Cavitación hidrodinámica en el procesamiento de minerales

Qué hace la cavitación en una pulpa mineral

En los estudios, un dispositivo de cavitación cumplió tres funciones: generó burbujas muy pequeñas dentro de la pulpa, actuó mecánicamente sobre la superficie de las partículas e intensificó el contacto entre gas, líquido y sólidos en la lixiviación. El tubo Venturi es el dispositivo más usado en flotación Zhou et al., 2018. Cómo se forma la cavitación se explica en Qué es la cavitación hidrodinámica.

La razón es el tamaño de burbuja. La flotación recupera partículas con eficiencia solo en una ventana de aproximadamente 10–100 µm. Las partículas finas se pierden sobre todo porque rara vez chocan con una burbuja, y las gruesas sobre todo porque se desprenden; una revisión sobre el tamaño de burbuja en flotación concluyó que las burbujas más pequeñas eran la forma más eficaz de atender ambos problemas Tao, 2005.

Una revisión crítica de 2026 sobre la cavitación en la recuperación de metales la consideró más creíble como "un módulo dirigido, aplicado a una limitación de proceso verificada". Advirtió que un resultado no puede atribuirse a la cavitación solo por el nombre del dispositivo, porque el bombeo, la mezcla, el calentamiento, la inyección de gas y los aditivos químicos pueden actuar al mismo tiempo Albanese, 2026.

Burbujas generadas por cavitación en la flotación de partículas finas

Las burbujas de cavitación se formaron preferentemente sobre partículas hidrofóbicas. En la microflotación de scheelita de menos de 10 µm, las partículas hidrofobizadas actuaron como núcleos de cavitación, mientras que las hidrofílicas tuvieron poco efecto. Las burbujas se formaron entonces directamente sobre la superficie del mineral, porque el trabajo de adhesión entre el sólido y el agua es menor que la cohesión del agua Zhou et al., 2018.

El lugar donde se produjo la cavitación importó. Cavitar toda la pulpa mejoró la recuperación de scheelita más que cavitar solo la solución de reactivos. Las burbujas adheridas a las partículas redujeron su carga superficial, de modo que se repelieron menos y se agregaron más Zhou et al., 2018. Cómo las nanoburbujas adheridas aceleran la unión burbuja–partícula, y las mejoras informadas por mineral, se tratan en Flotación mejorada con nanoburbujas.

Flotación con picoburbujas y en columna

Los investigadores del carbón llaman "picoburbujas" a las burbujas submicrométricas generadas por cavitación. En una columna de laboratorio de 2 pulgadas de diámetro, las picoburbujas generadas según el principio de la cavitación hidrodinámica fueron en su mayoría menores de 1 µm y se adhirieron preferentemente a superficies hidrofóbicas. Con un carbón de Virginia Occidental, elevaron entre un 10 % y un 30 % la recuperación de carbón fino, según el caudal de alimentación y la dosis de colector, y actuaron como un colector secundario que redujo la dosis de colector entre un tercio y la mitad Tao et al., 2006.

En una columna de 5 cm, las picoburbujas elevaron la recuperación de combustible hasta en un 10 % para un carbón de alta flotabilidad y hasta en un 40 % para uno de baja flotabilidad Tao et al., 2008. Otro diseño combinó un tubo Venturi de cavitación con un mezclador estático en una columna de 5,08 cm de diámetro y 162 cm de altura. A partir de una alimentación con un 29,6 % de cenizas, recuperó el 85–90 % del material combustible con un 10–11 % de cenizas, con mucho menos espumante y colector que la flotación en columna convencional Peng & Yu, 2015. Las tres son columnas de laboratorio de unos 5 cm de diámetro.

Acondicionamiento o separación: dónde cavitar

En la flotación de carbón en laboratorio con una celda de 1 L, la pulpa se bombeó a través de un tubo Venturi en distintas etapas Han et al., 2020:

• Ambas etapas. La cavitación durante el acondicionamiento y la separación elevó la recuperación de combustible en alrededor de un 6 %; cada etapa por separado aportó alrededor de un 3 %. La constante de velocidad de flotación subió de 1,65 a 2,21.
• Tiempo. La cavitación acortó el acondicionamiento, pero prolongarla no siguió mejorando los resultados.
• Fragmentación. Tras 6 min, la fracción de +0,25 mm bajó del 24,99 % al 20,65 % de la muestra; los autores informaron que la cavitación liberó el carbón grueso de la ganga.
• Una contrapartida. La cavitación solo durante la separación redujo la hidrofobicidad del concentrado.

La revisión crítica añade que un cizallamiento excesivo puede romper los agregados o desestabilizar la espuma, de modo que existe una ventana de operación y no una mejora que crezca con la intensidad Albanese, 2026.

Limpieza de superficies: lamas y recubrimientos de arcilla

Las lamas de arcilla pueden recubrir el carbón y deprimir su flotación. En un estudio de laboratorio, se preparó agua con nanoburbujas mediante una boquilla de micro-nanoburbujas que funciona según el principio de la cavitación hidrodinámica, a 0,2 MPa y 18 L/min. Con un 25 % de caolinita en la alimentación, la recuperación de combustible bajó del 73,68 % al 60,07 % en agua desionizada, una caída de 13,61 puntos, pero del 79,51 % al 70,91 % en agua con nanoburbujas, una caída de 8,60 puntos Li et al., 2020.

Los autores vincularon la menor pérdida a que las láminas de caolinita se agregaron entre sí, lo que dejó menos partículas libres para recubrir el carbón. El mismo grupo había encontrado antes que las nanoburbujas aumentaban el arrastre de caolinita hacia la espuma, por lo que conviene vigilar el comportamiento de la arcilla en ambos sentidos Li et al., 2020.

Un estudio de laboratorio de 2025 examinó la remoción de recubrimientos de arcilla de la superficie del carbón mediante nanoburbujas generadas por cavitación Qiao et al., 2025. Esta lección no informa sus resultados, porque no pudieron verificarse frente a un resumen accesible.

Lixiviación: evidencia temprana e indirecta

La evidencia sobre cavitación en la lixiviación es escasa, y en todos los casos la cavitación actuó junto con otros efectos.

• Oro. El reactor Jetleach hace chocar dos corrientes de pulpa entre sí. Con un concentrado de flotación de una planta sudafricana de relaves auríferos en operación, elevó la recuperación de oro en casi un 10 % y redujo el consumo de cianuro en casi un 8 % y el de oxígeno en un 50 %. Los autores "conjeturaron" que la microcavitación mejoró la transferencia de masa Mbayo et al., 2022. La revisión crítica informó mejoras de unos 8–15 puntos porcentuales en los estudios con Jetleach, pero no encontró un control con chorros enfrentados sin cavitación, de modo que la mejora no puede atribuirse solo al colapso de las cavidades Albanese, 2026.
• Tungsteno. En un reactor de laboratorio de 220 mL, la cavitación se iniciaba en un orificio y las burbujas colapsaban por ultrasonido. Al lixiviar scheelita en hidróxido de sodio 10 mol/L a 40–80 °C, el sistema híbrido alcanzó una recuperación del 71,5 % de óxido de tungsteno (WO₃), frente al 36,7 % sin ultrasonido, con 130 kWh de energía acústica por kilogramo de concentrado Johansson et al., 2021. La contribución hidrodinámica en ese reactor no puede aislarse Albanese, 2026.
• Uranio. La revisión informó que la lixiviación con ácido nítrico asistida por cavitación de una escoria elevó la recuperación de alrededor del 72–78 % al 84–87 %. La mejora fue mayor en material grueso o poco liberado y se redujo tras una molienda fina Albanese, 2026.

Las pilas encajan peor, porque el mineral no puede pasar por la zona de cavitación Albanese, 2026. El oxígeno disuelto en la biolixiviación y las burbujas de ozono en la lixiviación oxidativa se tratan en Lixiviación y relaves.