Resumen : El objetivo de este trabajo es dar a conocer como actúa la física en la metalurgia. Se puede decir que la física esta en todo por lo tanto también la encontraremos en el campo metalúrgico ya que sin estudiar la física en dicho campo no tendría lógica.






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títuloResumen : El objetivo de este trabajo es dar a conocer como actúa la física en la metalurgia. Se puede decir que la física esta en todo por lo tanto también la encontraremos en el campo metalúrgico ya que sin estudiar la física en dicho campo no tendría lógica.
fecha de publicación29.09.2015
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INTERACCION DE LA FISICA EN EL CAMPO METALURGICO

Elsa Evelyn Ccorpuna Puma ; Universidad Nacional de san Agustin

Ingeniería Metalúrgica

presley_18_18@hotmail.com

RESUMEN: El objetivo de este trabajo es dar a conocer como actúa la física en la metalurgia. Se puede decir que la física esta en todo por lo tanto también la encontraremos en el campo metalúrgico ya que sin estudiar la física en dicho campo no tendría lógica . Se estudiara la cinética de separación de minerales , la flotación de minerales como sulfuros ,minerales feldespáticos ,polimetálicos sulfurados ,evaluaremos reactivos de flotación como también se estudiara la separación electrostática y flotación directa . Una parte de este estudio investiga y determina experimentalmente los parámetros cinéticos y el efecto de la modificación de las condiciones químicas e hidrodinámicas de las dispersiones aire-líquido, durante la separación de metales. La necesidad de desarrollar y conocer métodos de tratamiento metalúrgico para beneficiar minerales auríferos refractarios o difíciles de tratar por presentar contenidos de carbón, teluros, antimonio, arsénico, carbonatos y oro en solución sólida en sulfuros, nos obliga a estudiar los diversos métodos de oxidación específica que se deben aplicar a cada mineral previo a lixiviar para alcanzar altas recuperaciones en metales preciosos. Por gravimetría seguida de cianuración, se obtiene 94.74% de extracción de oro en el mineral estudiado.
PALABRAS CLAVES : metalúrgica , parámetros cinéticos ,hidrodinámica ,gravimetría.
Abstract : : The purpose of this paper is to present and acting in physical metallurgy. You can say that physics is all therefore also to be found in the metallurgical field since no study physics in this field would not logic. Separation kinetics study of minerals, mineral flotation as sulphides, mineral feldspar, polymetallic sulfide, evaluate flotation reagents as direct electrostatic separation and flotation is also studied. A part of this study investigates and experimentally determined kinetic parameters and the effect of modifying the chemical and hydrodynamic conditions of the air-liquid dispersions for the separation of metals. The need to develop and learn methods to benefit metallurgical treatment refractory gold ores or difficult to treat by presenting content of coal, tellurides, antimony, arsenic, gold carbonates and sulfides in solid solution, forces us to consider the various specific oxidation methods to be applied to each previous mineral to leach to achieve high recoveries in precious metals. Cyanidation followed by gravimetry, 94.74% of gold mining in the mineral studied is obtained.
Keywords: metal, kinetic parameters, hydrodynamic, gravity.





INTRODUCCION

Con el fin de desarrollar nuevas estrategias de flotación se encuentra que el estudio de las propiedad superficiales de los diferentes minerales en contacto con los reactivos en medio acuoso, generan teorías sostenibles sobre la humectabilidad de minerales. Dichos estudios pueden incluir análisis de carga superficial, adsorción de reactivos, medición de ángulos de contacto, entre otros.
La medición del potencial zeta es una técnica que proporciona la información suficiente de la distribución de carga superficial en la interfase sólido/agua. Es en este sentido que el estudio del potencial superficial puede ser utilizado para la evaluación y conocimiento de los procesos de separación por flotación espumante.
En suspensiones acuosas de minerales, las

partículas adquiere carga eléctrica superficial debido al desbalance eléctrico generado por la rotura de enlaces en la superficie. Esto genera una concentración de contraiones en la solución en la cercanía de la superficie de las partículas.
Esta concentración disminuye al incrementar la distancia entre las partículas, provoca una diferencia de potencial entre la superficie de la partícula y el seno de la solución.
Según el modelo de la doble capa eléctrica, se pueden asumir la existencia de dos capas en la vecindad de la interfase sólido/solución; una capa en la cual se presenta un decaimiento lineal del potencial eléctrico y que permanece fija aun cuando la partículas se muevan, y una capa difusa con decaimiento exponencial.
Una de las técnicas más comunes para medir el potencial zeta es usando la denominada técnica de microelectroforesis. Usualmente se utiliza un microscopio de alta calidad para observar cómodamente las partículas que se encuentran dentro de una cámara llamada celda electroforética. Dos electrodos colocados en los extremos de la cámara se conectan a una fuente de potencia, creándose un campo eléctrico que cruza la celda. Las partículas cargadas migran en el campo y su movimiento y dirección están relacionados con su potencial zeta.
Los instrumentos en realidad miden la movilidad electroforética de las partículas la cual se expresa como micrones/segundo por voltios/centímetro. El primer término micrones por segundo, representa simplemente la velocidad, mientras que el segundo, voltios por centímetro, es una expresión de la fuerza eléctrica del campo. Se utilizan los valores de potencial zeta debido a que éste expresa el verdadero fenómeno involucrado y no el efecto físico del potencial, el cual es lamovilidad.

Respecto a los reactivos colectores, se tiene claro que las diaminas que son de tipo catiónico son adsorbidas cuando se ponen en contacto con minerales cargados negativamente. (CESAR MANTILLA & LAVERDE, 2008)
Otro de los métodos que se puede realizar es el de a flotación diferencial de sulfuros polimetálicos, consiste en recuperar una o más especies mineralógicas, dejando en los relaves otras especies deprimidas por reactivos específicos (American Cyanamid Company, 1988) El diagrama de flujo, combinación de reactivos químicos y puntos de adición de los mismos. El método considera dos aspectos principales:

1. Selección de diagramas de flujo,

2. Uso de reactivos químicos que permita la máxima selectividad .

La selección del diagrama de flujo y reactivos de flotación, está fundamentalmente condicionada por la respuesta del mineral a los colectores, activadores, depresores y espumantes, así como a la mineralogía del mineral.
Los minerales sulfurados (Astucuri, 1999) de cobre molibdeno, minerales de cobre zinc, minerales de plomo plata zinc y minerales de cobre plomo zinc son ejemplos típicos de minerales sulfurados donde se aplica flotación diferencial para procesarlos. (ORTIZ, 2010)



El tratamiento metalúrgico comprende la obtención de tres concentrados en las siguiente etapas
1. Flotación bulk Cu-Pb deprimiendo simultáneamente la esfalerita y pirita.

2. Activación y flotación de la esfalerita deprimiendo nuevamente la pirita.

3. Separación del Cu-Pb obtenido en la etapa 1.
Alternativas, como flotación bulk Cu-Pb-Zn ó flotación en tres etapas primero el cobre, en seguida el plomo y finalmente el zinc, no son usuales.

1. Flotación Bulk Cobre-Plomo
Esta flotación se realiza con una depresión simultánea de sulfuros de zinc y pirita, la flotación cobre – plomo se realiza a Ph natural o levemente alcalino utilizando xantatos y dithiofosfatos como colectores, la depresión de la pirita y esfalerita se logra mediante el uso de cal, cianuro, bisulfito y sulfato de zinc en dosificaciones que no afecten la flotación del cobre que es deprimido por el cianuro y el plomo por el bisulfito en concentraciones altas.
Además se debe agregar que el sulfuro de cobre flota entre pH: 3 y 12 y el pH de flotación de la galena está en el rango neutro a ligeramente alcalino, y cuando tiene alto contenido de plata el plomo tiende a deprimirse a pH mayor a 9.5.
2. Activación y Flotación de Sulfuros de Zinc
La esfalerita no adsorbe xantatos de cadena corta sin activación previa, esta activación consiste en el recubrimiento de la esfalerita por una capa de un ión activante que formará una superficie que podrá interaccionar con el xantato.
El mecanismo de activación está definido por una reacción general expresada del siguiente modo:

ZnS+ + M2+ MS+ + Zn2+ . Para la flotación de la esfalerita de las colas de la flotación Cu – Pb , se usa generalmente CuSO4 como activante, ZnS + CuSO4 Zn2+ + SO42- + CuS
Simultáneamente es necesario deprimir la pirita usualmente con cal, por elevación del pH hasta valores entre 8.5 – 12, la pirita en este rango de pH no flota al inhibirse la formación de dixantógenos que es la especie colectora.
3.Separación del Cobre / Plomo
Estos son clasificados de acuerdo al mineral que va a ser deprimido en:

Depresión de minerales de cobre y Depresión de los minerales de plomo . El primer factor a ser considerado es la relación en peso de contenido de cobre / plomo,

En algunos casos dezincado, es una alternativa previa a la separación, cuando se obtenga la liberación y/o desactivación del zinc .



La muestra se ha estudiado mediante el microscopio de luz polarizada por el método de reflexión, para lo cual previamente se ha preparado la sección pulida y sobre la base de ésta se han determinado sus respectivos integrantes mineralógicos, es decir, se hizo su caracterización, a partir de ésta se procedió a ejecutar el análisis modal. (ORTIZ, 2010)





PRUEBAS DE LABORATORIO

Esta etapa de la investigación es considerada de gran importancia, porque su función es seleccionar el reactivo(s) de mejor rendimiento que debe pasar a una prueba en planta, previamente es aconsejable hacer pruebas cerradas y piloto, para estar seguros de la bondad del reactivo elegido.
Para iniciar las pruebas es conveniente establecer una prueba de referencia o patrón que sirva como medida de comparación, frente a las pruebas que se corran con los reactivos a evaluar, esta prueba de referencia es conocida como PRUEBA STANDARD.
Definida a nivel de laboratorio, es la que representa las condiciones de operación de una planta concentradora que está operando en condiciones normales. Esta prueba que es trabajada en condiciones similares a la planta concentradora nos servirá para comparar el rendimiento metalúrgico de cualquier reactivo u otra variable en estudio.
En plantas donde no se tiene establecido el Standard, se diseñará esta prueba con los datos de operación de la planta teniendo en cuenta algunos aspectos como recirculación de productos intermedios que podrían exagerar el consumo de reactivos en pruebas Batch. De este modo cualquier reactivo que supere el standard debe ser tomado en cuenta hasta su confirmación industrial.
PRUEBAS DE FLOTACIÓN

Con el objeto de no incurrir en error de evaluación y dar a todos los reactivos en prueba la misma oportunidad de demostrar sus propiedades, las pruebas tienen que ser efectuadas en condiciones exactamente iguales a la prueba estándar, es decir, granulometría, dilución, dosificación de reactivos, tiempo de acondicionamiento y flotación, nivel de pulpa RPM, remoción de espumas etc.
PRUEBAS METALÚRGICAS

En una etapa inicial es recomendable hacer las pruebas metalúrgicas con flotaciones rougher, rougher - scavenger, por ser estos rápidos y económicos para esta etapa de trabajo, posteriormente ya con el reactivo(s) seleccionado se puede ir a pruebas más elaboradas donde se incluyan etapas de limpieza y/o pruebas cerradas (cycle test or lock test).
Estas pruebas deben llevarse a cabo con el mínimo error posible, solo así se podrá llegar a conclusiones verdaderas. (ÁNGEL AZAÑERO ORTIZ, 1999)



Factores que afectan la selección del proceso metalúrgico para beneficiar minerales complejos de oro
En este caso veremos y estudiaremos un mineral aurífero y recuperaremos eficientemente los metales preciosos .luego . Determinaremos los factores principales para la selección de diagramas de flujo para beneficiar minerales complejos de oro.
El mineral requiere un diagrama de flujo de tratamiento metalúrgico complicado y combinación de métodos de tratamiento para llegar a obtener resultados satisfactorios.

Minerales Auríferos: Se han observado minerales auríferos tales como el electrum. Asimismo, tenemos la calcopirita, arsenopirita y pirita, que por lo común

presentan oro (Au) en estado submicroscópico (Dana, 1981).
Los factores principales para la selección de diagramas de flujo en minerales complejos auríferos son: Oro en solución sólida en los sulfuros de hierro, oro en sulfuros básicos, teluros, arsénico, antimonio, carbonatos y carbón orgánico.
De acuerdo a los resultados obtenidos el mineral se procesará por gravimetría para captar el oro libre y electrum, este concentrado será tratado por cianuración intensiva o fusión directa, para evitar la contaminación del mercurio, seguida de cianuración convencional del relave gravimétrico. (Angel Azañero Ortiz, 2009)
La flotación iónica



Los experimentos se llevaron a cabo en una celda de flotación, construida de acrílico transparente de 19,1 x 19,1 cm de sección, por 33,5 cm de altura. En una de las paredes laterales de la celda se instalaron dos manómetros de presión de agua, separados entre sí 20 cm. Se colocó un vertedero en el rebosadero de la celda, para colectar la espuma.
La alimentación, se ubicó en una pared opuesta a la salida de colas, ambas cerca del fondo de la celda. El flujo y descarga de líquido, se regularon con dos bombas peristálticas (una para cada corriente de flujo), de rango de 0,0 a 8,0 l/min, previamente calibradas.
La flotación iónica es un proceso interactivo que depende, tanto de condiciones químicas: concentración de colector, operacionales, Jg, Jl y de las propiedades de la dispersión: gas retenido, eg, diámetro de burbuja, Db, como del flujo de superficie especifica de burbujas, Sb[5], además de factores mecánicos como la geometría y el arreglo de los dispersores de burbujas

En el equipo de flotación, estos últimos, considerados en el sistema de flotación como el corazón del proceso. (M. REYES, 2009)

Flotación convencional
A pH natural, se varía la dosis de queroseno entre 0 y 0,04 g/50 g de mena, depresante entre 0 y 0,04 g/50 g mena, para 1.400 y 1.800 rpm, manteniendo constante el resto de las variables. Posteriormente, las muestras se filtran, secan y pesan para determinar el porcentaje de carbono y la recuperación en todos los productos. (C. DI YORIO, 1998)




Figura 1. representación esquemática del equipo

de flotación: (a) Celda, (b) manómetros de

presión de columna de agua, (c) Flujo metros,

(d) dispersor poroso. (e) vertedero, (f) y (g) bomba

peristáltica de alimentación y colas, respectivamente,

(h) descarga de concentrado, (i) tanque

de alimentación.



FLOTACIÓN DE SULFUROS
La flotación de sulfuros de cobre requiere de reactivos depresores específicos para la pirita. Estos agentes no deben afectar a los sulfuros de cobre y a los de molibdeno. No siempre el pH elevado, aun agregando cal hasta superar el valor de 11, es efectivo.
En este caso se utiliza el cianuro de sodio, reactivos oxidantes y otros depresores. Algunos de estos ofrecen inconvenientes por su toxicidad y en otros casos afectan a los minerales valiosos. Hay estudios muy cuidadosos que muestran el efecto de depresores orgánicos sobre los sulfuros. Algunos muestran resultados interesantes, sobre todo cuando se trata de extractos naturales que tienen bajo impacto en el medio ambiente. Hoy se presenta una alternativa interesante al existir extractos de quebracho, que se comercializan modificados para una mejor adaptación al uso como reactivos de flotación. Si bien su aplicación en la flotación de minerales no metalíferos es bien conocido, no hay antecedentes destacados de su aplicación a la flotación de sulfuros.
Esta nueva familia de reactivos tiene la ventaja de ser totalmente solubles en agua, estables y más amigables con el medio ambiente por tratarse de productos de origen natural y por su bajo consumo. (Victor H. A. Ciribeni, 2002)


PROCESO ELECTROLITICO ZADRA

Una de las alternativas de extracción de oro y plata a partir de soluciones ricas, es el procedimiento electrolítico empleando la celda tipo ZADRA. Este procedimiento metalúrgico ha sido aplicado en forma

directa a unas soluciones proveniente del proceso de lixiviación en presencia de cianuro de sodio.



Figura 2. Diagrama Eh-pH sistema Au-CN-H2O a

25°C .



Figura 3. Diagrama Eh-pH sistema Ag-CN-H2O a

25°C.

El efecto de los contaminantes, como iones de calcio, hierro y azufre, en la electrolisis en celda Zadra, no han mostrado una incidencia significativa, aunque en el proceso tanto en celda convencional como en

Celda tipo Zadra se ha observado una deposición de coloración azul que probablemente se deba a la

presencia de complejos cianurados de hierro, aunque no se han determinado el efecto y las cantidades

mínimas o máximas de estos constituyentes. Debe ser una condición necesaria controlar elcontenido de

hierro y azufre para trabajar en los procesos de cianuración y electrolisis, este aspecto está fundamentada en los diagramas Eh-pH. El proceso de electrolisis en celda tipo Zadra para recuperar oro y plata, es técnicamente factible a partir de soluciones procedentes de la etapa de cianuración.
El proceso de electrolisis en celda tipo Zadra, también puede ser aplicado en pequeña escala debido a su funcionalidad, ya sea para refinar metales preciosos o para recuperar valores a partir de soluciones con altos contenidos de oro. (C., 2010)
CONCLUSION:

Concluimos que la metalúrgica se vale de la física ya que varios temas tratados las cuales estudiamos para verificar la acción física en dicho campo se dio . como también a tecnología de flotación se aplica a minerales sulfurados, sin embargo hay minerales complejos que contienen una variedad de sulfuros y no responden bien a este proceso por varios factores, principalmente por entrelazamientos minerales en granulometrías muy finas ó activación natural de la esfalerita y sulfuros de hierro. Se estudio la flotación iónica de cobre en una celda con dispersores porosos flexibles y usando reactivos orgánicos aniónicos, encontrándose que la eliminación del metal de soluciones sintéticas con cobre, se puede llevar a cabo, logrando en una sola etapa recuperaciones del 68 y 56 % de separación con una concentración de xantato de 0,02 g/l, para los dispersores de burbujas cilíndrico y plano, respectivamente. Las mejores recuperaciones de arsénico y fierro se alcanza con el Aerofloat-211 y el Hostaflot LSB el cual tiende a incrementarse con el tiempo de flotación, esto lo podemos visualizar en los gráficos N° 2 y 3, sin embargo un concepto más claro de estos resultados se obtiene mediante los cálculos referentes a eficiencia de separación e índice de selectividad del zinc respecto al arsénico y fierro mostrado en el cuadro N° 1, donde vemos que dichos valores son muy parecidos con los dos primeros reactivos, distanciándose un poco el A-211 confirmando nuestras observaciones realizadas durante las pruebas de flotación.

Bibliografía


ÁNGEL AZAÑERO ORTIZ, M. M. (1999). EVALUACIÓN DE REACTIVOS DE FLOTACIÓN (SEGUNDA ed.). (MORALES, Ed.) LIMA: REVISTA DEL INSTITUTO DE INVESTIGACION (RIIGEO), FIGMMG-UNMSM.

Angel Azañero Ortiz, P. A. (2009). Factores que afectan la selección del proceso metalúrgico (Vol. 12 ed.). (NUÑEZ, Ed.) LIMA: REVISTA DEL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES FIGMMG.

C. DI YORIO, F. G.-C. (1998). ENRIQUECIMIENTO DE MENAS GRAFITICAS (SEGUNDA ed.). (YORIO, Ed.) MADRID_ ESPAÑA: REVISTA DE METALURGICA.

C., C. V. (2010). RECUPERACION DE ORO Y PLATA POR EL PROCESO ELECTROLITICO (No. 7 ed.). (CHAMBI, Ed.) LA PAZ: REPORTE METALURGICO Y DE MATERIALES.

CESAR MANTILLA, J. P., & LAVERDE, D. (2008). UTILIZACIÓN DE ESTUDIOS DE POTENCIAL ZETA EN EL (PRIMERA ed.). (MANTILLA, Ed.) BUCARAMANGA: MEDELLIN.

M. REYES, F. T. (2009). CINETICA DE SEPARACION DE CU (II)POR TECNICAS DE FLOTACION (VOL.2 ed.). (REYES, Ed.) MEXICO: REVISTA METAL MADRID.

ORTIZ, A. A. (2010). FLOTACION DE MINERALES POLIMETÁLICOS SULFURADOS DE Pb, Cu y Zn (PRIMERA ed.). (AZAÑERO, Ed.) UNMSM_LIMA: REVISTA DE METALURGICA.

Victor H. A. Ciribeni, P. E. (2002). ESTUDIO DEL EFECTO DEPRESOR DE REACTIVOS ORGÁNICOS (PRIMERA ed.). (VICTOR, Ed.) SAN JUAN_ARGENTINA: CONAMET/SAM-SIMPOSIO MATERIA.





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