La celda Jameson es una celda de flotación de espuma de alta intensidad que fue inventada por el profesor laureado Graeme Jameson de la Universidad de Newcastle (Australia) y desarrollada en conjunto con Mount Isa Mines Limited ("MIM", una subsidiaria de MIM Holdings Limited y ahora parte del grupo de empresas Glencore ). [1]
Introducción
La alta intensidad de la celda Jameson significa que es mucho más corta que las celdas de flotación de columna convencionales (ver Figura 1), y no requiere compresores de aire para airear la suspensión de partículas de mineral molido y agua (conocida como pulpa o pulpa ) en la celda de flotación. [2] La falta de un requisito de aire comprimido y la falta de partes móviles significa que el consumo de energía es menor que para la celda de flotación de columna convencional o mecánica equivalente. [3]
A diferencia de la mayoría de los tipos de celdas de flotación , la celda introduce la alimentación y el aire en la celda en una corriente combinada a través de una o más columnas cilíndricas denominadas "bajantes". Otros tipos de celda de flotación típicamente introducen la alimentación y el aire por separado en la celda. [2]
La celda produce tasas de flotación de minerales rápidas, especialmente para partículas minerales muy finas. [3] Produce altos grados de concentrado a partir de partículas liberadas que flotan rápidamente [4] y es capaz de hacerlo desde una sola etapa de flotación. [4] La alta capacidad de carga de la celda Jameson es particularmente beneficiosa cuando se requieren altos rendimientos (tirones masivos), como en la recuperación en la flotación de metales y en la flotación de carbón metalúrgico, donde los rendimientos pueden exceder el 80%. [5]
La celda se desarrolló inicialmente como una alternativa de menor costo a las celdas de flotación de columna convencionales para recuperar partículas finas, y se utilizó por primera vez en el concentrador de plomo-zinc Mount Isa en 1988. [6] Desde entonces, el uso de la tecnología se ha extendido para incluir flotación de carbón, flotación de metales base y preciosos, flotación de potasa, flotación de arenas petrolíferas, flotación de molibdeno, flotación de grafito y licores de extracción por solventes de limpieza . [7] Xstrata Technology, la división de marketing de tecnología de Glencore Xstrata, enumeró 328 instalaciones de Jameson Cell en mayo de 2013. [7] 94 empresas han instalado celdas en 27 países. [7] Hoy en día, la tecnología es el estándar en la industria australiana del carbón [8], donde se han instalado más de cien celdas para recuperar finos de carbón. [9] [10] Se utiliza principalmente en aplicaciones de metales para resolver problemas de capacidad y grado final de los circuitos de limpieza de celdas convencionales. [5] Ha encontrado un nicho en la transformación de diseños de circuitos tradicionales donde su inclusión permite diseñar circuitos más limpios con menos celdas en un espacio más pequeño, mientras se logran concentrados más limpios y / o de mayor calidad. [5] También ha hecho posible la recuperación de materiales finos previamente descartados, como carbón [11] y finos de fosfato, [12] aumentando así la eficiencia y prolongando la vida de los recursos naturales no renovables del mundo.
Principios de operacion
La flotación por espuma se logra mezclando productos químicos conocidos como recolectores con la lechada de mineral. Los recolectores se adsorben en las superficies de las partículas de minerales selectos (generalmente el mineral valioso que se destina a la concentración), lo que hace que estos minerales sean hidrófobos. El aire pasa a través de la lechada en un tanque conocido como celda de flotación. El aire se rompe en pequeñas burbujas mediante varios mecanismos (según el diseño de la celda de flotación), y los minerales ahora hidrofóbicos se adhieren a las burbujas, subiendo con ellas a la superficie de la celda de flotación, donde forman una espuma . La espuma fluye sobre el borde superior (o "labio") de la celda de flotación y forma el concentrado de flotación. Idealmente, ninguna de las partículas minerales no deseadas flotan y permanecen como relaves de flotación .
Sin embargo, la selectividad del mecanismo de recogida no es perfecta. Algunos minerales no deseados (" ganga ") también se transportan a la espuma, en gran parte por arrastre con el agua que sube con las burbujas. Este es particularmente el caso de partículas de menos de 10 µm de tamaño. [13] Algunas de las partículas de ganga siguen el agua entre las burbujas a medida que se drena de regreso a la pulpa subyacente. Este proceso puede ser asistido por la aplicación de suficiente "agua de lavado" a la espuma para desplazar el agua arrastrada por las burbujas y las finas partículas de ganga traídas con ellas. [2] Las celdas de flotación de columna, inventadas en Canadá por Boutin y Tremblay en 1961, [14] se hicieron cada vez más populares en las décadas de 1980 y 1990 como una forma de reducir el arrastre de partículas finas de ganga durante la "limpieza" de concentrados de flotación. [13] [15] Con alturas generalmente entre 6 y 14 metros, [16] podrían tener profundidades de espuma de hasta 2 m, [15] proporcionando más tiempo de residencia que las celdas convencionales y superficies de espuma más estables que permiten un mejor lavado de la espuma.
La eficiencia de la flotación de la espuma está determinada por una serie de probabilidades: las de contacto partícula-burbuja, adhesión partícula-burbuja, transporte entre la pulpa y la espuma y recogida de la espuma en el lavado de producto. [17]
En una celda convencional con agitación mecánica, la fracción de huecos es baja (5-10%) y el tamaño de la burbuja es grande (2-3 mm), lo que da como resultado un área interfacial baja con una baja probabilidad de contacto entre partículas y burbujas. [17] En una columna de flotación convencional, la fracción de huecos es igualmente baja, por lo que la probabilidad de contacto entre partículas y burbujas aumenta al aumentar la altura de la columna para proporcionar un mayor tiempo de residencia. [17]
Tradicionalmente, la lechada de mineral y el aire se introducen por separado en la celda de flotación (ver Figura 2). La celda Jameson se diferencia de este enfoque tradicional al mezclar la lechada con el aire en los tubos de bajada.
La lechada se introduce en la parte superior del tubo de bajada como un chorro que aspira aire a través de una segunda tubería para formar una mezcla estable de dos fases (ver Figura 3). [1] El chorro de lechada de inmersión se corta y luego arrastra el aire. [18] Los minerales objetivo, con sus superficies recubiertas de colector, se adhieren a las burbujas y esta mezcla viaja por el tubo descendente, impulsada por fuerzas hidrostáticas, [19] antes de descargarse en la parte del tanque de la celda Jameson (ver Figura 4). ). [1] El tubo de bajada está diseñado para proporcionar una mezcla de alta intensidad del aire y la lechada para generar una espuma densa de burbujas finas y maximizar el contacto entre las partículas minerales objetivo y las burbujas. [20] La probabilidad de contacto entre partículas y burbujas es "prácticamente del 100%" con un tiempo de residencia de la lechada en el tubo descendente de 5 a 10 segundos. [17]
La alta probabilidad de contacto entre partículas y burbujas, y los subsiguientes tiempos de residencia cortos (de cinco a diez segundos en el tubo descendente, [17] permite un diseño de columna mucho más compacto que las celdas de flotación de columna convencionales (ver Figura 1). [2] La multa La naturaleza de las burbujas (de 0,3 a 0,5 mm de diámetro [4] ) les confiere una mayor capacidad de transporte de partículas minerales finas. [2] Las burbujas finas también mejoran la separación de minerales, ya que intensifican la diferencia en la cinética de flotación de los minerales valiosos. de los minerales de ganga, lo que permite la producción de concentrados de mayor calidad. [5]
La espuma en el tubo de bajada es aproximadamente 50 a 60% de aire. [20] Debido a esto, la pulpa se distribuye en forma de películas finas de suspensión interfacial entre las burbujas, lo que proporciona un entorno ideal para el contacto entre partículas y burbujas. [17] La recolección se produce por la migración de las partículas dentro de las películas delgadas, que no son mucho más gruesas que el diámetro de las partículas. [20]
La mejor recolección ocurre cuando el volumen de aire es aproximadamente igual al de la lechada inyectada. [20]
La celda se opera cerrando inicialmente la entrada de aire en la parte superior del tubo de bajada y alimentando la pulpa de flotación a través de la boquilla. [19] El aire en el tubo de bajada es arrastrado por la pulpa, creando un vacío parcial que lleva la pulpa del tanque hacia el tubo de bajada. [19] El nivel de la pulpa llega rápidamente a la boquilla, que se encuentra a un nivel superior al nivel del líquido en el tanque. [19] Esto crea una carga hidrostática en el tubo descendente, lo que significa que la presión dentro de la parte superior del tubo descendente es menor que la presión atmosférica. [19] Cuando se abre la entrada, el aire es arrastrado al espacio superior del tubo de bajada por esta presión más baja, donde también es arrastrado al contenido del tubo de bajada por el chorro de inmersión. [19] Al mismo tiempo, se establece un flujo descendente en la pulpa en el tubo de bajada que es suficiente para contrarrestar la flotabilidad de las burbujas, y la pulpa aireada se descarga en el tanque. [19]
Una vez en el tanque, el área de sección transversal más amplia del tanque reduce la velocidad superficial descendente de la mezcla, [19] permitiendo que las burbujas cargadas de minerales se desprendan del líquido [19] y suban a la superficie como lo harían en una celda convencional. , donde forman la espuma. [1] La velocidad de descarga de la mezcla en el tanque, y la gran diferencia de densidad entre ella y el resto de la pulpa en el tanque, resulta en patrones de fluidos recirculantes que mantienen las partículas en el tanque en suspensión sin requerir agitación mecánica. [18]
El propósito del tanque es simplemente para la separación de pulpa de burbujas, por lo que el volumen del tanque es pequeño en comparación con tecnologías alternativas. [4]
La espuma que se forma en la parte superior del tanque fluye sobre su borde para ser recolectada. Esta espuma se puede "lavar" con un ligero flujo de agua, si se desea. [6] Las burbujas que fluyen sobre el borde de la celda son de menor diámetro que las que fluyen sobre el borde de las columnas de flotación convencionales. [3]
Los relaves no flotantes se descargan a través de un agujero en el fondo del tanque. [2]
La celda no tiene partes móviles y no requiere aire comprimido o mecanismos de burbujeo. [21] Esto da como resultado un menor consumo de energía que las celdas de flotación de columna o mecánicas equivalentes. [4] Los costos de mantenimiento también son más bajos porque la única pieza que se desgasta es la lente de lechada que se usa para crear el chorro en el tubo de bajada. [4]
Historia
La celda Jameson surgió de un programa de investigación a largo plazo destinado a mejorar la recuperación de partículas finas por flotación. El trabajo comenzó en el Imperial College de Londres y continuó cuando Jameson se mudó en 1978 a la Universidad de Newcastle, NSW, Australia, donde es Profesor Laureado (2015).
Investigación académica (1969-1990)
La investigación de Jameson sobre flotación comenzó cuando estaba en el Imperial College de Londres, en 1969. Un colega, el Dr. JA Kitchener de la Royal School of Mines , señaló que muchos de los nuevos depósitos minerales que se encuentran en todo el mundo requieren una molienda fina para separar los valiosos partículas de la roca en la que estaban incrustadas, y las tecnologías de flotación disponibles en ese momento eran relativamente ineficaces para recuperar partículas finas. Kitchener consideró que la mejor manera de lograr mejoras era un mayor conocimiento de la física de la flotación, en lugar de la química de los reactivos. Jameson había adquirido cierta experiencia en las propiedades de las burbujas y partículas en suspensiones mientras era estudiante de doctorado en Cambridge. Comenzó a investigar la mecánica de fluidos del proceso de flotación y puso en marcha una serie de proyectos experimentales sobre el efecto del diámetro de las partículas y el tamaño de las burbujas en la constante de velocidad de flotación. Gran parte de la investigación fue realizada por estudiantes de honor en ingeniería química. Jameson aceptó el desafío de encontrar soluciones prácticas para remediar la situación, si es que pueden identificarse.
La investigación de Jameson mostró que la cinética de flotación de partículas finas era una función importante del diámetro de la burbuja [22] [23] y que la forma de mejorar las recuperaciones era utilizar pequeñas burbujas del orden de 300 micrones (μm) de diámetro. Lo que se necesitaba era un método práctico para hacer tales burbujas en grandes cantidades, del orden de miles de millones por segundo. El dispositivo debía ser simple de construir y operar, capaz de funcionar durante largos períodos con un mantenimiento mínimo y debía ser resistente al bloqueo por partículas grandes sueltas en la alimentación. Comenzó a estudiar la teoría de la ruptura de burbujas en flujos cortados, es decir, en campos de flujo en los que capas de líquido se deslizan unas sobre otras. Lewis y Davidson [24] habían publicado recientemente una teoría para predecir el tamaño máximo de las burbujas en un entorno de flujo bien caracterizado. Al equilibrar las fuerzas que actúan sobre una burbuja en un flujo de cizallamiento, incluidas las tensiones dinámicas disruptivas del movimiento del líquido y la fuerza de restauración de la tensión superficial , fue posible predecir la velocidad de cizallamiento crítica necesaria para producir una burbuja de un tamaño determinado. Luego, Jameson buscó formas simples y prácticas de generar las tasas de corte requeridas y encontró inspiración en el fregadero de la cocina. Si un chorro de agua de un grifo se sumerge en un recipiente lleno de agua, se forma una capa de cizallamiento alrededor del chorro, que arrastra el aire de la atmósfera al agua y, al mismo tiempo, rompe el aire arrastrado en finas burbujas. El efecto se magnifica si hay detergente en el agua. Los detergentes, conocidos como espumadores, se utilizan en la flotación para evitar la coalescencia de las burbujas y crear espumas estables. Mediante la elección correcta de la velocidad y el diámetro del chorro, es posible proporcionar un entorno de cizallamiento controlado que pueda generar burbujas de un tamaño adecuado para la flotación, con la ventaja añadida de que el aire es aspirado naturalmente por el chorro, por lo que no hay necesidad de un compresor o soplador. Así nació la idea de la celda Jameson.
Después de una serie de fallas, el nuevo y radical proceso de flotación surgió en el laboratorio de la Universidad de Newcastle. Jameson presentó una solicitud de patente provisional en 1986. Después de una prueba inicial en la mina de estaño Renison Bell en Tasmania, se modificaron ciertas características de diseño. Dirigió otra prueba en la planta con una celda pequeña en el concentrador de plomo y zinc en Mt Isa Mines Ltd en Queensland, inicialmente trabajando solo. Los metalúrgicos de la planta se interesaron por la tecnología y ayudaron a perfeccionarla, en particular comprobando los procedimientos de ampliación que Jameson había ideado. En 1988, se asignó a un recién graduado a tiempo completo durante un año para verificar y validar el desempeño de la Célula. En 1989 se negoció una licencia exclusiva mundial entre Tunra Ltd en nombre de la Universidad de Newcastle, Jameson y MIM Holdings Limited, para el uso de Cell con fines metalúrgicos. Se han publicado artículos resumidos sobre la teoría [25] y la práctica [19] .
Ha habido cambios significativos en curso en el diseño de Cell desde que se desarrolló por primera vez a fines de la década de 1980.
Problemas en el molino (década de 1980)
El desarrollo comercial de la Célula se produjo indirectamente como resultado de los problemas que se estaban experimentando en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa de MIM (a veces denominado "molino" en la industria minera). MIM había estado operando una concentradora de plomo y zinc en Mount Isa desde 1931, [26] aunque el mineral de plomo y zinc fue sustituido por mineral de cobre durante un tiempo entre mediados de 1943 y mediados de 1946. [27] Con el tiempo, el plomo, el zinc y otros granos minerales en el mineral se volvieron progresivamente más finos, la ley del mineral disminuyó y se hizo más difícil de tratar. [28] Estas tendencias, combinadas con un aumento en el rendimiento del concentrador, redujeron significativamente el rendimiento del concentrador en la década de 1980, lo que resultó en un período "tenso" de "un círculo interminable de cambios de circuito, cambios de reactivos, cambios de operador, cambios de metalúrgico y pronto". [28] El tamaño de grano decreciente y empujar el circuito de molienda más allá de su rendimiento de diseño significó una reducción en el grado de separación de los granos minerales individuales (referido como "liberación") durante la molienda. De 1984 a 1991, la liberación de esfalerita (el mineral que contiene zinc, ZnS) disminuyó de casi el 70% a poco más del 50%. [28] Esta disminución en la liberación resultó en una reducción en la recuperación de zinc a concentrado de zinc vendible. [28]
La respuesta inicial al problema de la disminución de la recuperación de zinc fue en 1986 comenzar a producir un concentrado de menor grado que era una mezcla de zinc y plomo (conocido en la industria como un "concentrado a granel" y conocido en Mount Isa como el " concentrado de harinero de bajo grado "). [28] Este concentrado contenía típicamente 34% de zinc y 13% de plomo, en comparación con la composición normal de concentrado de zinc de al menos 50% de zinc y menos de 3% de plomo. [28]
Al producir el concentrado a granel, la recuperación total de zinc para la venta se mantuvo en más del 70% hasta 1989. [28] Sin embargo, el alto contenido de plomo significaba que el concentrado a granel no podía ser tratado por el proceso de zinc electrolítico , y tenía que venderse a fundiciones de zinc que utilizan el proceso de fundición imperial, que es más caro . Inicialmente, MIM recibió buenos ingresos de su concentrado a granel, pero a medida que la naturaleza del mineral continuó deteriorándose, la producción del concentrado a granel aumentó y saturó el mercado. Los términos de pago disminuyeron hasta que MIM recibió menos de la mitad del pago por zinc en el concentrado a granel de lo que recibió por el zinc en el concentrado de zinc. [28]
Los problemas en la concentradora también afectaron el desempeño de la fundición de plomo Mount Isa de MIM. [28] [29] El mineral de plomo y zinc también contenía cantidades crecientes de pirita carbonosa de grano fino (FeS 2 ). [28] Este material era naturalmente hidrófobo y flotaba sin la ayuda de un colector en el concentrado de plomo, diluyéndolo. El azufre adicional de la pirita en el concentrado de plomo redujo la producción de plomo de la fundición de plomo porque la capacidad de eliminar el azufre del concentrado era el cuello de botella de la capacidad de la fundición de plomo. [28]
Como parte del esfuerzo para tratar de solucionar los problemas, MIM instaló algunas celdas de flotación de columna en las secciones de concentrado de zinc y concentrado a granel de la planta. [28] En aquellos días, el aire se introducía en columnas de flotación mediante rociadores de aire , generalmente en forma de bolsa o funda alrededor de una tubería. [15] Los rociadores eran elementos de alto mantenimiento y su rendimiento era fundamental para el funcionamiento de la columna. [15]
Inicio y desarrollo temprano (1985-1990)
Flotación de plomo y zinc
En 1985, MIM encargó a Jameson que emprendiera un proyecto para mejorar el diseño del rociador para columnas de flotación. [30] En cambio, desarrolló el concepto de usar un chorro en un tubo descendente para crear las burbujas y eliminar la necesidad de un rociador en las columnas de flotación convencionales. [30]
El concepto de la celda siguió cuando investigaciones posteriores mostraron que la mayoría de las interacciones burbuja-partícula se producían en el tubo descendente, lo que hacía innecesaria la zona de recolección de las columnas de flotación. [30] Se desarrolló la idea del tubo descendente y el tanque de separación corto y en 1986 se presentó una solicitud de patente provisional. [30] Esta patente fue posteriormente cedida a TUNRA Limited ("TUNRA"), [30] la empresa de transferencia de tecnología de la Universidad de Newcastle que ahora se conoce como "Innovación de Newcastle". [31] [32]
Se probó una celda Jameson piloto de dos toneladas por hora (t / h) con un tubo de bajada de 100 mm y que usaba una placa de orificio para crear el chorro en el concentrador de plomo y zinc de MIM. [30] Posteriormente, en 1988, MIM probó la flotación de una corriente de partículas finas que contienen plomo en una celda de flotación mecánica convencional, una columna convencional y la celda Jameson. [30] The Cell dio las mejores recuperaciones. [30] Se pensó que esto era una combinación del corto tiempo de residencia de las partículas en la Célula y el hecho de que la hidrofobicidad de las partículas de plomo disminuía con el tiempo. [30]
Como resultado de este trabajo, en 1989 MIM ordenó cuatro celdas a gran escala, dos para el concentrador de plomo-zinc Mount Isa y otras dos para el nuevo concentrador de plomo-zinc Hilton [30] que se construiría en la mina Hilton, ubicada aproximadamente 20 kilómetros al norte del monte Isa. [33] Las celdas de Mount Isa tenían un diámetro de 1,9 m, [34] con tres bajantes cada una, [7] mientras que las de Hilton tenían un diámetro de 1,3 m [33] y tenían dos bajantes cada una. [7]
Flotación de carbón
Paralelamente a este trabajo, la celda se probó para la recuperación de carbón fino en la mina de carbón Newlands , también propiedad de MIM Holdings Limited. [30] Esta corriente de finos fue un desbordamiento ciclónico , que contenía entre un 15% y un 50% de cenizas y se desechó previamente. [10] El tamaño de partícula de esta corriente era inferior a 25 µm. [10] Las pruebas de la planta piloto mostraron que era posible lograr una recuperación de carbón superior al 90%, con menos del 10% de cenizas en el producto. [10]
Posteriormente, se puso en servicio una planta a gran escala en Newlands en el año financiero 1988-89, con seis celdas rectangulares (1,5 m × 3,5 m) instaladas en una disposición de dos etapas. [30] Las celdas de la primera etapa tenían siete canales descendentes, mientras que las de la segunda tenían seis. [30] Estas celdas estuvieron en funcionamiento continuo en Newlands durante 15 años hasta que se construyó una nueva planta de lavado para reemplazar la antigua en 2006. [10]
En 1990, se instalaron dos celdas adicionales en las operaciones de Collinsville Coal de MIM Holdings. Cada una tenía 10 tubos descendentes. [7]
Flotación de cobre
También en 1989, Peko Mines, entonces una división de North Broken Hill Peko Limited , también contrató a Jameson para realizar trabajos de prueba en su concentrador Warrego cerca de Tennant Creek en el Territorio del Norte de Australia . [1] El objetivo era determinar el desempeño de la celda Jameson en la limpieza del concentrado de cobre para mejorar su grado mediante la eliminación de minerales de ganga, como pirita, magnetita , hematita y cuarzo . [1] El personal de Peko Mines también probó una columna de flotación convencional para comparar. Después del trabajo de prueba, Peko Mines instaló dos celdas Jameson de 1,4 m de diámetro a gran escala en el concentrador, cada una con tres bajantes. [1]
La decisión de Peko Mines se basó en:
- Rendimiento metalúrgico durante el trabajo de prueba de la planta piloto.
- menores gastos de capital y costos de instalación
- tiempos de construcción e instalación más cortos
- facilidad de operación y menores costos de mantenimiento esperados. [1]
Peko Mines informó una recuperación de la inversión en las Celdas de dos meses. [1]
Limpieza de electrolitos en extracción por solventes - plantas de electrodeposición
Extracción con solvente : la electrodeposición (a menudo denominada "SX-EW") es un proceso que se aplica con frecuencia para recuperar cobre de mineral de cobre oxidado o de baja ley. Implica lixiviar el cobre del mineral usando una solución ácida, recolectar el licor de lixiviación que contiene el cobre y poner en contacto esta solución con un extractante orgánico. Los iones de cobre en el licor de lixiviación se transfieren al extractante orgánico, pasando de una concentración relativamente baja a una concentración más alta. Posteriormente, el extractante se pone en contacto con una segunda solución acuosa que es más ácida que el licor de lixiviación original, y el cobre se mueve nuevamente, esta vez del extractante a la solución acuosa. El resultado es una solución ácida de cobre en la que la concentración de cobre es lo suficientemente alta como para que pueda recuperarse mediante electrodeposición. La solución destinada a la electrodeposición se conoce como electrolito . [35]
La solución de electrolitos generalmente contiene trazas del extractante orgánico que existen como pequeñas gotas dentro de ella. [36] Estos deben eliminarse antes de que el cobre pueda recuperarse en el proceso de electrodeposición, ya que la presencia de cantidades mínimas del extractante puede causar dificultades al arrancar y dañar los cátodos con la consiguiente pérdida de la calidad del cobre del cátodo. [37]
A fines de la década de 1980, MIM construyó una planta SX-EW en Mount Isa para recuperar el cobre lixiviado del mineral de baja ley almacenado durante la extracción de Black Rock a cielo abierto en la década de 1960. [36] Por primera vez en el mundo, se utilizó una celda Jameson para limpiar la solución de electrolito eliminando el disolvente orgánico restante. [36] Esto reemplazó a los filtros de arena utilizados tradicionalmente. [6]
La celda tenía 3 m de altura, el doble de la altura de las primeras celdas utilizadas en los concentradores de plomo-zinc de MIM, ya que se pensaba que el tiempo de residencia adicional mejoraría la recuperación. [6] Usó un solo downcomer. [7] El tubo de bajada se utilizó para poner en contacto el electrolito con el aire y las gotas del extractante orgánico se unieron a las burbujas de aire creadas en el tubo de bajada. [36]
Después de algunas modificaciones iniciales en el tamaño del orificio, la celda pudo eliminar del 70 al 90% del extractante orgánico arrastrado. [6]
Difusión temprana de la tecnología
En abril de 1989, MIM Holdings Limited adquirió los derechos mundiales de la celda Jameson de TUNRA, y TUNRA retuvo los derechos de uso de la celda para el tratamiento de aguas residuales. [30]
Después de las aplicaciones iniciales dentro del grupo de empresas MIM Holdings, los años hasta 1994 vieron Jameson Cells instaladas por varias empresas de metales básicos y preciosos en Asia, Sudáfrica, Canadá y Estados Unidos, principalmente en tareas de limpieza de concentrados, pero también en SX– Deberes de limpieza con electrolitos EW. [7] La instalación de Phelps Dodge (ahora Freeport-McMoRan ) para la limpieza de electrolitos en su operación Morenci en Arizona se destacó por tener una celda grande de 6.5 m de diámetro con 30 bajantes. [7] La célula de Morenci Jameson recuperó consistentemente más del 82% del extractante orgánico. [6]
Hacia el final del período, las celdas se instalaron en plantas de preparación de carbón operadas por BHP Mitsubishi Alliance y por Peabody para la recuperación de finos. [7]
Desarrollos de diseño iniciales
Las mejoras a este diseño inicial incluyeron un enfoque en el peso y el desgaste del tubo de bajada. [30] El tubo de bajada se construyó originalmente con acero revestido de poliuretano y luego se cambió a una construcción de polietileno de alta densidad ("HDPE") con siete elementos. [30]
La placa de orificio utilizada para generar el chorro de lechada era un elemento de alto desgaste y sus materiales de construcción también fueron un foco del esfuerzo de desarrollo. [30] Después de probar acero endurecido con alto contenido de cromo y varias cerámicas, se descubrió que la alúmina de alta densidad tenía excelentes propiedades de desgaste y se convirtió en el estándar. [30]
La celda Mark II (1994-1999)
Mejoras de Mark II
El diseño original de Jameson Cell tenía las siguientes características:
- bajantes pequeños (200 mm de diámetro)
- sin agua de lavado
- no se reciclan relaves
- sin dispersores de burbujas
- capacidad baja. [10]
En 1994 MIM lanzó el modelo Cell Mark II. [10] Incorporaba los siguientes cambios:
- el diámetro del tubo de bajada se aumentó a 280 mm [10]
- se incluyeron bandejas de agua de lavado para el lavado con espuma [10]
- Se agregó un sistema de reciclaje de relaves para mantener un flujo descendente constante y mayores recuperaciones [10]
- Se agregaron dispersores de burbujas cónicos [10]
- mayor profundidad del tanque desde el fondo del tubo de bajada [30]
- aumento de la distancia entre los bajantes. [30]
Estos cambios dieron como resultado un diseño de mayor capacidad. [10]
Uno de los problemas encontrados con la celda Mark I era que su rendimiento se reducía si la velocidad de alimentación a la celda variaba, lo cual era un hecho común que surgía de las fluctuaciones normales en los concentradores en funcionamiento. [3] Este problema se resolvió reciclando algunos de los relaves a la alimentación de la celda a través de una caja de distribución externa llamada "Mecanismo de reciclaje externo" o caja "ERM" separada de la celda de flotación. [3] Por lo tanto, cuando la producción de la corriente de alimentación a la celda Jameson disminuyó como resultado de una fluctuación en otra parte del concentrador, un mayor porcentaje de los relaves se recicló automáticamente a los tubos de bajada, produciendo un caudal constante, por lo tanto, la presión de alimentación. , a la celda. [3] Esto tuvo el beneficio adicional de dar a una proporción de los relaves (típicamente el 40%) un segundo paso a través del sistema, lo que resultó en mayores recuperaciones. [3] En la flotación de finos de carbón, esto permitió que una sola celda lograra la misma recuperación de combustibles que se había logrado anteriormente en algunos sistemas de celdas de dos etapas. [10]
Posteriormente, se desarrolló un sistema de reciclaje interno, denominado "control de reciclaje interno" o "IRC". Esto se usó principalmente en celdas rectangulares integradas (ver Figura 6), donde el tanque de alimentación y el sistema de reciclaje de relaves se podían construir fácilmente en una sola unidad con la celda de flotación. Este sistema redujo los costos de instalación de la celda y la hizo más compacta. [3]
Durante este período, el diámetro del orificio se incrementó del diseño de 28 mm utilizado en 1990 a 34 mm con el modelo Mark II y 38 mm en 1997. [30] Esto, junto con el diámetro del tubo de bajada Mark II más grande, permitió el flujo de lechada por descenso que se duplicará de 30 m 3 / h en 1990 a 60 m 3 / h en 1997. [30]
La mayor distancia entre los bajantes redujo la interacción de la suspensión aireada que se descarga de los bajantes adyacentes. [30] Esta interacción podría reducir la recuperación celular general al hacer que las partículas recolectadas por las burbujas en el tubo descendente se desprendan en el tanque de pulpa. [30]
Hubo una turbulencia significativa en las áreas debajo de los bajantes. [30] que podría provocar que las partículas se desprendan de las burbujas. [30] Estas áreas turbulentas se calmaron mediante la adición de difusores cónicos debajo de cada tubo descendente. [30] Permitieron velocidades uniformes de ascenso de burbujas a través de la superficie de la celda al disminuir la velocidad superficial del gas en el área de alta fracción de vacíos inmediatamente alrededor del tubo de bajada y proporcionaron una dispersión de burbujas más uniforme. [30] Se informó que los difusores redujeron la turbulencia en un 69% en comparación con un tubo descendente estándar sin difusor. [30]
Nuevas aplicaciones
Si bien JamesonCell continuó expandiéndose en la limpieza de concentrados de metales básicos, limpieza de electrolitos SX-EW y aplicaciones de recuperación de finos de carbón, también encontró nuevas aplicaciones en la limpieza de lodos de potasa [38] y fue adoptado por Philex Mining Corporation como la única máquina de flotación para su Concentrador de cobre Benguet. [39] Esta no es la aplicación normal de Cell. Ningún otro concentrador de metales opera únicamente con Jameson Cells. [7]
Flotación de potasa
Cleveland Potash Limited extrae y refina mineral de silvinita de un depósito en North Yorkshire, Inglaterra. [38] Su planta de procesamiento utiliza flotación por espuma para producir un producto rico en cloruro de potasio ("KCl"). [38] Después de una campaña de trabajo de prueba en la que comparó el rendimiento de la celda con celdas de flotación mecánica en varias funciones en el circuito de flotación, Cleveland Potash encargó una celda con 6 bajantes para recuperar lodos de potasa. [7] El trabajo de prueba había mostrado un aumento del 4.8% en la recuperación de lodos de potasa, equivalente en ese momento a un aumento en los ingresos de aproximadamente £ 518,000 por año. [38]
Flotación más áspera de cobre
En 1993, Philex Mining Corporation, una empresa minera de Filipinas, reemplazó el circuito del limpiador mecánico con Cells en su concentrador de cobre Benguet. [39] Después de su exitosa operación, Philex reemplazó las celdas mecánicas en su circuito limpiador-eliminador en 1994 y comenzó la introducción por fases de las líneas de eliminación y eliminación de celdas que se completó a principios de 1996. [39] Esta fue la primera operación en la que el Se aplicó un sistema de mecanismo de reciclaje externo. [3] Cuando se instaló la última celda Jameson, todo el circuito de flotación estaba compuesto por celdas Jameson. [39]
La motivación para instalar Jameson Cells fue, en parte, aprovechar sus capacidades de ahorro de espacio y mejorar la recuperación de cobre a un costo mínimo. [39] El circuito Cell ocupó un 60% menos de superficie y logró resultados equivalentes a los bancos mecánicos con un 40% de su tiempo de residencia. [39] Proporcionaron un ahorro de energía del 18%. [39]
Además de estos beneficios, el uso de las celdas Jameson en la sección más áspera y más áspera de la planta, resultó en un aumento del 3.3% en la recuperación de cobre y un aumento del 4.5% en la recuperación de oro. [39] Cuando se combinó con las otras celdas en la sección de limpiador, reclasificador y limpiador-eliminador, hubo un aumento del 2.6% en la ley del concentrado de cobre final y un aumento del 3.5% en la recuperación de cobre de la planta, con un aumento del 2.6% en la recuperación de oro de la planta. . [39]
La celda Mark III (2000-2008)
Mejoras en Mark III
El diseño del Mark III abarcó la mayor mejora en la tecnología desde su comercialización. El objetivo era hacer que la tecnología fuera más robusta y más fácil de usar en las operaciones. El rediseño total del conjunto del tubo descendente permitió que se aislara y desbloqueara mucho más fácilmente en comparación con el diseño Mark II. El diseño de la Mark III también permitió aumentar el flujo de lechada por tubo descendente de 60 m 3 / ha 75–85 m 3 / h utilizando orificios de mayor tamaño en las lentes de la lechada. [40]
El Mark III Cell se introdujo en 2000. Incluía las siguientes mejoras:
- un nuevo diseño de orificio de lente de lechada (ver Figuras 7 y 8)
- un tubo de bajada y una boquilla de nuevo diseño
- un nuevo diseño de dispersores de burbujas de placa plana
- un sistema de agua de lavado de acero inoxidable ajustable por encima y en espuma (consulte la Figura 9)
- control automatizado del flujo de aire y agua de lavado
- válvulas de eliminación de lodos aislantes de aire ("válvulas AISE")
- un nuevo distribuidor de lechada alimentado por el fondo. [10]
Los modelos anteriores de la celda Jameson usaban placas de orificio para generar el chorro de bajada. [3] El nuevo diseño de la lente de lechada tenía un ángulo de entrada suave y poco profundo que creaba un régimen de flujo óptimo sobre la cerámica, reduciendo el desgaste y extendiendo su vida. [30] La forma resultó en una disminución en el consumo de energía por la bomba de lodo de alimentación hasta en un 10% y resultó en una mejor formación de chorro que mejoró el arrastre de aire. [30]
Para aplicaciones de carbón, el sistema de adición de agua de lavado se cambió de una bandeja a anillos circulares de acero inoxidable unidos a un sistema de elevación manual. [30] Esto permitió la flexibilidad de una transición fácil de la adición de agua de lavado por encima de la espuma a la adición de espuma que podría ser necesaria para operaciones de alto grado de concentrado. [30] Para aplicaciones de metales, se utilizaron bandejas de agua de lavado de nuevo diseño que consistían en alfombrillas de goma extraíbles para facilitar el mantenimiento. [40]
Las válvulas AISE se desarrollaron para evitar que los sólidos vuelvan a ser succionados hacia las líneas de aire cuando los tubos de bajada individuales se bloquean. Los sólidos que se depositan en las líneas de aire y su acumulación en el distribuidor de aire disminuye el rendimiento de la flotación, ya que evita que el aire se arrastre de manera eficiente en los tubos de bajada. [30]
Nuevas aplicaciones
Este período fue de rápido crecimiento para las células Jameson en las aplicaciones existentes. [7] Se instalaron setenta y siete celdas en concentradores de todo el mundo, principalmente en operaciones de carbón y metales básicos. [7] Sin embargo, durante este tiempo, Cell también se trasladó a la industria de las arenas petrolíferas canadienses para la flotación de betún. [7]
Flotación de betún
La flotación es uno de los procesos unitarios utilizados para separar el componente bituminoso de las arenas bituminosas como parte del proceso de extracción de petróleo. [41] Parte del betún no se recupera en el recipiente de separación primario y se envía a los relaves. [41] Estos relaves se retiran típicamente en una operación de barrido para tratar de recuperar parte del betún restante. [41]
Xstrata Technology vendió tres Jameson Cells de bajante de tamaño industrial a Shell Canadá en 2007 para un proyecto de planta piloto a gran escala y ocho bajantes de 500 mm se vendieron a Syncrude Limited en 2008. [7] En el último caso, se utilizaron bajantes de bajada para tratar harinillas en un recipiente de recuperación de petróleo terciario existente en un proceso de recuperación de betún patentado por Syncrude. [41]
La celda Mark IV (2009–)
Mejoras de Mark IV
El diseño de la celda Mark IV se introdujo en 2009. Incluía las siguientes mejoras:
- una manguera flexible para facilitar la alineación del tubo de bajada
- sujeción de la lente de lechada en el tubo de bajada (consulte la Figura 10)
- Abrazaderas de liberación rápida de acero inoxidable en el conjunto del tubo de bajada
- Tapas de goma de larga duración en las válvulas AISE. [10]
Aplicaciones actuales
Flotación de metales básicos y preciosos
En flotación de metales básicos y preciosos, la celda Jameson se ha establecido como particularmente útil en varias aplicaciones en circuitos de flotación que también utilizan otros tipos de celdas de flotación, como las celdas mecánicas. Estas aplicaciones incluyen:
- ásperos de preflotación para eliminar materiales de ganga naturalmente hidrofóbicos [42] (como carbono, talco y azufre elemental), donde la celda de Jameson minimiza el arrastre de minerales valiosos mientras elimina los minerales de ganga flotantes de forma natural que de otro modo contaminarían el concentrado [43] [44 ] [45]
- tareas de desbaste y desbaste en las que la selectividad y el lavado con espuma producen un concentrado de alta calidad. En esta aplicación, la recuperación en una celda Jameson es normalmente equivalente a varias celdas mecánicas, y donde la alimentación contiene partículas liberadas de flotación rápida, la celda puede producir un producto de grado final, reduciendo así el número de celdas mecánicas requeridas en un circuito de flotación. [42] [46]
- tareas de limpiador-scalper, en las que la celda Jameson recupera los minerales que flotan rápidamente para producir un concentrado de grado final, reduciendo así la carga en el resto del circuito de limpieza y reduciendo su tamaño. [4] [42] En esta aplicación, también se puede utilizar como una forma económica de ampliar la capacidad de un circuito de limpieza existente [47] [48]
- tareas de limpieza final en las que los circuitos de limpieza mecánicos no pueden producir concentrado de grado final de manera constante debido a la ganga arrastrada, la celda Jameson con su selectividad mejorada y lavado con espuma, es capaz de eliminar la ganga [42] [49]
Flotación de carbón
Se ha descubierto que la celda Jameson es particularmente eficaz para limpiar y recuperar partículas finas de carbón. Por ejemplo, en la mina Goonyella de BHP Coal (ahora parte de BHP Mitsubishi Alliance) se instalaron ocho celdas para reemplazar todo el circuito de flotación de 32 celdas mecánicas en 1995 en su planta de flotación de carbón de 1800 t / h. [10] [21] El resultado fue un aumento general del rendimiento de la planta del 3,5% (mejor que el rendimiento previsto del 2,1% que se utilizó para justificar el proyecto) y la producción de un producto con bajo contenido de cenizas. [21]
Desde entonces, las celdas Jameson se han instalado en muchas plantas de preparación de carbón en todo el mundo, [7] con la instalación más grande en la mina de carbón Curragh en Australia, donde 12 celdas tratan más de 5 millones de toneladas anuales de finos de carbón. [42]
La celda también se puede aplicar a los relaves de las plantas de preparación de carbón para recuperar el carbón fino previamente descartado.
Plantas SX – EW
La celda de Jameson se utiliza para recuperar el solvente orgánico en plantas de extracción por solvente - electrodeposición tanto de las corrientes de electrolitos como de refinado . [42]
La contaminación del electrolito aumenta los costos operativos y reduce la calidad del producto de cobre. [42] Cualquier disolvente que quede en la corriente de refinado representa una pérdida de disolvente y, por tanto, un aumento de los costes operativos. [42]
Los principales usuarios de Cell en las plantas SX – EW incluyen Freeport McMoRan en sus operaciones de Morenci, BHP Billiton en sus operaciones de Olympic Dam y Grupo México en sus operaciones de Cananea y La Caridad. [7] En total, Xstrata Technology reporta 41 aplicaciones SX – EW. [7]
Los desarrollos recientes en el diseño de la celda para aplicaciones SX-EW incluyen un diseño de celda grande de fondo plano para permitir que se asiente en el suelo y bajantes grandes (500 mm de diámetro) que pueden tener múltiples licor (no hay lodo en las aplicaciones SX-EW ) lentes colocados en cada tubo descendente.
