¿Qué es un circuito de flotación y cómo funciona? Una guía del fabricante

Párese en el piso de operaciones de un concentrador de cobre, plomo-zinc o fosfato y verá la misma escena: largas hileras de tanques rectangulares, cada uno batiendo pulpa oscura debajo de una capa de espuma recubierta de mineral, conectados por lavaderos, tuberías y bombas. Ese sistema dispuesto es el circuito de flotación.

Para responder directamente a la pregunta: un circuito de flotación es una secuencia planificada de celdas de flotación y equipos de soporte, incluidos tanques de acondicionamiento, sopladores, bombas, lavadores y espesadores, a través de los cuales fluye el mineral finamente molido en etapas definidas. Las valiosas partículas minerales se adhieren a las burbujas de aire, se convierten en espuma y se eliminan como concentrado, mientras que las partículas de ganga no deseadas permanecen húmedas, se hunden y abandonan la planta como relaves.

La secuencia importa más que cualquier máquina. Las células más ásperas realizan la primera recuperación, las células limpiadoras barren lo que los ásperos omitieron y las células más limpias mejoran la espuma a un grado que una fundición o una planta química realmente pagará. Un circuito bien organizado recupera habitualmente entre el 85 y el 95 por ciento del metal valioso de un mineral. Una estrategia mal organizada puede dejar varios puntos porcentuales de metal, a menudo todo el margen de ganancias, enterrado en la presa de relaves.

Esta guía explica qué hace cada parte del circuito, por qué las etapas están dispuestas de esa manera, cómo se seleccionan las máquinas para cada tarea y qué preparar antes de ordenar el equipo. Está escrito desde el punto de vista de un fabricante que diseña, construye, instala y pone en marcha estos sistemas como plantas completas de procesamiento de minerales.

Qué es realmente un circuito de flotación

Una máquina de flotación y un circuito de flotación no son lo mismo, y la distinción tiene consecuencias reales a la hora de comprar equipos. Una máquina de flotación es un tanque único agitado que dispersa aire en la pulpa. Un circuito de flotación es la disposición completa de esos tanques en etapas, junto con todo lo que mueve la pulpa y la espuma entre ellos. Comprar una máquina le proporciona una estación de trabajo; Al diseñar un circuito, se obtiene una línea de producción con sus propios circuitos de control de calidad.

Un circuito completo normalmente contiene estos elementos:

• Tanques de acondicionamiento y mezcla, donde el mineral molido entra en contacto con colectores, espumadores y modificadores antes de que comience la flotación.
• Un banco más rugoso, es decir, varias células conectadas en serie, que acepta la pulpa fresca molida.
• Un banco de recuperación que trata los relaves más rugosos antes de desecharlos.
• Una o más etapas de limpieza que mejoran la espuma más áspera, a veces con un paso de triturado en el medio.
• Bombas, lavadoras y tuberías que mueven pulpa, espuma y harinillas circulantes de etapa en etapa.
• Un sistema de aire: las máquinas autocebantes aspiran su propio aire, mientras que las máquinas impulsadas por aire son alimentadas por sopladores específicos.
• Espesadores aguas abajo que sedimentan concentrados y relaves y devuelven agua clarificada a la planta.

La palabra "circuito" describe los bucles dentro de esta disposición. No todas las partículas flotan correctamente la primera vez, por lo que los productos intermedios llamados harinillas se bombean de regreso a etapas anteriores y pasan a través de algunas células más de una vez. Por tanto, un circuito nunca es una línea recta; es una red con recirculación controlada, y esa red es la que convierte un principio de separación química en un resultado de producción estable y diario.

Estas tres funciones aparecen en casi todos los concentradores de sulfuros metálicos del mundo, desde unas pocas toneladas por día hasta decenas de miles. Lo que cambia entre plantas es la cantidad de células en cada etapa, el tamaño de las células y la agresividad con la que se impulsan las etapas hacia la recuperación o hacia la calificación.

Cómo funciona el proceso de flotación de espuma dentro de cada celda

La flotación es un proceso de química de superficies disfrazado de industria pesada. Antes de que el circuito pueda hacer algo, el mineral debe molerse lo suficientemente fino como para separar o liberar valiosos granos minerales de la roca estéril que los rodea. En muchos circuitos de sulfuro, esto significa una molienda de aproximadamente 55 a 80 por ciento que pasa de 74 micrones, producida por un molino de bolas que funciona en circuito cerrado con un clasificador. Si las partículas todavía están unidas entre sí, ningún esquema de reactivos en la tierra puede hacer flotar el valor limpiamente.

