Flotacin

INTRODUCCIN

La flotacin es una operacin unitaria que se emplea para al separacin de partculas slidas o lquidas de una fase lquida . La separacin se consigue introduciendo finas gotas de gas, normalmente aire, en la fase lquida. Las burbujas seadhierena las partculas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto departcula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del lquido.(Metcalf, 1995)Se trata de un proceso de separacin de materias de distinto origen que se efecta desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidroflicas e hidrofbicas. As, la flotacin es una tcnica de concentracin que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o interfaciales del mineral til y la ganga. Este se basa en la adhesin de algunos slidos a burbujas de aire, las cuales transportan los slidos a la superficie de la celda de flotacin, donde sern recolectados y recuperados como concentrado.La flotacin es un proceso de clarificacin primaria particularmente efectivo para tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenido de algas. Consiste en la separacin de las partculas naturales presentes en el agua cruda, coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierro y de polmeros.

ALIMENTOAGENTE DE SEPARACINPRODUCTOPRINCIPIOEJEMPLO

slidos suspendidostensoactivos oburbujas de aire ascendentesslidostendencia de tensoactivosa adsorberse preferentementesobre un solidoflotacin de minerales

La condicin de flotabilidad es una fuerte adhesin entre las partculas tiles y burbujas, las cuales deben ser capaces de soportar la agitacin y turbulencia de la celda. A estas partculas se las denominan hidrofbicas, y las partculas del relave o colas se las denominan hidroflicas.Los productos qumicos que se emplean en esta unidad unitaria, tienen carga elctrica y afinidad con el soluto, que forman compuestos de coordinacin y estables.La flotacin contempla la presencia de tres fases: slida, lquida y gaseosa, donde la fase slida est representada por las materias a separar, la fase lquida est representada por el agua y la fase gas est representada por el aire. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se van a adherir las partculas slidas. Para lograr una buena concentracin se requiere que las especies que constituyen la mena estn separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Al aumentar el tamao de la partcula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partculas muy finas no tienen el suficiente impulso para poder producir un encuentro efectivo partcula burbuja.

El proceso de flotacin esta basado sobre las propiedades hidroflicas e hidrofbicas de los slidos a separar, por lo que es necesario incrementar la propiedad hidrfoba en las partculas minerales de una pulpa para as poder facilitar la flotabilidad. Esto se efecta con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgnicos de carcter heteropolar, es decir, una parte de la molcula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra parte es un grupo polar con las propiedades inicas, lo que significa que tiene una carga elctrica definida.

Cuando un cuerpo se sumerge total o parcialmente en un fluido, una cierta porcin del fluido es desplazado. Teniendo en cuenta la presin que el fluido ejerce sobre el cuerpo, se infiere que el efecto neto de las fuerzas de presin es una fuerza resultante apuntando verticalmente hacia arriba, la cual tiende,en forma parcial, a neutralizar la fuerza de gravedad, tambin vertical, pero apuntando hacia abajo. La fuerza ascendente se llama fuerza de empuje o fuerza de flotacin y puede demostrarse que su magnitud es exactamente igual al peso del fluido desplazado. Por tanto, si el peso de un cuerpo es menor que el del fluido que desplaza al sumergirse, el cuerpo debe flotar en el fluido y hundirse si es ms pesado que el mismo volumen del lquido donde est sumergido. El principio de Arqumedes es un enunciado de esta conclusin, del todo comprobada, que dice que todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido, est sometido a una fuerza igual al peso del fluido desalojado.

Hay evidencia de que se usaba la flotacin como mtodo de enriquecimiento de los minerales de carbonato de cobre en el siglo XV. Sin embargo, su generalizacin y su aplicacin a diferentes procesos es mucho ms reciente y corresponde a la Revolucin Industrial de la segunda mitad del siglo IXX, cuando la demanda de materias primas metalrgicas oblig a la gente a utilizar minerales de bajo tenor y a enriquecerlos antes de procesarlos.

Al principio se mezclaba el polvo mineral con agua y con aceite (vegetal o mineral). Los minerales de tipo sulfuros tienen tendencia a mojarse con el aceite y por lo tanto a ser arrastrados por las gotas de ste. Este proceso de flotacin con aceite produca, sin embargo, conglomerados que a veces no se separaban. Al usar mucho menos aceite, los conglomerados formados eran de un tamao adecuado para una separacin gravitacional o mediante un tamizaje hmedo.

A finales del siglo pasado se podan separar ciertos minerales de otros: galena (PbS), sfalerita (ZnS) y pirita (FeS) mediante ajustes de pH.

A principios del siglo XX se empez a aadir aire o CO2 y a recolectar una espuma inestable llamada "froth" en ingls. El proceso se desarroll en los primeros aos del siglo XX incorporando todas las caractersticas actuales: agitacin de la dispersin slido-lquido con arrastre de aire y muy poco aceite como agente hidrofobante; muy rpidamente la gente se di cuenta que poda mejorar la separacintanto en cantidad como en selectividad al usar fenoles, alcoholes, grasas o sustancias complejas como aceite de pino o resinas.

Durante de la primera guerra mundial el proceso de flotacin fu usado en Australia y en EUA para extraer sulfuros de enormes cantidades de residuos de separacin de sulfuro por sedimentacin selectiva. Al mismo tiempo se descubri que se podan flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo xido.

En los aos 20 se patent el uso de los xantatos y algunos aos ms tarde se generaliz el uso de otros surfactantes: sulfonatos de petrleo, sales de aminas y otros catinicos susceptibles de hidrofobar una gran variedad de superficies mediante algn tipo de adsorcin.

Hoy en da se procesa anualmente del orden de 2.000 millones de toneladas de minerales molidos por este proceso.La tabla 1 da una idea de la variedad de stos, desde sustancias nativas como el oro o el grfito, hasta xidos (de hierro, estao, cromo o titanio), pasando por sales diversas (fluoruros, carbonatos, fosfatos) inclusos varios tipos de silicatos, particularmente arcillas.

Al mismo tiempo se desarrollaron numerosos procesos de flotacin de sustancias no minerales entre los cuales los ms resaltantes son:

fibras de madera de los licores residuales de la fabricacin de la pulpa. petrleo, grasas, aceites en forma residual en aguas industriales. carbn en polvo o cenizas. vidrio en basura domstica.

Desde hace unos 30 aos se usa el mtodo llamado de flotacin por aire disuelto, que consiste en producir burbujas muy pequeas por expansin de una solucin acuosa saturada de aire bajo presin, durante la expansin se forman burbujas de tamao del orden de la micra, las cuales son capaces de colectar partculas coloidales.Se puede por lo tanto flocular coloides agregados o floculados sin romperlos. Este proceso de flotacin de coloides que a veces se combina para dar una floco-flotacin se usa para clarificar las aguas potables y productos como el jugo de caa de azcar, los jugos de frutas, etc.; sirve para extraer bacterias, proteinas, etc.

Pasando a la escala molecular, ciertos mtodos actuales de separacin pueden incluirse en la clase flotacin. Se sabe en efecto, que al hacer pasar burbujas de aire en una solucin de surfactantes, las molculas de ste tienden a adsorberse a la superficie y por lo tanto a ser arrastradas por la espuma que se forma. La nica diferencia con lo visto hasta ahora, no es realmente el tamao, sino el hecho de que se trata de molculas solubles en agua. Guiado por esta razn, conviene clasificar la extraccin por espumeo como un mtodo particular, quizs ms cerca de la extraccin en micelas que de la flotacin.En la figura 2 se da la clasificacin de los mtodos de separacin por adsorcin sobre burbujas, donde la flotacin es un mtodo de gran utilidad que incluye varias subdivisiones, particularmente, la flotacin de minerales constituye un tema altamente especializado.

En la Macroflotacin se extraen partculas macroscpicas, mientras que en la Microflotacin se trata de extraer micropartculas, especialmente microorganismos y coloides.

La Flotacin de Iones separa iones sin actividad superficial mediante el uso de un tensioactivo que forma un producto insoluble, que se adsorbe en la superficie de una espuma que puede removerse.La Flotacin Molecular remueve molculas sin actividad superficial con el concurso de tensioactivos que dan con los primeros un precipitado.

En la Flotacin de Precipitados se extrae un precipitado sin ser el agente precipitante un tensioactivo.La Flotacin por Coloide Adsorbente es la separacin mediante un portador de materiales disueltos que son primero adsorbidos sobre partculas coloidales. La liberacin de gas disuelto para hacer flotar partculas slidas unidas a las burbujas se usaen el tratamiento de aguas servidas.

FENMENOS INVOLUCRADOS

An en el caso ms simple de la flotacin convencional por burbujas, la desagregacin del proceso de flotacin indica que varios fenmenos estn involucrados.Se hace enfsis en los fenmenos interfaciales determinantes y en la hidrodinmica de captura.

Caractersticas de la Flotacin

Mtodo fisicoqumico para separar partculas slidas entre si.

Fundamento: dispersar burbujas de aire en la suspensin de partculas.

Las particulas hidrofobicas se pegan a las burbujas formando una espuma.

La espuma son eliminadas por barrido superficial.

La condicin de separacin es el diferente grado de hidrofobicidad entre las partculas particulas solidas solidas.

1. FENMENOS INTERFACIALES

Cuando dos fluidos estn en contacto con un slido, se puede definir la mojabilidad del slido respecto a cada uno de los fluidos mediante el ngulo de contacto, lo cual resulta de un equilibrio de fuerzas. En el presente caso los dos fluidos son el aire (A) y el agua (W) un aceite (O) y por lo tanto se hablar de mojabilidad hidrfila o hidrfoba.

Superficie mojable por aire

Si el ngulo de contacto con el agua, definido como lo indica la figura es netamente inferior a 90, la superficie es hidrofla o hidroflica; si es netamente mayor que 90, la superficie es hidrfoba. En este ltimo caso, es el ngulo de contacto con el aire o con el aceite que es netamente inferior a 90.Cuando una superficie es hidrfoba las gotas de aceite o las burbujas de aire tienen tendencia a "pegarse", es decir, a adherirse a la superficie slida. En el caso de la figura siguiente es natural que la probabilidad de despegue o de arranque de una burbuja en un medio agitado es mucho menor si esta burbuja est aplastada sobre la superficie (arriba izq.), que si presenta un gran ngulo de contacto (arriba der.).Lo mismo ocurre en el caso en que las partculas son ms pequeas que las burbujas. Si la superficie slida est hidrofobada (abajo izq.), las partculas tienden a penetrar en el interior de la burbuja, resultando as abrigadas de las turbulencias externas que puedan favorecer su despegue de la burbuja, como en el caso de una partcula hidrfila (abajo der.).

Flotacin de partculas hidrfobas (izq.) no-flotacin de las hidrfilas (der.)

El ngulo de contacto depende de consideraciones energticas, las cuales pueden analizarse simplemente considerando la diferencia entre los casos (a) y (b) de la figura que se presenta a continuacin, que representan una misma rea interfacial.

Cambio al extenderse una burbuja en la superficie

En el caso (a), la energa por unidad de rea de la zona de acercamiento de la burbuja al slido corresponde a la energa de la interaccin agua-aire de un lado de la pelcula y agua-slido del otro lado.

En el caso (b), la energa para el mismo rea corresponde a la energa de interaccin aire-slido, y por otra parte a la energa de interaccin agua-agua para el agua de la pelcula que desapareci.

Por otra parte, el aplastamiento de la burbuja hace que el rea de contacto entre el aire y el slido en (b) sea mayor que el rea de contacto de la pelcula en (a).El problema consiste en saber cual de los estados (a) y (b) es el estado ms estable, es decir, cual estado ocurrir espontneamente si la oportunidad de un cambio se presenta.El clculo de las energas respectivas se puede llevar a cabo si se conocen las interacciones atractivas (Van der Waals) y repulsivas (elctricas), as como el estado de la superficie slida, lo cual depende entre otras cosas del pH, de la estructura molecular y de las sustancias adsorbidas.Derjaguin introdujo el concepto de presin de disyuncin de la pelcula, lo que puede permitir tambin evaluar la situacin. Se ha publicado un texto en ingls sobre estos conceptos (Surfaces Forces). Sin embargo, estas consideraciones son muy complejas y no pueden tratarse en un texto introductorio. Aqu nos limitaremos a consideraciones semi intuitivas.De una parte se notar que las interacciones aire-agua y aire-slido son probablemente menos importantes que las otras puesto que el aire es una fase no condensada.

2. FENMENOS HIDRODINMICOSLos fenmenos hidrodinmicos conciernen principalmente la probabilidad de captura de una partcula hidrofobada por una burbuja; ya que se trata de un proceso un tanto estocstico se puede hablar de probabilidades. La probabilidad de extraccin de una partcula resulta de tres factores, que pueden definirse como:

La probabilidad de contacto o colisin partcula-burbuja La eficiencia de la colisin o probabilidad de adhesin La probabilidad de arrastre en la espumaEn los casos prcticos en los cuales la dispersin de partculas de slido y de burbujas est sometida a una agitacin intensa no es posible modelizar los fenmenos sino aproximadamente. De los estudios hechos se pueden extraer los siguientes lineamientos:

Las colisiones se deben a procesos inerciales, de sedimentacin o de difusin browniana segn que las partculas y burbujas sean grandes, micromtricas o submicromtricas. El caso de la captura de partculas por una burbuja que sube, permite ilustrar las dificultades Slo las partclulas presentes en las lneas de corriente muy vecinas a la burbuja podrn adherirse. Adems, es obvio que para una buena probabilidad de colisin se deber reunir las condiciones de drenaje rpido de la pelcula acuosa entre el slido y el gas, y darle un tiempo suficiente. Esto puede significar que debe haber poca agitacin y que las burbujas deben ser muy pequeas. Pero por otra parte es la probabilidad de colisin entre burbuja y partcula es mayor en un medio muy agitado, especialmente si hay efectos inerciales intensos. Si se trata de un proceso de floco-flotacin es obvio que una agitacin intensa provocar una defloculacin de las partculas coloidales aglomeradas, lo que es contraproducente. Cuando la partcula y la burbuja pasan a una distancia que puede considerarse suficientemente pequea para ser una colisin, existe todava la etapa de adhesin, que tiene que ver con la probabilidad de que la pelcula lquida se rompe o no durante el "tiempo de colisin". Esto depende de factores cinticos como el drenaje de la pelcula, pero tambin de factores termodinmicos como los potenciales involucrados y el estado de las superficies. Cuando una partcula ha adherido a una burbuja, existe una cierta probabilidad que se mantenga adherida hasta que la burbuja alcance la espuma. Por otra parte, la agitacin presente en la celda de flotacin puede romper la burbuja o separar la burbuja y la partcula por efectos inerciales diferenciales. Afortunadamente, el fenmeno de histresis del ngulo de contacto, tiende a favorecer la adhesin de la partcula a la gota. Sin embargo, puede ser que el tamao de partcula sea crtico en cuanto a la eficiencia del arrastre.

Captura de una partcula por una burbuja

ASPECTOS TECNOLGICOS DE LA FLOTACIN:

CELDA POR DISPERSIN DE AIRE

El tipo de celda ms clsico es aquel que comprende un recipiente de tipo cilndrico, a menudo con deflectores en las paredes. Al centro se ubica un sistema de agitacin por turbina que produce un movimiento centrfugo de la dispersin slido-lquido y por lo tanto una baja presin en la vecindad del eje.Un tubo concntrico o cualquier otro dispositivo permite que el aire este aspirado cerca del centro del recipiente. El aire aspirado pasa a la zona turbulenta y forma burbujas. A menudo el agitador posee un sistema de rotor-estator que funciona a la vez por impacto y por cizallamiento para dividir el aire.

Fig. : Celda de flotacin turbulenta

En estos sistemas se obtienen burbujas de tamaos del orden de 0,5 -2 mm. La zona de espuma puede mantenerse ms o menos alta para permitir un drenaje notable del lquido para retornarlo a la celda, o hacia la celda anterior si se trata de un proceso multietapa.

CELDA DE POCA AGITACIN

En los casos en que se debe flotar partculas poco densas, aglomerados coloidalesfrgiles o semejantes, como en los procesos de floco-flotacin, las celdas deben disearsepara promover un contacto suave con burbujas muy pequeas.

Las celdas poseen una forma alargada semejante a los sedimentadores o a los deshidratadores, en los cuales la velocidad lineal es muy baja. Cerca de la entrada, o por lo menos en esta zona, se producen las burbujas de aire.El proceso ms clsico es el llamado de aire disuelto. Consiste en saturar una corriente de agua (reciclo) con aire bajo presin y hacerlo pasar por un proceso de expansin atravs de una boquilla o una vlvula de aguja.As se producen burbujas muy finas del orden de 50-100 m que dan al lquido un aspecto lechoso, estas burbujas suben lentamente. Existen varios aparatos y procesos de dilucin y expansin.Este mtodo es el ms empleado en las plantas de clarificacin de aguas.En ciertos procesos de concentracin de residuos se requieren burbujas an mspequeas en el rango 10-50 m; para generar tales burbujas es necesario usar tcnicas deformacin electrolticas de burbujas de H2 y O2. Se usan electrodos resistentes en platino o titanio.

