Campo de la invención

La presente invención se relaciona con agentes colectores y espumantes a base de residuos orgánicos, útiles en los procesos de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial a partir de minerales sulfurados (cobre, zinc, plomo, hierro, molibdeno, entre otros) o no sulfurados (oro, entre otros). En particular, la presente invención consiste en agentes para flotación multifuncionales que sirven como colectores y espumantes a base de residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, o una fracción de ellos (extracto). La presente invención también consiste en el proceso de producción y de uso de dichos agentes colectores y espumantes en un proceso de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial desde minerales. También permite la generación de un relave cuya composición lo deja apto para un tratamiento de remediación ambiental.

Antecedentes

La contingencia actual ha impuesto a la industria minera, y en particular a los procesos metalúrgicos asociados, desafíos del recurso, de la operación y exógenos. En el caso de los recursos, se ha producido no sólo una disminución continua de las leyes de los minerales, y en consecuencia un aumento sostenido en los pasivos y residuos ambientales, sino que también la aparición de nuevas asociaciones mineralógicas. Por otra parte, desde el punto de vista operacional, sólo por nombrar los más importantes, existe la necesidad urgente por disminuir los costos energéticos y los consumos de agua. En el caso de los desafíos exógenos se han ido imponiendo políticas ambientales cada vez más exigentes y rigurosas. Además, se han impuesto nuevos estándares de exigencia de calidad de producto; más aún en los últimos años se ha producido un fuerte impacto en los costos de producción asociados a los insumos utilizados tanto en las operaciones mineras como en las operaciones metalúrgicas.

De lo anterior, surge con inusitada urgencia la necesidad de enfrentar estos desafíos de manera eficiente y eficaz. En esta invención se apunta a atacar algunos de estos desafíos, en particular lo concerniente a mejorar la etapa de concentración de minerales mediante el desarrollo de reactivos de flotación únicos, bifuncionales, efectivos, de bajo costo y que son muy competitivos con los reactivos existentes en el mercado. Además, permite mejorar la eficiencia en la flotación y tiene la particularidad única de generar relaves que permiten un manejo ambiental de impacto muy positivo para aplicar tecnologías tales como la fitorremediación.

La flotación espumosa es uno de los procesos de mayor intensidad de uso en la beneficiación de minerales sulfurados (cobre, zinc, plomo, hierro, molibdeno, entre otros) o no sulfurados (oro, entre otros) que contienen metales de valor comercial. El proceso permite separar los metales de valor comercial de la ganga asociada y/o separar los metales de valor entre sí, a partir de minerales previamente sometidos a las etapas de chancado y molienda.

Para el caso de minerales sulfurados sometidos a flotación espumosa, se usan diferentes compuestos químicos de acción específica, tales como espumantes, colectores y modificadores. Los colectores son compuestos orgánicos de cadena carbónica relativamente corta y sin capacidad espumante. A partir de la inyección de aire en la pulpa mineral bajo agitación, se forma una espuma compuesta por una solución acuosa del mineral finamente molido que contiene un agente espumante (por ejemplo, aceite de pino, ácido cresílico, alcoholes del tipo ROH como metil isobutil, carbonil, poliglicoles y 2 etil hexanol). Una ventaja importante de la separación por flotación espumosa es su eficiente operación a un costo sustancialmente más bajo que el de otros procesos de beneficiación, tales como la concentración gravitacional y la concentración centrífuga, entre otros.

Durante la operación de flotación se adicionan uno o varios reactivos denominados colectores o promotores, los que permiten la transformación selectiva de una superficie liofílica (hidrofílica en el caso de uso de agua) en una superficie liofóbica (hidrofóbica en el caso de uso de agua) en los minerales que contienen el metal valioso que se desea obtener como producto final. Desde el punto de vista científico, se ha constatado que la separación por flotación de una especie mineral de otra depende de la mojabilidad relativa de sus superficies en agua, la cual está determinada por el balance neto de las energías interfaciales, es decir, la variación de la energía libre por unidad de área entre las diferentes fases: sólida, líquida y gaseosa. Se han sugerido y usado diversos reactivos como colectores en procesos de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial, siendo los de mayor intensidad de uso los del tipo xantatos (xantatos, ésteres de xantato), carbamatos (ditiocarbamatos, tritiocarbamatos), mercaptanos, mercaptobenzotiazol y los derivados orgánicos del ácido fosfórico o del fósforo (ditiofosfatos, tiofosfatos, ácido dialquilditiofosfórico).

Uno de los problemas asociados con estos colectores es que a pH menor que 11 se logran menores abatimientos de la pirita y de la pirrotita. Además, la experiencia operacional ha demostrado que a medida que el pH disminuye, el poder colector de estos reactivos también disminuye, reduciendo de manera significativa la factibilidad de utilizarlos en pulpas levemente alcalinas, neutras o ácidas. Durante las operaciones industriales, el ajuste de pH se realiza mediante la adición de cal, óxidos de metales alcalinos e hidróxidos, entre otros. La inclusión de una base inorgánica es bien conocida para alcanzar valores deseados de pH. Al controlar y modificar el pH de la pulpa a niveles de 8,0 y más, y más frecuentemente de aproximadamente 11, el rendimiento de los colectores mejora.

