Las celdas de flotación

Las celdas de flotación de columna se han convertido en el diseño de máquina más popular para aplicaciones industriales que requieren concentrados de alta pureza. El rendimiento metalúrgico superior de las celdas de columna se puede atribuir en gran medida a su geometría única que se adapta fácilmente al uso de sistemas de lavado con espuma. Esta característica única permite que las celdas de columna proporcionen niveles impresionantes de rendimiento metalúrgico acercándose mucho a la curva de separación final predicha mediante el análisis de liberación de flotación.

Otra característica muy importante de las celdas de columna es el sistema de burbujeo de gas.

Desafortunadamente, los estudios de campo sugieren que los sistemas de inyectores de gas no siempre están optimizados.

Dos posibles razones para este estado desfavorable son (i) diseño inadecuado del sistema de burbujeo y (ii) malas prácticas de operación empleadas por los operadores de la planta. A la luz de estos problemas, se realizó un estudio experimental para desarrollar una mejor comprensión de los efectos de diversas variables de diseño y funcionamiento sobre el rendimiento de un sistema comercial de burbujeo de gas. Los datos recopilados de este trabajo se usaron para desarrollar pautas operativas que los operadores de la planta pueden emplear para mejorar el rendimiento de la columna y corregir fallas en el diseño de sus sistemas de burbujeo de gas.

RESUMEN GENERAL DE LA AUDIENCIA

Las celdas de flotación de columna se han convertido en el dispositivo de separación más popular diseñado para aplicaciones industriales que requieren la concentración de mineral deseado o no deseado del resto de material en una pulpa. Para lograr la separación, se requiere un dispositivo de burbujeo de aire para producir burbujas en la celda de flotación. En las operaciones de flotación de columna, los dispositivos de burbujeo generan pequeñas burbujas en la celda para llevar el mineral deseado a la superficie para su posterior recuperación y procesamiento. Sin embargo, los estudios de campo sugieren que los sistemas de inyectores de aire no siempre están optimizados. Las razones que contribuyen a la falta de optimización son:

(i) diseño interno ineficaz del sistema de burbujeo, y (ii) malas técnicas de operación por las plantas de procesamiento industrial.

El objetivo de este estudio es comprender mejor el rendimiento de burbujeo en la celda de columna y cómo optimizar los sistemas de burbujeo de manera más efectiva. Para lograr este fin, se recopilan y analizan los datos de la tasa de inyección de gas-agua, la adición de espuma y la presión de entrada. Con base en los datos recopilados y su análisis, se desarrolló una guía para mejores prácticas operativas que los operadores de planta pueden emplear para mejorar el rendimiento de la columna. Además, la corrección de fallas en el diseño de los dispositivos de burbujeo fue posible en una mejora en la generación de burbujas dentro de la celda de flotación.

EXPRESIONES DE GRATITUD

En primer lugar, me gustaría expresar mi sincera gratitud a mi asesor, el Dr. Gerald Luttrell, por su paciencia, aliento y orientación continua a lo largo de este trabajo. A pesar de su vida ocupada, siempre se tomaba el tiempo para ayudarme y guiarme; no solo como profesor, sino también como amigo.

Además, quiero agradecer al Dr. Mike Mankosa y su equipo, Eriez Flotation

División, no solo por financiar este proyecto sino también por su apoyo, dirección y comprensión. Además, quiero agradecer a este grupo por liderar mi trabajo en proyectos interesantes y diversos al tiempo que fui pasante de verano en su compañía.

Además, me gustaría expresar mi gratitud a Bob Bratton y Jim Waddell por su asistencia, apoyo y orientación que permitieron completar este proyecto.

Por último, pero no menos importante, le agradezco a mi mejor amiga, Susan Dar, por su estímulo continuo, guía, cuidado y confianza en mí. Sobre todo, agradezco sinceramente a mi prometido John Marulanda por su amor incondicional, paciencia y apoyo extremo.

Preámbulo

La flotación en columna es un método de separación que nació dentro de la industria minera para la recuperación de partículas finas, normalmente de menos de 100 micras de diámetro. Este proceso ahora se emplea en varias industrias, por ejemplo, en la industria civil para recuperación de suelos y tratamiento de aguas residuales, en la industria de reciclaje de papel para destintado de papel y en la industria petroquímica para separación de aceite y agua. En la industria minera, la flotación en columna es adecuada porque esta tecnología ofrece una mejor eficiencia que otras tecnologías en la separación selectiva de partículas. La alta selectividad se atribuye al empleo de agua de lavado que se agrega a la parte superior de la columna para reducir el arrastre hidráulico de finas partículas hidrófilas. Las máquinas de flotación en columna utilizan una variedad de sistemas de aireación de gas para la generación de burbujas. Según Rubinstein (1995), el rendimiento óptimo del sistema de aireador es imprescindible ya que es responsable de la generación de burbujas. El tamaño de burbuja generado por el sistema de aireador se considera uno de los parámetros más importantes que afectan el rendimiento de flotación de la columna. Sin embargo, pocos sistemas de aireadores ofrecen la posibilidad de monitorear, controlar, y aún menos, predecir el tamaño de burbuja generado dentro de la columna. Esta situación desfavorable puede crear una serie de problemas dentro de la operación de la columna, que incluyen un peor grado de concentración y una menor recuperación, entre otros.

Una comprensión básica de la operación de flotación de columna es esencial para reconocer la función crítica del sistema de burbujeo de gas. Una celda de flotación de columna es básicamente un recipiente cilíndrico con una gran relación de altura a diámetro. El gas se introduce cerca de la parte inferior de la celda a través de un sistema de distribución de gas. Las burbujas dispersadas se elevan en contracorriente al flujo descendente de la suspensión de alimentación. Mediante la introducción de gas en la pulpa, las burbujas de aire se adhieren selectivamente a partículas hidrófobas alteradas de forma natural o química. Las burbujas llevan estas partículas hidrófobas a la superficie donde se recuperan como una fase de espuma. Las partículas hidrofílicas restantes permanecen en la fase de pulpa y se eliminan como una corriente de relaves a través de una válvula de descarga ubicada en el fondo de la columna. Como se mencionó anteriormente, el uso de agua de lavado en la parte superior de la columna mejora la selectividad al lavar material indeseable que puede ser arrastrado hidráulicamente a la fase de espuma.

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