APLICACIONES DE LA FLOTACIN

En la flotacin interviene la diferencia entre la masa volumtrica de los slidos o flculos y la del lquido en que se encuentran en suspensin. Sin embargo, contrariamente a lo que ocurre en la decantacin, este proceso de separacin slidolquido nicamente se aplica a partculas que tienen una masa volumtrica real (flotacin natural) o aparente (flotacin provocada) inferior a la del liquido que la contiene. En la flotacin provocada, se aprovecha la capacidad que tienen ciertas partculas slidas o lquidas para unirse a burbujas de gas (generalmente, aire) y formar conjuntos partculagas menos densos que el lquido que constituye la fase dispersa.Es utilizado para:

Eliminacin de grasas. Eliminacin de slidos suspendidos. Agua conteniendo particulas hidrofobicas (grasa) e hidrofilicas Aguas residuales, aguas con fangos biolgicos, Aguas de lavado de minerales Aguas de lavado de fabricacin de pasta de papel, etc. AGUAS TURBIAS DEBIDO A MATERIA EN SUSPENSIN

Segn Ingicol, (1999), la flotacin puede ser:

1. Sin agregado de floculante:El lquido entra directamente por la zona de separacin (pasaje lento) o quietamente donde se encuentran los paquetes de placas separadoras, y se produce el proceso de separacin de sedimentable y flotantes2. Con inyeccin de floculante:El lquido ingresa al rea de inyeccin mezclado, constituido por una serpentina donde se incorpora en ruta los productos qumicos. En dicha serpentina comienza a formarse el Floc que luego se aglomera en la zona de mezcla lenta y forman Flocs ms grandes que entran en la zona de separacin (pasaje lento o aquietamiento). En dicha zona se encuentran los paquetes de placas inclinadas, donde el lquido adquiere flujo laminar y posibilita as la sedimentacin de slidos pesados y la flotacin en contracorriente de los livianos.

Figura No.1 Flotacin industrial de minerales sulfurados de cobre

Flotacin (proceso)Este artculo o seccin sobrefsicanecesita serwikificadocon un formato acorde a lasconvenciones de estilo.Por favor,edtalopara que las cumpla. Mientras tanto, no elimines este aviso, puesto el 11 de julio de 2010.Tambin puedes ayudarwikificando otros artculos.

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Laflotacines un proceso fisicoqumico que consta de tres fases (slido-lquido-gas) que tiene por objetivo la separacin de especies minerales mediante la adhesin selectiva de partculas minerales a burbujas de aire.Los principios bsicos en que se fundamenta el proceso de la flotacin son los siguientes: La hidrofobicidad del mineral que permite la adherencia de las partculas slidas a las burbujas de aire. La formacin de una espuma estable sobre la superficie del agua que permite mantener las partculas sobre la superficie.Para establecer estos principios se requiere la adicin de reactivos qumicos al sistema. Estos reactivos de flotacin son los colectores, depresores, activadores y modificadores, cuyas acciones principales son inducir e inhibir hidrofobicidad de las partculas y darle estabilidad a la espuma formada.Las partculas minerales hidrofbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en tanto que las hidroflicas, como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la fase lquida, mientras que la superficie hidroflica tiene afinidad por la fase lquida.

Usos industriales[editar]

Flotacin industrial de minerales sulfurados de cobre.La flotacin es un proceso muy utilizado en la recuperacin de los minerales sulfurados de cobre debido a la hidrofobicidad natural que tienen. Tambin se usa para la limpieza de aguas usadas con contenidos de grasas o aceites para su reutilizacin. Existen equipos que realizan este proceso como las celdas de flotacin y las columnas de flotacin; estas ltimas han ido reemplazando a las celdas por sus menores costos operacionales.La primera flotacin de Europa fue desarrollada por el ingeniero cntabro don Leopoldo Brcena Daz de la Guerra en la localidad cntabra de Torrelavega.Categora: