REACCION DE LOS MINERALES EN AGUA Y CON SUBSTANCIAS DISUELTAS EN ELLA

REACCION DE LOS MINERALES EN AGUA Y CON SUBSTANCIAS DISUELTAS EN ELLA

El efecto de los reactivos en el proceso de la flotación  esta relacionado con su unión a las superficies de burbujas de aire o a las superficies de las partículas minerales. Por ejemplo, cuando un mineral es inmerso en una solución acuosa con los reactivos apropiados, la concentración del reactivo en la solución disminuye, indica la transición de una cierta cantidad de reactivo fuera de la solución y hacia la superficie del mineral.

Se puede establecer la acción del reactivo en la superficie del mineral, porque las propiedades de la superficie del mineral, por ejemplo resistencia  a la humedad y a la flotabilidad, a menudo sufren cambios bastante drásticos, que se pueden descubrir rápidamente midiendo el  ángulo de contacto antes y después de la acción del reactivo en el mineral. Finalmente, en ciertos casos, el reactivo fijo a la superficie del mineral puede ser  químicamente separado y determinado cuantitativamente.

ENERGÍA SUPERFICIAL DE LOS SÓLIDOS

Cuando se quiebra un mineral una cierta cantidad de energía libre sale de las caras nuevas expuestas, equivalente al trabajo realizado en vencer las fuerzas de cohesión que mantenían juntas las caras.

Si se rompe en el aire, las moléculas  de un gas son adsorbidas en las superficies frescas con cierta reducción  ahí en la energía libre. La oxidación puede efectuarse en superficie, si el mineral es de los que no se oxida por completo. La cantidad de energía libre que queda en las superficies del sólido cuando éstas han alcanzado un estado de equilibrio no se conoce; excepto en el caso de una superficie inerte oxidada por completo, probablemente disminuya al  correr el tiempo y varía de un punto a otro.

Una vez que la capa formada por moléculas del gas ha sido adsorbida, puede no ser siempre posible reemplazarlas  con moléculas de agua, esto es, humedeciendo la superficie.

Sin embargo, para realizar una flotación con éxito,  es necesario disponer de un "puente" o sea de una capa de transición, formada por moléculas de agua, entre las partículas del mineral y el agua para que las moléculas de ciertos compuestos,  llamados "colectores" que están disueltos o emulsionados en el agua, puedan  fincarse o establecerse en las superficies de los minerales valiosos y hacerlos flotables; otras moléculas pueden también adherirse a los minerales no deseables de flotar para hacerlos no flotables.

Para garantizar que estas relaciones se efectúen, es casi una práctica universal que las etapas finales de la reducción en tamaño de las partículas se realicen en agua.

Entonces, cuando una superficie mineral fresca queda  expuesta, una reacción a base de atracción se lleva a efecto entre las moléculas de cada fase, la que se traduce en la adsorción de moléculas de agua en la superficie del sólido y una correspondiente reducción ahí en la energía libre.

Es dudoso si la adsorción siempre produce una superficie completamente humedecida en la que las  moléculas de agua están tan firmemente adheridas que no queda energía libre, por lo que el sólido virtualmente se separa de la fase líquida.

En la mayoría de los casos y posiblemente en todos ellos un exceso de energía queda como energía interfacial en una capa de transición, de espesor minúsculo que establece unión entre el líquido y la fase sólida.

*  Si la energía interfacial de la superficie es baja, el humedecimiento es más o menos completo.  Una burbuja no puede entonces adherirse de por sí a la superficie; esto es, la partícula no es flotable.

*  Cuando se eleva la energía interfacial, la adhesión de la burbuja llega a ser posible a un cierto valor crítico y entonces la partícula llega a ser flotable.

*  El método de aumentar la energía interfacial de un mineral para ser flotado consiste en hacer pasar las moléculas  del colector a través de la interface, las cuales tienen el poder de adherirse por sí solas en forma selectiva al mineral y al así hacerlo, formar una capa con alta energía interfacial.

Es así como la flotación requiere un humedecimiento preliminar en cierto grado de todos los minerales que componen la mena.  Los minerales que forman la ganga deberán ser humedecidos en el grado más alto posible para hacerlos no flotables; esto es, la energía interfacial de la superficie deberá ser tan baja como sea posible.

Los minerales valiosos no requieren necesariamente ser humedecidos al mismo grado, pero la energía interfacial de  sus superficies debe ser reducida por debajo de cierto valor crítico para que un puente de moléculas de agua pueda  formarse lo suficientemente extendido para permitir el paso de las moléculas de colector a través de la interface.

• La energía interfacial de una superficie húmeda varía de acuerdo con la naturaleza del mineral. Cuando los minerales que presentan cierta solubilidad tales como la calcita y la fluorita, se sumergen en agua, sobreviene  una adsorción de moléculas de agua seguido por un intercambio de iones  entre el agua y el mineral. La cara de transición forma un eslabón o liga íntima entre el sólido y el líquido y la energía interfacial es correspondientemente baja.
• Con minerales que no son solubles, pero  que se hidratan fácilmente, esto es, que se combinan con el radical hidroxilo (OH) del agua para formar hidróxidos, la energía interfacial debe también ser baja.
• Con minerales que son apenas solubles, pero que se oxidan rápidamente, tales  como los sulfuros metálicos, la energía interfacial es probablemente más alta.
• Un^[a] descenso en la energía disponible en  la superficie sobreviene al adherirse una partícula flotable a una burbuja; el descenso más grande se observará cuando la partícula mineral llega a  pegarse a la burbuja, esto es, cuando una interface aire/sólido, reemplaza a  una interface agua/sólido, siendo mayor la fuerza necesaria para desalojarla de la burbuja y por lo tanto más grande la resistencia que ofrece la adhesión.
• La mayoría de los minerales, cuando se trituran o muelen en el agua, no son flotables de modo alguno, porque sus superficies llegan a revestirse de una  película (adsorbida) formada por moléculas de agua cuya condición ellas  muestran más atracción por el agua que por el aire.

Para hacerlas flotables, debe proporcionárseles una película que repele al agua, es decir, sus superficies deben ser cubiertas con una capa más o menos continua de alguna forma de hidrocarburo.

Por lo general la capa consiste de un  compuesto polar‑no polar ligado a la superficie por un eslabón a través del  grupo polar. Varios compuestos capaces de producir la indispensable capa de hidrocarburos se consiguen y ellos se clasifican bajo el término general de colectores.

La naturaleza de sus grupos polares varía, pero las partes no polares  siempre consisten de un grupo o cadena de hidrocarburos. El grupo polar es seleccionado por su tendencia a adsorber en la superficie del mineral valioso, al hacerlo así, forma una capa monomolécular orientada hacia la superficie del mineral en tanto que el grupo no polar se aleja de ella.

REACCION DEL AGUA EN SUPERFICIES MINERALES

La actividad de una superficie mineral en relación a los reactivos de flotación en el agua depende de las fuerzas  que operan sobre esa superficie.

La siguiente figura muestra una representación esquemática del contacto en equilibrio, entre una burbuja de aire y un sólido inmerso en un líquido.

Las fuerzas de tensión conducen al desarrollo de un ángulo entre la superficie del mineral y la superficie de la burbuja.

Podemos decir que existe en la interface aire-mineral una energía de adhesión la cual se puede medir por el ángulo de contacto, θ, el cual se desarrolla entre las tres fases: liquida, gaseosa y sólida.

En el equilibrio y de acuerdo a la ecuación de Young's tenemos

                                       γs/g = γs/l + γl/g cos θ           

donde γs/g, γs/l y γl/g son las tensiones interfaciales entre las fases sólido‑gas, sólido-líquido y líquido-gas respectivamente y θ es el ángulo de  contacto entre la superficie del mineral y la burbuja.

El trabajo que debe realizarse para desalojar una partícula mineral de una burbuja a la que se ha llegado a adherirse, es una medida de su tenacidad para pegarse a la burbuja, esto es, de  su flotabilidad.

Podría calcularse si las energías disponibles, en la superficie de la partícula antes y después  de su adhesión, fuesen conocidas, pero ningún método ha sido concebido para hacer tales medidas. Sin embargo, la flotabilidad puede ser determinada  o evaluada en forma indirecta (en condiciones ideales) a base de mediciones del ángulo de contacto.

En estas Figuras se muestra como las gotas de agua colocadas en diferentes tipos de superficie asumen o toman formas diferentes ofreciendo distintos ángulos de contacto.

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