Un diagrama de flujo de flotación muestra cómo circulan la pulpa, el concentrado, los relaves y los productos intermedios a través de un circuito de flotación. Su finalidad no es simplemente conectar varias celdas de flotación. Un buen diagrama debe producir la ley de concentrado requerida y, al mismo tiempo, recuperar la mayor cantidad de mineral valioso que resulte económicamente viable.
La mayoría de los circuitos de flotación de minerales contienen etapas de desbaste o rougher, barrido o scavenger y limpieza o cleaner. Los circuitos más complejos también pueden incluir remolienda del concentrado, barrido de las colas de limpieza y varios flujos de recirculación de productos intermedios.
Sin embargo, añadir más etapas no mejora automáticamente el rendimiento. Cada etapa debe resolver un problema de separación específico identificado mediante análisis mineralógicos y ensayos de flotación.
Esta guía explica cómo organizar las principales etapas de un diagrama de flujo de flotación, cómo determinar el punto de retorno de los productos intermedios y cómo decidir si es necesaria una etapa de remolienda.
¿Qué muestra un diagrama de flujo de flotación?
Un diagrama de flujo de flotación es una representación del proceso que identifica las principales etapas de separación y la dirección de cada flujo de material. Como mínimo, debe mostrar:
Alimentación fresca de flotación
Etapa de acondicionamiento
Concentrado y relaves rougher
Concentrado scavenger y relaves finales
Alimentación, concentrado y colas cleaner
Flujos de recirculación de productos intermedios
Etapa de remolienda, cuando sea necesaria
Concentrado final
Puntos de muestreo y control
Un diagrama de ingeniería más detallado también puede incluir caudales de pulpa, porcentaje de sólidos, tamaño de partícula, leyes de los flujos, recuperación másica y datos del balance de agua.
El diagrama debe permitir seguir cada flujo a través de todo el circuito. Si las colas cleaner o el concentrado scavenger se recirculan, su punto de destino debe estar claramente identificado.
Los flujos de recirculación mal definidos dificultan el cálculo de la carga circulante y pueden ocultar futuros problemas de capacidad.
Las tres principales etapas de flotación
Las etapas rougher, scavenger y cleaner realizan funciones diferentes. Considerarlas secciones intercambiables suele conducir a un diseño deficiente del circuito.
Flotación rougher o de desbaste
La etapa rougher recibe la alimentación fresca después del acondicionamiento. Su objetivo principal es recuperar la mayor parte del mineral valioso flotable antes de que pase al flujo de relaves.
Normalmente, un concentrado rougher no necesita cumplir la ley final del producto. Puede contener ganga bloqueada, partículas finas arrastradas y otros minerales flotables. Estas impurezas se eliminan posteriormente en el circuito de limpieza.
Por lo tanto, la etapa rougher debe priorizar la recuperación, pero producir un concentrado que pueda mejorarse eficientemente en las etapas siguientes.
Flotación scavenger o de barrido
La etapa scavenger trata los relaves rougher e intenta recuperar las partículas valiosas que no fueron recogidas en las celdas rougher.
El concentrado scavenger suele tener una ley inferior a la del concentrado rougher. Dependiendo de su mineralogía y tamaño de partícula, puede:
Regresar a la alimentación rougher
Combinarse con el concentrado rougher
Enviarse a una etapa de remolienda
Regresar a una celda rougher intermedia
Los relaves scavenger suelen convertirse en los relaves finales del circuito. Por esta razón, el análisis de la ley de los relaves y su examen mineralógico son importantes para determinar si la etapa scavenger tiene capacidad suficiente.
Flotación cleaner o de limpieza
El circuito cleaner mejora la ley del concentrado rougher eliminando ganga arrastrada o débilmente adherida. Su objetivo principal es mejorar la ley del concentrado, no maximizar la recuperación másica.
Una sola etapa cleaner puede ser suficiente cuando el mineral está bien liberado y presenta una respuesta selectiva a la flotación. Un mineral más complejo puede requerir dos o más etapas de limpieza.
Cada etapa adicional puede mejorar la ley, pero también puede aumentar las pérdidas de mineral valioso y la carga circulante. Por ello, el número de etapas cleaner debe basarse en resultados de ensayos y no en una plantilla estándar.
| Etapa de flotación | Alimentación principal | Objetivo principal | Producto principal |
|---|---|---|---|
| Rougher | Alimentación fresca acondicionada | Recuperar la mayor parte del mineral valioso flotable | Concentrado rougher |
| Scavenger | Relaves rougher | Recuperar el mineral valioso restante | Concentrado scavenger |
| Cleaner | Concentrado rougher o remolido | Mejorar la ley del concentrado | Concentrado final |
Cómo seleccionar la estructura básica del circuito
El diagrama técnicamente aceptable más sencillo suele ser el mejor punto de partida. Los equipos adicionales y los circuitos de recirculación solo deben incorporarse cuando los resultados de los ensayos demuestren que son necesarios.
Utilice un circuito rougher–cleaner sencillo cuando:
Los minerales valiosos estén suficientemente liberados con el tamaño de molienda primario.
La recuperación rougher sea satisfactoria.
Una etapa de limpieza pueda alcanzar la ley de concentrado requerida.
Los relaves rougher contengan poca cantidad de mineral valioso recuperable.
Las colas cleaner tengan un caudal másico reducido.
Un circuito sencillo es más fácil de controlar y normalmente presenta una carga circulante menor.
Añada flotación scavenger cuando:
Los relaves rougher contengan mineral valioso liberado y recuperable.
El mineral valioso presente una cinética de flotación relativamente lenta.
Una recuperación global elevada sea económicamente importante.
Las variaciones de la alimentación provoquen que parte del mineral valioso atraviese el banco rougher.
Antes de añadir capacidad scavenger, debe determinarse por qué el mineral llega a los relaves rougher. Si el mineral restante continúa bloqueado con la ganga, aumentar únicamente el tiempo de flotación puede no resolver la pérdida.
Añada otra etapa cleaner cuando:
El concentrado de la primera limpieza permanezca por debajo de la ley requerida.
Sea posible obtener una mejora adicional sin provocar una pérdida de recuperación inaceptable.
El rechazo de la ganga mejore al reducir la extracción másica.
Los ensayos cleaner muestren una mejora clara de la ley entre etapas.
Si la baja ley del concentrado se debe principalmente a una liberación insuficiente, añadir más celdas cleaner puede generar una mayor carga circulante sin alcanzar la especificación requerida.
¿Dónde deben regresar los productos intermedios?
Los productos intermedios no son ni concentrado final ni relaves finales. Entre los productos intermedios más comunes se encuentran las colas cleaner y los concentrados scavenger.
El punto de retorno debe ser compatible con el tamaño de partícula, la ley mineral y la respuesta de flotación del flujo.
Colas cleaner
Las colas de la primera limpieza suelen regresar al flujo de concentrado rougher o a la alimentación cleaner. También es posible devolverlas directamente a la alimentación rougher fresca, pero esta opción puede aumentar la carga circulante de la etapa rougher.
Las colas procedentes de una etapa cleaner posterior suelen regresar a la etapa de limpieza anterior, porque su ley y sus características de flotación son más parecidas a las de esa parte del circuito.
Concentrado scavenger
El concentrado scavenger puede regresar a la alimentación rougher cuando las partículas estén suficientemente liberadas. Si contiene partículas compuestas bloqueadas, puede resultar más eficaz remolerlo antes de la recirculación.
La combinación directa de todo el concentrado scavenger con la alimentación cleaner puede reducir el rendimiento de la limpieza, porque este flujo puede contener una proporción elevada de ganga de flotación lenta.
Evitar una carga circulante sin control
Cada flujo recirculado añade material a una etapa anterior. Cuando varios productos intermedios se devuelven repetidamente, el flujo interno puede llegar a ser considerablemente mayor que la alimentación fresca.
Una carga circulante excesiva puede provocar:
Sobrecarga de las celdas de flotación
Niveles de pulpa inestables
Mayor consumo de reactivos
Mayor arrastre de ganga
Reducción del tiempo efectivo de residencia
Dificultad para mantener la ley del concentrado
El caudal másico y la ley de cada flujo recirculado deben incluirse en el balance de masa del circuito de flotación.
¿Cuándo es necesaria la remolienda?
La remolienda debe incorporarse cuando el análisis mineralógico demuestre que los minerales valiosos presentes en el concentrado rougher o en los productos intermedios continúan bloqueados con la ganga al tamaño de molienda primario.
No debe añadirse únicamente porque la ley del concentrado cleaner sea baja.
Una decisión de remolienda debe considerar:
¿Qué flujo contiene las partículas bloqueadas?
¿Qué proporción del mineral valioso permanece bloqueada?
¿Qué tamaño de remolienda se necesita para mejorar la liberación?
¿La molienda más fina mejora la ley o la recuperación cleaner?
¿El material más fino aumenta el arrastre o el recubrimiento por lamas?
¿La mejora metalúrgica esperada justifica el consumo adicional de energía y equipos?
Las configuraciones habituales de remolienda incluyen:
Remolienda del concentrado rougher antes de la flotación cleaner
Remolienda del concentrado scavenger antes de su recirculación
Remolienda conjunta de los concentrados rougher y scavenger
Remolienda de determinados productos intermedios cleaner
La remolienda selectiva suele ser preferible a moler más finamente toda la alimentación del circuito. Permite dirigir la energía hacia un flujo de menor volumen que contiene minerales valiosos todavía bloqueados.
Este principio también puede observarse en circuitos que necesitan proteger determinadas características del producto, como el beneficio del grafito en escamas, donde solo debe remolerse la fracción que necesita una liberación adicional.
Secuencia práctica para diseñar un diagrama de flotación
Un diagrama de flujo fiable debe desarrollarse a partir de datos de ensayo siguiendo una secuencia lógica.
1. Definir la alimentación y los objetivos del producto
Antes de organizar el circuito, deben recopilarse los siguientes datos:
Mineralogía del mineral
Ley de cabeza y variabilidad de la ley
Asociaciones entre minerales valiosos y ganga
Distribución granulométrica de la alimentación
Liberación mineral por fracciones de tamaño
Ley requerida del concentrado
Recuperación objetivo
Capacidad de la planta
Química y disponibilidad del agua
Los datos medios de alimentación pueden ser insuficientes. El diagrama también debe verificarse con minerales de menor ley, mayor dureza o mayor complejidad que puedan procesarse durante la operación.
La misma lógica se aplica al diseño de una planta de procesamiento de fluorita: primero se define el proceso a partir de las características del mineral y después se seleccionan los equipos.
2. Realizar ensayos cinéticos rougher
Los ensayos rougher indican con qué velocidad flota el mineral valioso y cómo cambian la recuperación y la ley del concentrado con el tiempo.
Los resultados ayudan a determinar:
Si el mineral es de flotación rápida o lenta
Un tiempo preliminar de residencia rougher
La extracción másica rougher aproximada
Si las fracciones de flotación tardía son económicamente recuperables
Si está justificada una etapa scavenger
Esta etapa define el potencial de recuperación de la parte inicial del circuito.
3. Evaluar el rendimiento cleaner
Los ensayos cleaner determinan si el concentrado rougher puede alcanzar la ley de producto requerida.
Los ensayos deben comparar:
Una o más etapas cleaner
Condiciones de circuito abierto y con recirculación
Dilución del concentrado antes de la limpieza
Limpieza con y sin remolienda
Pérdida de recuperación en cada etapa cleaner
El objetivo no es maximizar la ley cleaner sin límites. Debe encontrarse un equilibrio práctico entre la ley final y la recuperación global.
4. Examinar los productos intermedios
Debe realizarse un análisis mineralógico de los principales flujos de pérdidas, especialmente:
Relaves rougher
Concentrado scavenger
Colas de la primera limpieza
Colas cleaner finales
Productos de remolienda
Este análisis permite determinar si las pérdidas de mineral valioso se deben a una liberación insuficiente, una respuesta de flotación débil o arrastre hidráulico.
5. Realizar ensayos de ciclo cerrado
Los ensayos de circuito abierto no representan completamente una planta industrial porque los productos intermedios no se devuelven continuamente.
Un ensayo de ciclo cerrado recircula repetidamente determinados productos intermedios para simular el circuito cerrado propuesto. Ayuda a estimar:
Ley estable del concentrado
Recuperación global
Ley final de los relaves
Caudal másico de los flujos recirculados
Carga circulante
Efecto de los productos intermedios sobre la estabilidad del circuito
El ensayo debe continuar hasta que los pesos y las leyes de los principales flujos se aproximen a una condición estable. Si el circuito no consigue estabilizarse, puede ser necesario modificar los puntos de retorno o la configuración cleaner.
6. Completar el balance de masa y agua
El diagrama definitivo debe incluir un balance de masa para todos los flujos principales.
Para cada flujo deben registrarse, cuando estén disponibles:
Caudal de sólidos secos
Caudal de pulpa
Porcentaje de sólidos
Ley del mineral valioso
Distribución del metal o mineral
Caudal de agua
Distribución granulométrica
El balance permite identificar dónde se acumula el material recirculado y constituye la base para dimensionar celdas, bombas, tuberías, depósitos y equipos de remolienda.
7. Seleccionar la capacidad de las celdas de flotación
El volumen de trabajo preliminar puede estimarse a partir del caudal de pulpa y del tiempo de residencia establecido mediante ensayos:
Volumen de trabajo requerido ≈ caudal de pulpa × tiempo de residencia requerido
Se trata únicamente de una estimación inicial. La selección definitiva también debe considerar el volumen efectivo de la celda, el volumen de espuma, la dispersión del aire, la variabilidad de la alimentación, los cortocircuitos hidráulicos, la disponibilidad mecánica y el número de celdas necesario para controlar cada etapa.
La máquina de flotación seleccionada debe ser adecuada para su función rougher, scavenger o cleaner. Una celda elegida únicamente por su capacidad nominal puede no proporcionar el tiempo de residencia metalúrgico requerido.
Ejemplo conceptual de un circuito rougher–scavenger–cleaner
Un circuito conceptual convencional puede organizarse de la siguiente manera:
Producto de molienda ↓ Acondicionamiento ↓ Flotación rougher ─────→ Relaves rougher ↓ ↓ Concentrado rougher Flotación scavenger ↓ ↓ Remolienda, si procede Relaves finales ↓ ↑ Cleaner 1 ←──── Concentrado scavenger ↓ Cleaner 2 ↓ Concentrado final
Las colas cleaner pueden regresar a la etapa cleaner anterior o al flujo de concentrado rougher. El destino correcto depende de su ley, tamaño de partícula y características de liberación.
Este diagrama debe considerarse una estructura de diseño, no un proceso universal. Los minerales de grafito, cobre, plomo-zinc o fluorita pueden requerir diferentes números de etapas y rutas de recirculación.
Resultados de ensayo que pueden exigir cambios en el diagrama
| Resultado del ensayo | Posible modificación del circuito | Comprobación previa |
|---|---|---|
| Queda mineral valioso liberado en los relaves rougher | Añadir o ampliar la etapa scavenger | Confirmar cinética y condiciones de reactivos |
| El concentrado cleaner no alcanza la ley | Añadir limpieza o reducir la extracción másica | Comprobar si existe una liberación insuficiente |
| Las colas cleaner contienen partículas compuestas bloqueadas | Remoler determinados productos intermedios | Confirmar que mejora la liberación |
| El concentrado scavenger tiene baja ley y elevada masa | Remoler, redirigir o tratar por separado | Calcular su efecto sobre la carga circulante |
| Los flujos recirculados aumentan durante los ensayos cerrados | Cambiar los puntos de retorno o simplificar el circuito | Identificar qué flujo se está acumulando |
| El rendimiento cambia significativamente entre tipos de mineral | Añadir flexibilidad operativa o campañas separadas | Verificar la variabilidad y las posibilidades de mezcla |
Errores comunes al diseñar un diagrama de flotación
Copiar el diagrama de otro mineral
Dos yacimientos que contienen el mismo metal valioso pueden presentar asociaciones minerales y necesidades de liberación muy distintas. Un diagrama que funciona en un depósito puede rendir mal en otro.
Añadir demasiados circuitos de recirculación
Recircular todos los productos intermedios puede parecer una forma de proteger la recuperación, pero puede generar una carga circulante elevada e inestable. Los productos de baja ley no deben recircularse indefinidamente sin un objetivo de tratamiento definido.
Remoler sin evidencia mineralógica
Una molienda más fina aumenta el consumo energético y puede generar lamas. La remolienda debe dirigirse hacia un flujo que contenga mineral bloqueado recuperable.
Utilizar únicamente ensayos de circuito abierto
Los ensayos abiertos pueden sobreestimar el rendimiento cleaner porque no incluyen los productos intermedios recirculados. Los ensayos de ciclo cerrado ofrecen una mejor indicación del comportamiento del circuito propuesto.
Ignorar la variabilidad de la alimentación
Un circuito diseñado a partir de una única muestra compuesta puede no gestionar cambios futuros de ley, mineralogía o dureza. Los tipos de mineral representativos deben ensayarse por separado.
Omitir puntos de muestreo y derivación
Un diagrama práctico debe permitir tomar muestras de los principales flujos, aislar equipos y modificar los destinos de recirculación. Estas posibilidades facilitan la puesta en marcha y la optimización posterior.
Las variables operativas seguirán influyendo en el resultado después de la puesta en marcha. El régimen químico debe desarrollarse por separado mediante una guía de reactivos de flotación, evitando convertir esta página en una guía general de operación.
Información necesaria para diseñar el circuito
Antes de solicitar una propuesta de proceso, facilite al proveedor o ingeniero:
Muestras representativas del mineral
Análisis mineralógico
Ley de cabeza y rango de variación previsto
Distribución granulométrica de la alimentación
Datos de liberación por tamaño
Ley requerida del concentrado
Recuperación objetivo
Capacidad prevista
Condiciones actuales de molienda y clasificación
Resultados disponibles de ensayos de flotación
Información sobre la calidad del agua
Altitud del proyecto y espacio disponible
Si parte de esta información no está disponible, pueden ser necesarios ensayos de laboratorio adicionales antes de definir la configuración de los equipos.
Conclusión
Un diagrama de flujo de flotación eficaz comienza con la mineralogía y los ensayos, no con una lista fija de equipos. La flotación rougher debe recuperar la mayor parte del mineral valioso, la flotación scavenger debe reducir las pérdidas en los relaves finales y la flotación cleaner debe alcanzar la ley de concentrado requerida.
La remolienda y la recirculación de productos intermedios solo deben incorporarse cuando resuelvan un problema demostrado de liberación o separación. Antes de seleccionar definitivamente los equipos, el circuito propuesto debe verificarse mediante ensayos de ciclo cerrado y un balance completo de masa y agua.
Mantener el circuito tan sencillo como permitan las características del mineral ayuda a reducir la carga circulante, mejorar la estabilidad operativa y obtener un equilibrio más fiable entre la ley del concentrado y la recuperación.
