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 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 ) 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 mecánica o convencional equivalente. [ 3]
A diferencia de la mayoría de los tipos de celdas de flotación , la celda introduce el alimento y el aire en la celda en una corriente combinada a través de una o más columnas cilíndricas denominadas "bajantes". Otros tipos de celdas de flotación suelen introducir el alimento y el aire por separado en la celda. [2]
La celda produce tasas rápidas de flotación de minerales, especialmente para partículas minerales muy finas. [3] Produce altos grados de concentración a partir de partículas liberadas que flotan rápidamente [4] y es capaz de hacer esto desde una sola etapa de flotación. [4] La alta capacidad de carga de la celda Jameson es particularmente beneficiosa cuando se requieren altos rendimientos (extracciones de masa), como en la relimpieza en la flotación de metales y en la flotación de carbón metalúrgico , donde los rendimientos pueden superar 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 y zinc de Mount Isa en 1988. [6] Desde entonces, el uso de la tecnología se ha extendido para incluir la flotación de carbón, la flotación de metales básicos y preciosos, la flotación de potasa, la flotación de arenas petrolíferas, la flotación de molibdeno, la flotación de grafito y la limpieza de licores de extracción con solventes . [7] Xstrata Technology, el brazo de comercialización de tecnología de Glencore Xstrata, listó 328 instalaciones de celdas Jameson en mayo de 2013. [7] Las celdas han sido instaladas por 94 empresas en 27 países. [7] Hoy, la tecnología es el estándar en la industria del carbón australiana [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 los diseños de circuitos tradicionales, donde su inclusión permite diseñar circuitos más limpios con menos celdas en un espacio más pequeño, logrando al mismo tiempo 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 útil de los recursos naturales no renovables del mundo.
La flotación por espuma se logra mezclando sustancias químicas conocidas como colectores con la suspensión de mineral. Los colectores se adsorben en las superficies de las partículas de minerales seleccionados (generalmente el mineral valioso que se busca concentrar), lo que hace que estos minerales sean hidrófobos. 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 (según el diseño de la celda de flotación), y los minerales ahora hidrófobos 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 flota, y permanecen atrás como relaves de flotación .
Sin embargo, la selectividad del mecanismo de recolección no es perfecta. Algunos minerales no deseados (" ganga ") también son arrastrados 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 al 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 con las burbujas y las partículas finas de ganga traídas con ellas. [2] Las celdas de flotación en columna, inventadas en Canadá por Boutin y Tremblay en 1961, [14] se volvieron cada vez más populares en los años 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 usualmente entre 6 y 14 metros, [16] podrían tener profundidades de espuma de hasta 2 m, [15] proporcionando mayor 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 espuma está determinada por una serie de probabilidades: las de contacto entre partículas y burbujas, la unión entre partículas y burbujas, el transporte entre la pulpa y la espuma, y la recolección de espuma en el canal de lavado del producto. [17]
En una celda convencional agitada mecánicamente, la fracción de vacíos es baja (5-10%) y el tamaño de las burbujas 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 vacíos 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, el lodo mineral y el aire se introducen por separado en la celda de flotación (ver Figura 2). La celda Jameson se diferencia de este método tradicional al mezclar el lodo con el aire en los bajantes.
