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La flotación es una técnica de separación que utiliza burbujas de aire para recolectar valiosas partículas minerales de una pulpa a base de agua. Si pregunta para qué se utiliza la flotación, la respuesta directa es que la flotación se utiliza para separar minerales valiosos de la roca estéril, mejorar los minerales antes de fundirlos y lixiviarlos y recuperar partículas finas que los procesos de gravedad no pueden manejar. Más allá de la minería, el mismo principio se utiliza en el reciclaje de papel, la separación de plástico, la recuperación de suelos y el tratamiento de aguas residuales oleosas.
El proceso se basa en la química de superficies. Los reactivos hacen que el mineral objetivo sea hidrofóbico, las burbujas de aire se adhieren a estas partículas y una espuma estable las transporta a la superficie, donde se eliminan como concentrado. Las siguientes secciones explican los principales usos de la flotación, los pasos dentro de un concentrador, los equipos y químicos involucrados, y las variables que deciden la recuperación y la ley.
¿Qué es la flotación y cómo funciona?
La flotación, a veces llamada flotación por espuma, es un método de separación físico-químico. Convierte las diferencias en la humectabilidad de la superficie en diferentes tasas de fijación de burbujas. En una celda de flotación, la pulpa se airea para que la superficie del mineral objetivo, que se ha vuelto hidrófoba mediante reactivos, se una a las burbujas de aire. El agregado de partículas de burbujas sube a la superficie; la capa de espuma se raspa, se espesa y se filtra para obtener el concentrado final.
Se deben cumplir tres condiciones básicas:
- El valioso mineral debe ser liberado de la ganga, que proviene de una correcta molienda.
- La superficie objetivo debe ser selectivamente hidrófoba, lo que proviene de la química del colector.
- La celda debe producir burbujas pequeñas y estables, que provienen del impulsor y del espumador.
Estas condiciones también explican por qué se aplica la flotación a tantos materiales: siempre que se pueda crear una diferencia selectiva de hidrofobicidad, se puede diseñar un proceso de flotación en torno a ella. Para ver más de cerca el funcionamiento del circuito, consulte la principio fundamental del equipo de flotación en el beneficio .
Principales usos de la flotación en la industria
El uso más visible de la flotación es en la minería de metales, pero la tecnología también está integrada en el procesamiento químico, el reciclaje y el tratamiento ambiental. La siguiente tabla resume los feeds y objetivos típicos.
| Campo de aplicación | Alimentación o material típico | Objetivo principal |
|---|---|---|
| Flotación de mineral de sulfuro | Minerales de cobre, plomo, zinc, níquel y molibdeno. | Producir un concentrado de sulfuro para fundición. |
| Flotación de metales preciosos | Mineral de oro, mineral que contiene plata | Recuperar oro fino libre y sulfuros auríferos |
| flotacion inversa de mineral de hierro | Hematita, mineral de magnetita | Menor contenido de sílice y aumento del grado de hierro. |
| flotacion de minerales industriales | Roca fosfórica, fluorita, grafito. | Mejorar minerales para uso de fertilizantes y químicos. |
| flotación de potasa | Sylvinita, salmuera de lago salado | Separar el cloruro de potasio del cloruro de sodio. |
| Reciclaje y remediación | Papel usado, plásticos mezclados, suelo contaminado | Quitar tinta, clasificar plásticos, recuperar metales pesados |
| Tratamiento de agua | Efluentes industriales, aguas residuales aceitosas | Retire los sólidos en suspensión, el aceite y la grasa. |
Beneficio de minerales metálicos
La mayor parte de la capacidad de flotación está instalada en concentradores de metales básicos. Los minerales de sulfuro responden bien a los recolectores de xantato, razón por la cual las plantas de cobre, zinc, plomo y níquel casi siempre utilizan un circuito de flotación después de la molienda. La flotación también recupera molibdeno y plata cuando se encuentran con sulfuros de cobre, y se utiliza para recuperar oro de minerales piríticos antes de la lixiviación con cianuro.
Hidrometalurgia y procesamiento de lagos salados.
En las plantas hidrometalúrgicas la flotación se utiliza para recuperar valores metálicos de escorias, matas y residuos. La escoria de fundición de cobre, por ejemplo, se muele y se hace flotar para devolver el cobre residual a la fundición. En la química de los lagos salados, la flotación es un paso estándar en la producción de potasa, que ayuda a eliminar la halita y la arcilla del cloruro de potasio.
Reciclaje, remediación y tratamiento de agua.
El mismo principio de química de superficies también resuelve problemas medioambientales. La flotación destinta el papel reciclado, separa los plásticos con diferente comportamiento de humectación y elimina las partículas que contienen metales pesados del suelo contaminado y los sedimentos dragados. En el tratamiento de aguas residuales, la flotación por aire disuelto elimina el aceite, la grasa y los sólidos ligeros en suspensión de los efluentes industriales. Estas aplicaciones están creciendo a medida que aumenta la presión para recuperar materiales de recursos secundarios.
Cómo se organiza un circuito de flotación
Un circuito de flotación es una secuencia de máquinas y pasos de proceso, no un solo tanque. La disposición depende del tipo de mineral y de las especificaciones del producto final, pero siempre hay varias etapas presentes.
- Triturar y moler libera el valioso mineral de la ganga.
- El acondicionamiento mezcla la pulpa con recolectores, espumantes y modificadores de pH.
- Una flotación más rugosa recoge un primer concentrado de la pulpa de alimentación.
- La flotación de recuperación trata los relaves más rugosos para recuperar los valores restantes.
- La flotación más limpia reflota el concentrado más rugoso para aumentar la ley.
- La molienda abre las partículas bloqueadas y las devuelve al circuito.
- La deshidratación elimina el agua del concentrado para su transporte o procesamiento posterior.
En una concentradora de cobre típica, el mineral se muele hasta un tamaño en el que entre el 70 y el 80 por ciento pasa 74 micrones antes de ingresar al banco más rugoso. En una planta de pirita aurífera, se puede utilizar el mismo circuito para producir un concentrado de sulfuro a granel, que luego se vuelve a moler para exponer el oro a la lixiviación con cianuro. Los pasos del proceso parecen similares, pero el esquema de reactivos y los tiempos de residencia son bastante diferentes.
Tipos de equipos y máquinas de flotación
Los equipos de flotación van desde pequeñas celdas de laboratorio hasta tanques industriales con volúmenes superiores a 300 metros cúbicos. La clasificación básica es por método de suministro de aire: máquinas autoaireantes mecánicas y máquinas infladoras de aire.
Máquinas autoaireantes
Las máquinas como la máquina de flotación tipo BF se clasifican como autoaireantes porque el impulsor aspira aire hacia la pulpa a medida que gira. Estas celdas son comunes en plantas medianas y pequeñas, especialmente donde no se dispone de un sistema de aire comprimido independiente.
Máquina de flotación BF autoaireante para plantas pequeñas y medianas Una celda de agitación mecánica que aspira aire de forma natural con un impulsor cerrado de doble cono, ideal para sitios sin aire comprimido. Combina succión y flotación para simplificar la configuración del circuito. Ver producto → Máquinas de inflado de aire
Las celdas de inflado de aire, como las de tipo XCF y KYF, utilizan un suministro de aire externo, lo que proporciona un control independiente de la aireación y la agitación. Los tipos XCF y KYF a menudo se combinan en un banco: una celda XCF en la cabecera del banco actúa como un tanque de succión, mientras que el resto son celdas de inflado de aire. Esto elimina la necesidad de una bomba de lodo entre las etapas de flotación.
Combinación de máquina de flotación por inflado de aire XCF/KYF Utiliza un suministro de aire externo para un control de aireación independiente y combina una celda de succión XCF con celdas de flujo directo KYF para eliminar las bombas de lodo entre etapas. Apto para circuitos medianos y grandes. Ver producto → Grandes maquinas de flotacion
Las grandes celdas de flotación han cambiado la economía del procesamiento de minerales de baja ley. Una sola celda grande puede reemplazar varias más pequeñas, reduciendo el consumo de energía, el espacio y el trabajo de mantenimiento. El principal requisito es un sistema estable de dispersión de aire y un diseño de descarga de espuma que funcione en profundidad.
El impulsor, la profundidad del tanque, el diseño del cono de espuma y la válvula de control de aire deben coincidir con la densidad de la pulpa y la distribución del tamaño de las partículas del alimento.
Reactivos de flotación utilizados en circuitos comerciales
La química de los reactivos cambia la superficie del mineral para que el proceso de flotación pueda diferenciar entre partículas que se parecen a la separación por gravedad. La siguiente tabla enumera los tres tipos principales de reactivos.
| Clase de reactivo | Función principal | Ejemplos industriales |
|---|---|---|
| Coleccionistas | Adsorber sobre el mineral objetivo y hacerlo hidrofóbico. | Xantatos, ditiofosfatos, ácidos grasos. |
| espumadores | Estabiliza las burbujas y forma una capa de espuma en la superficie de la pulpa. | MIBC, aceite de pino, éteres de poliglicol |
| Reguladores | Deprime la ganga, activa minerales o controla el pH de la pulpa. | Cal, carbonato de sodio, silicato de sodio, sulfato de cobre. |
Un esquema práctico de reactivos para un mineral de cobre y zinc comienza con cal para deprimir la pirita, luego un colector de cobre para hacer flotar la calcopirita mientras se retiene el zinc. Después de la eliminación del cobre, se agrega sulfato de cobre para activar la esfalerita y se dosifica nuevamente un colector para hacer flotar el zinc. El mismo ciclo se repite en etapas más limpias con una densidad de pulpa más baja y con un espumador más suave.
Factores que afectan la recuperación de la flotación
Muchas variables determinan si una planta de flotación alcanza su objetivo de recuperación. Los operadores suelen controlar estos seis.
- Tamaño de partícula: las partículas gruesas son pesadas y se desprenden de las burbujas; Las partículas muy finas no alcanzan la superficie de la burbuja. Un rango de tamaño medio proporciona la mejor recuperación.
- Densidad de pulpa: una pulpa demasiado espesa reduce la calidad de la espuma; una pulpa demasiado fina aumenta el consumo de agua y energía.
- Dosificación de reactivo: la dosificación insuficiente deja valor a los relaves; la sobredosificación reduce el grado del concentrado.
- Tasa de aireación: ajusta la superficie de la burbuja; una tasa de aire demasiado alta puede colapsar la espuma.
- pH y potencial pulpar: La flotación de sulfuro estándar se realiza en pulpas alcalinas para proteger las películas colectoras y deprimir los minerales de hierro.
- Tiempo de residencia: si la pulpa sale de las células demasiado rápido, se pierden los minerales que flotan lentamente; si permanece demasiado tiempo, la ganga pasa al concentrado.
El siguiente cuadro muestra una relación típica entre el tamaño de partícula y la recuperación por flotación de un mineral de sulfuro.
Recuperación típica de flotación versus tamaño de partícula
Los valores exactos difieren entre minerales, pero la forma de la curva es consistente en las plantas de metales básicos. Si la caída de recuperación es gruesa, la planta generalmente aumenta la dosis del colector o la profundidad de la espuma. Si la gota es fina, es posible que la planta necesite un floculante, un recolector más fuerte o un diseño de celda diferente.
Elección de equipos de flotación para proyectos reales
Seleccionar la máquina de flotación adecuada para una planta nueva o una actualización es un proceso paso a paso. El tonelaje de alimentación planificado define el volumen total de la celda. La mineralogía del mineral define el esquema de reactivos y el número de etapas de limpieza. El tamaño de las partículas de alimentación y el grado de concentrado requerido definen el tipo de celda y la profundidad.
Un ejemplo relevante es el proyecto de reforma técnica de flotación en la operación de zinc de 3.000 t/d de Yunnan Jinding Zinc Industry. En esa planta, las celdas existentes no podían recuperar suficiente esfalerita fina y la solución fue cambiar la configuración de la máquina en lugar de reconstruir la sección de molienda. El esquema de este proyecto explica cómo la nueva disposición de flotación aumentó la recuperación y al mismo tiempo mantuvo la ley del concentrado dentro de los requisitos de la fundición. En plantas de fundición y cobre de alto tonelaje, el mismo tipo de análisis generalmente conduce a grandes máquinas de flotación, que reducen el número de células y el consumo de energía.
Máquinas de flotación de gran capacidad para plantas de alto tonelaje Diseñado para manejar alimentaciones de minerales voluminosos y aumentar la recuperación al mismo tiempo que reduce la energía y el espacio. Ofrecidas en tamaños de hasta 200 m³, estas celdas se adaptan a operaciones de cobre, fosfato y minerales refractarios. Ver producto → Para las plantas que procesan roca fosfórica, potasa o minerales refractarios, se aplica la misma lógica de selección, pero la carga de espuma y la estabilidad del reactivo se vuelven más importantes. La máquina debe retener la espuma el tiempo suficiente para que las etapas de limpieza hagan su trabajo, y la forma de la celda debe soportar la mayor viscosidad de algunas pulpas minerales.
Preguntas frecuentes sobre la flotación
¿Para qué se utiliza la flotación por espuma en la minería?
La flotación por espuma se utiliza para separar minerales valiosos de la ganga después de la molienda. Se aplica principalmente a minerales sulfurados de cobre, zinc, plomo y níquel, pero también a oro, molibdeno, fosfato, fluorita y potasa.
¿Se puede utilizar la flotación para materiales no minerales?
Sí. El mismo principio se utiliza para destintar papel reciclado, separar plásticos mezclados y eliminar partículas que contienen metales pesados del suelo contaminado. En el tratamiento de agua, la flotación por aire disuelto se utiliza para eliminar aceite, grasa y sólidos en suspensión.
¿Cuál es la diferencia entre flotación y sedimentación?
La sedimentación separa las partículas por densidad y permite que el material se asiente por gravedad. La flotación separa por hidrofobicidad superficial y transporta partículas hacia arriba con burbujas de aire. Por lo tanto, la flotación puede separar partículas que tienen casi la misma densidad pero una química superficial diferente.
¿Qué hace realmente una máquina de flotación?
Una máquina de flotación mezcla la pulpa, dispersa el aire en pequeñas burbujas y mantiene la capa de espuma lo suficientemente estable para su recolección. El mecanismo del impulsor y la geometría del tanque definen el rango de tamaño de partículas que la máquina puede manejar de manera eficiente.
¿Por qué el tamaño de las partículas es tan importante en la flotación?
Las partículas gruesas son demasiado pesadas para las burbujas y las partículas finas no chocan con las burbujas con la suficiente frecuencia. Cada mineral tiene un rango de tamaño óptimo donde la recuperación es mayor; moverse fuera de ese rango reduce la recuperación incluso cuando la receta del reactivo es correcta.
