DESCRIPCION CAMPO TECNICO DE LA INVENCION

El Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética está desarrollado para ser aplicado en el campo del procesamiento de minerales de hierro, como la magnetita, en el sector minero y metalúrgico del hierro y el acero. En el campo del procesamiento de minerales de hierro, se concentran estos minerales por medio de la aplicación de campos magnéticos y del proceso de flotación, para ía producción de concentrados de hierro, eliminando minerales no magnéticos que contienen sílice, fosfatos y azufre como la pirita y pirrotita,

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El concentrado de magnetita es ampliamente empleado en la industria siderúrgica para la producción de hierro y acero. El agotamiento de las reservas minerales de magnetita de alta caíidad y el creciente consumo de acero obliga a la industria siderúrgica a procesar mineral con grados bajos de magnetita. Por lo tanto, se tiene la necesidad de procesar estos minerales de magnetita, a fin de cumplir con la demanda mundial. Sin embargo, los minerales de magnetita de baja ley requieren más energía y un mayor consumo de agua para recuperar de ellos concentrados de hierro con grados bajos de impurezas tales como sílice (SiG ₂ ), azufre (S), fósforo (P), alúmina (AI2O3), óxido de calcio (CaO), etc., empleando los procesos convencionales, que contemplan el tambor rotatorio magnético de baja intensidad (B.A. Wüls, T.J, apier- unn. Wüls' Mineral Processing Technology: Án Introduction to the Practica] Aspeets of Ore Treatment and Mineral Recovery. Butteworth-Heinemann, seventh edition, 2006) y la flotación inversa de sílice en celdas de flotación mecánicas y de columnas (Floíation of iron oxides and quartz~A Review, Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review,1992 (1 1) 129-161; A. Araujo, P. Viana, A. Pérez, Reagents in iron ores flotation, Minerals Engineering 2005 (18) 219-224). A los minerales que constituyen las impurezas del concentrado de hierro se les denomina ganga.

La presente invención se refiere al desarrollo de un equipo y proceso de concentración del minera! ferrimagnético magnetita (FesQ-t), se basa en los principios combinados de flotación inversa y el uso de campos magnéticos de baja intensidad en el mismo equipo y proceso. Este equipo y proceso son aplicables para la separación de minerales que difieren tanto en sus propiedades magnéticas como en su flotabilidad (propiedades de superficie),

ínicialmente, se busca incrementar la eficiencia del proceso de eliminación de ganga en la concentración de magnetita, de tal manera que la pulpa (mezcla de agua y mineral) con reactivos químicos de flotación y burbujas de aire sean mezcladas fuertemente adentro de un tubo para llevar a cabo la captura burbuja-partícula de ganga. Después, la mezcla pulpa-burbujas es introducida a una columna donde es expuesta a un campo magnético generado por una serie de bobinas en configuración Helmholtz. El campo magnético en la columna puede tener dos configuraciones: Campo magnético homogéneo o campo magnético con gradiente de intensidad con dirección descendente, remarcando que a las dos configuraciones se les considera campos magnéticos bajos (CMB) (< 200 gauss). Una vez que la mezcla burbujas-partículas se encuentran en la zona de CMB se induce la agregación selectiva de las partículas de magnetita y se facilita la flotación selectiva de las partículas de ganga, previniendo la flotación de minerales magnéticos e incrementando su tasa de sedimentación. De este modo, se produce un concentrado de hierro de calidad con bajos contenidos de ganga. Los reactivos químicos para llevar a cabo la flotación de los minerales ganga pueden ser de los llamados colectores ca iónicos del tipo aminas y colectores amónicos del tipo sulfhídrico, sulfato, suifonato o carboxilato. La tecnología que se pretende proteger (equipo y proceso), a través de la presente memoria descriptiva y la solicitud de patente que la acompaña, busca resolver el problema de eliminación de sílice, azufre, fósforo y de otros elementos, en minerales que presentan baja susceptibilidad magnética y que son considerados no deseados en el concentrado de hierro de las industrias, que explotan yacimientos de magnetita y otros minerales magnéticos en México y el mundo. El potencial de comercialización de la magnetita enriquecida por medio del proceso en cuestión (producto), hace que también reclamemos regalías sobre el producto así beneficiado en la presente patente; ya que la eliminación de azufre, sílice, fósforo y otros compuestos no deseables en el concentrado de hierro, repercute en la disminución de emisiones contaminantes (SO2), mejora la calidad física de los pellets de hierro que se obtienen del concentrado de magnetita, hace más competitiva la comercialización del concentrado y conlleva a importantes ahorros de energía durante la producción de hierro y acero. El concentrado de hierro obtenido por medio del Equipo y Proceso de Flotación y Agregación Magnética que se patenta, son susceptibles de comercialización y por tanto, de reclamarse para los inventores, la protección de la propiedad intelectual y los derechos de explotación de los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La concentración magnética de baja intensidad en húmedo con tambores magnéticos, se emplea para el tratamiento de menas de mineral de hierro que contienen magnetita, con el fin de producir un concentrado con un alto grado de hierro, eliminando minerales diamagnéticos y paramagnéticos como el cuarzo, aluminosilicatos, pirita, pirrotiía, carbonato de calcio, carbonato de magnesio, fosfato de calcio, etc., que se denominan ganga. El equipo, que comúnmente se emplea en este proceso de concentración, es el tambor rotatorio, que consiste de una tina cilindrica y un tambor rotatorio de acero inoxidable, en cuyo interior se tiene una serie de barras magnéticas, para la creación de un campo magnético de baja intensidad de 600-2,000 Gauss (J. Svoboda, Magnetic Techniques for the Treatment of Materials, Springer Science & Business Media, 2004).