Luego viene el acondicionamiento. La pulpa se agita en tanques de mezcla mientras se añaden los reactivos. Los colectores absorben minerales valiosos en las superficies y los hacen repelentes al agua, lo cual es el truco esencial. Los depresores hacen lo contrario con los minerales que quieres dejar atrás, manteniéndolos húmedos y pasivos. Modificadores como la cal fijan el pH de la pulpa para que todos estos químicos se comporten según lo previsto.

Dentro de la propia celda de flotación, un impulsor giratorio corta el aire entrante en millones de finas burbujas y mantiene la pulpa suspendida. Luego suceden tres cosas en rápida sucesión: las burbujas chocan con las partículas, las partículas hidrofóbicas se adhieren a la película de burbujas y las burbujas cargadas suben a través de la pulpa hasta formar una capa de espuma en la superficie. La espuma no es sólo espuma; es una zona de trabajo donde el agua arrastrada y las partículas de ganga débilmente adheridas vuelven a drenar, elevando el grado de lo que queda. La espuma mineralizada se desborda del canal en la parte superior de la celda como concentrado, mientras que las partículas rechazadas salen por la parte inferior o lateral de la máquina como relaves.

La química decide qué puede flotar. Un ejemplo clásico es la esfalerita, el mineral de zinc: los recolectores de sulfuro comunes apenas lo tocan hasta que el sulfato de cobre activa su superficie a un pH de alrededor de 10,5 a 11. La pirita, por el contrario, se mantiene baja en muchos circuitos simplemente manteniendo alta la dosis de cal. Esta es la razón por la que dos plantas que flotan minerales diferentes pueden parecer casi idénticas en el hardware y comportarse de manera completamente diferente en la práctica.

Más desbastador, limpiador, limpiador y limpiador: las cuatro etapas de un circuito de flotación

Primera conclusión: las etapas existen porque la recuperación y la calificación van en direcciones opuestas. Una célula puede tomar todo rápidamente, con baja calidad, o tomarse su tiempo y producir algo limpio, con baja recuperación. El circuito divide este conflicto en etapas separadas para que cada una pueda optimizarse para un solo trabajo.

Etapa más dura

El banco más rugoso recibe la pulpa fresca y acondicionada y está diseñado para una recuperación rápida y completa más que para la calidad. El concentrado más rugoso suele ser un producto mediocre, de calidad demasiado baja para venderlo, pero contiene la mayor parte del valor que eventualmente abandonará la planta. Por lo tanto, las células más rugosas funcionan con menos espuma y una aireación agresiva.

Etapa carroñera

El banco de basura trata todo lo que los rudos rechazaron. Su concentrado es pobre, por lo que se bombea de regreso a una alimentación más gruesa o se une al flujo más limpio en lugar de enviarse. El único propósito del carroñero es asegurarse de que los relaves finales sean realmente desechos. En una planta mal afinada, el carroñero es donde literalmente puedes ver cómo el dinero sale del edificio, porque cualquier valor que omite desaparece para siempre.

Etapas de limpieza y relimpieza

Los limpiadores toman la espuma más áspera y la mejoran. La espuma es más profunda aquí, los tiempos de residencia por tonelada son más largos y a veces se agrega agua de lavado a la superficie de la espuma para hacer que la ganga arrastrada regrese a la pulpa. Las especificaciones estrictas del concentrado, o los minerales de grano fino, pueden justificar una segunda etapa de limpieza, el relimpiador o un molino de trituración entre el desbaste y la limpieza, para que las partículas compuestas tengan otra oportunidad de liberación.

Harinillas y cargas circulantes

Todo producto intermedio que gira hacia atrás es un producto intermedio. En las plantas de flotación son normales cargas circulantes de decenas de por ciento, y las bombas y lavaderos deben dimensionarse para ellas desde el primer día. Cuando los operadores dicen que un circuito es "estable", normalmente quieren decir que estos bucles han alcanzado el equilibrio: lo que gira gira a un ritmo constante.

Configuraciones de circuitos y selección de máquinas de flotación

La configuración es el esqueleto de la planta y se elige a partir del mineral, no de un catálogo. La siguiente tabla resume las configuraciones que diseñamos con mayor frecuencia en el trabajo EPC de procesamiento de minerales.

