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]
La alta intensidad de la Celda Jameson significa que es mucho más corta que las celdas de flotación en columna convencionales (ver Figura 1) y no requiere compresores de aire para airear la suspensión de partículas de mineral molido y agua (conocida como lechada o pulpa ) en la celda de flotación. [2] La falta de necesidad de aire comprimido y la falta de piezas móviles significa que el consumo de energía es menor que el de la celda de flotación de columna mecánica o convencional equivalente. [3]
A diferencia de la mayoría de los tipos de celdas de flotación , la celda introduce la alimentación y el aire en una corriente combinada a través de una o más columnas cilíndricas denominadas "bajantes". Otros tipos de celdas de flotación normalmente introducen la alimentación y el aire por separado en la celda. [2]
La celda produce velocidades rápidas de flotación de minerales, 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 de masa), como en la relimpieza 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 en columna convencionales para recuperar partículas finas y se utilizó por primera vez en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa en 1988. [6] Desde entonces, el uso de la tecnología se ha extendido para incluir flotación de carbón, flotación de metales básicos y preciosos, flotación de potasa, flotación de arenas bituminosas, flotación de molibdeno, flotación de grafito y licores de extracción con solventes de limpieza . [7] Xstrata Technology, la rama de marketing de tecnología de Glencore Xstrata, enumeró 328 instalaciones de Jameson Cell en mayo de 2013. [7] Las células han sido instaladas por 94 empresas en 27 países. [7] Hoy en día, la tecnología es el estándar en la industria del carbón australiana [8] donde se han instalado más de cien células para recuperar finos de carbón. [9] [10] Se utiliza principalmente en aplicaciones de metales para resolver problemas de calidad y capacidad finales de circuitos de limpieza de celdas convencionales. [5] Ha encontrado un nicho en la transformación de los diseños de circuitos tradicionales donde su inclusión permite diseñar circuitos más limpios con menos celdas en un espacio más pequeño, al tiempo que se logran concentrados más limpios y/o de mayor calidad. [5] También ha hecho posible la recuperación de materiales finos previamente descartados, como el carbón [11] y los finos de fosfato, [12] aumentando así la eficiencia y extendiendo la vida de los recursos naturales no renovables del mundo.
La flotación por espuma se logra mezclando químicos conocidos como recolectores con la lechada de mineral. Los colectores se adsorben en las superficies de las partículas de minerales seleccionados (generalmente el mineral valioso objetivo de la concentración), lo que hace que estos minerales sean hidrofóbicos. El aire pasa a través de la suspensión en un tanque conocido como celda de flotación. El aire se rompe en pequeñas burbujas mediante varios mecanismos (dependiendo del diseño de la celda de flotación), y los minerales ahora hidrofóbicos se adhieren a las burbujas y suben 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. Lo ideal es que ninguna de las partículas minerales no deseadas flote y queden atrás como relaves de flotación .
Sin embargo, la selectividad del mecanismo de recogida no es perfecta. Algunos minerales no deseados (" ganga ") también son transportados a la espuma, en gran parte por arrastre con el agua subiendo 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 drena hacia la pulpa subyacente. Este proceso puede ser ayudado por la aplicación de suficiente "agua de lavado" a la espuma para desplazar el agua arrastrada con las burbujas y las finas partículas de ganga que traen consigo. [2] Las celdas de flotación en 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 los 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, unión partícula-burbuja, transporte entre la pulpa y la espuma y recolección de la espuma en el lavador del producto. [17]
En una celda agitada mecánicamente convencional, la fracción vacía es baja (5-10%) y el tamaño de la burbuja es grande (2-3 mm), lo que resulta en 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 bajantes.
La lechada se introduce en la parte superior del bajante 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 lodo que se hunde 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 bajante, impulsada por fuerzas hidrostáticas, [19] antes de descargarse en la parte del tanque de la celda Jameson (consulte la Figura 4). ). [1] El bajante 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 bajante 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 bajante, [17] permiten un diseño de columna mucho más compacto que las celdas de flotación de columna convencionales (consulte la Figura 1). [2] La fina 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 la ganga, lo que permite producir concentrados de mayor calidad [5] .
La espuma en el bajante está compuesta entre un 50% y un 60% de aire. [20] Debido a esto, la pulpa se distribuye en forma de finas películas interfaciales entre las burbujas, proporcionando un entorno ideal para el contacto entre partículas y burbujas. [17] La colección se produce por 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 bajante y alimentando la pulpa de flotación a través de la boquilla. [19] El aire en el bajante es arrastrado hacia la pulpa, creando un vacío parcial que aspira la pulpa desde el tanque hasta el bajante. [19] El nivel de pulpa llega rápidamente a la boquilla, que se encuentra a un nivel superior al del líquido en el tanque. [19] Esto crea una cabeza hidrostática en el bajante, lo que significa que la presión dentro de la parte superior del bajante es menor que la presión atmosférica. [19] Cuando se abre la entrada, esta presión más baja aspira aire hacia el espacio superior de la bajante, donde también es arrastrado hacia el contenido de la bajante por el chorro de inmersión. [19] Al mismo tiempo, se establece un flujo descendente en la pulpa en el bajante 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 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 la mezcla que se descarga en el tanque y el gran diferencial de densidad entre esta y el resto de la pulpa en el tanque, da como resultado patrones de fluido en recirculación que mantienen las partículas en el tanque en suspensión sin requerir agitación mecánica. [18]
El propósito del tanque es simplemente separar las burbujas y la pulpa, 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 chorro de agua, si se desea. [6] Las burbujas que fluyen sobre el labio de la celda tienen un diámetro más pequeño que las que fluyen sobre el labio de las columnas de flotación convencionales. [3]
Los relaves no flotantes se descargan a través de un orificio en el fondo del tanque. [2]
La celda no tiene partes móviles y no requiere aire comprimido ni mecanismos de rociado. [21] Esto da como resultado un menor consumo de energía que las celdas de flotación mecánicas o de columna equivalentes. [4] Los costos de mantenimiento también son más bajos porque la única pieza que se desgasta es la lente de lodo utilizada para crear el chorro en el bajante. [4]
La celda Jameson surgió de un programa de investigación a largo plazo destinado a mejorar la recuperación de partículas finas mediante 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).
La investigación de Jameson sobre la 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 encontraban en todo el mundo requerían 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 con 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 suspensión 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 con honores en ingeniería química. Jameson aceptó el desafío de encontrar soluciones prácticas para remediar la situación, si es que pudieran identificarse.
La investigación de Jameson demostró que la cinética de flotación de partículas finas era una fuerte función del diámetro de la burbuja [22] [23] y que la forma de mejorar las recuperaciones era utilizar burbujas pequeñas del orden de 300 micrones (μm) de diámetro. Lo que se necesitaba era un método práctico para producir 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 perdidas en el alimento. Comenzó a estudiar la teoría de la ruptura de burbujas en flujos cizallados, 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 cortante, incluidas las tensiones dinámicas disruptivas del movimiento del líquido y la fuerza restauradora de la tensión superficial , fue posible predecir la velocidad de corte crítica requerida para producir una burbuja de un tamaño determinado. Luego, Jameson buscó formas simples y prácticas de generar las velocidades de corte requeridas y encontró inspiración en el fregadero de la cocina. Si un chorro de agua del grifo cae en un recipiente lleno de agua, se forma una capa de corte alrededor del chorro que arrastra aire de la atmósfera al agua y, al mismo tiempo, descompone el aire arrastrado en finas burbujas. El efecto aumenta si hay detergente en el agua. Los detergentes, conocidos como espumantes, 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 Jameson Cell.
Después de varios fracasos, surgió en el laboratorio de la Universidad de Newcastle un proceso radicalmente nuevo de flotación. 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 del diseño. Dirigió otra prueba de planta con una pequeña celda 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 a nivel mundial entre Tunra Ltd, en nombre de la Universidad de Newcastle, Jameson, y MIM Holdings Limited, para el uso de la Célula con fines metalúrgicos. Se han publicado artículos resumidos sobre la teoría [25] y la práctica [19] .
Se han producido cambios significativos en el diseño de la celda desde que se desarrolló por primera vez a finales de los años 1980.
El desarrollo comercial de la celda se produjo indirectamente como resultado de los problemas experimentados en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa de MIM (a veces denominado "molino" en la industria minera). MIM había estado operando un concentrador de plomo-zinc en Mount Isa desde 1931, [26] aunque el mineral de plomo-zinc fue sustituido por mineral de cobre durante un tiempo entre mediados de 1943 y mediados de 1946. [27] Con el tiempo, los granos de plomo, zinc y otros minerales del mineral se hicieron progresivamente más finos, la ley del mineral disminuyó y se volvió 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 circuitos, cambios de reactivos, cambios de operadores, cambios de metalúrgicos y pronto". [28] La disminución del tamaño del grano y el hecho de llevar el circuito de molienda más allá de su rendimiento previsto significó una reducción en el grado de separación de los granos minerales individuales (lo que se denomina "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 para convertirlo en 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 ley que era una mezcla de zinc y plomo (conocido en la industria como "concentrado a granel" y denominado en Mount Isa como " concentrado de harinilla de baja calidad"). [28] Este concentrado normalmente contenía 34% de zinc y 13% de plomo, en comparación con la composición normal del 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 significó que el concentrado a granel no podía ser tratado mediante el proceso electrolítico de zinc , y tenía que venderse a fundiciones de zinc utilizando el proceso de fundición imperial , más caro . Inicialmente, MIM recibió buenos ingresos por 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. Las condiciones de pago disminuyeron hasta que MIM recibió menos de la mitad del pago por el 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 cada vez mayores de pirita carbonosa de grano fino (FeS 2 ). [28] Este material era naturalmente hidrofóbico 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 un cuello de botella en la capacidad de la fundición de plomo. [28]
Como parte del esfuerzo para tratar de solucionar los problemas, MIM instaló algunas celdas de flotación en columna en las secciones de concentrado de zinc y concentrado a granel de la planta. [28] En aquellos días, el aire se introducía en las columnas de flotación mediante rociadores de aire , generalmente en forma de bolsa o funda alrededor de una tubería. [15] Los rociadores eran elementos que requerían mucho mantenimiento y su rendimiento era fundamental para el funcionamiento de la columna. [15]
En 1985, MIM encargó a Jameson que llevara a cabo un proyecto para mejorar el diseño del rociador para columnas de flotación. [30] En cambio, desarrolló el concepto de utilizar un chorro en un bajante para crear burbujas y eliminar la necesidad de un rociador en las columnas de flotación convencionales. [30]
El concepto de Celda surgió cuando investigaciones posteriores demostraron que la mayoría de las interacciones burbuja-partícula ocurrían en el bajante, haciendo innecesaria la zona de recolección de las columnas de flotación. [30] Se desarrolló la idea del bajante y el tanque de separación corto y en 1986 se presentó una solicitud de patente provisional. [30] Esta patente fue cedida posteriormente a TUNRA Limited ("TUNRA"), [30] la empresa de transferencia de tecnología de la Universidad de Newcastle que ahora se conoce como "Newcastle Innovation". [31] [32]
En el concentrador de plomo y zinc de MIM se probó una celda Jameson piloto de dos toneladas por hora (t/h) con un bajante de 100 mm y que utiliza una placa de orificio para crear el chorro. [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] La Célula dio las mejores recuperaciones. [30] Se pensó que esto era una combinación del corto tiempo de residencia de las partículas en la celda 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 la construcción de 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] en la mina Hilton, ubicada a unos A 20 kilómetros al norte del monte Isa. [33] Las celdas de Mount Isa tenían diámetros de 1,9 m, [34] con tres bajantes cada una, [7] mientras que las de Hilton tenían 1,3 m de diámetro [33] y tenían dos bajantes cada una. [7]
Paralelamente a este trabajo, se probó la Célula para la recuperación de carbón fino en la mina de carbón Newlands , también propiedad de MIM Holdings Limited. [30] Esta corriente de finos era un desbordamiento del ciclón , que contenía entre un 15% y un 50% de cenizas y se desechaba previamente. [10] El tamaño de partícula de esta corriente era inferior a 25 μm. [10] Las pruebas en la planta piloto demostraron que era posible lograr más del 90% de recuperación de carbón, con menos del 10% de cenizas en el producto. [10]
Posteriormente, se puso en funcionamiento una planta a gran escala en Newlands en el ejercicio financiero 1988-89, con seis celdas rectangulares (1,5 m × 3,5 m) instaladas en una disposición de dos etapas. [30] Las células de la primera etapa tenían siete bajantes, mientras que las de la segunda tenían seis. [30] Estas células 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 carbón de Collinsville de MIM Holdings. Tenían 10 bajantes cada una. [7]
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 concentradora 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 ley mediante la eliminación de minerales de ganga, entre ellos 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 a gran escala y de 1,4 m de diámetro en el concentrador, cada una con tres bajantes. [1]
La decisión de Peko Mines se basó en:
Peko Mines reportó una amortización de la inversión en las Células en dos meses. [1]
La extracción con solventes – electroobtención (a menudo denominada "SX-EW") es un proceso que se aplica frecuentemente para recuperar cobre a partir de minerales de cobre oxidados y/o de baja ley. Implica lixiviar el cobre del mineral utilizando 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 vuelve a pasar, 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 recuperarlo mediante electroobtención. La solución destinada a la electroobtención se conoce como electrolito . [35]
La solución de electrolitos suele contener trazas del extractante orgánico que existen en forma de pequeñas gotas en su interior. [36] Estos deben eliminarse antes de que el cobre pueda recuperarse en el proceso de electroobtención, ya que la presencia de cantidades mínimas del extractante puede causar dificultades al decapar y dañar los cátodos con una pérdida posterior de la calidad del cobre catódico. [37]
A fines de la década de 1980, MIM construyó una planta SX-EW en Mount Isa para recuperar cobre lixiviado del mineral de baja ley almacenado mientras explotaba su tajo abierto Black Rock en la década de 1960. [36] Por primera vez en el mundo, se utilizó una celda Jameson para limpiar la solución electrolítica eliminando el disolvente orgánico restante. [36] Esto reemplazó 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 y zinc de MIM, ya que se pensaba que un tiempo de residencia adicional mejoraría la recuperación. [6] Utilizaba un solo bajante. [7] El bajante se utilizó para poner en contacto el electrolito con el aire y las gotas del extractante orgánico se adhirieron a las burbujas de aire creadas en el bajante. [36]
Después de algunas modificaciones iniciales en el tamaño del orificio, la celda pudo eliminar entre el 70% y el 90% del extractante orgánico arrastrado. [6]
En abril de 1989, MIM Holdings Limited adquirió los derechos mundiales de la Célula Jameson de TUNRA, conservando TUNRA los derechos de uso de la Célula para el tratamiento de aguas residuales. [30]
Después de las aplicaciones iniciales dentro del grupo de empresas MIM Holdings, en los años hasta 1994 se instalaron Jameson Cells en 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. Tareas de limpieza de 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 gran celda de 6,5 m de diámetro con 30 bajantes. [7] La célula Morenci Jameson recuperó consistentemente más del 82% del extractante orgánico. [6]
Hacia el final del período, se instalaron Celdas en plantas de preparación de carbón operadas por BHP Mitsubishi Alliance y por Peabody para la recuperación de finos. [7]
Las mejoras a este diseño inicial incluyeron un enfoque en el peso y el desgaste del bajante. [30] El bajante 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 lodo era un elemento de alto desgaste y sus materiales de construcción también fueron un foco de 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]
El diseño original de Jameson Cell tenía las siguientes características:
En 1994, MIM lanzó el modelo Cell Mark II. [10] Incorporó los siguientes cambios:
Estos cambios dieron como resultado un diseño de mayor capacidad. [10]
Uno de los problemas encontrados con la celda Mark I fue que su rendimiento se reducía si la velocidad de alimentación a la celda variaba, lo cual era una ocurrencia 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 divisora 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 bajantes, produciendo un caudal constante y, por lo tanto, una presión de alimentación. , a la celda. [3] Esto tuvo el beneficio adicional de dar a una proporción de los relaves (normalmente 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 podrían construirse 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 mayor diámetro del bajante Mark II, permitió que el flujo de lodo por El bajante 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 lechada aireada que se descarga desde los bajantes adyacentes. [30] Esta interacción podría reducir la recuperación celular general al hacer que las partículas recolectadas por las burbujas en el bajante se desprendan en el tanque de pulpa. [30]
Hubo turbulencias significativas en las áreas debajo de los bajantes. [30] eso 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 bajante. [30] Permitieron velocidades uniformes de ascenso de las burbujas a través de la superficie de la celda al disminuir la velocidad superficial del gas en el área de alta fracción de vacío inmediatamente alrededor del bajante y proporcionaron una dispersión de burbujas más uniforme. [30] Se informó que los difusores redujeron la turbulencia en un 69% en comparación con un bajante estándar sin difusor. [30]
Si bien JamesonCell continuó expandiéndose en aplicaciones de limpieza de concentrados de metales básicos, limpieza de electrolitos SX-EW y recuperación de finos de carbón, también encontró nuevas aplicaciones en la limpieza de lodos de potasa [38] y fue adoptada por Philex Mining Corporation como la única máquina de flotación para su Concentradora de cobre Benguet. [39] Esta no es la aplicación normal para la Célula. Ningún otro concentrador de metales opera únicamente con Jameson Cells. [7]
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 se comparó el rendimiento de la Célula con células de flotación mecánica en diversas tareas del circuito de flotación, Cleveland Potash encargó una Célula con 6 bajantes para la recuperación de lodos potásicos. [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]
En 1993, Philex Mining Corporation, una empresa minera de Filipinas, reemplazó el circuito de limpieza mecánica por Cells en su concentradora de cobre Benguet. [39] Después de su operación exitosa, Philex reemplazó las celdas mecánicas en su circuito limpiador-recolector de residuos en 1994 y comenzó la introducción gradual de líneas de desbaste y depurador 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 de desbaste y de desbaste-eliminación 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 combinan con las otras Celdas en la sección de limpiador, relimpiador y limpiador-recolector, hubo un aumento del 2,6% en la ley final del concentrado de cobre 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]
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 bajante permitió aislarlo y desbloquearlo mucho más fácilmente en comparación con el diseño Mark II. En el diseño Mark III también se incrementó el flujo de lodo por bajante de 60 m 3 /h a 75–85 m 3 /h utilizando orificios de mayor tamaño en las lentes de lodo. [40]
La celda Mark III se introdujo en 2000. Incluía las siguientes mejoras:
Los modelos anteriores de Jameson Cell utilizaban placas de orificio para generar el chorro descendente. [3] El nuevo diseño de lente de suspensión 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 útil. [30] La forma dio como resultado una disminución en el consumo de energía de 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 fueron desarrolladas para evitar que los sólidos sean succionados nuevamente hacia las líneas de aire cuando se bloquean los bajantes individuales. Los sólidos que se depositan en las líneas de aire y su acumulación en el distribuidor de aire disminuyen el rendimiento de la flotación ya que impiden que el aire sea arrastrado eficientemente en los bajantes. [30]
Este período fue de rápido crecimiento para Jameson Cells en las aplicaciones existentes. [7] Se instalaron setenta y siete células en concentradores de todo el mundo, principalmente en operaciones de carbón y metales básicos. [7] Sin embargo, durante este tiempo, la célula también se trasladó a la industria canadiense de arenas bituminosas para la flotación de betún. [7]
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 primaria y se envía a los relaves. [41] Estos relaves generalmente se retiran en una operación de recuperación para tratar de recuperar parte del betún restante. [41]
Xstrata Technology vendió tres bajantes Jameson Cells 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 los bajantes para tratar harinillas en un buque de recuperación de petróleo terciario existente en un proceso de recuperación de betún patentado por Syncrude. [41]
El diseño de la celda Mark IV se introdujo en 2009. Incluía las siguientes mejoras:
En la flotación de metales básicos y preciosos, la celda Jameson se ha consolidado 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:
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 mecánica de 32 celdas en 1995 en su planta de flotación de carbón de 1800 t/h. [10] [21] El resultado fue un aumento general en el 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 bajo en 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 plantas de preparación de carbón para recuperar carbón fino previamente desechado.
La celda Jameson se utiliza para recuperar el solvente orgánico en plantas de extracción por solventes (electroobtención) 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 celdas para aplicaciones SX-EW incluyen un diseño de celda grande y de fondo plano para permitir que se asiente en el suelo y bajantes grandes (500 mm de diámetro) que pueden tener múltiples licores (no hay lodo en aplicaciones SX-EW). ) lentes instaladas en cada bajante.
La Celda operativa más grande se encuentra en las operaciones de Olympic Dam, tratando 3000 m 3 /h de refinado. [42]
La primera aplicación de potasa fue en Inglaterra en 1993, donde se utilizaron células de Jameson para tratar lodos de potasa (ver Flotación de potasa ). [38] Posteriormente ha sido aplicado en Dead Sea Works de Israel Chemicals Limited y por un productor anónimo en la provincia de Saskatchewan de Canadá. [7]
La celda Jameson ha sido adoptada por Shell Canadá y Syncrude para bitumen flotante en la industria de arenas bituminosas (ver Flotación de bitumen ). [7] Syncrude compró ocho bajantes adicionales de 500 mm para su planta en 2012. [7]
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]
Las operaciones de procesamiento de fosfato que utilizan la flotación como mecanismo principal para concentrar los minerales que contienen fosfato generalmente descartan partículas menores a 20 μm de diámetro. [12] Esto se debe a que las partículas finas han tenido un rendimiento de flotación deficiente y a que su presencia disminuye el rendimiento de flotación de las partículas gruesas. [12]
Legend International Holdings Incorporated ("Legend") posee importantes depósitos de fosfato que en promedio contienen entre un 20% y un 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 sea antieconómica para estos depósitos. [12] En respuesta, Legend desarrolló un proceso basado en el uso de la Celda Jameson en una configuración de limpiador-depurador-áspero para recuperar al menos el 80% del fosfato con una ley de al menos 32% P 2 > O 5 de una alimentación con una distribución del tamaño de partículas de hasta un 80% menos de 20 μm. [12]
Según se informa, Jameson Cell tiene las siguientes ventajas: