Universidad de Concepcin
Facultad de Ingeniera
Departamento de Ingeniera Metalrgica
1
Curso Flotacin
(542401)
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Profesor: Leopoldo Gutirrez Briones
Semestre 1-2015
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CAPTULO 7
FLOTACIN COLUMNAR
2
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Tipos de mquinas ms usadas a nivel industrial
Mquinas de flotacin
Dentro de las mquinas de flotacin destacan las celdas de flotacin
mecnicas y neumticas.
Celdas de flotacin mecnicas. Las burbujas son generadas rompiendo
mecnicamente la corriente de aire usando impulsores o agitadores de
distintos diseos. Son las ms usadas en la industria.
Celdas de flotacin neumticas. Las burbujas son generadas por succin
cuando se contacta fluidos a alta velocidad, por la aireacin mecnica de la
pulpa o inyectando aire a travs de un medio poroso.
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Descripcin
Columnas
Las columnas de flotacin son celdas de flotacin que caen dentro
de la clasificacin de celdas
neumticas, en la cual la
alimentacin y el flujo de burbujas se
mueven en contra corriente.
Se diferencian de las celdas convencionales principalmente por
su geometra (relacin
altura/dimetro), presencia de agua
de lavado, ausencia de agitacin
mecnica y por la presencia de un
sistema de generacin de burbujas.
Las columnas comerciales tienen dimensiones que varan entre 9-15
m de altura y 0.5-3.0 m de dimetro.
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Descripcin
Columnas
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Descripcin
Columnas
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Descripcin
Columnas
Dentro de las partes ms importantes de una columna de flotacin estn las
siguientes:
Sistema de inyeccin de aire y generacin de burbujas
Sistema de adicin de agua de lavado
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Inyeccin de aire
Columnas
Los dispositivos de generacin de burbujas en las columnas de flotacin
pueden ser internos o externos. Esta denominacin queda definida por la
ubicacin de la zona en que se forman las burbujas, esto dentro o fuera de la
columna.
Generacin de burbujas interna: las burbujas son generadas directamente
dentro de la columna por inyeccin de aire a travs de uno, varios o muchos
orificios (tubos con orificios perforados o hechos de un material poroso);
Generacin de burbujas externa: las burbujas son generadas fuera de la
columna para ser subsecuentemente inyectadas en la columna, la que es
usada principalmente como un estanque de separacin.
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Inyeccin de aire
Columnas
Generacin de burbujas interna Generacin de burbujas externa
Columna Canadiense-Ingreso
de aire interno. Contra-
corriente.
Microcel-Ingreso de aire
externo. Contra-corriente.
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Inyeccin de aire
Columnas
El sistema generador de burbujas de una columna de flotacin es una parte
primordial en la buena operacin industrial de este tipo de celdas. Este
sistema debe ser capaz de generar burbujas de 0.5-2 mm de dimetro, con
valores de Jg de 1-3 cm/s con valores de hold-up eg de 15-20 % (Yianatos, 2006).
Los inyectores de aire internos pueden ser rgidos de materiales cermicos o
acero inoxidable o flexibles de goma perforada o tela de filtracin. Sin
embargo el uso de materiales flexibles puede aumentar la obstruccin de los
poros.
El mecanismo de accin de los aireadores externos consiste en generar una
mezcla de agua (o pulpa) y aire a presin, la cual es posteriormente
inyectada a la columna a travs de lanzas. Tienen la ventaja de que se
pueden remover e inspeccionar para controlar su buen funcionamiento. Los
aireadores externos son los ms usas en las columnas industriales
(Yianatos, 2005).
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Inyeccin de aire-externa
Columnas
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Inyeccin de aire
Columnas
Entre los inyectores de aire o Spargers ms usados a nivel industrial estn
los siguientes:
Comerciales:
Minnovex, SlamJet
No comerciales:
Un solo orificio, varios orificios
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Inyeccin de aire: Minnovex
Columnas
El aire entra a un dispositivo cermico de seccin anular variable, que
permite cambiar el tamao de burbuja generado.
Aire entra
Burbujas
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Inyeccin de aire: Slamjet
Columnas
El sistema generador de burbujas Slamjet fue desarrollado para generar
burbujas finas dentro de una columna de flotacin. El sistema Slamjet fue
diseado con una construccin simple y de fcil operacin, cuenta con un
diseo robusto, de baja mantencin, facilidad de limpieza y tiene la ventaja
que puede ser retirado para su inspeccin mientras la columna est en
funcionamiento. Este inyector permite variar el flujo de aire y las dimensiones
del orificio de inyeccin de aire por reemplazo de la boquilla de salida.
Aire entra
Burbujas
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Inyeccin de aire: No comerciales
Columnas
Por los altos costos de los Spargers comerciales muchas operaciones han
optado por construir sus propios inyectores. Bsicamente consiste en tubos
de acero o material plstico a los cuales de le hacen uno o ms orificios.
Burbujas
Aire entra Burbujas
Aire entra
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Sistema de adicin de agua de lavado
Columnas
Las columnas de flotacin consideran un sistema de adicin de agua de
lavado en la parte superior que tiene por objetivo el mejorar el grado de
limpieza del concentrado. El sistema de adicin de agua de lavado debe
asegurar una buena dispersin del agua sobre la superficie superior de la
espuma obtenida. El agua de lavado elimina partculas finas hidroflicas de
ganga que son arrastradas por el flujo ascendente de agua y slidos.
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Sistema de adicin de agua de lavado
Columnas
El sistema de adicin de agua de lavado puede ser interno o externo.
Externo: est instalado arriba de la
espuma. Tiene la gran ventaja de que
permite inspeccin visual fcil. Tiene la
desventaja de que requiere mayor flujo de
agua para lograr BIAS, y reduce el
porcentaje de slidos del concentrado
obtenido.
Interno: est instalado 10-20 cm bajo el
rebalse de concentrado. Tiene la ventaja
de requerir menos flujo de agua y
producir concentrados con mayor
porcentaje de slidos. Tiene la desventaja
de que no permite inspeccin visual y los
orificios se obstruyen con facilidad.
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Parmetros de diseo-Conceptos
Columnas
Nivel: se refiere al lmite fsico entre la
zona de coleccin y la zona de limpieza
(Hc).
Hold-up: Es la fraccin volumtrica de
aire en una zona de la celda de flotacin
(eg).
Velocidad superficial de gas Jg: razn
entre el caudal de aire Qg y el rea de la
seccin transversal de la celda Ac en
cm/s.
BIAS JBIAS: fraccin neta de agua de
lavado que fluye a travs de la espuma.
Tambin se puede expresar como cm/s.
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Parmetros de diseo-Conceptos
Columnas
Capacidad de levante (Carrying
capacity): es la mxima velocidad de
transporte y descarga de concentrado por
unidad de rea seccional en una
columna, que se expresa en unidades de
toneladas por unidad de reea seccional
por unidad de tiempo t/h/m2.
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Parmetros de diseo
Columnas
Parmetro Rango Valor de diseo
Altura de columna, m 7-15 12
Dimetro de columna, m 0.5-3.0 2.5
Altura espuma, m 0.5-2.0 1.0
Velocidad superficial de gas Jg, cm/s 0.5-3.0 1.5
Hold-up eg, % 5-35 15
Dimetro de burbuja db, mm 0.5-2.0 1.0
Velocidad superficial de pulpa Jp, cm/s 0.2-2.0 1.0
Capacidad de levante, t/h/m2 2-3 2.5
Velocidad superficial de BIAS Jb, cm/s 0.0-0.3 0.1
Velocidad superficial de agua de lavado Jw, cm/s 0.2-1.0 0.4
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Parmetros de diseo-tiempo de residencia
Columnas
El tiempo de residencia en una columna se calcula considerando el volumen
de la zona de coleccin. En la siguiente tabla se sealan los parmetros de
diseo tpicos de una columna de flotacin.
T
gcc
T
ucc
Q
1HA
Q
V e
Volumen til para pulpa en la zona de coleccin
Flujo volumtrico de cola de flotacin
rea de seccin transversal de la celda de flotacin
Altura de la zona de coleccin
Hold-up de gas= volumen de aire/volumen total.
:Vuc:QT:Ac:Hc:ge
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Parmetros de diseo-tiempo de residencia
Columnas
Parmetro Valor de diseo
Altura de columna, m 12
Dimetro de columna, m 2.5
Altura espuma, m 1.0
Hold-up eg, % 15
Tonelaje alimentacin columna, t/h/m2 10.0
Capacidad de levante, t/h/m2 2.5
Porcentaje slidos, % 30
Densidad de concentrado, t/m3 4.2
h6.94Q m
3
T
min29h485.0
6.94
15.01112
5.214.3
2
c
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Estrategias de control operacional
Columnas
Las estrategias de control estn orientadas a mantener la operacin de la
columna en forma estable y manejar las variables recuperacin y ley del
concentrado obtenido.
Control de nivel: se puede controlar mediante la adicin de agua de lavado mientras que el flujo de cola se fija de acuerdo a los volmenes
de cola y concentrado usando la razn de BIAS como set-point.
Control de nivel: se puede controlar mediante la variacin de flujo de cola usando como set-point la adicin de agua de lavado.
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Parmetros metalrgicos
Columnas
Finch and Dobby, 1990
Una caracterstica interesante de las columnas
es que permiten obtener concentrados de
mayores leyes que las celdas convencionales
para la misma recuperacin.
Finch and Dobby, 1990
La adicin de espumante permite aumentar la
fraccin de aire en la zona de coleccin para un
mismo flujo de aire.
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Parmetros metalrgicos
Columnas
El aumento en el flujo de aire Jg reduce el flujo de
agua a travs de la espuma lo que se ve
reflejado en una disminucin del BIAS.
Finch and Dobby, 1990
Finch and Dobby, 1990
El aumento en el flujo de aire Jg mejora la
recuperacin en la zona de limpieza espuma (Rf).
A mayor dimetro de columna (dc) baja Rf, lo
mismo ocurre cuando la altura de la zona de
limpieza disminuye.
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Parmetros metalrgicos
Columnas
El aumento en el flujo de aire Jg es positivo
en la recuperacin global hasta cierto lmite.
A valores muy altos de velocidad superficial
de gas, aumenta coalescencia de burbujas,
desestabiliza la espuma, lo que impacta
negativamente en la recuperacin global.
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