Microflotación de minerales de itabiritos

LIBRO DE LAS XIII JORNADAS ARGENTINAS DE TRATAMIENTO DE MINERALES 5, 6 y 7 de Octubre de 2016 Mendoza, Argentina Editado por: Daniela Suarez Mario Rodriguez Marcelo Esquivel XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016) 361-366 MICROFLOTACIÓN DE MINERALES DE ITABIRITOS MICROFLOTATION OF MINERALS FROM ITABIRITES Campos, A. S.1, da Luz, J. A. M.2 Mining engineer consultant, Rua Herculano B. Rios, Centro, Itapecerica, MG 35550-000; Brasil.<[email protected] > 2 Professorat Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas/Demin, Campus da Bauxita, Ouro Preto, MG, 35400-000; Brasil. Contacto: <[email protected]> 1 RESUMEN La efectiva concentración por flotación de menas típicas de las formaciones bandeadas de hierro requiere intenso y continuado trabajo, debido a su compleja mineralogía. En ese proyecto se ha estudiado el sistema de flotación utilizando el tubo de Hallimond donde ha sido testada la flotabilidad de cuarzo y de hematita en los valores de pH 4,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10,0 y 11,5. Los siguientes reactivos alternativos fueron utilizados: oleato de sodio, sulfonato lineal de sodio y EDA (éter de monoamina parcialmente neutralizada con ácido etanoico). El sistema con oleato de sodio, como era de esperarse, mostró buena flotabilidad de hematita alrededor de pH 8, habiendo diferencia apreciable (en comparación con cuarzo) en los valores de flotabilidad fuera en este rango. En el sistema con amina la curva de tendencia ha quedado más bien evidenciada con la dosis de 5 mg/litro, mostrando mayor flotabilidad en el rango de pH entre 8 y 10, como es de esperarse. Palabras Clave: flotación, formaciones bandeadas de hierro, mena de hierro, concentración. ABSTRACT The effective concentration of typical banded iron formations ores by flotation requires intense and continuous work, in virtue of their complex mineralogy. In this project the flotation system (using the Hallimond tube) has been studied and quartz and hematite floatability was tested, in the values of pH 4.0, 6.0, 7.0, 8.0, 10.0 and 11.5. These alternative reagents were employed: sodium oleate, linear sodium sulfonate, and EDA (monoamine ether partially neutralized with ethanoic acid). The system with sodium oleate, as expected, showed good floatability for hematite around pH 8.0, having an appreciable difference in values of floatability (in comparison to quartz) just in this range. In the amine system, the trend curve has been rather evidenced with a dose of 5 mg/liter, showing greater floatability in the pH range between 8 and 10, as is to be expected. Keywords: flotation, banded iron formations, iron ore, concentration. INTRODUCCIÓN La demanda de hierro ha aumentado rápidamente en los últimos años. Esto ha conducido, por un lado, a la búsqueda de nuevos depósitos y fuentes alternativas, tales como residuos recuperados de colas de menas de hierro. Por otra parte, el tratamiento de minerales de baja ley ha llevado a intensificar el problema de los daños ambientales, incluso con eventos catastróficos de rompimiento de presas. Estos pasivos pueden ser reprocesados . En vista de las bajas leyes de estos materiales alternativos, es importante investigar las mejoras en los 361 Campos, da Luz procedimientos de purificación habituales de componentes en menas de hierro, en particular los residuos de minería y depósitos económicamente marginales o secundarios. La flotación es el proceso más utilizado en la actualidad. Estudios sobre la interacción de los reactivos para flotación con minerales paragenéticos en formaciones de hierro son pues, de gran importancia. La llamada microflotación entiende la flotación con pequeñas alícuotas de muestra purificada (masa inferior a 20 g y generalmente cerca de 1,0 g), utilizando un equipo sencillo y capaz de realizar las campañas experimentales con rapidez y a bajo costo. La gran ventaja de microflotación es que permite llevar a cabo ensayos bien controlados y reproducibles, que permiten el estudio de los mecanismos de interacción entre los reactivos y las superficies minerales. En la actualidad el tubo de Hallimond es la célula de microflotación más utilizado [1-3]. Se emplean muestras purificadas de 1,0 a 2,0 gramos y el mecanismo de agitación es un imán de barra. La Figura 1, a continuación, ilustra un aparato con un tubo de Hallimond (el agitador magnético no se muestra). Figura 1 - Izquierda: Tubo de Hallimond (alterado de Luz [4]); derecha: detalle que muestra las líneas de trayectorias en el régimen laminar de burbujas en el tubo de Hallimond bajo aireación (foto de J. A. M. L.). El objetivo de este trabajo fue estudiar la interacción de los principales minerales que ocurren en formaciones bandeadas de hierro con varios colectores y depresores, a través de pruebas de microflotación con el objetivo de apoyar la selección de las mejores condiciones de proceso necesarios para promover la flotación selectiva de minerales que contienen hierro y ganga. Mientras que