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Este documento analiza el proceso de concentración de minerales mediante separación eléctrica, una técnica ampliamente utilizada en la industria minera. Se explica el objetivo general de este proceso, que es enriquecer el mineral eliminando la ganga y minimizando las pérdidas de mineral útil. Se detallan los principios y componentes de la concentración electrostática, los mecanismos de carga de partículas (por contacto, inducción y corona) y las ventajas y desventajas de este método de concentración. El documento concluye resaltando la importancia de la electricidad en la concentración de minerales, ya que permite obtener la mayor parte del mineral valioso separándolo de los residuos o colas. Este documento sería útil para estudiantes de ingeniería, geología o ciencias de la tierra que estén interesados en los procesos de beneficio de minerales.
Tipo: Resúmenes
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Hoy en día la concentración de minerales por separación eléctrica es muy utilizada esto se debe a que el material que se obtiene de la explotación de una mina está generalmente compuesto de una mezcla de minerales de diferentes especies, algunos de los cuales constituyen el objeto de la explotación, y de material pétreo y sin valor inmediato, constituido por los minerales estériles que se encuentran dentro de un yacimiento mismo (cuarzo, calcita, arcilla, feldespato, dolomita, etc.) y roca proveniente de las cajas o paredes que limitan el yacimiento y que por efecto de los disparos se desprenden y es imposible evitar que se junten al mineral. Esta mezcla de sustancias minerales valiosas y estériles, en diversas proporciones, tienen que ser tratadas en alguna forma para separar aquello que no sirve, de los minerales que son útiles; para ello se recurre a las operaciones de preparación (trituración, molienda, clasificación) y concentración de minerales, que permite obtener productos de alto contenido de elementos valiosos, que serán procesados en fundiciones y refinerías para obtener metales ò elementos de alta pureza. Muy raras veces son las minas que obtienen un producto de laboreo que puede ser vendido directamente sin ninguna preparación y concentración previa. Lo corriente es que el minero extraiga el mineral muy sucio, mezclado con sustancias sin valor y de baja ley. Este mineral para ser vendido tiene que ser preparado y concentrado hasta obtener una ley mínima dada, que exigen las fundiciones para que el negocio sea económicamente rentable.
La concentración de minerales se puede definir como el proceso u operación por la cual se logra elevar el tenor o concentración ya sea de una mena o un mineral determinado, esto utilizando una serie de equipos e instrumentos de separación solido-solido produciendo la separación de dos o más especies mineralógicas que son generada por una corriente enriquecida en un mineral de interés y valioso. El concentrado es, por consiguiente, un producto intermedio entre el estado natural del mineral, y el producto puro, utilizable comercialmente. Para separar físicamente la ganga estéril de las menas útiles, y varias menas asociadas entre sí, es necesario que las propiedades físicas que presentan las menas y la ganga sean diferentes para los diferentes componentes del mineral, de manera que se establezca un "gradiente" lo suficientemente elevada para asegurar una separación que sea: Cuantitativamente eficiente (de alto rendimiento o recuperación); Cualitativamente selectiva (o sea, produciendo concentrados limpios y de alto contenido en la mena respectiva) Cinéticamente enérgica, para llevar a cabo el proceso en forma rápida y económica en equipos de tipo y dimensiones estándar. Para ello se puede implementar un método de separación así: Métodos que emplean diferentes propiedades físicas o volumétricas de las substancias minerales.
El grupo de tecnologías que asocia a estos métodos se caracterizan por ser fuertemente dependientes del tamaño de partícula y las propiedades diferenciales que generan la separación pueden ser: Diferencia de velocidad de sedimentación, a través de la diferencia de densidades de los sólidos (Concentración gravimétrica) Diferencias de movimiento en un campo magnético de intensidad variable, a través de la diferencia de la susceptibilidad magnética de los minerales (Concentración magnética) Quedarse adherido o saltar de una placa metálica, por diferencia en la conductividad eléctrica cuando las partículas están dentro de un campo eléctrico (Concentración eléctrica) Para que se produzca una adecuada separación, debe existir entre los minerales a separar al menos una propiedad que tenga valores relativamente diferente, tales como gravedad específica, susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica o una repuesta fisicoquímica superficial bien diferente. Esta propiedad se denominará PROPIEDAD DIFERENCIAL. El objetivo principal de la concentración de minerales es enriquecer el mineral eliminando la ganga y minimizando las pérdidas de mineral útil. (Bustamante O, Gaviria A, Restrepo O – 2008)(Notas de concentración de minerales)
mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio. Hay pocas plantas de tratamiento de arenas de playa en el mundo, que no usan la separación electrostática para separar rutilo e ilmenita de zircón y monacita. La mayoría del rutilo y zircón se produce en Australia, y todas las plantas utilizan separación electrostática. La separación electrostática es usada también en otros minerales, tales como: casiterita, columbita, minerales de ganga obtenidos desde concentración de ilmenita, hematita, etc. COMPONENTES DE LA CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes: Un mecanismo de carga y descarga. Un campo eléctrico externo. Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas. Un sistema de colección para la alimentación y productos. Los mecanismos de carga y descarga resultan de una de las siguientes categorías de distribución de carga. Partículas de dos especies diferentes entran en un campo eléctrico en una zona de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa Partículas entran en la zona de separación, de modo que partículas de diferentes especies llevan carga del mismo signo, pero la magnitud de la carga eléctrica es significativamente diferente
Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos bipolares significativamente diferentes Se requiere un campo eléctrico, el cual es definido por alguna configuración de límites equipotenciales y una fuente de alto voltaje. Los rangos de potencial eléctrico son del orden de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales. La separación física de dos tipos de partículas es siempre realizada ajustando las fuerzas y el tiempo que actúan estas fuerzas sobre estas, de modo que partículas de diferentes tipos tendrán trayectorias diferentes en tiempos predeterminados. En adición a las fuerzas eléctricas, es generalmente ventajoso utilizar fuerzas de gravedad, centrifuga o fricción, para efectuar una clasificación selectiva. MECANISMOS PARA CARGAR PARTÍCULAS A pesar de que hay varias formas de cargar partículas, solo tres mecanismos de cargado son usados en la separación electrostática comercial: Cargado mediante electrificación por contacto y fricción. Cargado por bombardeo de iones o electrones. Cargado por inducción conductiva Cargado de partículas mediante electrificación por contacto Se observa que cuando superficies de minerales no similares son colocadas en contacto, Intercambian cargas entre sí con la consecuente perturbación del equilibrio individual. La electrificación por contacto es conocida también como electrificación por roce. En esta forma de cargado eléctrico partícula contra partícula, el área de contacto es normalmente muy pequeña tornándose necesario promover a través de la acción mecánica el
Electrolisis. Electrolisis, parte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la conversión de la energía química en eléctrica y viceversa. En un sentido más amplio, la electrolisis es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes. La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en componentes cargados positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito (o compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado. La acción de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo. Si el sulfato de cobre se disuelve en agua, se disocia en iones cobre positivos e iones sulfato negativos. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones cobre se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como elemento cobre. Los iones sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son inestables y combinan con el agua de la disolución formando ácido sulfúrico y oxígeno. Esta descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis. En todos los casos, la cantidad de
material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la ley descubierta por el químico físico británico Michael Faraday. La conductividad eléctrica se lleva a cabo en cubas o celdas electrolíticas, para poder reproducir una reacción de oxidación- reducción, en la electrólisis, proceso que tiene gran interés práctico. Una cuba electrolítica es un recipiente en el cual se lleva a cabo el proceso de la electrólisis. Dicho recipiente contiene una disolución en la que se sumergen los electrodos, ambos conectados a una fuente de corriente continua, gracias a la cual la cuba recibe electrones. Los electrodos son las superficies sobre las que tienen lugar las semirreacciones redox. Generalmente son de carácter inerte con respecto a los reactivos que se encuentran en la cuba electrolítica. En los electrodos podemos distinguir un cátodo, y un ánodo, al igual que ocurre en las pilas voltaicas. Ánodo: electrodo en el cual se produce la oxidación, éste va conectado al polo positivo de la fuente de corriente. Cátodo: electrodo donde se produce la reducción, éste se conecta al polo negativo de la fuente de corriente. La conductividad eléctrica de las sustancias consiste en un desplazamiento de la carga eléctrica a través de ellas. Dicho movimiento de las cargas puede producirse de dos maneras distintas: A través de un flujo de electrones, como sucede en los metales, a los cuales se les conoce como conductores de primera especie.
La ley de Faraday constituye el principio fundamental de la electrólisis. Con la ecuación de esta ley se puede calcular la cantidad de metal que se ha corroído o depositado uniformemente sobre otro, mediante un proceso electroquímico durante cierto tiempo, y se expresa en los siguientes enunciados: “La cantidad de cualquier elemento (radical o grupo de elementos) liberada ya sea en el cátodo o en el ánodo durante la electrólisis, es proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la solución”. ¿QUIEN FUE FARADAY? Michael Faraday, FRS, fue un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Sus principales descubrimientos incluyen la inducción electromagnética, el diamagnetismo y la electrólisis. La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde. Es importante destacar que en la electrólisis se genera energía química a partir de energía eléctrica (corriente eléctrica), al contrario de lo generado en una pila o celda galvánica donde se transforma energía química en eléctrica.
Electrólisis de disoluciones acuosas Cuando se trata de electrólisis de disoluciones acuosas de diversos electrolitos, las reacciones que tienen lugar en el ánodo deben escogerse de acuerdo con los principios energéticos a que nos hemos referido antes, pues existe más de una oxidación posible en el ánodo más de una reducción posible en el cátodo, debido a que además de las especies iónicas producidas por los electrolitos están presentes las moléculas de agua y la misma puede oxidarse y reducirse de forma similar a las sales. Por ejemplo, durante la electrólisis de la solución de Sulfuro de cobre (CuSO4) (con electrodos de platino liso) sobre el cátodo se observa la separación del cobre metálico. En cambio, sobre el ánodo dejan su carga las moléculas de agua y no los iones de Sulfuro (SO4). (Figura 1.)
Bustamante Rúa, M. O., Gaviria Cartagena, A. C., & Restrepo Baena, O. J. (2008). Concentración de minerales. Notas de concentracion de minerales, I M CIMEX, 1-10. Dr.Ing.Pavez, O. Recuperado el 31 de agosto de 2015, de file:///C:/Users/Registrado/Downloads/APUNTES%20DE%20CONCENTRACION% 20DE%20MINERALES% 20I-OPavez-11ago13.pdf Recuperado el 30 de agosto de 2015, http://procesaminerales.blogspot.com/2012/09/flotacionminerales.html de Recuperado el 31 de agosto de 2015, de http://procesaminerales.blogspot.com/2012/09/concentracionminerales.html
