CONCENTRACIÓN POR FLOTACIÓN DE MINERALES – REACTIVOS

CARLOS ALFREDO PARRA BOHORQUEZ

CODIGO 201820610

ING. OSCAR CORDOBA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA – UPTC

LABORATORIO MINERALOGÍA Y BENEFICIO DE MINERALES
ESCUELA DE METALURGIA - FACULTAD DE INGENIERA
TUNJA
2021
INTRODUCCION

El presente trabajo investigativo se realizó con el fin de conocer la importancia del

proceso de concentración por flotación de minerales ya que con su aparición a
comienzos del Siglo XX se dio origen a lo que hoy conocemos como gran minería.
Esto, debido a que se introdujo –dentro de la cadena de valor minera– tecnología
capaz de extraer más mineral valioso para el mercado y con ello aprovechar de mejor
manera el proceso extractivo en general. Hoy, y debido a la caída de las leyes del
mineral, esta etapa químico-física se ha hecho cada vez más importante y
estratégica.

Si bien en la concentración por flotación intervienen diferentes tipos de equipos, “en

todos los casos el fenómeno físico-químico que se utiliza es el mismo, y este es el de
la adherencia o repelencia entre partículas y burbujas de mineral”. Que una partícula
sea atraída o no por una burbuja de aire es lo que selectivamente permite hacer el
proceso de clasificación separando el mineral valioso de aquel material no valiosos
aprovechando sus características físico - químicas mediante la adición de reactivos;
esto propicia la generación de espumas y su posterior colección mediante canaletas,
para lo cual se utilizan equipos mecánicos, y/o neumáticos, denominadas celdas de
flotación.

OBJETIVOS

 Definir los principales conceptos que constituyen la base para la comprensión

de los principios de la Flotación por espumas de Minerales.
 Conocer los diferentes tipos de reactivos aplicados y su finalidad en el
proceso de concentración por flotación.
 Estudiar la flotación espumante dentro de la industria
¿QUÉ ES?

Se define la flotación como un proceso de concentración de minerales en el cual

se procura separar las partículas de menas útiles de estériles o gangas, mediante
un tratamiento físico químico que modifica su tensión superficial para lograr
que burbujas de aire finamente divididas se adhieran a las primeras y las enriquezca
en una espuma.

GENERALIDADES

Este proceso recibe también el nombre de flotación de espuma (froth flotation) .

Tiene sobre otros procedimientos de concentración, puramente físicos, la ventaja
de:

 Tener flexibilidad suficiente para concentrar selectivamente, es decir,

con producción de concentrados limpios y de alta ley, todos los sulfurados y
la mayoría de los no sulfurados y oxidados. Mediante combinaciones (o
formulaciones) adecuadas de aditivos, o reactivos de flotación.
 Adaptarse fácilmente al tratamiento en gran escala y con ayuda de
técnicas automáticas de control y medición, a pulpas de mineral
con granulometría de amplia gama: entre 48 mallas/pulgadas hasta unos
pocos micrones.
 Integrarse fácilmente con técnicas modernas de molienda y clasificación,
así como con medios mecanizados de manejo de productos, tales como
bombeo separación sólido/líquido.

PROPIEDADES QUE PERMITEN EFECTUAR LA CONCENTRACIÓN POR

FLOTACIÓN:

HIDROFÍLICO: se refiere a las partículas de mineral que es compatible con el

agua o mojable (ganga).
HIDROFÓBICO: se refiere a las partículas de mineral que repelen el agua
logrando flotar (especie de valor).
AEROFILICO: Quiere decir que es compatible con el agua. Todas las partículas
Aerofilicas son Hidrofobicas.
AEROFÓBICO: Quiere decir que repele el aire, todas las partículas Aerofóbicas
son Hidrofilicas.
 Figura 1: Comportamiento de minerales hidrofóbicos e hidrofóbicos respecto al
agua

El mecanismo esencial de la flotación comprende la anexión de partículas

minerales a las burbujas de aire, de tal modo que dichas partículas son llevadas a
la superficie de la pulpa mineral, donde pueden ser removidas, este proceso
abarca las siguientes etapas:

1. El mineral es molido húmedo hasta aproximadamente 48 mallas

(297 micrones)
2. La pulpa que se forma, es diluida con agua hasta alcanzar un porcentaje
de sólidos en peso entre 25% y 45%.
3. Se adiciona pequeñas cantidades de reactivos, que modifican la superficie
de determinados minerales.
 4. Otro reactivo, específicamente seleccionado, se adiciona para que actúe
sobre el mineral que se desea separar por flotación. Este reactivo cubre
la superficie del mineral haciéndola aerofílica e hidrofóbica.
5. Luego se adiciona otro reactivo, que ayuda a establecer una espuma estable.
6. La pulpa químicamente tratada en un depósito apropiado, entra en
contactos con aire introducido por agitación o por la adición directa de aire a
baja presión.
7. El mineral aerofílico, como parte de la espuma, sube a la superficie de donde
es extraído. La pulpa empobrecida, pasa a través de una serie de tanques y
celdas, con el objetivo de proveer tiempo y oportunidad a las partículas de
mineral para contactar burbujas de aire y pueden ser recuperadas en
la espuma.

La flotación es un método fisicoquímico de concentración de minerales en

suspensiones acuosas y que consiste en separar partículas sólidas “hidrófobas” de
partícula sólida “hidrofílicas”, asistida con inyección de burbujas de aire. Algunos
minerales pueden ser hidrófobos por naturaleza (p.e., talco, azufre, molibdenita y
grafito), pero a la gran mayoría de éstos se les debe inducir su hidrofobicidad
mediante la adición de tensoactivos que generen la reducción de la tensión
superficial de la interfase sólido-agua y permita la adsorción espontánea de burbujas
de aire para que el sistema partícula-burbujas ascienda hasta la superficie en donde
previamente se ha formado una espuma, de estabilidad suficiente, para permitir su
evacuación por rebalse del sistema burbuja-partícula hidrofóbica

Figura 2: celda de flotación espumante

Por otro lado, las especies minerales hidrofílicas, se humectan en el medio acuosos,
ya que establecen enlaces superficiales con los grupos iónicos del agua (H+ y OH-)
y se descargan en la parte inferior por sedimentación. Lo anterior suele conocerse
como adsorción de agua, lo anterior implica que la flotación es un fenómeno
fisicoquímico que involucra las interfases liquido /gas, liquido/sólido y sólido/gas ,
además de un complejo sistema de reactivos, parámetros del mineral y parámetros
del equipo a usar.

Figura 3: parámetros del sistema de operación de la flotación espumante, tomado

de Fuerstenau 1999

Como se mencionó antes, la mayoría de los minerales no poseen flotabilidad

natural y se les debe inducir la hidrofobicidad, con la ayuda de reactivos
particulares llamados colectores. Además de los colectores se emplean en flotación
otros reactivos que describiremos más continuación
Figura 4: Esquema de la interface aire-agua-sólido, mostrando el ngulo de contacto
(tomado de Fuente: WILLS B. A, 999).

REACTIVOS DE FLOTACIÓN

Los surfactantes son usados en los procesos de flotación con el propósito de cambiar
las propiedades de mojabilidada de los minerales. En general, éstos pueden
clasificarse en tres tipos: colectores, espumantes y reguladores. La selección de los
reactivos de flotación se realiza teniendo en cuenta el comportamiento superficial de
los minerales involucrados cuando están en suspensión, a partir de las curvas de
potencial Z, las cuales relacionan el comportamiento de la carga superficial a
diferentes condiciones de pH.

COLECTORES:

Los colectores son componentes heterogéneos que contienen un grupo inorgánico

activo acoplado a una cadena hidrocarburada. En general, el grupo inorgánico es la
parte del colector que se adsorbe sobre la superficie del mineral, mientras que la
cadena hidrocarburada, siendo de naturaleza no iónica, provee hidrofobicidad a la
superficie mineral después de la adsorción del colector. Debido a la atracción
química, eléctrica o física entre las partes polares y los sitios de la superficie, los
colectores se adsorben sobre las partículas con su extremo no – polar orientado hacia
la masa de la solución, impartiendo hidrofobicidad a las partículas.
 S
O C -C -C -C
L
I

Figura 5: Esquema general de un colector

Existe una variedad de colectores y ellos se clasifican de acuerdo a su carácter

catiónico, aniónco o neutro de su cabeza polar.

