Proceso de flotación

La flotación en espuma aprovecha  las diferencias en las propiedades fisicoquímicas de la superficie de las partículas minerales. Después del tratamiento con reactivos, las diferencias en las propiedades superficiales de los minerales que  contiene la pulpa  de flotación son aparentes. Para producirse tal proceso, una burbuja de aire se debe unir a una partícula de mineral y ser elevada hasta la superficie del agua. El proceso se aplica únicamente a partículas relativamente finas  ya que si son demasiado grandes la adhesión entre la partícula y la burbuja será menor que el peso de la partícula  y la burbuja será menor que el peso de la partícula, por lo tanto la burbuja deja caer su carga.

En la concentración por flotación, el mineral normalmente es transferido a la espuma o fracción flotante, dejando la ganga en la pulpa o en las colas. Las burbujas de aire solamente se pegan a las partículas minerales si estas desplazan agua de la  superficie mineral, lo cual únicamente sucede si el mineral repele en cierta medida al agua o es hidrofóbico. Una vez que las burbujas de aire que alcanzan la superficie, únicamente pueden continuar sosteniendo la partícula mineral  si forman una espuma estable de otro modo revientan y cae la partícula mineral.

Para alcanzar estas condiciones, es necesario usar los numerosos reactivos químicos conocidos como reactivos de flotación.

La flotación de oro puede hacerse en el metal nativo, teluro o minerales asociados al oro, principalmente sulfuros de cobre, plomo y arsenopirita. Los minerales de oro pueden clasificarse en 3 grupos generales respecto de la flotación:

• Minerales que no se prestan a la flotación, o que pueden tratarse más fácilmente por otros procedimientos.
• Minerales que se tratan fácilmente por flotación, así como el oro libre y minerales en los cuales el oro está asociado con otros compuestos metálicos.

• Minerales que requieren la combinación de varios procedimientos. La flotación se aplica en este caso de varios modos: flotando los minerales refractarios, dando a una pequeña parte del mineral primitivo un tratamiento especial. La flotación se usa también para separar las cianicidas, así como otras sustancias que son perjudiciales para la cianuración como el cobre el carbón grafito y otros elementos.

• La flotación del oro libre requiere la extracción preliminar de las fracciones de tamaños mayores por concentración gravimétrica (el oro mayor de 0.2 mm. Debe extraerse antes de la flotación). El tamaño límite de las partículas a flotar depende de las formas de las partículas y de sus superficies.

La mayor parte de los minerales en estado natural no son repelentes al agua y por tanto conviene agregar reactivos de flotación a la pulpa. Los reactivos más importantes son los colectores, los cuales son adsorbidos sobre las superficies de los minerales y los convierte en hidrofobitos (aerofílicos) facilitando su adhesión a la burbuja. Los espumantes ayudan a mantener una espuma razonablemente estable. Los reguladores se usan para controlar el proceso de flotación, activando o deprimiendo la adherencia de las partículas minerales a las burbujas de aire y también se utilizan para controlar el pH del sistema. 

Colectores Aniónicos

Son los colectores que más se usan en la flotación de minerales y se pueden clasificar en dos tipos de acuerdo a la estructura del campo polar. Los colectores oxidrilo:Que tienen como grupos polares aniones orgánicos y sulfa-ácidos y que, como en todos los colectores aniónicos, no presentan al catión como interventor importante en la reacción reactivo- mineral. Los colectores oxidrilo en general son ácidos orgánicos o jabones. Los xantatosson los más importantes para la flotación de minerales sulfurados y se preparan haciendo reaccionar un hidróxido alcalino, un alcohol y un bisulfato de carbón  ROH + CS2 + KOH = RO.CS.SK + H2O

Donde R hidrocarburo que normalmente contiene de uno hasta seis átomos de carbono; los xantatos que más ampliamente se usan son el etilo, isopropílico, isobutílico, amílico y hexílico. La reacción entre los minerales sulfurados y los colectores sulfhídricos es compleja. Se asume que los xantatos son adsorbidos sobre las superficies de los minerales sulfurados debido a fuerzas químicas entre el grupo polar y la superficie,

ESPUMANTES

Cuando las superficies minerales se vuelven hidrofóbicas por el uso del colector, la estabilidad de la adhesión de la burbuja, especialmente en la superficie de la pulpa, depende en gran parte de la eficiencia del espumante.
El comportamiento ideal del espumante ocurre totalmente en la fase liquida y no influye sobre el estado de la superficie del mineral. Sin embargo, en la práctica, hay una interacción entre el espumante, el mineral y otros reactivos; la selección de un espumante apropiado para una mena en particular solamente se puede hacer después de un amplio trabajo de prueba. En la flotación de minerales sulfurados es práctica común emplear al menos dos espumantes y más de un colector. Los espumantes específicos se seleccionan para proporcionar las propiedades físicas adecuadas a la espuma, mientras que el segundo espumante interactúa con los colectores para controlar la dinámica del proceso de flotación.

Los espumantes generalmente son reactivos orgánicos de superficie activa heteropolar, capaces de ser adsorbidos en la interface aire-agua. Los espumantes deben ser hasta cierto grado solubles en agua, de otra manera se distribuyen muy irregularmente en una solución acuosa y sus propiedades de activador de superficies no resultan completamente efectivas. Los ácidos, aminas y alcoholes son los más solubles espumantes.

REGULADORES

Los reguladores o modificadores se usan mucho en flotación para modificar la acción del colector, ya sea intensificando o reduciendo el efecto repelente al agua sobre la superficie mineral para de esa manera hacer más selectiva la acción del colector hacia ciertos minerales. Los reguladores se pueden clasificar como activantes, depresores o modificadores del pH.

Activadores

Estos reactivos alteran la naturaleza química de las superficies del mineral de tal modo que se convierten en hidrofóbicos debido a la acción futura del colector. Los activadores generalmente son sales solubles que se ionizan en solución y los iones reaccionan entonces con la superficie del mineral.

Depresores

La depresión se usa para incrementar la selectividad de la flotación volviendo hidrofílicos (ávidos de agua) a ciertos minerales y evitando así su flotación. Existen muchos tipos de depresores cuyas acciones son complicadas y variadas, y que en la mayoría de los casos se conocen poco, lo que dificulta controlar la depresión más que si se aplicaran otros tipos de reactivos. El recubrimiento de lama es un ejemplo de una forma de depresión que se presenta naturalmente. En una mena triturada y molida las lamas dificultan la flotación, ya que recubren a las partículas de mineral, retardando la adsorción del colector.

CONCENTRADORES CENTRÍFUGOS

Los concentradores centrífugos constituyen la principal innovación realizada a los implementos de concentración gravimétrica de oro. En un tiempo muy corto, han ganado gran aceptación para la recuperación

Gravimétrica de oro en minas grandes; frecuentemente en los circuitos de molienda para separar oro libre y evitar sobre molienda y antes de plantas de cianuración o flotación para recuperar el oro grueso. También existen muchas aplicaciones en plantas industriales en la minería aurífera aluvial. Otra aplicación especial para los concentradores centrífugos es la recuperación del oro como un producto secundario, por ejemplo en canteras de grava. Todos los concentradores centrífugos operan con el mismo principio: básicamente, un recipiente que rota efectúa la separación gravitacional de la carga en un campo centrífugo

CONCENTRADOR CENTRÍFUGO Falcón

Consisten de dos líneas especializadas de concentradores de proceso mineral Centrífugo incrementado.

•Falcón C – concentradores continuos

•Falcón SB – concentradores semi – batch

El uso de campos gravitacionales altos (hasta 300 Gs) y grandes capacidades permiten que las unidades recuperen metales finos liberados y minerales, y hacen eficiente las separaciones, incluso cuando otros procesos de gravidez son inadecuados.

A) EL CONCENTRADOR SEMI – BATCH (SB)

El concentrador semi – batch es usado para recuperación de metales preciosos (Au. Ag y Pt) de la serie de proceso con ciclos de descarga concentrados automatizados. Esta serie de equipo es usado para recuperar una fracción de la masa de alimentación como un concentrado de alto grado. Las ventajas significativas sobre el equipo son el capital, la operación, los costos de mantenimiento bajos.  Estos Concentradores Falcón pueden recuperar partículas ultra finas liberadas y hacer separaciones de alta calidad por medio de la utilización del campo gravitacional. En algunos ejemplos, un circuito Falcón puede alcanzar tanto como el 80 % de la producción total de la planta dependiendo del porcentaje del metal nativo presente. Las series Falcón “SB” de concentradores producen alto grado de concentrados mientras requieren poco o ninguna intervención de operador. El diseño de balde de dos etapas produce separaciones superiores y un fácil reemplazo de la parte usada.

Las unidades del Modelo Falcón “SB” trabajan mejor para:

•Recuperación de platino, plata y oro libre

•Circuito de molienda con ciclones u /f o alimentación

•Concentrados de limpieza

•Colas de scavenger

•Oro placer y aluvial

Las unidades del Modelo Falcón “SB” trabajan mejor para:

•Recuperación de platino, plata y oro libre

•Circuito de molienda con ciclones u /f o alimentación

•Concentrados de limpieza

•Colas de scavenger

•Oro placer y aluvial

Cómo trabaja:

Estos concentradores SB emplean una zona de retención en la parte superior del rotor, requiriendo la adición de un pequeño volumen del agua de proceso. Estas unidades pueden procesar partículas tan grandes como 6 mm, pero también ser muy eficientes en la recuperación de partículas finísimas.

Las partículas del flujo de alimentación están sujetas a las fuerzas gravitacionales de hasta 200 G´s y son segregadas de acuerdo a la gravedad específica efectiva a lo largo de la pared del rotor. Las capas más pesadas pasan sobre la cama de concentrado retenido en los rifles en la parte superior del tazón del rotor.

CIANURACIÓN

GENERALIDADES

Elsner realizó el primer estudio amplio sobre las reacciones químicas involucradas en la acción de soluciones acuosas de cianuros alcalinos sobre el oro, y propuso la ecuación que desde entonces se ha conocido como la Ecuación de Elsner:

4Au + 8KCN + O2 + 2H2O  4KAu (CN)2 + 4KOH

El oxígeno forma parte integral de la reacción y es absolutamente necesario para que ésta proceda. Se han sugerido otras reacciones para la disolución de oro por soluciones de cianuro. La propuesta por Bodlaender es: 4Au + 4NaCN + 2H2O + O2

El peróxido de hidrógeno, reacción subsiguiente, así: 2Au + 4NaCN + H2O22NaAu (CN)2 + 2NaOH + H2O2

Formado durante la reacción anterior, participa en una 2NaAu (CN)2 + 2NaOH

Sin embargo, la ecuación global de las reacciones de Bodlaender es la misma que la ecuación de Elsner.

Otra reacción sugerida por Janin, es la siguiente: 2Au + 4NaCN + 2H2O 2NaAu (CN)2 + 2NaOH + H2

Se muestra que, en el caso de la ecuación de Elsner, éste procedería completamente. El equilibrio de la ecuación de Janin es bastante desfavorable, de modo que se puede convidar. Barsky, Swainson y Hedley, determinaron las energías libres de formación de los iones aurocianuro y a partir de la data obtenida, calcularon los cambios de energía libre de las distintas reacciones químicas sugeridas. Finalmente señalaron cuáles resultados eran teóricamente posibles bajo condiciones de una cianuración normal, así como imposible la formación de hidrógeno bajo condiciones de una cianuración normal. 

El comportamiento del sistema de Redox se entiende mejor utilizando los diagramas de Pourbaix, donde las regiones presentan las regiones de estabilidad de las diferentes especies.

DIAGRAMA DE POURBAIX PARA EL ORO

Otra relación que se encuentra involucrada es:

Au3+ + 3H2O →Au (OH)3 + 3H+, pH = 13 Log[Au3+]−0.693

La condición de estabilidad del agua está indicada por las relaciones:

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O, E = 2.33 – 0.06 pH + 0.015 Log PO2

2H2O + 2 e- → 2OH- + H2, E = – 0.06 pH – 0.0295 Log PO 2

Al construir el diagrama de Pourbaix para el sistema Au – CN – H2O, las reacciones que involucran dicho proceso son:

Au (CN)2- – e- →Au + 2CN- , E = 0.5 + 0.06 Log [Au(CN)2 ] – 0.119 Log [ CN-]

Sabiendo que la concentración del CN- es dependiente del pH y del cianuro total, y que el cianuro sufre hidrólisis bajo la reacción:

HCN → CN- + H+, Log Kd = -9.2  por lo tanto, el cianuro total será:

CNtotal = CN- + HCN + 2Au (CN)-2

El potencial requerido para el proceso está expresado por:

E = 0.5 + 0.06 Log [ Au(CN)-2] – 0.118 Log [ CNt – 2Au(CN)2-] + 0.118 Log [ 109.2+ [ H+]]

A mayor pH, el potencial es menor, y mayor, el campo de estabilidad del complejo; el potencial de reducción se hace mucho menor que el de reducción del oxígeno.

La adición de cianuro hace disminuir el potencial de reducción del oro, así facilita su disolución a través de todo el rango de pH.

El límite superior de estabilidad del agua (donde O2/ OH-) es una regíón oxidante poderosa, que permite la oxidación del oro por lo tanto disuelve o previene la reducción del aurocianuro.

La zona de formación del peróxido de oxígeno, entre el límite inferior y superior de estabilidad del agua, indica que O2/ H2O2 promueve la disolución de oro en la solución cianurada.

El campo de estabilidad del complejo aurocianuro está limitado por una recta que inicialmente muestra una pendiente pronunciada (efecto de la hidrólisis del cianuro a pH menor a 9). Está pendiente se torna luego casi horizontal debido a la acción oxidante del oxígeno en medio básico, lo cual permite la reacción de lixiviación por formación de aurocianuros. En el mismo gráfico se puede observar que los compuestos Au (OH)3, Au+3 , y HAuO3-2 son reducidos por introducción del cianuro. 

La adición de agua de fluidización o presión trasera de agua desde la parte de atrás de las camas “rifle” permite a las partículas objetivo pesadas migrar a la base o fuera de la cama y sean retenidas en preferencia a las partículas más ligeras.

Las G´s altas permiten la recuperación efectiva de cada partícula muy fina (debajo de los 10 micrones) y la profundidad de la cama permite concentrar las partículas más toscas en el flujo de alimentación para recuperarlas de manera segura. Cuando la cama se ha constituido en un grado suficiente, la alimentación es detenida (durante 30 segundos), el rotor es reducido, la construcción en spray aumenta múltiples enjuagues el concentrado bajo el deflector del rotor y fuera del rotor descarga los puertos en un lavador de concentrado