Lab 2 Met 3362 gx4g

REOLOGIA DE PULPAS PESADAS. 1. INTRODUCCIÓN. El proceso de Sink and Float es un proceso de concentración gravimétrica empleado industrialmente con la finalidad de preconcentrar el mineral valioso, este proceso consiste básicamente en separar el material liviano y pesado presentes en una carga mineral, donde el peso específico del medio de separación se encuentra entre los valores de los componentes pesado y liviano de la alimentación. Para la aplicación de este proceso industrial se emplean como medios densos de separación las denominadas pulpas minerales, para emplear pulpa mineral como medio de separación se deben considerar las propiedades de dicha pulpa y su comportamiento durante el proceso, es decir que se debe hacer un estudio de la reologia de la pulpa. Existen muchos materiales pesados que podrían emplearse para la preparación de pulpa mineral, como por ejemplo galena, magnetita, pirita, arena de cuarzo, entre otros, sin embargo, comúnmente se conforman de Ferro silicio por su alta densidad y su bajo costo económico de recuperación. 2. OBJETIVOS.  

Estudiar las propiedades reologicas de una pulpa pesada usada como medio de separación en un proceso de Sink and Float. Explicar la influencia de las propiedades reologicas de las pulpas pesadas, sobre los resultados metalúrgicos alcanzados realizando pruebas experimentales de Sink and Float de una muestra estannífera.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO. 3.1. PRINCIPIO DEL PROCESO SINK AND FLOAT. El proceso sink and Float se basa en el principio de introducir el material que se desea tratar en un medio de separación cuya densidad se encuentre entre las densidades de los minerales más ligeros y los más pesados de la alimentación, en este medio deben sumergirse los granos de densidad alta y flotar los granos de densidad pequeña, a diferencia del análisis con líquidos orgánicos pesados el proceso de Sink and Float se efectúa a escala industrial, el siguiente grafico ilustra el principio de este proceso.

FIG 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 3.2. SUSPENSIONES DE SOLIDOS.

1

Son los líquidos densos más utilizados en la industria. Se definen como líquidos en los cuales sólidos insolubles se dispersan manteniendo sus características de fluidez. El agua se utiliza como el líquido de las suspensiones. Los factores principales que se consideran en la elección del sólido para las suspensiones, son los siguientes: a) Dureza alta b) Peso específico alto c) Estable químicamente, resistente a la corrosión. d) Sedimentación lenta y viscosidad adecuada e) Distribución granulométrica, tamaño y forma de las partículas. Los materiales normalmente usados para las suspensiones son: arcillas, cuarzo, barita, magnetita, galena, Ferro-silicio molido o atomizado y plomo atomizado. El Ferrosilicio es el material más utilizado en las suspensiones, pudiendo alcanzarse densidades de hasta 3,5 g/cm3. Las mezclas de Fe-Si que tienen entre 15 a 22 % de Si pueden ser usadas molidas y atomizadas y se recuperan por separación magnética de baja densidad. Las mezclas con menos del 15 % de Si se cubren rápidamente de Fe, mientras que a partir de 22 % de Si se tornan muy débil magnéticamente. Los materiales usados en las suspensiones por su apreciable valor económico y por el alto costo de su preparación deben ser recuperados para su reutilización. La ciencia que estudia la deformación y flujo de las sustancias a causa de la aplicación de un esfuerzo tangencial (de corte) a la superficie del cuerpo deformable es la reologia y comprende el estudio de la estabilidad de los fluidos y de la viscosidad que es medida indirectamente por esta ciencia, en base a la relación entre el esfuerzo de corte que se aplica a un fluido y la deformación (o gradiente de velocidad) que el produce. 3.2.1. Propiedades físicas de la pulpa. El curso de la separación por Sink and Float es influido por las propiedades físicas del medio de separación, debido a que las pulpas pesadas se diferencian en forma notable de los líquidos newtonianos. Se deben considerar tres propiedades de la pulpa muy importantes: densidad, viscosidad y estabilidad. 3.2.1.1. Densidad. La densidad de pulpa es una propiedad característica que depende de la densidad y fracción volumétrica del material pesado, de la densidad y fracción volumétrica de las impurezas y de la densidad del líquido utilizado, existen muchas relaciones matemáticas para el cálculo de esta propiedad:

2

FIG 2. RELACIONES MATEMATICAS La densidad de pulpa puede medirse de forma rápida empleando las balanzas Marcy o Denver, también puede medirse de otras maneras mucho más precisas, sin embargo en la industria resulta más práctico hacer una medición directa y rápida de esta propiedad. 3.2.1.2. Estabilidad. Para la concentración mediante Sink and Float en pulpas pesadas como medio es necesario que las partículas del material estén uniformemente distribuidas en todo el volumen de la cámara de procesamiento, solo en este caso las demás propiedades de la pulpa son también uniformes; como una pulpa es una suspensión de sólidos en agua estos pueden sedimentar en un medio de fuerzas gravitatorio o centrifugo y consecuentemente aparece una desmezcla si no se toman medidas apropiadas para evitar esta sedimentación. 3.2.1.3. Viscosidad. A 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.      

Cuartear una muestra representativa de casiterita de 1 kg de masa. Preparar una fracción de muestra cuarteada tamizándola a tamaño 20# Prepara soluciones de Tetrabromoetano de densidades 2.90, 2.84, 2,72 y 2.64 g/ml respectivamente. Introducir una fracción de la muestra previamente tamizada en cada frasco con contenido de tetrabromoetano a diferentes densidades. Escurrir el producto FLOAT y lavarlo con soluciones de alcohol y tetrabromoetano varias veces y finalmente lavarlo con alcohol puro. Filtrar el producto SINK y proceder a lavarlo de la misma forma que en el caso del producto FLOAT.

3

   

Secar ambos productos SINK y FLOAT a temperatura ambiente y pesarlos. Cuartear ambos productos SINK y FLOAT donde una parte del cuarteo debe ser enviado a análisis químico para la determinación de la ley del mineral. La segunda fracción de cada producto debe ser empleada para determinar el peso específico del SINK y el FLOAT respectivamente empleando el principio de Arquimedes. Para determinar el P.e. de cada producto se debe medir el volumen del mineral y pesar el producto cuarteado para posteriormente determinar la densidad de la carga mineral.

5. RESULTADOS EXPERIMENTALES. Los resultados obtenidos del análisis densimétrico de la muestra estannífera de Huanuni, de tamaño -1/4’’ +20#, se muestran a través los siguientes diagramas densimétricos. 5.1. Diagrama densimétrico de concentrabilidad 1. DIAGRAMA DENSIMETRICO 100

8

90

8

Recup.

80

ley 8 64.87

8

60

8 50 8

%peso

40

Ley

% peso - Recup

70

7

30

Eficiciencia

20

7 7

10 0

7 2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3

Densidad

FIGURA 7. 5.2. Diagrama densimétrico de concentrabilidad 2.

4

DIAGRAMA DE CONCENTRABILIDAD 100 10 90

S1

9 8

70

S2

7

60

6

50

5

40

% Ley

% Recuperación

80

4

30

%P-%D

20

teórico

10

%P - %D

3 2

0

1 0

20

40

60

80

100

% Peso

FIGURA 8. 5.3. Diagrama densimétrico de frecuencia.

DIAGRAMA DE FRECUENCIA 70 60

%P - %D

50 40 30

%Peso

20

%Dist

10 0 2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

DENSIDADES

FIGURA 9. 5.4. Criterios de Taggart. q 1,75 1,73 1,68 1,43

ρ [g/cc] 2,90 2,84 2,72 2,64

5

2.5

q vs Densidad

2 1.5 q 1 0.5 0 2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

Densidad (g/cc)

6. DISCUSION DE RESULTADOS.

FIGURA 10

6.1. Diagrama densimétrico de concentrabilidad 1. Este diagrama nos muestra que el mejor rango de trabajo para la muestra de Huanuni analizada es de 2.62 a 2.75 g/ml debido a que en este rango de densidades se encuentra la máxima eficiencia y las recuperaciones más altas, en otros términos, en este rango encontramos la máxima separación entre las curvas de % Distribución y % Peso; de optimizar el proceso la mejor densidad de trabajo llegaría a ser 2.70 g/ml debido a que se alcanzaría una recuperación del 90% llegándose a obtener productos de 8.8% de ley aproximadamente y también se alcanzaría una elevada eficiencia en el proceso. Del balance metalúrgico encontramos que si se desea alcanzar la máxima recuperación y la máxima eficiencia se debe trabajar a densidad 2.72 g/ml, llegando a recuperarse un 89.2% del metal valioso con una eficiencia del 63.10%, donde la ley del metal recuperado llegaría a ser relativamente alta, alcanzando un valor de 7.78% de Sn, por otro lado si se desea obtener productos de ley máxima se debe trabajar a densidad 2.9 g/ml llegando a obtenerse productos de 8.09% de ley pero con un bajo rendimiento y recuperación. A pesar de las buenas predicciones que nos muestra el diagrama se debe considerar que la muestra analizada contiene bastantes partículas mixtas, es decir partículas que contienen casiterita y otros minerales, por lo que aún no se ha llegado a liberar por completo al mineral de interés económico, consecuentemente en el producto sink se tendrán partículas de casiterita y otros minerales pesados cuya densidad sea similar al de la dióxido de estaño. 6.2. Diagrama densimétrico de concentrabilidad 2. Según este diagrama densimétrico se observa un buen tamaño de superficie 2 en relación con el tamaño de la superficie 1, también se observa una proximidad muy buena entre la curva teórica y la encontrada experimentalmente, por lo que dicha curva se

6

encuentra alejada de la recta del simple cuarteo, esto significa que el material es muy bueno para ser concentrado por gravimetría, este diagrama sirvió como un segundo indicador gráfico, a través del análisis de este segundo diagrama se confirma lo que el primer diagrama ya indicó. 6.3. Diagrama densimétrico de frecuencia. Este diagrama adecuado para un análisis densimétrico fraccionario nos indica que la carga mineral es regular y de limitado éxito, sin embargo existe una segunda intersección que probablemente se relacione con las partículas mixtas presentes en la muestra; en el diagrama se aprecia la presencia de dos curvas, por la posición de estas curvas se podría afirmar que hay gran cantidad de partículas pesadas en la muestra, algunas de ellas casiterita pura y otras, partículas pesadas mixtas. Como la carga está conformada por partículas pesadas no es posible separarlas debido a que todas las especies químicas densas pasan al producto sink. A diferencia de los diagramas anteriores, este diagrama de distribución nos permite visualizar lo que los otros diagramas de concentrabilidad no, por ejemplo el hecho de que el éxito de este mineral al ser concentrado por gravimetría es limitado, debido a la presencia de muchas partículas pesadas, y por la experiencia se sabe que es porque hay mixtos en la muestra. 6.4. Criterios de Taggart. A partir de los criterios establecidos por Taggart a densidad 2.64 g/cm 3 se tiene un valor de “q” igual a 1.43, esto significa que se pueden separar granos muy gruesos tales como minerales de tamaño igual a 6000 μm, según estos criterios, el mineral es imposible de concentrar a escala industrial a esa densidad, por otro lado, a densidad 2.72 g/ml el valor de “q” es 1.68, esto quiere decir que el mineral es posible de concentrar a escala industrial a tamaños iguales o por debajo de 1500 μm, a densidad 2.84 g/cc el mineral puede ser concentrado por gravimetría industrialmente a tamaños iguales o por debajo de 200 μm y finalmente a densidad 2,9 g/ml el mineral incrementa su posibilidad de concentración a tamaños cada vez más pequeños, igual o por debajo de los 100 μm, desde luego el mineral mientras más fino se encuentre, habrá más casiterita liberada, por lo que es lógico pensar en que a tamaños cada vez menores y mientras las partículas sean muy pesadas, se pueden seguir empleando técnicas de concentración gravimétrica. De la gráfica se encontró que la densidad de trabajo es 2.64 g/ml siendo un valor coherente al estar en el rango de densidades del primer diagrama de concentrabilidad, por debajo de esta valor de densidad no hay separación y por encima de la misma si existe una separación por densidades. 7. CONCLUSIONES. A partir de los resultados obtenidos, se puede concluir que:  Se logró determinar las características densimétricas más importantes de una muestra mineral de casiterita, tales como: Los pesos específicos de los productos sink y float, el

7

criterio de concentrabilidad de cada producto a diferentes densidades del medio denso, diagramas densimétricos, etc.  A partir de los diagramas y criterios considerados el mineral analizado puede ser tratado mediante un proceso de concentración gravimétrico si pasa primero por un proceso de remolienda para liberar al mineral valioso (Casiterita)  El mineral presenta buenas propiedades para una concentración gravimétrica, debido a la buena separación de curvas encontrada en el primer diagrama de concentrabilidad y la aproximación entre las curvas real e ideal del segundo diagrama de concentrabilidad.  El mineral presenta gran cantidad de partículas mixtas que impiden una concentración gravimétrica efectiva y eficiente, por lo que es también considerado como un mineral de mediana dificultad por el hecho de que gran parte de sus constituyentes son partículas pesadas.  A medida que crece la densidad del medio denso, el mineral puede ser concentrado a tamaños cada vez más pequeños, sin embargo si el mineral es sumamente molido la separación por gravimetría se vuelve inefectiva.  Según los diagramas de concentrabilidad, los balances metalúrgicos efectuados y los criterios de Taggart las mejores densidades de trabajo son de 2,72 y 2,84 g/ml respectivamente, debido a la máxima recuperación y eficiencia que se pueden llegar a alcanzar llegándose a obtener leyes relativamente altas.  Mediante el análisis de los criterios de Taggart la densidad de trabajo es de 2.64 g/ml 8. RECOMENDACIONES.  Se recomienda usar guantes de goma con la finalidad de protegerse del tetrabromoetano.  Se debe evitar desperdiciar tetrabromoetano.  Se recomienda hacer un buen cuarteo para tener muestras aproximadamente iguales.  Se debe escurrir bien la muestra.  Se recomienda trabajas con al menos 4 densidades para tener más puntos experimentales. 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.   

Dr. Ing Osvaldo Paves, Apuntes de Concentración de Minerales II, 2005 Beltrán Ortiz Cinda, Guía de Laboratorio de Concentración de Minerales II MET - 3362, 2016 Will’s Mineral Processing Technology, An introduction to the practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery, Sixth Edition, Elsvier, 2005. APÉNDICE.

1. Grafica del diagrama densimétrico de concentrabilidad.

8

Densidad TBE = 2,9 g/cc Producto peso, g % Peso % Sn Finos, g Sink 62,5 22,92 8,01 5,01 Float 210,2 77,08 1,29 2,71 Alimentación 272,7 100,00 2,83 7,72 Ley Ensayada 2,84 Densidad TBE = 2,84 g/cc Producto peso, g % Peso % Sn Finos, g Sink 81,6 26,24 7,76 6,33 Float 229,4 73,76 1,05 2,41 Alimentación 311 100,00 2,81 8,74 Ley Ensayada 2,84

% Dist. % Efic. 64,87 46,70 35,13 100

% Dist. % Efic. 72,44 51,25 27,56 100

Densidad TBE = 2,72 g/cc Producto peso, g % Peso % Sn Finos, g Sink 86,4 32,34 7,78 6,72 Float 180,8 67,66 0,45 0,81 Alimentación 267,2 100,00 2,82 7,54 Ley Ensayada 2,84

% Dist. % Efic. 89,20 63,10 10,80 100

Densidad TBE = 2,64 g/cc Producto peso, g % Peso % Sn Finos, g Sink 99,4 35,26 7,15 7,11 Float 182,5 64,74 0,49 0,89 Alimentación 281,9 100,00 2,88 8,00 Ley Ensayada 2,84

% Dist. % Efic. 88,82 58,91 11,18 100

Resumen para la construcción del Diagrama Densimétrico ρ [g/cc] Peso [gr] % Peso % Sn Finos, g 2,9 62,5 22,92 8,01 5,01 2,84 81,6 26,24 7,76 6,33 2,72 86,4 32,34 7,78 6,72 2,64 99,4 35,26 7,15 7,11

% Dist. %Efic. 64,87 46,70 72,44 51,25 89,20 63,10 88,82 58,91

9

DIAGRAMA DENSIMETRICO 100

8

90

8

Recup.

80

ley 8 64.87

8

60

8

50

8

%peso

40

Ley

% peso - Recup

70

7

30

Eficiciencia

20

7 7

10 0

7 2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3

Densidad

DIAGRAMA DE CONCENTRABILIDAD 100

10

90

S1

9 8

70

7

60 50

6

40

5

30

4

%P-%D teórico %P - %D

20 10

% Ley

% Recuperación

80

3 2

0

1

0

20

40

60

80

100

% Peso

2. Grafica del diagrama de frecuencia. MÉTODO FRACCIONADO Fracción -2.64 +2.64 -2.72 +2.72 -2.84 +2.84 -2.90 +2.90 Alimentacion

Peso [gr] % Peso % Sn Finos, g 182,5 50,9 0,49 0,89 46 12,8 0,18 0,08 48,6 13,5 3,28 1,60 19,2 5,4 1,58 0,30 62,5 17,4 8,01 5,01 358,8 100 2,84 7,88

% Dist. 11,35 1,02 20,24 3,84 63,54 100

10

DIAGRAMA DE FRECUENCIA 70 60

%P - %D

50 40 30

%Peso

20

%Dist

10 0 2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

DENSIDADES

3. Criterios de Taggart. Considerando la densidad del medio pesado igual a 1 g/ml y empleando la ecuación (1) γk − ρ γL − ρ

q= q 1,75 1,73 1,68 1,43

ρ [g/cc] 2,90 2,84 2,72 2,64

Tamano μm 100 200 1500 6500 3

q 2,5 1,75 1,5 1,25

DIAGRAMA DE TAGGART

2.5 2 q 1.5

1.4

1 0.5 0 0

1000

2000

3000d [um]4000

5000

6000

7000

11

2.5

q vs Densidad

2 1.5 q 1 0.5 0 2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

Densidad (g/cc)

De la segunda grafica se determina que la densidad de trabajo es 2,64 g/ml Las ecuaciones empleadas para el cálculo de la eficiencia, finos y %Distribución son las siguientes: %P − %R %E = LK 1 − LT LTSnO2 = 78.768 %Ley Finos = Peso ∗ 100 %Dist =

Finosi ∗ 100% FinosT

12