Flotación mejorada con nanoburbujas

Por qué cuesta flotar las partículas finas

Las partículas finas se pierden en la flotación porque rara vez se encuentran con una burbuja y, cuando lo hacen, se desprenden con facilidad. En la flotación convencional, la recuperación de partículas menores de unos 20 µm está limitada por la baja probabilidad de colisión y las altas tasas de desprendimiento.

Las nanoburbujas actúan sobre este problema como un "colector secundario": recubren la partícula con gas antes de que llegue una burbuja de flotación, de modo que la partícula se comporta como si fuera más hidrofóbica. Los mecanismos que siguen explican cómo se forma ese recubrimiento y por qué ayuda.

Cómo ayudan las nanoburbujas a que las partículas se adhieran

Las nanoburbujas se forman con preferencia sobre superficies minerales hidrofóbicas y luego sirven de punto de apoyo para burbujas más grandes.

• Nucleación selectiva. Las nanoburbujas generadas por cavitación hidrodinámica (CH) se nuclearon con preferencia sobre superficies minerales hidrofóbicas. Esto ocurre porque el trabajo de adhesión entre un sólido y el agua es menor que el trabajo de cohesión del agua, en particular en superficies hidrofóbicas Nazari et al., 2022.
• Puenteo y siembra. Una vez adheridas, las nanoburbujas aumentan la hidrofobicidad aparente de la partícula. Actúan como puentes de gas (puentes capilares) entre partículas finas, forman aglomerados más grandes que flotan con más facilidad y sirven de semilla para la adhesión de las burbujas de flotación convencionales. La adhesión de una partícula recubierta de nanoburbujas a una burbuja grande es termodinámicamente más favorable que la de una partícula sin recubrir Rosa y Rubio, 2018; Azevedo et al., 2019.

El tiempo de inducción es el tiempo de contacto que necesita una burbuja para adelgazar y romper la película de agua y adherirse a una partícula. Cuando una burbuja grande se acerca a una superficie "escarchada" con nanoburbujas, la película se rompe más rápido porque la burbuja se fusiona con el gas que ya está en la superficie, en lugar de encontrar una interfaz sólido–líquido desnuda. En estudios de flotación de lignito, las nanoburbujas interfaciales redujeron el tiempo de inducción de 400 ms a 27 ms y el tiempo de adhesión de 208 ms a 128 ms, lo que aumentó la velocidad de flotación Tao, 2022.

Resultados de recuperación por mineral

Se reportaron mejoras de recuperación en cobre, carbón y fosfato, pero dependieron del tipo de mineral, y un mineral rico en arcilla dio peores resultados.

Cobre y molibdeno

• Calcopirita. En ensayos a escala de laboratorio, la recuperación por flotación de calcopirita fina (14–38 µm) y ultrafina (5–14 µm) aumentó aproximadamente un 16–21 % con nanoburbujas en comparación con la flotación convencional Azevedo et al., 2019.
• Minerales de pórfido chilenos. En minerales sulfurados de cobre, las nanoburbujas aumentaron la recuperación de cobre hasta un 7,5 % y la de molibdeno un 20 % en un mineral con poca arcilla (M1). En un mineral con mucha arcilla (M2), la recuperación bajó aproximadamente un 5 %, porque las nanoburbujas intensificaron los recubrimientos de lamas no selectivos Ramírez-Madrid et al., 2025.
• Separación de molibdenita. Se estudió el preacondicionamiento con nanoburbujas de ozono como forma de separar la molibdenita de la calcopirita mediante flotación selectiva Li et al., 2025.

Carbón

• Recuperación. En la flotación en columna de carbón fino, las nanoburbujas aumentaron la recuperación de material combustible entre un 10 y un 30 %, y hasta un 50 % en algunas fracciones finas, en comparación con la flotación convencional. Recuperaron partículas menores de 75 µm que por lo general se pierden Peng y Yu, 2015; Tao, 2022.
• Selectividad. La recuperación subió mientras la ley se mantuvo o mejoró: a partir de una alimentación con 29,6 % de ceniza, la recuperación de combustible llegó al 85–90 % con un contenido de ceniza del carbón limpio del 10–11 % Peng y Yu, 2015.

Fosfato

• Partículas gruesas. En la flotación de fosfato grueso (−1,18 + 0,425 mm), las nanoburbujas aumentaron la recuperación de P₂O₅ entre un 10 y un 30 % para un rechazo dado de insolubles en ácido. El fosfato grueso suele perderse en los circuitos convencionales porque se desprende con facilidad de las burbujas Fan et al., 2010.
• Reprocesamiento de relaves. En relaves de apatita, las nanoburbujas usadas con un espumante mejoraron la recuperación en masa en comparación con las burbujas convencionales, lo que sugiere una vía posible para reprocesar relaves sin volver a molerlos Chipakwe et al., 2021.

Dosis de colector y espumante

En varios estudios, las nanoburbujas redujeron las dosis de reactivo necesarias para una recuperación dada; los colectores y espumantes se siguieron usando.

• Colector. En la flotación de calcopirita, las nanoburbujas redujeron el consumo de colector hasta un 75 % Azevedo et al., 2019. En la flotación de fosfato, la dosis de colector bajó entre un tercio y la mitad, por ejemplo de 0,7 kg/t a 0,4 kg/t, para metas de recuperación similares Fan et al., 2010.
• Colector y espumante a la vez. En la flotación de partículas finas, las nanoburbujas combinadas con un 50 % menos de colector y un 60 % menos de espumante aún lograron recuperaciones superiores al 75 %. Los autores lo atribuyeron a una línea de contacto trifásica más extensa y a una mayor atracción capilar Dutta et al., 2025.

El mecanismo es el efecto de colector secundario descrito más arriba. Al aumentar el ángulo de contacto de la superficie mineral, las nanoburbujas asumen parte del trabajo que hacen los colectores químicos para volver hidrofóbica la superficie.