Celdas De Flotacion u356b

CARACTERIZACION DE CELDAS DE FLOTACION DE GRAN TAMAÑO JUAN YIANATOS B.

Centro de Automatización y Supervisión para la Industria Minera, CASIM Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Técnica Federico Santa Maria.

Instituto de Ingenieros de Minas de Perú, Lima, 8 Mayo 2014

CONTENIDO 

INTRODUCCION



AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO



MEDICIONES EN PLANTA •

DTR y Dispersión de Gas

•

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

•

Arrastre



ESCALAMIENTO



CONCLUSIONES

INTRODUCCION IMPACTO Flotación (Tratamiento Mundial) > 2500-3000 Mton/año

DESAFIOS Aumento demanda (aumento tamaño equipos) Disminución en calidad del mineral (ej.: leyes de 0.3-0.4% Cu) Escalamiento de celdas de gran tamaño

COMPROMISO Recuperación y Ley de concentrado final

CELDAS MECANICAS 

Últimos 20-25 años

300 m3

160 m3

250 m3 300 m3

100 m3 • •

CELDAS MECANICAS CIRCULARES COLUMNAS CIRCULARES O RECTANGULARES

600 m3

DISEÑO DE CELDAS 

Celdas de flotación mecánicas AIRE

AIRE

ALIM

ALIM

RELAVE

RELAVE •

CIRCULACION ABIERTA

•

CIRCULACION DE PULPA A TRAVÉS DEL ROTOR

•

AIRE FORZADO

•

AUTO ASPIRANTES

•

ROTOR EN EL FONDO

•

ROTOR CERCANO AL TOPE

COLUMNAS DE FLOTACION Canadiense (o: contra-corriente) AGUA LAVADO CONC.

ALIM.

AGUA

AIRE

COLA

Circulares :

5 m diám. x 14 m altura

Rectangulares

:

6 x 4 x 14 m

COLUMNAS DE FLOTACION Microcel Cavitación AGUA LAVADO CONC.

ALIM.

AIRE

COLA

CELDAS NEUMATICAS AIRE AUTO ASPIRANTE

ALIM. ALIM. AIRE

AGUA LAVADO CONC.

CONC. COLA

Celda Jameson o co-corriente

COLA

G-cell

CONTENIDO 

INTRODUCCION



AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO



MEDICIONES EN PLANTA •

DTR y Dispersión de Gas

•

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

•

Arrastre



ESCALAMIENTO



CONCLUSIONES

AVANCES EN TECNOLOGIA Nuevos desafíos: - Dispersión: potencia específica (disminuye) - Espuma : transporte y descarga - Diseño

: aceleradores de espuma rebalses internos

- Mayor tamaño y bancos (

BANCOS DE FLOTACION ARREGLOS Y PUNTOS DE CONTROL

CONCENTRADOR

VOLUMEN

N

m3

Puntos de Control

LINEA

Esperanza

300

7

4

1- 2 - 2 - 2

Candelaria

130

10

5

2 - 2 - 2- 2 - 2

130

9

5

1 - 2 - 2- 2 - 2

250

5

5

1 - 1 - 1- 1 - 1

160

8

4

2- 2 - 2 - 2

160

9

7

100

10

4

2- 2 - 3 - 3

130

9

5

1 - 2 - 2- 2 - 2

160

9

5

1 - 2 - 2- 2 - 2

100

8

4

2- 2 - 2 - 2

Pelambre

Chuquicamata

1 - 1- 1- 1 - 2- 2- 1

Escondida

Collahuasi

Andina

DIAGRAMA

AVANCES EN CONOCIMIENTO 

Celdas industriales Dos zonas independientes: Colección y espuma Banco de flotación: Sistema distribuido

CONC.

ESPUMA RETORNO

ALIM.

COLECCIÓN ARRASTRE

PULPA COLA

AVANCES EN LA MODELACION Recuperación: Cinética de colección y DTR ∞∞

∫ ∫ (1 − e )F ( k ) E ( t ) dkdt

RC = R∞

− kt

0 0

Efecto del mineral: Tamaño (Liberación) 2

δ (k-kB)

Dimensionless RTD, E(θ)

F(k), min

1

0.5

1

2

3 -1

k, min

130 m3

1.00

Rectangular Weibull Gamma

1.5

0 0

Efecto del tipo de celda y arreglo

4

250 m3 LTST Model

0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Dimensionless time, θ

3.0

3.5

AVANCES EN CONOCIMIENTO 

Recuperación en la zona de espuma Transporte masa (interfase pulpa/espuma)

B = λB ⋅ J G ⋅ AC Recuperación de Espuma

RF =

C ⋅c B ⋅b c, b : Leyes

CONTENIDO 

INTRODUCCION



AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO



MEDICIONES EN PLANTA •

DTR y Dispersión de Gas

•

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

•

Arrastre



ESCALAMIENTO



CONCLUSIONES

PLANTAS DE FLOTACION 

Datos Celdas Mecánicas:  Auto-aspirantes  Aire forzado

Tamaños:10-20-45-100-130-160-200-250-300 m3 

Datos Columnas: Tamaños: 2x6, 2x8, 2x10, 4x4; D:1-4m

MEDICIONES EN PLANTA 

DISTRIBUCION DE TIEMPO DE RESIDENCIA Y MEZCLADO



DISPERSION DE GAS Flujo superficial de gas Distribución de tamaño de burbujas



CARGA DE BURBUJAS



CAPACIDAD DE TRANSPORTE



ARRASTRE

DISTRIBUCION DE TIEMPO DE RESIDENCIA TECNICA DE TRAZADO RADIOACTIVO (CCHEN) Respuesta Impulso (RTD)

Trazador (Impulso) E (t)

E (t)

t

t

 Líquido: Br-82

 Sólido : no-flotable clases de tamaño flotable  Gas

: Kriptón-85 Freón 13B1

MEDICION DTR EN BANCOS DE FLOTACION CONCENTRATE E(t) TAIL

t

τ FEED

1 1

2

3

RTD

4 RTD

CELL1

6

5

7

RTD

CELLS 1 to 3

RTD

CELLS 1 to 5

CELLS 1 to 7

0.0035

t N −1 exp(−tN / τ ) E(t ) = (τ / N ) N Γ( N )

N=1

0.0030

RTD, E(t)

0.0025

Cells number 1 3 5 7

0.0020 N=3

N 1.3 3.1 4.9 6.8

0.0015 N=5

0.0010

N=7

0.0005 0.0000 0

500

1000

1500

2000

2500

Time, s

3000

3500

4000

DISTRIBUCION DEL FLUJO DE PULPA 0.0028 Data cell 3

  

Volumen efectivo Flujo by- Problemas de embanque Distribución de pulpa

By- flow model

0.0020

RTD



0.0024

0.0016 0.0012 0.0008 0.0004 0.0000 0

200

400

600

800

1000

time, s

1200

1400

1600

SEGREGACION DE SOLIDO Segregación de sólido en la pulpa por clase de tamaño 1

(Tiempo Sólido)/(Tiempo Líquido)



0.95

0.9

0.85

0.8 Data

0.75

Overall 0.7 0

50

100

150

Tamaño Medio, micrones

200

250

MEDICION DTR GAS 600 500

Sensor S5

. Radioactivity, s

DTR GAS

LSTS Model

400 300 200

Sensor S4

100 0

0

50

100

150

200

250

Time, s Gas Holdup, % 0

5

10

15

0

Interface S1

Cell depth, cm .

100

CONCENTRACION GAS

200 S2

300 S3

400 S4

500

Exp 1

Exp 2

Exp 3

Direct Measurement

300

TIEMPO DE RESIDENCIA DE LA ESPUMA 

Tiempo medio de residencia en una celda Rougher de 130m3: Sólidos por clase de tamaño y líquido.

INJECTION POINT SENSOR

Tiempo medio de residencia, s S3

FROTH INTERFACE

PULP

FEED S1

S4

No flotable:

CONCENTRATE

TAIL S2

Flotable: Liquido:

Sólido Fino Medio Grueso Prom. Sólido Prom.