Los colectores catiónicos de importancia son las aminas, las propiedades relevantes
de estos reactivos son: la longitud de la cadena hidrocarburada, la constante de
ionización, su solubilidad y concentración micelar crítica. Las aminas pueden ser
primarias, secundarias o cuaternarias. Las aminas primarias son las más usadas en
la industria y ellas se ionizan en solución acuosa por protonización.

Los colectores aniónicos usualmente incluyen carboxilatos (ácidos grasos),

sulfonatos, alkyl sulfatos y ciertos agentes quelantes.

La adsorción de colectores sobre la superficie mineral depende de factores tales

como: la carga superficial, la composición química superficial del mineral y los
surfactantes. Las principales fuerzas involucradas en la adsorción tienen que ver
con: atracción electrostática, uniones covalentes, uniones por puente de hidrógeno
y uniones no polares entre el surfactante y el mineral, así como la atracción lateral
entre las especies adsorbidas.

Figura 6: Adsorción del colector sobre una superficie mineral: interface sólido –
líquido
TIPOS DE COLECTORES Y ESPECIFICACIÓN DE USO

COLECTORES DE SULFUROS

Los tiocolectores (tio= sulfuro) usados son esencialmente aniónicos y entre los más
destacados citaremos:

 Los Xantatos son solubles en agua y estables en un amplio intervalo de pH,

son reactivos sensibles a la oxidación y forman compuestos insolubles con la
mayoría de los iones metálicos pesados.
 Los Ditiofostatos poseen propiedades colectoras para las piritas, más
selectivas que los Xantatos, son menos oxidables pero, se unen más
débilmente a la superficie de los sulfuros. Este tipo de reactivos se emplea
para flotar sulfuros de cobre, de plomo y de metales preciosos.
 Otros reactivos considerados como colectores de sulfuros metálicos tenemos:
Mercaptobenzotisales, mercaptanos, ditiocarbamatos, etc.

COLECTORES DE ÓXIDOS

Para los minerales del tipo oxidos, se pueden usar colectores anionicos y cationicos.

Colectores Aniónicos: Los Ácidos grasos y sus sales que se emplean para colectar
calcáreos como calcita, dolomita, etc. los mecanismos de adsorción sobre estos
minerales son de dos tipos así:

1. Adsorción de tipo quimisorción, con formación de carboxylatos insolubles de

calcio, magnesio, etc.
2. Adsorción de tipo físico de la molécula de ácido o de soda no disociada según
el rango de pH

Colectores Catiónicos: Están constituidos por un grupo polar nitrogenado y una

cadena no polar esencialmente alifática, salvo en algunas excepciones. Se distinguen
según el número de átomos de H que se reemplazan, dentro de la molécula NH3 ,
por cadenas hidrocarburadas, como aminas primarias hasta aminas cuaternarias,
donde el radical más común tiene 12 ó 16 carbonos. Estos reactivos son empleados
para flotar cuarzo, silicatos, etc.

Su adsorción se ha ligado al establecimiento de fuerzas electrostáticas y a las uniones

laterales de cadenas promoviendo la formación de hemimicelas.
Su costo es elevado y por lo tanto, se emplean solo en casos particulares como
flotación de óxidos de cinc y flotación inversa de minerales de hierro. En las Tablas
siguientes se presentan algunos de estos colectores.

ESPUMANTES.

Son reactivos orgánicos de superficie activa heteropolar, capaces de adsorberse en

la interfase aire – agua, cuya función en el sistema de flotación consiste en reducir la
tensión superficial en la interface generando suficiente estabilidad y espumación.
Los espumantes también influyen en la cinética de la unión de la partícula a la
burbuja.

Figura 7: Adsorción del espumante: interface gas - líquido

Los espumantes pueden dividirse en dos grupos, dependiendo sus características

moleculares; sin embargo, a diferencia de los colectores, no es fácil asociar cierto tipo
de colector con cualquier sistema mineral. La química del proceso de flotación es
particularmente compleja y el tipo de espuma producida por cierto espumante
dependerá de la naturaleza del colector, el tipo de mineral y la presencia de otras
especies orgánicas e inorgánicas en solución, así como del tipo de espumante que se
este usando.
 Figura 8: Mecanismo de flotación por espuma

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ESPUMANTES

Son reactivos heteropolares y surfactantes, constituidos de una cadena alifática o no

polar, compuesta de al menos 6 átomos de carbón y un grupo polar solubilizante y
estable en medio acuoso del tipo hidroxil, carbonil, carboxil, amina o sulfato.

Los compuestos surfactantes de este tipo tienden a ser adsorbidos en la interfase

agua-aire en concentraciones mucho mayores que las que existen en la masa total
del líquido. En una interfase aire-agua, los espumantes se orientan con el grupo
polar hacia el agua y el grupo no-polar hacia el aire. De estos reactivos los más
empleados pertenecen a la familia de los hidroxilos o carboxilos con una cadena
compuesta de al menos 6 átomos de carbón y del tipo alifático o tal vez aromático.

Entre los reactivos más empleados citaremos: Terpinoles C10H17OH, cresoles

CH3C6H4OH, los alcoholes alifáticos superiores CxHx+1OH y los fenoles.

Entre los terpinoles se cuenta el aceite de pino; el ácido cresílico es un espumante de

la línea de los cresoles, se obtiene de los residuos de la cokización del carbón o del
“cracking” del petróleo y se usan particularmente para flotar minerales óxidos o
sulfuros de plomo.
Los alcoholes alifaticos superiores son empleados en la flotación de minerales
sulfurosos no-metálicos, cuando se desea obtener una espuma selectiva y de textura
fina y producen una espuma más o menos frágil que reduce el arrastre mecánico de
partículas minerales indeseables y por esta razón son preferidos sobre el aceite de
pino y el ácido cresílico.

ELECCIÓN Y REGULACIÓN DEL ESPUMANTE

Un buen espumante debe tener la propiedad de posicionarse fácilmente a la

interfase agua-aire para reducir la tensión superficial de esta interfase La elección
del espumante es tan importante como la elección de los otros reactivos sean estos
colectores o modificadores. En efecto se deberá buscar que el espumante sea barato
y que no se requiera altas concentraciones. Además, la espuma que forme deberá ser
de volumen y de estabilidad suficiente sin ser muy pesada o muy voluminosa.

En la elección se debe tener en cuenta la granulometría del producto a flotar puesto

que, la formación de la espuma es más difícil de lograr en el caso de tener minerales
gruesos con poco contenido de finos. En el caso contrario, la presencia de una gran
cantidad de finos (< 10 micrones) tienden a acrecentar la estabilidad de la espuma
de manera excesiva, puesto que este fenómeno está ligado a la adsorción de finos en
la interfase aire-agua.

Debido a la similitud química entre colectores y espumante, algunos colectores

poseen propiedades espumantes, como por ejemplo, los ácidos grasos, las aminas y
los alkylsulfatos, formando a menudo espumas muy voluminosas y muy estables,
sobre todo si se aplican a pulpas con minerales finamente molidos. Para evitar este
tipo de problemas es muy importante tener una dosificación apropiada y que
permita adaptar el consumo de reactivos al máximo de eficiencia del proceso.

Reguladores o modificadores. Frecuentemente en la flotación, los colectores no se

adhieren adecuadamente al mineral de interés. Los reguladores o modificadores se
usan mucho en flotación para modificar la acción del colector, ya sea intensificando
o reduciendo el efecto repelente al agua sobre la superficie mineral y de esa manera
hacer más selectiva la acción del colector hacia ciertos minerales. Los reguladores se
pueden clasificar en activadores, depresantes o modificadores de pH.
AGENTES DEPRESANTES

La utilización de depresantes concierne tanto a la flotación de óxidos como de

sulfuros. En el primer caso se buscara eliminar en las colas de flotación la ganga;
mientras que en el segundo caso, se buscara eliminar la ganga y los sulfuros no
útiles. Se trata también de deprimir temporalmente ciertos sulfuros con el fin
depoder realizar la flotación diferencial de otros. Por ejemplo, la flotación diferencial
de la galena y la calcopirita de la esfalerita.

Bajo este criterio, es posible entonces encontrar depresantes de sulfuros como las
bases, el cianuro de sodio, el sulfuro de sodio, el sulfato de cinc, los sulfitos e
hidrosulfitos de sodio, el anhidrido sulfuroso, los oxidantes (dicromato), cationes
metálicos (Fe++ y Fe+++)

La neutralización de la ganga en flotación aventaja ampliamente la noción de

depresantes de minerales desde el punto de vista del colector utilizado para flotar
los minerales útiles. Se trata de realizar a un mismo tiempo la dispersión de finos
de la ganga. Gracias a esta dispersión, se limita el efecto de arrastre mecánico de
ganga dentro de los concentrados; la selectividad de la flotación se mejora y se limita
también la formación de lamas de minerales útiles por los finos de la ganga lo que
conlleva a mejorar la recuperación de materiales de interés. El silicato de sodio, el
ácido tánico, los polímeros del ácido amílico de bajo peso molecular y la
carboximetilcelulosa CMC, son algunos de los reactivos que ejercen esta función
(Bustamante, 2002).

AGENTES ACTIVADORES

Los productos químicos de este grupo se usan para realizar la flotación de ciertos
minerales que normalmente no es posible flotar empleando solo el colector y el
espumante. Un ejemplo clásico, lo constituye el sulfato de cobre que se emplea para
activar esfalerita y marmatita y los sulfuros de hierro entre otros. Otro ejemplo, el
cloruro de aluminio para la flotación de mica con colectores de tipo catiónico y el
cianuro de sodio que permite mejorar la recuperación de minerales oxidados de cinc.
 Figura 9: flotación, un proceso físico químico

FASES COMPRENDIDAS:

1. FASE LÍQUIDA (agua) Es el elemento en el que se llevan a cabo dichas

separaciones
2. SÓLIDO (mineral) corresponde a las materias que se quiere separar
3. GAS (aire) se refiere al aire inyectado a la pulpa para poder formar las
burbujas

Contacto de tres fases: El estudio de las distintas fases y sus interfaces nos
lleva finalmente al contacto trifásico, o sea, líquido - sólido - gas, que es el más
importante, pues representa la realidad de lo que sucede en el proceso de flotación.
Como ejemplo vamos a explicar uno de los fenómenos, las superficies de las
partículas sólidas sumergidas en el agua son objeto de hidratación, por
las características eléctricas que existen en la superficie, después de su creación, se
ha comprobado que las trizaduras y desórdenes iónicos aumentan la
hidratación.Esto sucede con los que se rompen según el plano de clivaje y donde
en consecuencia no hay rompimiento de enlaces químicos, por ejemplo la
molibdenita. De este modo, entre la superficie del mineral y el agua se formará en
capa eléctrica, cuyo nombre es el POTENCIAL ELECTROQUIMICO.
De esta manera se forma la doble capa de cargas eléctricas.

¿POR QUE ES IMPORTANTE LA DOBLE CAPA DE CARGAS ELÉCTRICAS EN

LOS FENÓMENOS DE LA FLOTACIÓN?

Porque influye directamente en la absorción de los reactivos sobre la superficie

del mineral.Su existencia no solo dirige los fenómenos de hidratación, sino que
también la absorción de líquidos orgánicos que sin/en como colectores y espumante.

ALGUNOS EJEMPLOS DE TECNOLOGÍA DE LA FLOTACIÓN ESPUMANTE

Los minerales a menudo ocurren en la naturaleza en mezclas muy complejas y una

flotación selectiva puede conseguirse sólo usando depresores que inhiben la
flotación de minerales no deseados.

El ácido fluorhídrico y el fluoruro de sodio se usan en la flotación de minerales de

tipo silicatos, particularmente en la separación de cuarzo y feldespato. Silicato de
sodio es ampliamente usado en la flotación de minerales no metálicos ya sea como
depresante o como dispersante de lamas.

Su rol es más bien complejo, aunque una parte de su efectividad, lo más probable es
que se deba a su capacidad para formar agregados coloidales de polisilicato en
solución. Estos polímeros pueden entonces recubrir las partículas de mineral debido
a la similitud química entre la superficie mineral silícea y el polímero.

