Flotación: Introducción a procesos
Este cuaderno FIRP pretende describir brevemente los principios de un método de separación llamado flotación, el cual es utilizado ampliamente en el enriquecimiento de minerales y otros procesos de separación. Este método involucra fenómenos variados entre los cuales existe uno de primera importancia en cuanto a los resultados: la hidrofobación de una superficie por adsorción de sustancias surfactantes.
Primero y para fijar las ideas conviene explicar brevemente el proceso de separación por flotación. El caso típico consiste en separar un mineral valioso, por ejemplo un sulfuro de plomo de tipo galena, de los alumino-silicatos que lo acompañan referidos como tierra o ganga en términos metalúrgicos.
Después de moler el mineral se tiene un polvo que contiene partículas de galena y partículas de ganga; se desea separarlas mediante un proceso físico, ya que un ataque
químico resultaría muy costoso. Para eso se usa el hecho de que la superficie de las partículas de galena es diferente de aquella de las partículas de ganga. En efecto, la galena puede cubrirse con sustancias hidrofobantes (en este caso xantatos que producen una superficie no mojable al agua), mientras que la ganga permanece mojable al agua.
Se mezcla por lo tanto el polvo mineral con agua que contiene las sustancias hidrofobantes de la galena, llamadas colectores y se mantiene agitada la dispersión sólido-líquido. Conjuntamente se hace pasar a través de esta dispersión un flujo de burbujas de gas, a menudo aire. Las partículas hidrofobadas de galena se «pegan» a las burbujas de aire, las cuales las arrastran en su movimiento ascendente, mientras que las partículas de ganga permanecen en la dispersión sólido-líquido. Las burbujas argadas de partículas de galena terminan por formar una espuma que se recoge por un vertedero.
Una vez rota la espuma y secado el mineral se comprueba que las partículas flotadas contienen un fuerte porcentaje en galena.
Así se separa la galena de su ganga por flotación. Este ejemplo permite entender las diferentes etapas involucradas y muestra los fenómenos elementales que se discutirán más adelante. Por el momento, examinaremos la importancia práctica y el alcance del método.
Flotación: registros historicos antiguos
Hay evidencia de que se usaba la flotación como método de enriquecimiento de los minerales de carbonato de cobre en el siglo XV. Sin embargo, su generalización y su aplicación a diferentes procesos es mucho más reciente y corresponde a la Revolución Industrial de la segunda mitad del siglo XIX, cuando la demanda de materias primas metalúrgicas obligó a la gente a utilizar minerales de bajo tenor y a enriquecerlos antes de procesarlos.
Al principio se mezclaba el polvo mineral con agua y con aceite (vegetal o mineral). Los minerales de tipo sulfuros tienen tendencia a mojarse con el aceite y por lo tanto a ser arrastrados por las gotas de éste. Este proceso de flotación con aceite producía, sin embargo, conglomerados que a veces no se separaban. Al usar mucho menos aceite, los conglomerados formados eran de un tamaño adecuado para una separación gravitacional o mediante un tamizaje húmedo.
Flotación: usos del siglo pasado
A finales del siglo pasado se podían separar ciertos minerales de otros: galena (PbS), sfalerita (ZnS) y pirita (FeS) mediante ajustes de pH.
A principios del siglo XX se empezó a añadir aire o CO2 y a recolectar una espuma inestable llamada «froth» en inglés. El proceso se desarrolló en los primeros años del siglo XX incorporando todas las características actuales: agitación de la dispersión sólido-líquido con arrastre de aire y muy poco aceite como agente hidrofobante; muy rápidamente la gente se dió cuenta que podía mejorar la separación tanto en cantidad como en selectividad al usar fenoles, alcoholes, grasas o sustancias complejas como aceite de pino o resinas.
Durante la primera guerra mundial el proceso de flotación fué usado en Australia y en EUA para extraer sulfuros de enormes cantidades de residuos de separación de
sulfuro por sedimentación selectiva. Al mismo tiempo se descubrió que se podían flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo óxido.
En los años 20 se patentó el uso de los xantatos y algunos años más tarde se generalizó el uso de otros surfactantes: sulfonatos de petróleo, sales de aminas y otros catiónicos susceptibles de hidrofobar una gran variedad de superficies mediante algún tipo de adsorción.
Flotación: usos en la actualidad
Hoy en día se procesa anualmente del orden de 2.000 millones de toneladas de minerales molidos por este proceso. La tabla 1 da una idea de la variedad de minerales, desde sustancias nativas como el oro o el gráfito, hasta óxidos (de hierro, estaño, cromo o titanio), pasando por sales diversas (fluoruros, carbonatos, fosfatos) inclusos varios tipos de silicatos, particularmente arcillas.
Al mismo tiempo se desarrollaron numerosos procesos de flotación de sustancias no minerales entre los cuales los más resaltantes son:
– fibras de madera de los licores residuales de la fabricación de la pulpa.
– petróleo, grasas, aceites en forma residual en aguas industriales.
– carbón en polvo o cenizas.
– vidrio en basura doméstica.
Desde hace unos 30 años se usa el método llamado de flotación por aire disuelto, que consiste en producir burbujas muy pequeñas por expansión de una solución acuosa saturada de aire bajo presión, durante la expansión se forman burbujas de tamaño del orden de la micra, las cuales son capaces de colectar partículas coloidales.
Se puede por lo tanto flocular coloides agregados o floculados sin romperlos. Este proceso de flotación de coloides que a veces se combina para dar una floco-flotación se usa para clarificar las aguas potables y productos como el jugo de caña de azúcar, los jugos de frutas, etc.; sirve para extraer bacterias, proteinas, etc. Pasando a la escala molecular, ciertos métodos actuales de separación pueden incluirse en la clase flotación.
Se sabe en efecto, que al hacer pasar burbujas de aire en una solución de surfactantes, las moléculas de éste tienden a adsorberse a la superficie y por lo tanto a ser arrastradas por la espuma que se forma. La única diferencia con lo visto hasta ahora, no es realmente el tamaño, sino el hecho de que se trata de moléculas solubles en agua. Guiado por esta razón, conviene clasificar la extracción por espumeo como un método particular, quizás más cerca de la extracción en micelas que de la flotación.
Este es un fragmento de nuestro cuaderno S300A. Para tener acceso al cuadernos completo puedes hacer click en el siguiente enlace:
