DESARROLLO DE UNA TECNOLOGÍA DE CARACTERIZACIÓN DE LA DISPERSIÓN

DE AIRE EN FLOTACIÓN

Cesar O. GomezMcGill University

Dept. of Mining and Materials Engineering

Calama, 30 de agosto 2010

� En los últimos 15 a 20 años han estado ocurriendo dos fenómenos que han modificado la manera de enfocar y resolver los problemas que enfrenta la industria de extracción de minerales:

INTRODUCCIÓNInvestigación tecnológica

� Reducción significativa del número de grupos de investigación y desarrollo en compañías mineras; y

� Eliminación paulatina de departamentos y grupos de procesamiento de minerales en las principales universidades del mundo.

� Estos fenómenos han forzado la búsqueda de alternativas que permitan investigar y resolver problemas operacionales y de optimización.

� Una opción que ha tenido éxito es la formación de grupos de expertos de distintas universidades y centros que ejecutan un proyecto de investigación que resuelve problemas comunes a varias empresas.

INTRODUCCIÓNInvestigación tecnológica

� Esta alternativa ofrece varias ventajas:

� Formación de un grupo de investigadores con masa crítica para formular y ejecutar proyectos de investigación resolver problemas complejos;

� Reducción del aporte individual por compañía; y

� Promueve el intercambio de ideas y experiencias entre ingenieros de distintas compañías.

� Un ejemplo de cooperación entre universidades para resolver problemas de un conglomerado de compañías ha sido la caracterización y desarrollo de modelos para las etapas de de molienda y flotación en el procesamiento de minerales.

INTRODUCCIÓNInvestigación tecnológica

� En el caso de McGill, la tarea encomendada fue el desarrollo de sensores para medir propiedades de la dispersión de aire en la zona de colección de celdas de flotación.

DISPERSIÓN DE AIRE Flotación ocurre en dos zonas

RfRcZona de espuma

� La flotación es un proceso que ocurre en dos zonas: colección y espuma.

)R- (1+RRRR

=Rccf

cftotal Rc(1-Rf)Rc

F=1-Rc(1-Rf)

1-Rc

Zona de colección

DISPERSIÓN DE AIREImportancia en flotación

� La recuperación metalúrgica en equipos de flotación está íntimamente relacionada con el tamaño de las burbujas generadas cuando el gas se dispersa;

� Este tamaño debe ser el adecuado para capturar y remover � Este tamaño debe ser el adecuado para capturar y remover las partículas de interés; y

� Existen varias técnicas de generación de burbujas en equipos industriales de flotación. Ninguna de éstas técnicas produce una dispersión ideal.

DISPERSIÓN DE AIRE Factores y variables

� Velocidad superficial MEDICIONESFACTORES

CONCENTRADO

� Agitación� Velocidad superficial de gas

� Contenido de aire �Distribución de tamaño de burbuja

� Concentración de espumante

AIRE

FEED

COLAS

� Agitación� Espumante�Dispersor� Flujo de gas

VELOCIDAD SUPERFICIAL DE GAS (Jg)Definición

� Definición:Celda

(cm/s) Q

=Jg

� Independiente del tamaño de la celda; y

� Rango de valores típico:0.5 –2.5 cm/s

Flujo de aire

Acelda

(cm/s) A

=Jcelda

gg

Traductor de presión

PVálvula de globo

VELOCIDAD SUPERFICIAL DE GAS Medición del incremento de presión

� El gas que traen la burbujas puede acumularse o dejarse ir usando una válvula;

� Cuando el gas se acumula la

CELDA DE FLOTACIÓN

Tubo de recolecciónde burbujas

� Cuando el gas se acumula la presión en el tubo aumenta; y

� La velocidad superficial de gas se calcula a partir de la pendiente de la curva de variación de presión en el tiempo.

80

1002O Válvula abierta Válvula cerrada

Tubo lleno de aire

VELOCIDAD SUPERFICIAL DE GAS Curva de variación de presión

0

20

40

60

0 20 40 60 80 100 120

PR

ES

IÓN

, cm

H2

TIEMPO, s

Pendiente DdPdt

VELOCIDAD SUPERFICIAL DE GAS Medición en planta

VELOCIDAD SUPERFICIAL DE GAS Sensores en planta

CONTENIDO DE AIRE (εg)Definición

� Definido como la fracción volumétrica de aire:

(%)total Volumenburbuja de Volumen

100=εg

Volumen total

Flujo de aire

Volumen deburbuja

Espuma

CONTENIDO DE AIRETécnicas de medición

La fracción volumétrica de gas se mide de dos maneras:

� Tomando una muestra del contenido de la celda; ocontenido de la celda; o

� Utilizando un sensor:

� Velocidad del sonido

� Conductividad

CONTENIDO DE AIREMedición por recolección de muestra

� La determinación se realiza midiendo los volúmenes de pulpa y aire en una muestra del contenido de la celda una vez que las fases se han separado.

CELDA DE FLOTACIÓN

CONTENIDO DE AIREMedición con sensor

Medición de la conductividad Medición de la velocidad del sonido

TAMAÑO DE BURBUJA McGill Bubble Size Analyzer (MBSA)

CámaraDifusor de luz

Cámara de

Ventana

Válvula

LuzCámara de exposición

Tubo de muestreo

CELDA DE FLOTACIÓN

TAMAÑO DE BURBUJAImagen típica (columna de laboratorio)

Baja concentración de espumante

Alta concentración de espumante

TAMAÑO DE BURBUJAMBSA en operación

� La dispersión de gas resulta en una población de burbujas con un rango de tamaños que depende de la técnica y condiciones usadas;

TAMAÑO DE BURBUJADefinición

condiciones usadas;

� La medición del tamaño de burbujas produce como se espera una distribución; y

� Por razones prácticas, un diámetro equivalente es calculado a partir de la distribución.

APLICACIONES

CONTROL DE TAMAÑO DE BURBUJAComparación de celdas

3

4

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA d

32, m

m

0

1

2

0 1 2 3 4

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA d

TAMAÑO DE BURBUJA d10, mm

ColumnasCeldas industrialesCelda laboratorioReferencia

CONTROL DE TAMAÑO DE BURBUJAComparación de condiciones de operación

2

3

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA d

32, m

m

0

1

2

0 1 2 3

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA d

TAMAÑO DE BURBUJA d10, mm

ColumnaCelda (auto-aspirada)Celda (aire forzado)Referencia

CONTROL DE TAMAÑO DE BURBUJAEvaluación de estrategias de operación

80

100

VO

LUM

EN

AC

UM

ULA

TIV

O, %

0

20

40

60

0 2 4 6 8 10

VO

LUM

EN

AC

UM

ULA

TIV

O, %

TAMAÑO DE BURBUJA d32, mm

Celda mecánica

Operación normal

Agua en aire

Espumante aire

Espumante alim/aire

CONTROL DE TAMAÑO DE BURBUJAEvaluación de modificación de equipo

2.0

2.5

3.0TA

MA

ÑO

DE

BU

RB

UJA

, mm

d32

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 500 1,000 1,500 2,000

TAM

AÑ

O D

E B

UR

BU

JA, m

m

FLUJO DE AIRE, scfm

Celda original

Celda modificada

d10

MANIPULACIÓN DE PERFIL DE AIRE Operación sin una estrategia

1.86

2.0

2.5

VE

LOC

IDA

D D

E G

AS

, cm

/s1.12

1.301.47

1.72

1.13

1.43

1.86

1.03

1.52

0.88

0.0

0.5

1.0

1.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

VE

LOC

IDA

D D

E G

AS

, cm

/s

CELDA

MANIPULACIÓN DE PERFIL DE AIRE Curvas ley-recuperación

55

56

57C

ON

TEN

IDO

Zn

, %

Creciente max Creciente max

Balanceado max Balanceado min

Decreciente max Decreciente min

51

52

53

54

55

0 20 40 60 80 100

CO

NTE

NID

O Z

n, %

RECUPERACIÓN Zn, %

� El uso de perfiles de distribución de gas en la etapa de limpieza del circuito de zinc produjo una ganancia de más de US$ 2 M/año en Brunswick Mines,

� Mediciones de tamaño de burbuja fueron usados para

MANIPULACIÓN DE PERFIL DE AIREBeneficios económicos

� Mediciones de tamaño de burbuja fueron usados para identificar y seleccionar un sistema de dispersión de aire mas eficiente para las columnas en Red Dog. EL cambio de sistema aumentó la recuperación y la ley de zinc con una ganancia de US$ 4 M/año, y

� El uso de perfiles óptimos de distribución de gas en los bancos de flotación roughers del circuito concentrador de cobre, plomo y zinc aumentaron la recuperación de cobre con ingresos mayores de US$10 M/año.

� Los avances mas significativos logrados en los últimos 10 años en la flotación de minerales han estado en el desarrollo de técnicas de medición de variables que permiten caracterizar los fenómenos que ocurren en la zona de colección;

COMENTARIOS FINALESEstado del arte en flotación

de colección;

� Las técnicas propuestas para medir variables que permiten caracterizar la dispersión de aire en la zona de colección (velocidad superficial de gas, contenido de aire y tamaño de burbuja) han demostrados ser robustas y reproducibles;

� Actualmente continúan esfuerzos enfocados en el desarrollo de métodos de análisis de espumante y de mediciones para la caracterización de la zona de espuma; y

� Las caracterización de la dispersión de aire ha permitido:

� Relacionar la operación de celdas y columnas de flotación con su rendimiento metalúrgico

� Desarrollar modelos de circuitos y plantas; y

COMENTARIOS FINALESEstado del arte en flotación

� Desarrollar modelos de circuitos y plantas; y

� Separar las interacciones físicas (factores de máquina) y químicas (espumante y colectores).

MUCHAS GRACIAS