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Mecanismos de flotacin La morfologa de una espuma de flotacin no est bien definida porque los sistemas en gran escala son normalmente opacos. Los concentrados se forman por la captura selectiva de partculas de mineral en la zona de generacin de burbuja, seguida de una segunda zona donde hay coagulacin de la corriente discreta de burbujas en una espuma suelta. Estas dos zonas se identifican como "la pulpa" en la celda de flotacin y puede fijarse su altura por medio de un mecanismo de control de nivel. La tercera regin aparece cuando la fase gaseosa predomina sobre la fase lquida, aqu la espuma comienza a condensar y retorna agua a la pulpa. Finalmente se forma una estructura estable con una espuma cargada de mineral y se remueve sobre el borde de la mquina de flotacin. La altura (o espesor) de esta espuma estable puede controlarla el operador fijando la altura de la pulpa y la altura de la espuma. Las variables que pude fijar el operador en un banco de flotacin son: contenido de mineral en la pulpa (densidad de pulpa) y flujo de ste, velocidad de aireacin, intensidad de la agitacin (en celdas convencionales), interfase pulpa (altura de espuma), altura del overflow, lo cual fija la altura del drenaje de la espuma y su velocidad de remocin. Si se conocen los anlisis de las corrientes de entrada y salida de una celda, es posible cuantificar mediante balances de materiales, los flujos de stas. Tambin pueden calcularse (con menos confiabilidad) el retorno de agua a la celda y el flujo de los componentes del concentrado. En estado estacionario se puede medir la altura de la interfase entre la espuma del concentrado y la de la espuma que drena, la cual puede inferirse de mediciones fsicas de la espuma, tales como densidad o perfil de concentracin de los metales. El mecanismo clave, que no est definido es exactamente cmo una burbuja captura selectivamente una partcula conteniendo las especies minerales deseadas. Las observaciones confirman que stas deben ser naturalmente flotables o estar cubiertas preferencialmente con un colector. Una vez que la partcula deseada es tocada parece haber dos mecanismos principales, no excluyentes, de cargar la burbuja:

a) Mltiples colisiones partcula-burbuja en la pulpa que eventualmente terminar en adhesin de la partcula.

b) Formacin de microburbujas directamente en la superficie mineral, dentro de la

zona de formacin de burbuja de la pulpa.

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Hay consenso en que las fuerzas que unen la partcula mineral a la burbuja y que definen la velocidad de captura del mineral por la burbuja, involucran transferencia de electrones cuando el mineral es conductor y fuerzas de tensin superficial cuando el mineral es aislante. Coursing bubble flotation La literatura se refiere a estos dos procesos de captura de la partcula como "coursing bubble process" y precipitacin de aire o "nascent bubble process". Bubble capture o coursing flotation predominar cuando se usan colectores aceitosos para concentrar minerales no metlicos o no sulfuros metlicos, o bien cuando colectores sulfhdricos se usan con minerales sulfurados de metales base que no forman ditiolatos sobre la superficie sino que se ionizan y forman sales metlicas. El mecanismo de captura de la burbuja ocurre cuando la razn de concentracin es menor que 5:1 y la selectividad se obtiene empleando depresores especficos ms que haciendo ajustes de colector. En estos casos la eficiencia de flotacin de diferentes reactivos se puede medir con experimentos simples tales como pruebas con un tubo de Hallimond an cuando es dudoso extrapolar experimentos realizados con el tubo de Hallimond (los cuales se hacen normalmente con un colector) a flotaciones industriales, donde el concentrado obtenido depende primariamente de la velocidad de flotacin. Como es bien sabido, la velocidad de flotacin depende ms del espumante empleado que del colector. Con colectores aceitosos, medidas de ngulo de contacto y los clculos de fuerza de adhesin entre burbujas y partcula mineral, pueden ser una gua de la capacidad de carga de mineral de una burbuja, al menos en pulpas diluidas, cuando se tiene por lo menos un 30% de slidos es la reologa del fluido la que fija la capacidad de carga de la espuma con mineral, no la resistencia de la unin o enlace partcula-burbuja, aunque el valor diferencial de esta fuerza para dos o ms minerales puede ayudar a predecir la selectividad de un reactivo. Klassen y Mokrousov (1963) describen la diferencia fundamental entre los colectores para estos tipos de flotacin sealando que en la "adsorcin" fsica de un reactivo ste mantiene su individualidad qumica, mientras que en quemisorcin (ocurre transferencia de electrones) se forman nuevos compuestos. Esto confirma lo dicho por otros autores como Gaudin (1957), que cuando el colector acta como microburbuja nucleada, la dosis debe ser tal que slo una pequea proporcin de la superficie mineral est cubierta por colector, lo cual significa que la superficie de un sulfuro flotable no es hidrofbica. ej: en flotaciones selectivas con razones de concentracin mayores que 7:1 para que ocurra bubble capture con un sulfuro el ngulo de contacto de la burbuja a la dosis de reactivo ptima debe ser cero o cercano a cero.

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Algunos efectos de variables fsicas en bubble capture flotation se puede deducir de las caractersticas de los reactivos aceitosos, las cuales son:

a) Tendencias a formar miscelas cuando la concentracin excede la concentracin crtica (CMC) y determinada temperatura

b) Reduccin significativa de la tensin superficial en soluciones diluidas c) Disociacin e ionizacin como funcin del pH a travs de hidrlisis.

Las dificultades con reactivos no colectores de sulfuros en la flotacin de minerales han sido cubiertas ampliamente por Sutherland y Wark (1955). Como los tioles, los colectores aceitosos muestran un efecto depresor debido a "over oiling" si la dosis es tal que produce una multicapa en la superficie de la partcula. Los colectores aceitosos tienen una serie de desventajas, son menos selectivos que los tioles y se necesita calentar algunas pulpas, ya que su accin se relaciona con la formacin de miscelas y mientras ms larga la cadena de los grupos alqulicos, su temperatura Krafft est muy por sobre la temperatura ambiente. Estudios de flotabilidad La flotabilidad de un mineral se puede determinar directamente por medio del tubo Hallimond, que puede verse en la siguiente figura:

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Su funcionamiento es muy simple: a travs de un capilar se introduce, a una presin constante, el gas que se emplea en las flotaciones. El aparato tiene una forma tal que las partculas flotadas, al romperse las burbujas, caen directamente a un tubo delgado que recibe el concentrado. El mineral que se prepara con una granulometra pareja entre 65 a 100 mallas, se acondiciona con los reactivos que se examinan y se introduce en un pequeo receptculo de forma de bulbo. Para que no sedimente, debajo de este ltimo hay un agitador magntico que agita las partculas minerales por medio de un pequeo imn introducido en la pulpa. Las flotaciones se hacen sin espumante para no formar espuma estable en la interfase gas-lquido y para facilitar el rompimiento de las burbujas. Se trabaja normalmente con 3 grs. de muestra y los resultados son reproducibles con una aproximacin de 0.8%. La gran ventaja para la determinacin de las recuperaciones es que no se necesita ensayo qumico de los productos, pues se trabaja con especies puras, y se determinan en base al peso de mineral flotado. En estos aparatos se pueden mantener fijas las siguientes variables:

1. Concentracin de reactivos 2. Tiempo de acondicionamiento 3. Tiempo de flotacin 4. Aireacin de la pulpa 5. Agitacin de la pulpa.

En consecuencia sirven para determinar la influencia que tienen sobre las recuperaciones:

1. la naturaleza del mineral 2. el tipo de colector usado 3. la concentracin del colector 4. los modificadores 5. el tiempo de flotacin 6. el acondicionamiento

Otro mtodo para determinar la flotabilidad de los minerales es el de la burbuja cautivo o mtodo pick-up. Consiste en lo siguiente: un tubo de vidrio se ajusta de modo que pueda producir una burbuja fija de tamao constante. Las muestras por examinar, que consisten ms o menos de 8.5 grs. de mineral molido de granulometra entre 65 y 100 mallas, se colocan en vasos y se acondicionan con 100 cc de solucin del pH deseado que contienen los reactivos. El aparato se sumerge, se permite la formacin de la burbuja standard y se deja que ella pesque (pick-up) cuantas partculas pueda. Las buenas condiciones favorecen la mayor carga de la burbuja con partculas. Estas se pesan o se determina su nmero para evaluar la flotabilidad en distintas condiciones. Para obtener buenos resultados es conveniente hacer varios pick-up y luego sacar resultados promedios. Las ventajas del mtodo son que prcticamente no necesita equipo alguno, es rpido y no requiere pulido de las superficies.

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Determinacin del ngulo de contacto La determinacin de la flotabilidad de distintos minerales y su variacin debido a la influencia de distintos factores, se puede efectuar tambin mediante la determinacin de ngulos de contacto entre burbujas de aire y superficies minerales pulidas. Este mtodo, preferido por muchos investigadores, ha sido estudiado meticulosamente y ha pasado por varias etapas de desarrollo. Para la obteencin de buenos resultados es fundamental obtener una superficie bien pulida y libre de cualquier tipo de impurezas, particularmente grasosas. Es necesario efectuar el corte y pulido del mineral bajo agua con una serie de distintos abrasivos y paos libres de grasa. El cuidado con las impurezas tiene que llegar hasta el lmite que las manos se consideran como posible fuente de contaminacin. El control de la limpieza del trabajo se puede hacer con una prueba con una burbuja de aire. Si sta se adhiere despus de un contacto de 15-30 segundos, hay contaminaciones. Las muestras contaminadas no se pueden usar. La muestra adecuadamente pulida se sumerge en un recipiente con agua y al producir las condiciones investigadas, sobre la superficie del mineral, se pone un capilar, capaz de producir una burbuja standard de ms o menos 5 mm. Para medir el ngulo de contacto se instala un microscopio o un telescopio con un gonimetro. Una cruz se pone en el nivel de la superficie del mineral pulido y la otra, cuyo centro coincide con el de la primera, se coloca en posicin tangencial a la burbuja. El ngulo entre las dos lneas se lee directamente en el gonimetro. Se puede optar por otro mtodo de lectura que consiste en la proyeccin de la sombra de la burbuja sobre una placa fotogrfica y lectura del ngulo de la fotografa captada. La siguiente figura muestra la adhesin de las burbujas a la superficie de la galena. En el primer caso se trata del contacto en agua pura y el ngulo es 0; en el segundo caso se trata de contacto en una solucin acuosa de xantato etlico y el ngulo es 60.

Agua

Burbuja

Superficie Mineral

Soporte de la burbuja

a

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Solucin de colector

Superficie Mineral

Soporte de la burbuja

b

Burbuja

ngulo de contacto, medidos en tubo Hallimond y su significado Los ngulos de contacto fueron usados por Sutherland y Wark (1957) en sus estudios para predecir el efecto del pH crtico y la concentracin del depresor en flotabilidad, pero no proveen datos si un colector particular formar o no una monocapa dadas ciertas condiciones en la pulpa. Los autores reconocen que ellos slo pueden medir si la mono o multicapa de colector se ha adherido a una muestra pulida de mineral puro. ej: ellos citan resultados de sus experiencias

"no importa que muestra de mineral se usara. Cada una de stas dio como ngulo de contacto mximo 60 con etil xantato. Los metales dieron el mismo resultado e indistintamente si se usaba la sal de sodio o de potasio. El ngulo de contacto entonces es una caracterstica del etil xantato y cualquier superficie que respondiera al colector exhibi el mismo ngulo. Hay una sola explicacin para ello y es que el mineral est efectivamente recubierto de xantato y que la superficie efectiva es el xantato mismo".

Otros autores han enfatizado, que la naturaleza esttica de las mediciones del ngulo de contacto y el riesgo de extrapolar resultados del ngulo de contacto a sistemas de flotacin sean o no sulfuros. En opinin de Laskowoski (1974) quien cita a Klassen y Mokriousov (1963) diciendo::

"Los autores sealan que la flotacin es un proceso tpicamente en no-equilibrio. El fenmeno que ocurre sobre la superficie de las partculas y burbujas en pulpas agitadas y aireadas, cuando las partculas chocan con burbujas son procesos dinmicos en no equilibrio, que no pueden analizarse en base a valores de ngulo de contacto obtenidos en equilibrio.

Leja (1982) menciona:

"en opinin del autor, el ngulo de contacto es un indicador pero no una medida del carcter hidroflico de un mineral.

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Woods resumi el trabajo efectuado por muchos investigadores. La clave de su trabajo fue el diseo de una celda que permita simultneamente medir el ngulo de contacto y potencial en la superficie con un electrodo, y una celda de microflotacin equipada con un electrodo capaz de transferir un potencial elctrico por una cama de mineral o partculas de metal que permita mediciones dinmicas de potenciales electroqumicos y recuperaciones de flotacin. El trabajo inicial fue con oro y platino y despus se extendi a superficies de pirita y galena. Basados en las medidas de ngulos de contacto, sus principales conclusiones fueron:

"la presencia de dixantgeno (en Pt y Au) en la superficie, claramente transforman la superficie en hidrofbica, cuando los iones de xantato se adsorben en Pt a potenciales catdicos para la formacin de dixantgeno, el ngulo de contacto en esta regin permaneci cercano a cero. De aqu que puede decirse especficamente los iones de xantato adsorbido no hacen a las superficies hidrofbicas".

adems encontraron que:

"Es interesante comparar los resultados de investigaciones de interaccin del xantato con la superficie de la galena y del Pb. Los metil, etil y butilxantatos de Pb en la superficie de metales resultaron ser hidroflicos an a baja cobertura. Solamente a altos potenciales, cuando el xantato se oxida a dixantgeno se observ ngulos de contacto significativos. Si el potencial se disminua despus de la formacin de dixantgenos, el ngulo de contacto permaneca constante en el momento, pero luego reaccionaba lentamente con la superficie para formar xantato de plomo, el ngulo de contacto disminua y la superficie volva a ser hidroflica."

Finalmente coincidente con la tesis que comparte Crozier en su texto: Se ha considerado generalmente que el xantato quemisorbido se unir a un ion metlico en la superficie del sulfuro. Sin embargo Winter (1975) seal que los xantatos pueden formar enlaces con azufre, compuestos muy estables del tipo: ROCSS-S-SSCOR An cuando tales compuestos no pueden ser fcilmente distinguidos de los dixantgenos por anlisis espectroscpico y podran bien formarse en la superficie de los sulfuros. La posibilidad de existencia de tales compuestos y la inestabilidad de especies superficiales que dan origen a la liberacin de monotiocarbamatos en solucin, agrega complicaciones a la visin en general, de la interaccin de los sulfuros con los colectores.