Otros aspectos relevantes relacionados con los colectores existentes en el mercado es que son de alto costo, su especificidad es muy sensible e interferida por otras especies presentes en la pulpa y no son muy eficientes en abatir la pirita y/ la pirrotita. Adicionalmente, deben agregarse agentes espumantes, los cuales son de alto costo o aumentan los costos del proceso por la gran escala de toneladas de mineral que son procesadas en la gran minería.

En términos operacionales, la aplicación de la flotación tiene por objeto obtener un rango de Ley de cobre en el concentrado de cobre de 25% - 30% (peso/peso, base seca) a partir de minerales de baja ley (0,5 - 2% Cu). Actualmente, las operaciones de concentración por flotación en la industria del cobre, alcanzan rangos de recuperación de cobre desde el mineral del orden de 80% a 85%, y en casos óptimos valores cercanos al 90%; sin embargo, lo anterior se obtiene con un costo operacional elevado.

Actualmente, los reactivos de flotación utilizados están constituidos por compuestos químicos recalcitrantes, los que tienen un impacto ambiental negativo.

En ese sentido, el disponer de reactivos de flotación de menor costo y de menor impacto ambiental, como los residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, o una fracción de ellos, tales como aquellos generados a partir de procesos de depuración de aguas servidas domiciliarias (biosólidos) y/o sistemas productivos pecuarios (purines, estiércol), tienen un impacto económico relevante para la industria minera, y, simultáneamente permite resolver problemáticas ambientales y sociales derivadas de su actual manejo y gestión operacional. En particular el tratamiento de aguas servidas domiciliarias mediante lodos activados, genera un volumen importante de residuos orgánicos o biosólidos, los que son usualmente dispuestos en superficie (rellenos sanitarios y monorrellenos), con un costo significativo no sólo para las empresas sanitarias sino también para los usuarios finales del sistema. Por lo tanto, resulta relevante la identificación de alternativas de valorización de estos residuos orgánicos, que por su naturaleza masiva deberían relacionarse con otros procesos industriales de gran escala, como la industria minera de gran escala. En el estado del arte, existe una propuesta de usar efluentes de plantas de tratamiento de aguas servidas como agua de proceso para la flotación espumosa de minerales, sin alterar la efectividad del mismo, divulgado en la patente US 4.028.235 del año 1976. El documento menciona que se requiere acondicionar el efluente con poliglicerol o con un tratamiento físico de clarificación, sedimentación y/o aireación, el que permita obtener agua de calidad adecuada para no afectar negativamente el proceso de flotación espumosa. Se menciona que el acondicionamiento del efluente con poliglicerol es más barato que las otras alternativas sugeridas y es esencial y crítico en el proceso. El uso directo del efluente, sin el acondicionamiento con poliglicerol, tiene efectos negativos en el proceso de flotación espumosa, ya que la ganga flota en lugar de ser abatida, generando un concentrado de menor calidad. Aunque se desconoce el mecanismo de acción del poliglicerol en el efluente, se sugiere una adición al efluente desde 3 a 10 partes por millón (ppm). Mayores cantidades de poliglicerol no demostraron mayores beneficios sobre el efluente. Adicionalmente, el documento menciona que el proceso de flotación espumosa basado en el uso de efluentes acondicionados con poliglicerol requiere la adición típica de los espumantes y colectores convencionalmente usados en la etapa rougher de flotación. Como puede observarse, la solución propuesta en ese documento, consistente en el uso de efluentes de plantas de tratamiento de aguas servidas acondicionados con poliglicerol, no está concebida para el reemplazo total o parcial de los espumantes convencionalmente usados en los procesos de flotación espumosa, sino como una fuente alternativa de agua para el proceso minero en aquellos lugares donde las posibilidades de acceder a fuentes naturales de agua son limitadas.

Definiciones

En la presente memoria descriptiva, el uso del término "agente de flotación multifuncional" debe entenderse como un agente que puede tener las funciones de colector y espumante a la vez. Indistintamente, el término "agente colector y espumante" hace referencia a un sólo agente multifuncional, que comprende las funciones de colector y espumante.

En el contexto de la presente invención, el término "materia orgánica" se refiere a biosólidos de plantas de tratamiento de aguas servidas, lodos orgánicos de sistemas de producción de biogás, materia orgánica hidrosoluble de compost u otros residuos orgánicos similares tratados o estabilizados biológicamente en condiciones aerobias y/o anaerobias, lodos industriales del tratamiento de residuos líquidos orgánicos industriales, materia orgánica hidrosoluble de turbas vegetales, guanos, estiércol o una combinación de dos o más de cualquiera de los mismos, o una fracción de ellos.

El término "ácidos fúlvicos" se refiere a los componentes orgánicos presentes en la materia orgánica (i.e. biosólidos, estiércol) y que son obtenidos por extracción básica y que no precipitan a pH bajo. El término "ácidos húmicos" se refiere a componentes orgánicos presentes en la materia orgánica (i.e. biosólidos, estiércol) y que son obtenidos por extracción básica y que precipitan a pH bajo.

En el contexto de la presente invención el término "extracto líquido de agente de flotación multifuncional" debe entenderse como un agente líquido que puede tener las funciones de colector y espumante a la vez, el cual, es un extracto líquido obtenido a partir del procesamiento de residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica, tales como biosólidos y/o estiércoles.

