Muela un mineral más fino y se libera más mineral valioso de la ganga. Muélalo todavía más fino y el circuito de flotación deja de poder recoger lo que el molino acaba de liberar. Toda concentradora vive en algún punto de esa curva, y la fracción por debajo de unos 20 µm es donde los dos efectos se cruzan y el valor empieza a irse a las colas.
El trabajo publicado sobre flotación asistida por nanoburbujas trata específicamente de esa fracción. Antes de citar nada de él hay que decir una cosa con claridad: Kairospace no tiene instalaciones mineras ni mediciones propias en esta aplicación. Toda cifra que sigue es trabajo de laboratorio de otras personas, reportado como tal.
¿Por qué la flotación convencional pierde las partículas finas?
La flotación exige que una partícula choque con una burbuja y se adhiera. Por debajo de unos 20 µm las partículas llevan poca inercia para cruzar las líneas de corriente de una burbuja ascendente, así que la rodean con el agua y la probabilidad de colisión se desploma. Lo que no choca no se adhiere, y acaba en colas.
El mecanismo es hidrodinámico y no químico, que es la razón por la que dosificar reactivos por sí solo no lo arregla. Una burbuja ascendente empuja un campo de flujo por delante de sí. Una partícula pesada tiene momento suficiente para atravesar ese campo y golpear la superficie; una ligera es arrastrada alrededor del obstáculo como una hoja alrededor de una piedra. La eficiencia de colisión cae de forma pronunciada con el tamaño de partícula, y cae más rápido justo en el rango de tamaño que produce la molienda fina.
La adhesión es la segunda barrera. Incluso después del contacto, la película delgada de agua entre partícula y burbuja tiene que drenar y romperse antes de que se forme una línea de contacto trifásica estable, y el tiempo que eso toma — el tiempo de inducción — tiene que ser menor que el tiempo que la partícula pasa deslizándose sobre la superficie de la burbuja. Los finos se deslizan y pasan de largo rápido.
El desprendimiento retira después parte de lo que sí se adhirió. La turbulencia en una celda mecánica arranca partículas de las superficies de las burbujas y, aunque los finos quedan sujetos con más firmeza que las partículas gruesas, la fase de espuma y el canal de descarga son oportunidades adicionales de perderlos.
La economía de esto es peor de lo que sugiere el tonelaje. Las fracciones finas suelen ser las más liberadas y, por tanto, las de mayor ley en la alimentación, así que el material perdido no es material promedio.
Un circuito optimizado para la fracción gruesa puede estar mandando su mineral mejor liberado a la presa de colas.
¿Cómo cambian las nanoburbujas la captura de partículas finas?
Las nanoburbujas cambian la superficie que encuentra una burbuja convencional, no el paso de captura en sí. En investigación publicada nuclean preferentemente sobre superficies minerales hidrofóbicas, unen partículas finas en agregados mayores y actúan como semillas que vuelven más favorable la adhesión a una burbuja convencional. Se facilita la captura de la partícula en lugar de fortalecer la burbuja.
La nucleación selectiva es el punto de partida. Trabajo revisado por pares reporta que las burbujas formadas por cavitación hidrodinámica nuclean preferentemente sobre superficies hidrofóbicas, porque el coste energético de formar una fase gaseosa allí es menor que en el seno del líquido. Esa selectividad es lo que vuelve útil el efecto: las burbujas van a donde está el mineral valioso en lugar de recubrirlo todo por igual.
El puenteo viene después. Una nanoburbuja situada entre dos partículas finas forma un puente capilar, y el agregado resultante se comporta hidrodinámicamente como una partícula mayor: más inercia, mejor probabilidad de colisión y de vuelta dentro del rango de tamaño para el que se diseñó la celda.
El efecto de siembra es el tercer mecanismo reportado. Una partícula cuya superficie lleva gas adherido presenta un contacto burbuja-burbuja a una burbuja convencional que llega, en lugar de un contacto sólido-burbuja, y la película de agua intermedia se rompe más rápido. Estudios de flotación publicados reportan tiempos de inducción marcadamente menores en presencia de nanoburbujas interfaciales.
Fíjese en qué describe y qué no describe esto. La literatura está describiendo una etapa de acondicionamiento previa a una celda convencional, no un reemplazo de ella. La espuma, el colector, la hidrodinámica de la celda y el operador se quedan todos.
¿Qué mejora de recuperación reporta la literatura?
En ensayos revisados por pares sobre calcopirita fina y ultrafina, la recuperación por flotación subió alrededor de 16–21% con nanoburbujas presentes, frente a flotación convencional sobre la misma alimentación. Ese resultado es de laboratorio y específico de un mineral. Kairospace no tiene instalaciones mineras, así que toda cifra de este texto es investigación publicada y no un resultado propio.
Escala de laboratorio, sobre cortes granulométricos deliberadamente estrechos, no un resultado de planta sobre una distribución completa.
Fuente: Azevedo & Oliveira (2019)
Lea las fracciones granulométricas junto con el número. El trabajo con calcopirita que produjo ese rango se corrió sobre cortes finos y ultrafinos deliberadamente estrechos, que es donde el mecanismo debería ayudar más y donde un ensayo de banco puede aislarlo. La alimentación de una planta es una distribución completa, y el extremo grueso nunca fue el problema.
Se reportan ganancias direccionales comparables en otras partes de la literatura: en flotación en columna de carbón fino y en fosfato grueso, donde el paso limitante es el desprendimiento y no la colisión. Esa amplitud a través de sistemas minerales distintos es evidencia genuina de que está ocurriendo algo físico, y no un artefacto del aparato de un solo laboratorio.
También vale la pena ser preciso sobre contra qué se mide una ganancia de recuperación. Las cifras de recuperación se mueven con la ley, y una técnica que sube la recuperación degradando la ley del concentrado ha movido valor en lugar de crearlo. El trabajo de flotación publicado generalmente reporta la ley mantenida o mejorada junto con la recuperación, que es el resultado más significativo y el que conviene exigir en cualquier programa de pruebas.
¿Qué pasa con el consumo de reactivos?
En investigación publicada, la demanda de colector y espumante cayó hasta un 50% manteniendo el desempeño metalúrgico. El mecanismo reportado es que una superficie que ya lleva gas adherido resulta efectivamente más hidrofóbica, así que hace falta menos químico para hacerla flotar. Reducir reactivos no es eliminarlos, y la literatura no afirma lo contrario.
El encuadre de colector secundario es el útil. Un colector funciona volviendo la superficie de un mineral lo bastante hidrofóbica como para que una burbuja la sostenga; las nanoburbujas adheridas suben el ángulo de contacto efectivo por medios físicos. La química y la física hacen el mismo trabajo desde direcciones distintas, y la dosis requerida baja en la medida en que la física carga con parte del esfuerzo.
El valor de eso no es solo la factura de reactivos. La química de colector y espumante sigue al agua por el circuito hasta las colas y hasta el flujo de recirculación, donde afecta a separaciones aguas abajo, al tratamiento de efluentes y al permiso. En la mayoría de las operaciones, una reducción de dosificación vale más que su precio en el andén de carga.
Los límites honestos son dos.
- Específico del mineral y del circuito. La optimización de dosificación es específica del mineral y del circuito — una reducción demostrada sobre una alimentación no se traslada a otra, y la única forma de establecer una dosificación nueva es un programa de pruebas sobre el mineral real.
- Una reducción, no una salida. Esto es una reducción de química, no una salida de ella. La cavitación hidrodinámica cambia el estado físico del agua para que los reactivos que ya están en el circuito trabajen más; los reactivos se quedan.
¿Qué queda sin resolver?
La literatura de flotación con nanoburbujas deja varias preguntas abiertas. La mayoría de los resultados son de laboratorio, sobre fracciones seleccionadas y minerales individuales. La concentración y la distribución de tamaño suelen quedar sin caracterizar, así que la dosis es desconocida. Con mineral real, las alimentaciones arcillosas pueden responder negativamente. La durabilidad a escala de planta no está establecida.
Tome primero el resultado negativo, porque es el hallazgo más útil del conjunto. En trabajo publicado sobre minerales sulfurados de cobre chilenos, las nanoburbujas mejoraron la recuperación en el mineral con poca arcilla y la redujeron en el de mucha arcilla, donde intensificaron recubrimientos de lamas no selectivos. El mecanismo que ayuda a una superficie hidrofóbica limpia puede perjudicar cuando hay arcilla en la alimentación, así que el contenido de arcilla de una alimentación concreta decide cuál de esos dos resultados obtendría una operación dada.
Luego el problema de la dosis. Muchos estudios reportan que había nanoburbujas presentes sin reportar cuántas, con qué distribución de tamaño ni medidas con qué método. El seguimiento de partículas cuenta centros de dispersión y no puede por sí solo distinguir una nanoburbuja de gas de un contaminante nanométrico, así que una población de burbujas hay que argumentarla y no afirmarla. Sin una dosis caracterizada, los resultados no se pueden comparar entre estudios ni reproducir en otro sitio.
La escala es el tercer hueco. Las celdas de banco y los circuitos de planta difieren en tiempo de residencia, turbulencia y química del agua recirculada, y cada una de esas cosas influye en si las burbujas interfaciales sobreviven para hacer su trabajo. La literatura no establece cómo se comporta en un banco de celdas rougher con agua de proceso recirculada un efecto de acondicionamiento medido en una columna de laboratorio.
Lo que se sigue de esto es una secuencia de pruebas, no una orden de compra. Un programa de banco sobre su propio mineral, con la deportación por tamaño medida y el contenido de arcilla conocido, y después un ensayo de circuito con un control en regla. Cómo hacer un piloto cuyos datos sean fiables cubre los controles. Nuestra página de minería lista los estudios publicados, las calculadoras incluyen un modelo de lixiviación en pilas construido para devolver cero donde el oxígeno no es la restricción, y la sección del aula sobre recuperación por flotación reúne las citas completas.