Estudio de arrastre mecánico en flotación utilizando fluidos no-newtonianos.

Abstract

El presente documento presenta los resultados de la evaluación del arrastre mecánico de partículas de cuarzo de distintos tamaños expuestas a distintos pH en fluidos no newtonianos y luego comparar los resultados al fluido newtoniano convencional utilizado en flotación. Además de las pruebas de flotabilidad, se estudió la incidencia de estos medios en la cinética de adhesión burbuja-partícula y la hidrofobicidad del material con el medio utilizado. Para la obtención de los fluidos mencionados se prepararon soluciones con CMC y Goma Guar, ambas a 50 ppm para asemejar fluidos regidos por la ley de potencia y Bingham respectivamente. Las pruebas de flotabilidad indican que, a menor tamaño de partícula, se obtiene una mayor recuperación. Lo anterior se debe a que las partículas más pequeñas se exponen en mayor medida a permanecer suspendidas en el interior de la celda por lo que son más susceptibles a ascender producto del movimiento ascendente del fluido y así llegar a la zona de limpieza en mayor cantidad que las partículas de mayor tamaño, ya que al ser más grande adquieren un mayor peso, y una mayor fuerza de arrastre debido a su mayor área superficial por lo que tienden a quedarse en el fondo de la celda. En lo que respecta al aumento de la viscosidad, en promedio las recuperaciones aumentaron entre un 2 y 3% al aumentar la viscosidad en un 5%. Esto se debe a que las partículas tienen una mayor facilidad de seguir el movimiento del fluido a pesar de que la fuerza de arrastre también lo hizo. Haciendo el balance de fuerzas, sin un cambio en la reología, la fuerza de arrastre aumenta considerablemente al aumentar el tamaño de partícula y sumándola con la fuerza peso, provoca que la fuerza de empuje no sea lo suficiente para permitir su ascenso. Al aumentar la viscosidad, la fuerza de arrastre también aumenta, no obstante, haciendo el mismo balance, podemos ver que la fuerza de arrastre y peso se ven opacadas por el empuje y el movimiento ascendente de un fluido mayormente viscoso. Se comprueba que el arrastre en las pruebas realizadas es netamente mecánico y no químico, ya que las pruebas de hidrofobicidad no mostraron mayores diferencias, llegando a valores máximos de diferencia de 7° entre fluido newtoniano y Bingham a valor de pH 11.Las pruebas de cinética mostraron que el tiempo de inducción se ve afectado mayormente por el tamaño de partícula y no por la reología.

The present work consisted to evaluating the behavior of the mechanical entrainment of quartz particles of different sizes exposed to various pH levels in non-Newtonian fluids and then compare the results to the conventional Newtonian fluid used in flotation. In addition to flotation tests, the impact of these media on bubble-particle adhesion kinetics and material hydrophobicity with the medium used was investigated. To obtain the mentioned fluids, solutions with CMC and guar gum were prepared, both at 50 g/t, to simulate fluids governed by the power-law and Bingham flow behavior, respectively. Flotation tests indicate that, with smaller particle sizes, higher recovery is achieved. This is attributed to the increased exposure of smaller particles, making them more likely to remain suspended within the cell and ascend due to the upward movement of the fluid, reaching the cleaning zone in greater quantities than larger particles. Larger particles, owing to their increased weight and higher drag force resulting from their larger surface area, tend to settle at the bottom of the cell. Regarding viscosity increase, recoveries, on average, increased by 2 to 3% with a 5% viscosity increment. This is because particles exhibit greater ease in following fluid movement, despite the concurrent increase in drag force. Force balance analysis, without a change in rheology, reveals a considerable increase in drag force with larger particle sizes. When added to the weight force, this prevents sufficient buoyancy for particle ascent. Increasing viscosity also augments drag force; however, the same balance demonstrates that drag and weight forces are overshadowed by buoyancy and the upward movement of a predominantly viscous fluid. It is confirmed that drag in the conducted tests is purely mechanical and not chemical, as hydrophobicity tests show minimal differences, reaching maximum divergence of 7° between Newtonian and Bingham fluids at a pH value of 11. Kinetic tests demonstrate that induction time is primarily affected by particle size rather than rheology.