La suspensión se introduce en la parte superior del tubo de bajada como un chorro que aspira aire a través de un segundo tubo para formar una mezcla estable de dos fases (véase la Figura 3). [1] El chorro de suspensión que se hunde corta y luego arrastra el aire. [18] Los minerales objetivo, con sus superficies recubiertas de colectores, se adhieren a las burbujas y esta mezcla viaja por el tubo de bajada, impulsada por fuerzas hidrostáticas, [19] antes de ser descargada en la parte del tanque de la celda Jameson (véase la Figura 4). [1] El tubo de bajada está diseñado para proporcionar una mezcla de alta intensidad del aire y la suspensión 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 suspensión en el tubo de bajada de 5 a 10 segundos. [17]
La alta probabilidad de contacto entre partículas y burbujas, y los tiempos de residencia cortos subsiguientes (de cinco a diez segundos en el tubo de bajada, [17] permiten un diseño de columna mucho más compacto que las celdas de flotación de columna convencionales (ver Figura 1). [2] La naturaleza fina de las burbujas (0,3 a 0,5 mm de diámetro [4] ) les otorga capacidades de transporte mejoradas para 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 producir concentrados de mayor calidad. [5]
La espuma en el bajante está compuesta por un 50-60% de aire. [20] Debido a esto, la pulpa se distribuye en forma de finas películas 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 finas películas, que no son mucho más gruesas que el diámetro de las partículas. [20]
La mejor recolección se produce cuando el volumen de aire es aproximadamente igual al de la suspensión 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 en la pulpa, creando un vacío parcial que succiona pulpa desde el tanque hacia el tubo de bajada. [19] El nivel de pulpa alcanza rápidamente la boquilla, que está a un nivel por encima del nivel del líquido en el tanque. [19] Esto crea una carga hidrostática en el tubo de bajada, lo que significa que la presión dentro de la parte superior del tubo de bajada es menor que la presión atmosférica. [19] Cuando se abre la entrada, el aire es arrastrado hacia el espacio superior del tubo de bajada por esta presión más baja, donde también es arrastrado hacia el 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, la 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 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 dan como resultado patrones de fluidos recirculantes que mantienen las partículas en el tanque en suspensión sin requerir agitación mecánica. [18]
El propósito del tanque es simplemente la separación de burbujas y 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 el borde del mismo para ser recogida. Esta espuma puede ser "lavada" con un ligero chorro de agua, si se desea. [6] Las burbujas que fluyen sobre el borde de la celda tienen un diámetro menor que las que fluyen sobre el borde 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 burbujeo. [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 de desgaste 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 cuyo objetivo era mejorar la recuperación de partículas finas mediante flotación. El trabajo comenzó en el Imperial College de Londres y continuó cuando Jameson se trasladó en 1978 a la Universidad de Newcastle, Nueva Gales del Sur, Australia, donde es profesor laureado (2015).
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 estaban encontrando en todo el mundo requerían una molienda fina para separar las partículas valiosas de la roca en la que estaban incrustadas, y las tecnologías de flotación disponibles en ese momento eran relativamente ineficientes para recuperar partículas finas. Kitchener pensó que las mejoras se podrían lograr mejor mediante 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 sobre 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 honores en ingeniería química. Jameson aceptó el desafío de encontrar soluciones prácticas para remediar la situación, si se podían identificar.
La investigación de Jameson demostró que la cinética de la 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 producir tales burbujas en grandes cantidades, del orden de miles de millones por segundo. El dispositivo debía ser sencillo de construir y operar, capaz de funcionar durante largos períodos con un mantenimiento mínimo y debía ser resistente al bloqueo por partículas grandes dispersas en la alimentación. 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 de cizallamiento, incluidas las tensiones dinámicas disruptivas del movimiento del líquido y la fuerza restauradora de la tensión superficial , fue posible predecir la tasa de cizallamiento crítica requerida para producir una burbuja de un tamaño determinado. Luego, Jameson buscó formas simples y prácticas de generar las tasas de cizallamiento 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 desarrolla una capa de cizallamiento alrededor del chorro, que arrastra aire de la atmósfera hacia el agua y, al mismo tiempo, rompe el aire arrastrado en burbujas finas. El efecto se magnifica si hay un detergente en el agua. Los detergentes, conocidos como espumantes, se utilizan en la flotación para evitar la coalescencia de burbujas y crear espumas estables. Con la elección correcta de la velocidad y el diámetro del chorro, es posible proporcionar un entorno de cizallamiento controlado que puede generar burbujas de un tamaño adecuado para la flotación, con la ventaja adicional 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 célula Jameson.
Después de una serie de fracasos, 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 un ensayo inicial en la mina de estaño Renison Bell en Tasmania, se modificaron ciertas características del diseño. Dirigió otro ensayo en planta con una pequeña celda en el concentrador de plomo y zinc en Mt Isa Mines Ltd en Queensland, trabajando inicialmente solo. Los metalúrgicos de la planta se interesaron en la tecnología y ayudaron a refinarla, en particular verificando los procedimientos de ampliación que Jameson había ideado. En 1988, un recién graduado fue asignado a tiempo completo durante un año para verificar y validar el rendimiento de la celda. 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 la celda con fines metalúrgicos. Se han publicado documentos de resumen sobre la teoría [25] y la práctica [19] .
Se han producido cambios significativos en el diseño del Cell desde que se desarrolló por primera vez a finales de la década de 1980.
El desarrollo comercial de la Celda ocurrió indirectamente como resultado de los problemas que se estaban experimentando en el concentrador de plomo y zinc de Mount Isa de MIM (a veces llamado "molino" en la industria minera). MIM había estado operando un concentrador 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, los granos de plomo, zinc y otros minerales en el mineral se volvieron 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 circuito, cambios de reactivos, cambios de operador, cambios de metalúrgico, etc.". [28] La disminución del tamaño de grano y el aumento de la capacidad de procesamiento del circuito de molienda más allá de su diseño significaron una reducción en el grado de separación de los granos minerales individuales (denominado "liberación") durante la molienda. De 1984 a 1991, la liberación de esfalrita (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 el concentrado de zinc comercializable. [28]
La respuesta inicial al problema de la disminución de la recuperación de zinc fue comenzar a producir en 1986 un concentrado de menor calidad que era una mezcla de zinc y plomo (conocido en la industria como un "concentrado a granel" y al que en Mount Isa se hacía referencia como el "concentrado de harinillas de baja calidad"). [28] Este concentrado contenía típicamente 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 por el proceso de zinc electrolítico , y tuvo que ser vendido a fundiciones de zinc utilizando el Proceso de Fundición Imperial, más costoso . 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. 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 el concentrador también afectaron el rendimiento de la fundición de plomo de 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 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 un cuello de botella de la capacidad de la fundición de plomo. [28]
Como parte del esfuerzo por 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 las columnas de flotación utilizando spargers de aire , generalmente en forma de una bolsa o funda alrededor de una tubería. [15] Los spargers eran elementos de alto mantenimiento y su rendimiento era fundamental para el funcionamiento de la columna. [15]
En 1985, MIM encargó a Jameson que emprendiera un proyecto para mejorar el diseño del sparger para columnas de flotación. [30] En lugar de ello, desarrolló el concepto de utilizar un chorro en un bajante para crear las burbujas y eliminar la necesidad de un sparger en las columnas de flotación convencionales. [30]
El concepto de la celda surgió cuando investigaciones posteriores demostraron que la mayoría de las interacciones entre burbujas y partículas se producían en el tubo de bajada, lo que hacía innecesaria la zona de recolección de las columnas de flotación. [30] Se desarrolló la idea del tubo de bajada y el tanque de separación corto y se presentó una solicitud de patente provisional en 1986. [30] Esta patente fue posteriormente asignada 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 tubo de bajada de 100 mm y utilizando una placa de orificio para crear el chorro. [30] Posteriormente, en 1988, MIM probó la flotación de una corriente de partículas finas que contenían plomo en una celda de flotación mecánica convencional, una columna convencional y la celda Jameson. [30] La celda 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 cuatro celdas a escala real, dos para el concentrador de plomo y zinc de Mount Isa y otras dos para el nuevo concentrador de plomo y zinc de Hilton [30] que se construiría en la mina Hilton, ubicada a unos 20 kilómetros al norte de Mount 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]
En paralelo con este trabajo, la celda fue probada para la recuperación de carbón fino en la mina de carbón Newlands , también propiedad de MIM Holdings Limited. [30] Esta corriente de finos era el desbordamiento del ciclón , que contenía entre un 15 y un 50 % de cenizas y se descartaba previamente. [10] El tamaño de partícula de esta corriente era inferior a 25 μm. [10] Las pruebas en 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, en el ejercicio económico 1988-89 se puso en funcionamiento una planta a gran escala en Newlands, 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 bajantes, 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 a la antigua en 2006. [10]
En 1990 se instalaron dos celdas adicionales en las operaciones de carbón de Collinsville de MIM Holdings. Cada una de ellas tenía 10 bajantes. [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 concentrador Warrego cerca de Tennant Creek en el Territorio del Norte de Australia . [1] El objetivo era determinar el rendimiento de la celda Jameson en la limpieza del concentrado de cobre para mejorar su calidad mediante la eliminación de minerales de ganga, incluyendo pirita, magnetita , hematita y cuarzo . [1] El personal de Peko Mines también probó una columna de flotación convencional para comparación. Después del trabajo de prueba, Peko Mines instaló dos celdas Jameson a escala real 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 informó que la inversión en las celdas se recuperó en dos meses. [1]
La extracción por solventes – electroobtención (a menudo denominada como “SX–EW”) es un proceso que se aplica frecuentemente para recuperar cobre de minerales de cobre de baja calidad y/o oxidados. 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 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 se pueda recuperar mediante electroobtención. La solución destinada a la electroobtención se conoce como electrolito . [35]
La solución electrolítica generalmente contiene trazas del extractante orgánico que existen en forma de pequeñas gotas en su interior. [36] Estas deben eliminarse antes de que se pueda recuperar el cobre en el proceso de electroobtención, ya que la presencia de cantidades mínimas del extractante puede causar dificultades al despojar y dañar los cátodos con una posterior 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 calidad almacenado durante la explotación a cielo abierto de 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 solvente 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 usaba para poner en contacto el electrolito con el aire y las gotas del extractante orgánico se adherían 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 celda Jameson de TUNRA, y TUNRA conservó 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, en los años hasta 1994 se instalaron celdas Jameson 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 tareas de limpieza de electrolitos SX-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 celda Jameson de Morenci 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 de 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 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]
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 era que su desempeño se reducía si variaba la tasa de alimentación a la celda, lo cual era una ocurrencia común que surgía de las fluctuaciones normales en los concentradores en funcionamiento. [3] Este problema se resolvió reciclando parte 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, por lo tanto, 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 dio como resultado recuperaciones más altas. [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 reciclado interno, denominado “control de reciclado interno” o “IRC”, que se utilizó principalmente en celdas rectangulares integradas (ver Figura 6), donde el tanque de alimentación y el sistema de reciclado de relaves podían 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 bajante se duplicara 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 pulpa aireada que se descargaba desde los bajantes adyacentes. [30] Esta interacción podría reducir la recuperación celular general al provocar que las partículas recolectadas por las burbujas en el bajante se desprendan en el tanque de pulpa. [30]
En las áreas debajo de los bajantes se produjo una turbulencia significativa [30] que podría provocar que las partículas se desprendieran de las burbujas [30] . Estas áreas turbulentas se calmaron mediante la adición de difusores cónicos debajo de cada bajante [30] . Permitieron velocidades de ascenso de burbujas uniformes en toda la superficie de la celda al reducir la velocidad del gas superficial 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 la JamesonCell siguió 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 concentrador de cobre Benguet. [39] Esta no es la aplicación normal de la celda. Ningún otro concentrador de metales opera únicamente con celdas Jameson. [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 comparó el rendimiento de la celda con celdas de flotación mecánica en varias tareas en el circuito de flotación, Cleveland Potash ordenó una celda con 6 bajantes para recuperar lodos de potasa. [7] El trabajo de prueba había demostrado 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 con celdas en su concentrador de cobre de Benguet. [39] Luego de su operación exitosa, Philex reemplazó las celdas mecánicas en su circuito de limpieza-recolección en 1994 y comenzó la introducción gradual de líneas de desbaste y recolección de celdas que se completó a principios de 1996. [39] Esta fue la primera operación en la que se aplicó el 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 las Celdas Jameson fue, en parte, aprovechar sus capacidades de ahorro de espacio y mejorar la recuperación de cobre a un costo mínimo. [39] El circuito de Celdas ocupaba un 60% menos de área de piso y lograba 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-secado 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 combinaron con las otras celdas en la sección de limpieza, relimpieza y limpieza-secado, 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 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 de bajantes permitió aislarlo y desbloquearlo mucho más fácilmente en comparación con el diseño Mark II. El diseño Mark III también aumentó el flujo de lodo por bajante de 60 m 3 /h a 75-85 m 3 /h utilizando tamaños de orificio más grandes en las lentes de lodo. [40]
La Mark III Cell se presentó en 2000. Incluía las siguientes mejoras:
Los modelos anteriores de la celda Jameson utilizaban placas de orificio para generar el chorro descendente. [3] El nuevo diseño de lente de lodo tenía un ángulo de entrada suave y poco profundo que creaba un régimen de flujo óptimo sobre la cerámica, lo que reducía el desgaste y extendía su vida útil. [30] La forma resultó en una disminución del consumo de energía de la bomba de lodo de alimentación de hasta un 10% y resultó en una mejor formación del 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 dentro de la 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 consisten en tapetes de goma extraíbles para un fácil mantenimiento. [40]
Las válvulas AISE se desarrollaron para evitar que los sólidos sean succionados nuevamente hacia las líneas de aire cuando los bajantes individuales se bloquean. 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 de manera eficiente hacia los bajantes. [30]
Este período fue de rápido crecimiento para las celdas Jameson en las aplicaciones existentes. [7] Se instalaron setenta y siete celdas en concentradores en todo el mundo, principalmente en operaciones de carbón y metales básicos. [7] Sin embargo, durante este tiempo, la celda también se trasladó a la industria de arenas petrolíferas canadienses para la flotación de betún. [7]
La flotación es uno de los procesos unitarios utilizados para separar el componente bituminoso de las arenas petrolíferas 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 normalmente se retiran en una operación de barrido para intentar recuperar parte del betún restante. [41]
En 2007 , Xstrata Technology vendió a Shell Canadá tres celdas Jameson de un solo tubo descendente de tamaño industrial para un proyecto de planta piloto a gran escala y en 2008 se vendieron ocho tubos descendentes de 500 mm a Syncrude Limited . [7] En el último caso, los tubos descendentes se utilizaron para tratar los residuos intermedios en un recipiente de recuperación de petróleo terciario existente en un proceso de recuperación de betún patentado por Syncrude. [41]
El diseño de la Mark IV Cell se introdujo en 2009 e 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 demostrado 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 la 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 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 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 de Curragh en Australia, donde 12 celdas tratan más de 5 millones de t/año de finos de carbón. [42]
La celda también se puede aplicar a relaves de plantas de preparación de carbón para recuperar carbón fino previamente descartado.
La celda Jameson se utiliza para recuperar el solvente orgánico en plantas de extracción por solvente (electroobtención) tanto de las corrientes de electrolito como de refinado . [42]
La contaminación del electrolito aumenta los costos operativos y reduce la calidad del producto de cobre. [42] Cualquier solvente que quede en la corriente de refinado representa una pérdida de solvente y, por lo tanto, un aumento en los costos operativos. [42]
Los principales usuarios de la Celda en 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 informa 41 aplicaciones SX–EW. [7]
Los desarrollos recientes en el diseño de celdas para aplicaciones SX-EW incluyen un diseño de celda grande con fondo plano para permitir que se apoye en el suelo y bajantes grandes (de 500 mm de diámetro) que pueden tener múltiples lentes de licor (ya que no hay lodo en las aplicaciones SX-EW) instaladas en cada bajante.
La celda operativa más grande se encuentra en las operaciones de Olympic Dam, que trata 3000 m3 / h de refinado. [42]
La primera aplicación de potasa se realizó en Inglaterra en 1993, donde se utilizaron celdas Jameson para tratar lodos de potasa (ver Flotación de potasa ). [38] Posteriormente se aplicó en las instalaciones del Mar Muerto de Israel Chemicals Limited y por un productor anónimo en la provincia de Saskatchewan en Canadá. [7]
Shell Canada y Syncrude han adoptado la celda Jameson para la flotación de betún en la industria de arenas petrolíferas (véase Flotación de betún ). [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 de menos de 20 μm de diámetro. [12] Esto se debe a que las partículas finas han tenido un desempeño de flotación deficiente y a que su presencia disminuye el desempeño de flotación de las partículas gruesas. [12]
Legend International Holdings Incorporated ("Legend") posee importantes depósitos de fosfato que tienen en promedio entre un 20 y un 60 % de partículas menores a 20 μm que contienen hasta un 50 % de fosfato. [12] Esto hace que la práctica tradicional de concentración de fosfato no sea económica para estos depósitos. [12] En respuesta, Legend desarrolló un proceso basado en el uso de la celda Jameson en una configuración de depurador-limpiador-desbaste para recuperar al menos el 80 % del fosfato con un grado de al menos un 32 % de P2 > O5 a partir de una alimentación con una distribución de tamaño de partícula de hasta un 80 % menor a 20 μm. [12]
Según se informa, la célula Jameson tiene las siguientes ventajas: