La presente patente de invención está dirigida a un procedimiento para "reciclar y reprocesar en forma continua los concentrados parciales" de una línea o un conjunto de líneas de flotación existentes en Plantas Concentradoras de minerales, o la incorporación de la invención a líneas de flotación nuevas o proyectadas, en cualquiera de las etapas de concentración, ya sean de flotación primaria, flotación limpieza o flotación barrido, en forma independiente o globales, con la finalidad de mejorar el rendimiento global de estas. Específicamente, se dirige a un procedimiento que cumple la función de reciclar internamente en forma continua algunos de los concentrados parciales de una línea de flotación, hacia la alimentación de la celda anterior o celdas anteriores, mezclándose con el material de alimentación nominal, volviendo a flotar sinérgica y conjuntamente, reportando de esta forma, en términos globales, un aumento de recuperación del elemento o los elementos químicos de interés comercial, y en paralelo, un aumento de la ley o leyes de los elementos químicos de interés en el concentrado final de la Planta Concentradora. Esta técnica o procedimiento no es empleada por ninguna Compañía Minera que utilice celdas de flotación.

Como primer acercamiento a la idea principal, se realizaron pruebas metalúrgicas a nivel de laboratorio que indicaran fehacientemente la impecabilidad del procedimiento. Dichas pruebas de laboratorio consistieron en simular en una celda de laboratorio, el retorno del concentrado primario parcial desde el tiempo 40 segundos hasta el tiempo total de residencia, hacia el tiempo cero, es decir, la alimentación normal de la celda. El tiempo de 40 segundos en laboratorio se obtuvo comparando cinéticas industriales con cinéticas de laboratorio de manera que representara el primer banco de celdas, dicho de otra manera, se simuló la división de una línea de flotación primaria normal, en una flotación primaria corta y flotación barrido conjunta, sin cambiar el volumen total de la celda. Los resultados del experimento se encuentran en la figura 1, donde se aprecia el aumento de recuperación en conjunto con un aumento en las leyes de concentrado, y una disminución del % de sólidos de alimentación.

Adicionalmente, con el propósito de dimensionar el carácter potencial del procedimiento de la invención, se ha creado una serie de software ^' s de simulación y optimización, que han permitido establecer, con data real de diferentes faenas industriales, que el empleo de este procedimiento aumentaría la recuperación del elemento comercial de más alto valor entre un 1% hasta un 9%, dependiendo de las características naturales del mineral, en particular de los elementos contaminantes del concentrado (Pirita, insolubles, arcillas, etc.).

ESTADO DE LA TÉCNICA

La flotación de minerales es en la actualidad el método más importante existente en el beneficio de minerales sulfurados y otros no sulfurados. Esta disciplina es relativamente nueva, de no más allá de 150 años. En efecto, desde mediados del siglo 19 y hasta los albores del siglo 20, la flotación consistía en el empleo de grandes cantidades de aceites, más livianos que el agua, tal como el aceite de pino, para levantar las partículas mineralizadas, previamente molidas, hacia los bordes de las celdas de flotación, hasta que en la primera década del siglo 20 se descubrió que el empleo de aire generaba una flotación de espuma que hacía innecesario el uso de grandes cantidades de estos químicos. En 1909, Greenway, Sulman, y Higgins, obtuvieron un avance importante basado en el descubrimiento de que agentes espumantes solubles, tales como las cetonas y alcoholes, permitían una reducción aún mayor de las cantidades de aceites que requería nominalmente la flotación. Se puede decir que desde 1913 a 1922, se tuvo un primer éxito comercial mediante la primera planta de procesamiento de minerales de importancia en Estados Unidos perteneciente a Butte & Superior Company. En esta planta se empleaba una gran variedad de aceites, tales como creosota de madera o de alquitrán, como colectores de minerales sulfurados, en conjunto con espumantes de aceite de pino y otros. Cabe hacer notar, que estos colectores tenían una composición química indefinida. Los concentrados de sulfuras eran recuperados en gran cantidad, pero no era posible separarlos con los reactivos conocidos en aquella época.

