CONCENTRACIÓN DE MATERIALES QUE REDUCE EL CONSUMO DE

AGUA

CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una celda de flotación de minerales con reducción significativa en el uso de agua. Más específicamente la invención se refiere a una celda de flotación magneto-centrífuga para la concentración de minerales que reduce el consumo de agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El proceso de flotación de minerales es una operación industrial ampliamente utilizada para separar minerales sulfurados conteniendo metales de interés económico. Ha sido reportado por muchos investigadores que el proceso de flotación de minerales logra eficiencias muy bajas si se aumenta el porcentaje de sólidos en la pulpa sobre 40%. El aumento de densidad y viscosidad ha sido mencionado como una de las principales razones para la disminución de eficiencia. Esto significa que en cada celda de flotación en un circuito se requiere de un porcentaje de agua de al menos un 60%. En celdas columnares el porcentaje de sólidos es aún más bajo llegando a 17%, esto es, con porcentajes de agua de alrededor de un 83%. A pesar de que gran parte del agua es recirculada, aún se requiere de agua fresca como make up.

i En la presente invención se aborda la separación magnética, dado que en el estado del arte existen muchos documentos sobre este tipo de separación tanto en seco como en húmedo, de baja intensidad y para minerales de hierro (tipo magnetita). Existe también equipamiento de alta intensidad de campo magnético en húmedo que funciona con hasta decenas de miles de Gauss o más, pero no aprovecha la velocidad del flujo pues se trata de sistemas habitualmente abiertos o estilo filtro donde se saca provecho más degradientes de campo que de la intensidad de este último.

En el estado del arte se encuentran varias divulgaciones referidas a la separación de partículas utilizando medios que generan un campo magnético. Así, por ejemplo, en el documento WO 2016/133379 se divulga a un nuevo dispositivo y procedimiento para el enriquecimiento de minerales magnéticos (magnetita) mediante la eliminación de sulfuras metálicos, silicatos, fosfatos y otras partículas no deseadas, caracterizado por un dispositivo que comprende un tubo de flujo descendente (mezclador) y una columna de separación rodeada de bobinas de Helmholtz. La pulpa se alimenta en el mezclador, en el que las burbujas de aire se forman en presencia de la pulpa y de esta mezcla de pulpa y burbujas las partículas son recolectadas. Del mezclador se descarga la mezcla de pulpa y de burbujas en la columna de separación en una región que tiene un campo magnético bajo, de menos de 200 Gauss, que se puede ajusfar. Las partículas no magnéticas (ganga) se eliminan por las burbujas en la parte superior de la columna para formar los residuos del proceso, mientras que las partículas magnéticas sedimentan rápidamente en la parte inferior de la columna, desde donde se retiran para formar el concentrado de hierro. Como resultado del aumento en el porcentaje de sólidos en el concentrado del cono localizado en la porción inferior del tubo, la mayor parte del agua que entra en el dispositivo se descarga en las colas, generando un flujo ascendente de agua que arrastra las partículas de ganga que no fueron capturadas por las burbujas. En el uso de estos mecanismos, la ganga se descarga en las colas por dos métodos: la flotación, y la resistencia hidrodinámica. La magnetita forma agregados de peso suficiente que no son transportadas por las burbujas pero sedimentan rápidamente en la parte inferior de la columna, lo que permite la separación selectiva de magnetita y ganga.

El aparato descrito en el documento WO 2016/133379 está diseñado para la separación de minerales magnéticos, magnetita, en donde un campo magnético tiene una injerencia directa sobre las partículas. Este aparato no puede ser usado en la separación de minerales sulfurados conteniendo metales de interés económico.

El documento US 5224604 divulga un aparato y un método para la separación de partículas en una corriente de líquido o de gas. La corriente del fluido está dirigida en un patrón de flujo de turbulencia para desarrollar fuerzas centrífugas sobre la corriente. Opcionalmente, pueden aplicarse campos magnéticos y / o eléctricos al sistema para mejorar la separación de las partículas. También se puede emplear burbujeo de aire para mejorar adicionalmente la separación de partículas hidrófilas de partículas hidrófobas en un sistema líquido. Opcionalmente, el patrón de flujo de turbulencia puede salir del extremo aguas abajo del separador, donde se emplea un divisor de corriente para dividir la corriente de patrón de flujo de turbulencia que se rompe hacia afuera en la salida en dos o más corrientes que transportan las partículas deseadas a recuperar. El aparato está conformado por un tubo vertical, en cuyo exterior existen imanes verticales paralelos al eje de simetría del tubo que generan un campo magnético.

El aparato divulgado en el documento US 5224604 tiene la desventaja que la inyección de aire se hace a través de las paredes porosas del manto del cilindro, para generar un vacío y disminuir la resistencia de la pulpa al ingreso del gas. Sin embargo, esta solución es negativa puesto que el control es extremadamente difícil y aumenta demasiado la presión.

Además, el aparato divulgado en el documento US 5224604 también utiliza un campo magnético para la separación, utilizando los imanes verticales paralelos al eje de simetría del tubo. Sin embargo, esta disposición del campo magnético, atraviesa transversalmente a diferencia del medio magnético que es utilizado en esta invención, y que será explicado más adelante.

RESEÑA DE LA INVENCION

Las celdas de flotación convencionales, tienen como desventaja el uso de una gran cantidad de agua, donde algunas celdas de flotación requieren de al menos un 60% de agua. En celdas columnares el porcentaje de sólidos es aún más bajo llegando a 17%, esto es, con porcentajes de agua de alrededor de un 83%. Los nuevos diseños de celdas de flotación tienen como objetivo aumentar la capacidad de tratamiento (tendencia al gigantismo con celdas de hasta 600 m ³ ) o incrementar la eficiencia del proceso (recuperación de material valioso y/o generación del producto concentrado con mayor porcentaje o ley de minerales que contienen el elemento económicamente valioso). No hay evidencia industrial de nuevos diseños de celdas de flotación que reduzcan efectivamente el uso del recurso hídrico.

La presente invención utiliza pulpa de mineral con aumento de densidad y viscosidad, debido a la aplicación de un campo magnético axial, donde se puede sacar provecho a la fuerza de Lorentz que es la fuerza ejercida por un campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica.

En un campo magnético generado, es posible establecer que la ley de la fuerza de Lorentz depende de la magnitud de la carga, velocidad de la misma y de la intensidad de campo, se puede aumentar la fuerza no sólo aumentando el campo magnético o la carga sino también la velocidad de la misma. En particular, muchos minerales del tipo sulfuras que tienen valor económico no desarrollan cargas netas tan importantes como lo que se observa, por ejemplo, en la magnetita. Para aumentar la fuerza, se puede variar la intensidad del campo magnético y la velocidad de la carga de manera independiente. El punto clave detrás de estas variaciones es que la fuerza, debe tener una dirección preferencial que está dada por el producto cruz (o producto vectorial) entre el vector del campo magnético axial y el vector de la velocidad de las partículas. Esto se logra con trayectorias helicoidales y otras de mayor complejidad que adquieren tanto las partículas como el fluido una vez que ingresan de forma tangencial a la celda y el campo magnético axial se alinea con el eje axial de la celda.

La solución es una celda que utiliza, adicionalmente a las fuerzas que habitualmente actúan en celdas de flotación convencionales, fuerzas externas que, en principio, producen una sinergia en la separación de partículas minerales que poseen diferencias en propiedades gravitacionales y magnéticas.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión de la invención y constituyen parte de esta descripción y sirven para explicar los principios de ésta.

La figura 1 muestra un primer esquema experimental de la celda de flotación de la presente invención.

La figura 2 muestra un segundo esquema experimental de la celda de flotación de la presente invención. La figura 3 es la perspectiva trasera de una modalidad de la celda de flotación magnética de la presente invención.

La figura 4 es la perspectiva trasera de una modalidad de la celda de flotación magnética de la presente invención con la carcasa protectora del embobinado.

La figura 5 es la perspectiva frontal de una modalidad de la celda de flotación magnética de la presente invención.

La figura 6 es la perspectiva frontal de una modalidad de la celda de flotación magnética de la presente invención con la carcasa protectora del embobinado.

La figura 7 muestra la disposición de los equipos utilizados para la validación experimental de la celda de flotación magnética de la presente invención.

La figura 8 muestra un gráfico de la recuperación vs ley de cobre considerando la salida tangencial.

La figura 9 muestra un gráfico de la recuperación vs leyes observadas en ambas salidas (central y tangencial).