las menas se componen de diversos minerales (útil y ganga), es necesario complementar estos testes mediante estudios con muestras reales. A partir de estos estudios es posible determinar si las condiciones establecidas en el ensayo de microflotação, especialmente el valor de pH, posibilitan efectivamente el logro de concentrado dentro de las especificaciones requeridas por el mercado de consumo. Desde Glembostsky y Bechtle (segundo Leja [1]) y Kulkarni y Somasundaran [5] se han realizado estudios sobre los aspectos químicos de la microflotación de hematita, con el objetivo de producir condiciones flotabilidad selectiva. Luz [3] estudió la flotación directa de minerales de hierro utilizando colectores aniónicos, con aceite de ricino y de arroz saponificados en medio acuoso y en medio alcohólico. Se hizo evidente que el uso de jabón de aceite de arroz, obtenido por saponificación en medio alcohólico (con reflujo de etanol evaporado y condensado), mejora el poder del colector, tanto con respecto a la hematita, como con respecto al cuarzo. La dosis utilizada por dicho autor fue 362 XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016) 400 g/t. La desventaja de la reacción de saponificación de ácidos grasos (es decir: neutralización con base) en medio alcohólico es su mayor complejidad operativa y, por consiguiente, su elevado costo. La curva de microflotación de hematita y cuarzo, aislados, en la celda de Fuerstenau, en presencia de aceite de arroz saponificado en medio acuoso, puede verse en la Figura 2, a continuación [3]. Figura 2. Efecto del pH sobre flotabilidad de hematita y cuarzo, aislados, en presencia de aceite de arroz saponificado en medio alcohólico con reflujo. El efecto de la presencia de silicato de sodio con consumo específico o "dosificación" de 600 g/t en la flotabilidad de hematita y cuarzo (ambos con partículas menores que 0,6 mm), utilizando aceite de arroz saponificado en medio acuoso como colector, también se ha estudiado previamente por da Luz [3]. Fue usado para tales ensayos silicato de sodio comercial con relación molar [SiO2]/[Na2O] igual a 2,79 (determinada por análisis químico vía húmeda), que corresponde al módulo m = [Na]/[Si] = 0,695. Como era de esperarse, la flotación de cuarzo en presencia de silicato era insignificante, ya que su flotabilidad ya era baja en ausencia del depresor. Había depresión parcial de hematita, indicando una pérdida de la recuperación en el proceso de flotación con este depresor [3]. El efecto de la presencia de silicato de sodio (600 g/t) en la flotabilidad de hematita y cuarzo con sulfonato de petróleo también fue estudiada por da Luz [3]. En este sistema se observó que había depresión moderada de hematita y cuarzo (que, además, ya tenía baja flotabilidad en ausencia de silicato). Los hidroxamatos de sodio, a pesar de su especificidad en relación a la de hematita, no han sido considerados en este trabajo, debido a su alto costo, junto con la baja disponibilidad en el mercado interno de Brasil (sin embargo, las bajas dosis que probablemente sean necesarias hacen que sea una opción que no debe descartarse de antemano, en el caso de su uso en cantidades industriales). MATERIALES Y MÉTODOS Las muestras de minerales utilizados en este trabajo fueron cuarzo y hematita (previamente purificados), minerales típicos de las formaciones de hierro del Quadrilátero Ferrífero, en la provincia de Minas Gerais, Brasil. El rango de tamaño de partículas de las muestras utilizadas en las pruebas estuvo comprendido entre 53 µm y 212 µm. 363 Campos, da Luz Los ensayos de microflotación se realizaron en tubo Hallimond modificado según el montaje y el procedimiento habitual, tal como se describe por da Luz [2] y se muestra en la Figura 1. Se utilizaron las siguientes concentraciones de colector en los experimentos de microflotación: sulfonato lineal con 10 mg/L y 20 mg/L (sal sódica del ácido sulfónico lineal); oleato de sodio: 20 mg/L; amina: 5 mg/L y 20 mg/L. La amina utilizada fue el EDA3B, un éter de monoamina de fórmula R-O-(CH2)3-NH2, donde R es un grupo iso, de 8 a 10 carbonos con un grado de neutralización de aproximadamente 30 % [6]. Fueron utilizados los siguientes valores de pH: 4,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10 y 11,5. Los experimentos se llevaron a cabo manteniendo el nivel de la solución (volumen constante de 260 mL) para normalizar el flujo de gas (manteniendo la presión hidrostática) y la disponibilidad de reactivos. Las muestras de minerales fueron purificadas previamente y fueron empleadas alícuotas de 2,0 + 0,05 g (minerales aislados). El gas utilizado fue aire comprimido, con un flujo de aire uniforme igual a 70 + 2 mL/minuto. Fue utilizado un agitador magnético (Marca Fanen) para mover suavemente la pulpa (lo suficiente para poner al mineral en suspensión, hasta la altura del borde inferior de la junta de vidrio esmerilado). La secuencia operativa de microflotación con presencia de acondicionadores fue: 1) ajuste del sistema de aireación; 2) ajuste del pH de