Entre el cilindro y ía tina se tiene un espacio denominado Lina-tambor en donde se introduce la pulpa que se procesa. En este espacio tina-tambor, que es del orden de 5-10 cm, se tiene un campo magnético con un valor de intensidad más alto en la superficie del tambor, que el de la superficie de la tina; es decir, en el espacio tina-tambor, se tiene un gradiente de campo magnético. Las partículas de magnetita, al entrar en este espacio tina-tambor, son magnetizadas, aglomeradas y fuertemente atraídas hacia la superficie del tambor, formando un aglomerado de cadenas de partículas de magnetita, el cual es transportado por el tambor rotatorio desde el fondo hasta el labio de la tina, en donde el material magnético es despegado de la superficie del tambor y colectado como un producto denominado concentrado de hierro. La ganga es desalojada junto con agua de la pulpa, por la parte inferior de la tina, para ser colectada como un producto denominado colas, relaves ó residuos.

Para que la eliminación de la ganga sea más eficiente en el tambor magnético rotatorio, se añade agua a la pulpa de alimentación. A esta agua, se le conoce corno agua de lavado o de repulpeo y se usa para disminuir el porcentaje de sólidos en el espacio tina-tambor. Asi, la aglomeración de las partículas de magnetita se lleva a cabo en un medio de baja concentración de partículas de ganga. Sin embargo, el uso de agua de lavado por tonelada de mineral procesado es excesivo y la eliminación de partículas de ganga tiene una muy baja eficiencia durante las distintas etapas de concentración, debido a que las partículas de ganga quedan entrampadas en los agregados compactos de magnetita, que se producen con el uso de esta tecnología. En el tambor magnético, se busca optimizar los valores de las, así llamadas, fuerzas en competencia por medio del ajuste de los parámetros geométricos del separador, de tal modo que la separación espacial entre Sos minerales magnéticos y no magnéticos sea máxima. Las fuerzas en competencia que actúan sobre las partículas son: de arrastre hidrodinámico, buoyancia, atracción magnética y de gravedad. Por tanto, para atraer partículas magnéticas hacia el tambor, se requiere de un campo magnético con gradiente de intensidad. Además, tanto el valor de campo como el de su gradiente deben ser 3o suficiente grandes para poder superar las fuerzas de arrastre hidrodinámico o el propio peso de las partículas.

Sin embargo, esta aproximación generalizada al problema de separación magnética, con Sos campos magnéticos y gradientes en el espacio tina-tambor, conlleva a la formación de agregados de magnetita muy compactos y de geometría cerrada, en los que quedan entrampadas partículas liberadas de ganga. Además, esta aproximación no permite eliminar eficazmente los sulfuras de hierro, la sílice y los fosfatos. Entre los sulfuros destacan la pirrotita (Fei- S) y la pirita (FeS2), responsables de la presencia de azufre en el concentrado de hierro. La presencia de éstos sulfuros de hierro perjudica las propiedades físicas del pellet que se forma con el concentrado de hierro, haciéndolo más quebradizo, además, es causante de grandes emanaciones de dióxido de azufre a la atmosfera durante el proceso de endurecimiento del pellet, que se lleva a cabo a altas temperaturas. La presencia de fósforo, como fosfato, en un concentrado de hierro limita su comercialización por los efectos muy nocivos del fósforo en el producto de hierro que se obtiene del concentrado.

Para mejorar la calidad del concentrado de hierro del tambor rotatorio, el concentrado se procesa por flotación inversa, en donde se busca eliminar sílice, fosforo y azufre (Filippov et al., An Overview of the beneficiation of iron ores vía reverse cationic flotatíon, International Journal of Mineral Processing 127 (2014) 62-69). En este proceso de flotación inversa, se flotan los minerales de sílice como el cuarzo y Sos silicatos empleando colectores catiónicos del íipo de las aminas, las cuales se pueden usar mezclados con colectores amónicos o alcoholes para mejorar su eficiencia en la eliminación de sílice. Para la eliminación de fósforo como fosfatos se recurre a los colectores amónicos del tipo de los ácidos fóticos. En este proceso de flotación inversa, para mejorar la calidad del concentrado de hierro, es muy común el uso de reactivos químicos depresores, como el almidón, la dextrina, el carboximetil celulosa y goma guar, que se adsorben sobre la magnetita evitando su flotación.

El proceso de flotación inversa se lleva a cabo en un equipo denominado celda de flotación, que puede ser del tipo mecánico o de columna. En las celdas de flotación tipo mecánico, la pulpa es agitada en la celda por un impulsor instalado en su parte central dentro de un tubo por donde se inyecta aire, el cual es convertido a burbujas por el impulsor. Son estas burbujas las que atrapan a las partículas de ganga hidroíbbízadas por los colectores transportándolas hacia la parte superior de la celda, donde se forma una cama de burbujas mineralizadas, la cual se elimina de la celda constituyendo las colas del proceso. Las partículas no flotables se recuperan por ía parte inferior de la celda y constituyen el concentrado de hierro. La celda de columna varía de la celda mecánica en cuanto que la pulpa no es agitada y las burbujas de aire se generan en un dispositivo denominado generador de burbujas, el cual inyecta las burbujas por ía parte inferior de la celda. En la celda de columna, la pulpa se alimenta a una altura dada de la columna y fluye en contracorriente a Sas burbujas de aire, Sas cuales atrapan a las partículas hidrofobizadas de ganga transportándolas hacia la parte superior de la celda de columna donde forma ía cama mineralizada, que se elimina de la celda como colas. Por la parte inferior de la celda de columna, se recuperan las partículas que no son atrapadas por las burbujas constituyendo el concentrado de hierro.

El principio de elutración junto con el uso de campos magnéticos ha sido usado para la concentración de magnetita (J. R. Me Gaa, Alternating current magnetic separator, US5,868,255, 1999; A. Encinas-Oropesa, 11. A, Martínez-García, A. López- Valdivieso, Y. Nahmad- Molinari, S. Song, Proceso y reactor de flotación inversa y eiutriación, asistido por agregación selectiva inducida por campos magnéticos uniformes o de gradiente lineal descendente para concentración de minerales magnéticos. 2009, WO 2009022895 Al ). Me Gaa (US5,868,255) utilizó campos magnéticos alternantes, campos cuya producción es costosa debido a perdidas por calentamiento y que son incapaces de producir un arrastre neto de las partículas magnéticas o sus agregados. Encinas-Oropesa et al. (WO2009022895) utilizaron campos magnéticos uniformes de muy baja intensidad para agregar Sas partículas de magnetita aumentando su velocidad de sedimentación. En su proceso, se emplea una alta cantidad de agua en contracorriente para promover ia eliminación de sílice. Respecto a la flotación asistida con campos magnéticos existen algunos reportes; por ejemplo Deng et ai. (R. Deng, Q. Liu, T. Hu, F. Ye, Concentration of high-sulfur copper ore using a three-product magnetic flotation column, Mineral s & Metallurgical Processing, 2013 (30), 122- 128) utilizó una columna de flotación asistida por una serie de imanes permanentes colocados dentro de la columna para generar una zona magnética, con gradientes de campo magnético vertical y horizontal de 400-4200 gauss. Estos autores utilizaron esta columna para separar selectivamente pirrotita de silicatos, logrando deprimir la pirrotita, sin embargo la pirroüta quedó adherida a los imanes debido al gradiente de campo magnético horizontal impidiendo desalojarla de la columna. Birínci et ai (2010) (M. Birinci, i. D. Miller, M. Sankaya, X, Wang. The effect of an externa] magnetic fíeld on catíonic flotation of quartz from magnetite. Minerals Engineering, 2010 (23) 813-818) utilizaron una columna de flotación asistida por un gradiente de campo magnético, el cual fue generado por unas bobinas conectadas en serie. El gradiente de campo descendente generado en esta columna tiene la máxima intensidad de campo en el fondo de la columna., Con esta columna, se flotó selectivamente cuarzo de magnetita, Sin embargo, se presentó el mismo problema descrito por Den et al. (2013) (R, Deng, Q. Liu, T. Hu, F. Ye, Concentration of high-sulfur copper ore using a three-product magnetic flotation column. Minerals & Metallurgical Processing, 2033 (30), 122-128), en el sentido de que la magnetita quedó adherida en las paredes de la columna, principalmente, en el fondo de la columna, donde se tiene un gradiente horizontal de mayor intensidad, con lo cual se genera una fuerza magnética que atrae las partículas de magnetita hacia las paredes de la columna impidiendo que sedimenten. Por tanto, es evidente que la geometría del campo magnético es muy importante para lograr un proceso eficiente y continuo en la concentración de magnetita.

Cabe mencionar, que el principio general de la el triación solo aprovecha el contraste entre pesos específicos, tamaño y forma de las partículas que se pretenden separar por medio del flujo ascendente que se establece en el sistema. En contraste, en la presente invención Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para ¡a Concentración de. Minerales de Hierro Magnéticos, se explota ía posibilidad de hacer agregados selectivos de partículas (cambio en el tamaño), o cambio en la forma (también selectivo) y orientación de las partículas o agregados con el fin de reforzar los efectos gravitacionales selectivamente sobre estos agregados y permitir la flotación selectiva de la ganga. Así, con la imposición de campos magnéticos, deí orden de unas decenas de Gauss, es posible formar agregados de magnetita en forma de aguja, cuya velocidad de sedimentación se incrementa varios órdenes de magnitud con respecto a la de las partículas de ganga, la cual es suficiente para impedir que la magnetita flote junto con las burbujas.

En la presente invención, se evitan el tipo de problemas señalados en el párrafo anterior sobre la migración de ios agregados de magnetita hacia las paredes de la columna, debido a la utilización del campo magnético en configuración Heimholtz, donde los gradientes de campo horizontales son muy pequeños y no generan una fuerza de atracción lo suficientemente grande que evite que las partículas magnéticas sedimenten. De tal manera que la depresión de magnetita es debida solo al incremento de ias fuerzas gravitaeionaks provocado por la aglomeración selectiva de partículas en forma de agujas. Además del campo magnético homogéneo, se puede generar un gradiente de campo magnético vertical descendente. Sin embargo, debido a la configuración Heimholtz (las bobinas se encuentran separadas por una distancia equivalente al radio de las bobinas) y con los bajos campos magnéticos utilizados en esta patente el campo magnético horizontal es muy pequeño, evitándose así los problemas mostrados por Deng et al. (2013) y Birincí et al (2010) (R. Deng, Q. Liu, T. Hu, F. Ye, Concentration of high-sulfior copper ore using a three-product magnetic flotation column, Minerals & Metallurgical Processing, 2013 (30), 122-128; M. Birinci, J, D. Miller, M. Sankaya, X. Wang. The effeet of an external magnetic íleld on caíionic flotation of quaríz from magnetite. Minerals Engineering, 2010 (23) 813-818).

Es de recalcarse que en la presente invención el aire usado en el reactor es aspirado de la atmosfera por efecto venturi para la generación de las burbujas, donde esta adición de aire puede ser complementada con compresores de aire. Por otra parte, el uso del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos permite disminuir el consumo de agua de lavado o repulpeo sustancialmente, en comparación con el proceso de Encinas-Oropesa et al. (2009), en el cual se utiliza agua en contracorriente para la eliminación de la ganga (A. Encinas-Oropesa, H. A. Martínez-García, A. Lopez-Valdivieso , Y. Nahmad-Molinari, S, Song, Proceso y reactor de flotación inversa y elutriación, asistido por agregación selectiva inducida por campos magnéticos uniformes o de gradiente lineal descendente para concentración de minerales magnéticos. 2009, WO 2009022895 Al). La disminución del uso de agua en el proceso, se logra principalmente por dos razones: 1 ) a que en la presente invención se utiliza el agua de ía pulpa de alimentación para generar un flujo ascendente y 2) a una alta eficiencia de captura burbuja-partícula de ganga en el mezclador. BREVE DESCRICPION DE LAS FIGURAS

Figura 1. Esquema del Equipo de Flotación Agregación Magnética: 1 ) mezclador de pulpa-aire, 2) columna de separación de colas y concentrado, 3) inyector de aire al mezclador, 4) pulpa de alimentación, 5) inyector de pulpa al mezclador, 6) bobinas en configuración Helmholtz, 7) colector de colas, 8) salida de colas y 9) salida de concentrado de hierro,

Figura 2. Recuperación de sílice (S1O2) en colas del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética en función de la adición de amina dodecílíca, a varios campos magnéticos, pH 8.5 y 50 g/ton MÍBC, para concentrado de hierro A.

Figura 3. Recuperación de hierro (Fe) en colas del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética en función de la adición de amina dodecílíca, a varios campos magnéticos, pH 8.5 y 50 g/ton MíBC, para concentrado de hierro A.

Figura 4. Recuperación de sílice (SÍO2) en concentrado del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética en función de la adición de amina dodecílíca, a varios campos magnéticos, pH 8.5 y 50 g/ton MIBC, para concentrado de hierro A.

Figura 5. Recuperación de hierro (Fe) en concentrado del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnétic en función de la adición de amina dodecílíca, a varios campos magnéticos, pH 8.5 y 50 g/ton MIBC, para concentrado de hierro A.

Figura 6. Grado de sílice (Si0 ₂ ) en concentrado del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética en función de la adición de amina dodecílíca, a varios campos magnéticos, pH 8.5 y 50 g/ton MIBC, para concentrado de hierro A

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En la Figura 1 , se muestra un esquema general del equipo donde se lleva a cabo el Proceso de Flotación Agregación Magnética para ¡a Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos. El equipo consta básicamente de dos secciones para el proceso: (l) Mezclador de aire y pulpa y (2) Columna de separación de concentrado y colas. En el mezclador ( 1 ), se mezclan aire inyectado (3) y la pulpa (4) ya con los reactivos de flotación para la ganga; en este mezclador se generan las burbujas de aire y se lleva a cabo la interacción burbuja-partícula de ganga. En la columna de separación (2) se tienen unas bobinas (6) hechas de alambre de cobre en configuración Helmholtz, que generan el campo magnético para la agregación magnética de partículas de magnetita; la intensidad de este campo magnético es ajustable con la intensidad de corriente a través de la bobina. En la columna de separación, se realiza la sedimentación de los agregados de magnetita, que se desalojan por su parte inferior constituyendo el concentrado de hierro (9), y la flotación-elutriación de los minerales ganga, que se desalojan por su parte superior (7) constituyendo las colas (8).

Un componente fundamental del equipo y proceso es e! mezclador (1), donde la pulpa (3) se alimenta por la parte superior y es forzada a pasar por un tubo tipo Venturi generando un chorro de alta velocidad (2), el cual colisiona con un espejo de líquido, que se encuentra dentro del mezclador, cortando el aire de la región libre de líquido para generar burbujas. Al chocar el chorro de pulpa con el espejo del líquido, se genera una zona de alta intensidad de mezclado generándose una gran turbulencia y una gran cantidad de burbujas con un tamaño dei orden de 200-300 micrómetros. En el mezclador, se lleva a cabo la interacción partículas hidrófobas de ganga con burbujas de aire. La pulpa con burbujas de aire es forzada a ir en dirección descendente hacia la columna con campo magnético. Respecto al aire, éste es succionado de la atmosfera aunque también puede ser inyectado con un equipo externo como un compresor de aire.

