruesa de los
hidrociclones. Una alternativa es separar selectivamente las especies densas por gravimetra
(jigs) o celdas unitarias de flotacin a la descarga del molino.
De este modo se logra eliminar del circuito de molienda las especies que hayan
alcanzado la liberacin adecuada.
La Figura a, muestra dos circuitos cerrados de molienda tpicos: el directo y el
inverso. Este ltimo se utiliza cuando existe un molino de barras o trituracin cuaternaria.
La Figura b, muestra un circuito cerrado de molienda inverso con un banco de
celdas unitarias de flotacin a la descarga del molino.
Un mineral polimetlico de cuatro especies, por ejemplo, SAg2, SPb, S2Fe, y
SiO2, para el que las dos primeras especies se separan selectivamente en el banco de
flotacin, se reduce a un sistema de tres componentes: SAg2, SPb, y el resto como ganga.
Las muestras obtenidas del circuito se caracterizan por distribuciones
granulomtricas y composicin de especies, minerales. La muestra de descarga de arenas
del hidrocicln se usa para el estudio de cintica de molienda a nivel laboratorio (ensayos
batch). Las pruebas de flotacin se efectan con ese mismo material pero molido por un
tiempo aproximadamente igual al esperado como tiempo de residencia en el molino.

181

Figura a.

Figura b.

182