Problema Técnico

Existe la necesidad de generar agentes colectores y espumantes para flotación de minerales sulfurados (cobre, zinc, plomo, hierro, molibdeno, entre otros) o no sulfurados (oro, entre otros) de bajo impacto ambiental, de bajo costo, multifuncionales (función simultánea de colector y espumante) y eficientes para la concentración y la separación de múltiples metales de valor desde los minerales sometidos a flotación, los que operen a amplios rangos de pH en procesos de recuperación de metales de valor comercial por flotación espumosa.

Solución Técnica

De acuerdo a la presente invención, se proveen agentes de flotación multifuncionales, con función de colector y espumante, en base de residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, o una fracción de los mismos, disponibles para procesos de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial desde minerales. También, se proveen un proceso de fabricación para los mismos y uso de dichos agentes colectores y espumantes en procesos de flotación mineros.

Efectos Ventajosos

La principal ventaja de la presente invención con respecto al estado de la tecnología actual es el menor costo y el menor impacto ambiental del presente agente colector y espumante comparado con los actuales reactivos químicos colectores y espumantes; también se tiene una mejor selectividad en la recuperación de los metales de valor comercial desde los minerales y un espectro de aplicación más amplio.

Los agentes colectores y espumantes de la presente invención tienen la ventaja de tener un costo mucho más competitivo a los colectores y espumantes existentes en el mercado. Adicionalmente, por el origen orgánico de los agentes colectores y espumantes de la presente invención estos son inocuos para la salud humana, el medio ambiente y los posteriores procesos metalúrgicos, por ser biodegradables. Este último atributo es de especial relevancia en términos de estrés laboral y salud, ya que los agentes colectores y espumantes químicos existentes en el mercado son compuestos orgánicos tóxicos e inflamables, persistentes y quedan almacenados en los depósitos de relave tras su utilización.

Adicionalmente, la presente invención permite valorizar residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, o una fracción de ellos. Por ejemplo, las empresas sanitarias podría valorizar los biosólidos generados por sus plantas de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, al igual que la industria pecuaria intensiva podría valorizar sus residuos orgánicos (estiércoles, purines).

Por lo tanto, la presente invención provee una forma ambientalmente segura y valorizada de residuos masivos y voluminosos que posee una percepción social muy negativa. Simultáneamente, el reemplazo total o parcial de los actuales reactivos de flotación por residuos orgánicos o una fracción de ellos, eliminaría los riesgos ambientales inherentes asociados a los actuales reactivos de flotación químicos.

Breve descripción de las figuras

Figura 1: Muestra las etapas del proceso de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial.

Figura 2: Ilustra la variación de la tensión superficial para pH 7 y 10 a distintas concentraciones de sustancias húmicas (SH), biosólidos (BS) y metil-isobutil-carbinol (MIBC): (A) Ilustra los resultados obtenidos para una concentración total de espumante (SH, BS, MIBC); (B) Ilustra los resultados obtenidos para una concentración de espumante corregida por la fracción de material sedimentada. En ambas gráficas se muestran los valores promedio (n>4); las barras de error quedan dentro de los símbolos.

Figura 3: Muestra la cuantificación de las fracciones hidrofóbicas de mineral sulfurado de cobre (M), calcopirita (Cpy) y pirita (Py) para una dosificación de SH, BS, guano de cabra y RQCI obtenidas para la condición experimental de 100% agua (tensión superficial de 72,1 mN m ^"1 ). Se muestran los valores promedio (n> 4); y las barras de error.

Figura 4: Ilustra las cinéticas de flotación espumosa obtenidas con dosificación de reactivos químicos industriales (colectores + espumantes), biosólidos (BS) y sustancias húmicas (SH). (A) Ilustra los resultados obtenidos con relación a la Ley de cobre y (B) muestra los resultados obtenidos con relación a la Ley de hierro.

Descripción detallada de la Invención La presente invención consiste en un agente de flotación multifuncional que comprende las funciones de colector y espumante, para procesos de flotación espumosa en la recuperación de metales de valor comercial a partir de minerales sulfurados (cobre, zinc, plomo, hierro, molibdeno, entre otros) o no sulfurados (oro, entre otros), que consisten en residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, o en una fracción de ellos (extracto).

En particular, el agente de flotación multifuncional, o "agente colector y espumante", consiste en residuos orgánicos derivados de procesos de tratamiento o de descomposición aeróbica o anaeróbica, tales como biosólidos y/o estiércoles. Resultados de análisis físicos y químicos obtenidos de la literatura para biosólidos y estiércoles se muestran en la Tabla 1. Los porcentajes se indican sobre base seca.

Tabla 1 : Rangos para la composición química y características físicas de biosólidos y estiércoles obtenidos de la literatura.