Dentro de cualquier etapa, las células están conectadas en serie para que la pulpa vea cada máquina por turno. Cuando el tonelaje crece, el flujo se divide entre bancos paralelos, porque un solo banco necesitaría células enormes o perdería tiempo de residencia. Obtener la aritmética bancaria correcta es sencillo una vez que se conoce el tiempo de residencia requerido, y es el cálculo más común detrás de una cotización de salida a bolsa.

La selección de la máquina sigue luego al deber. Las máquinas autocebantes, como las de tipo SF, BF, GF y JJF, crean su propia succión de aire en la zona del impulsor. Esto elimina el sistema de soplado de esas celdas y, en la disposición de celda a celda, permite que la espuma fluya por gravedad entre máquinas sin bombas de espuma. Son ideales para plantas de tonelaje medio y para tareas más limpias en las que cada celda funciona con una profundidad y nivel de espuma diferentes.

Las máquinas impulsadas por aire, como los tipos XCF y KYF, reciben aire a baja presión de los sopladores en lugar de aspirarlo. El impulsor funciona a una velocidad periférica más baja, lo que reduce el desgaste y se adapta a tanques de gran volumen. En la disposición emparejada, las celdas XCF pueden extraer espuma de las celdas KYF adyacentes, por lo que un banco combinado no necesita ninguna bomba de espuma intermedia. Para tareas más duras y de recuperación, esto ahorra equipo, espacio y horas de mantenimiento.

Las pulpas especiales exigen máquinas especiales. Los tamaños de partículas gruesas y las densidades de pulpa más altas, que ocurren en ciertos retratamiento de relaves y aplicaciones no metálicas, requieren máquinas diseñadas en torno a una suspensión más fuerte, como el tipo CLF. La misma lógica se aplica mucho más allá de los sulfuros metálicos: la roca fosfórica, la potasa y otros minerales industriales también flotan, y nuestro proyecto de dispositivo de flotación de roca fosfórica para un gran grupo de fertilizantes siguió exactamente el mismo razonamiento de desbaste, depurador y limpiador con un esquema de reactivos completamente diferente.

Un ejemplo rápido de dimensionamiento muestra cómo se combinan la configuración y el hardware. Una concentradora que trata 3.000 toneladas por día de mineral con aproximadamente un 33 por ciento de sólidos envía aproximadamente 300 metros cúbicos de pulpa por hora a flotación. Si las pruebas indican que los desbastadores necesitan ocho minutos de tiempo de residencia, la etapa necesita alrededor de 40 metros cúbicos de volumen efectivo, que podrían ser cuatro celdas de 10 metros cúbicos o dos celdas de 20. El cálculo de los limpiadores sigue el mismo patrón, y los limpiadores se dimensionan según el tonelaje de concentrado en lugar del tonelaje de alimentación.

Qué alimenta el circuito y qué lo abandona

Antes, el circuito es tan bueno como su preparación de alimentación. La etapa de molienda, típicamente un molino de bolas de rejilla húmeda cerrado con un clasificador en espiral o hidrociclón, establece la distribución del tamaño de las partículas que debe manejar la flotación. Si las derivas de clasificación y los granos gruesos se escapan, terminan en las celdas más rugosas, donde las burbujas no pueden levantarlos, y se dirigen directamente a los relaves. Por eso los operadores experimentados observan el clasificador casi tan de cerca como la espuma.

Entre la molienda y la flotación se encuentra el acondicionamiento, el paso más subestimado de la planta. Los recolectores necesitan minutos de contacto para adsorberse adecuadamente y las pulpas densas deben permanecer completamente suspendidas para que cada partícula vea el reactivo. En proyectos que manejan pulpas densas o viscosas, especificamos una agitación de alta concentración delante de las celdas precisamente porque una alimentación mal acondicionada no se puede rescatar aguas abajo, sin importar cuán buenas sean las máquinas.

Posteriormente, ambos productos necesitan manipulación. El concentrado fluye hacia un espesador, comúnmente del tipo de accionamiento central, donde los sólidos se asientan y el flujo inferior alimenta la filtración antes de la fundición o el procesamiento químico. Los relaves también se espesan y el agua recuperada regresa a la planta. El equilibrio hídrico merece una verdadera atención de ingeniería: en entornos áridos y de lagos salados, donde construimos equipos de separación y mezcla de potasa y litio a gran escala, cada metro cúbico reciclado es agua que el sitio no tiene que bombear desde ningún otro lugar.

Parámetros operativos que deciden la recuperación

Un operador controla efectivamente dos palancas: la química y la física. La química cubre las dosis de reactivos y el pH. La física cubre la densidad, la profundidad de la espuma, la velocidad del aire y el nivel. La siguiente tabla enumera los parámetros que más importan, con rangos que son puntos de partida típicos en lugar de respuestas universales.

Un principio de la experiencia operativa supera cualquier número: la estabilidad supera a la perfección. Una densidad de alimentación que varía en varios puntos mueve todo hacia abajo, incluida la textura de la espuma, los niveles y la demanda de reactivos. Las plantas que miden la densidad de la pulpa y el flujo en el circuito de alimentación, y corrigen la deriva tempranamente, mantienen la recuperación mucho más fácilmente que las plantas que ajustan las células después de que el daño es visible en el laboratorio de ensayo. La dosificación constante de bombas calibradas y un registro escrito de la aparición de espuma en comparación con los resultados de los análisis contribuirán más a la recuperación en un año que cualquier cambio heroico.

Cómo se mide el rendimiento del circuito: grado, recuperación y compensación

Dos números describen un circuito de flotación. El grado es el contenido de metal del concentrado, expresado como porcentaje. La recuperación es la proporción del metal en la alimentación que se reporta a ese concentrado. Una planta puede tener una calidad excelente y una recuperación deficiente, o al revés, y la diferencia entre ambas es dónde se sustenta el diseño del circuito.

La recuperación se calcula a partir de la fórmula de dos productos: el porcentaje de recuperación es igual a c multiplicado por (f menos t), dividido por f multiplicado por (c menos t), multiplicado por 100, donde f es el grado de alimentación, c es el grado de concentrado y t es el grado de relaves. Tomemos como ejemplo un circuito de cobre con una ley de alimentación del 1,0 por ciento, un 25 por ciento de concentrado y un 0,08 por ciento en los relaves finales. El cálculo da 25 veces 0,92, dividido por 1,0 veces 24,92, lo que representa aproximadamente un 92,3 por ciento de recuperación. Esa única cifra, rastreada diariamente, indica a la gerencia si el circuito mantiene su desempeño de diseño.

El tamaño de las partículas explica muchas deficiencias en la recuperación. Las burbujas transportan partículas de tamaño mediano de manera eficiente; las partículas gruesas se desprenden por su propio peso y los limos finos siguen al agua hacia la espuma o se niegan a adherirse en absoluto.

La compensación se sigue directamente: aumentar la calidad, con espumas más limpias y más profundas y un control más estricto de los reactivos, generalmente cuesta algo de recuperación, y perseguir hasta la última partícula cuesta la calidad. Etapas más limpias, un reafilado entre desbaste y limpieza y una mejor clasificación aguas arriba son las formas en que una planta compra ambas cosas a la vez. Esas son decisiones de diseño, no ajustes paso a turno, razón por la cual la sección de configuración de esta guía es más importante que cualquier consejo operativo.

Problemas comunes del circuito de flotación y soluciones prácticas

La mayoría de los problemas del circuito se anuncian en la espuma antes de aparecer en los ensayos. Las tarjetas a continuación combinan los seis síntomas sobre los que nos preguntan con mayor frecuencia con sus causas habituales y las acciones que realmente funcionan.

Un patrón que vale la pena recordar: los problemas recurrentes en las celdas generalmente se remontan a la clasificación aguas arriba o a la variabilidad de la alimentación más que a las propias máquinas de flotación. Arreglar la causa una vez es mejor que ajustar los síntomas en cada turno, y es la razón por la que nuestros equipos de puesta en servicio siempre comienzan en la descarga del molino y trabajan hacia adelante.

Del trabajo de prueba a una planta en funcionamiento

Un circuito de flotación está diseñado sobre la base de datos y la ruta de datos está bien establecida. Las pruebas de flotación por lotes en muestras de canales o núcleos de perforación establecen qué reactivos funcionan y qué tan rápido flota el mineral. Luego, las pruebas de ciclo cerrado simulan las harinillas circulantes de una planta real, revelando las calidades y recuperaciones que son realmente sostenibles en lugar de las halagadoras cifras de una sola pasada. Para inversiones mayores, una campaña piloto confirma los tiempos de residencia y el comportamiento de manejo de la espuma a una escala significativa.

Esos resultados se traducen directamente en hardware: tiempos de residencia etapa por etapa, volúmenes de celdas, tipos de máquinas, funciones de sopladores y bombas, y el equipo de mezcla y espesamiento alrededor de las celdas. Ofrecer esto como un solo paquete es lo que significa EPC de procesamiento de minerales en la práctica, y es por eso que nuestra línea de productos abarca desde trituración y molienda hasta agitación, flotación, espesamiento y lixiviación, de modo que ninguna etapa se dimensiona mediante conjeturas para que coincida con el equipo de otro proveedor.

Los circuitos existentes también se reconstruyen y, a menudo, la recuperación más rápida en una planta proviene de la reconfiguración de las células en lugar de agregarlas. Los minerales cambian a medida que las minas se profundizan, y un circuito diseñado hace diez años ahora puede estar limpiando una mineralogía diferente. Nuestro proyecto de reforma técnica de flotación de zinc de 3.000 toneladas por día es un caso típico: mismo sitio, misma clase de equipo general, nueva configuración y lógica de reactivos adaptada al mineral actual.

Luego, la puesta en servicio sigue una secuencia que la experiencia convierte en rutinaria: montaje mecánico, prueba de agua, primero alimentación de mineral, luego reactivo y ajuste de nivel hasta que el circuito mantenga su recuperación de diseño. Las plantas que hacen un presupuesto realista para este período de ajuste alcanzan el rendimiento nominal sin dramatismo; Las plantas que consideran la puesta en marcha como una ocurrencia tardía generalmente la pagan con la producción perdida durante los primeros meses.

Qué verificar antes de ordenar un equipo de flotación

Las cotizaciones de equipos pueden parecer idénticas en papel y funcionar de manera muy diferente en la planta. Según lo que vemos cuando los clientes acuden a nosotros después de una compra difícil, estos controles separan la adquisición sólida de las lecciones costosas:

1. Confirme los datos del mineral detrás del diseño. Pregunte por los ensayos recientes, la mineralogía y las distribuciones de tamaño de partículas que utilizó el proveedor, y asegúrese de que describan su mineral, no una suposición.
2. Pregunte por el volumen efectivo, no por el volumen del tanque. Los rincones muertos y los patrones de flujo distorsionados reducen el tiempo de residencia real, y la diferencia puede costar silenciosamente varios por ciento de la recuperación.
3. Haga coincidir el tipo de máquina con el tamaño de las partículas y la densidad de la pulpa. Las pulpas gruesas y densas necesitan máquinas diseñadas para ellas, no una celda de uso general con un motor más grande atornillado.
4. Consultar materiales de fabricación. Los impulsores, difusores, ejes y revestimientos determinan la vida útil; Confirme las especificaciones de caucho o poliuretano y los intervalos de reemplazo esperados.
5. Verifique el sistema de aire. Para bancos de aire forzado, confirme el tamaño del ventilador, el margen de presión y la capacidad de reserva, porque la recuperación se detiene cuando se detiene el aire.
6. Confirme la disponibilidad de piezas de desgaste y los términos de entrega antes de firmar, no después de que se desgaste el primer juego.
7. Insista en el soporte de instalación y puesta en marcha con hitos definidos, incluida la asistencia de primera alimentación y el ajuste de recuperación.
8. Solicite referencias sobre el mismo tipo de mineral y comuníquese con ellos. Diez minutos al teléfono con una planta en funcionamiento valen más que cualquier folleto.

Por nuestra parte: la fábrica de Zhuji, Zhejiang, lleva décadas construyendo equipos hidrometalúrgicos y de beneficio, opera un centro de investigación y desarrollo junto con aproximadamente 200 máquinas de prueba y producción, trabaja bajo el sistema de gestión de calidad ISO9001 y envía más de 25.000 toneladas de estructuras y productos metálicos al año. Los proyectos de cobre, zinc, molibdeno, fosfato, potasa y litio, tanto en China como en el Sudeste Asiático, Medio Oriente y África, nos brindan una lista de referencias que animamos a todos los posibles clientes a consultar.

Preguntas frecuentes sobre el circuito de flotación

Si está planificando un nuevo concentrador o reconstruyendo un circuito existente alrededor de un mineral modificado, el siguiente paso más rápido es una conversación técnica respaldada por datos. Envíe los conceptos básicos, es decir, rendimiento objetivo, ensayo de cabeza, composición mineral, tamaño de molienda esperado y especificación del concentrado, y podrá preparar una propuesta de circuito etapa por etapa con cálculos de tiempo de residencia, selección de máquinas y un diseño que se adapte a su sitio. Esa propuesta, más que un catálogo, es lo que le dice qué hará realmente el circuito con su mineral.