Efecto del hierro en la flotacin del zinc

Jorge Ganoza Arenas

RESUMEN

La flotacin de la esfalerita en ausencia de activacin con

sulfato de cobre ha sido observada en estudios de labo-

ratorio, demostrndose que es posible su flotacin por la

presencia de iones ferrosos y frricos, los cuales provie-

nen de los medios de molienda o del mineral mismo. Se

considera as que el mecanismo de activacin compren-

de tres etapas: adsorcin de especies ferrosas, oxidacin a

especies frricas e interaccin con el xantato. El in frrico

cataliza la oxidacin del xantato y el dixantgeno resul-

tante es adsorbido en la superficie de la esfalerita. Como

solucin al problema de la flotacin no esperada de la es-

falerita se ha empleado el cianuro de sodio.

ABSTRACT

Sphalerite flotation without copper activation has been

observed in several laboratory studies and was shown

that its flotation is possible by the presence of ferrous and

ferric ions that come from grinding media or the ore. Its

considered that the mechanism of activation comprises

three steps: adsorption of ferrous species, oxidation to fe-

rric species and interaction with xanthate. The ferric ion

catalyzes xanthate oxidation and the dixanthogen ob-

tained is adsorbed on sphalerite surface. As solution to

the problem of unexpected sphalerite flotation has been

proposed the use of sodium cyanide.

PALABRAS CLAVES

Flotacin, activacin, oxidacin, xantato, esfalerita.

KEY WORDS

Flotation, activation, oxidation, xanthate, sphalerite.

INTRODUCCIN

La flotacin diferencial de minerales polimetlicos tales

como plomo-zinc, cobre-zinc y cobre-plomo-zinc est ba-

sada en el hecho que el mineral de zinc es tericamente

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC

hidroflico y no flotar sin activacin. El proceso ideal se-

ra flotar un concentrado de cobre, uno de plomo, o un

concentrado bulk plomo-cobre sin contener zinc, segui-

do por la activacin de la esfalerita con sulfato de cobre

y la flotacin de un concentrado de zinc.

En la prctica, sin embargo, la esfalerita tiene un gra-

do variable de hidrofobicidad, por lo que algo de zinc

flotar errneamente y se perder en el circuito de plo-

mo o de cobre. La razn est relacionada con la historia

geolgica del depsito y la oxidacin del mineral; to-

mos de hierro presentes en la estructura cristalina de la

esfalerita o, tambin, alguna alteracin en la superficie

del mineral.

As mismo, un efecto electroqumico es posible de ocu-

rrir principalmente cuando el hierro presente como pi-

rita empieza a disminuir fuertemente, lo cual origina un

incremento en el pH del mineral molido y motiva la fuer-

te activacin de la esfalerita fuera de su circuito de flota-

cin. Los dos primeros factores son bastante conocidos,

pero el tercero es el menos conocido y tiene relacin di-

recta con el tipo de molino y el ambiente qumico usado

durante la molienda.

A continuacin se tratar de explicar el tercer caso.

CONSIDERACIONES ELECTROQUMICAS

La aplicacin de tcnicas electroqumicas y mediciones

en sistemas de flotacin de sulfuros ha establecido que

la flotacin se encuentra parcialmente gobernada por la

interaccin electroqumica entre los agentes de flotacin

(colectores) y los minerales. La interaccin de un mine-

ral con un colector sulfhdrico (como un xantato) corres-

ponde a un potencial especfico; el valor del potencial

depende de la reaccin qumica [1].

Dos principales reacciones redox han sido reconocidas.

La primera es la adsorcin del ion xantato en la superficie

del mineral:

La segunda reaccin es la oxidacin de xantato a dixanto-

geno en la superficie del mineral.

En ambos casos la presencia de oxgeno es esencial como

aceptante de electrones.

Las interacciones entre la superficie de los electrodos son

llamadas galvnicas. Ello se debe a la gran diferencia de

actividad electroqumica que los slidos presentan. La

combinacin de una superficie catdica (aceptor de elec-

trones) y una andica (donante de electrones) resulta en

la creacin de una celda galvnica. La existencia de un

conveniente oxidante, tal como oxgeno disuelto, mejo-

ra la creacin de corrientes galvnicas, sirviendo como

el ltimo aceptor de electrones [2]. Tales interacciones

pueden ser limitadas bajando la actividad del oxgeno en

agua o incrementando el pH de la solucin. La actividad

electroqumica de los minerales est caracterizada por

medio de su potencial de reposo (potencial alcanzado es-

pontneamente por el mineral en una solucin acuosa).

El mineral con el mayor potencial de reposo acta como

ctodo, mientras que el de menor potencial acta como

nodo.

Durante el proceso de flotacin, las interacciones galv-

nicas tienen una gran influencia por la mezcla de slidos

con actividad electroqumica variable, tales como mine-

rales sulfurados y los metales originados por la corrosin

de los medios de molienda (aleaciones de hierro). Los l-

timos son ms andicos que los sulfuros y consecuente-

mente afectan la selectividad del proceso.

La figura 1 (adaptada de [2]), presenta el mecanismo de

interacciones galvnicas y las posibles reacciones durante

el contacto electroltico de dos sulfuros o entre un sulfuro

y los medios de molienda (bolas, rodillos). Los hidroxilos

que son producidos en el mineral catdico resultan en la

depresin de su flotacin, mientras que el azufre elemen-

tal se forma en el sulfuro andico, lo cual puede incre-

mentar su hidrofobicidad y ms an, permitir su flotacin

sin colector. En general las reacciones se ven favorecidas

por el ambiente reductor de la molienda, [3].

Figura 1 - Mecanismos y reacciones entre sulfuros.

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC

El potencial en reposo de los minerales sulfurados ha

sido estudiado. Entre todos ellos, la pirita presenta el

mayor potencial en reposo (424 mV a pH 6 para el elec-

trodo de hidrgeno, [4]). Este mineral puede ser con-

siderado como el menos electroqumicamente activo o

el ms catdico. Por el contrario, la esfalerita tiene un

potencial en reposo de 188 mV mostrando una mayor

reactividad. Ciertamente, los electrones fluyen desde un

mineral menos catdico hacia uno ms catdico, as la

pirita puede servir como aceptor de electrones. El mi-

neral menos catdico pierde electrones, por ejemplo, el

sulfuro es oxidado a azufre.

Las interacciones galvnicas modifican generalmente la

superficie del mineral y afectan la habilidad del mineral

para electrocatalizar la carga de las reacciones de transfe-

rencia. Entonces, ellos interfieren con la flotacin de sul-

furos por colectores sulfhdricos.

ACTIVACIN DEL ZINC

La esfalerita es usualmente flotada por xantatos de

cadena corta despus de su activacin por iones co-

bre, [5]. Pero tambin es factible de ser flotada cuando

las condiciones de xido-reduccin con pH altos se

producen en aereadores, [6]. En contacto con el hie-

rro o la pirita, una significante cantidad de xantato es

tomado por la esfalerita. Esto se debe a la activacin

del ZnS por Fe+2 y Fe+3 formado como resultado de la

oxidacin del hierro o la pirita, o por la precipitacin

de xantatos de hierro sobre la superficie de la esfale-

rita [7]. Esta reaccin suele ser mayor cuando la pirita

comienza a disminuir y consecuentemente tambin

el hierro en el mineral. Quedando, as, slo el hierro

de los medios de molienda como el principal agente

frrico. De esta manera, la esfalerita es capaz de cap-

tar sobre su superficie compuestos frricos y/o ferro-

sos, los cuales motivan su flotabilidad. Al disminuir

la pirita el pH de la pulpa empezar a incrementarse,

lo cual facilitar la activacin de la esfalerita. Segn

M. Xu y colaboradores [8], el mecanismo de flotacin

comprende tres etapas, adsorcin de especies ferro-

sas, oxidacin a especies frricas e interaccin con el

xantato. El in frrico cataliza la oxidacin del xantato

y el dixantogeno resultante es adsorbido en la super-

ficie de la esfalerita.

En contacto con hierro, la cantidad de azufre formada en

la esfalerita suele incrementarse cuando la oxidacin se

realiza en presencia de xantatos. La formacin de mayor

cantidad de azufre hara la esfalerita ms flotable y dis-

minuir la selectividad en la flotacin.

Cuando el suministro de oxgeno es limitado, la deman-

da de oxgeno por el hierro metlico compite con los

sulfuros valiosos. Si estn presentes excesivas cantida-

des de pirita, las condiciones llegan a ser tan reducto-

ras que habra slo una pequea adsorcin de xantato

sobre los sulfuros valiosos para hacerlos hidrofbicos y

flotables [9].

En pruebas realizadas con mineral de Polaris (Pb 3.2%, Zn

13.8%, Fe 6.9%, Cu 0.25%; [7]), se observ que sin adicio-

nar sulfato de cobre, al incrementarse el pH de la pulpa

la recuperacin de zinc aumentaba, as como tambin su

grado (ver Figura 2).

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC

Figura 2 - Efecto del pH en la flotacin de Zn sin activacin con sulfato de cobre.

En el mismo trabajo se mencionan pruebas de microflo-

tacin para examinar el rol del Fe+2. En la siguiente tabla

se muestran los resultados obtenidos. Ellos muestran que

la combinacin de Fe+2 y pH alcalino produce la flotacin

de la esfalerita.

Resultados sobre un rango de pH de 6.6 a 12 en presencia

de 1 ppm de Fe+2 se muestran en la figura 3. La tendencia

es similar a la mostrada anteriormente. La principal forma

del hierro a pH 10 es Fe(OH)2. La relacin Fe+2/Fe(OH)2

parece tener un rol importante en la flotacin de la esfa-

lerita. As, el hierro puede causar grandes cambios en las

condiciones electroqumicas de un pulpa y complicar la

estabilidad de un sistema de flotacin, [10].

SOLUCION AL PROBLEMA

Las condiciones bajo las cuales se puede presentar el

problema son valores de hierro en el mineral alimentado

de 10-11% a valores menores. Siendo el caso ms crtico

cuando se tiene un valor de 6-7%. Es necesario indicar

que el problema es ajeno a presencia de iones cobre o de

plomo que puedan actuar como agentes activantes. Simi-

larmente se notar una tendencia en el aumento del pH,

tal como incrementos en la descarga del molino desde

valores de 8 a 9, o de 9 a 10, lo cual depender del pH de

trabajo y de los reactivos empleados en la molienda.

Ante esta circunstancia se deber cortar la adicin de cal

a molienda, en caso se est agregando. Posteriormente

se aumentar la adicin de sulfato de zinc para amorti-

guar la subida del pH, e igualmente se incrementar la

adicin de cianuro de sodio para acomplejar los iones

ferrosos y frricos que se encuentren en la pulpa. La can-

tidad de sulfato de zinc y de cianuro depende mucho de

las caractersticas del mineral, [11].

El cianuro tiende muchas veces a formar complejos metli-

cos de carcter hidroflico, los cuales permanecen adsorbi-

dos en la superficie del mineral. En otras palabras, se busca

reforzar la hidrofilicidad natural de la superficie del mineral,

[12].

Tomando como referencia el trabajo de L.A. Bushell y M.L

Veitch, [13], es notorio el efecto de la adicin de cianuro

de sodio y el aporte slo del sulfato de zinc no es muy

trascendente. La adicin de cianuro de sodio arriba de

500 ppm incrementa la recuperacin de zinc en su circui-

to cerca de 70%, mayores adiciones originan una sobre-

depresin de la esfalerita en el relave final. Ms de 500

ppm de cianuro de sodio no afectarn la recuperacin

de cobre, pero adiciones mayores a 700 ppm reducen su

recuperacin. En la tabla siguiente se puede apreciar los

resultados obtenidos en el trabajo de Bushell y Veitch.

Iones adicionados pH % Recuperacin

Ninguno 7.2 33

Ninguno 10.0 27

Fe +2, 1 ppm 7.2 35

Fe +2, 1 ppm 10.0 63

Figura 3 - Efecto del pH en la microflotacin de esfalerita en presencia de Fe+2.

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC

RESULTADO

Se ha mostrado el mecanismo bajo el cual se produce la

activacin de la esfalerita y si no hay adicin de iones co-

bre se debe a la presencia de sales ferrosas y/o frricas, las

cuales pueden provenir de la oxidacin de los medios de

molienda o del mineral mismo.

La manera de contrarrestar esta indeseada flotacin se

basa en el uso de cianuro de sodio, el cual parece estar

en un rango de 500 a 700 ppm cuando el contenido de

hierro se halla en valores muy bajos como 6-7% y de esta

manera la recuperacin de zinc en su circuito de flotacin

estar en valores mayores a 70%.

DISCUSIN

Se ha mostrado que la esfalerita puede ser flotada con

xantato sin haber sido previamente activada con sulfato

de cobre. Esto lleva a dos cosas, primero, al elevarse el pH

para deprimir la pirita, algo de esfalerita flotar de modo

deseado o no deseado, y segundo, al comprenderse me-

jor el mecanismo, podra reducirse el consumo de sulfato

de cobre, y por ende el costo de tratamiento.

La flotacin se da por flotabilidad natural, por efectos

electroqumicos y por la formacin del dixantogeno.

Se requiere asimismo la presencia de un pH cercano a

9.5, xantato, y de iones ferrosos y/o frricos, los cuales

aparecen por oxidacin de la pirita o de los medios de

molienda.

Aunque se ha mostrado los orgenes del problema de

flotacin incontrolada de zinc sin presencia de un agente

activante como el sulfato de cobre, se requiere de alguna

manera complementar la informacin presentada cuan-

do se controla el ambiente de molienda y de flotacin

mediante la adicin de agentes oxidantes como el perxi-

do de hidrgeno o reductores, e incluso trabajando con

gases inertes como el nitrgeno.

De esta manera podr verse con mayor claridad cmo ser

afectada la formacin de especies ferrosas y/o frricas.

CONCLUSIONES

La esfalerita puede ser flotada por xantato sin ac-

tivacin previa con sulfato de cobre, lo cual puede

llevar a una posible disminucin del consumo de

sulfato de cobre.

En caso de presentarse valores altos de hierro, princi-

palmente aportados por la pirita, las reacciones de oxi-

dacin deben dirigirse de manera rpida y preferen-

cial hacia la esfalerita, con lo cual puede amortiguarse

su flotabilidad sin activacin previa por iones cobre.

El hierro de los forros o medios de molienda parece

proveer iones ferrosos y frricos para promover la flo-

tacin de esfalerita fuera de su circuito.

El ambiente oxidante en la pulpa tiene un efecto

significante en la flotacin. Variaciones en las condi-

ciones oxidantes afectan las cualidades electroqu-

micas que se dan desde la molienda hasta el circui-

to de flotacin.

La disminucin de la ley de hierro en un mineral fa-

vorece la reaccin entre la esfalerita y el hierro de los

medios de molienda. Esto origina la formacin de io-

nes OH-, los cuales incrementan el pH de la pulpa favo-

reciendo la formacin de recubrimientos hidrofbicos

en la esfalerita y facilitando la adsorcin de colector

sobre su superficie.

Una accin ms del hierro en estado inico podra ser

el efecto catalizador sobre la oxidacin del xantato,

obtenindose como resultado un dixantogeno que

puede adsorberse de forma estable sobre la superficie

de la esfalerita.

La adicin apropiada de NaCN permite el control de la

activacin de la esfalerita, debido al efecto acomple-

jante del cianuro sobre los compuestos de hierro. La

adicin es de cuidado, principalmente cuando los sul-

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC

Adiciones al molino Recuperacin de Zn Zn en Relave Final

Tipo gr/Kg mineral en Conc. Zn (%) (%)

Ninguno 0 56 14

Hierro en polvo 10 49 10

30 50 10

Sulfato de zinc 2.5 55 11

5.0 57 13

Cianuro de sodio 0.1 57 10

0.3 63 9

0.5 70 9

0.7 3 77

Tabla 1 - Resultados experimentales.

furos de cobre son los minerales a flotarse en primera

instancia. Pero tambin con el cuidado respectivo para

no deprimir la flotacin de esfalerita en su circuito.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

1 Rao SR, Martin CJ, Sandoval I., Leroux M. and Finch JA

Possible Applications of Nitrogen Flotation of Pyrite.

In Minerals, Materials and Industry. Ed. M.J. Jones. Insti-

tute of Mining and Metallurgy; 1990: 285-293.

2 Kydros KA, Matis KA and Sphatis PK. The Use of Nitro-

gen in Flotation, in Flotation Science and Engineering

(Ed. K.A. Matis), Marcel Dekker, New York; 1995: 473-

491.

3 Johnson NW. Oxidation-Reduction Effects in Gale-

na Flotation: Observations on Pb-Zn-Fe Sulphides

Separation. Trans. Instn. Min. Metall.1982; 91, C32 -

C37.

4 Rao SR and Finch JA. Galvanic Interactions Studies on

Sulphide Minerals. Canadian Metallurgical Quarterly.

1988; vol. 27, No 4: 253-259.

5 Marou B, Bessiere J, Houot R and Blazy P. Flotation of

Sphalerite without Prior Activation by Metallic Ions.

Trans. Instn. Min. Metall.1986; 95: C50 - C53.

6 Mctavish S. Flotation Practice at Brunswick Mining.

CIM Bulletin, February 1980: 115-120.

7 Leroux M, Rao SR and Finch JA. Selective Flotation of

Sphalerite from Pb-Zn Ore without Copper Activation.

CIM Bulletin, June 1987: 41 - 44.

8 Xu M, Zhang Q, and Finch JA. An in Plant Test of

Sphalerite Flotation Without Copper Activation.

Proc. 24th Annual Meeting of CMP, Ottawa, paper

14, 1992.

9 Rao SR, Moon KS, and Leja J. Effect of Grinding Me-

dia on the Surface Reactions and Flotation of Hea-

vy Metal Sulphides. A. M. Gaudin Memorial volume.

Fuerstenau M.C. Ed. New York AIME, 1976, Vol. 1:

509 527.

10 Senior GD and Trahar W J. The Influence of Metal

Hydroxides and Collector on the Flotation of Chal-

copyrite. International Journal of Mineral Processing,

1991; 33: 321 - 341.

11 Pudov VF, Kaganovich SI, Eropkin Yu I, Makhmutov Zh

M, Litinski IA, Borovkov GA. Optimization of the Pro-

cess of Separation of Bulk Concentrates Produced

From Mineralized Copper-Lead Sandstones. XVth In-

ternational Mineral Processing Congress, Cannes, 2-9

June 1985. St. Etienne: GEDIM, Vol.3: 268 - 280.

12 Poling GW and Beattie MJV. Selective Depression in

Complex Sulphide Flotation. Principles of Mineral

Flotation The Wark Symposium. M.H. Jones and

J.T. Woodcock, Eds. Australian IMM, 1984: 137-

146.

13 Bushell LA and Veitch ML The Influence of Chemi-

cal Environment During Milling on The Flotation of

Zinc From Complex Sulphide Ores. Journal of the

African institute of Mining and Metallurgy, 1975; 76:

143-145.

EFECTO DEL HIERRO EN LA FLOTACIN DEL ZINC