El proceso de producción del agente de flotación multifuncional de esta invención consta de las siguientes etapas:

1. Recolectar desde las fuentes generadoras la materia orgánica correspondiente a los biosólidos y/o estiércol, y seleccionar una vez determinadas sus propiedades físicas y químicas, enumeradas en la Tabla 1 ,

2. Acondicionar, lo que puede considerar algunas de las siguientes operaciones, dependiendo de su origen y su forma de aplicación:

a. deshidratar hasta un contenido de humedad menor o igual al 75% y más generalmente a un contenido de humedad menor o igual al 20%.

b. reducir de tamaño y separar, por ejemplo a través de molienda y tamizado a valores menores o iguales a 10 milímetros (mm).

c. compactar en la forma de pellets o de briquetas, y opcionalmente. 3. Envasado del producto.

El producto obtenido en el punto 2 puede ser sometido a un proceso de extracción líquida acuosa empleando ácidos y/o bases fuertes que mantendrá las mismas características mencionadas para el agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante) de esta invención.

El proceso de extracción líquida del agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante) consta de las siguientes etapas:

1. Tomar el producto al final de la etapa 2 descrita anteriormente.

2. Realizar una extracción, que considera algunos de los siguientes métodos alternativos, dependiendo de su origen y su forma de aplicación:

a. Extraer mediante un proceso ácido-base, que considera una reducción de pH entre 1 y 2 con un ácido fuerte, como por ejemplo HC1, H ₂ S0 ₄ , H ₃ P0 ₄ , a temperatura ambiente. Ajustar el volumen de la solución con ácido hasta obtener una relación entre 1 :5 y 1 : 10 residuo orgánico: solución ácida (masa:volumen), en base seca. Agitar la suspensión por un período de tiempo menor o igual a 10 horas. Separar y reservar el sobrenadante de la fracción sólida. Ajustar el pH de la fracción sólida a neutralidad con una base fuerte, tal como KOH, NaOH, etc., a temperatura ambiente. Ajustar el volumen de la solución con una base hasta obtener una relación entre 1 :5 y 1 : 10, fracción sólida: solución básica (masa:volumen). Agitar la suspensión por un período de tiempo menor o igual a 10 horas. Separar y reservar el segundo sobrenadante de la segunda fracción sólida. Mezclar los sobrenadantes de la primera y segunda etapa descritas anteriormente para obtener el extracto.

b. Extraer empleando agua como extractante acuoso, que considera ajustar el volumen de la solución con agua en un rango entre 1 :5 y 1 : 10, residuo orgánico:agua (volumen: volumen) en base seca, en condiciones ambientales. Agitar la suspensión por un período de tiempo menor o igual a 10 horas. Separar y reservar el sobrenadante (extracto) de la fracción sólida.

3. Envasar el extracto obtenido.

Descripción de un método de flotación espumosa en minería

Adicionalmente, se cuenta con un proceso alternativo y competitivo de flotación espumosa para la recuperación de metales de valor comercial a partir de minerales sulfurados o no sulfurados, el que utiliza el agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante) de la invención, como elemento alternativo y altamente competitivo en comparación a los agentes colectores y espumantes usados hasta esta invención (Figura 1).

El proceso de flotación espumosa para recuperación de metales de valor comercial a partir de minerales sulfurados o no sulfurados de acuerdo a la presente invención comprende los pasos de:

1. Reducir el tamaño de los minerales sulfurados o no sulfurados a un tamaño de partícula bajo 400 mieras. Esto considera las etapas de chancado primario, secundario y terciario, y posterior molienda convencional o semiautógena;

2. Acondicionar el mineral molido en una pulpa mezclando:

a. dicho mineral molido;

b. agua para obtener una pulpa de mineral con un rango de 5% a 20% de peso de sólidos; c. modificador(es) de pH tales como cal, bases fuertes como KOH, NaOH, entre otras; d. el agente colector y espumante; en general, se agrega en cantidades menores o iguales que 30% del peso de mineral y preferentemente entre 5% y 20%;

3. Recibir dicha pulpa acondicionada en un equipo de flotación, donde se agrega agua para obtener una pulpa con un rango de 20% a 50% de peso de sólidos, y más preferentemente entre 30% y 40%;

4. Agitar para mantener el material en suspensión, preferentemente a una velocidad en un rango de 40 a 500 rpm, más preferentemente entre 70 a 90 rpm, y airear con un flujo de 5 - 200 metros cúbicos por minuto, durante un periodo de tiempo de 2 a 20 minutos dicha pulpa acondicionada, concentrando en una espuma dicho metal de valor comercial y abatiendo una cola de flotación.

5. Colectar dicha espuma rica en dicho metal de valor comercial como concentrado de dicho metal de valor comercial.

Adicionalmente, el proceso de flotación espumosa para recuperación de metales de valor comercial, de acuerdo a la presente invención, comprende los pasos adicionales de:

6. Traspasar dicha cola de flotación a un segundo equipo de flotación, para colectar un segundo metal de valor comercial;

7. Acondicionar dicha cola de flotación con:

a. extracto líquido del agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante); en general, se agregan cantidades del agente colector y espumante menores o iguales que 45% del peso de mineral y más preferentemente entre 2% y 30%; b. modificador(es) de pH tales como cal, bases fuertes como KOH, NaOH, entre otras; 8. Someter dicha cola acondicionada a una segunda flotación espumosa, con agitación para mantener el material en suspensión, a una velocidad en un rango de 70 a 90 rpm y aireación entre 15 - 200 metros cúbicos por minuto, durante un periodo de tiempo de 2 a 20 minutos, concentrando en una espuma dicho segundo metal de valor comercial y abatiendo una ganga;

9. Colectar dicha espuma rica en dicho segundo metal de valor comercial como concentrado de dicho segundo metal de valor comercial.

