flotación selectiva de enargita desde un concentrado final de sulfuros de cobre de collahuasi
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7/30/2019 Flotacin selectiva de Enargita desde un concentrado final de sulfuros de cobre de Collahuasi
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UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICASDEPARTAMENTO DE INGENIERA DE MINAS
FLOTACIN SELECTIVA DE ENARGITA DESDE UN CONCENTRADOFINAL DE SULFUROS DE COBRE DE COLLAHUASI
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGSTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERAMENCIN METALURGIA EXTRACTIVA
MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL DE MINAS
ERIKA GLORIA MNDEZ MUOZ
PROFESOR GUA:SR. ALDO CASALI BACELLI
MIEMBROS DE LA COMISIN:SR. WILLY KRACHT GAJARDOSR. TOMS VARGAS VALERO
SR. CONSTANTINO SUAZO HORMAZBAL
SANTIAGO DE CHILEJUNIO 2009
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Dedicado a mi querido Tata
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AGRADECIMIENTOS
Gracias a mi familia, mam, abuela, John, Leslie y Carla, por todo su amor y esfuerzo.
Les agradezco por apoyarme en este largo camino, los quiero mucho.
Gracias a mis amigas Andrea, Claudia y Lilian. Ustedes han sido mi gran soporte en
estos aos en la universidad.
Gracias a los profesores de la comisin, especialmente a Aldo Casali, por su apoyo y
gua durante la realizacin de este trabajo.
Gracias a los tcnicos del Laboratorio de Procesamientos de Minerales, en especial a
Oscar Vicencio, por su trabajo y ayuda durante este tiempo.
Gracias a la Compaa Minera Doa Ins de Collahuasi, que hizo posible la realizacin
de esta investigacin. Gracias a Oscar Alruiz y Constantino Suazo, por su apoyo
durante este trabajo.
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RESUMEN
El objetivo principal de este trabajo fue estudiar terica y experimentalmente aquellos
procedimientos que permitan limpiar de arsnico un concentrado de cobre, mediante una
flotacin diferenciada de enargita de otros sulfuros de cobre.
El estudio experimental se realiz en una celda de flotacin de laboratorio con agitacin
mecnica, utilizando un concentrado final de Cu de Compaa Minera Doa Ins de Collahuasi,
el cual tiene 3.300 ppm As y 24,4% Cu. Las variables operacionales analizadas fueron la
velocidad de agitacin (Ns), la velocidad superficial de gas (Jg), el pH, la concentracin de
slidos (Cp) y los reactivos. Adems, se estudi algunas alternativas para flotar selectivamentela enargita, tales como la utilizacin de depresantes de sulfuros de cobre y la variacin del
potencial de la pulpa.
Los resultados mostraron que las variables ms influyentes en la separacin Cu-As fueron la
velocidad de agitacin, el flujo de aire y el tipo de reactivos de flotacin, ya que utilizando altos
niveles de agitacin y bajos flujos de aire se alcanzaron las mayores recuperaciones de As y
eficiencias de separacin Cu-As. Al utilizar depresantes de sulfuros de cobre las recuperaciones
disminuyeron, pero no se observ una depresin selectiva de las especies de As o Cu, ya quelas recuperaciones de ambos siguieron la misma tendencia. Cuando se analiz la influencia de
la variacin del potencial, se obtuvo que la mayor recuperacin, independiente del pH de la
pulpa, se alcanz cuando no se modific el Eh.
La mayor eficiencia relativa de separacin Cu-As alcanzada fue de 99% de lo posible de
separar. Esto ocurri cuando la recuperacin de As fue 71,8%, la recuperacin de Cu fue 26,3%
y la recuperacin en peso fue 21,3%. Las condiciones de flotacin fueron: Jg de 0,45 cm/s (bajo
condiciones estndar de presin y temperatura), Ns de 3,0 m/s, Cp de 17,4% y pH 8. Seutilizaron 15 g/t del colector AP 3418 (ditiofosfato), 7,5 g/t del colector MX 7016
(tionocarbamato) y 15 g/t del espumante F 501(mezcla de alcoholes). En estas condiciones, el
potencial de la pulpa estuvo en torno a 400 mV vs SHE y el d32 fue igual a 0,76 mm.
Finalmente, se pudo concluir que es posible limpiar de As un concentrado de cobre, generando
un concentrado de Cu de bajo contenido de As comercializable y un concentrado de Cu de alto
As, cuyo tratamiento est fuera del alcance de esta tesis.
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ABSTRACT
The main objective of this work was to study, both theoretically and experimentally, the
procedures that allow the removal of arsenic from copper concentrates by differential flotation
separating enargite and other copper sulfides.
The experimental study was conducted in a mechanically agitated flotation cell, at laboratory
scale, treating a final copper concentrate obtained from Compaa Minera Doa Ins de
Collahuasi, with grades of 3.300 ppm As y 24.4% Cu. The operational variables studied were
agitation speed, air feed rate, pH, solid concentration (Cp) and reagents. In addition, some
selective flotation alternatives were analyzed, such as using copper sulfide depressants andpulp potential variations.
The results showed that the most significant variables in Cu-As separation were agitation speed,
air feed rate and reagent, because the highest arsenic recoveries and Cu-As separation
efficiencies occurred when high agitation speed, low air feed rate and modified reagents were
used. When copper sulfide depressants were used the recoveries decreased, but no selective
depression of As and Cu was observed because the recovery of both followed the same trend.
In the case of potential variation studies, it was observed that the highest recovery,independently of pulp pH, was reached when the oxidation-reduction potential (Eh) wasnt
modified.
The greatest Cu-As separation efficiency reached was 99% of what is possible to separate. This
occurred when As recovery was 71.8%, Cu recovery was 26.3% and the weight recovery was
21.3%. The flotation conditions were: Jg of 0.45 cm/s, Ns of 3.0 m/s, Cp of 17.4% and pH 8. The
flotation reagents were AP 3418, MX 7016 and F501. In these conditions, pulp potential was
around 400 mV vs SHE and the d32 was equal to 0.76 mm.
Finally, was concluded that it is possible to remove As from a copper concentrate and generate
a marketable, low arsenic-copper concentrate and a high arsenic-copper concentrate, beyond
the scope of this Thesis.
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NDICE DE MATERIAS
1. INTRODUCCIN ......................................................................................................... 1
1.1. OBJETIVOS .......................................................................................................... 3
2. ANTECEDENTES ........................................................................................................ 4
2.1. ANTECEDENTES SOBRE FLOTACIN .............................................................. 4
2.1.1. Principios de flotacin .................................................................................. 42.1.2. Circuitos de flotacin ................................................................................... 5
2.1.3. Tipo de celda de flotacin ............................................................................ 7
2.1.4. Reactivos de flotacin ................................................................................. 8
2.1.5. Dispersin de gas en flotacin................................................................... 10
2.1.6. Cintica de flotacin .................................................................................. 14
2.1.7. Flotacin de sulfuros ................................................................................. 16
2.2. ANTECEDENTES SOBRE ENARGITA............................................................... 17
2.2.1. Caractersticas de la enargita .................................................................... 17
2.2.2. Cristalografa ............................................................................................. 18
2.2.3. Propiedades fsicas ................................................................................... 19
2.2.4. Propiedades qumicas ............................................................................... 20
2.2.5. Gnesis y localizacin ............................................................................... 20
2.2.6. Propiedades superficiales ......................................................................... 21
2.2.7. Estudios de potencial zeta ......................................................................... 22
2.2.8. Diagramas Eh-pH ...................................................................................... 23
2.2.9. Comportamiento electroqumico ................................................................ 24
2.2.10. Flotacin de enargita ............................................................................... 26
2.3. FLOTACIN SELECTIVA DE LA ENARGITA ..................................................... 28
2.3.1. Control del potencial .................................................................................. 28
2.3.2. Uso de reactivos ........................................................................................ 39
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2.4. ANTECEDENTES SOBRE LA FAENA................................................................ 42
2.4.1. Mina Doa Ins de Collahuasi ................................................................... 42
2.4.2. Accionistas ................................................................................................ 42
2.4.3. Historia ...................................................................................................... 43
2.4.4. Reservas mineras ...................................................................................... 44
2.4.5. Operacin minera ...................................................................................... 45
2.4.6. Planta concentradora ................................................................................ 45
2.4.7. Planta de xidos ........................................................................................ 46
2.4.8. Produccin ................................................................................................ 47
2.4.9. Comercializacin de concentrados ............................................................ 47
2.4.10 Aplicacin del trabajo de tesis en la industria, caso de estudioRosario Oeste........................................................................................... 48
3. TRABAJO EXPERIMENTAL ...................................................................................... 51
3.1. CARACTERIZACIN DE LAS MUESTRAS DE CONCENTRADO ..................... 51
3.1.1. Preparacin de muestras .......................................................................... 51
3.1.2. Anlisis qumico......................................................................................... 523.1.3. Anlisis microscpico ................................................................................ 52
3.1.4. Densidad por picnometra ......................................................................... 55
3.1.5. Anlisis granulomtrico ............................................................................. 56
3.2. EQUIPO EXPERIMENTAL .................................................................................. 57
3.2.1. Mquina de flotacin ................................................................................. 57