11.7 8.9 11.3 11.9 24.4 21.4

MEDICION DEL ARRASTRE

• Celdas Rougher de 130 m3 • Muestreo cuantitativo en línea.

2,0E+05

Fine gangue tracer flow (s/s)

.

1,0E+04

Tail 1,5E+05

Concentrate

7,5E+03

1,0E+05

5,0E+03

5,0E+04

2,5E+03

0,0E+00 0

200

400

600

Time (s)

800

0,0E+00 1000

EVALUACION DEL ARRASTRE Recuperación de agua y arrastre de ganga

MODELO DE ARRASTRE

Factor de Arrastre EFi

FACTOR ADIMENSIONAL PARA EL ARRASTRE DE GANGA

EFi =

Rgi Rw

Φ   d p ,i   EFi exp  −0,693  =    δ    

DISPERSION DE GAS 

Sistema de medición: Visor de burbujas (McGill) Tamaño de burbuja, D32 (mm): Diámetro Sauter Flujo superficial de gas, JG (cm/s) = QG/AC

DISTRIBUCION DE TAMAÑO DE BURBUJAS 

Desarrollo de software USM-IMA: (a)

Análisis de imágenes dB: 1-2 mm

(b)

(c)

(d)

(b)

(c)

(d)

clusters

overlapped, non-separated

CORRELACION GENERAL D32 vs JG

D32 = 0.77 ( ±0.11) ⋅ e0.77 ( ±0.09) ⋅ JG

FLUJO DE SUPERFICIE DE BURBUJA

50

4,5

45

4

40

3,5

35

3

30

2,5

25

2

20

1,5

15 d32 Sauter (mm)

1

10

SB (1/s) 0,5

5

0

0 1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

VelocidadSuperficial superficial gas JG, cm/s Velocidad dede Gas, cm/s

2,2

SB, 1/s

5

Sb, 1/s

JG SB = 6 d32

Diámetro m Diámetro Sauter Sauter, D32, mm

Banco de celdas de 160m3

MEDICION DE CARGA DE BURBUJA  

Carga de burbuja, λ (g/L) Flujo superficial de gas, JG (cm/s) D C

Espuma Interfase

B

Gas en ascenso

Pulpa A

CUBRIMIENTO DE BURBUJAS λB d BS ϕS = πρ p d PS

dBS = 1.6 mm dPS = 46 µm

ϕ S = 7%

JG = 1.6 cm/s

dBS =5.4 mm

ϕ S = 30%

dPS =31-58 µm JG =1.6 cm /s

CAPACIDAD DE TRANSPORTE 

Capacidad de transporte por flotación verdadera, t/h/m2

S Bπ CR ϕ S d PS ρ p × RF = 6 Plant D80, µm DPS, µm A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2

186 184 195 226 205 150 132

45.7 46.2 58.2 73.5 55.8 39.3 35.3

CONTENIDO 

INTRODUCCION



AVANCES EN TECNOLOGIA Y CONOCIMIENTO



MEDICIONES EN PLANTA •

DTR y Dispersión de Gas

•

Carga de Burbuja y Capacidad de Transporte

•

Arrastre



ESCALAMIENTO



CONCLUSIONES

ESCALAMIENTO DE CELDAS DE FLOTACION NUEVO ENFOQUE ESPUMA

CONC.

PROMEDIO (APARENTE)

k APP = kC ⋅ α PULPA

kC = k AC ⋅ β ⋅ γ

kAC ALIM.

PROCESO DE COLECCION

COLA

MEZCLADOR NO-IDEAL (N≠1)

SEGREGACION DE SOLIDO

FACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICO

k APP = k AC ⋅ α ⋅ β ⋅ γ Efecto de la espuma

FACTOR DE ESCALA

NUEVO ENFOQUE

Régimen de mezcla

Segregación de sólido

k AC ξ= kB

k APP =ξ ⋅α ⋅ β ⋅γ kB

FACTOR DE ESCALA DE TIEMPO 

Elementos clave:

Factor de escalamiento para cinética de flotación:

•

Cinética batch estándar

•

Cinética de flotación en Planta

•

Ajuste de balance de masa

k AC ξ = kB

ϕ ( N ,η ) τP = τB ξ ⋅α ⋅ β ⋅γ Efecto Espuma

Régimen Mezcla

Segregación Sólido

ESCALAMIENTO CINETICO CASO DE ESTUDIO: Celdas de 160 y 300 m3

PLANTA / BATCH

EJEMPLO PARA UNA CELDA

k AC ξ= kB k APP =ξ ⋅α ⋅ β ⋅γ kB

CARACTERIZACION METALURGICA Método corto

100

100

80

80

Cu recovery, % .

Cu Recovery, %

Triplicado

60

Data L1 40

Model 20

60

Test 1

40

Test 2

20 0

0 0

5

10

Time, min

15

0

2

4

6

8

Cell number

BATCH (kB)

PLANTA (kAPP)

Muestra de alimentación

Línea Rougher: Ocho celdas de 160 m3

ESTIMACION DEL FACTOR DE ESPUMA EFECTO DE LA ESPUMA:

k APP α= kC

Celda, m3

300

160

Recuperación Global, RG (%)

64.1

49.6

Recuperación Espuma, RF (%)

62.2

50.1

Recuperación Colección, RC (%)

74.2

66.3

RMAX (%)

91.7

91.5

1.5

1.3

kC (colección) min-1

3.2

2.9

α

0.48

0.44

kAPP (global)

Factor

min-1

= kAPP/kC

CARACTERIZACION HIDRODINAMICA Factor β (N≠1) 0,010

0,014 Data

0,012

Data

Model

0,010

Model

0,006 0,004

E(t), 1/s

E(t), 1/s

0,008

300 m3

N=0.81

0,008 0,006

160 m3

N=0.79

0,004

0,002

0,002 0,000 0

200

400

600

Time, s

800

1000

1200

0,000 0

200

400

600

Time, s

800

1000

ESTIMACION DEL FACTOR DE MEZCLA EFECTO DE MEZCLA (N≠1): β =

ϕ( N =1 ) ϕ( N ≠ 1 )

η

C

Celda, m3

300

160

η= RC/RMAX

0.83

0.74

ϕ , N=1 (ideal)

2.93

2.35

N (real)

0.81

0.79

ϕ , N (real)

3.86

3.02

β

0.76

0.78

Factor

ESTIMACION DEL FACTOR DE SEGREGACION

SEGREGACION DE SOLIDO:

Celda, m3

τS τL τS τL Factor

γ

τS γ= τL

300

160

4.9

4.1

3.2

2.6

5.5

4.6

3.6

2.9

0.891

0.891

0.889

0.897

0.89

0.89

FACTOR DE ESCALAMIENTO CINETICO

CELDA,

m3

Espuma

α

Mezcla

Segregación

β

γ

Factor de escalamiento

kAC / kB

300

0.48

0.76

0.89

0.74

160

0.44

0.78

0.89

0.69

ESCALAMIENTO Y SIMULACION

Cu recovery, %

Cumulative Cu Reccovery,% Froth Depth, cm

TC 300 90

100

Cell 8 OK-160

OK 160 Cell 4 TC-300

80

70

60

50 0

5

10

15

20

25

30

Time, min

DIMENSIONAMIENTO DE CIRCUITO

30

90 25

80

Froth depth

70

Rec. model

60

Rec. data

50

Grade model

40

Grade data

20 15 10

30 20

5

10 0

0

1

2

3

4

5

Cell Number

OPERACION

6

7

8

0

Cumulative Cu grade (%).

100

APLICACIONES 

Simulación Modelación de la zona de espuma y colección



Benchmarking Comparación entre diferentes tecnologías Planificación Predicción de comportamientos de la planta





Escalamiento y Diseño Desarrollo de nuevos circuitos de flotación.

CONCLUSIONES 

Se ha desarrollado y validado un procedimiento de diagnóstico y caracterización de celdas de flotación.



Se han evaluado parámetros claves como el tiempo de residencia, flujo de área burbuja, recuperación de espuma y arrastre.



Para la caracterización se midieron variables de operación tales como carga de burbuja, tamaño de burbuja, DTR de sólido, líquido y gas, y el arrastre de ganga.



Esta metodología es útil para evaluación de celdas industriales, identificación de condiciones límite, criterios de escalamiento y predicción del rendimiento de planta.

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Centro de Automatización y Supervisión para la Industria Minera, CASIM Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Técnica Federico Santa Maria.

Instituto de Ingenieros de Minas de Perú, Lima, 8 Mayo 2014

5

5

4

4

3 2 1 0 -1 -2

Altura sobre el rebalse, cm

Coalescencia de burbujas

3 2 1 0 -1 -2

-3

-3

-4 12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Distancia desde pared de rebalse, cm

JG = 1.2 cm/s hD = 4 cm

0

-1

-4 12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Distancia desde pared de rebalse, cm

JG = 1.8 cm/s hD = 2 cm

0

-1

Altura sobre el rebalse, cm

TRANSPORTE DE ESPUMA

MEDICION TOPE DE ESPUMA 

Medición Tope de Espuma (TOF) 

Sample Top of froth Froth

El TOF permite estimar la ley y la distribucion de tamaño del mineral colectado que llega a la espuma.

50

50

40

40

Top of Froth Grade of Cu, %

Top of Froth Grade of Cu, %

TOPE DE ESPUMA VS CARGA DE BURBUJA

30 Plant A Plant B Plant C Plant D Plant E Plant F ± 20%

20

10

0

30

20 −45μm −75μm +45μm −150μm +75μm +150μm ± 20%

10

0 0

10

20

30

40

Bubble Load Grade of Cu, %

50

0

10

20

30

Bubble Load Grade of Cu, %

40

50

PERFIL TOF Perfil de leyes en un banco de flotación de planta piloto, 7 celdas 10

Cu Recovery

90

9

TOF grade

Cu Recovery, %

Conc. Grade

80

8

70

7

60

6

50

5

40

4

30

3

20

2

10

1

0

0 0

1

2

3

4

Cell Number

5

6

7

TOF and Conc. grade of Cu, %

100

TRANSPORTE DE ESPUMA Espuma en celda prototipo bi-dimensional

hD

Interfase Imagen de cámara de alta resolución

TRANSPORTE DE ESPUMA Distribución de velocidad de burbujas en la espuma

JG = 1.2 cm/s hD = 4 cm

JG = 1.8 cm/s hD = 2 cm

TRANSPORTE DE ESPUMA Tiempo de residencia de burbujas en la espuma

9 8 7 6 5 4 3 2

Jg: 1.2 cm/s ; hD: 2 cms Jg: 1.2 cm/s ; hD: 4 cms Jg: 1.8 cm/s ; hD: 2 cms

1 0

70

63

56

49 42 35 28 21 14 Distancia desde pared de rebalse, cm

7

0

Tiempo de residencoia de burbuja,s

Celda Prototipo Bi-dimensional

ESTIMACION DE PARAMETROS

EFECTO ESPUMA

k APP α= kC

BALANCE DE MASA MEDICION DE CARGA DE BURBUJA • Recuperación de espuma • Recuperación de colección

EFECTO DE MEZCLA ZONA DE COLECCION

β =

ϕ( N =1 ) ϕ( N ≠ 1 )

MEZCLADOR PERFECTO (N=1)

η

C

TECNICA DE TRAZADO RADIACTIVO LIQUIDO, DTR

kC= k AC ⋅ β ⋅ γ

Mezcla actual, N≠1

EFECTO SEGREGACION SOLIDO ZONA DE COLECCION

kC= k AC ⋅ β ⋅ γ TECNICA DE TRAZADO RADIACTIVO DTR de sólido y líquido

τS γ= τL

Tiempo medio de residencia del sólido Tiempo medio de residencia del líquido

INTRODUCCION

MOLIENDA :

Capacidad vs Tamaño Partícula

FLOTACION :

Tamaño Partícula vs Ley-Recuperación

FUNDICION :

Ley vs costos