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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.