10. Evacuar dicha cola (relave) para su disposición final. Los relaves son descartados en depósitos de relaves construidos para estos efectos, siguiendo los procedimientos y métodos usados para cada planta de relaves.

El proceso de flotación espumosa, de acuerdo a la presente invención, es adecuado para beneficiar minerales sulfurados (cobre, zinc, plomo, hierro, molibdeno, entre otros) o no sulfurados (oro, entre otros), y además metales de valor comercial contenidos en colas derivadas de la primera fase de procesamiento en procesos de flotación espumosa de dos fases. Por ejemplo, el cobre puede ser beneficiado a partir de minerales tales como calcopirita (CuFeS ₂ ) y mezclas de minerales (calcosita, Cu ₂ S; covelina, CuS; bornita, Cu ₅ FeS ₄ , entre otros). Normalmente, los minerales de sulfuras de cobre contienen pirita (FeS ₂ ) y otros sulfuros de metal que también son beneficiados.

En adelante la descripción será aplicada a beneficiar y recuperar cobre a partir de minerales sulfurados, lo que se hará a modo de ejemplo y no con el fin de limitar el alcance de la invención. Sin embargo, esta descripción también aplica a otros minerales sulfurados o no sulfurados de metales de valor comercial, tales como galena (PbS) y esferalita (ZnS), entre otros. El proceso de la presente invención ha demostrado ser particularmente adecuado para beneficiar minerales de sulfuros de cobre, tales como minerales del tipo sulfuros de cobre asociados con pirita; a modo de ejemplo, las asociaciones típicas CuFeS ₂ /FeS ₂ .

De acuerdo con el proceso de la presente invención, en la etapa 2) y opcionalmente en una etapa 6), se agrega el agente multifuncional de flotación, con función de colector y espumante de la presente invención, en una cantidad que dependerá de diversos factores, tales como las propiedades físicas, químicas, especiación, distribución del tamaño de partículas, Ley del mineral y grado de liberación, entre otros.

En una primera fase de flotación espumosa, se puede recuperar la mayor parte de hierro de valor comercial contenido en la espuma como concentrado de hierro, y abatir minerales de cobre de valor comercial (por ejemplo calcopirita) y otros metales sulfurados de valor comercial contenidos en la pulpa (molibdeno, plata, etc.).

En la primera fase de flotación, se agrega entre 5% y 25% del peso de mineral del agente colector y espumante de la presente invención. La pulpa es agitada y aireada por un período de tiempo que maximiza la recuperación del hierro. El período específico de tiempo dependerá de las propiedades físicas, químicas, especiación, distribución del tamaño de partículas, Ley y grado de liberación, entre otros; el tiempo necesario para flotar un mineral determinado puede ser estimado de acuerdo a la eficiencia y planes de producción de la planta concentradora. Típicamente, la flotación se realiza por un período de 2 a 20 minutos y más preferentemente por un período de 5 a 15 minutos.

Concluida la primera fase de flotación por el período de tiempo seleccionado, el concentrado de hierro es colectado y la cola es sometida a la segunda fase de flotación espumosa. La cola, posteriormente es sometida a una segunda fase de flotación espumosa para recuperar la mayor parte del cobre de valor comercial contenido en la espuma (concentrado de cobre) y abatir los minerales sin valor comercial y la ganga que permanecen en la fase inferior (relaves).

En la segunda fase de flotación, se agrega entre 2% y 30% del peso de mineral de un extracto líquido del agente colector y espumante de la presente invención. La cola es agitada y aireada por un período de tiempo que maximiza la recuperación del cobre. El período específico de tiempo depende de las propiedades físicas, químicas, especiación, distribución del tamaño de partículas, Ley del mineraly grado de liberación, entre otros; el tiempo necesario para flotar un mineral determinado puede ser estimado de acuerdo a los objetivos de producción y eficiencia de la planta concentradora. Típicamente, la flotación se realiza por un período de 2 a 20 minutos y preferentemente por un período de 5 a 15 minutos.

Cuando se ha realizado la segunda fase de flotación por el período de tiempo deseado, el concentrado de cobre es colectado y el relave o nueva cola es removido y eliminado. Los relaves son descartados en depósitos de relaves construidos para estos efectos, de acuerdo a los procedimientos establecidos en cada planta de relaves. Una fracción de los residuos orgánicos usados como agentes espumantes y colectores en el proceso de flotación espumosa de la presente invención queda retenida en los relaves generados, lo que los deja en una mejor condición para procesos posteriores de remediación ambiental.

Tanto en la primera como en la segunda fase de flotación (fases I y II), el agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante) de la presente invención puede ser complementado con uno o varios de los espumantes y/o colectores tradicionalmente usados en una operación específica de flotación espumosa de minerales sulfurados o no sulfurados; la cantidad de espumante y/o de colector agregada dependerá de las características deseadas y de las variables críticas del proceso, las que son determinadas por las especificidades y singularidades de cada proceso de concentración de minerales.

