Ensayos supersónicos para optimizar el rendimiento de flotación

Las partículas de menos de 20 µm presentan retos singulares en la flotación debido a su elevada área superficial específica, bajo impulso, masa reducida y alta energía superficial. Estas características generan problemas como:

• mayor consumo de reactivos: las partículas finas y ultrafinas requieren mayores dosis de reactivos debido a su elevada energía superficial, lo que se traduce en mayores costos operativos y preocupaciones ambientales.
• baja energía para la adherencia de burbujas: la baja masa y el escaso impulso de estas partículas disminuyen la probabilidad de que se adhieran a las burbujas, lo que afecta la eficiencia del proceso de flotación y reduce la recuperación.

Investigaciones actuales sobre tecnologías de flotación tradicionales —como la flotación mecánica y la flotación en columnas— demuestran que estas tecnologías presentan dificultades para recuperar de manera eficaz las partículas finas y ultrafinas. Concorde Cell™ fue desarrollada originalmente por el profesor Jameson y perfeccionada posteriormente por Metso para abordar estos problemas. Concorde Cell™ mejora la velocidad de flotación y recuperación al optimizar las interacciones entre burbujas y partículas mediante la reducción del tamaño de las burbujas. Generar burbujas más pequeñas con el mismo volumen total incrementa significativamente el área superficial disponible, lo que mejora tanto la eficiencia de colisión como la adherencia, aspectos cruciales para la flotación de partículas finas.

Concorde Cell™, lanzada en 2021, y la mejora Concorde Blast Tube™, introducida por Metso en 2022, representan una evolución significativa en la tecnología de flotación. Esta avanzada celda de flotación neumática utiliza una onda de choque supersónica para generar burbujas finas y un entorno de alto cizalle, diseñado específicamente para mejorar la recuperación de partículas finas y ultrafinas. Concorde Cell™ se ha instalado con éxito en diversas operaciones mineras a nivel mundial, incluidos proyectos de cobre, oro y carbón metalúrgico.

Fundamentos de la tecnología de celdas Concorde

Las principales diferencias entre el Downcomer y el Concorde Blast Tube se detallan a continuación: 

El proceso de recuperación se puede describir en dos etapas. En la primera, se forman burbujas pequeñas en el Blast Tube bajo presión. La alimentación ingresa como chorro descendente y se mezcla con el aire bajo presión. En la segunda etapa, la mezcla aireada pasa a través de un estrangulador, donde alcanza la velocidad del sonido según las condiciones locales.

Después del estrangulador, el flujo alcanza condiciones supersónicas y se genera una onda de choque sónica. Al pasar por el estrangulador, se produce un cambio de presión significativo en una distancia muy pequeña que provoca una reducción notable en el tamaño de las burbujas. La función del recipiente de impacto es crucial para lograr una dispersión eficiente de las burbujas pequeñas de vuelta al tanque y para reducir la turbulencia para una mayor colisión entre burbujas y partículas. Al mismo tiempo, el recipiente de impacto evita que la mezcla burbujeante de aire y pulpa pase directamente a los relaves.

Soporte a la demanda de los clientes con opciones de prueba Concorde

Metso cuenta con varias opciones de ensayos para Concorde en Australia, incluidas una celda de laboratorio y una unidad de pruebas piloto en un contenedor, ambas fácilmente movilizables para pruebas en terreno, si es necesario. Recientemente, Metso llevó a cabo un programa de ensayos a escala de laboratorio para evaluar el rendimiento de la tecnología Concorde con una muestra de relaves ultrafinos de espodumena proporcionada por un cliente.

Los ensayos buscaban determinar la recuperación alcanzable de espodumena, así como la ley y la relación de enriquecimiento, mediante una serie de pruebas por lotes con parámetros de ensayo variables. Es posible probar los parámetros típicos de flotación —como el tiempo de flotación, el lavado de espuma, los tipos de reactivos (colector, espumante, dispersante, etc.), sus dosis y el tiempo de acondicionamiento—, junto con parámetros específicos de la tecnología Concorde, como los caudales de aire y pulpa, y el tamaño y emparejamiento de las boquillas superior e inferior. Los caudales de aire y pulpa se combinan para dar origen al término específico de la tecnología Concorde: la relación aire-pulpa (ARP).

Cada prueba por lotes consume entre 30 y 40 litros de pulpa a la densidad requerida de corriente del proceso de flotación. Al modificarse un solo parámetro por prueba, el volumen total de pulpa requerido puede llegar a ser considerable, especialmente en proyectos greenfield. En estos casos, Metso igualmente puede realizar ensayos con un enfoque más dirigido, dependiendo de los requerimientos del cliente.

En el caso de los ensayos recientes con espodumena, se disponía de una muestra limitada, por lo que las pruebas se orientaron a variar la dosificación de colector y evaluar la efectividad del lavado de espuma para mejorar la ley del concentrado. Se realizaron ensayos en dos muestras de espodumena: una con un tamaño inferior a 50 µm y otra a la que se le eliminó, mediante ciclones, una porción significativa del material inferior a 8 µm.

Las pruebas se realizaron acondicionando la muestra de espodumena durante diez minutos en el tanque de mezcla incorporado de la celda de laboratorio Concorde con la dosis de colector deseada. La pulpa acondicionada se bombeó posteriormente a la celda Concorde que se muestra en la Figura 5. La celda se llena solamente hasta 300-400 mm por debajo del refuerzo. En esta etapa, la bomba de alimentación se bloquea manualmente al caudal de pulpa deseado, mientras una segunda bomba extrae las colas desde la parte inferior de la celda Concorde para regular la profundidad de la espuma y la tasa de extracción de masa. Esta segunda bomba hace recircular las colas desde la celda Concorde de vuelta al tanque de mezcla.

Con la celda llena de pulpa acondicionada, se activa el suministro de aire, que es inyectado al tubo deflector, donde se mezcla con la pulpa acondicionada. Una vez que se establece la espuma, la salida de las bombas de recirculación se puede ajustar manualmente para controlar la tasa de extracción del concentrado. También se activa el sistema de lavado de espuma.

Se recolectan concentrados a intervalos determinados, según un criterio intuitivo, con el fin de obtener la curva de ley y recuperación. Una vez que se agotan los minerales valiosos en el concentrado o la muestra ya no puede mantener una profundidad de espuma estable, se puede dar por finalizado el ensayo.

La tecnología Concorde alcanzó, en promedio, una relación de enriquecimiento de 2,9 para la muestra no ciclonada y de 2,8 para la muestra con la mayor parte del material inferior a 8 µm removido.

Con una ley de cabeza de 0,48 % para la muestra no ciclonada, la tecnología Concorde obtuvo una ley acumulada de concentrado de 2,5 % de espodumena y una recuperación de 37 % utilizando lavado de espuma. Estos resultados positivos servirán para fundamentar una propuesta de realización de ensayos en terreno más exhaustivos. Los ensayos permitirán generar confianza en el dimensionamiento de la tecnología Concorde Cell y en las garantías de desempeño del proceso.