La mayor celda operativa se encuentra en las operaciones de Olympic Dam, que trata 3000 m 3 / h de refinado. [42]
Potasa
La primera aplicación de potasa fue en Inglaterra en 1993, donde se utilizaron células de Jameson para tratar los lodos de potasa (ver Flotación de potasa ). [38] Posteriormente se ha aplicado en Dead Sea Works de Israel Chemicals Limited y por un productor no identificado en la provincia de Saskatchewan de Canadá. [7]
Arenas petrolíferas
Shell Canada y Syncrude han adoptado la celda Jameson para el betún flotante en la industria de las arenas bituminosas (consulte Flotación del betún ). [7] Syncrude compró ocho tubos de bajada de 500 mm adicionales para su planta en 2012. [7]
Mineral de hierro
La celda Jameson se puede utilizar para la flotación inversa de sílice a partir de mineral de hierro, donde tradicionalmente se han utilizado columnas de flotación. [40]
Flotación de fosfato
Las operaciones de procesamiento de fosfato que utilizan la flotación como mecanismo principal para concentrar los minerales que contienen fosfato suelen descartar partículas de menos de 20 μm de diámetro. [12] Esto se debe a que las partículas finas han tenido un rendimiento de flotación deficiente y porque su presencia disminuye el rendimiento de flotación de las partículas gruesas. [12]
Legend International Holdings Incorporated ("Legend") posee importantes depósitos de fosfato con un promedio de 20 a 60% de partículas de menos de 20 μm que contienen hasta un 50% de fosfato. [12] Esto hace que la práctica tradicional de concentración de fosfato no sea rentable para estos depósitos. [12] En respuesta, Legend desarrolló un proceso basado en el uso de la celda Jameson en una configuración de limpiador de barrido áspero para recuperar al menos el 80% del fosfato en un grado de al menos 32% P 2> O 5 de un alimento con una distribución de tamaño de partícula de hasta un 80% menos de 20 μm. [12]
Ventajas
Según los informes, la celda Jameson tiene las siguientes ventajas:
- Uso de energía relativamente bajo : la única energía que se requiere para operar la celda es bombear la lechada a través de la lente de la lechada. Esto significa que requiere mucha menos electricidad que las celdas de flotación de columna o mecánicas convencionales. [3] Además, el mejor contacto entre partículas y burbujas significa que se requieren menos celdas para el trabajo equivalente de las celdas mecánicas, lo que proporciona un ahorro de energía aún mayor. [39]
- alta recuperación de finos : la celda puede lograr la especificación del producto final a partir de finos de carbón previamente desechados con recuperaciones muy altas (95–98%) en una sola pasada. [3] También se ha demostrado que es eficaz para recuperar partículas finas en aplicaciones de metales base, potasa y fosfato.
- lavado eficaz con espuma : el Cell utiliza el lavado con espuma como estándar para controlar el grado del concentrado. Una celda de flotación convencional tiene problemas para recuperar partículas finas en grados altos debido al arrastre de minerales de ganga en la espuma. [5] El alto rendimiento de la celda Jameson significa que la espuma se produce en una superficie pequeña, por lo que resulta económico aplicar un lavado con espuma a todas las celdas [47]
- Escalado fácil : las condiciones hidrodinámicas para la recolección de partículas dentro del tubo de bajada y la separación en el tanque son idénticas entre el laboratorio, la planta piloto y la celda Jameson a escala industrial, lo que significa que hay un escalado directo. Esto hace que la predicción del rendimiento de la planta para pruebas a pequeña escala sea sencilla. [50] Por el contrario, se deben utilizar factores para ampliar el diseño de las celdas de flotación mecánica y de columna.
- huella relativamente pequeña : la alta intensidad del contacto burbuja-partícula significa que se requieren tiempos de residencia muy bajos en la celda (el tiempo de residencia en el tubo de bajada es de 5 a 10 segundos [17] y el volumen del tanque de separación es pequeño en comparación con tecnologías alternativas [4] ] ). Esto significa que el volumen total de la celda es menor que las alternativas.
- Respuesta rápida a los cambios del proceso: las variables del proceso, como el caudal de aire, la profundidad de la espuma y el agua de lavado, se automatizan, lo que simplifica la optimización. [51] Los volúmenes pequeños del tanque significan tiempos de residencia muy cortos en el tanque (típicamente 1 a 3 minutos), por lo que los cambios realizados, ya sean deliberados o debido a fluctuaciones normales de la planta, se observan casi instantáneamente.
- Arranque y apagado rápidos : el pequeño volumen del tanque significa que la celda se puede llenar y drenar rápidamente, por lo que con alteraciones de la planta, la celda puede alcanzar un estado estable muy rápidamente.
- Bajos costos de mantenimiento : la celda no tiene partes móviles y está diseñada para brindar un fácil acceso a las partes reparables. El orificio de la lente de lechada tiene una vida útil superior a 5 años en condiciones normales de funcionamiento y se informa que la vida útil de las otras piezas de desgaste del extremo húmedo es de más de 10 años en condiciones normales de funcionamiento. [52]
- bajo costo de capital [21] : el tamaño reducido de la celda reduce la cantidad de acero requerida en su construcción y, junto con la simplicidad de su diseño, tiene costos de instalación más bajos en comparación con las celdas de flotación de columna o convencionales.
- Bajos costos operativos : la falta de piezas móviles con el consiguiente menor consumo de energía, una larga vida útil y un fácil acceso dan como resultado bajos costos operativos.
- Períodos de amortización cortos : los usuarios de Cell normalmente informan periodos de amortización cortos por sus inversiones en la tecnología. Por ejemplo, la instalación en 2007 de una celda Jameson de 5,4 m de diámetro con 18 bajantes para tratar el concentrado de prelotación recuperó hasta el 90% del zinc previamente perdido en la instalación de disposición de relaves y tuvo una recuperación de la inversión de aproximadamente un año a los precios del zinc del día. . [43] Peko Mines informó de un período de amortización de dos meses para la instalación de Cell. [1] El reemplazo completo de 32 celdas mecánicas con ocho celdas Jameson en la mina de carbón Goonyella tuvo una recuperación de la inversión de 17 meses. [21] Más recientemente, la instalación de una celda delante de cada uno de los dos trenes más limpios en la mina Telfer tuvo una recuperación de la inversión de entre dos y siete meses. [47]
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