Recuperación mejorada por flotación con nanoburbujas

1. Mecanismos de recuperación de partículas finas y ultrafinas

1.1. La probabilidad de colisión y de fijación

El efecto de puenteo de nanoburbujas y la nucleación La recuperación de partículas finas (<20 µm) en la flotación convencional suele verse limitada por la baja probabilidad de colisión y las altas tasas de desprendimiento. Las nanoburbujas (NB) superan este problema actuando como un "colector secundario".

Nucleación: Las nanopartículas generadas por cavitación hidrodinámica se nuclean preferentemente en superficies minerales hidrofóbicas. Esta nucleación selectiva se produce porque el trabajo de adhesión entre una partícula sólida y el agua es menor que el trabajo de cohesión del agua, particularmente en superficies hidrofóbicas. Nazari y otros, 2022.
Mecanismo de conexión: Una vez adheridas, las NB aumentan la hidrofobicidad aparente de la partícula. Actúan como un puente de gas (puente capilar) entre partículas finas, promoviendo la formación de aglomerados (flóculos) que son más grandes y más fáciles de flotar. Además, estas NB superficiales sirven como núcleos o "semillas" para la adhesión de burbujas de flotación convencionales más grandes (micro/macroburbujas). La adhesión entre una partícula recubierta de NB y una burbuja macroscópica es termodinámicamente más favorable que la adhesión de una partícula sin recubrimiento a una burbuja. Rosa y Rubio, 2018; Azevedo et al., 2019.

Reducción del tiempo de inducción El "tiempo de inducción" define el tiempo de contacto necesario para que una burbuja desplace la película de agua y se adhiera con éxito a una partícula.

Mecanismo: La presencia de nanoburbujas reduce significativamente este tiempo de inducción. Cuando una burbuja macroscópica se aproxima a la superficie de una partícula "escarchada" con nanoburbujas, la ruptura de la película de agua se acelera porque la burbuja se fusiona con una fase gaseosa existente (la nanoburbuja) en lugar de con una interfaz sólido-líquido.
Datos: En los estudios de flotación de lignito, la presencia de NB interfaciales redujo el tiempo de inducción desde De 400 ms a 27 ms y el tiempo de fijación de 208 ms a 128 ms, mejorando significativamente la tasa de flotación. Tao, 2022.

2. Tasas de recuperación (Estudios de caso)

Cobre (calcopirita/molibdenita)

Calcopirita: En pruebas a escala de laboratorio, la recuperación por flotación de partículas de calcopirita finas (14–38 µm) y ultrafinas (5–14 µm) aumentó aproximadamente 16–21% en presencia de NB en comparación con la flotación convencional Azevedo et al., 2019.
Aplicación de mineral real (pórfido chileno): Estudios recientes sobre minerales de sulfuro de cobre chilenos demostraron que para minerales con bajo contenido de arcilla (M1), los NB mejoraron la recuperación de cobre hasta en un 7.5% y recuperación de molibdeno por 20%Sin embargo, en los minerales con alto contenido de arcilla (M2), los NB impactaron negativamente la recuperación (disminuyendo ~5%) debido a la intensificación de los recubrimientos de lodo no selectivos. Ramírez-Madrid y otros, 2025.
Separación de molibdenita: Las nanopartículas de ozono se han utilizado para separar selectivamente la molibdenita de la calcopirita. Estas nanopartículas eliminan el xantato de la solución y generan especies hidrófilas (CuO, Cu(OH)₂) en la superficie de la calcopirita, deprimiéndola y permitiendo que la molibdenita flote. Qiao y otros, 2025.

Carbón

Mejora de la recuperación: El uso de NB en la flotación en columna de carbón fino aumentó la recuperación de material combustible por 10–30% (hasta un 50 % en algunas fracciones finas) en comparación con los métodos convencionales. Específicamente, las NB permitieron la recuperación de partículas en el límite inferior (menos de 75 µm) que normalmente se pierden. Peng y Yu, 2015; Tao, 2022.
Selectividad: Los NB no solo mejoraron la recuperación, sino que también mantuvieron o mejoraron la calidad. Por ejemplo, se logró una recuperación de material combustible del 85-90% con un contenido de ceniza de carbón limpio del 10-11% a partir de una alimentación con un 29,6% de ceniza. Peng y Yu, 2015.

Fosfato

Recuperación de partículas gruesas: En la flotación de fosfato grueso (−1,18 + 0,425 mm), los NB aumentaron la recuperación de P2O5 en 10–30% para un rechazo insoluble en ácido dado. Esto es fundamental ya que el fosfato grueso a menudo se pierde en los circuitos convencionales debido a las altas probabilidades de desprendimiento. Fan y otros, 2010.
Reprocesamiento de relaves: Cuando se aplicaron a los residuos de apatita, las nanoburbujas (específicamente con espumante) mejoraron la recuperación de masa en comparación con las burbujas convencionales, lo que sugiere una ruta viable para reprocesar flujos de desechos sin volver a molerlos. Chipakwe y otros, 2021.

3. Reducción de reactivos

Optimización de la dosificación mediante nanoburbujas Existen pruebas sustanciales de que los biomateriales permiten reducciones drásticas en el consumo de productos químicos, manteniendo o incluso mejorando el rendimiento metalúrgico.

Reducción del colector: En la flotación de calcopirita, los NB redujeron el consumo de colector hasta en un 75% Azevedo et al., 2019En la flotación de fosfato, la dosificación del colector se redujo mediante 1/3 a 1/2 (por ejemplo, de 0,7 kg/t a 0,4 kg/t) para lograr objetivos de recuperación similares. Fan y otros, 2010.
Mecanismo: Las nanopartículas adsorbidas en la superficie de las partículas actúan como un "colector secundario". Al aumentar la hidrofobicidad de la superficie mineral (aumentando el ángulo de contacto), las nanopartículas reducen la dependencia de los colectores químicos para hacer que la superficie sea hidrofóbica. Además, en la flotación de partículas finas, las nanopartículas combinadas con reactivos reducidos (50 % de colector/60 % de reducción de espumante) aún lograron recuperaciones >75 % al extender la línea de contacto trifásica y mejorar la atracción capilar. Dutta y otros, 2025.

4. Minería: Lixiviación y gestión de relaves

Lixiviación

Uranio y lixiviación oxidativa: Se ha demostrado que la aplicación de microburbujas de ozono (O3-MNB) mejora la lixiviación oxidativa de los minerales de uranio en arenisca. Las O3-MNB proporcionan una alta transferencia de masa de oxidante a la fase líquida, acelerando la disolución de los metales objetivo y la oxidación de los sulfuros asociados, como la pirita. Esto es particularmente relevante para las operaciones de lixiviación en pilas, donde la disponibilidad de oxígeno es un factor limitante para la cinética de reacción. Fang y otros, 2025.
Mecanismo: La alta presión interna y la larga vida útil de los NB permiten mantener altos niveles de oxígeno disuelto (u ozono), lo que facilita la oxidación de minerales refractarios y potencialmente reemplaza a oxidantes más costosos. Tao, 2022.

Manejo de Relaves (Manejo de Relaves)

Floculación y deshidratación: Las nanoburbujas a granel mejoran significativamente la separación sólido-líquido de relaves finos (por ejemplo, suspensiones de caolín). Cuando se combinan con poliacrilamida catiónica (CPAM), las NB redujeron el tiempo de sedimentación y la altura de la zona sobrenadante en más de 50% en comparación con CPAM solo.
Mecanismo: Las nanopartículas reducen el potencial zeta de las partículas (por ejemplo, disminuyendo el del caolín de -20 mV a -10 mV), lo que reduce la repulsión entre partículas. También unen las partículas, formando flóculos más densos que se sedimentan más rápidamente. Además, las nanopartículas disminuyen la resistencia de la torta de filtración, mejorando la tasa de deshidratación y recuperando más agua del lodo. Li y Bu, 2024.