ESPUMANTES EN FLOTACIÓN:ROLES Y EFECTOS

César Gómez O.

McGill University

Department of Mining and Materials Engineering

ROLES DEL ESPUMANTE EN FLOTACIÓN Demostrados en instalaciones de laboratorio

Se han demostrado tres efectos del espumante en celdas o circuitos de flotación los que afectan significativamente el rendimiento metalúrgico:

� Preserva el tamaño de generación de burbuja;

� Define el flujo de agua transportado (arrastre de agua) por las burbujas desde la zona de colección a la de espuma; y

� Define el contenido de aire en la zona de colección al afectar la velocidad de ascenso de las burbujas.

Estos roles están interrelacionados y no pueden manipularse por separado.

Rol 1: Preserva el tamaño de formación de burbujas

Db

P

2

T

DP

F

Aire

P1

F

TAMAÑO DE BURBUJA Efecto de la concentración de espumante

TAMAÑO DE BURBUJA Efecto de la concentración de espumante

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, ppm

TAMAÑO DE BURBUJA CCC (concentración crítica de coalescencia)

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, ppm

ccc

Los inyectores forman burbujas por introducción de una corriente de gas a alta velocidad, a través de uno o varios orificios.

TAMAÑO DE BURBUJA Inyectores

Boquilla

Conector aire comprimido

Pieza deslizable para instalación en pared de columna

TAMAÑO DE BURBUJA Inyectores

0

1

2

3

4

5

0 25 50 75 100 125 150

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, ppm

Boquilla 1 (100 sL/min)

Boquilla 1 (150 sL/min)

Boquilla 1 (200 sL/min)

TAMAÑO DE BURBUJA Inyectores

0

1

2

3

4

5

0 25 50 75 100 125 150

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, ppm

Boquilla 1 (200 sL/min)

Boquilla 2 (200 sL/min)

TAMAÑO DE BURBUJA Inyectores

� La generación de burbujas ocurre en un tubo vertical en el cual se inyecta la alimentación a presión a través de un orificio para crear un jet de líquido.

� Este jet de líquido impacta una superficie líquida arrastrando aire en la periferia, con lo que se crea un vacío que es llenado por aire aspirado desde la atmosfera.

� La mezcla pulpa-aire desciende rápidamente por el tubo donde se mezclan en condiciones de alta turbulencia.

� Esta interacción resulta en la formación de burbujas pequeñas y en su colisión con partículas , ambos fenómenos beneficiosos para el proceso de flotación.

TAMAÑO DE BURBUJA Celdas Jameson

0

1

2

3

4

0 25 50 75 100 125 150

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

CONCENTRACIÓN ESPUMANTE, ppm

Aire 3.3 L/min-Agua 11 L/min

Aire 3.3 L/min-Agua 14 L/min

Aire 3.3 L/min-Agua 17 L/min

Aire 3.3 L/min-Agua 20 L/min

TAMAÑO DE BURBUJA Celdas Jameson

Rol 2: Define el arrastre de agua hacia el concentrado

EQUIPOColumna de laboratorio

Plato acero inoxidable poroso

TA

Generación de burbujas

P1

P2

F

P3

TW

Air

L = 69.5cm

•

Diámetro: 0.1 mAltura: 2.4 m

Medición de contenido de gas

Medición de tamaño de burbuja

Medición de arrastre agua

ARRASTRE DE AGUAEfecto de la concentración espumante

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.5 1 1.5 2 2.5 3

30ppm

50ppm

80ppm

Jg, cm/s

Jw

o, c

m/s

hexanol

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35

εεεεg,%

Jw

o,, c

m/s

30ppm

50ppm

80ppm

hexanol

Minimum εg

to reach 7 cm

froth depth

ARRASTRE DE AGUAEfecto de la concentración espumante

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5Jg, cm/s

Jw

o, c

m/s

5µµµµm20µµµµm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35

Jw

o, c

m/s

εεεεg,%

5µµµµm20µµµµm

0

ARRASTRE DE AGUAEfecto de la porosidad del burbujeador

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35εεεεg,%

Jw

o,

cm

/s

Pentanol

Hexanol

Heptanol

Octanol

ARRASTRE DE AGUAResultados para alcoholes sin ramificaciones

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35εεεεg, %

Jw

o, c

m/s

Pentanol

Octanol, Ethoxy C6

Hept, Hex, MIBC

ARRASTRE DE AGUAResultados para alcoholes de todo tipo

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35

εεεεg,%

Jw

o,

cm

/s

DF250

DF200

F150

ARRASTRE DE AGUAResultados para polyglycols

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

10 15 20 25 30 35εεεεg, %

Jw

o,

cm

/s

Pentanol

Hept, Hex, MIBC,DF200

Octanol, Ethoxy, DF250

F150

ARRASTRE DE AGUAResultados totales

TAMAÑO DE BURBUJA DFI

VELOCIDAD DE ARRASTRE AGUA

1-Butanol 1-Butanol -

1-Pentanol 1-Pentanol 1-Pentanol

MIBC MIBC MIBC

1-Hexanol 1-Hexanol 1-Hexanol

DF200 DF200 DF200

1-Heptanol 1-Heptanol 1-Heptanol

1-Octanol 1-Octanol 1-Octanol

DF250 DF250 DF250

- - F150

CLASIFICACIÓN DE ESPUMANTESComparación con otros sistemas de clasificación

Rol 3: Define el contenido de aire en la zona de colección

EQUIPOColumna de laboratorio

Plato acero inoxidable poroso

TA

Generación de burbujas

P1

P2

F

P3

TW

Air

L = 69.5cm

•

Diámetro: 0.1 mAltura: 2.4 m

Medición de contenido de gas

Medición de tamaño de burbuja

CONTENIDO DE GAS (MIBC) Efecto del flujo de gas (burbujeador 5 micrones)

0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

Jg = 0.40 cm/s

Jg = 0.85 cm/s

Jg = 1.30 cm/s

CONTENIDO DE GAS (MIBC) Efecto de porosidad de burbujeador (Jg=0.85 cm/s)

0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

5 micron

10 micron

40 micron

100 micron

CONTENIDO DE GAS (ALCOHOLES) Burbujeador: 10 micrones; Jg=0.85 cm/s

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

1-Pentanol 2-Pentanol1-Hexanol 1-Heptanol1-Octanol

CONTENIDO DE GAS (POLIGLICOLES) Burbujeador: 10 micrones; Jg=0.85 cm/s

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

DF200 DF 250 F150

CONTENIDO DE GASBurbujeador: 10 micrones; Jg=0.85 cm/s

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

F150 DF 2501-Octanol 1-HeptanolDF200 1-HexanolMIBC 1-Pentanol2-Pentanol

CONTENIDO DE GAS Burbujeador: 10 micrones; Jg=0.85 cm/s

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

F150 DF 2501-Octanol 1-HeptanolDF200 1-HexanolMIBC 1-Pentanol2-Pentanol

0

3

6

9

12

15

0 25 50 75 100 125 150

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN ESPUMANTE, ppm

Aire 3.3 L/min-Agua 11 L/minAire 3.3 L/min-Agua 14 L/minAire 3.3 L/min-Agua 17 L/minAire 3.3 L/min-Agua 20 L/min

CONTENIDO DE GAS Celdas Jameson

CLASIFICACIÓN DE ESPUMANTESHabilidad para producir contenido de gas

CONTENIDO DE GAS

2-Pentanol

1-Pentanol

MIBC

1-Hexanol

DF200

1-Heptanol

1-Octanol

DF250

F150

CONTENIDO DE GAS

TAMAÑO DE BURBUJA DFI VELOCIDAD DE

ARRASTRE AGUA2-Pentanol 1-Butanol 1-Butanol -

1-Pentanol 1-Pentanol 1-Pentanol 1-Pentanol

MIBC MIBC MIBC MIBC

1-Hexanol 1-Hexanol 1-Hexanol 1-Hexanol

DF200 DF200 DF200 DF200

1-Heptanol 1-Heptanol 1-Heptanol 1-Heptanol

1-Octanol 1-Octanol 1-Octanol 1-Octanol

DF250 DF250 DF250 DF250

F150 - - F150

CLASIFICACIÓN DE ESPUMANTESComparación con otros sistemas de clasificación

Medición de la concentración de espumante

Basado en la reacción de Komarowsky propuesta para el análisis de alcoholes y éteres. Método contempla cuatro etapas:

� Extracción del espumante desde el agua de la pulpa usando cloroformo;

� Deshidratación de las moléculas de espumante por extracción en ácido sulfúrico concentrado;

� Formación de una solución coloreada reaccionando la solución de ácido sulfúrico concentrado con el reactivo de Komarowsky en un baño de agua en ebullición; y

� Colección de un espectro de absorbancia UV.

ANÁLISIS DE ESPUMANTEMétodo colorimétrico

La concentración se determina por comparación (absorbancia) con una curva de calibración. La construcción de una curva de calibración requiere la preparación de soluciones estándar (concentración conocida) y la selección de una longitud de onda para obtener absorbancias para las distintas soluciones.

ANÁLISIS DE ESPUMANTESoluciones estándar de calibración

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

300 400 500 600 700

AB

SO

RB

AN

CE

WAVELENGTH, A°

1 ppm

2 ppm

3 ppm

4 ppm

5 ppm

ANÁLISIS DE ESPUMANTEEspectros obtenidos en soluciones de calibración

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

300 400 500 600 700

AB

SO

RB

AN

CE

WAVELENGTH, A°

1 ppm

2 ppm

3 ppm

4 ppm

5 ppm

Line at 462 A⁰

ANÁLISIS DE ESPUMANTESelección de longitud de onda

0

2

4

6

8

10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

CO

NC

EN

TRA

TIO

N,

pp

m

ABSORBANCE

Measurements at 462 Aº

C = 2.2568 A - 0.0111

ANÁLISIS DE ESPUMANTECurva de calibración

Caracterización de espumantes

Bomba peristáltica

Db

P2Alimentación

Válvula control de colas

T

DP

Agua de arrastre

F

Aire

Sección de prueba

Dispersorporoso

P1

F

CARACTERIZACIÓN DE ESPUMANTESColumna de laboratorio

0

5

10

15

20

25

0

1

2

3

4

5

0 20 40 60 80 100

GA

S H

OL

DU

P,

%

BU

BB

LE

DIA

ME

TE

R, m

m

FROTHER CONCENTRATION, ppm

Bubble size

Gas holdup

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 5 10 15 20 25

WA

TE

R O

VE

RF

LO

W R

AT

E, cm

/s

GAS HOLDUP, %

CARACTERIZACIÓN DE ESPUMANTESMediciones

0

1

2

3

4

5

0 20 40 60 80 100

BU

BB

LE

DIA

ME

TE

R, m

m

FROTHER CONCENTRATION, ppm

MIBC

DF250

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0 5 10 15 20

WA

TE

R O

VE

RF

LO

W R

AT

E, cm

/s

GAS HOLDUP, %

MIBC

DF250

CARACTERIZACIÓN DE ESPUMANTESComparación de roles

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0 10 20 30

WA

TE

R O

VE

RF

LO

W R

AT

E, cm

/s

GAS HOLDUP, %

DF250

Frother 1

Frother 2

Frother 3

0

1

2

3

4

0 25 50 75 100 125

BU

BB

LE

DIA

ME

TE

R, m

m

FROTHER CONCENTRATION, ppm

DF250

Frother 1

Frother 2

Frother 3

CARACTERIZACIÓN DE ESPUMANTESReemplazo de espumante en planta

Efectos del espumante en flotación

EFECTOS DEL ESPUMANTE Modelos de flujo de burbujas

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CO

NTE

NID

O D

E G

AS

, %

CONCENTRACIÓN DE ESPUMANTE, mmol/L

F150 1-Octanol

MIBC 1-Pentanol

ESPUMANTE F150 Octanol MIBC Pentanol

Concentración (mmol/L) 0.004 0.016 0.10 0.50

D10 (mm) 1.38 1.56 0.86 0.75

D32 (mm) 1.66 1.60 1.00 0.85

EFECTOS DEL ESPUMANTE Modelos de flujo de burbujas

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8

CO

NC

EN

TRA

TIO

N, p

pm

CELL

Tail samples

Conc samples

EFECTOS DEL ESPUMANTE Partición en celdas

0

10

20

30

40

Cu Rghr Py Rghr Cu Clnr Cu Clnr Scav

CO

NC

EN

TRA

TIO

N, p

pm

CELL

Tail samples

Conc samples

EFECTOS DEL ESPUMANTE Partición en circuitos

0

10

20

30

40

Rougher2-2 Rougher2-8 Cleaner7-3

CO

NC

EN

TR

AC

IÓN

ES

PU

MA

NT

E,

pp

m

CELDA

Colas Concentrado

EFECTOS DEL ESPUMANTE Recuperación

ROLES DE ESPUMANTES EN FLOTACIÓNComentarios finales

� El espumante afecta significativamente tres parámetros (tamaño de burbuja, flujo de arrastre de agua y contenido de gas) que definen el rendimiento metalúrgico de una celda de flotación;

� Para todos las técnicas de generación de burbujas existe una concentración de espumante a partir de la cual no hay efecto sobre el tamaño de burbuja (CCC);

� Para todo los tipos de espumantes existe una correlación entre el flujo de arrastre de agua y el contenido de aire en la zona de colección;

� El análisis de espumante en pulpas industriales es posible usando un método colorimétrico;

� Mediciones de parámetros de dispersión de aire en planta deben incluir el análisis del espumante.

ROLES DE ESPUMANTES EN FLOTACIÓNComentarios finales

� La caracterización de los roles de espumantes y su clasificación es posible en el laboratorio;

� Comparación de roles permite seleccionar la mejor alternativa de reemplazo de un espumante;

� Modelos que relacionan parámetros de dispersión de aire deben incluir el efecto del espumante en uso; y

� La partición de espumantes en celdas industriales es significativa.