La mezcla pulpa-burbujas del mezclador desemboca en la columna de separación (2), que es un cuerpo cilindrico fabricado de un material no magnetizable y rodeado por dos o más bobinas de alambre de cobre (6), en una configuración de tipo Helmholtz para producir un campo magnético bajo, menor a 200 Gauss, el cual se puede variar y controlar ajustando la corriente eléctrica a través de las bobinas. La distancia de separación de las bobinas es igual al radio de las bobinas, y que pueden producir un campo magnético casi uniforme, o bien, un campo magnético cuyo gradiente de intensidad esté orientado verticalmente hacia la parte inferior de la columna. Estos campos magnéticos de baja intensidad en el interior del cuerpo del reactor crean una zona magnética que constituye la región de agregación de las partículas de magnetita.

En la columna, se lleva a cabo el proceso de flotación-elutriación de los minerales ganga en dirección ascendente, así como la sedimentación de los agregados de magnetita, en dirección descendente. La aplicación del campo magnético tiene var as finalidades: a) La formación de agregados de partículas de magnetita en forma de filamentos hace que incrementen su tasa de sedimentación varios órdenes de magnitud con respecto a la ganga, b) ía segunda es que impide que ias burbujas de aire hagan flotar a la magnetita, ya que los reactivos de flotación, llamados colectores, particularmente los catiónicos del tipo amina y aniónicos tipo carboxiíato, sulfonato o sulfato, que se emplean para la flotación de los minerales ganga pueden también adsorberse sobre la superficie de Sa magnetita. La columna en su parte superior cuenta con un colector de colas o relaves (7), donde se colectan las burbujas mineralizadas y el agua de elutriación. que contienen las partículas de ganga, En tanto que, la parte inferior de la columna de separación (2) tiene una forma cónica, que también puede ser inclinada, por donde fluyen los agregados de magnetita constituyendo el concentrado de hierro (9). Este concentrado tiene un mayor porcentaje de sólidos que el de la pulpa de alimentación y colas, como resultado del incremento de la tasa de sedimentación de las partículas magnéticas, Este fenómeno es de gran importancia en el equipo y proceso, ya que al inducir el incremento de la densidad de pulpa en la parte inferior de la columna se genera un flujo ascendente de líquido que arrastra partículas de ganga hacia las colas, que no han sido capturadas y transportadas por las burbujas, mejorando la eliminación de ganga del concentrado de hierro. El transporte de la ganga por las burbujas y el flujo ascendente de agua permite eliminar la adición de agua de lavado diferenciándolo de los procesos de eliminación de ganga por elutriación (A. Encitias-Oropesa, H. A. Martínez-García, A. Lopez-Valdivieso, Y. Nahmad-Molinari, S. Song, Proceso y reactor de flotación mversa y elutriación, asistido por agregación selectiva inducida por campos magnéticos uniformes o de gradiente lineal descendente para concentración de minerales magnéticos. 2009, WO 2009022895 Al ) y del proceso de concentración magnética en tambor magnético rotatorio (B.A. Wiíls, T.J. Napier- Munn. Wills' Mineral Processing Technology: An Jntroducíion to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery. Butterworth-l-íeinemann, seventh edition, 2006). Para controlar el nivel de la interfase concentrado-colas en la columna, se puede usar un sistema de control del caudal del concentrado o recircular el concentrado a la alimentación del equipo. Con la recirculación del concentrado se abaten las fluctuaciones del proceso y se mantiene el equilibrio en el mezclador; además el concentrado tendrá la posibilidad de pasar varias veces por la columna mejorar! do su calidad

El principio básico de operación del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación

Magnética para ¡a Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos, es original y se describe a continuación: Este proceso y equipo combina los procesos de flotación y separación magnética, y es aplicable para menas en las cuales los minerales que se van a separar difieren tanto en sus propiedades magnéticas como en su flotabilidad (propiedades de superficie).

Inieialmente, al introducir la pulpa al equipo, se le añaden reactivos colectores de flotación específicos para los minerales ganga que se desean flotar, donde estos colectores pueden ser catiónícos de! tipo amina para cuarzo y silicatos, así como amónicos del tipo sulfhídrico para sulfures o del tipo sulfonato, carboxilatos y sulfato para fosfatos y carbonates. Á ía alimentación, también se le puede añadir espumantes, que son reactivos que ayudan a controlar de! tamaño de burbuja y estabilizar las burbujas de aire. La pulpa con los reactivos de flotación es bombeada al mezclador y cuando pasa por el cabezal del mezclador se genera un chorro de alta velocidad debido al cambio de diámetro de tubería. El chorro de alta velocidad proporciona ia energía necesaria para la generación de micro burbujas y un mezclado de alta intensidad. En el mezclador ocurren los procesos de interacción y adhesión partícula hidrófoba-burbuja, ios cuales se ven facilitados por el tamaño de burbuja de alrededor de 200-300 mieras, así como por la alta intensidad de mezclado, aunado al hecho de que en el mezclador se puede lograr una alta fracción volumétrica de aire- Una vez que la mezcla pulpa-burbujas ha recorrido todo el mezclador, el cual se logra en unos cuantos segundos, la mezcla es descargada en la columna con bobinas para llevar a cabo la separación entre ganga y mineral de hierro. El punto de descarga del mezclador se puede ajustar, de tal manera que puede ser en el espacio donde se tiene el campo magnético o en la parte inferior o superior del mismo. Una gran ventaja en el equipo y proceso que se patenta, con relación a los tambores rotatorios magnéticos, es que el campo magnético que se requiere es inferior a 200 Gauss; además, este campo magnético se puede ajustar con la intensidad de corriente eléctrica a través de las bobinas. A mayor campo magnético, mayor es el tamaño de agregados y menor es la eficiencia del equipo para la eliminación de ganga. A una campo magnético muy bajo (<30 Gauss), se forman agregados de magnetita muy pequeños y estos agregados no tienen el peso suficiente para impedir que las burbujas los transporten hacia las colas, con lo cual se reduce la eficiencia del equipo, en recuperación de hierro, por pérdidas de partículas magnéticas.

