Concentración de minerales mediante métodos físico-químicos. Aplicación a la obtención de fluorita de alta pureza

Résumé

En la elaboración de esta Tesis Doctoral se ha fijado como objetivo la concentración de fluorita mediante el método de flotación con una doble vertiente medioambiental. En primer lugar, se persigue el aprovechamiento y la revalorización de un residuo obtenido en la concentración de minerales por métodos físicos; por otra parte, se trata de reducir la cantidad de escombreras generadas en la extracción y concentración de minerales. Con la reducción del volumen de escombreras se están eliminando alteraciones medioambientales de la flora y fauna causantes de la explotación del yacimiento mineral. En esta Tesis Doctoral se analiza la flotabilidad de los residuos generados en las plantas de tratamiento de medios densos y espirales hasta lograr leyes de mineral aceptadas en mercado. La flotación de fluorita ya fue llevada a cabo en el yacimiento de Sierra de Lújar en la década de 1970 por la empresa Sociedad Minero Metalúrgica de Peñarroya (SMMP), sin embargo, se encontraron con diversos problemas que recogieron en informes internos. La obtención de fluorita de grado ácido (>97,00% CaF2) se obtuvo mediante la aplicación de altas temperaturas, elevadas dosis de reactivos y tratamiento del agua de flotación, lo que hicieron poco rentable el proceso y altamente dependiente de los precios de mercado. En el primer capítulo de la presente Tesis Doctoral se lleva a cabo un estudio de las principales variables físicas y químicas que afectan al proceso de flotación. Los reactivos utilizados en este capítulo fueron los mismos que habían sido usados en la década de 1970 por la empresa SMMP. En primer lugar, se realizó un diseño de experimentos para determinar la concentración de reactivos óptima en el proceso de flotación para el residuo de fluorita. Se estudiaron las dosis de almidón de patata, quebracho, dextrina blanca, ácido oleico y silicato sódico. Todos los experimentos de flotación se llevaron a cabo a escala de laboratorio en celda de flotación mecánica. Los resultados se ajustaron satisfactoriamente al modelo matemático obteniendo unos coeficientes de correlación del 91,58% para la recuperación metalúrgica y 98,51% para la ley de fluorita en el concentrado. La optimización de resultados llevó a obtener, para la etapa de desbaste, una recuperación de metalúrgica del 60,45% con una ley de fluorita en el concentrado del 68,99%. Posteriormente, se llevó a cabo otro diseño de experimentos con las variables físicas; velocidad de agitación, caudal de aire y tiempo además del pH del medio. La concentración de reactivos de flotación se fijó en los valores óptimos obtenidos en el primer diseño. Los resultados de este segundo diseño de experimentos fueron ajustados a un modelo matemático polinómico, obteniendo una ley de fluorita del 76,21% y una recuperación metalúrgica del 70,57%. En el segundo capítulo se estudian nuevos reactivos de flotación y fueron comparados con los usados en el primer capítulo. También se lleva a cabo un estudio de los diferentes equipos de flotación, celda mecánica y columna neumática, y cómo actúan los distintos reactivos bajo ambas configuraciones. En primer lugar, se realizó un estudio de los distintos depresores de carbonatos y silicatos, principales minerales contaminantes del residuo de fluorita. Se estudiaron mezclas de quebracho con otros depresores como son dextrina blanca, almidón de patata, carboximetil celulosa y hexafosfato sódico. Los mejores resultados se obtuvieron con la combinación de quebracho y dextrina blanca alcanzando valores de ley de fluorita en el concentrado del 74,00% para la flotación en columna neumática y 70,50% para la flotación en celda mecánica, ambos en la etapa de desbaste. Los valores de recuperación metalúrgica también fueron más altos cuando se utilizó la misma mezcla de depresores y en la configuración de columna neumática. Sin embargo, los resultados obtenidos cuando solo se utilizó quebracho como depresor están cerca de los obtenidos con la mezcla quebracho-dextrina blanca. Posteriormente, se llevó a cabo un estudio de los distintos colectores de fluorita presentes en el mercado, ácido oleico, oleato sódico y oleato potásico, así como algunos en desarrollo DP-OMC-1033 (DP-I) y DP-OMC-1234 (DPII). Los colectores DP están formulados a partir de ácidos grasos (oleico, linoleico) y ácido resinoso. DP-II lleva incorporado en su composición un espumante. Estos colectores fueron estudiados bajo distintas dosis y rango de temperatura en celda de flotación mecánica y columna neumática, ambos equipos a escala de laboratorio. Los resultados mostraron que los mejores valores en términos de recuperación metalúrgica se obtuvieron con el uso del colector DP-II, alcanzando un 87,90% bajo una concentración de 100 g/ton. Sin embargo, el mejor resultado en cuanto a ley de fluorita en el concentrado fue de 79,70% para la etapa de desbaste usando una dosis de 100 g/ton del colector DP-I. Con el aumento de la temperatura, desde los 25ºC hasta 55ºC, todos los colectores experimentaron mejoras substanciales en cuanto a la recuperación metalúrgica a excepción de los colectores DP-I y DP-II que solo mostraron ligeras mejoras. Por último, en el tercer capítulo, se llevó a cabo un escalado de la flotación en columna neumática, diseñando una planta piloto compuesta por tres columnas de flotación. Los buenos resultados obtenidos en la flotación de los residuos de fluorita bajo la configuración en columna neumática en contra de los obtenidos en celda, sirvieron de base para el escalado piloto. En primer lugar, se diseñó un circuito compuesto por una etapa de desbaste y dos relaves. En base a los resultados obtenidos en capítulos anteriores, se eligieron como reactivos de flotación el colector DP-II y el depresor quebracho. Se probaron dos dosis de colector, una de 100 g/ton y otra de 150 g/ton. Los resultados obtenidos muestran una mejor recuperación metalúrgica cuando se utiliza la alta concentración de colector, alcanzando valores globales de 80,30% con una ley de fluorita en el segundo relave de 91,10%. A continuación, para intentar aumentar el valor de recuperación metalúrgica global, se suprimió uno de los relaves, convirtiéndolo en una etapa de agotamiento. En este nuevo circuito, el resultado de recuperación metalúrgica global para una dosis de colector de 150 g/ton fue de 92,10% con una ley de fluorita en el relave de 82,10%. Para finalizar, se estimó, en base a un ajuste polinómico, el número de relaves necesarios para alcanzar fluorita de grado ácido en el primer circuito, siendo necesarios un total de cuatro relaves cuando se usó una alta concentración de colector y cinco cuando se utilizó una concentración baja.