Sede Calama

Cristhian Aguirre B.Blanca Cruz C.

2015

Proceso y secuencia de las aplicaciones a nivel industrial

Optimización de proyecto Ingeniería en metalurgia

Docente: Néstor Reyes Díaz

Índice

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................3

OBJETIVOS.....................................................................................................................................4

CAPITULO I: Procesos Industriales..........................................................................................5

CAPITULO II: La Simulación de Procesos..............................................................................6

CAPITULO III: Molienda...............................................................................................................8

Tipos de Molinos.........................................................................................................................11

CAPITULO VI: FLOTACIÓN.......................................................................................................19

Elementos de la flotación......................................................................................................20

Etapas de flotación.....................................................................................................................22

Tipos de Celda de Flotación.................................................................................................23

Factores que intervienen en la flotación...........................................................................25

Los reactivos de flotación.....................................................................................................27

Conclusión.......................................................................................................................................31

Bibliografía.......................................................................................................................................32

INTRODUCCIÓN

La Simulación de procesos puede ser definida como una técnica para evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, mediante modelos matemáticos. La solución de éstos se lleva a cabo con la ayuda de ordenadores, los que permiten tener un mejor conocimiento del comportamiento de dichos proceso. El número de variables que aparecen en la descripción matemática de una planta de procesos metalúrgicos puede ser extremadamente elevado, y el número de ecuaciones no lineales que deben resolverse pueden ser del orden de miles, por lo tanto la única forma viable de resolver el problema es por medio de una computadora. Esto significa que virtualmente todos los cálculos de ingeniería son procesados rápidamente.

En los últimos años, la Simulación de procesos en estado estacionario ha llegado a ser una herramienta fundamental para el diseño de procesos metalúrgicos. La Simulación de procesos está jugando un papel muy importante en la industria minera - metalúrgica, como una herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos a nivel industrial.

OBJETIVOS

Objetivo general: Conocer el proceso y la secuencia operacional de flotación y molienda según su optimización a nivel industrial.

Objetivo específico: Se explicara brevemente que es una simulación de un proceso con sus respectivas etapas, sus 3 tipos de método de cómo resolver los diferentes problemas que se presentan en la industria.

Por otro lado se explicara dos procesos de operación en la industria minera metalurgia, tales como molienda y flotación, donde se darán a conocer algunos conceptos básicos de cada uno, los tipos de circuitos que estos contienen, y dos ejercicios de cómo es la operación en sí y cuál es su método a resolver, en los cuales estos fueron pedidos por el docente a cargo del ramo de optimización de minerales.

CAPITULO I: Procesos Industriales

Los procesos industriales se tienen su propósito principal el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la producción de estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que sean reutilizados los materiales, o se convierta energía para producir el producto final.

La instrumentación provee el significado del proceso de producción para asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente.

Aunque hay varios procesos industriales y ninguno es idéntico es importante saber que los principios que aplica en los procesos son semejantes en sus principios.

Un proceso puede ser descrito como la secuencia de cambios en una sustancia.

La secuencia de cambios puede ocurrir en el aspecto químico, físico o ambos en la composición de una sustancia incluyendo parámetros como el flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad específica, así como muchos otros, También muchos procesos requieren de transferencia de energía. La mezcla de fluidos, el calentamiento o el enfriamiento de substancias, el bombeo de agua de un lugar a otro, el enlatado de comida, la destilación de gasolina, el pasteurizado de la leche, y convertir la luz solar en energía eléctrica todos pueden ser descritos como procesos. Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su composición puede cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden ocurrir cambios físicos como químicos.

Variables.

En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales afectan las entradas o salidas del proceso. Temperatura, nivel, flujo, presión, son las variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio de la instrumentación del proceso.

CAPITULO II: La Simulación de Procesos

La Simulación de procesos metalúrgicos es una herramienta moderna que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso. Permite efectuar el análisis de plantas metalúrgicas en operación y llevar a cabo las siguientes tareas, las cuales son comunes en las diversas aéreas de la industria minero - metalúrgica:

a) Detección de cuellos de botella en la producción.b) Predicción de los efectos de cambios en las condiciones de operación y

capacidad de la planta. c) Optimización de las variables de operación. d) Optimización del proceso cuando cambian Ias características de los

insumos y/o las condiciones económicas del mercado. e) Análisis de nuevos procesos para nuevos productos.

e) Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.f) Análisis de condiciones críticas de operación.g) Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas. h) Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. i) Optimización del proceso para minimizar la producción de desechos y

contaminantes.j) Entrenamiento de operadores o ingenieros de proceso. k) Investigación de la factibilidad de auzoinatizaci6n de un proceso.

En principio la simulación de procesos puede ser útil en todas las etapas del desarrollo de un proyecto industrial. En las diferentes etapas de un proyecto puede haber necesidad de realizar simulaciones con diferentes niveles de sofisticación. La simulación de procesos puede usarse en las siguientes etapas de desarrollo de un proyecto industrial:

1. Investigación y desarrollo. Una simulación sencilla se puede usar para probar la factibilidad técnica y económica del proyecto.

2. Etapa crítica en la toma de decisiones. Se prueban diferentes alternativas de proceso y condiciones de operación y se toman decisiones simulando si un proceso es económicamente atractivo, para lo cual se deben probar diferentes alternativas de tamaño y localización de la planta industrial y determinar las condiciones de operación óptimas.

3. Planta piloto. Simulaci6n con modelos más sofisticados para obtener mejores estimaciones de las condiciones de operación a escala industrial.

4. Diseño. La simulación proporciona todos los datos de proceso requeridos para el diseño detallado de los diferentes equipos.

5. Simulación de plantas existentes. Puede ser muy útil cuando es necesario cambiar las condiciones de operación. O cuando se quieren sustituir materias primas.

Hay tres tipos de problemas que pueden resolverse por medio de Simulación de procesos.

1. En la simulación de un problema deben especificarse las variables asociadas con los flujos de alimentación y las variables de diseño de los procesos unitarias. Las incógnitas son las variables asociadas con todos los flujos adicionales con los flujos del producto que salen del proceso. Es decir se conocen las entradas, los parámetros de los equipos y las incógnitas con las condiciones de los flujos de salida.

2. El problema de diseño es similar al problema de simulación, excepto que algunas de las variables de diseño no están especificadas y se imponen restricciones a algunas variables. El número de restricciones es igual al número de variables de diseño sin especificar.

3. En el plan de optimización, las variables asociadas con los flujos de alimentación y las variables de diseño pueden no estar especificadas, entonces es necesario agregar una función de costo al modelo. Las variables sin especificar se determinan de modo que se minimiza la función objetivo. En este caso, se pueden especificar restricciones de igualdad y desigualdad.

CAPITULO III: Molienda

GENERALIDADES

La molienda es una operación de reducción de tamaño de rocas y minerales de manera similar a la trituración. Los productos obtenidos por molienda son más pequeños y de forma más regular que los surgidos de trituración. Generalmente se habla de molienda cuando se tratan partículas de tamaños inferiores a 1" (1"= 2.54 cm) siendo el grado de desintegración mayor al de trituración.

Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de cemento Portland, en la preparación de combustibles sólidos pulverizados, molienda de escorias, fabricación de harinas, alimentos balanceados, etc. Además se utiliza en la concentración de minerales ferrosos y no ferrosos, donde se muele la mena previamente extraída de canteras y luego se realiza un proceso de flotación por espumas para hacer flotar los minerales y hundir la ganga y así lograr la separación.

En cada uno de estos casos, se procesan en el mundo, alrededor de 2.000 millones de toneladas por año.

MOLINOS:

El molino es una carcasa cilíndrica que gira sobre su ej. Esta envoltura está llena aproximadamente hasta la mitad de objetos duros (medios de molienda), resistente a la abrasión y de preferencia más pesados que el mineral a romper los medios de

a) Esferas (bolas) metálicasb) Barras metálicas c) Mineral de mayor tamaño y dureza

El medio de molienda es de mayor tamaño que el mineral a mole, pero de muchísimo menor tamaño que el molino.

El mineral en su paso por el molino, puede ser fracturado mediante dos formas:

a) Ciclo cascada (exterior), el tipo de fractura es vía impacto preferencialmente.

b) Cizalle (interior), el tipo de fractura es vía abrasión o atrición.

Así los materiales menos resistentes se fracturan al interior del molino o se desgastan paulatinamente hasta su desgaste, debido a los repetidos impactos y el desgaste al cual están sometidos.

El consumo de acero (revestimiento, bolas, barras) puede variar desde 0.2 a1.4 kg/ton para los diferentes minerales y grados de molienda.

ELEMENTOS IMPORTANTES EN LA MOLIENDA

Existe una serie de elementos importantes que influyen en la molienda de los materiales. Estos son:

Velocidad Crítica. Relaciones entre los elementos variables de los molinos. Tamaño máximo de los elementos moledores Volumen de carga. Potencia.

Tipos de Molienda: Molienda Húmeda y Molienda Seca

La molienda se puede hacer a materiales secos o a suspensiones de sólidos en líquido (agua), el cual sería el caso de la molienda Húmeda. Es habitual que la molienda sea seca en la fabricación del cemento Portland y que sea húmeda en la preparación de minerales para concentración. En la molienda húmeda el material a moler es mojado en el líquido elevando su humedad, favoreciéndose así el manejo y transporte de pulpas, que podrá ser llevado a cabo por ejemplo con bombas en cañerías. En la molienda húmeda moderna, luego del proceso de desintegración, la clasificación de partículas se llevará a cabo en hidrociclones y si se desea concentrar el mineral se podrá hacer una flotación por espumas. El líquido, además, tiene un efecto refrigerante con los calores generados en el interior.

Tipos de Molinos

MOLINO DE BARRAS (ROD MILL)

El molino de Barras está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su interior cuenta con barras cilíndricas sueltas dispuestas a lo largo del eje, de longitud aproximadamente igual a la del cuerpo del molino. Éste gira gracias a que posee una corona, la cual está acoplada a un piñón que se acciona por un motor generalmente eléctrico.

Las barras se elevan, rodando por las paredes del cilindro hasta una cierta altura, y luego caen efectuando un movimiento que se denomina “de cascada”. La rotura del material que se encuentra en el interior del cuerpo del cilindro y en contacto con las barras, se produce por frotamiento (entre barras y superficie del cilindro, o entre barras), y por percusión (consecuencia de la caída de las barras desde cierta altura).

El material ingresa por el eje en un extremo del cilindro, y sale por el otro extremo o por el medio del cilindro, según las distintas formas de descarga: por rebalse (se emplea en molienda húmeda), periférica central, y periférica final (ambas se emplean tanto en molienda húmeda como en seca).

Tamaño de molienda de X mallas significa que si un tamiz tiene X agujeros por pulgada lineal, la partícula logrará pasar por uno de ellos teniendo entonces un tamaño de X mallas.

El cuerpo cilíndrico se construye con chapas de acero curvadas y unidas entre sí por soldadura eléctrica. La cabeza o fondo del cilindro se construye en acero moldeado o fundición, y es de forma ligeramente abombada o cónica. Habitualmente los ejes o muñones están fundidos con la cabeza pero también pueden estar ensamblados con bridas atornilladas. Los muñones apoyan sobre cojinetes, uno en cada extremo.

La parte cilíndrica, los fondos y la cámara de molienda, están revestidos interiormente por placas atornilladas de acero al manganeso o al cromo-molibdeno. Las caras internas del molino consisten de revestimientos renovables que deben soportar impacto, ser resistentes a la abrasión y promover el

movimiento más favorable de la carga. Las barras generalmente, son de acero al carbono y su desgaste es alrededor de cinco veces mayor al de los revestimientos, en las mismas condiciones de trabajo.

MOLINO DE BOLAS (BALL MILL)

El molino de Bolas, análogamente al de Barras, está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su interior tiene bolas libres. El cuerpo gira merced al accionamiento de un motor, el cual mueve un piñón que engrana con una corona que tiene el cuerpo cilíndrico.

Las bolas se mueven haciendo el efecto “de cascada”, rompiendo el material que se encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión. El material a moler ingresa por un extremo y sale por el opuesto. Existen tres formas de descarga: por rebalse (se utiliza para molienda húmeda), por diafragma, y por compartimentado (ambas se utilizan para molienda húmeda y seca).

En lo que hace a los materiales de recubrimiento interior de la cámara de molienda, y de las bolas, corresponden análogas consideraciones a las de los molinos de Barras.

CIRCUITOS DE MOLIENDA

Históricamente, los procesos de concentración utilizados requerían menores necesidades de molienda en cuanto al grado de finura. Además los minerales tratados eran mucho más ricos que los actuales, por lo que los tamaños de liberación eran superiores.

Al escasear los minerales ricos fue necesario reducir el tamaño de las partículas obtenidas en la molienda, para luego realizar una concentración más significativa. De aquí surge la necesidad de realizar una molienda más fina, combinando la molienda con bolas con la de barras (circuito abierto).

Más adelante, debido a los cambios desarrollados en los procesos de flotación, se hizo imprescindible controlar el tamaño de molienda. Así es como se incluye en el circuito anterior un clasificador que “fiscalizaba” el tamaño de partículas que se debía enviar finalmente a la etapa de concentración (circuito cerrado).

Circuitos abiertos

Una maquina molino puede trabajar en circuito abierto con un clasificador cuando el rechazo de la criba (tamaños gruesos y no admisibles para la posterior concentración) no vuelve al molino.

Generalmente los circuitos abiertos funcionan de la siguiente manera: las partículas entregadas por un molino de barras ingresan directamente como alimentación a un molino de bolas, y la descarga de este último se envía a una etapa de concentración. El proceso se ilustra en la figura.

Circuitos cerrados

En los circuitos cerrados, luego de la etapa de molienda se incluye un clasificador que rechaza tamaños gruesos y los hace retornar al molino. Así todo el producto final tendrá un tamaño igual o menor a un tamaño máximo requerido para la siguiente etapa. Se garantiza entonces una dimensión máxima del producto, aumentando la producción.

Como desventaja, para el circuito cerrado se supone una mayor inversión y costo de operación ya que se necesitan transportadores de cinta adicionales.

Los circuitos cerrados a su vez se pueden clasificar según la ubicación de la criba en el mismo. En un circuito cerrado en pos cribado la criba se ubica después de la máquina de conminución, mientras que en un circuito en pre cribado, el clasificador se sitúa antes de la máquina eliminado los finos antes de la reducción de tamaño.

Momento Actual de la Molienda Semiautógena y Autógena

Los proyectos mineros realizados en la última década, están en su mayoría basados en molienda autógena o semiautógena, siendo esta última la que mayores capacidades unitarias de tratamiento ha alcanzado.

Los molinos SAG de 12 metros de diámetro y más de 20 MW de potencia, permiten alcanzar capacidades del orden de las 2000 toneladas/hora.

Estos molinos gigantes presentan grandes problemas de diseño, tanto en lo que respecta a su estructura mecánica como en el modo de aplicar la potencia requerida para su accionamiento.

Actualmente, el motor eléctrico está construido sobre la propia virola del molino, actuando este como rotor, eliminando de este modo los costosos y complicados sistemas de accionamiento tradicional (reductor, embrague y piñón-corona).

Una última tendencia es reemplazar los cojinetes tradicionales en los cuellos de entrada y salida del molino por apoyos directos flotantes sobre la virola de modo similar de modo similar a la solución adoptada para el motor eléctrico.

Ejercicio Práctico de Molienda

En un circuito cerrado de molienda tradicional y clasificación se tratan 800 tph, que se alimentan al molino de barras junto a 283 m3/hr de agua, esta pulpa es descargada a un cajón de bombas junto a la descarga del molino de bolas que alimentan un ciclón, los sólidos del ciclón son 35%, 60% y 77% de rebose, alimentación y spigot respectivamente. El spigot del ciclón alimenta un molino de bolas que opera con 65% de sólido y la descarga de este va al cajón de bombas. Diseñar el circuito y calcular lo siguiente:

El % de solido con que trabaja el molino de barra El agua que se debe agregar al cajón de bombas para alimentar el ciclón

con 60% de solidos El agua al molino de bolas para obtener un 65% de solidos El tonelaje de Carga Circulante en el circuito de clasificación

CAPITULO VI: FLOTACIÓN

Generalidades

Se puede definir a la flotación como un proceso mineralógico - químico cinético, o también, un proceso físico-químico, cuyo objeto es la separación de especies minerales valiosas de las no valiosas, a través del uso de la adhesión selectiva de burbujas de aire a las partículas de minerales valiosos finamente molidos. El proceso comprende el tratamiento químico de una pulpa de mineral a fin de crear condiciones favorables para la adhesión de ciertas partículas de minerales a las burbujas de aire. Tiene por objeto la separación de especies minerales, finamente divididos a partir de una pulpa acuosa, aprovechando sus propiedades de afinidad (Hidrofílica) o repulsión (hidrofóbicos) por el agua. Las especies valiosas o útiles constituyen una fracción menor del mineral, mientras que la especie no valiosa o estériles constituyen la mayor parte.

El carácter Hidrofílica o de afinidad hace que estas partículas se mojen, permanezcan en suspensión en la pulpa, para finalmente hundirse. El carácter hidrofóbico o de repulsión evita el mojado de las partículas minerales que pueden adherirse a las burbujas y ascender.

Estas propiedades algunos minerales tienen en forma natural, pero puede darse o acentuarse mediante los reactivos de flotación.

Minerales Hidrofílicos: Son mójales por el agua, constituidos por óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga. Haciendo que se mojen, permanezcan en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse.

Minerales Hidrofóbicos: son aquellos minerales que no son mójales o son pocos mójales por el agua, dentro de ella tenemos: los metales nativos, sulfuros de metales u especies tales como: grafito, carbón bituminoso, talco y otros, haciendo de que evite el mojado de las partículas minerales, que pueden adherirse a las burbujas de aire y ascender.

Además se puede observar, que los minerales hidrofóbicos son aerofílicos, ósea tienen afinidad con la burbuja de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicos, ósea, no se adhieren normalmente a ellas.

Elementos de la flotación

Según la definición de flotación contempla la presencia de tres fases: fase sólida, líquida y gaseosa.

Fase Sólida: Está representada por los sólidos a separar (minerales) que tienen generalmente una estructura cristalina. Esta estructura es una consecuencia de la comparación química de las moléculas, iones y átomos componentes que son cada uno, un cuerpo completo. Los factores de importancia en el proceso de flotación, en lo que se refiere a los sólidos, son los siguientes;1.- carácter de la superficie aereada en la ruptura del sólido (tipo de superficie, fuerzas residuales de enlace)2.- imperfecciones en la red cristalinas3.- contaminaciones provenientes de los sólidos, líquidos y gases.

Fase Liquida: Es el agua debido a su abundancia y bajo precio; y también debido a sus propiedades específicas, constituye un medio ideal para dichas separaciones. La dureza del agua ósea la contaminación natural causada por sales de calcio, magnesio y sodio. Estas sales y otro tipo de contaminaciones no solo pueden cambiar la naturaleza de la flotabilidad de ciertos minerales sino también son casi siempre causa de un considerable consumo de reactivos de flotación con los cuáles a menudo forman sales solubles.A parte de la contaminación inorgánica también la contaminación orgánica que puede ser mucho más importante y peligrosa, particularmente si se trata de agua servidas.

Fase Gaseosa: Es el aire que se inyecta en la pulpa neumática o mecánicamente para poder formar las burbujas que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas. La función del aire en la flotación tiene distintos aspectos de los cuales los principales son dos: a) El aire influye químicamente en el proceso de flotación b) Es el medio de transporte de las partículas de mineral hasta la superficie de la pulpa.

Figura I.1: Hidrófobos e Hidrofílicos

El aire es una mezcla de nitrógeno (78,10%) y oxigeno (20,96%) con pequeñas cantidades de dióxido de carbono (0,04%) y gases inertes como argón y otros.

El agua

El Solidó

Los cuerpos sólidos tienen una estructura cristalina, por lo menos a lo que se refiere a los minerales, esta estructura es una consecuencia de la composición química de las moléculas, iones y átomos componentes que son, cada uno, un cuerpo complejo.

•Minerales Apolares: Son hidrofóbicos (no reaccionan con los dipolos del agua).•Minerales Polares: Son hidrofílicos (los sólidos tienen la capacidad de hidratarse)

El Gas

Con excepción de ciertos casos de carácter experimental la flotación industrial se efectúa exclusivamente con aire. La función del aire en la flotación tienes distintos aspectos de los cuales los principales son dos:•El aire influye químicamente en el proceso de flotación.•Es el medio de transporte de las partículas del mineral hasta la superficie de la pulpa.

Figura I.3: Iones agua.

Etapas de flotación

La flotación de minerales se realiza en etapas (también llamados circuitos), cuyos objetivos involucran una alta recuperación de las especies útiles con la mayor selectividad posible. Para cumplir con estos objetivos los circuitos están divididos en etapas destinadas a que se consigan esos propósitos, y en estas etapas las celdas de flotación están ordenadas en bancos de celdas y en columnas de flotación. Así, en las plantas concentradoras existe el banco de celdas rougher, las celdas columnares de la etapa cleaner, el banco de celdas-scavenger, etc.

Etapa rougher: es la etapa primaria, en ella se logran altas recuperaciones y se eliminan gran parte de la ganga. Debido a que esta etapa se opera con la mayor granulometría posible, el concentrado rougher está constituido por materiales medios o middlings, por lo cual las leyes de este concentrado son de bajas y requieren de una etapa de limpieza que selectivo el concentrado. Al circuito rougher llega la alimentación del proceso de flotación, y en algunas oportunidades, concentrados de la etapa scavenger o colas de la etapa cleaner. Las colas de la etapa rougher pueden ser colas finales del proceso, o bien, alimentación a un circuito scavenger.

Etapa Cleaner o de Limpieza: junto a los circuitos recleaner tienen como objetivo aumentar la ley de los concentrados rougher, al fin de alcanzar un producto que cumpla con las exigencias del mercado, o bien, de la etapa del proceso siguiente al que será sometido el concentrado. Dado que la etapa cleaner es selectiva, normalmente el concentrado rougher es sometido a una etapa de remolienda previa, para alcanzar la mayor liberación posible de las especies útiles antes de alimentarse al circuito cleaner.

Etapa Scavenger o de barrido: tiene como objetivo aumentar la recuperación de las especies útiles desde las colas de la etapa rougher. Producen colas finales del proceso y un concentrado de baja ley que puede juntarse a la alimentación del proceso de flotación, o a una etapa de remolienda y su posterior tratamiento.

Tipos de Celda de Flotación

Celdas Mecánicas: Se utilizan de forma generalizada en nuestro medio; se caracterizan por tener un agitador mecánico que mantiene la pulpa en suspensión y dispersa el aire dentro de ella. A este tipo pertenecen las celdas: Agitair, Denver, Morocha (WS), Outokumpu, Wenco, etc.; se pueden operar individualmente como la Morocha, en bancos de flujos abierto o dividido en varios compartimientos.

Los bancos divididos en celdas por paredes intermedias como el caso de los Denver SUB-A, son utilizadas especialmente en plantas pequeñas, donde se requiere que el impulsor actúe como una bomba o en etapas de limpieza donde es necesario el control estricto de los niveles de las pulpa, agitación, etc. Los bancos de flujo libre proporcionan ventajas por su construcción y mantenimiento más simple y mejor suspensión de las partículas gruesas a eliminarse las paredes intermedias.

La aireación en las celdas mecánicas puede realizarse por insuflación forzada de aire o por acción succionarte del impulsor; la utilización generalizada de este tipo de máquinas, frente a las neumáticas se debe a las dos ventajas que indiscutiblemente ofrecen:

- Mantienen adecuadamente los sólidos en suspensión.- Es posible arrancar con relativa facilidad cuando se encuentran cargadas.

La nueve tendencia en la construcción de celdas mecánicas se orienta a máquinas de gran tamaño, con lo que logra una reducción en el número de celdas, mejorándose el control y facilitando el mantenimiento.

Celdas Neumáticas: Son máquinas de flotación que no tienen impulsor mecánico; la pulpa es agitada por aire comprimido.

Los modelos occidentales (Ciclo-cell, Heyl y Petterson Inc.) son tanques rectangulares sin bafles y de flujo abierto con tuberías de difusión de aire instaladas normalmente al flujo de la pulpa.

Un tipo de celda neumática con un potencial de aplicación importante son las columnas (Celda de Columna) utilizadas en Canadá desde 1961. En este tipo de celdas ocurre un proceso en contracorriente; el alimento se introduce en la mitad de la columna y el aire es insuflado por la parte inferior a través de un fondo poroso. Igualmente se añade agua de lavado por la parte superior, al nivel de espuma, el mineral al caer encuentra las burbujas en la zona 3 (Mineralización Mezcla) produciéndose la mineralización de la burbuja. En la zona 2 se produce un lavado por acción del agua añadida a la altura de las espumas, lo cual evita que el material estéril sea atrapado en las espumas que rebosan fuera de la celda

por la acción del número 1, arrastrando el concentrado. El relave sale de la celda por la parte inferior cayendo por los espacios vacíos comprendidos entre los ductos porosos.

Las celdas de columna al igual que las demás celdas neumáticas en general presentan el problema de la obstrucción de los insufladores de aire o de los fondos porosos

Figura I.6: Celdas de Flotación.

Factores que intervienen en la flotación

En toda operación de flotación intervienen 4 factores principales, que son la pulpa, el aire, la agitación mecánica y reactivos.

La pulpa: la pulpa es una mezcla del mineral molido con el agua, y viene a construir el elemento básico de la flotación ya que contiene todos los elementos que forman el mineral.

La pulpa debe reunir ciertas condiciones, es decir que el mineral debe estar debidamente molido a un tamaño no mayor de la malla 48 ni menor a la malla 270. Dentro de este rango de tamaño de partículas, se podrá recuperar de una manera efectiva las partículas de los sulfuros valiosos.

Cuando la pulpa contiene partículas gruesas (mayores a la malla 48), debido a una mala molienda, tiende a sentarse en el fondo de las celdas de flotación y pueden llegar a plantar el impulsor de la celda, los canales, se atorarían las bombas, etc.

Si la pulpa contiene partículas muy finas (menores a la malla 270), la recuperación delos sulfuros valiosos no va a ser efectiva ya que se perderán en formas de lamas. Al estar la pulpa aguada, el flotador debe cuidar que las espumas salgan normalmente de los bancos de limpieza y que no bote mucha espuma en el banco scavenger. Si la pulpa está muy fina, a la vez debe estar, muy diluida, significa que estamos pasando menos tonelaje que el debido y por lo tanto estamos perdiendo capacidad.

Figura I.7: Factores de la Flotación.

El aire: el aire es un factor importante que sirve para la formación de las burbujas (el conjunto de burbujas acompañadas de partícula de sulfuros forman las espumas) que se necesita en las celdas. Por tanto, el aire ayuda a agitar la pulpa.

Las espumas se encargan de hacer subir y flotar los elementos valiosos hacia la superficie de la pulpa, en cada celda.

El aire se obtiene a través de los ventiladores (blowers) que ingresa a baja presión (2 lbs/pulg2= 2psi) al interior de las celdas de flotación llenas de pulpa. O también la aireación en los tipos de celdas sub-A es en forma natural o del medio ambiente que ingresan a baja presión al interior.

Si se usa mucho aire, se está haciendo una excesiva agitación, provocando que las espumas se revienten antes de revisar por los labios de la celda o que salgan conjuntamente de la pulpa, rebalsando las celdas, llevándose consigo a la ganga que no es necesaria.

Cuando se usa poco aire, la columna de espumas es baja e insuficiente no pudiéndose recuperar los elementos valiosos, que se perderán, en el relave general.

La cantidad de aire se regula de acuerdo a las necesidades.

Los reactivos: los reactivos son sustancias química que sirven para la recuperación de los sulfuros valiosos, despreciando o deprimiendo la ganga e insolubles. Mediante el uso de reactivos podemos seleccionar los elementos de valor en sus respectivos concentrados.

Para tener una mayor conocimiento de la función específica de cada reactivo, los podemos clasificar en tres grandes grupos: espumantes, colectores, y modificadores.

La agitación: la agitación de la pulpa nos permite la formación de las espumas de aire para la flotación, y además nos sirve para conseguir la mezcla uniforme de los reactivos con los elementos que constituyen el mineral de la pulpa, dentro de la celda. Además, la agitación, nos evita el asentamiento de los sólidos contenidos en la pulpa.

La agitación en una celda de flotación debe ser moderada. Si es excesiva la pulpa rebalsa de las celdas y si es insuficiente las burbujas no podrían formarse.

Cuando la agitación es insuficiente, se disminuye la columna de espuma y no alcanza a rebalsar, las espumas se achican y esto ocurre cuando los impulsores estas gastados.

Hay deficiencia de agitación de la pulpa en una celda, cuando:

- el impulsor de la celda esta gastado

- el estabilizador esta malogrado

- las fajas en “v” del sistema de movimiento (polea motriz y polea del árbol de agitación) están demasiado flojas, lo cual hace que la velocidad del impulsor disminuya.

Los reactivos de flotación

Los reactivos de flotación juegan un papel muy importante en este proceso. Estos, al ser añadidos al sistema cumplen determinadas funciones que hacen posible la separación de los minerales valiosos de la ganga. Sin embargo la aplicación adecuada de estos reactivos no siempre resulta una tarea fácil debido a una serie de dificultades técnicas que se presentan durante el proceso. En flotación en rendimientos de los reactivos, sean colectores o espumantes, depende mucho de la composición y constitución mineralógica de la mena. Por tanto, consiente de esta realidad, los metalurgistas debemos estar evaluando la performance de uno u otro reactivo con la esperanza de encontrar aquel que permita optimizar los resultados metalúrgicos.

Los reactivos utilizados para el acondicionamiento favorable del proceso, constituyen los llamados agentes de flotación. La selección y combinación apropiada de los mismos para cada tipo de mineral particular, constituye precisamente el principal problema del metalurgista a cargo de la operación.

Clasificación de los reactivos: los reactivos o agentes de flotación se clasifican en Colectores, espumantes y modificadores.

El colector

Es el reactivo fundamental del proceso de flotación puesto que produce la película hidrofóbica sobre la partícula del mineral. Existen muchas formas posibles de categorizar los colectores de sulfuro; por ejemplo, colectores de cobre, colectores de plomo, colectores solubles, colectores oleosos, colectores tiolicos, etc. Por lo tanto se prefiere clasificar los colectores basado en su estructura química.

Son compuestos químicos orgánicos, cuyas moléculas contienen un grupo polar y uno no polar. El anión o catión del grupo polar permiten al ion del colector quedar absorbido a la superficie también polar, del mineral. Por el contrario, el grupo no polar o hidrocarburo queda orientado hacia la fase acuosa hidrofugando el mineral, ya que tal orientación resulta en la formación de una película de hidrocarburo hidrofóbico en la superficie del mineral.

Por consiguiente, las partículas de mineral hidrófobas por una película del colector se adhieren a la partícula de aire que van subiendo, arrastrando consigo el mineral a la superficie de la pulpa.

Espumante:

Tiene como propósito la creación de una espuma capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta su extracción de la máquina de flotación.

Son sustancias tenso activas heteropolares que pueden adsorberse en la superficie de separación agua- aire. A los espumantes corresponde la creación de una espuma y que por este hecho, permite la separación de las partículas hidrófobas e hidrofílicas.

El objetivo principal de los espumantes es dar consistencia, rodeado de una capa adsorbida a las pequeñas burbujas de aire que se forman en la pulpa, por agitación o inyección de aire, evitando que se unan entre sí (coalescencia) y que cuando salgan de la superficie no reviente, constituyendo las espumas; además, dar elasticidad, ayudando al agua, emergiendo intactas en la interface agua – aire.

En la fase liquida de la pulpa de flotación su acción eleva la resistencia mecánica de las burbujas de aire, favorece su conservación en estado disperso, aumentando de esta forma la superficie de adherencia de la partículas de minerales flotantes y la estabilidad de la espuma de flotación.

La estabilidad de la espuma constituye la primera cualidad de un espumante debe conferir una pulpa de mineral, las espumas aumenta con una viscosidad creciente y la permeabilidad decreciente de la película liquida. La práctica de la flotación muestra, en efecto que una espuma cargada de pequeñas partículas es mucho más estable que una espuma vacía, en fin es necesario subrayar que la estabilidad de la espuma depende de la temperatura y también del pH de la espuma.

Modificadores:

Actúan como depresores, activadores, reguladores de pH, dispersores, etc. Facilitando la acción del colector para flotar el mineral de valor, evitando su acción a todos los otros minerales.

Los reguladores de pH: son los reactivos que controlan la acidez o alcalinidad de la pulpa. Es un reactivo que cambia la concentración del ion de hidrogeno de la pulpa, lo cual tiene como propósito incrementar o decrecer la adsorción del colector como se desee.La efectividad de todos los agentes de flotación, dependen grandemente de la concentración de hidrógeno o ion hidroxilo en la pulpa. Uno de los principales objetivos de la investigación por flotación, es encontrar el PH óptimo para cualquier combinación de reactivos y mineral. La mayoría de las plantas de flotación, qué tratan minerales sulfurados, operan con una pulpa alcalina para dar óptima metalurgia; así mantener la corrosión al mínimo.

Depresores: la función específica de los depresores disminuir la flotabilidad de un mineral haciendo su superfiicie más hidrofílica o impidiendo la adsorción de colectores que pueden hidrofobizarla (inhibe la colección).Impiden la flotación de algunos sulfuros, mientras que se hacen flotar otros. Los iones del depresor forman compuestos superficiales o pasan a la red cristalina por intercambio iónico para impedir la adherencia del colector, incrementar la hidratación de la superficie del mineral y despegar del mineral los iones del colector. Como ejemplo del este tipo de depresiones se puede citar la depresión de los sulfuros de metales pesados con el ion HS y la depresión de ciertos sulfuros con el ion CN.El CaO es el más común reactivo que se agrega para deprimir la pirita en presencia del xantato; y también se debe mencionar un importante grupo de depresores orgánicos y coloides que ejercen una función depresoras de flotaciones tan importantes como las de molibdenita, carbones y talco.

Activadores y reactivadores: los reactivos activadores aumentan la flotabilidad de ciertos minerales, mejorando o ayudando la adsorción de un colector. Los reactivos reactivadores, restablece la flotabilidad de un mineral oxidado que ha sido deprimido.La función activante es contraria a la función depresora y los reactivos de este tipo sirven para aumentar la adsorción de los colectores sobre la superficie de los minerales o para fortalecer el enlace entre la superficie y el colector.Los iones de estos reactivos pasan a la red del mineral o forman compuestos superficiales, reduciendo su hidratación superficial y aumentando la cantidad de colector adherido al mineral.

Ejercicios Práctico de flotación

En una planta Concentradora que trata una mena de Cu, se ha muestreado el circuito de Flotación que se muestra en la figura, habiéndose obtenido las siguientes leyes. F=4800 TPD

Calcular:

a) Recuperación Metalúrgicab) Razón de Concentraciónc) Razón de Peso

TPD Ley CabezaLey concentrado Ley cola

AP 4800 2% flotación primaria 2% 14% 1,01%Flotación Limpieza 14% 25% 3,85%Flotación barrido 1,01% 3% 0,84%

Conclusión

Podemos deducir que finalmente, la simulación de procesos, es una herramienta fundamental a la hora de tomar decisiones, ella nos permite diferentes tipos de funciones tales como:

Predecir los efectos de cambios en las condiciones de operación y capacidad de la planta. Optimizar variables de operacionales Optimizar un proceso cuando cambian las características de los insumos y/o las

condiciones económicas del mercado. Analizar nuevos procesos para nuevos productos. Evaluar alternativas de proceso para reducir el consumo de energía. Analizar condiciones críticas de operación. Analizar la factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. Optimizar un proceso para minimizar la producción de desechos y contaminantes.

Además, con ayuda de esta simulación de proceso se han podido ir mejorando las operaciones mineras, ya sea para diferentes áreas de la metalurgia, en este caso la molienda y flotación han sido mejoradas con este sistema y han podido conseguir la optimización necesaria para una obtención mucho más eficaz y un proceso más rápido y así poder conseguir un concentrado de más calidad y de alta ley.

Bibliografía

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