Flotación de minerales

Los minerales extraídos de metales no ferrosos suelen ser pobres y la mayoría son rocas estériles. Uno de los principales métodos de enriquecimiento de minerales es la flotación. El método se basa en la diferencia de mojabilidad de las partículas.

La flotación es uno de los métodos de enriquecimiento de minerales, que se basa en la diferente capacidad de los elementos para ser retenidos en la superficie de interfase (la interfaz entre dos medios), debido a la diferencia en las energías superficiales específicas. Debido a estas propiedades distintivas, las partículas de elementos minerales se dividen en dos tipos:

• Las partículas hidrófobas son aquellas que se humedecen poco con el agua, es decir, tienden a evitar el contacto con ella. Un ejemplo de la manifestación de las propiedades hidrófobas es el comportamiento del agua recogida en las hojas de los árboles o en la hierba (Fig. 1). El agua adopta una forma redondeada y permanece inmóvil, es decir, no se esparce, como suele ocurrir. Lo mismo ocurre con las partículas de minerales y menas que han sufrido procesos de trituración y molienda. Estas partículas, que se encuentran a menudo en soluciones líquidas, muestran sus propiedades hidrófobas al intentar combinarse con las moléculas del aire u otros gases para flotar hasta la superficie y reducir su energía.
• Hidrófilo : partículas que se humedecen bien con agua cuando están en soluciones y suspensiones.

Por lo tanto, las partículas hidrófobas tienden a unirse con las moléculas de aire, o más precisamente, con las burbujas de aire, para flotar hacia la superficie; esta propiedad se utiliza en la separación de componentes minerales. Sin embargo, la adhesión a las burbujas de aire no es el único proceso por el cual las partículas hidrófobas pueden deshacerse del exceso de energía. Varios aceites tienen propiedades similares. El aceite vertido en un vaso de agua flotará hacia la superficie porque el aceite también es un compuesto hidrófobo.

Enriquecimiento de minerales por flotación

Los métodos de flotación se diferencian por el tipo de interfaz que se crea para separar los componentes del mineral. Son:

• Flotación de petróleo. Mezcla de mineral triturado con petróleo y agua, lo que hace que los minerales sulfurados, que no se humedecen bien con el agua, floten hacia la superficie.
• Flotación por espuma . Flotación en la que se hacen pasar burbujas de aire a través de una mezcla de partículas y agua, tras lo cual se forma en la superficie una espuma saturada con los componentes que se están haciendo flotar. Esta espuma se separa del líquido y se seca.

Para realizar la flotación por espuma, el mineral debe triturarse hasta 0,1-0,2 mm.

Sin embargo, no todos los componentes valiosos de los minerales tienen la hidrofobicidad suficiente para su extracción. Por el contrario, los elementos de la ganga pueden tener una hidrofobicidad más pronunciada que los componentes valiosos de los minerales. Para ello, existen compuestos químicos especiales denominados reactivos. Los reactivos son sustancias que aumentan o disminuyen las propiedades hidrofóbicas/hidrofílicas de las partículas. Según sus propiedades, los reactivos se dividen en las siguientes categorías:

• Los colectores son sustancias que quedan absorbidas en la superficie del metal que debe extraerse de la solución (convertirse en espuma).
• Los reguladores tienen el efecto opuesto y, por el contrario, aumentan las propiedades hidrófilas de las partículas individuales, por lo que éstas se vuelven incapaces de flotar.
• Los agentes espumantes proporcionan estabilidad a las espumas mineralizadas.
• Los reactivos activadores son reactivos que crean condiciones que favorecen la fijación de los colectores a la superficie de los minerales.
• Los reactivos depresores son reactivos que se utilizan para evitar la hidrofobización de minerales por parte de los colectores. Están diseñados para aumentar la selectividad de la flotación al separar minerales con propiedades de flotación similares.

Los reactivos de flotación son materias primas costosas. Para el control automático del modo reactivo del proceso de flotación, es necesario determinar el contenido cuantitativo de varios elementos en la pulpa en tiempo real. Para estas tareas, se utiliza el analizador de fluorescencia de rayos X de flujo ARP-1C , que es capaz de determinar la concentración de elementos desde Ca hasta U en la tubería de pulpa.

Los procesos de flotación juegan un papel muy importante en el enriquecimiento de minerales de diversos elementos. La flotación por espuma es la que tiene mayor eficiencia, por lo que se ha convertido en la más extendida.

Antes de enriquecer el mineral mediante flotación, se tritura en molinos especiales, lo que lo convierte en una carga compuesta por partículas valiosas de mineral y roca estéril. Para una flotación de alta calidad, es necesario seleccionar un grado de trituración que garantice una separación suficientemente completa de los minerales. Los granos de tamaño de 0,1 a 0,04 mm se separan mejor mediante flotación. Las partículas más pequeñas se separan peor y las partículas de menos de 5 micrones perjudican la flotación de partículas más grandes. El efecto negativo de las partículas de tamaño micrométrico se reduce con reactivos específicos. Las partículas grandes (1-3 mm) se desprenden de las burbujas durante la flotación y no flotan.

En la primera etapa de flotación, el mineral triturado se mezcla con agua en la cámara de mezcla, formando una pulpa (una mezcla de partículas de mineral y roca estéril en agua). Al mismo tiempo, se agrega un reactivo de flotación a la cámara, que humedece solo las partículas valiosas del mineral, pero no la roca estéril.

Luego la pulpa entra en una máquina de flotación, a la que se le suministra aire mediante una bomba.

Al flotar, las burbujas de aire se encuentran con granos de mineral valioso y granos de roca valiosa. Cuando una partícula de mineral valioso cubierta con una capa de reactivo de flotación se encuentra con una burbuja de aire, el agua, sin mojar el reactivo, se desliza por la superficie de la partícula y esta se acerca a la burbuja (se adhiere).

Los granos de roca estéril se humedecen con agua y no se adhieren a ella. Las burbujas de aire flotan junto con el mineral valioso, formando espuma con el mineral valioso. El agregado que consiste en partículas sólidas y burbujas de aire (o cualquier gas) se llama aerofloculo .

La pulpa pasa luego a un tanque de sedimentación, donde se depositan las partículas de mineral de desecho y la espuma con el mineral valioso pasa a un recipiente receptor, donde las burbujas de aire estallan y el mineral valioso se deposita en el fondo.

La flotación también se utiliza para purificar el agua de sustancias orgánicas (aceite, grasa), bacterias, sedimentos salinos finamente dispersos, etc. Este tipo de enriquecimiento también se utiliza en la industria alimentaria, química y otras para purificar aguas residuales industriales, acelerar la sedimentación, separar suspensiones sólidas y emulsionar sustancias, etc.

El método de flotación se mejora constantemente de las siguientes maneras:

• síntesis de nuevos tipos de reactivos de flotación;
• diseño de máquinas de flotación;
• sustitución del aire por otros gases (oxígeno, nitrógeno);
• Implementación de sistemas para el control de los parámetros de la fase líquida de pulpa de flotación.

La flotación permite el uso de yacimientos de mineral finamente diseminados en la producción industrial y garantiza el uso integral de los minerales.