las soluciones a ensayar; 3) registro del pH inicial; 4) colocación de la muestra en el fondo seco del tubo; 5) adición de la solución para completar el nivel de referencia en el tubo de Hallimond, activación del agitador y del temporizador (acondicionándose la pulpa durante 2 minutos); 6) apertura de la válvula para permitir el paso del aire y la consiguiente formación de burbujas; 7) mantenimiento de la aireación durante 1,0 minuto; 8) registro del pH final y recolección de los productos (flotado y hundido); 9) filtración y secado de los productos por separado; 10) pesaje de los productos; 11) cálculo de la flotabilidad. RESULTADOS En vista de su potencial aplicación fueron estudiados como colectores el oleato de sodio (representante de carboxilatos típicos que ocurren en flotación con aceite de soja, arroz, etc.), el sulfonato de sodio, por su alta eficacia, y la amina, por ser un fuerte colector para el cuarzo. Los resultados de flotación con oleato se muestran en la Figura 3. Figura 3. Flotabilidad de cuarzo (curva 3) y hematita (curva 2) con sulfonato a una concentración de 10 mg/L y flotabilidad de cuarzo (curva 4) y hematita (curva 1) con sulfonato a 20 mg/L. El efecto del pH en la flotabilidad de cuarzo y hematita con 20 mg/L de oleato de sodio está ilustrado en la Figura 4. 364 XIII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Mendoza, Argentina. (2016) Figura 4. Flotabilidad de cuarzo (cuadrados) y hematita (círculos) con 20 mg/L de oleato de sodio. En general, la región de máxima flotación de hematita con oleato de sodio coincide con la concentración máxima del complejo ionomolecular del ácido/jabón. Somasundaran y Ananthapadmanabhan [7] sostienen que la actividad interfacial de este dímero es aproximadamente cinco órdenes de magnitud más grande que el monómero de oleato. Este hecho sería debido al tamaño molecular aumentado y la solubilidad intrínseca más baja del dímero ionomolecular en comparación con las otras especies de oleato. El efecto del pH en la flotabilidad de cuarzo y hematita con éter-amina está ilustrado en la Figura 4. Como era de esperarse, la región de máxima flotación con la amina está en el intervalo de pH comprendido entre 8 y 10 unidades. Figura 5. Flotabilidad de cuarzo y hematita con amina (curvas: 1 cuarzo con 20 mg/L de amina; 2 cuarzo con 5 mg/L de amina; 3 hematita con 5 mg/L de amina). CONCLUSIÓN El sistema con sulfonato mostró un mayor potencial para la selectividad en la flotación de cuarzo y hematita alrededor de pH 4. Muestra también un efecto de dosificación (con 10 mg/L hay diferencial de flotabilidad entre el cuarzo y hematita del orden de 29 puntos porcentuales, 365 Campos, da Luz y alrededor de 79 puntos porcentuales a 20 mg/L), como se muestra en las figura 3. Los resultados indican que es muy posible la flotación directa de mineral de hierro, que muestra la posibilidad de utilizar colas y minerales con bajas leyes. Nuevos estudios deben hacerse para analizar mejor los efectos de la dosis. El sistema con oleato de sodio, como se esperaba, mostró una buena flotabilidad de hematita alrededor de pH 8, mientras que en menores y mayores valores de pH la flotabilidad mostró valores débiles y muy cerca de los valores para el cuarzo, es decir, hay una diferencia significativa de los valores de flotabilidad solamente alrededor de pH 8. Cabe señalar que los ensayos de microflotación son concebidos para analizarse la interacción entre minerales y la química de pulpa, non comprendiendo la optimización de la dosificación, lo que debe ser echo en ulterior campaña experimental de bancada, con menas reales y en condiciones físico-químicas y fluido-dinámica similares a las vigentes en escala industrial. Debido a que son sistemas simplificados, por lo general con minerales aislados, agua destilada, y reactivos purificados, la extrapolación a las condiciones de flotación en banco convencional o en escala de la industria debe ser considerada con reserva. Aun así, los resultados obtenidos en la celda de microflotación pueden servir como guía para seleccionar condiciones de funcionamiento a mayor escala, conduciendo al ahorro de recursos humanos y materiales. Aprovechando la oportunidad, los Autores agradecen el apoyo de las siguientes instituciones: CNPq, Capes, Fundación Gorceix y Fapemig. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. . 758 p. 1982. Universidade Federal de Minas Gerais. 1987. Alternativos e Modelamento Polifásico Universidade Federal de Minas Gerais. 1996. (tese de doutoramento). In: George E. Totten; Rafael Colas. (Org.). Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys Taylor & Francis Group, V. 2, pp. 1-104. 2015. Colloids and Surfaces, no. 1. pp: 387-405 387. 1980. 6. A. L. Teodoro, V. A. Leão. "Recuperação de aminas, utilizadas na flotação de minério de ferro, utilizando-se zeólitas naturais". Revista Escola de Minas, V. 57, no. 3. Ouro Preto, July/September. 2004. 7. P. Somasundaran, K. P. Somasundaran, P. (ed.). Advances in Mineral Processing. SME, pp. 137-53. 1976. 366