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La presente la invención se refiere a una celda de flotación magneto- centrífuga para la concentración de minerales que reduce el consumo de agua. El funcionamiento de esta celda de flotación, será explicada sobre la base de los dibujos que se acompañan y los principios teóricos de los fenómenos que ocurren en su interior.

En primer lugar, es reconocido que el impacto de efectos centrífugos habitualmente trae consigo la separación por masa (densidad y tamaño, ya que la masa es proporcional al producto de la densidad por el tamaño al cubo) de partículas, donde las partículas de mayor masa se moverán, en principio, de manera excéntrica mientras las partículas más livianas se transportarán inicialmente por el eje concéntrico del cilindro o del torbellino. Este movimiento habitualmente observado es entonces modificado por el campo magnético aplicado exacerbando la separabilidad de material semiconductor del tipo sulfuro. El movimiento de burbujas y agregados partícula-burbuja hacia el manto externo se espera impida la coalescencia y favorezca la dispersión pues las burbujas experimentarán esfuerzos de corte que ayudarán a la dispersión del gas.

En las figuras 1 y 2 se observa un esquema experimental de la celda de flotación magnética (1) de la presente invención. La celda de flotación magnética (1) está compuesta por un contenedor tubular hueco (2) más largo que ancho, en cuyo interior se forma un primer tramo (19) de generación de las burbujas en un medio turbulento por la unión de los flujos de aire y pulpa de mineral, y un segundo tramo (20) donde la corriente de burbujas se estabiliza y las partículas más pesadas fluyen de manera excéntrica mientras las partículas más livianas se transportarán por el eje concéntrico del contenedor tubular (2). El contenedor tubular (2) posee en uno de sus extremos una primera cara (11) y en el otro extremo posee una segunda cara (12). En la primera cara (11) se encuentran las entradas de aire (4) y ubicada lateralmente en el manto del contenedor tubular (2) y, cercana a las entradas de aire (4), se localiza la entrada de mineral (3). De manera cercana al segundo extremo y perpendicular al eje de simetría de dicho contenedor tubular (2), se encuentra la salida lateral excéntrica (5) del material que puede o no seguir el flujo principalmente gobernado por el movimiento helicoidal del fluido complejo. En la segunda cara (12) se localiza la salida concéntrica de material (6). Rodeando el contenedor tubular (2) y orientado hacia la zona de turbulencia, cercana a la segunda cara (12) se localiza el campo magnético axial (10).

El campo magnético axial (10) en la primera realización de la invención está proporcionado por un embobinado (13) con su respectiva fuente de poder y, alternativamente, pueden ser usados imanes permanentes, para evitar el gasto de energía eléctrica en el embobinado (13).

Sobre la base del esquema anterior y de la primera realización de la invención, se realizaron los experimentos, cuyos resultados obtenidos indican que en la salida lateral excéntrica (5), se observa una espuma similar a la que se ve en concentrados en celdas de flotación convencionales con pulpa aguada, lo que indica, preliminarmente, que material particulado conteniendo material valioso se obtuvo en esa salida del equipo. Esto indica que el efecto centrífugo, magnético o ambos, cuando se ingresa aire en el sistema de la forma en que se muestra en la Figura 1 (notar que la entrada de alimentación del mineral (3), está en una posición muy cercana a las entradas de aire (4) permitiendo una suerte de succión de gas en ese punto), tienen un efecto de concentración de mineral lo que es un síntoma de que el invento permite separar de manera similar a una celda de flotación convencional. Adicionalmente, dejando de lado algunos puntos fuera de tendencia se ve que la curva de recuperación y ley sigue un comportamiento muy similar al de una celda de flotación clásica del estado del arte.

De acuerdo a lo mostrado en las figuras 1 y 2, la pulpa de mineral ingresa a la celda de flotación magnética (1) por la entrada de alimentación del mineral (3), para encontrarse con el aire que ingresa por las entradas de aire (4) para formar las burbujas. Luego de una porción de recorrido dentro de un tramo del contenedor tubular (2), la corriente se estabiliza y las partículas se separan por masa (8), donde las partículas (8) más pesadas se moverán con una corriente excéntrica, lo que permite generar un vector (9) perpendicular al eje de simetría del contenedor tubular (2), abandonando la celda por la salida lateral excéntrica (5), mientras las partículas livianas se transportarán por el eje concéntrico del contenedor tubular (2) y abandonarán la celda con una corriente (7) por la salida concéntrica de material (6).

Tal como se señaló previamente, a la celda de flotación se le aplica un campo magnético axial (10). Así, es posible analizar la fuerza de Lorentz, para determinar de qué manera actúa una fuerza sobre una partícula de carga q como se muestra en la Ecuación 1.

F=q[E+vxB] (1)

donde q es la carga, E representa el campo eléctrico, v es la velocidad de la partícula y B es el campo magnético.

Los experimentos se realizaron con corriente continua por lo que el efecto del campo eléctrico es despreciable. La Ecuación 1 se transforma en la Ecuación 2.

F-q[vxB] (2)

La fuerza sobre la partícula (8) aumenta ya sea con el aumento del campo magnético que se logra mediante el uso de corriente, lo que puede involucrar un gasto, particularmente a niveles industriales de alta capacidad de tratamiento de mineral.

Dado que las partículas de mineral exhiben una baja carga, lo que resta es aumentar la velocidad de las mismas. Esto se logra en este aparato mediante el uso del efecto centrífugo de las partículas a lo largo del contenedor tubular (2).

En resumen, entonces se puede concluir que la posición de campo magnético axial (10) hace que partículas, burbujas y/o agregados partícula-burbuja levemente cargadas por su velocidad en movimiento tangencial y la dirección de campo se muevan de manera excéntrica y sean recuperadas en salidas tangenciales. Una de las modalidades preferidas de la presente invención es mostrada en las figuras 3 a 6, en donde un contenedor tubular (2) hueco actúa como cámara para procesar la pulpa de mineral. En un extremo, donde se localiza la primera cara (11) posee al menos una entrada de aire (4), preferentemente cuatro, y en un costado de manera ortogonal al flujo de aire, el contenedor tubular (2) posee una entrada de alimentación del mineral (3). En el otro extremo donde se localiza la segunda cara (12), el contenedor tubular (2) posee una salida concéntrica de material (6) y de manera muy cercana a ésta y en forma ortogonal al eje de simetría está una salida lateral excéntrica (5). Haciendo referencia a las figuras 4 y 6, la celda de flotación magnética posee una carcasa (14) para proteger el embobinado (13) que genera el campo magnético axial (10) para celda de flotación magnética (1).

En otra de las modalidades, la carcasa (14) puede ser usada también para proteger imanes permanentes que provean de un campo magnético axial (10).

La carcasa (14) es montada en el exterior del manto del contenedor tubular (2), cubriendo el embobinado del segundo tramo (20) tal como se muestra en las figuras 4 y 6. Si el embobinado se coloca a todo lo largo del contenedor tubular (2), entonces la carcasa (14) también deberá ser colocada a todo lo largo de dicho contenedor.

Tal como se señaló anteriormente, el contenedor tubular (2) tiene un tramo (19) de flujo por donde entra la pulpa de mineral y el aire, con lo cual esta porción se transforma en una zona turbulenta de conformación de las burbujas. Asimismo, el contenedor tubular (2) posee un segundo tramo (20) donde se localizan la salida lateral excéntrica (5) y la salida concéntrica de material (6), en donde la corriente de burbujas se estabiliza y las partículas más pesadas fluyen de manera excéntrica mientras las partículas livianas se transportarán por el eje concéntrico del contenedor tubular (2).

Dado que en el segundo tramo (20) del contenedor tubular (2) la corriente de la pulpa es relativamente más estable, con un flujo de torbellino y un flujo concéntrico, es en ese tramo donde es útil instalar el embobinado (13), dado que el campo magnético axial ejerce su efecto sobre un flujo ordenado de partículas.

Si bien es cierto que la condición anterior es lo más razonable, no es descartable tener un primer tramo (19) corto de turbulencia y un tramo más largo de estabilidad en un flujo de torbellino y un flujo concéntrico, con lo cual el embobinado (13) pueda cubrir todo el contenedor tubular (2). Lo mismo ocurriría si se usaran imanes permanentes para generar el campo magnético axial (10).

El campo magnético axial para el contenedor tubular (2) puede ser también generado con magnetos permanentes. Como es sabido utilizar embobinado (13) requiere de la circulación de corriente, y en consecuencia, de energía, que podría limitar la aplicación de la invención a gran escala. Los imanes permanentes pueden ser de neodimio o algo similar.

EJEMPLO EXPERIMENTAL

La Figura 7 muestra el sistema experimental utilizado. En un tanque (15) agitado se introdujo una pulpa de una faena minera cuyo contenido de sólidos era 50% y ley de cobre de alrededor de 0.8%. Mediante el uso de una bomba peristáltica (16) la pulpa es impulsada hacia la celda de flotación (1) entrando por la entrada de alimentación del mineral (3), en donde dicha celda puede trabajar con o sin campo magnético axial generando, en cualquier caso, 2 productos: C1 : corriente central y S1 : corriente da salida tangencial. Para la formación de las burbujas, se provee un generador de aire a presión (17), el cual es inyectado al contenedor tubular (2) a través de las entradas de aire (4). La celda de flotación puede funcionar en forma horizontal o vertical con la alimentación de mineral en la parte superior o inferior en el caso de la disposición vertical.

La intensidad de campo utilizada fue de aprox. 0,001 T mediante el uso de corriente continua de intensidad igual a 2 Amp y un solenoide construido de alambre de cobre con 500 vueltas aprox. en una longitud de aprox. 20 cm. La energía eléctrica fue proporcionada por una fuente de poder (18) de 18 volt.

La Tabla 1 muestra los experimentos realizados.

Tabla 1. Set de experimentos

Las muestras fueron colectadas en ambas salidas del aparato y enviadas a análisis mineralógico automatizado, utilizando QEMSCAN . Para la reconciliación de las leyes de cobre, se re-calculó la alimentación y se estimaron las recuperaciones.

RESULTADOS

Los resultados de recuperación de cada uno de los elementos medidos usando la técnica QEMSCAN ^® se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Recuperación por elemento en cada uno de los experimentos.

Mg 10,1 44,8 61 ,8 57,6 60,5 52,2

Mo 23,2 69,2 17,6 40,0 0,0 18,2

Na 9,3 50,2 59,0 55,8 63,8 56,3

0 9,7 48,1 60,0 58,2 63,4 50,0

P 8,3 42,9 42,9 45,5 55,6 50,0

S 18,9 57,4 29,6 28,9 22,1 49,9

Si 9,6 48,5 59,8 58,7 63,4 49,3

Ti 9,3 47,1 63,2 50,0 56,5 54,5

Zn 100,0 50,0 0,0 40,0 0,0 100,0

Rm (%) 10,8 13,6 40,9 10,5 16,4 38,5

Se aprecia que la recuperación de cobre oscila entre un 19 y 52% aproximadamente, recuperaciones difíciles de conseguir en celdas convencionales al porcentaje de sólidos de un 50%. Es por ello que es posible afirmar que esta celda de flotación magnética disminuye considerablemente el uso de agua. La recuperación másica observada varió entre 10%, valor habitual en celdas rougher, y 40% aproximadamente.

Como se esperaba la relación recuperación vs ley de cobre tiene un comportamiento similar al observado en celdas convencionales, según se muestra en el gráfico de la recuperación vs ley de cobre considerando solo la salida tangencial de la figura 8.

Las razones de enriquecimiento de cobre oscilan entre 2 y 15, también observados en celdas convencionales con porcentajes de sólidos menores (30% y menores). La Figura 9 muestra la recuperación vs leyes de cobre considerando tanto la salida central como la salida tangencial de la celda de flotación magnética. Se aprecia que la mejor condición experimental, que permite la máxima diferencia de leyes entre ambas salidas es la correspondiente al experimento P4 que considera una posición horizontal del equipo con el uso de campo magnético axial.

CONCLUSIÓN

El invento de la celda de flotación magnética permite lograr recuperaciones y leyes importantes respecto de las observadas en celdas de flotación convencionales trabajando a 50% de sólidos. Preliminarmente, la mejor condición experimental se obtuvo trabajando con la nueva celda en posición horizontal con la aplicación de campo magnético. Esta condición permite en una sola pasada obtener razones de enriquecimiento sobre 10 y recuperación sobre 20%. Teóricamente, es esperable que la celda también debería permitir trabajar hasta alrededor de un 70% de sólidos.