Estabilidad y coalescencia de burbujas en salmueras hiperconcentradas en una columna de burbujeo: Efecto del tipo y concentración de espumantes.

Abstract

La creciente escasez de agua, influenciada por el cambio climático y la demografía, es un problema global y especialmente severo en Chile, afectando sectores clave como la minería. En respuesta, la industria minera, recurre al agua de mar, bruta o parcialmente desalada, alterando la flotación de minerales. En este contexto, el trabajo se centrará en analizar el comportamiento de burbujas en soluciones acuosas con altas concentraciones de sal NaCl y espumante MIBC, buscando mejorar la eficiencia de los procesos de flotación y adaptarse a la creciente escasez de agua en la industria minera metálica y no metálica. Para ello, se llevaron a cabo cuatro series de experimentos, primero se estableció una línea base con agua desmineralizada. Luego, se analizó el impacto de distintas concentraciones de NaCl (0.3 M hasta 6 M), seguido de pruebas con diferentes concentraciones de MIBC (10, 20, 50, 100 ppm). Finalmente, se realizaron experimentos con una combinación de MIBC, en diferentes concentraciones (10, 20, 50, 100 ppm), y NaCl, en altas concentraciones (2 M, 4 M, y 6 M), para evaluar cómo estos dos factores interactúan y afectan la estabilidad de burbujas. Los experimentos se realizaron en una columna de burbujeo plana. Para cada solución, se grabaron y analizaron videos utilizando un algoritmo de seguimiento y análisis de burbujas en MATLAB, diseñado para rastrear el movimiento de las burbujas, detectar eventos de coalescencia y calcular tiempos correspondientes, adem´as de identificar características individuales de las burbujas. Los resultados revelan que el diámetro de Sauter, el área de las burbujas y la frecuencia de coalescencia se estabilizan a 1 M de NaCl, a 50 ppm de MIBC, y a 20 ppm de MIBC en presencia de NaCl a concentraciones menores a 6 M. Se observó un aumento en los tiempos de coalescencia con mayores concentraciones de NaCl y MIBC, sugerido por una interacción electrostática y la capacidad surfactante del MIBC. Sin embargo, se observaron anomalías a 0.3 M y 6 M de NaCl. Aun así, se identificó una interacción sinérgica entre la sal y el espumante MIBC, mejorando la estabilidad interfacial y previniendo eficazmente la coalescencia. Los resultados ofrecen valiosas tendencias para procesos de flotación a escala industrial. Este estudio proporciona una base sólida para futuras investigaciones, destacando el potencial de mejorar los procesos de flotación y optimizar las prácticas en la industria minera.

The growing water scarcity, influenced by climate change and demographics, is a global issue and especially severe in Chile, affecting key sectors such as mining. In response, the mining industry turns to seawater, raw or partially desalinated, altering mineral flotation. In this context, the work will focus on analyzing the behavior of bubbles in aqueous solutions with high concentrations of NaCl salt and MIBC frother, seeking to improve the efficiency of flotation processes and adapt to the increasing water scarcity in the metallic and non-metallic mining industry. To this end, four series of experiments were carried out, first establishing a baseline with demineralized water. Then, the impact of different concentrations of NaCl (0.3 M up to 6 M) was analyzed, followed by tests with different concentrations of MIBC (10, 20, 50, 100 ppm). Finally, experiments were conducted with a combination of MIBC, at different concentrations (10, 20, 50, 100 ppm), and NaCl, at high concentrations (2 M, 4 M, and 6 M), to evaluate how these two factors interact and affect bubble stability. The experiments were conducted in a flat bubbling column. For each solution, videos were recorded and analyzed using a bubble tracking and analysis algorithm in MATLAB, designed to track the movement of the bubbles, detect coalescence events, and calculate corresponding times, as well as identify individual bubble characteristics. The results reveal that the Sauter diameter, the bubble area, and the coalescence frequency stabilize at 1 M of NaCl, at 50 ppm of MIBC, and at 20 ppm of MIBC in the presence of NaCl at concentrations less than 6 M. An increase in coalescence times was observed with higher concentrations of NaCl and MIBC, suggested by an electrostatic interaction and the surfactant capacity of MIBC. However, anomalies were observed at 0.3 M and 6 M of NaCl. Even so, a synergistic interaction between the salt and the MIBC frother was identified, improving interfacial stability and effectively preventing coalescence. The results offer valuable trends for industrial-scale flotation processes. This study provides a solid foundation for future research, highlighting the potential to improve flotation processes and optimize practices in the mining industry.