FLOTACIÓN La flotación es uno de los procesos más selectivos para la separación de especies sulfurosas, y de Plomo- zinc y cobre – zinc. La separación de las especies a través del proceso de flotación, se produce gracias a la diferencia en las propiedades fisicoquímicas de la superficie de cada una de ellas. La flotación surgió a partir del proceso de separación en medios densos, ya que la dificultad para la obtención de fluido con algunas densidades particulares obligó a la utilización de modificadores de superficie, con el fin de mejorar la selectividad del proceso. Estos modificadores permiten convertir selectivamente en hidrofóbica la especie a separar, de tal forma que ante la presencia de un medio constituido por agua y aire (burbujas), la especie hidrofóbica rechace el agua y se adhiera a las burbujas de aire que ascienden hacia la superficie del líquido.

FLOTACIÓN Las burbujas de aire se pegan a las partículas si estas desplazan el agua de su superficie, lo que ocurre cuando tienen un comportamiento hidrofóbico. Siempre y cuando el conjunto de partículas adheridas a las burbujas de aire tenga una densidad global inferior a la del medio de separación, estas podrán viajar junto con las burbujas hacia la superficie, no obstante se requiere que la burbuja tenga la resistencia suficiente para llegar a la superficie sin romperse. Una vez las burbujas de aire alcanzan la superficie, se requiere que se forme una espuma que mantenga retenida las partículas, por que de lo contrario las burbujas se reventarán y las partículas flotadas viajarán de nuevo hacia el fondo de la celda de separación. Por el contrario, las partículas no hidrofóbicas que tengan una densidad superior a la del medio en el que ocurre la separación se hundirán.

FLOTACIÓN

Partículas hidrofóbicas Partículas hidrofílicas Burbujas de aire

FLOTACIÓN El proceso de flotación se lleva a cabo en celdas de poseen mecanismos de agitación y dispositivos de inclusión de aire a la pulpa o al líquido de separación. La agitación favorece la separación y suspensión de las partículas, mientras que la inclusión de aire promueve la formación de burbujas. La modificación selectiva de las partículas a separar se obtiene mediante la adición de colectores, depresores y activadores. La estabilidad de las burbujas de aire, necesarias para evitar que estas se destruyan antes de llegar a la superficie del medio de separación, se logra mediante la adición de espumantes. La selectividad en la modificación superficial de las partículas a separar se obtiene mediante la adición de modificadores de pH, lo que favorece que algunos colectores se adhieran fácilmente a las especies más hidrofóbicas.

FLOTACIÓN La recuperación de la especie valiosa depende de la cantidad de partículas transportadas a la superficie (flotadas), por lo tanto, la estabilidad y el tamaño de las burbujas de aire que las transporta influyen directamente en la recuperación. La adecuada selección del espumante utilizado para estabilizar las burbujas de aire es uno de los parámetros que controlan la recuperación. En un proceso en el que se produzcan muchas burbujas pequeñas se obtendrá una mayor recuperación, que si se producen burbujas más grandes y en menor cantidad, ya que la recuperación depende del área superficial de las burbujas disponibles para que las partículas se adhieran a ellas.

FLOTACIÓN El enriquecimiento que se puede lograr a través de la flotación depende de la selectividad de los reactivos colectores, depresores y activadores. Los reactivos colectores se encargan de convertir la superficie de las partículas en hidrofóbicas, por lo tanto se requiere de la selección de un colector que tenga la capacidad de modificar superficialmente tan sólo las partículas de la especie de interés. Si existen partículas de especies superficialmente afines, que no permiten una selectividad adecuada del colector (como es el caso de la separación de especies sulfurosas), se deben utilizar depresores que interactúen selectivamente sobre una de las especies de tal forma que cuando la partícula que contiene el depresor en su superficie entre en contacto con el colector este no interactué sobre ella.

FLOTACIÓN La actividad de la superficie de una partícula respecto a los reactivos de flotación en el agua, depende de las fuerzas que actúan en su superficie. Las fuerzas de tensión generan un ángulo entre la superficie de la partícula y la superficie de la burbuja, de tal forma que:

f

s/a=

f

s/w +

f

w/a*cos?

De donde:

f f f

s/a, es la energía superficial entre las fases sólido - aire s/w, es la energía superficial entre las fases sólido – agua w/a, es la energía superficial entre las fases agua - aire

FLOTACIÓN

f

AGUA

AIRE f

s/a

w/a

? f

SÓLIDO

s/w

FLOTACIÓN Para romper la interfaz partícula - burbuja es necesario aplicar una fuerza, conocida como trabajo de adhesión (W s/a), el cual es igual al trabajo necesario para separar la interfaz sólido aire y producir las interfaz separadas aire – agua y sólido agua, es decir: Ws/a=

f

w/a + f s/w - f

s/a

Por lo tanto,

Ws/a= f

w/a (1- cos?)

El tamaño de las partículas es otro de los parámetros fundamentales en el control de la recuperación: Entre más pequeñas sean las partículas, mayor cantidad de partículas.

FLOTACIÓN Mientras mayor sea el ángulo de contacto mayor será el trabajo de adhesión entre la partícula y la burbuja y mayor será la elasticidad del sistema ante las fuerzas de rompimiento, por lo tanto la flotabilidad del sistema aumenta con el ángulo de contacto. Un mineral con un ángulo de contacto grande tiene un comportamiento aerofílico (mayor afinidad con el aire que con el agua), a pesar de que la mayor parte de los minerales son aerofílicos, es necesario agregar un colector para mejorar su hidrofobicidad (haciéndolos aún más aerofílicos), para que el proceso de separación sea más efectivo.

COLECTORES De acuerdo con las características superficiales de las partículas estas pueden se clasificadas como polares y no polares. Las partículas no polares se caracterizan por que sus enlaces moleculares son relativamente débiles, con una baja capacidad para unirse a los dipolos del agua, por lo que este tipo de partículas tiene una tendencia a comportarse de forma hidrofóbica y su ángulo de contacto característico varía entre 60 – 90º, algunos de los más representativos de este comportamiento son: grafito, azufre, molibdenita, diamante, carbón y talco. Estos minerales pueden ser flotados de forma natural, sin embargo la adición de aceites hidrocarburos mejora su hidrofobicidad.

COLECTORES Los minerales con enlaces superficiales de tipo covalente o iónico, poseen fuertes cargas superficiales que les permite comportarse como materiales polares, de alta energía libre superficial, lo que permite reaccionar fácilmente con el agua, lo que les proporciona un comportamiento hidrofílico. Dependiendo de la cantidad de enlaces iónicos que posean las partículas en su superficie, estas pueden ser clasificadas desde fuertemente hidrofílica, hasta débilmente hidrofílicas (hidrofóbicas). Sulfuros

Sulfatos

Débilmente hidrofílicas (Hidrofóbicas)

Carbonatos

Haluros

Fosfatos

Fuertemente hidrofílicas

COLECTORES Para mejorar la hidrofobicidad de una partícula polar se acostumbra a adicionar surfactantes conocidos como colectores, que adsorven moléculas o iones sobre la superficie del mineral, con el fin de reducir la estabilidad de la capa hidratada, mejorando el contacto de la partícula con el aire. Las moléculas del colector pueden ser compuestos ionizados, que disocian en iones dentro del agua, o compuestos no ionizados, que son prácticamente insolubles y vuelven a la superficie de las partículas repelentes al agua, al cubrirla con una delgada capa. Los colectores pueden interactuar sobre la partícula por quimiadsorción o por oxidación electroquímica.

COLECTORES La quimiadsorción: este mecanismo puede ser posible debido a: ?

Oxidación de un sulfuro a sulfato MS + 2O 2? MSO4

?

Intercambio de iones sulfato por iones carbonato MSO4 + CO3= ? MCO3 + SO4=

?

Intercambio de iones con un Xantato PbSO 4 + 2X- ? PbX2 + SO4 -2 PbCO 3 + 2X- ? PbX2 + CO 3=