Materiales como coloides orgánicos hidrofílicos, entre ellos, gelatina, goma arábica,
proteínas y almidón, son también usados como depresantes en flotación. Estas
grandes macromolécula se absorben sobre ciertos minerales, haciéndolos
hidrofílicos y permiten la separación de minerales deseada.

Para ilustrar los tipos de separaciones que pueden hacerse por flotación, se dan unos
pocos ejemplos. En el caso de los minerales de hierro, el problema habitual es separar
la hematita del cuarzo. Seis procedimientos diferentes han sido desarrollados, de los
cuales, los primeros cuatro han sido implementados en la práctica industrial.

 Flotación de hematita usando un sulfonato como colector, a pH entre 2 y 4.

 Flotación de hematita con un ácido graso como colector, entre pH 6 y 8.
 Flotación de cuarzo con una amina, como colector entre ph 6 y 7.
 Flotación de cuarzo activo con iones calcio a pH 11 – 12, usando un jabón
como colector junto con almidón para depresar la hematita.
  Flotación de hematita con una amina como colector a pH 1.5 en presencia
de ácido clorhídrico o ácido sulfúrico.
 Flotación de hematita con un hidroxamato como colector a pH 8.5 y MIBC
como espumante.

Brevemente, la flotación de hematita con un sulfonato resulta de la adsorción de un

colector aniónico sobre la hematita cargada positivamente a pH 2-4 (el cuarzo está
cargado negativamente a estos pH). En el segundo proceso, el ácido graso se
quimiadsorbe sobre la hematita y no se adsorbe sobre el cuarzo. En el tercer proceso,
la amina catiónica se absorbe sobre el cuarzo cargado altamente negativo, pero no
sobre la hematita esencialmente sin carga. En los cuatro procesos industriales la
flotación de hematita se evita con macromoléculas de almidón hidrofílico que se
quimiadsorbe sobre la hematita a través de sus grupos carboxilos. Sin el almidón, la
hematita podría flotar también sobre estas condiciones.

Los minerales que contienen mica, feldespato y cuarzo pueden ser separados por
flotación por un método que utiliza la química del cristal de la mica. La primer etapa
comprende la flotación de la mica con una amina a pH 3, bajo estas condiciones el
cuarzo y los feldespatos se depresan. Puesto que la mica es silicato laminar, con una
superficie cargada negativamente, la amina catiónica se absorbe sobre la mica.

Después de esto, a pH 2.5 usando ácido fluorhídrico como activador y una amina
como colector, los feldespatos pueden ser flotados desde el cuarzo.

Los minerales de fosfatos son generalmente mezclas el apatito y cuarzo. El

procedimiento de flotación habitual comprende la flotación de el apatito con un
ácido graso como colector. En esta etapa de separación, el ácido graso se
quimiadsorbe sobre el apatito y no se absorbe sobre el cuarzo cargado
negativamente. Con el objeto de mejorar la ley de fosfato, el concentrado es tratado
con ácido para remover el colector. Enseguida, usando una amina como colector, el
concentrado se somete nuevamente a flotación para remover los contaminantes de
sílice. En esta última etapa que se lleva a cabo a pH neutro, la amina se absorbe sobre
el cuarzo cargado negativamente y no sobre el apatito carente de carga.

La concentración de potasio (KCl) desde halita (NaCl) es el único proceso de

concentración en que dos minerales solubles en agua son separados por flotación en
un medio saturado, usando una amina como colector. La amina se absorbe
selectivamente sobre la superficie del KCl y no sobre el NaCl, así la separación no
ofrece dificultades.
 Figura 10: diagrama de flujo del proceso de flotación mineral

CONCLUSIONES

la flotación es un proceso ideado para desarrollar una concentración de alto

contenido mineral y con el paso del tiempo ella se enfrenta a minerales con
partículas más finas y con menor contenido del metal a flotar, a demás de ser un
proceso muy utilizado en la recuperación de los minerales sulfurados de cobre
debido a la hidrofobicidad natural que tienen.

La mayoría de los minerales no poseen flotabilidad natural y se les debe inducir la

hidrofobicidad, con la ayuda de reactivos particulares llamados colectores y por
último se puede concluir que los equipos idóneos para realizan este proceso son las
celdas de flotación y las columnas de flotación.
BIBLIOGRAFIA:

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