El uso de tales colectores y/o espumantes auxiliares tradicionales en combinación con el agente de flotación multifuncional (agente colector y espumante) de esta invención resulta, a menudo, en recuperaciones mayores y en consecuencia una mejor eficiencia específica en la etapa de concentración de minerales de hierro y/o cobre. En el caso de los colectores, cualquiera de los colectores existentes en el mercado, tales como compuestos que contienen grupos polares amónicos y catiónicos (por ejemplo ácidos grasos, xantatos, ésteres de xantato, ditiocarbamatos, mercaptanos, tioureas y tionocarbamatos), puede ser usado con los colectores nuevos indicados en las fases I y II de esta invención (Figura 1). Adicionalmente, una amplia variedad de agentes espumantes han sido usados exitosamente en la flotación de minerales a partir de minerales sulfurados, tales como alcoholes dihidrocarbonados de bajo peso molecular (por ejemplo metilisobutilcarbinol, MIBC, poliglicol, aceites de pino, monoésteres de poliglicoles y etoxilatos de alcohol, entre otros). Cualquiera de ellos puede ser usado de manera complementaria y sinérgica en el proceso de la presente invención.

Aunque en esta invención es posible usar un único equipo de flotación, tanto en la fase I como en la fase II (Figura 1) de flotación espumosa, se prefiere usar un sistema múltiple de equipos de flotación en ambas fases, ya que esto permite mejores recuperaciones de los metales de valor comercial debido a los mayores tiempos de contactacion de los reactivos de flotación con los minerales y a la posibilidad de agregar cantidades adicionales de colectores o químicos auxiliares, cuando éstos sean requeridos.

El proceso de flotación espumosa de la presente invención permite obtener un concentrado de cobre de mejor calidad, por el menor contenido de minerales de hierro atributo que permiten mejorar su valor comercial, ya sea para venta en el mercado interno o en el mercado internacional. Sin embargo, el concentrado de cobre obtenido por la presente invención permite mantener un contenido de hierro adecuado a los requerimientos de entrada de la etapa de fundición, en el caso de aquellas faenas que utilizan hornos convertidores Teniente,

EJEMPLO DE APLICACIÓN Los presentes ejemplos de aplicación utilizaron un agente de flotación multifuncional, con funciones de colector y espumante a base de lodos sanitarios (biosólidos) y un agente colector y espumante en base a sustancias húmicas, cuyas características se entregan en las siguientes Tablas:

Tabla 2: Características físicas y químicas generales de los biosólidos

Base seca

Tabla 3: Características químicas generales de las sustancias húmicas

ND: No determinado A menos que se indique lo contrario, todas las partes y porcentajes son en base a peso seco. El mineral de cobre usado en este ejemplo consiste primariamente en calcopirita-pirita, con un contenido medio de cobre de 0,74% y 4,50% de hierro y una granulometría menor o igual a 400 mieras.

Ejemplo 1: Poder espumante: Medición de la tensión superficial

Las mediciones de tensión superficial fueron realizadas en un tensiómetro Krüss K8, según el método de Du Nouy a temperatura ambiente de 18° C. Se prepararon soluciones de biosólidos (BS), sustancias húmicas (SH) y metil-isobutil-carbinol (MIBC) con agua desionizada ultrafiltrada, con una resistividad de 18 ΜΩ-cm (equivalente a una conductividad eléctrica de 5,55 x 10 ^"2 μ8 cm ^"1 ), y una tensión superficial de 72,1 mN m ^"1 . Las concentraciones ensayadas para BS fueron 0; 1 ; 10; 25; 50 y 100 g L ^"1 , para SH 0; 0,1 ; 1 ; 5; 10 y 25 g L ¹ y para MIBC 0; 0,1 ; 0,5; 1 ; 2,5; 5 y 7,5 g L ^"1 . Las concentraciones ensayadas expresadas en gramos de sustancias húmicas por litro son equivalentes para BS y SH. Posteriormente, se realizó un ajuste de pH para cada una de las soluciones de BS, SH y MIBC a pH 7 y 10, agregando pequeñas alícuotas de solución de NaOH y HC1 0,1M. Para las distintas concentraciones ensayadas, las muestras se midieron al menos 4 veces. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 2.

Los resultados muestran que las SH, BS y MIBC tienen una actividad tensoactiva en todo el rango de concentraciones medido. La tensión superficial de las SH es dependiente del pH, mostrando que a pH 10 son más tensoactivas que a pH 7. Un comportamiento similar muestran los BS y el MIBC. La Figura 2 A muestra que los BS permiten cambiar la tensión superficial al igual que el MICB, determinándose que para una concentración de 100 g L ^"1 de BS la tensión superficial es 40 mN m ^"1 , en tanto que el MIBC permite obtener una tensión superficial similar con una concentración de 7,5 g L ^"1 .

La Figura 2B muestra que al corregir las concentraciones de SH y BS por la fracción sedimentada de dichas sustancias, se tiene que los BS tienen un comportamiento similar al MIBC. Las dosificaciones menores a 4 g L ^"1 de BS muestran ser más tensoactivas, a ambos pH ensayados, comparadas con el MIBC, y por tanto presentan mejores propiedades espumantes.

Ejemplo 2: Medición del poder espumante y estabilidad de la espuma.

Las pruebas de espumación se realizaron siguiendo el método de Bikerman. Dicho método permite determinar la generación dinámica de espuma, ε y la estabilidad estática, τ. En cada ensayo se usaron 20 mL de solución, según las siguientes concentraciones de espumantes metil-isobutil-carbinol (MIBC), sustancias húmicas (SH) y biosólidos (BS): 0,1, 1, 5 y 10 g L ¹ . Las muestras se prepararon con agua bidestilada, ajustando el pH inicial de las soluciones con pequeñas alícuotas de solución de NaOH y HCl 0,1M hasta alcanzar valores de pH 7 y 10, agitando y homogenizando las muestras por 10 minutos, a 200 rpm. Todos los ensayos se realizaron en duplicado, a temperatura ambiente.

La generación dinámica de espuma se produce de manera continua por inyección de aire atmosférico. Para ello, se usó un compresor de aire seco según 4 flujos de aire: 1, 2, 3 y 4 L min ^"1 . El aire inyectado se pasó por un flujómetro de aire (Gilmont Instruments, Inc., USA), y luego a través de un filtro de vidrio Pyrex de porosidad grado 2, correspondiente a un diámetro medio comprendido entre los 40 y 100 μιη. La muestra a ensayar (20 mL de solución) se encontraba dentro del filtro. El aire se hizo pasar a través del líquido en una columna y, para cada caudal de aire inyectado, se determinó la altura de la espuma en estado estacionario. La imprecisión en la medida de la altura de la espuma en estado estacionario fue de ± 1 cm, dependiendo del tipo y concentración de espumante y del flujo de aire empleados. Además, se cuantificó la estabilidad estática τ de la espuma, la que corresponde al tiempo para el descenso total de la espuma producida, luego que es apagado el flujo de gas. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4: Parámetros de Bikerman para sustancias húmicas (SH), Biosólidos (BS) y Metil-Isobutil-Carbinol (MIBC).

Las concentraciones de sustancias húmicas (SH) y biosólidos (BS) están expresadas en gramos de sustancia húmica por litro de solución.

La Tabla 4 anterior muestra que para todas las concentraciones y pH ensayados, SH, MIBC y BS permiten generar espuma. Para SH y BS, el pH tiene un efecto sobre el volumen de espuma generado. En todos los casos, el volumen de espuma muestra tener una dependencia lineal respecto del flujo de gas.

Para las SH, los BS y el MIBC se observa una relación positiva entre la concentración y la generación y estabilidad estática de la espuma. Las concentraciones de 0,1 y 1 g L ¹ de SH, BS y MIBC presentan valores de τ que aumentan según el flujo de aire; sin embargo, para concentraciones de 5 y 10 g L ¹ de SH y BS, dicha relación es inversa, mostrando que para una concentración fija -al aumentar el flujo de aire- el τ disminuye drásticamente. Al incrementar el flujo de aire, la espuma es más inestable, favoreciendo la coalescencia de las burbujas producidas. Adicionalmente, los BS muestran parámetros de Bikerman (ε y τ) del mismo orden de magnitud a los obtenidos para el MIBC, para las concentraciones y flujos de aire ensayados.

Ejemplo 3: Poder colector: Ensayos de Flotación de Película ("Film Flotation").

La técnica de "film flotation" permite determinar las fracciones hidrofílicas e hidrofóbicas de un mineral y/o especie mineralógica expuesta a distintas mezclas agua: alcohol. Se adicionaron sustancias húmicas (SH), biosólidos (BS) y guano de cabra (GC) en una dosificación de 1,5% de sustancias húmicas (p/p, base seca), mientras que los reactivos químicos colectores industriales (RQCI) se usaron en las siguientes dosificaciones: dialquil ditiofosfato de potasio (Lib-K), 16 g ton ^"1 ; isobutil xantato de sodio, 5 g ton ^"1 ; mercaptano (P-3), 11 g ton ^"1 . Las muestras minerales (mineral sulfurado de cobre, calcopirita y pirita) se acondicionaron con la adición de los reactivos colectores (SH, BS, GC y RQCI) por un periodo comprendido entre 10 y 20 minutos. Luego se ajusto el pH con HCl y/o NaOH y cada condición experimental se agitó en un agitador por 3 horas, a 25° C. En cada ensayo se empleó un tamaño de partícula comprendido entre los 75 y 106 μιη. Dependiendo de las características de mojabilidad del sólido en cada muestra y para una tensión superficial particular de la mezcla agua:alcohol, la fracción hidrofílica fue recuperada, secada y pesada y, por diferencia de masa, se cuantificó la fracción hidrofóbica. Los resultados obtenidos para la condición experimental de 100% agua, se aprecian en la Figura 3.

La Figura 3 muestra que la flotabilidad natural, sin adición de reactivos, del mineral sulfurado de cobre y de las especies mineralógicas, como calcopirita y pirita, es baja (del orden del 10%). El uso de RQCI permite cambiar la flotabilidad natural del mineral sulfurado de cobre y de las especies mineralógicas, permitiendo flotar calcopirita y pirita en un 40%; de esta forma, los RQCI permiten flotar dichas especies mineralógicas de forma no selectiva, aumentando la hidrofobicidad natural de ambas especies mineralógicas. Las SH permiten aumentar a un 15% la flotabilidad natural de mineral sulfurado de cobre y/o de las especies mineralógicas. Los BS y el GC muestran una mejor afinidad con la pirita respecto de la calcopirita. Los BS permiten flotar un 42% de pirita, mientras que los GC un 37,5% de esta especie mineralógica. Para la calcopirita, los BS flotan un 21% y el GC un 25%. Por lo tanto, BS y GC muestran un comportamiento similar ante el mineral sulfurado, calcopirita y pirita ensayadas, siendo más selectivos por la pirita. Al mismo tiempo, los BS y el GC permiten cambiar la flotabilidad natural del mineral sulfurado de cobre, permitiendo flotar un 36% y un 26% de dicho mineral, respectivamente.

Ejemplo 4: Ensayo de flotación espumosa en Celda Denver.

En los ensayos de Celda Denver se usó un mineral sulfurado de Cobre con un tamaño de partícula entre 30 y 300 micrómetros (mayor a malla 400 y menor a malla 50). Se usó una concentración de sólidos del 30%, se agitó la pulpa a 1100 rpm, manteniendo un pH entre 10 y 11, temperatura ambiente. El ajuste de pH se realizó con cal y/o NaOH. Los ensayos con reactivos químicos industriales se usaron en la siguiente dosificación: cal 300 g ton ^"1 ; DowFroth 250 2,5 g ton ^"1 ; Metil- isobutil-carbinol 25 g ton ^"1 ; dialquil ditiofosfato de potasio (Lib-K), 16 g ton ^"1 ; isobutil xantato de sodio, 5 g ton ^"1 ; mercaptano (P-3), 11 g ton ^"1 . Biosólidos (BS) y sustancias húmicas (SH) se usaron como agentes colectores y espumantes en una dosificación de 1,5% de sustancias húmicas (p/p, base seca). Para todas las condiciones experimentales ensayadas se empleó un tiempo de acondicionamiento de 10 minutos. El procedimiento experimental, considera la apertura de la válvula de inyección de aire de la celda, a objeto de permitir la formación de una fase espuma sobre la fase pulpa, la que es extraída vía paleteo desde la superficie fase espuma en los siguientes tiempos: 1-3 minutos; 3-6 minutos; 6-10 minutos; 10-14 minutos; 14-18 minutos. En dichos tiempos, se colectan muestras de concentrado, las que son filtradas, secadas y analizadas químicamente, vía método de absorción atómica.

Las condiciones experimentales ensayadas en Celda Denver se describen en la siguiente tabla:

Tabla 5: Condiciones experimentales ensayadas en Celda Denver a escala de laboratorio.

N° Condición experimental

Mineral Reactivos colectores y Ajuste de pH espumantes

1 Mineral sulfurado de Cobre RQCI + RQEI Cal

2 Mineral sulfurado de Cobre RQCI + RQEI NaOH

3 Mineral sulfurado de Cobre Biosólidos (BS 1, tipo 1) NaOH

4 Mineral sulfurado de Cobre Biosólidos (BS 2, tipo 2) NaOH

5 Mineral sulfurado de Cobre Sustancias húmicas (SH 1, tipo 1) NaOH

6 Mineral sulfurado de Cobre Sustancias húmicas (SH 2, tipo 2) NaOH Biosólido tipo 1 (BS 1), y biosólido tipo 2 (BS 2), hacen referencia a muestras de biosólidos provenientes de la misma planta de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, siendo BS 1 una residuo generado al menos 2 años antes que BS 2.

Sustancias húmicas tipo 1 (SH 1) y tipo 2 (SH 2) hacen referencia al mismo material probado en dos corridas distintas (repeticiones).

RQCI = Reactivos químicos colectores industriales (dialquil ditiofosfato de potasio; isobutil xantato de sodio; mercaptano)

RQEI = Reactivos químicos espumantes industriales (DowFroth; Metil-isobutil-carbinol)

Los resultados de Ley de concentrado de cobre y de hierro, se muestran en la Figura 4. Los resultados muestran que los BS permiten recuperar un concentrado con una ley de cobre menor a la obtenida con SH y RQCI + RQEI. Sin embargo, BS producen un concentrado con una ley de hierro similar a la que se obtiene con SH y RQCI + RQEI. La Figura 4B muestra que BS pueden recuperar un concentrado con una alta ley de hierro. Adicionalmente, el extracto del reactivo colector y espumante, es decir, las sustancias húmicas muestran en la Figura 4A que dicho reactivo permite recuperar un concentrado de cobre con una ley mayor, durante los primeros 10 minutos de flotación, comparada con la ley del concentrado de cobre al usar RQCI + RQEI.

Como se desprende de los ejemplos, los biosólidos son espumantes y colectores efectivos de hierro en sistemas de flotación espumosa, mientras que las sustancias húmicas son efectivos colectores de cobre en sistemas de flotación espumosa, a niveles comparables con los reactivos estándar de flotación usados.

La presente invención ha sido explicada (ilustrada) en relación a algunas de sus posibilidades, pero debe entenderse que los ejemplos mencionados y la información específica entregada no tienen como objetivo limitar el espíritu o el ámbito de la invención reclamada.