Posterior a esta etapa, alrededor de 1921, la flotación fue una tecnología marcada por el descubrimiento de Perkin, en la que, mediante compuestos químicos definidos, tales como alfanaftilamina y tiocarbanilida, la flotación de minerales sulfurados era mejorada. Así también, en 1924 Keller and Lewis, descubrieron que los xantatos solubles en agua eran agentes bastante efectivos para la flotación. Desde entonces, surgieron otros descubrimientos, tales como la depresión de la Pirita y Esfalerita, Sulfuras de hierro, mediante cianuro en solución alcalina.

Los primeros avances en la Teoría de la Flotación fueron realizados por Irving Langmiur en 1920, quien describió a la flotación como un fenómeno de absorción en la superficie del mineral y la adhesión de este con las burbujas que constituyen la espuma. La Teoría detallada fue elaborada después en 1930 por L.J. Christmann de la American Cyanamid Company. Desde esas fechas a hoy la aplicación de la flotación a los minerales no sulfurados ha ido en incremento, obteniéndose resultados satisfactorios en el tratamiento de minerales fosfatados, cementos, sales, y también en impurezas tales como la fluorita y la baritina. Otro de los campos de aplicación de la flotación ha sido generar concentrados de alta ley de Hierro y en la limpieza del carbón.

En estos últimos años, los adelantos en la tecnología de la flotación han estado cifrados en:

• Aguas arriba, es decir en la Molienda, en obtener un tamaño y distribución de tamaño de partícula adecuado a la flotación misma.

• Por parte de los Fabricantes de Celdas, en el gigantismo de las celdas, geometría de las celdas, tipos de celdas (convencionales, flash, neumáticas, columnares, de capa delgada y otras), mejoras en el estator y rotor de las celdas, distribución y tamaño de las burbujas, con aire forzado o autoaspirantes, canaletas radiales y periféricas para la evacuación de los concentrados, celdas selladas o abiertas, mejoras en la hidrodinámica y motores eléctricos más eficientes, dispositivos de control (sensores, cámaras, granulometría en línea, leyes en línea, mineralogías en línea, etc.).

• Por parte de los Fabricantes de Reactivos, en la obtención de miles de productos colectores, depresores, espumantes, para diferentes aplicaciones y necesidades.

• Por parte de los usuarios y colaboradores, en el uso de otros gases distintos al aire, tales como Oxígeno y Nitrógeno.

• Por parte de los Diseñadores y Empresas de Ingeniería, en la simplificación de los Circuitos de Flotación, en particular en las etapas de limpieza en que incorporan celdas columnares para alcanzar leyes más altas en los Concentrados. No obstante lo anterior, pese a todos los adelantos en materia de flotación, queda por resolver que hacer con los elementos competidores en las superficies superiores libres de las celdas de flotación de los minerales de interés, esto es aquellos minerales que por su condición natural flotan hacia la superficie, tales como la Pirita, y materiales estériles ultrafinos, tales como las arcillas, que por su formato iónico no debidamente conocido, suben hacia la superficie de la celda compitiendo con los minerales de interés γ ensuciando los concentrados. Afortunadamente, para la Pirita existen soluciones adecuadas, tales como, la lechada de Cal y otros reactivos químicos selectivos a la Pirita. Sin embargo, para las arcillas no siempre las soluciones son aplicables y de bajo costo. En efecto, para la disminución de las arcillas las aplicaciones más comunes son: el deslamado, la disminución del porcentaje de sólidos en la alimentación a flotación, químicos ultradispersantes, etc., con éxitos débiles o parciales, debiendo en general las plantas concentradoras operar a altos niveles de recuperación en peso, debido a la baja selectividad a las arcillas de los reactivos empleados, lo que conlleva a pérdidas de recuperación y bajas leyes en los concentrados finales. Por otra parte, las altas recuperaciones en peso, significan diseños conservadores, con alta capacidad de evacuación de concentrados y en consecuencia de altos costos de inversión.

La solución divulgada en la presente invención consiste en el retorno o reciclo y reproceso de los concentrados parciales hacia la celda o las celdas anteriores de una línea de flotación cualquiera, interviniendo el circuito interno de la línea, sin alteración del circuito convencional del diseño de la planta de flotación. En la actualidad esto es posible debido a: el gigantismo de las operaciones mineras, la disminución de las leyes de alimentación a los circuitos de flotación primaria, y a los altos contenidos de arcilla de los minerales actuales, sin menoscabo de que igualmente es útil para las operaciones que no tengan estos problemas.

Los fenómenos que avalan técnicamente esta solución se basan en que:

• Todo material que ya ha flotado tiene muy altas probabilidades de volver a flotar, por otra parte, es un hecho conocido y demostrable, que cada vez que un material se flota nuevamente, disminuye naturalmente el porcentaje de insolubles en el concentrado.

• El retorno de los concentrados parciales tiene las siguientes utilidades: aumenta la ley de cabeza de los minerales comercialmente de interés, en consecuencia, disminuyen los insolubles estériles.

• Así también, consecuente con lo anterior, se disminuye el porcentaje de sólidos a flotación, dado que él % de sólidos del concentrado parcial retornado es bastante menor que el de la pulpa de alimentación, lo que implica menores consumos de agua, y, por lo tanto,

• Disminuye sustancialmente la recuperación en peso, esto es, la relación porcentual entre la masa de concentrado producido y la masa total de mineral.

• De lo anterior, el procedimiento planteado mejora la recuperación de los minerales comercialmente útiles y mejora sus leyes químicas en el concentrado final.

Otros aspectos a considerar, y que son parte de los fundamentos técnicos de la invención, tienen relación con los modelos matemáticos que gobiernan el fenómeno de flotación, que como es sabido tienen características multivariables. En efecto,

• Las líneas de flotación se diseñan en el plateau de la cinética de flotación, esto quiere decir que el reproceso de concentrados parciales aumentará el flujo de material a tratar, en consecuencia, disminuirá el tiempo de residencia, sin embargo, este efecto negativo para el rendimiento de la línea o líneas de flotación no será importante puesto que, en el plateau, la pendiente de la curva es cercana a cero.

• Por el contrario, el reproceso de los concentrados parciales aumentará la ley de o los elementos comerciales, lo cual como es de conocimiento general aumenta la recuperación, puesto que, la pendiente es positiva mucho mayor a cero.

• De igual manera, el reproceso de los concentrados parciales disminuirá la ley de o los elementos no comerciales, lo cual como es de conocimiento general aumenta la recuperación, puesto que, la pendiente de la curva "% de Recuperación de Elemento Comercial" versus "% de Elemento Estéril" es negativa mucho menor a cero. Cabe señalar también, que la cinética de los elementos no comerciales, en general, nunca están en el Plateau.

• Finalmente, el reproceso de los concentrados parciales disminuirá el porcentaje de sólidos a flotación, lo cual como es de conocimiento general también, aumenta la recuperación de los elementos comerciales, puesto que, la pendiente de la curva "% de Recuperación de un Elemento Comercial" versus "% de Sólidos" es negativa mucho menor a cero. Cabe destacar también, que esta característica del reprocesamiento de los concentrados parciales puede permitir operar una planta concentradora con un menor consumo de agua.

Las ventajas adicionales de la invención son la obtención de una mayor estabilidad operacional de las líneas de flotación debido al retorno de los concentrados parciales, que actúan como amortiguadores del circuito global y, en el caso de operar a mayores % de sólidos, de aumentar la capacidad de recuperación de agua de la etapa posterior de espesamiento.

La aplicación industrial concreta del invento es para aquellas faenas mineras, de cualquier tipo, que en el procesamiento de sus minerales requiera separar los elementos de interés comercial de los estériles mediante la vía de flotación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1: representa gráficamente las simulaciones y optimizaciones realizadas con datos reales. Las barras representan los aumentos de recuperación contra una recuperación estándar dada. La línea segmentada gruesa corresponde a la línea de tendencia de las barras, y las líneas de segmento fino representan los mínimos y máximos, con un 95% de probabilidad, de disminuir o superar la línea de tendencia.

Figura 2: representa en forma esquemática una línea de flotación o un conjunto de líneas de flotación en paralelo, que reciclan y reprocesan parte de sus concentrados parciales.

Figura 3: representa en forma esquemática una línea de flotación o un conjunto de líneas de flotación en paralelo, poniendo en relieve los equipos e infraestructura necesaria para generar el reciclo y reprocesamiento de los concentrados parciales.

Figura 4: representa una vista en Planta de un ejemplo de aplicación realista del procedimiento, consistente en un par de líneas de flotación a las cuales se le incorporan cíelos de retorno y reprocesamiento de concentrados parciales. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención divulga un procedimiento para reciclar y reprocesar en forma continua los concentrados parciales internos de una línea o un conjunto de líneas de flotación cualquiera (primaria, barrido, limpieza), hacia las celdas o banco de celdas inmediatamente anteriores, lo que permite entregar la suficiente sinergia a la pulpa de mineral para amortiguar los efectos nocivos de los componentes competidores de los minerales en la superficie de flotación, tales como, la pirita, insolubles, arcillas y otros, con el propósito de obtener mayores rendimientos metalúrgicos de la línea o líneas de flotación, dicho procedimiento incluye los siguientes pasos: a) Identificar los ciclos de retorno y reprocesamiento de concentrados parciales que requerirán la línea o conjunto de líneas de flotación a modificar; en donde cada ciclo debe contener a lo menos dos celdas. La definición de las cantidades de ciclos de retorno y reprocesamiento de los concentrados parciales, y de las cantidades de celdas que contendrán cada uno de estos ciclos, dependerá del estudio de las cinéticas de flotación de la o las líneas de flotación, no obstante, el mayor rendimiento se obtendrá con dos celdas por cada ciclo.

Las cantidades de celdas por cada ciclo pueden ser variables entre sí; la primera o primeras celdas (2), ver figura 3, de cualquier ciclo son de flotación "activa", esto es, producirán concentrados que se evacuarán directamente hacia un canal global de concentrado, constituyendo parte del concentrado final de la línea o conjunto de líneas de flotación, en tanto, las segunda celda o segundas celdas (5), ver figura 3, de cualquier ciclo serán de flotación "pasiva", esto es, producirán concentrados que se derivarán a un cajón auxiliar de concentrados para reingresarlos a la primera celda del ciclo y reprocesarlo en conjunto con la alimentación fresca.

Por cada uno de los ciclos de retorno y reprocesamiento:

b) Modificar las canaletas normales de evacuación de concentrados, para la segunda o las segundas celdas (5), ver figura 4, del ciclo, de manera que estas, en vez de que alimenten la canaleta recolectora global de concentrados, alimenten un cajón auxiliar de concentrados (12), especialmente diseñado para esto.

c) Instalar una bomba o un sistema de bombeo (13), ver figura 4, de pulpa de concentrados que permita derivar a estos, hacia el cajón estándar de alimentación de la primera celda del ciclo de reprocesamiento, mezclándose con la alimentación nominal de esta. En el caso del primer ciclo, se puede retornar al cajón general de alimentación.

d) Dimensionar y configurar los ductos necesarios para el retorno de los concentrados, en base al diseño de la infraestructura de la línea o líneas de flotación.

e) Asegurar la operación del ciclo de reprocesamiento, instalando un conjunto de instrumentos de control, tales como: sensores de nivel de altura de pulpa o espuma, flujómetros, densímetros, analizadores de leyes en línea, etc.

f) La primera o primeras celdas del ciclo de reprocesamiento permanecerán inalteradas. g) Durante la operación de la línea o líneas de flotación modificadas con la invención, se debe privilegiar la flotación rápida de la primera o primeras celdas del ciclo, y una flotación ralentizada de la segunda o segunda celdas de los ciclos de retorno y reprocesamiento de los concentrados parciales.

h) Con el propósito de asegurar la mantenibilidad de la línea o líneas de flotación y/o la operación ante eventos no deseados, se recomienda que la modificación de la canaleta de la segunda o segundas celdas, sea del tipo on/off, es decir, que pueda derivar los concentrados parciales, tanto, hacia el cajón auxiliar de concentrados, como hacia la canaleta recolectora global de concentrados.

El caso base de esta invención es el diseño histórico y actual de las líneas de flotación para una planta de procesamiento de minerales, esto es, una secuencia de celdas en cascada para aprovechar la gravedad en el transporte de las pulpas, uniendo celdas en bancos cuando la topografía lo permite o, para disminuir la instrumentación o ahorrar infraestructura. Básicamente, hasta ahora no parece obvio que retornando parte de los concentrados producidos y reprocesarlos nuevamente en conjunto con la alimentación nominal, sea posible proporcionar sinergias positivas al sistema de flotación y mejorar los parámetros claves de la flotación, los que son: Recuperación de los elementos valiosos y leyes del concentrado.

El procedimiento para el retorno o reciclo y reprocesamiento de los concentrados parciales al interior de una línea o un conjunto de líneas de flotación consiste básicamente, en derivar algunos concentrados parciales intermedios de una línea o conjunto de líneas de flotación hacia cajones, especialmente diseñados para esto, que impidan que estos concentrados se evacúen hacia la canaleta recolectora estándar del concentrado global, tal como lo muestra la figura 3, e incorporar estos concentrados mediante bombas de pulpas (de reciclo o retorno), tal como lo muestra la figura 4, en la alimentación nominal de las celdas o bancos de las celdas anteriores, de manera que estos concentrados retornados se mezclen con la alimentación nominal, y floten sinérgica y conjuntamente en la celda o banco de celdas seleccionada.

Tanto la figura 3 como la figura 4 que se muestran en el anexo, son de características conceptuales en el formato de circuitos metalúrgicos. Las cantidades de reciclos o retornos a emplear serán, dependiendo de las características de los circuitos, o de si es una línea o un conjunto de líneas de flotación existentes, o a diseñar, tantos como lo permitan las cantidades de celdas y bancos de celdas de los circuitos.

En la figura 3 los punteros explicativos se refieren a:

• Alimentación fresca (1) a la línea o líneas de flotación en paralelo.

• Primera celda o primer banco de celdas (2) de la línea o líneas de flotación en paralelo.

• Concentrado parcial (3) de la Primera celda o primer banco de celdas de la línea o líneas de flotación en paralelo.

• Cola (4) de la Primera celda o primer banco de celdas de la línea o líneas de flotación en paralelo, también, alimentación de la Segunda celda o Segundo banco de celdas de la línea o líneas de flotación en paralelo.

• Segunda celda o segundo banco de celdas (5) de la línea o líneas de flotación en

paralelo.

• Cola de la Segunda celda o Segundo banco de celdas (6) de la línea o líneas de flotación en paralelo, también, alimentación de la Tercera celda o Tercer banco de celdas de la línea o líneas de flotación en paralelo.

• Primer Concentrado parcial (7) Reciclado.

• Segundo Etapa (8) de Reciclos de Concentrados parciales.

• Enésima Etapa (9) de Reciclos de Concentrados parciales.

• Cola Global (10) de la línea o línea de flotación en paralelo.

• Concentrado Global (11) recolectado. En tanto, en la figura 4 el séptimo puntero explicativo se modifica a: Canaleta especial (7) que deriva los concentrados parciales hacia el cajón recolector (12). Los demás punteros siguen teniendo el mismo significado de los de la figura 3, y se adicionan los punteros que explican detalladamente, en términos de infraestructura, el retorno de los concentrados parciales, esto es:

• Cajón recolector (12) de los concentrados parciales.

• Bomba de pulpa de concentrado (13) que deriva la pulpa hacia celdas atrás.

• Ducto cerrado (14) a la salida de la bomba (13), que deriva la pulpa de concentrado hacia una alimentación anterior.

La figura 5 corresponde a un ejemplo concreto de la invención, correspondiente a un circuito de 2 líneas de flotación en paralelo con n ciclos de reprocesamiento de concentrados parciales. Los punteros explicativos se refieren específicamente a:

• Cajón de alimentación de pulpa fresca (1) a todas las líneas de flotación.

• Canaletas de alimentación (2) a cada línea de flotación.

• Cajón individual (3) de alimentación a la Celda.

• Primera Celda Convencional (4) del Ciclo del Retroceso de Concentrados Parciales

• Cajón de relave (5) de la Primera celda del ciclo o traspaso a la siguiente celda del Reciclo.

• Segunda Celda Convencional (6) del Ciclo del Retroceso de Concentrados Parciales.

• Cajón de relave (7) de la Segunda celda del ciclo de retroceso de concentrados parciales o traspaso al siguiente ciclo de retroceso de concentrados parciales.

• Cajón "especial" colector (8) de concentrados parciales.

• Canaleta "especial" (9) de conducción de concentrados parciales hacia el cajón "especial" colector (8) de concentrados parciales.

• Bomba "especial" (10) de conducción de los concentrados parciales colectados hacia el cajón individual de la celda anterior.

• Canaletas convencionales (11) de conducción de concentrados parciales hacia la canaleta global de concentrados.

• Ducto "especial" (12) de retroceso de los concentrados parciales colectados.

• Canaleta convencional de recolección global (13) de los concentrados parciales sin retroceso.

• Segundo Ciclo (14) de retroceso de concentrados parciales.

• Ciclo "n" de retroceso (15) de concentrados parciales, donde "n" es el número máximo de ciclos de retroceso de concentrados parciales.

• Cajón recolector (16) de los concentrados globales producidos.

Cabe señalar que el ejemplo de la figura 5, es representativo de la generalidad del procedimiento de "reciclar y reprocesar en forma continua concentrados parciales", en su máximo potencial, es decir, con ciclos de reprocesamiento de dos celdas. La configuración de un circuito real con reprocesamiento de concentrados parciales, se debe establecer basado en la data experimental, cinéticas de flotación, conocimientos, criterios y habilidades del diseñador. Cabe mencionar también, que, con el propósito de facilitar la operación de un circuito con reprocesamiento de concentrados parciales, se pueden introducir los instrumentos de control necesarios, tales como: sensores de altura de pulpa para los cajones receptores, flujómetros, densímetros, análisis químico en línea, etc.

La modificación de la canaleta dependerá del diseño ingenieril de ella (s), basado en el conocimiento de que éstas dependen de los fabricantes de celdas y de las empresas de ingeniería.

Ejemplo de Aplicación

Se realizaron pruebas metalúrgicas a nivel de laboratorio que indicaran fehacientemente la impecabilidad del procedimiento. Dichas pruebas de laboratorio consistieron en simular en una celda de laboratorio, el retorno del concentrado primario parcial desde el tiempo 40 segundos hasta el tiempo total de residencia, hacia el tiempo cero, es decir, la alimentación normal de la celda. El tiempo de 40 segundos en laboratorio se obtuvo comparando cinéticas industriales con cinéticas de laboratorio de manera que representara el primer banco de celdas, dicho de otra manera, se simuló la división de una línea de flotación primaria normal, en una flotación primaria corta y flotación barrido conjunta, sin cambiar el volumen total de la celda. Los resultados del experimento se encuentran en la figura 1, donde se aprecia el aumento de recuperación en conjunto con un aumento en las leyes de concentrado, y una disminución del % de sólidos de alimentación.

Los resultados se muestran en la siguiente tabla:

FLOTACIÓN CIRCUITO NORMAL DE FLOTACIÓN CIRCUrrÓ MODIFICADO DE

LABORATORIO LABORATORIO

Cu Fe Mo Cu Fe Mo ley Alimentación (%} 0,70 2,35 0,038 Ley Alimentación ( ) 0,69 2,36 0,038

Ley Relave (¾) 0,14 1,83 0,012 Ley Relave {%) 0,10 1,75 0,008 ley Concentrado Primario 7,34 8,52 0,350 Ley Concentrado Primario 11,76 13,86 0,610

{ ) {%}

Razón de Enriquecimiento 10,49 3,63 9,21 Razón de Enriquecimiento 17,04 5,87 16,05

Recuperación en Peso (%} 7,78 7,78 7.78 Recuperación en Peso ( ) 5,06 5,06 5,06

Recuperación (%) 81,56 28,20 71,64 Recuperación (%) 86,2 29,72 81,23

% Sólido Alimentación 38,0 % Sólido Alimentación 33,7

Con relación a las condiciones operacionales del procedimiento, que pueden ser múltiples, dependiendo del mineral, del tamaño de las celdas o líneas de flotación, de la disponibilidad de agua, de la experticia de los operadores, etc., en términos generales la recomendación es, flotar los bancos primeros de cada ciclo en forma rápida, en tanto, los bancos de recirculación se deben flotar relentizadamente.