3.2.2. Equipos auxiliares ..................................................................................... 60
3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................................. 60
3.3.1. Calibracin de equipos .............................................................................. 60
3.3.2. Protocolo de flotacin ................................................................................ 63
3.3.3. Campaa experimental ............................................................................. 65
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4. RESULTADOS EXPERIMENTALES .......................................................................... 80
4.1. RESULTADOS ETAPA I: CAMPAA EXPLORATORIA ..................................... 80
4.1.1. Flotabilidad natural .................................................................................... 81
4.1.2. Flujo de aire ............................................................................................... 82
4.1.3. Velocidad de agitacin .............................................................................. 83
4.1.4. Porcentaje de slidos en peso................................................................... 85
4.1.5. pH .............................................................................................................. 86
4.1.6. Dosis de reactivos ..................................................................................... 87
4.2. RESULTADOS ETAPA II: ANLISIS DE ALTERNATIVAS BASADASEN REVISIN BIBLIOGRFICA ......................................................................... 88
4.2.1. Definicin de condicin base para Etapa II ............................................... 89
4.2.2. Uso de depresantes de sulfuros de cobre ................................................. 93
4.2.3. Variacin del potencial de la pulpa ............................................................ 95
4.2.4. Anlisis de variables que afectan el potencial ......................................... 100
4.2.5. Anlisis de las mediciones del potencial ................................................. 104
4.3. RESULTADOS DE PRUEBAS VARIANDO LOS REACTIVOS ......................... 111
4.4. RESULTADOS DE MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJA POR
ANLISIS DE IMGENES ................................................................................ 113
4.4.1. Determinacin de distribucin en superficie de tamao de burbujas ....... 113
4.4.2. Estimacin de d32 usando Gorain ............................................................ 119
4.4.3. Relacin entre d32 y recuperacin de As ................................................. 122
4.4.4. Relacin entre d32 y el potencial de la pulpa ........................................... 124
4.5. RESULTADOS DE PRUEBAS CINTICAS ...................................................... 129
4.6. RESULTADOS DE PRUEBAS ASOCIADAS A POSIBLES CIRCUITOS
DE FLOTACIN ................................................................................................ 141
4.6.1. Influencia del tiempo de flotacin (scavenger) ........................................ 141
4.6.2. Anlisis etapas rougher - cleaner ............................................................ 143
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4.7. REPRODUCIBILIDAD DE RESULTADOS ........................................................ 147
4.7.1. Reproducibilidad de resultados metalrgicos .......................................... 147
4.7.2. Anlisis nueva preparacin de muestras ................................................. 149
5. EFICIENCIA DE SEPARACIN CU-AS ................................................................... 152
5.1. ANLISIS DE RECUPERACIONES METALRGICAS..................................... 152
5.2. DEFINICIN DE EFICIENCIA DE SEPARACIN CU-AS ................................ 155
5.3. EFECTO DE LAS VARIABLES ESTUDIADAS EN LA EFICIENCIADE SEPARACIN ............................................................................................. 160
5.4. INFLUENCIA DE LOS RESULTADOS CINTICOS EN LA EFICIENCIA
DE SEPARACIN ............................................................................................. 166
6. ANLISIS DE POSIBLES CIRCUITOS DE FLOTACIN......................................... 170
7. DISCUSIN Y CONCLUSIONES ............................................................................ 175
7.1 DISCUSIN ....................................................................................................... 175
7.2 CONCLUSIONES ............................................................................................... 179
7.3 RECOMENDACIONES ...................................................................................... 181
REFERENCIAS ............................................................................................................ 182
ANEXOS ...................................................................................................................... 185
ANEXO A: PROTOCOLO DE PREPARACIN DE PAQUETES DE 1 KG SOBRE
LA MUESTRA DE CONCENTRADO ......................................................... 186
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ANEXO B: ANLISIS GRANULOMTRICO V/S LIBERACIN-ASOCIACIN-
OCLUSIN. ALIMENTACIN .................................................................... 188
ANEXO C: CLCULO DE LA DENSIDAD POR PICNOMETRA ................................. 190
ANEXO D: CALIBRACIN DE ROTMETRO ............................................................. 192
ANEXO E: CARACTERIZACIN DE REACTIVOS ...................................................... 194
ANEXO F: DETERMINACIN DE DISTRIBUCIN DE TAMAO DE BURBUJAS ..... 197
ANEXO G: RESULTADOS METALRGICOS ............................................................. 207
ANEXO H: FRMULAS Y DOSIS DE REACTIVOS .................................................... 210
ANEXO I: ANLISIS GRANULOMTRICO V/S LIBERACIN-ASOCIACIN-
OCLUSIN. CONCENTRADO CONDICIN BASE ................................... 212
ANEXO J: DISTRIBUCIONES EXPERIMENTALES DE TAMAO DE BURBUJAS ... 214
ANEXO K: REGRESIN POR PASOS ....................................................................... 222
ANEXO L: RESULTADOS PRUEBAS CINTICAS .................................................... 228
ANEXO M: PARMETROS CINTICOS ..................................................................... 246
ANEXO N: EFICIENCIA DE SEPARACIN EN RESULTADOS PRUEBAS
CINTICAS ................................................................................................ 249
ANEXO O: EFECTO DE LAS VARIABLES ESTUDIADAS EN LA EFICIENCIA
DE SEPARACIN ...................................................................................... 256
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NDICE DE TABLAS
Tabla 1: Parmetros ecuacin Gorain. ......................................................................... 13
Tabla 2: Politioarseniatos de cobre. ............................................................................. 21
Tabla 3: Resumen Produccin 2004 2007. ............................................................... 47
Tabla 4: Resultados anlisis qumico muestras de concentrado. ................................. 52
Tabla 5: Composicin mineralgica 100% base mineral. ............................................. 54
Tabla 6: Densidad por picnometra. ............................................................................. 55
Tabla 7: Anlisis granulomtrico. ................................................................................. 56
Tabla 8: Calibracin rotmetro de celda Labtech-ESSA. ............................................. 62Tabla 9: Programa de pruebas de flotacin. Variacin en las condiciones de
operacin. ....................................................................................................... 66
Tabla 10: Dosis de reactivos. ......................................................................................... 66
Tabla 11: Dosis de reactivo nominales para flotabilidad natural..................................... 67
Tabla 12: Programa de pruebas de flotacin. Flotabilidad natural. ................................ 67
Tabla 13: Programa de pruebas de flotacin. Condicin base etapa II. ......................... 68
Tabla 14: Programa de pruebas de flotacin. Dosis NaCN y Na2S. ............................... 68Tabla 15: Programa de pruebas de flotacin. Variacin Eh. .......................................... 70
Tabla 16: Programa de pruebas de flotacin. Variando condicin oxidante con H2O2. .. 70
Tabla 17: Programa de pruebas de flotacin. Variando tipo de gas (N2)........................ 71
Tabla 18: Programa de pruebas de flotacin. Variacin pH. .......................................... 71
Tabla 19: Programa de pruebas de flotacin. Anlisis de oxidacin superficial. ............ 72
Tabla 20: Programa de pruebas de flotacin. Influencia del agua de reposicin en
variacin de Eh. .............................................................................................. 72
Tabla 21: Programa de pruebas de flotacin. Frmula de reactivo. ............................... 73
Tabla 22: Definicin de frmulas de reactivos. ............................................................... 74
Tabla 23: Condiciones bases en mediciones de tamao de burbujas. ........................... 75
Tabla 24: Programa de mediciones de distribuciones de tamao de burbuja. ............... 75
Tabla 25: Programa de pruebas de flotacin. Variando condicin aerodinamica y Eh. .. 77
Tabla 26: Programa de pruebas de flotacin. Tiempo de flotacin. ............................... 77
Tabla 27: Repeticin de pruebas con paquetes nuevos. ................................................ 79
Tabla 28: Recuperacin en peso, de Cu y As. Flotabilidad natural. ............................... 81
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Tabla 29: Leyes Cu y As. Flotabilidad natural. ............................................................... 81
Tabla 30: Programa de pruebas de flotacin. Condicin base Etapa II. ......................... 89
Tabla 31: Recuperacin en Peso, de Cu y As. Condicin base Etapa II. ....................... 90
Tabla 32: Definicin condicin base Etapa II.................................................................. 90
Tabla 33: Definicin condicin base Etapa II. Resultados metalrgicos prueba A26. .... 91
Tabla 34: Anlisis qumico concentrado A26.................................................................. 91
Tabla 35: Composicin mineralgica 100% base mineral. Concentrado base Etapa II. 92
Tabla 36: Resultados metalrgicos (pH 5 flotar pH 8). ................................................. 103
Tabla 37: Variacin, promedio, desviacin estndar y error de mediciones de
potencial. 30 min. ......................................................................................... 106
Tabla 38: Potencial en 30, 31 y 47 min. Variacin por reactivos y durante flotacin. ... 107Tabla 39: Potencial en 30, 31 y 47 min. Variacin por reactivos y durante flotacin. ... 109
Tabla 40: Resultados metalrgicos. Agua de reposicin. ............................................. 110
Tabla 41: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de la
frmula de reactivo. ...................................................................................... 111
Tabla 42: Resultados de mediciones de distribuciones de tamao de burbuja. Aire. ... 114
Tabla 43: Resultados de mediciones de distribuciones de tamao de burbuja.
Nitrgeno. ..................................................................................................... 115Tabla 44: Mediciones d32. Collahuasi. .......................................................................... 115
Tabla 45: Parmetros de la ecuacin de Gorain para distintos tipos de gas. ............... 120
Tabla 46: Condiciones base y variante. ....................................................................... 125
Tabla 47: Distribuciones de tamao de burbuja para condicin base y variante. ......... 125
Tabla 48: Recuperacin en peso, de Cu y As en funcin del tiempo final de flotacin. 141
Tabla 49: Leyes Cu y As en funcin de la frmula de reactivo. .................................... 141
Tabla 50: Resultados flotacin rougher. ....................................................................... 142
Tabla 51: Resultados flotacin scavenger. ................................................................... 142
Tabla 52: Condiciones de flotacin. Limpieza N1. ..................................................... 143
Tabla 53: Resultados metalrgicos prueba A20. Limpieza N1. ................................. 143
Tabla 54: Resultados metalrgicos de etapa rougher y cleaner. Limpieza N1
(16 min). ....................................................................................................... 144
Tabla 55: Condiciones de flotacin. Limpieza N2. ..................................................... 145
Tabla 56: Resultados metalrgicos prueba A25. Limpieza N2. ................................. 145
Tabla 57: Recuperacin en peso, de Cu y As. Prueba Limpieza N2 (16 min). .......... 145
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Tabla 58: Recuperacin en peso, de Cu y As. Repeticin A4. ..................................... 147
Tabla 59: Leyes Cu y As. Repeticin A4. ..................................................................... 147
Tabla 60: Promedio, Desv. Estndar y Error porcentual. Repeticin prueba A4. ......... 148
Tabla 61: Recuperacin en peso, de Cu y As promedio. Repeticin prueba A4. ......... 149
Tabla 62: Recuperacin en peso, de Cu y As. Repeticin A17. ................................... 149
Tabla 63: Leyes Cu y As. Repeticin A17. ................................................................... 149
Tabla 64: Promedio, Desv. Estndar. Repeticin prueba A17. .................................... 150
Tabla 65: Recuperacin en peso, de Cu y As. Repeticin A20. ................................... 150
Tabla 66: Leyes Cu y As. Repeticin A20. ................................................................... 150
Tabla 67: Promedio, Desv. Estndar. Repeticin prueba A20. .................................... 151
Tabla 68: Contenido Cu, As y S en enargita y tenantita. .............................................. 156Tabla 69: Eficiencia de separacin en funcin de la frmula de reactivo. .................... 164
Tabla 70: Condiciones de pruebas para comparar eficiencias. .................................... 166
Tabla 71: Resultados metalrgicos. Condiciones N1 y 2. .......................................... 170
Tabla 72: Parmetros cinticos Klimpel. Etapa Rougher-Cleaner. ............................... 171
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XIV
NDICE DE FIGURAS
Figura 1: Angulo de contacto. ......................................................................................... 5
Figura 2: Clasificacin de colectores. ............................................................................. 9
Figura 3: Cintica de flotacin por Garca Ziga y Klimpel (Barona, 2007). ............... 15
Figura 4: Enargita, con cristales de 8 mm, procedente de Butte, en Montana
(Emblem Interactive Inc., 1996) ..................................................................... 18
Figura 5: Estructura cristalina de la enargita (Baltierra, 2001)...................................... 19
Figura 6: Potencial zeta de la enargita en funcin de pH en presencia y ausencia
de iones arsenatos (Castro y Honores, 2000). .............................................. 22Figura 7: Diagrama Eh-pH del sistema Cu3AsS4-(Cu-S-H2O)(As-H2O). ....................... 24
Figura 8: Voltagrama de un electrodo de enargita en una solucin buffer de
pH 9,2 (Castro y Hecker, 1997). .................................................................... 25
Figura 9: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de isopropil
xantato, pH 9,8 (Baltierra, 2001). .................................................................. 26
Figura 10: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de colector
a pH 10,5 ....................................................................................................... 27Figura 11: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de colector
(Isopropil xantato de sodio) (Hernndez, 2003). ........................................... 28
Figura 12: Diagrama conceptual mtodo propuesto por Huch (1993). ........................... 29
Figura 13: Recuperacin en funcin del potencial. Izquierda: Curva oxigenada.
Derecha: Atmsfera inerte. pH 11,5 (Menacho et al., 1993). ........................ 30
Figura 14: Recuperacin de especies de cobre en funcin de la recuperacin de
enargita, a 1, 2, 4 y 8 min, y pH 5. Izquierda: sin H2O2. Derecha: con H2O2
(Fornasiero et al., 2001). ............................................................................... 31
Figura 15: Recuperacin de especies de cobre en funcin de la recuperacin de
enargita, a 1, 2, 4 y 8 min, y pH 11. Izquierda: sin H2O2. Derecha: con H2O2
y EDTA (Fornasiero et al., 2001). .................................................................. 31
Figura 16: Recuperacin en funcin del potencial de la pulpa, pH 9, 20 mg/l PAX
(Yen y Tajadod, 2000). .................................................................................. 32
Figura 17: Recuperacin de enargita en funcin del Eh. ................................................ 33
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Figura 18: Izquierda: Recuperacin de enargita en funcin del potencial de la pulpa,
[NaEX]= 5 x 10-3 M, pH 10,5. Derecha: Recuperacin de enargita vs pH,
[NaEX]= 5 x 10-3 M, 0,5% H2O2 en peso (Kantar, 2002). .............................. 34
Figura 19: Recuperacin 1 min en funcin del potencial de la pulpa. Izquierda:
Calcosina enargita. pH 11. Derecha: Calcopirita enargita. pH 8.
(Senior et al., 2006). ...................................................................................... 35
Figura 20: Recuperacin en funcin del potencial de la pulpa, pH 10. ........................... 35
Figura 21: Recuperacin en funcin de Eh, pH 9,8. 30 min de pre-tratamiento
con H2O2 (Baltierra, 2001). ............................................................................ 36
Figura 22: Recuperacin de enargita en funcin del potencial Izquierda: Con
pre-tratamiento de oxidacin a pH 4 y flotacin a pH 10,5. Derecha: Conpre-tratamiento de reduccin y flotacin a pH 10,5. Dosis Colector 0,5 ppm.
Dosis MIBC 6 ppm (Hernndez, 2003). ......................................................... 37
Figura 23: Recuperacin de enargita en funcin del potencial. Resumen artculos. ...... 38
Figura 24: Recuperacin de calcopirita en funcin del potencial. Resumen artculos. ... 38
Figura 25: Efecto del tiempo de contacto del depresante en la pre-adsorcin de
xantato a pH 9, 20 mg/l PAX. Izquierda: 15 mg/l NaCN. Derecha: 50 mg/l
KMnO4. (Tajadod y Yen, 1997). ..................................................................... 39Figura 26: Efecto del tiempo de contacto del cianuro de sodio en la recuperacin
metalrgica, a pH 9, 20 mg/l PAX y 15 mg/l NaCN (Tajadod y Yen, 1997). . 40
Figura 27: Efecto concentracin MAA en la recuperacin, pH 9, 20 mg/l PAX
(Yen y Tajadod, 2000). .................................................................................. 41
Figura 28: Mapa de ubicacin Collahuasi. ..................................................................... 42
Figura 29: Esquema plan de procesamiento de minerales de Rosario Oeste. ............... 49
Figura 30: Distribucin granulomtrica muestra de concentrado. .................................. 56
Figura 31: Mquina de flotacin Labtech-ESSA. ............................................................ 58
Figura 32: Impeler Labtech-ESSA. ................................................................................. 58
Figura 33: Paleta de flotacin. ........................................................................................ 59
Figura 34: Paleta en celda de flotacin. ......................................................................... 59
Figura 35: Mtodo de la probeta invertida. ..................................................................... 61
Figura 36: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave en funcin del
flujo de aire. ................................................................................................... 82
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XVI
Figura 37: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de la
velocidad de agitacin. Jg = 0,45 cm/s. ......................................................... 84
Figura 38: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de la
velocidad de agitacin. Jg = 0,71 cm/s. ......................................................... 84
Figura 39: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de Cp. ......... 86
Figura 40: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de pH. ......... 87
Figura 41: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de la
dosis de reactivo. ........................................................................................... 88
Figura 42: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de la
dosis de NaCN. ............................................................................................. 94
Figura 43: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de ladosis de Na2S. ............................................................................................... 95
Figura 44: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de
Eh de la pulpa. pH 5. ..................................................................................... 96
Figura 45: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de
Eh de la pulpa. pH 8. ..................................................................................... 97
Figura 46: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de
Eh de la pulpa. pH 11. ................................................................................... 97Figura 47: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de pH.
H2O2. ............................................................................................................. 98
Figura 48: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin del
pH. N2. ......................................................................................................... 100
Figura 49: Recuperacin As, Cu, en Peso y Ley As en relave, en funcin de pH. ....... 101
Figura 50: Eh en funcin de pH. ................................................................................... 102
Figura 51: Recuperacin en funcin del tiempo de flotacin. ....................................... 104
Figura 52: Variacin Eh en funcin del tiempo y pH. .................................................... 105
Figura 53: Variacin Eh. Condicin base vs acondicionar agua de reposicin
a igual Eh. ................................................................................................... 110
Figura 54: Influencia de la velocidad superficial de gas en el dimetro estadstico
d32. Ns = 2 m/s. ........................................................................................... 117
Figura 55: Influencia de la velocidad de agitacin en el dimetro estadstico d32. ....... 118
Figura 56: Influencia de tipo de gas en el dimetro estadstico d32. ............................. 119
Figura 57: Sb medido versus Sb estimado por Gorain. Izquierda: Aire. Derecha: N2. . 121
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XVII
Figura 58: d32 medido versus d32 estimado por Gorain. Izquierda: Aire. Derecha: N2. . 121
Figura 59: Recuperacin de As en funcin del dimetro estadstico d32 medido. ........ 123
Figura 60: Recuperacin As en funcin de Eh de la pulpa. .......................................... 125
Figura 61: Recuperacin Cu en funcin de Eh de la pulpa. ......................................... 126
Figura 62: Recuperacin en Peso en funcin de Eh de la pulpa. ................................. 126
Figura 63: Recuperacin As en funcin de Eh de la pulpa. .......................................... 127
Figura 64: Recuperacin Cu en funcin de Eh de la pulpa. ......................................... 127
Figura 65: Recuperacin en Peso en funcin de Eh de la pulpa. ................................. 128
Figura 66: Influencia de la velocidad de agitacin en la cintica de flotacin. .............. 131
Figura 67: Influencia de la velocidad superficial de gas en la cintica de flotacin. ..... 132
Figura 68: Influencia de pH en la cintica de flotacin. ................................................ 133Figura 69: Influencia de la dosis de reactivos en la cintica de flotacin. .................... 134
Figura 70: Influencia de Cp en la cintica de flotacin. ................................................ 135
Figura 71: Influencia de la variacin de potencial en la cintica de flotacin. pH 8. ..... 136
Figura 72: Influencia del estado de oxidacin (H2O2) en la cintica de flotacin. ......... 137
Figura 73: Influencia del gas N2 en la cintica de flotacin. ......................................... 138
Figura 74: Influencia de pH y Eh en la cintica de flotacin. ........................................ 139
Figura 75: Constantes cinticas en funcin de pH. Izquierda: kCu. Derecha: kAs. ......... 140Figura 76: Recuperacin en funcin del tiempo de flotacin. Izquierda: As.
Derecha: Cu. ............................................................................................... 142
Figura 77: Recuperacin y ley acumulada en funcin del tiempo de flotacin.
Limpieza N1. ................... .......................................................................... 144
Figura 78: Recuperacin y ley acumulada en funcin del tiempo de flotacin.
Limpieza N2. ................... .......................................................................... 146
Figura 79: Recuperacin As en funcin de la recuperacin de Cu. .............................. 152
Figura 80: Recuperacin de As y Cu en funcin de la recuperacin en peso. ............. 154
Figura 81: Recuperacin de otros sulfuros de Cu en funcin de la Recuperacin
de Cu. .......................................................................................................... 157
Figura 82: Eficiencia de separacin. Campaa exploratoria. ....................................... 158
Figura 83: Eficiencia de separacin en funcin de la velocidad de agitacin. .............. 161
Figura 84: Eficiencia de separacin en funcin del depresante. Izquierda: NaCN.
Derecha: Na2S. ............................................................................................ 161
Figura 85: Eficiencia de separacin en funcin de pH. Izquierda: H2O2. Derecha: N2. 162
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XVIII
Figura 86: Eficiencia de separacin en funcin de pH. ................................................ 163
Figura 87: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A17. Tabla 70. ............................ 167
Figura 88: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A18. Tabla 70. ............................ 167
Figura 89: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A19. Tabla 70. ............................ 167
Figura 90: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A20. Tabla 70. ............................ 168
Figura 91: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A23. Tabla 70. ............................ 168
Figura 92: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A24. Tabla 70. ............................ 168
Figura 93: Resultados cinticos y Eficiencia Prueba A25. Tabla 70. ............................ 169
Figura 94: Diagrama circuito N1. ................ ............................................................... 171
Figura 95: Diagrama circuito N2. ................ ............................................................... 172
Figura 96: Balance metalrgico circuito N1. ..... ......................................................... 173Figura 97: Balance metalrgico circuito N2. ..... ......................................................... 173
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XIX
SIMBOLOGA
a, b, c, d, e: Parmetros de la ecuacin de Gorain.
Cp: Concentracin en peso de slidos [%].
d10: Dimetro estadstico 1.0 [mm].
d3.2: Dimetro estadstico 3.2 (Sauter) [mm].
d25: Dimetro bajo el cual se encuentra el 25% de la superficie de burbujas
[mm].
d50: Dimetro bajo el cual se encuentra el 50% de la superficie de burbujas
[mm].d75: Dimetro bajo el cual se encuentra el 75% de la superficie de burbujas
[mm].
db: Tamao de burbuja [mm].
dmoda: Dimetro de la clase que presenta la mayor frecuencia retenida [mm].
g: Holdup de gas [%].
fi2 (dmoda): Mxima frecuencia de la distribucin [%].
Jg: Velocidad superficial de gas [cm/s].k: Constante cintica de flotacin [1/min].
kAs: Constante cintica de flotacin de As [1/min].
kCu: Constante cintica de flotacin de Cu [1/min].
N: Velocidad de agitacin [rpm].
Ns: Velocidad de agitacin (velocidad perifrica del impeler) [m/s].
P80: Tamao bajo el cual se encuentra el 80% en peso de mineral [m].
Qnom: Flujo de gas agregado a la celda [l/min].
Qstd: Flujo de gas a condiciones estndar de presin y temperatura [l/min].
Q*: Flujo de gas incorporado a la celda a la presin P y temperatura T [l/min].
R: Recuperacin acumulada para el tiempo t de flotacin [%].
RA: Razn de aspecto de impeler.
Rinf: Recuperacin a tiempo infinito [%].
Sb: Flujo de rea superficial de burbujas [1/s].
sd: Desviacin estndar de la distribucin.
Sx: Desviacin estndar de la muestra.
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1. INTRODUCCIN
El proceso de flotacin constituye uno de los principales mtodos de concentracin de
minerales actualmente en uso. Se basa en la diferencia de propiedades fsico-qumicas
en la superficie de las especies mineralgicas, las cuales deben unirse a una fase
gaseosa, en forma de burbujas. El fenmeno de flotacin ocurre cuando este agregado
partcula-burbuja es lo suficientemente estable como para ascender a la superficie y
salir como concentrado.
Pocas especies minerales tienen flotabilidad natural, es decir, son capaces de formaruna unin estable burbuja-partcula por s solos. Esto dificulta el proceso de flotacin y
hace necesario invertir las propiedades superficiales de las partculas minerales. Para
ello deben mutar su condicin hidrfila a propiedades hidrfobas mediante el uso de un
reactivo colector. Adems, es preciso que los minerales posean el tamao de partcula
adecuado para asegurar una buena liberacin de las especies minerales.
El proceso de flotacin es reiterado en varios ciclos, de manera que en cada uno deellos se vaya produciendo un producto cada vez ms concentrado. Adicionalmente, se
puede realizar un segundo proceso de flotacin, con el fin de recuperar el concentrado
de otro mineral de inters o limpiarlo de alguna impureza. El procedimiento es igual que
el anterior, pero utilizando reactivos y acondicionadores de pH distintos, lo que permite
obtener concentrados de dos metales de inters econmico. La primera flotacin se
denomina colectiva, donde el concentrado contiene dos o ms componentes, y la
segunda corresponde a una flotacin selectiva, donde se efecta una separacin de
compuestos complejos en productos que contengan no ms de una especie individual.
Un ejemplo de esto es la flotacin de cobre y molibdeno.
La flotacin de minerales es un proceso complejo desde la perspectiva del control de su
operacin. Existen numerosas variables que pueden ser manipuladas dentro de ciertos
rangos y as modificar los resultados. Entre las variables de operacin se encuentran
las dosis de reactivos de flotacin, el flujo de aire, la velocidad de agitacin, el
porcentaje de slidos de alimentacin, el pH y el potencial de la pulpa.
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Los sulfuros son especies fcilmente flotables ya que tienen propiedades hidrfobas.
Sin embargo, esta caracterstica causa que la flotacin selectiva entre ellos sea
dificultosa. Los principales minerales sulfurados de cobre son calcopirita, calcosina,
covelina, bornita, y en menores cantidades, tenantita y enargita. En particular, esta
ltima especie contiene 48,3% Cu y 19,1% As, y es recuperada junto con otros
minerales de cobre en el proceso de flotacin. La enargita es difcil de remover de los
concentrados de cobre por las tcnicas convencionales de flotacin ya que flota
fcilmente con xantatos y es resistente a deprimirse usando depresantes estndares.
La presencia de enargita en niveles muy altos en los concentrados finales no es
deseable, debido a que se aplican penalizaciones en su comercializacin por lossubsecuentes problemas de contaminacin causadas por los compuestos voltiles de
arsnico emitidos desde las fundiciones. Las fundiciones ms estrictas estn en Japn
y Europa, y preferentemente compran concentrados con menos de 2.000 ppm de As.
A causa de lo anterior, la Compaa Minera Doa Ins de Collahuasi est interesada en
estudiar la factibilidad tcnica de separar selectivamente las especies minerales que
contienen arsnico del resto de los sulfuros de cobre, presentes en los concentradoscolectivos generados. Esto porque la minera explotar en el futuro el mineral de Rosario
Oeste, en el cual existen regiones con presencia de arsnico asociado con enargita
(Cu3AsS4). El problema surge porque se espera que cuando se procesen las zonas
ricas en arsnico de Rosario Oeste, se obtenga en promedio aproximadamente 8.000
ppm de As en promedio en los concentrados colectivos.
Ante esta situacin se estudia el problema de la flotacin diferenciada y selectiva de
enargita y de otros minerales sulfurados de Cobre. Se realiza un trabajo experimental
de laboratorio y un anlisis terico, buscando encontrar una metodologa que permita
separar va flotacin la mayor parte de la enargita de otros minerales de cobre,
generando un concentrado de cobre de bajo arsnico y posiblemente un concentrado
de enargita de alto cobre. Este ltimo concentrado podra ser tratado por otros mtodos,
posiblemente hidrometalrgicos, tema que est fuera del alcance de este estudio.
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1.1. OBJETIVOS
a. Objetivos generales
Estudiar terica y experimentalmente aquellos procedimientos que permitan limpiar
de arsnico un concentrado de cobre, mediante una flotacin diferenciada de
enargita de otros sulfuros de cobre, que logre generar un concentrado de cobre de
bajo arsnico y un concentrado de cobre con alto contenido de enargita.
b. Objetivos especficos
Estudiar el comportamiento de la enargita y sulfuros de cobre presentes frente a
distintos procedimientos que permitan separarla de otros sulfuros de cobre va
procesos de flotacin de minerales.
Generar una metodologa experimental fundamentada que permita separar,
completa o parcialmente, enargita del resto de los minerales pertenecientes al sector
Rosario Oeste, mina Collahuasi, va flotacin de minerales.
Estudiar la factibilidad tcnica de aplicar un procedimiento de flotacin diferenciada
de enargita a escala industrial.
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2. ANTECEDENTES
2.1. ANTECEDENTES SOBRE FLOTACIN
2.1.1. Principios de flotacin
La separacin de las especies a travs del proceso de flotacin se produce gracias a la
diferencia en las propiedades fisicoqumicas de la superficie de cada una de ellas. Laflotacin surgi como alternativa del proceso de separacin en medios densos, ya que
la dificultad para la obtencin de fluido con algunas densidades particulares oblig a la
utilizacin de modificadores de superficie, con el fin de mejorar la selectividad del
proceso. Estos modificadores permiten convertir selectivamente en hidrfoba la especie
mineralgica a separar, de tal forma que ante la presencia de un medio constituido por
agua y aire (burbujas), la especie hidrfoba rechace el agua y se adhiera a las burbujas
de aire que ascienden hacia la superficie del lquido (Wills, 1997).
Las fases que intervienen en este proceso son: slido (partculas finamente molidas),
lquido (agua y reactivos) en la que estn inmersas las partculas, y gas (aire) que se
introduce dentro de la pulpa formando pequeas burbujas.
Para que ocurra la flotacin, las partculas deben ser capaces de adherirse a las
burbujas, slo si logran desplazar el agua de la superficie del mineral, por lo que es
necesario que la especie de inters sea, en alguna medida, repelente al agua o
hidrfoba. Siempre y cuando el agregado de partculas - burbujas tenga una densidad
global inferior a la del medio de separacin, stas podrn viajar hacia la superficie. No
obstante, se requiere que la burbuja tenga la resistencia suficiente para llegar a la
superficie sin romperse. Una vez que las burbujas alcanzan la superficie, es necesaria
la formacin de una espuma que mantenga retenida a las partculas, porque de lo
contrario las burbujas se reventarn y las partculas flotadas viajarn de nuevo hacia el
fondo de la celda de flotacin.
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Para que sea factible la flotacin, es preciso que la adherencia de las partculas a las
burbujas sea mayor que la tendencia a establecer un contacto entre las partculas y el
lquido. Este contacto entre el slido y el lquido se determina mediante la medida del
ngulo formado por la superficie del slido y la burbuja. En la Figura 1se muestran las
tensiones superficiales que se producen cuando estn en contactos las tres fases.
Figura 1: Angulo de contacto.
El ngulo que se genera entre las tensiones interfaciales gas-lquido y slido-lquido (GL
y SL respectivamente) se llama ngulo de contacto (). Mientras mayor sea el ngulo
de contacto mayor ser el trabajo de adhesin entre la partcula y la burbuja.
2.1.2. Circuitos de flotacin
Los parmetros principales para evaluar los procesos de concentracin son los
siguientes:
El concepto de ley de un material se refiere al porcentaje en peso del componentevalioso referido al total de la muestra.
El concepto de recuperacin de un cierto componente valioso (Cu, Mo, etc.) en un
proceso de concentracin determinado, se refiere al porcentaje de contenido de
fino (peso de Cu, Mo, etc. en la muestra) recuperado en dicho proceso (o etapa) en
cuestin.
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En general, las leyes de los productos y la recuperacin metalrgica son los parmetros
ms utilizados. En ambos casos se trata de maximizar estos valores, pero en la prctica
se debe optar por valores que maximicen el ptimo econmico del proceso. Lo
anterior se debe a que estos parmetros se relacionan de manera inversa.
Este aspecto conduce a especializar diferentes etapas del proceso, destinadas a
maximizar uno de los dos factores, con el fin de alcanzar un objetivo global tcnico-
econmico de recuperacin y ley de concentrado. Es as como se definen etapas de
flotacin segn su objetivo, de la siguiente manera:
Flotacin primaria o rougher: destinada a maximizar la recuperacin o msestrictamente a producir un relave lo ms desprovisto posible de las especies de
inters.
Flotacin de limpieza o cleaner: destinada a maximizar las leyes de concentrado con
el fin ltimo de alcanzar la pureza requerida en el producto final de la planta. Puede
tenerse ms de una de estas etapas, nominadas como 1 limpieza, 2 limpieza, etc.
Flotacin de barrido o de agotamiento o de repaso o scavenger: destinada tambin a
maximizar la recuperacin. Suele ir a continuacin de alguna de las etapas
anteriores retratando sus relaves. Se habla entonces de: scavenger-cleaner o
scavenger-rougher, segn sea el caso. Su objetivo es extremar al mximo la
recuperacin de cualquier partcula residual que quede en los relaves que trata.
Dependiendo de la especie de la que se trate y del tipo de mquinas de flotacin
involucradas, se tendrn diversas configuraciones de circuitos posibles, los que
involucrarn bancos de celdas mecnicas en serie, varios de ellos en paralelos (para
dar la capacidad de tratamiento requerida), columnas de flotacin e incluso etapas
intermedias de remolienda de concentrado.
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2.1.3. Tipo de celda de flotacin
La celda de flotacin es un reactor donde se produce el contacto burbuja-partcula, la
adhesin entre ellas y la separacin selectiva de especies. El buen funcionamiento de
este equipo se basa en una adecuada dispersin y distribucin del aire y de las
partculas en su interior, formacin y remocin de la espuma, de tal manera que los
productos generados (concentrado y relave) cumplan con las necesidades requeridas
de leyes y recuperaciones. Se pueden clasificar en celdas mecnicas y neumticas.
En una misma categora de celda de flotacin, existen diferencias, principalmente en lageometra del equipo, la forma y diseo mecnico del impeler, la forma de los
dispersores para romper el aire en burbujas, rangos de variacin de la velocidad de
agitacin y flujo de aire. En consecuencia, un cambio en alguno de estos factores
provoca diferencias en las condiciones hidrodinmicas al interior de la celda.
a. Celdas mecnicas
Se caracterizan por tener un impeler movido en forma mecnica, el cual agita la pulpa y
dispersa y distribuye el aire en la pulpa. Son generalmente utilizados para etapas de
flotacin primaria y de repaso, puesto que entregan una mayor recuperacin de
concentrado, con la consecuente disminucin en ley. Estos equipos pueden ser
autoaereados, donde el aire es inducido a travs de la depresin creada por el impeler,
o con aire a presin, donde el aire es introducido por un soplador externo.
b. Celdas neumticas
Este tipo de equipos no tiene impeler y utiliza aire comprimido para agitar y airear la
pulpa. Las ms usadas son las celdas de columna, en los cuales existe un flujo
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contracorriente de burbujas y pulpa. Son generalmente usados en etapas de limpieza,
porque entregan mejores leyes de concentrado.
2.1.4. Reactivos de flotacin
Los reactivos usados en la flotacin de minerales pueden ser clasificados
principalmente en tres tipos: colectores, espumantes y modificadores.
a. Colectores
Los colectores son compuestos orgnicos usualmente heteropolares solubles en agua.
En general, el grupo polar es la parte del colector que se adsorbe en la superficie del
mineral mientras que la cadena de hidrocarburos, siendo no-inica por naturaleza,
provee hidrofobicidad a la superficie del mineral despus de la adsorcin del colector.Los colectores se clasifican segn el grupo funcional o en el tipo de mineral colectados.
En la Figura 2 se presenta un esquema con los subgrupos de colectores.
Los colectores no polares o no ionizados son reactivos que no poseen grupos polares.
Son fuertemente hidrfobos y se utilizan en la flotacin de minerales con caractersticas
pronunciadas de hidrofobicidad, como carbn, grafito, azufre y molibdenita.
En tanto, los colectores inicos contienen un grupo funcional polar hidrfilo (in colector
que se orienta y adsorbe en la superficie del mineral) unido a una cadena de
hidrocarburos (parte no polar hidrfoba que se orienta hacia la fase gaseosa). Al
disociarse en agua, el in puede ser un anin o catin, distinguindose entonces dos
tipos de colectores inicos: catinicos y aninicos.
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Figura 2: Clasificacin de colectores.
Los colectores catinicos ms usados en la industria son las aminas. En solucin, estos
reactivos se disocian de modo que sus radicales con nitrgeno forman el catin,
mientras el anin es un hidroxilo.
Los colectores aninicos se disocian de modo que sus radicales junto con el grupo
polar constituyen un anin, dejando en solucin un catin. Estos se dividen en oxidrilos,
tales como carboxilos (cidos grasos), sulfatos y sulfonatos, y en sulfhdricos, como
xantatos, tiofosfatos y tiocarbamatos.
b. Espumantes
Son compuestos orgnicos heteropolares, con gran afinidad con el agua. Son
tensoactivos, es decir, son reactivos que se adsorben selectivamente en la interfase
gas-lquido, reduciendo la tensin superficial. Permiten la formacin de una espuma
estable y la generacin de burbujas pequeas. Los ms usados son los alcoholes,
cidos, poliglicoles y aminas.
Colectores
No ionizado (No polares)
Aninico
Ionizado
Catinico
SulfhidriloOxidrilo
SulfonatosSulfatosCarboxlico Xantatos Ditiofosfatos
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c. Modificadores
Son reactivos que generan condiciones que mejoran la coleccin o selectividad del
proceso. Se pueden dividir en tres tipos: activadores, depresantes y modificadores de
pH.
Los activadores son reactivos que permiten aumentar la adsorcin de los colectores
sobre la superficie de los minerales o fortalecer el enlace entre la superficie y el
colector. Ejemplos de ellos son el sulfato de cobre y el sulfuro o sulfhidrato de sodio.
Los depresantes son reactivos que sirven para disminuir la flotabilidad de un mineral
haciendo su superficie ms hidrfila o impidiendo la adsorcin de colectores. Entre
estos estn el cianuro de sodio o calcio, cromatos y bicromatos y sulfuro de sodio.
Dentro de los modificadores de pH utilizados en flotacin industrial se encuentran la cal
viva (CaO) o cal apagada (Ca(OH)2), la soda ash (Na2CO3), la soda caustica (NaOH) y
el cido sulfrico (H2SO4).
2.1.5. Dispersin de gas en flotacin
Los factores fsicos que pueden afectar la dispersin de la fase gaseosa en la celda de
flotacin son la velocidad del agitador, el tipo de agitador y el flujo de gas, como
tambin el diseo del reactor. Segn Gorain et al. (1995) los dimetros de burbujasproducidos por el agitador no son lo nico que altera la dispersin del gas. Son
igualmente importantes la fraccin de volumen retenido de gas y la forma de la
distribucin de tamao de burbujas, ya que juntos determinan cunta superficie de
burbujas est disponible para que las partculas sean flotadas.
La dispersin del gas a travs de burbujas en el proceso de flotacin puede ser
expresada a travs de los siguientes parmetros.
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a. Tamao de burbuja (db)
De todas las variables de la dispersin del gas, es el tamao de burbuja y ms
precisamente, la distribucin de tamao de burbujas en la celda, la variable ms
relevante. Esto, porque un mismo tamao caracterstico (db) puede corresponder a
distintas distribuciones de tamao, las cuales causarn distintos efectos en la flotacin,
por ejemplo, por distintas proporciones de burbujas gruesas y finas.
Un buen indicador del tamao de burbuja corresponde al dimetro de Sauter expresado
a travs de d3.2, el cual se define como:
=
==n
1i
2
i
n
1i
3
i
32
d
d
d (1)
donde:
di : Dimetro equivalente esfrico de burbuja.
n : Tamao de muestra.
Notar que el dimetro de burbuja as calculado incorpora informacin sobre el volumen
y superficie de burbujas de la muestra tomada.
b. Holdup de gas (g)
Cuando se introduce gas a una celda, sea esta columnar o agitada mecnicamente, se
produce un desplazamiento de pulpa. La fraccin volumtrica desplazada se denomina
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holdup de gas y se representa por g. De la definicin de g se puede ver que el
complemento (1 - g), corresponde al holdup de pulpa.
c. Velocidad superficial del gas (Jg)
La velocidad superficial del gas corresponde al flujo volumtrico de gas inyectado a la
celda, dividido por el rea transversal de la misma, la que puede ser expresada
mediante la ecuacin:
A
QJ g = (2)
donde:
Jg : Velocidad superficial de gas (cm/s).
Q : Flujo de gas de alimentacin a la celda (cm3/s).
A : rea de la seccin transversal efectiva de la celda (cm2).
d. Flujo de rea superficial de burbujas (Sb)
Como la flotacin est fuertemente determinada por la superficie de burbujas disponible
para el ascenso de mineral a la fase espuma, es necesario definir una nueva variable
que d cuenta del flujo areal superficial Sb, la cual est dada por el flujo de gas
multiplicado por la razn entre el rea superficial de burbuja y el volumen de burbuja,
todo dividido por la seccin transversal de la celda. Esto se reduce a la siguiente
expresin:
-
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13
32
g
bd
J6S = (3)
donde Sb se expresa en (cm2 de burbuja/s)/(cm2 de celda).
Se debe hacer notar que en la deduccin de la Ecuacin 3 se trabaja sobre el supuesto
de burbujas esfricas.
e. Estimacin de Sb segn el mtodo de Gorain
Gorain et al. (1999) presentan un modelo emprico para estimar el valor de Sb a partir
de la velocidad perifrica del impeler (Ns), la velocidad superficial del gas (Jg), la razn
de aspecto del impeler (RA), definida como el dimetro del impeler dividido por su
altura, y el tamao bajo el cual se encuentra el 80% de la alimentacin (P80). La forma
en que Sb se relaciona con las variables antes mencionadas se presenta en la Ecuacin
4.
edc
g
b
Sb PRAJNaS 80= (4)
Donde a, b, c, d y e son parmetros del modelo. Los valores encontrados para estos
parmetros se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1: Parmetros ecuacin Gorain.
Parmetro Valor
a 123,00b 0,44c 0,75d -0,10e -0,42
El modelo est limitado para altos valores de Jg o Ns. Esto es cuando la celda est
recibiendo un flujo de aire que es incapaz de dispersar en burbujas o cuando se
-
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presenta alta turbulencia. Como consecuencia, para estas condiciones el modelo
sobreestima el valor de Sb, pues el flujo de rea superficial de burbujas tendera a
decrecer frente a la incapacidad del impeler de dispersar burbujas (burbujas muy
grandes o borbotones), esto es, ante altos valores de Jg. Por otro lado, existe cierto
valor de turbulencia (altos valores de Ns) para el cual las burbujas ya no disminuyen en
tamao. Despus de ese valor de Ns el Sb se debera mantener constante. Se necesita
trabajo adicional para sensibilizar la Ecuacin 4 a altos valores de Jg o Ns. Es necesario
notar que la ecuacin de Gorain no incorpora la qumica del sistema (espumante).
2.1.6. Cintica de flotacin
La ecuacin cintica de flotacin batch, desarrollada originalmente por Garca Ziga
(1935) se presenta a continuacin.
( )tkeRR = 1 (5)
donde:
R: recuperacin acumulada para el tiempo t de flotacin [%].
k : constante cintica [1/min].
R: Recuperacin a tiempo infinito [%]. Corresponde a la mxima recuperacinobtenible de la especie o elemento de inters, para las condiciones dadas.
t : tiempo de flotacin [min].
Los parmetros R y k son caractersticos de cada componente flotable (por ejemplo, Cu,
Mo, Fe), dependiendo tambin de cada etapa de flotacin (rougher, cleaner, recleaner,
scavenger, etc.) y de las caractersticas propias del mineral (granulometra, grado de
-
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liberacin), condiciones de operacin (pH, tipo y dosis de reactivos de flotacin,
velocidad de agitacin, flujo de aire, diseo de la celda, etc.) debiendo por tanto
determinarse para cada situacin en particular, y para cada componente de la mena.
Otra frmula de mayor utilizacin por su mejor ajuste es la propuesta por Klimpel
(Seplveda y Gutirrez, 1986):
( )
=
tketk
RR 11
1 (6)
Notar que la contante cintica de la ecuacin desarrollada por Garca y Ziga es
distinta a la encontrada por Klimpel, pero ambas son de primer orden. En la Figura 3 se
grafican ambas ecuaciones.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 4 8 12 16 20
Recuperacin[%]
Tiempo [min]
Garca-Ziga
Klimpel
Experimental
R
88 [%] 90 [%]
k 1,40 [1/min] 4,3 [1/min]
R2
KlimpelGarca-Ziga
1,000,93
Figura 3: Cintica de flotacin por Garca Ziga y Klimpel (Barona, 2007).
-
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2.1.7. Flotacin de sulfuros
Los sulfuros son fuertemente hidrfobos, lo cual permite que tengan una buena
flotabilidad. Sin embargo, este comportamiento se ve afectado negativamente cuando
existe una oxidacin superficial o hay presencia de lamas.
Para que la flotacin de sulfuros sea efectiva, es necesaria la presencia de oxgeno con
colectores sulfhdricos, y as ocurra la adsorcin de este reactivo en el mineral. Este
fenmeno puede ser explicado por dos teoras, tal como lo describe King (1982).
a. Teora qumica de la adsorcin de xantato
Antes que ocurra la adsorcin qumica del xantato en la superficie del mineral, los
sulfuros reaccionan con el oxgeno presente en el medio acuoso alcalino, formndose
especies oxidadas superficiales.
MS(s) + 2O2(g) MSO4(s)
Luego, estos xidos superficiales reaccionan con los iones colectores, generando sales
metlicas, de menor solubilidad que las especies oxidadas.
MSO4(s) + X- MX(s) + SO4
2-
b. Teora electroqumica de la adsorcin de xantato
En la superficie del mineral se produce la oxidacin de ciertos colectores sulfhdricos,
los cuales son luego adsorbidos.
La reaccin de oxidacin de xantato (andica), formndose dixantgeno es:
-
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MS + 2X- MX2 + S + 2e-
La reaccin de reduccin (catdica) es:
H2O + O2 + 2e- 2OH-
Los sulfuros son semiconductores lo cual permite que los electrones se transfieran a
travs del slido. El oxgeno, al ser aceptor de electrones, tomara los electrones libres
de las capas superficiales de la red cristalina. Esto permite la adsorcin de los aniones
xantatos y su oxidacin a dixantgeno.
La adsorcin de xantato es Eh dependiente. Bajos potenciales previenen la adsorcin.
Tanto el pH como el oxgeno disuelto afectan el potencial de la pulpa. Aumentos en el
pH tienden a reducir el potencial, mientras que aumentos en el oxgeno disuelto lo
aumentan.
2.2. ANTECEDENTES SOBRE ENARGITA
2.2.1. Caractersticas de la enargita
La enargita es un sulfuro de cobre y de arsnico, cuya frmula qumica es Cu3AsS4, que
se presenta a veces en cristales de color gris con una punta roscea y con brillo casi
metlico. La exfoliacin es evidente, casi perfecta en una direccin y el carcter de sus
cristales es prismtico, a menudo estriado en las caras finales, y, en cualquier caso,
muy caracterstico.
Fue descrita por primera vez en 1850 en Per. Su nombre procede del griego enarge,
que significa distinto, en alusin a su exfoliacin.
-
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Sus propiedades semiconductoras corresponden a un semiconductor tipo p, debido a
un leve exceso estequiomtrico de azufre.
Figura 4: Enargita, con cristales de 8 mm, procedente de Butte, en Montana (Emblem Interactive
Inc., 1996)
2.2.2. Cristalografa
Sistema y clase: Ortorrmbico, mm2.
Grupo espacial: Pnm21
a = 6.46 , b = 7.43, c = 6.18 ; Z = 2
Lneas de Difraccin de Rayos X(DRX) por intensidad (I/Io): 3.22(1) - 1.859(0,9) - 2.87(0,8)
-
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Figura 5: Estructura cristalina de la enargita (Baltierra, 2001).
2.2.3. Propiedades fsicas
Color: Negro grisceo a negro hierro, con un ligero tinte violeta. Opaco.
Raya: Negra griscea.
Brillo: Metlico.
Clivaje: Perfecto [110], Distinta [100] y [010].
Dureza: 3 (Escala de Mohs).
Densidad: 4,45 t/m3
Propiedades pticas: Anisotropismo fuerte.
Fractura: Desigual.
Diafanidad: Opaca.
-
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Hbito: Cristales alargados tabulares con rayado vertical, columnar, granular,
masivo.
2.2.4. Propiedades qumicas
Contiene 48,4% de cobre, 19,0% de arsnico y 32,6% de azufre.
Existe sustitucin de arsnico por antimonio (hasta un 6%) y en menor medida dehierro y zinc.
Presenta solucin slida con la famatinita (Cu3SbS4).
La luzonita es su polimorfo tetragonal (l42m) de baja temperatura (menos de 320C).
Soluble en cido ntrico y agua regia.
2.2.5. Gnesis y localizacin
La enargita es un mineral hidrotermal de temperatura media. En depsitos se encuentra
asociado a minerales como cuarzo, bornita, galena, esfalerita, tenantita, calcosina,
calcopirita, covelina, pirita y otros sulfuros. Este mineral es muy comn y difundido,
aunque las muestras bien cristalizadas no son abundantes.
Aparecen yacimientos en Montana, Colorado y Utah (EEUU), Sonora (Mxico),
noroeste de Argentina (Sierra de Famatima, junto a La Rioja), Chile, Per (Morococha,
Quirivilca y Cerro de Pasco) y en la isla de Luzn (Filipinas).
-
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2.2.6. Propiedades superficiales
Qumicamente, la enargita es un tetratioarseniato de cobre, es decir, un compuesto
donde la valencia de los tomos de cobre y arsnico varan entre (I)/(II) y (III)/(V),
respectivamente. Las propiedades superficiales de la enargita estn sometidas al
comportamiento qumico de sus componentes y por las condiciones redox del sistema.
Dadas las distintas razones S/O en su superficie, se piensa en un comportamiento
superficial anisotrpico (Castro y Hecker, 1997). Se presenta un mayor porcentaje de
azufre que de oxgeno sobre la superficie, lo cual favorece el proceso de flotacin. Porotra parte, estas distintas razones dan lugar a la formacin superficial de compuestos
inicos de arsnico, oxgeno y azufre. Estos compuestos se pueden clasificar de
acuerdo al grado de reemplazo de los tomos de oxgeno por los de azufre en:
Monotioarseniato (AsO3S3-)
Ditioarseniato (AsO2S23-)
Tritioarseniato (AsOS33-
) Tetratioarseniato (AsS4
3-)
Es por lo anterior que la enargita puede ser considerada como un tetratioarseniato de
cobre (I):
(AsS43-) + 3 Cu(I) Cu3AsS4
Los otros compuestos que se podran formar en la superficie de la enargita se muestran
en la Tabla 2.
Tabla 2: Politioarseniatos de cobre.
Cu(I) Cu(II)
1/3 AsO3S3- Cu3AsO3S Cu3(AsO3S)2
2/2 AsO2S23- Cu3AsO2S2 Cu3(AsO2S2)2
1/3 AsOS33- Cu3AsOS3 Cu3(AsOS3)2
4/0 AsS43- Cu3AsS4 Cu3(AsS4)2
Razn S/O InCompuestos de cobre
-
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2.2.7. Estudios de potencial zeta
A partir del trabajo de Castro y Honores (2000), se tiene que la curva de potencial zeta
de la enargita (Figura 6) presenta carga negativa en todo rango de pH y que el punto
cero de carga (PCC), por extrapolacin, estara alrededor de pH 2. Los potenciales
llegan hasta valores de -45 mV alrededor de pH 9 y existe un claro peak de potencial
zeta alrededor de pH 5,6, indicando alguna transicin qumica superficial.
-50
-40
-30
-20
-10
0
0 2 4 6 8 10 12 14
PotencialZeta[mV]
pH0 ppm As
1 ppm As Figura 6: Potencial zeta de la enargita en funcin de pH en presencia y ausencia de iones
arsenatos (Castro y Honores, 2000).
En este trabajo, los autores concluyen que la enargita es un tetra-tioarseniato de Cu (I)
que podra descomponerse superficialmente con la variacin de pH a tri-, di- y mono
tioarseniatos, Cu3AsOS3, Cu3AsO2S2 y Cu3AsO3S; e incluso llegar a arseniato,
Cu3AsO4. En la superficie podran existir aniones del tipo oxotioarseniatos, como los
descritos ms arriba. Esto implicara que la superficie de la enargita sera anisotrpica
con una relacin S/O variable y que decrecera al bajar el pH.
-
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2.2.8. Diagramas Eh-pH
Un anlisis del comportamiento de la enargita en medio acuoso y/o en presencia de
otras especies, debe involucrar necesariamente un estudio de sus componentes
individuales. Los compuestos de arsnico que se relacionan con la enargita son
aquellos en los cuales el arsnico tiene valencia (III) y (V), dependiendo del potencial
redox, siendo stos el cido arsnico (H3AsO4), trixido de arsnico (As2O3) y sus
productos de hidrlisis, es decir:
In arsenato (AsO43-) Arsenatos protonados (HAsO4
2- y H2AsO4-)
Al observar el diagrama Eh-pH del sistema Cu3AsS4-(Cu-S-H2O)(As-H2O) (ver Figura 7)
se aprecia que la enargita es estable a potenciales ms bien reductores que oxidantes
en una amplia rea, hasta aproximadamente pH igual a 10 (Castro y Honores, 2000).
Si se analiza el diagrama se puede ver que al oxidar la enargita en medio alcalino seformarn probablemente las especies inicas HAsO4
2- y AsO43-, pero en ningn caso se
podran formar xidos y/o hidrxidos. En medio alcalino, pero a potenciales reductores,
se formara HAsO32- y AsO3
3-, reducindose el arsnico de valencia (V) a (III). En
cambio, en medio cido a potenciales muy reductores el arsnico se encuentra en
estado elemental y a potenciales oxidantes es probable que se forme trixido de
arsnico As2O3.
Lo anterior muestra que la enargita sera una especie atpica si se compara con un
sulfuro metlico, puesto que presentara una tendencia termodinmica a formar una
capa de xido en medio cido y a disolverse en medio alcalino. Esto es justamente lo
inverso que caracteriza a otros sulfuros metlicos. Desde la perspectiva del cobre, la
descomposicin de la enargita (Cu3AsS4) en calcosina (Cu2S) es termodinmicamente
favorable en una amplia zona del diagrama.
-
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Figura 7: Diagrama Eh-pH del sistema Cu3AsS4-(Cu-S-H2O)(As-H2O).
[As]= 10-6 m. 25 C. Presin 1 bar (Castro y Honores, 2000).
2.2.9. Comportamiento electroqumico
Estudios de voltametra de la interfase enargita/solucin con cristales naturales en
medio alcalino, revelan un comportamiento correspondiente al mostrado por un sistema
reversible (Castro y Hecker, 1997). La Figura 8 muestra un peak andico alrededor de
los +380 mV vs. SHE y un peak catdico que bordea los +40 mV vs. SHE,
obtenindose en ambos casos las corrientes similares, cercanas a 120 A.
-
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Figura 8: Voltagrama de un electrodo de enargita en una solucin buffer de pH 9,2 (Castro y
Hecker, 1997).
En el estudio realizado por estos autores, se observa un cambio en el peak de
potenciales a pH 9,2, lo cual tambin viene a corroborar lo publicado por Crdova et al.
(1996). La forma que presenta la curva de corriente-potencial, se debera a que los
productos de Cu2+, que se formaran en la etapa de oxidacin, permanecen atrapados
en la superficie del mineral. Estos corresponderan a CuO y/o Cu3(AsS4)2.
2Cu3AsS4 + 6OH- Cu3(AsS4)2 + 3CuO + 2H2O + 6e
-
Cu3AsS4 + 5OH- HAsS4
2- + 3CuO + 2H2O + 3e-
Por otro lado, en el barrido catdico, la aparicin del peak de reduccin se puede
explicar por la reaccin de reduccin de Cu2+ a Cu+, de acuerdo al siguiente
mecanismo:
2CuO + H2O + 2e- Cu2O + 2OH-
Cu3(AsS4)2 + H2O + 3e- Cu3AsS4 + HAsS4
2- + OH-
Es probable que la oxidacin de la enargita a pH 9,2 lleve a la formacin de una capa
de CuO, xido cprico, el cual al contactarse con una solucin acuosa de lugar al
Cu(OH)2. Despus, los tomos de arsnico podran abandonar la superficie de la
-
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enargita como iones HAsS42- o permanecer atrapados en la superficie como
tetratioarseniatos cpricos.
2.2.10. Flotacin de enargita
Baltierra (2001) demostr la buena flotabilidad de la enargita con isopropil xantato a pH
9,8. La Figura 9 muestra el efecto de la dosis de colector isopropil xantato sobre la
flotacin de enargita pura.
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35
Recuperacinenargita[%]
Concentracin xantato [ppm]
Figura 9: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de isopropil xantato, pH 9,8
(Baltierra, 2001).
Hernndez (2003) investig la respuesta de flotacin de enargita pura a escala de tubo
de Hallimond, bajo la accin de diversos colectores tilicos. De este trabajo se infiere
que la enargita puede ser flotada fcilmente y con dosis muy bajas de colector. Se
trabaj con isopropil xantato de sodio, etil-isopropil xantoformiato, etil-isopropil
tionocarbamato y di-isobutil ditiofosfato de sodio. Los mejores resultados de
-
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recuperacin se obtuvieron con etil-isopropil tionocarbamato (ver Figura 10). Se asume
que es debido a la longitud de su radical presente en la cadena hidrocarbonada,
adems de ser ms selectiva su adsorcin y poseer tomos para donar (S, O, N), los
cuales podran interactuar ms fuertemente con los tomos de cobre. Lo anterior se
tiene porque, en general, las familias de colectores que llevan azufre y fsforo son
buenos reactivos porque permiten ordenamientos espaciales, confiriendo una estructura
ms ordenada al compuesto.
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10
Recuperacinenargita[%]
Colector [ppm]
EIPXF
EIPTC
DIBDTNA Figura 10: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de colector a pH 10,5
(EIPXF = etil-isopropil xantoformiato; EIPTC = etil-isopropil tionocarbamato;
DIBDTNA = di-isobutil ditiofosfato de sodio) (Hernndez, 2003).
En general se observa que un incremento en el largo de la cadena alqulica disminuye
el nmero de capas de xantato sobre la superficie del mineral al incrementar el pH. Esto
explicara porque usando isopropil xantato de sodio como colector, la recuperacin de
la enargita disminuye al llegar a pH 12, a pesar de utilizar altas dosis (ver Figura 11).
-
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28
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40
Recuperacinenargita[%]
Concentracin isopropil xantanto de sodio [ppm]
pH 7
pH 9
pH 12 Figura 11: Recuperacin de enargita en funcin de la concentracin de colector (Isopropil xantato
de sodio) (Hernndez, 2003).
2.3. FLOTACIN SELECTIVA DE LA ENARGITA
Las alternativas revisadas para separar enargita de otros sulfuros de cobre, en que se
produce un concentrado de cobre limpio con bajo contenido de arsnico (bajo los
lmites permisibles), y un concentrado de cobre sucio con alto contenido de arsnico
se presentan a continuacin.
2.3.1. Control del potencial
La mayor parte de la bibliografa encontrada acerca de la flotacin selectiva de enargita
se basa en el control del potencial. Notar que aumentos en pH tienden a reducir el
potencial y viceversa.
-
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Huch (1993) patent un proceso en el que a partir de un concentrado de enargita-
calcosina, se logra separar la enargita ajustando el potencial y el pH de la pulpa (ver
Figura 12). Usando perxido de hidrgeno (H2O2) y ajustando el potencial entre 50 y
200 mV vs. SHE, la enargita flota. La cantidad de oxidante ptima debe ser la ms baja
que permita la separacin deseada de enargita y calcosina. El pH se ajusta, en un valor
no especificado, y se agregan el espumante (MIBC) y los colectores (xantatos). La
enargita se recibe en el primer concentrado. Luego, se vuelve a ajustar el pH de tal
forma que la calcosina flota. Aparentemente, el ajuste de potencial es crtico en la
flotacin de enargita, mientras que el ajuste de pH lo es para la flotacin de calcosina.
Concentrado
Enargita-Calcosina
Concentrado
Enargita
Concentrado
Calcosina
Relave
Espumante/Colector
Espumante/Colector
Figura 12: Diagrama conceptual mtodo propuesto por Huch (1993).
Menacho et al. (1993), utilizando electrodos de trabajo de enargita, calcopirita y pirita,
demostraron que la enargita puede ser flotada selectivamente desde concentrados
calcopirticos a travs del control del potencial de la pulpa. Se pre-trataron las muestras
con agentes oxidantes para luego flotarlas en una solucin de agente colector en
presencia de aire. Los resultados indicaron que la flotabilidad de la enargita disminuye
parcialmente cuando se somete a la accin de un agente oxidante pero, la flotabilidad
de la calcopirita se hace casi nula, como se aprecia en la Figura 13.
-
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30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Recuperacin[%]
Eh [mV vs.SHE]Enargita
Calcopirita
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600
Recuperacin[%]
Eh [mV vs.SHE]
Enargita
Calcopirita Figura 13: Recuperacin en funcin del potencial. Izquierda: Curva oxigenada. Derecha:
Atmsfera inerte. pH 11,5 (Menacho et al., 1993).
En la Figura 13 (Derecha) se muestran los resultados de otro mtodo similar al anterior
pero con la diferencia que la flotacin se lleva a cabo en ausencia de oxgeno. Se
observa que la enargita mantiene siempre una mayor recuperacin.
Segn estos autores, la ausencia de oxgeno no afecta la flotacin de la enargita debido
a su propiedad semiconductora. Al ser la enargita un portador de carga tipo p, cataliza
espontneamente la formacin de dixantgeno sobre su superficie. En cambio la
calcopirita es un portador de carga tipo n que requiere de la presencia de oxgeno como
vehculo para que ocurra la oxidacin de xantato a dixantgeno.
Fornasiero et al. (2001) encontraron que es posible una separacin de calcosina,
covelina y calcopirita de enargita y tenantita satisfactoriamente en dos casos:
A pH 5,0 y al acondicionar con N2 se obtienen altas recuperaciones de todos los
minerales sin selectividad en todos los pares de minerales (Figura 14, Izquierda). Bajoestas condiciones no oxidantes, slo se encontr una pequea cantidad de productos
de oxidacin en la superficie de todos los minerales de co