Cuando la mezcla entra en la región donde actúa el campo magnético, se lleva a cabo la formación de agregados en forma de agujas de partículas de magnetita. Los agregados sedimentan rápidamente y las partículas de ganga adheridas a las burbujas de aire se desplazan en dirección contraria a las magnéticas; es decir, son trasladadas hacia la parte superior de la columna constituyendo las colas del proceso. Como se mencionó anteriormente, es posible que las partículas de magnetita también sean capturadas por las burbujas de aire, pero al estar en presencia del campo magnético forman agregados, los cuales tienen un peso suficientemente grande y no pueden ser transportados por las burbujas, con lo cual se logra 3a flotación selectiva de minerales ganga y la depresión-concentración magnética selectiva del mineral de magnetita.

Adicionalmente, debido al incremento en la tasa de sedimentación de los agregados de magnetita y al espesamiento del concentrado en el fondo de la columna, se promueve un flujo ascendente de agua, el cual arrastra consigo minerales ganga, que no hayan sido capturados por las burbujas de aire, hacia las colas. El flujo de agua ascendente puede ser hasta el 70% del agua del flujo de pulpa de alimentación. La alta eficiencia de captura de las burbujas en el mezclador provoca que no sea necesario utilizar agua adicional en contracorriente para la eliminación de minerales no magnéticos, siendo esta una ventaja importante del proceso sobre el proceso de elutriación reportado por Encinas-Oropesa et al. (2009).

Cabe resaltar que en el Proceso y Equipo que se patentan, además de buscar la eliminación eficiente de los minerales tipo ganga, se busca reducir la cantidad de agua empleada así como el consumo de energía eléctrica, para estar al día con las necesidades requeridas en la industria minera. Como comparación, al no utilizar agua adicional de contracorriente o lavado se está ahorrando cerca de 3.75nrVhr de agua por cad tonelada concentrado de hierro, tomando en cuenta que una batería de tres tambores rotatorios magnéticos de baja intensidad utiliza cerca de 40-60 m ³ hr de agua en cada tambor, con una alimentación de 30 a 40 ton/hr en la alimentación a la batería. Respecto al consumo de energía, en la presente invención sólo se necesitan alrededor de 50-150 watts para que las bobinas produzcan los campos magnéticos bajos necesarios para la formación de los agregados magnéticos, lo cual es significativamente menos a lo consumido por los tambores magnéticos que necesitan cerca de 5,000 watts para hacer rotar el tambor y desalojar las partículas magnéticas.

PROBLEMA TECNICO A RESOLVER

El Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de

Minerales de Hierro Magnéticos que se patentan están desarrollados para resol ver problemas de impurezas en concentrados de hierro, así como los problemas de un alto uso de agua y energía en el proceso de concentración de minerales de hierro por medios magnéticos. Con el Proceso Equipo se eliminan impurezas tales como sílice (SÍO2), alúmina (AI2O3), azufre (S), fósforo (P), álcalis (Na 0, ->0). etc., las cuales afectan la calidad química, el desempeño y la comercialización de los concentrados de hierro. EJEMPLOS

Con el objeto de demostrar la aplicación del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos, para la disminución de sílice en concentrados de hierro, a continuación se presentan dos ejemplos utilizando dos distintos concentrados de hierro, A y B. con la composición en hierro (Fe), sílice (SiCk), alúmina (AÍ20 ₃ ) y azufre (S), que se muestra en la Tabla 1.

Tabla I. Composición de hierro (Fe), sílice (SÍO2), alúmina (AI2O3) y azufre (S) en

concentrados de hierro que se trataron con el Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos,

Ejemplo 1. Se ha procesado un concentrado de hierro A, que se caracteriza por tener un alto grado de S1O2, 4.0%, Con este concentrado, se ha estudiado ei efecto de (a adición del colector catiónico amina dodecíliea, la intensidad de campo magnético (0 a i 50 Gauss) en la columna y el valor de pH de la pulpa, en: 1) la eliminación de S1G2 y S del concentrado A, 2) el grado de S1O2, Fe total y S con que resulta ei concentrado recuperado del equipo y 3) ía recuperación de hierro en las colas del equipo.

Para ei tratamiento del concentrado A, se ha empleado el raetilisobutilcarbinol (MIBC), como espumante, y ei pH de la pulpa alimentada ai reactor ha sido 8.5. Antes de alimentar la pulpa al reactor, se íe añadió el colector amina dodecíliea a una cantidad determinada en g/ton de concentrado de hierro A y 50 g/ton de MIBC).

Las Figuras 2 y 3 muestran la recuperación de S1O2 y hierro, respectivamente, en las colas del proceso y equipo, en función de la adición de amina sin campo magnético y con un campo magnético de 40, 80 y 150 Gauss. Las colas del proceso y equipo son el producto que flota y rebosa del equipo. Las Figuras 4 y 5 muestran la recuperación de Si0 ₂ y hierro, respectivamente, en eí concentrado, que se obtiene del equipo; es decir, el producto enriquecido en hierro, La Figura 6 muestra el grado de SiC¾ en el concentrado de hierro, que se obtiene del proceso. En las Figuras 2 y 3, se reporta q la concentración de amina dodecílica y la intensidad de campo magnético afectan de manera importante la recuperación de SiG ₂ y Fe en las colas; por tanto, 3a recuperación y el grado de SÍ0 ₂ y Fe en el concentrado. Un aumento en la concentración de amina implica un aumento en la recuperación de Si0 ₂ y Fe en las colas; en consecuencia, una baja recuperación de Sí0 ₂ y Fe en el concentrado (ver Figuras 4 y 5). Bajo estas condiciones, se obtiene un bajo grado de SÍO2 en el concentrado (ver Figura 6). Por otro lado, un aumento en la intensidad del campo magnético implica una baja recuperación de SiQi y Fe en las colas; en consecuencia, una alta recuperación de SÍO2 y Fe en el concentrado, con lo cual se obtiene un alto grado de SÍO2 en el concentrado. Por ejemplo, sin campo magnético, la recuperación de Si ⁽⁾ ₂ es muy alta en las colas, de 75% empleando, 150 g/ton de amina dodecílica. Por tanto, 3a recuperación de Si0 ₂ en el concentrado es muy baja, de 25% (Ver Figura 3); siendo bajo el grado de SíG% en este concentrado, de 2.2% (ver Figura 5), Con estas condiciones de operación, la recuperación de Fe en el concentrado es muy baja, sólo de 49% (ver Figura 4), debido a la alta recuperación de Fe en Sas colas, de 51% (ver Figura 2).

La aplicación de campo magnético disminuye notablemente la recuperación de Fe en las colas (ver Figura 2): en consecuencia, la recuperación de Fe en el concentrado del equipo aumenta significativamente (ver Figura 4). Este aumento en la recuperación de Fe en el concentrado es debido a que el campo magnético promueve la formación de agregados de magnetita que no son flotados por las burbujas de aire y se sedimentan hacia el fondo de la columna del reactor para ser recuperado como concentrado. A mayor campo magnético, el tamaño de los aglomerados de magnetita es más grande; por lo tanto, mayor es su velocidad de sedimentación y su recuperación en el concentrado. Con la aplicación de campo magnético, disminuye la recuperación de Si0 ₂ en las colas (ver Figura 2). Por lo tanto, auxnenía la recuperación de S1O2 en e! concentrado (ver Figura 3), debido al entramparniento de partículas de sílice en los aglomerados de magnetita. A mayor campo magnético, mayor es el nivel de entramparniento de partículas de Si0 ₂ por ser más grande el tamaño de los aglomerados de magnetita.

Cabe resaltar que, con la aplicación de campo magnético, la disminución de SÍO2 en ei concentrado de Fe del reactor es notable. Por ejemplo, con 80 Gauss de campo magnético y empleando 150 g/ton de amina dodecílica, el concentrado de Fe tiene un grado de 2.6% S1O2, que representa una disminución de 1 .45% de S1O2 en e! grado del concentrado; considerando que se alimentó al proceso y equipo un material con 4.0% Si0 ₂ . Esta disminución de grado en SÍO2 es el que se logra pasando el este material por 3 a 5 tambores magnéticos. Con el campo magnético de SO Gauss y 150 g/íon de amina dodecílica, la recuperación de hierro en el concentrado es 88%, que es muy superior al 49%, que se obtiene sin la aplicación de campo magnético. Aumentado la intensidad de campo magnético de 80 a 150 Gauss, aumenta la recuperación de hierro en el concentrado en 9%; pero, también aumenta la de sílice, en 27%. Con el aumento del campo magnético disminuye la eficiencia del proceso para la eliminación no sólo de sílice, sino también de otras impurezas de ganga como el AI2O3 y S, debido a un mayor entrampamiento de la ganga por ser más grande los aglomerados de magnetita.

Una de las grandes ventajas del equipo que se patenta, es la flexibilidad que tiene para aj star el valor del campo magnético en la columna y con ello controlar calidad del concentrado y la recuperación de hierro en el concentrado. En la Tabla II, se presenta el grado de Si0 ₂ y Fe en las colas y concentrado del equipo, asi como la recuperación de S1O2 y Fe, empleando 150 g/ton amina dodecílica y 50 g/íon 3VÍIBC, para flotar los minerales de sílice, sin la aplicación de campo magnético y con la aplicación de 40, 80 y 150 Gauss de campo magnético en la columna, En la tabla, se muestra el grado y recuperación de S y AI2O3 en las colas y concentrado de Fe del equipo, así como la disminución en grado de S1O2 en el concentrado de Fe. Las impurezas S y AI2O3 también son eliminadas por el equipo.

Tabla II. Grado y recuperación de Fe, SÍO2, AI2O3 y S en colas y concentrados de hierro del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos con distintos campos magnéticos en el equipo, usando 150 g/ton de amina dodecílica y 50 g/ton MIBC, pH 8.5. La última columna de la tabla indica el decremento de S1O2 en el concentrado de hierro A.

Otra variable en el proceso que se patenta, para el control de la calidad del concentrado y la recuperación de hierro, es la adición del colector catiómco. En la Tabla III, se presenta el grado y recuperación de Fe, S3O2, AI2O3 y S en las colas y concentrado del equipo utilizando tres distintas concentraciones de amina dodecílica (75, 150 y 400 g/ton) y una intensidad de campo magnético de 80 Gauss. E! pH de la pulpa en estas pruebas fue de 8,5 y se adicionó 50 g/ton MIBC. Aumentando la adición de amina dodecílica, mejora la eliminación de Si0 ₂ , AI2O3 y S y la calidad del concentrado; sin embargo, disminuye la recuperación de Fe en el concentrado. Con la más baja adición del colector de 75 g/ton, la disminución de SÍO2 en el concentrado fue 0.89% y se obtuvo 94.1 % de recuperación de Fe; mientras que con 400 g/ton de colector la disminución de S1O2 fue 1.63% y 72.3% la recuperación de Fe.

Cabe hacer mención que, las colas del proceso, son susceptibles de ser reprocesados ya sea en tambores magnéticos o en otro equipo, del tipo que se patenta, para recuperar el hierro que contienen las colas. Ejemplo 2. Se ha procesado un concentrado de hierro B, que se caracteriza por tener un bajo grado de S1O2, 2.84%. Con este concentrado, se ha estudiado el efecto de la adición del colector catiónieo amina dodecílica y la intensidad de campo magnético (40 y 80 Gauss), en: 1) la eliminación de ganga como el SiOi, AI2O3, y S del concentrado A, 2) el grado de Si0 ₂ , AbO , Fe y S con que resulta el concentrado recuperado del equipo y proceso y 3) la recuperación de Fe en las colas del equipo y proceso.

Para el tratamiento deí concentrado B, se ha empleado el metiíisobuítlcarbino! (MIBC), como espumante, y el pH de la pulpa alimentada al reactor fue 8.5. Previo a la alimentación de la pulpa al reactor, se le añadió el colector amina dodecílica a una cantidad determinada junto con 50 g/íon de MIBC.

En la Tabla III, se presenta el grado y la recuperación de Fe, SÍO2, AI2O3 y S, en las colas y concentrado del proceso y equipo, utilizando 40 y 80 Gauss de campo magnético y 70 g/ton de amina dodecílica; el pH de la pulpa fue 8.5. La tabla también muestra, en su última columna, el decremento en grado de S1O2 en el concentrado B. Empleando 40 Gauss, se obtiene una recuperación de Fe de 90% y un concentrado con 2.21% S1O2, que representa un decremenío de 0.63% SÍO2 en el concentrado B. Este decremento de Si0 ₂ es notable; para alcanzarlo en tambores magnéticos, se requieren varias etapas. Aumentando la intensidad de campo de 40 a 80 Gauss, la recuperación de Fe aumenta de 90 a 95% y ei grado de SiO? en ei concentrado aumenta levemente, a 2.38%, que representa una disminución de 0.46%%, la cual es aun significativa para un proceso de concentración magnética de mineral de hierro. Ei aumento en la recuperación de Fe es debido a que, con el incremento del campo magnético, se producen agregados de magnetita más grandes, los cuales tienen una mayor velocidad de sedimentación y no son flotados en el proceso.

Tabla III. Grado y recuperación de hierro (Fe), sílice (SÍO2), alúmina (AI2O3) y azufre (S) en colas y concentrado del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para ia Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos, empleando 40 y 80 Gauss de campos magnético en ia columna del equipo, usando 70 g/ton de amina dodecílica y 50 g/ton IBC, pH 8.5. La última columna de la tabla indica e! decremento de S1O2 en el concentrado de hierro B.

Utilizando 150 g/ton de amina dodecílica, con 40 Gauss de campo magnético, se obtiene una mayor disminución de S1O2 en el concentrado, alcanzándose un grado de 1.93% S1O2 (Tabla IV). La recuperación de Fe es de casi 85% (Tabla ÍV). Con 80 Gauss de campo magnético, la recuperación de Fe aumenta de 85 a casi 89%, siendo el grado de Si ⁽ ¾ en el concentrado 1.92%. En estos casos, se obtiene un decremento de S1O2, de Ü.92%, el cual es muy notable para un proceso de mejora en la calidad de concentrados de hierro.

Cabe mencionar que, corno en el ejemplo 1. las colas del concentrado B son susceptibles de ser reproeesados en tambores magnéticos de baja intensidad o en otro equipo, del tipo que se patenta, con el fin de recuperar su contenido de Fe. Tabla IV. Grado y recuperación de hierro (Fe), sílice (SiC ), alúmina (AI2O3) y azufre (S) en colas y concentrado del Proceso y Equipo de Flotación y Agregación Magnética para la Concentración de Minerales de Hierro Magnéticos, empleando 40 y 80 Gauss de campos magnético en la columna dei equipo, usando 150 g/ton de amina dodecílica y 50 g ton MIBC, pH 8.5. La última cokimna de la tabla indica el decremento de SIQ2 en el concentrado de hierro