MIN250-Laboratorio N° 3
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MIN250-PROCESAMIENTO DE MINERALES I
INGENIERA CIVIL DE MINAS
GUA DE LABORATORIO N 3
FLOTACIN DE MINERALES: ECUACIN DE REACTIVOS
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo general.
Determinar las condiciones ptimas para la flotacin de un mineral.
1.2. Objetivos especficos.
Determinar la ecuacin ptima de reactivos (colector y espumante). Determinar las condiciones ptimas de pH, flujo de aire, entre otras.
2. INTRODUCCIN
Al disear un programa de experimentos de flotacin, la experiencia juega un
papel muy importante para minimizar el nmero de variables y el rango en que
estas variables necesitan ser probadas. Saber la forma en que otras plantas
estn tratando minerales similares es una herramienta valiosa.
En un programa de experimentos de flotacin se deben evaluar variosfactores:
2.1.Granulometra de la molienda: el rango de molienda a evaluar se verinfluenciado por el examen microscpico de varias fracciones de tamices,
a las que se hizo referencia en el Laboratorio N 2. Debido a los costos de
operacin asociados con la molienda, una prctica comn en la planta es
moler lo ms grueso posible sin sacrificar la recuperacin rougher. El
concentrado rougher requiere una remolienda para la liberacin adecuada
del mineral previo a la flotacin de limpieza. La adecuada seleccin de las
combinaciones de colectores podra permitir la utilizacin de una moliendams gruesa sin prdida de recuperacin rougher. En el caso minerales
complejos donde se busca la recuperacin de dos o ms valores minerales
en dos concentrados separados, una molienda primaria gruesa puede no
ser muy prctica. Debido a los complejos circuitos de remolienda y
limpieza resultantes, con cargas circulantes grandes e inestables, el
control del circuito a una escala de planta podra no ser manejable. En
tales casos, sera preferible una molienda ms fina para la adecuada
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liberacin del mineral antes de la etapa rougher, simplificando de ese
modo el diseo y el control del circuito.
2.2.Tiempo de acondicionamiento y puntos de adicin de reactivos:normalmente tiene una gran influencia en la metalurgia, especialmente
bajo condiciones de operacin de la planta. Las plantas que se encuentran
actualmente en operaciones, se deben regir por los puntos de adicin del
reactivo y los tiempos de acondicionamiento para las pruebas estndar o
de control, pero el cambio en el punto de adicin del reactivo podra
producir una mejor metalurgia y debera ser parte de cualquier programa
de pruebas. El efecto de la adicin de colector por etapas y el uso de
distintos colectores en diversos puntos del circuito propuesto tambin se
debe evaluar. Los colectores no acuosos son adicionados generalmente,
aunque no siempre, en el circuito de molienda y los colectores solubles en
agua pueden agregarse a la pulpa normalmente despus de la molienda.
Los puntos de adicin de espumantes, activadores y depresores pueden
variar ampliamente, dependiendo de las asociaciones del mineral, la
calidad del agua y los tipos de colectores que estn siendo evaluados. Los
puntos de adicin ptimos para estos reactivos se hacen ms evidentes
despus de realizar algunas pruebas y evaluar los resultados
metalrgicos.
2.3.Alcalinidad-pH: La prctica comn es flotar a pH natural o en un circuitoalcalino ajustado con cal o lechada de cal. En algunos casos, el uso de
carbonato de sodio, hidrxido de sodio o amonaco, puede tener una
ventaja. Los circuitos cidos se utilizan si las ventajas metalrgicas son
ms importantes que los equipos requeridos y los costos operacionales. El
ajuste de pH se realiza mejor en la etapa de molienda con ajustes
menores en las celdas de flotacin. La cantidad de modificador de pH que
se agrega normalmente se basa en el mtodo de ensayo y error, y una
vez establecida debera permanecer constante para todas las pruebas, a
menos que sea una variable que se est investigando. La recuperacin
versus el pH de ciertos minerales se encuentra documentada en la
literatura.
2.4.Calidad del agua: la calidad del agua entre una planta y otra, puedevariar significativamente. Por ejemplo, en Papa Nueva Guinea, la lluvia
tropical produce agua con bajo contenido de sales disueltas (TDS: 100 a
500 ppm), mientras que por otro lado en regiones ridas de Australia se
usa agua de pozo con un contenido de sales disueltas de ms 300.000
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ppm. La calidad del agua puede tener un efecto significativo en la
metalurgia. Las sales solubles pueden causar una activacin o una
depresin indeseada de varios metales, afectando significativamente la
estructura de la espuma y el consumo de espumante, as como el
consumo de otros reactivos. Las sales de magnesio, hierro y cobre son
especialmente problemticas. Es preferible, por lo tanto, realizar estudios
de flotacin usando el agua de proceso del circuito de flotacin de la
planta como una forma de simular de manera ms cercana las
condiciones reales de la planta. En los casos en donde esto no sea muy
prctico, se puede fabricar agua de proceso simulada, despus de analizar
el agua de la planta y agregar la correcta cantidad de minerales o sales.
Las pruebas rutinarias de laboratorio para analizar la flotacin se pueden
realizar usando agua de la llave, pero los resultados se deben confirmar
in-situ usando agua de proceso de la planta y pulpa fresca.
2.5.Densidad de la pulpa: la densidad de la pulpa que afecta su viscosidad,es un factor significativo que influye en los resultados de la flotacin. Las
altas viscosidades de la pulpa inhiben la dispersin del aire y no permiten
la formacin de una buena burbuja, afectando negativamente las
recuperaciones. Los diferentes mecanismos de las mquinas de flotacin
estn sujetos a este efecto en diversos grados. Es una prctica comn en
pruebas de laboratorio, realizar la flotacin rougher en pulpas de 25 a
40% de slidos. La flotacin de limpieza normalmente se realiza a
densidad de pulpa ms bajas comparadas con la flotacin rougher. La
menor densidad de la pulpa tiende a producir leyes ms altas de
concentrado, estimulando un mejor drenaje de la espuma. Las densidades
de pulpas ms altas son normalmente aceptables para los minerales de
gravedad especfica mayor.
2.6.Potencial de la pulpa: el potencial de la pulpa puede jugar un papelclave en la flotacin de un sulfuro. Para un valor de pH dado, se puede
determinar el rango de potencial para la ptima flotacin de un mineral
especfico. Se han publicado dichos rangos de potencial redox, tanto para
los sistemas que usan xantatos como para los que no lo hacen. Los
potenciales se pueden modificar electrnica o qumicamente, siendo esta
ltima ms prctica, especialmente para los sulfuros minerales. Para este
propsito se utiliza normalmente sulfuro sdico (Na2S), sulfhidrato de
sodio (NaHS), dixido de azufre (SO2), nitrgeno y aire. La adicin del in
del sulfuro requiere un cuidadoso control, para asegurar el xito de la
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flotacin o depresin controlada por el potencial redox. Las mediciones de
potencial se pueden tomar con un electrodo de in de sulfuro (SIE) o un
electrodo Ag2S (vs Ag/AgCl) cuando se usen iones de sulfuro para ajustar
el potencial de la pulpa. Se recomienda un electrodo de Pt o Au para las
mediciones de potencial en todos los otros sistemas.
2.7.Temperatura de la pulpa: normalmente, la temperatura de flotacin nose estudia en la separacin de sulfuros de metales base, no obstante
debiera mantenerse tan constante como sea posible. Sin embargo, el
efecto de la temperatura sobre la separacin de minerales complejos no
debiera ignorarse. Se recomienda el uso de agua de proceso a
temperatura ambiente, almacenada en grandes estanques. La
temperatura juega un rol clave en la separacin de sulfuros y no sulfuros
metlicos.
2.8.Colectores: establecer la mejor combinacin de colectores esgeneralmente considerado como uno de los aspectos ms importantes de
la investigacin metalrgica. Aunque existen muchos colectores
individuales para sulfuros minerales, los productos qumicos que se usan
ms ampliamente pertenecen a las familias tales como: monotiofosfatos,
ditiofosfatos, tionocarbamatos, tioreas, steres alil xantato,
xantoformiatos, mercaptobenzotiazol y xantatos. Dentro de cada una de
estas familias existen muchas variaciones de grupos alquilo y arilo que
especialmente en el caso de los ditiofosfatos, pueden mostrar diferencias
significativas en el rendimiento metalrgico de un mineral. Se deben
probar al menos unas pocas variaciones dentro de una clasificacin
qumica en particular, antes de emitir un juicio sobre su efectividad. Del
mismo modo, el juicio sobre el comportamiento de un colector no se
debera hacer precipitadamente basndose solamente en su uso. Las
combinaciones de distintos tipos de colectores tales como
tionocarbamatos con ditiofosfatos, pueden mostrar un mejor
comportamiento metalrgico (sinergismo) que cualquiera de los
colectores usados individualmente.
2.9.Espumantes: La eleccin de un espumante apropiado para la operacinde la planta mediante las pruebas de laboratorio, es ms difcil que para
otros reactivos que se van a usar en la planta. Resulta de especial inters
la capacidad del espumante para mejorar la cintica de flotacin, la
recuperacin y la selectividad. El espumante o la combinacin de
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espumantes seleccionado debera producir condiciones de espumacin
adecuadas para el transporte de mineral a la fase de espuma y el
siguiente rebose de la celda mientras permite tambin el drenaje de las
partculas arrastradas en la ganga. El tipo de celda de flotacin que se usa
en la planta, la granulometra del mineral, los minerales presentes y sus
asociaciones, y la presencia de lamas van a influir en las condiciones de la
espumacin y el carcter de la espuma. Es una prctica comn hacer la
eleccin final del espumante mediante la prueba real en la planta. Para
las pruebas en laboratorio de flotacin por lote se considera adecuada una
altura de espuma de 1,5 a 3,0 cm. Donde la selectividad de la flotacin es
esencial, la primera opcin debera ser un espumante tipo alcohol (es
decir, espumantes AEROFROTH 70, 76, 88 u OREPREP 501). Donde se
requieren condiciones de espumacin ms fuerte, se recomienda el uso
de un espumante tipo polipropilenglicol, tal como AEROFROTH 65,
OREPREP 507, y OREPREP 786.
2.10.Depresantes: la presencia de minerales de ganga de fcil flotacin,tales como talco, clorita, sericita y pirofilita, puede requerir depresores
como AERO 633, CYQUEST 3223, AERO 8842, AERO 8860 y varios
polisacridos naturales. La materia carboncea puede usar el depresor
AERO 633 o el reactivo S-7107.
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL.
3.1. MATERIALES Y EQUIPOS
Celda de flotacin de minerales
Un cronmetro.
Una pizeta
Recipientes (bandejas de aluminio o acero inoxidable).
3.2. PROCEDIMIENTO
Cada variable de optimizacin de la flotacin rougher batch considera larespuesta en tres puntos para encontrar una curva de tendencia. Los anlisis
qumicos se realizan por duplicado para minimizar el error de la determinacin.
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Caracterizacin del mineral alimentado al proceso de flotacin:
Determinar el contenido de cobre y hierro total por espectrofotometra de
absorcin atmica (EAA), la distribucin granulomtrica (P80) del mineral
alimentado a la flotacin, pH natural y densidad del mineral.
Optimizacin de variables de flotacin: Se considera un tiempo de
flotacin de 10 min. El valor de pH se ajusta con una lechada de cal viva (CaO)
y se corrige con una solucin acuosa acidulada con H2SO4 (normalmente al
20%).
pH: valor de pH natural y dos puntos adicionales por encima de este
valor. Se recomienda incluir el pH= 9 (favorable para la flotacin de
metales preciosos) y pH=11 (favorable para la depresin de la pirita).
P80: como recibido. Normalmente la granulometra de alimentacin demineral molido hacia la flotacin rougher se encuentra en el rango de
160 a 250 m.
Porcentaje de slidos: Tradicionalmente 20, 30, 40%. La mayora de las
concentradoras utiliza en la etapa rougher o bien en la colectiva un valor
en torno a 30%.
Concentracin de colector y espumante: de acuerdo a las indicaciones
del proveedor del reactivo (normalmente en g de reactivo por tonelada
de mineral). Se debe conocer la densidad del reactivo, cuando es
lquido.
Acondicionamiento de reactivos: 5, 10, 20 min. Normalmente 5 minsuele ser suficiente.
Flujo de aire: emplear tres valores (L/min) de acuerdo a la escala del
flujmetro.
Velocidad de agitacin: 800, 900 rpm.
El punto ptimo se determina a travs de grficas de recuperacin metalrgica
de cobre y de hierro versus los tres puntos de la variable en estudio,
considerando el resto de las variables bajo condiciones ceteris paribus o
constantes.
Caracterizacin de concentrado y cola. El concentrado y cola, se sometera un anlisis por cobre y hierro total mediante EAA.
Los experimentos descritos en el punto anterior se realizarn en una celda de
flotacin convencional EDEMET sub aireada modelo CFLE-3.3 como la que se
muestra en la Figura 1.
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Los datos y procedimientos se deben llevar en una bitcora. Cualquier
modificacin de variables, condiciones experimentales o fallos se deben
registrar en esta para respaldar los resultados. Se recomienda tener en Excel
una tabla como la mostrada a continuacin en la Tabla 1.
Tabla 1:Registro de datos en excel.
Variables experimentales Experimento 1 Experimento 2 Experimento n
Volumen efectivo de celda (m3)
F80
Porcentaje en slidos (%)
Peso alimentacin (g)
pH
Colector (g/ton)
Espumante (g/ton)
Activador (g/ton)
Flujo de aire (L/min)
Velocidad de agitacin (rpm)Resultados experimentales
Peso de concentrado (g)
Peso de cola (g)
Resultados instrumentales
Ley de hierro cabeza (%)
Ley de hierro concentrado (%)
Ley de hierro cola (%)
Observaciones
Indicar cualquier deteccin fuera de lonormal en relacin con espumacin,fluidez del concentrado, color, etc.
Figura 1. Identificacin de los componentes de la celda.A) regulador de flujo de aire, B) rotmetro
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El nivel de la pulpa se debe marcar en la celda como se indica en la Figura 2,
de acuerdo a las dimensiones de la celda utilizada: AxBxCxD.
Se debe disponer de un pH-meter debidamente calibrado en el rango bsico(solucin buffer bsico). El uso fundamental de soluciones de calibracin y
limpieza es para mantener y producir lecturas adecuadas y reproducibles.
Considerando el volumen efectivo de la celda y el valor de porcentaje de
slidos que se va a emplear, mediante las ecuaciones del anexo I, se debe
determinar la cantidad de masa de material que se debe alimentar a la celda
para formar la pulpa mineral. El agua utilizada en los experimentos debe ser
destilada (libre de impurezas, en particular evitar el agua potable por sus
contenidos de cloro).
Figura 2. Nivel de la pulpa en la celda de flotacin.
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La paleta espumadora debe ser de la forma y dimensiones mostrada en la
Figura 3.
Figura 3. Posicin de la paleta espumadora para evitar el arrastre de pulpa enel concentrado.
Es relevante que el operador de la mquina, realice un paleteo constante ysuave. Se recomienda inicialmente controlar el paleteo cada cierto intervalo de
tiempo, controlado por cronmetro, hasta que se adquiera la experiencia (cada
10 segundos aproximadamente).
Accionar la mquina con la vlvula del aire cerrada y agitar por un minuto y
luego medir el pH. El valor del pH se debe ajustar a los valores indicados
segn Tabla 2. La pirita flota mejor a pH ligeramente cidos (valores entre 6 y
7) y se deprime mayormente a pH cercano a 11; en la industria se procura
trabajar con pulpas de pH alcalinas, para evitar la corrosin del metal de los
equipos.
Agregar gotas de colectos y luego espumante usando micropipeta y agitar
(acondicionar) manteniendo la vlvula de aire cerrada.
Para la flotacin, abrir la vlvula del aire, hasta que se observe la formacin de
una cama de espuma compuesta por burbujas de aire cargadas con los
minerales que se quieren recuperar (concentrado de sulfuros metlicos).
Espuma y altura de espuma
mecanismo
Paleta espumadora
A: 10 mm bajo el labio de
descarga
B: 15 a 25 mm bajo el labio de
descarga.
Labio de descarga
Nivel de espuma
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Recoger el concentrado en una bandeja y observar la calidad del concentrado
(se recomienda tomar fotografa colocando como referencia en un borde de la
bandeja una tapa de lpiz). Se debe tomar el tiempo desde que se inicia hasta
que se agote o termine la flotacin (10 minutos).
Filtrado y secado de productos: los productos obtenidos de la flotacin
(concentrado y cola) son filtrados por gravedad en un embudo analtico. Si los
productos presentan una difcil sedimentacin, es conveniente utilizar
floculante y decantar el lquido claro antes de filtrar. Si no se dispone de un
filtro, se debe dejar sedimentar la muestra y enseguida vaciar el agua clara.
Los productos despus de filtrados (concentrado y cola) se colocan en
bandejas de aluminio y se introducen al secador a una temperatura mxima de
105C. Una vez secados se obtiene su peso por diferencia de peso entre elpeso de la bandeja ms producto menos el peso de la bandeja.
La suma de estos pesos referenciados al peso de material alimentado a la
celda (balance de masa global), ser un indicador de la precisin del
experimento.
Peso de productos y preparacin para anlisis qumicos: se pesan los
productos, se disgregan y se colocan en bolsas debidamente identificadas
(rotulo indicando tipo de muestra, fecha y anlisis requerido), para enviarlas a
un laboratorio de anlisis qumico. Obtener dos muestras representativas por
producto (concentrado y cola) de 50 g cada una, debidamente rotuladas. Unamuestra es para anlisis qumico y otra constituye el respaldo por si se
requiere un anlisis posterior equivalente o de otra naturaleza.
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La actividad a desarrollar por cada grupo se indica en la Tabla 2.
Tabla 2: Distribucin de variables por grupo.
GRUPO pH %S
Dosiscolector
(ditiofosfato)g/ton
Dosisespumante
(aerofroth 70)g/ton
Velocidadde
rotacin(rpm)
Tiempoacondicionamiento
(min)
Flujo degas
(L/min)
Tiempoflotacin
(min)
1 natural 25 20 30 900 5 10 102 natural 25 20 30 900 5 15 103 9 15 20 30 900 5 10 104 9 25 20 20 900 5 10 105 9 25 20 30 900 5 10 106 9 25 10 30 900 5 10 107 9 30 20 40 900 5 10 108 9 25 30 30 900 5 10 109 9 25 20 30 900 5 15 1010 9 25 20 30 800 5 10 1011 9 25 20 40 800 5 10 1012 11 25 20 40 800 5 10 1013 11 25 20 30 900 5 10 10
4. RESULTADOS
El informe debe ser regido estrictamente por la pauta de elaboracin entregada
por el profesor del curso. Adems, en la seccin de resultados, el informe debe
contener:
Ecuaciones y clculos empleados para determinar la adicin de
reactivos, porcentaje de slidos, recuperacin de metales entre otros.
Anlisis estadstico de los datos: promedio, desviacin estndar,
covarianza y coeficiente de variacin. Cabe mencionar, que las
discusiones y conclusiones son en base a los resultados obtenidos
experimentalmente.
Se recomienda usar las siguientes frmulas para el anlisis de los datos
experimentales.
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5. ANEXOS
a) Indicadores de la flotacin
Recuperacin en peso:
= 100
Recuperacin metalrgica:
=
100
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JIA/Abril de 2016