Análisis exhaustivo de la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita: retos, reactivos y avances en el proceso

La fluorita (CaF₂) es un importante recurso mineral no metálico de carácter estratégico, ampliamente utilizado en la industria de los productos químicos fluorados, la metalurgia, el vidrio y la cerámica, las nuevas energías y las tecnologías de la información. A medida que los recursos de fluorita de fácil tratamiento en China se van agotando, el mineral de fluorita de tipo calcita se ha convertido en un eje central para el desarrollo y la utilización de los recursos de fluorita. Sin embargo, la separación por flotación del mineral de fluorita de tipo calcita sigue siendo un reto técnico bien conocido en el procesamiento de minerales. Este artículo analiza de forma sistemática las dificultades, las tecnologías clave de los reactivos, los esquemas de proceso y los últimos avances en la investigación sobre la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita, lo que supone una referencia útil para los profesionales del sector.

1. ¿Qué es el mineral de fluorita de tipo calcita?

En función de su origen y de los minerales asociados, los minerales de fluorita pueden clasificarse en minerales de fluorita de tipo cuarzo, de tipo calcita, de tipo barita y polimetálicos. El mineral de fluorita de tipo calcita es aquel en el que el principal mineral de ganga es la calcita (CaCO₃). Un ejemplo típico es un mineral de fluorita con alto contenido en calcita procedente de Xinjiang, que contiene 25,47% de CaF₂ y hasta 41,67% de calcita; otro procedente de Guizhou contiene 41,71% de CaF₂ y 13,83% de CaCO₃.

China cuenta con abundantes recursos de fluorita de tipo calcita. Por ejemplo, los yacimientos de fluorita de gran envergadura descubiertos en el condado de Ruoqiang, en Xinjiang (como Karlkal y Gaijike), contienen más de 10 millones de toneladas de recursos, todos ellos de tipo alto en calcita. La utilización eficiente de dichos recursos reviste una gran importancia para garantizar la seguridad del suministro de recursos de flúor en China.

2. ¿Por qué resulta difícil la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita?

El principal reto en la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita es la separación eficaz de la fluorita de la calcita.

Tanto la fluorita como la calcita son minerales de tipo salino que contienen calcio, con estructuras cristalinas y propiedades fisicoquímicas superficiales similares. Ambos minerales presentan sitios activos de Ca²⁺ en sus superficies, lo que hace que su flotabilidad sea extremadamente similar en el proceso de flotación. Los reactivos de flotación convencionales tienen dificultades para lograr una adsorción selectiva entre ambos, por lo que la separación del mineral de fluorita de tipo calcita ha sido durante mucho tiempo un problema difícil en el tratamiento de minerales.

Además, la calcita es relativamente frágil y tiende a triturarse en exceso durante la molienda, lo que genera una gran cantidad de lodos. Estos lodos recubren la superficie de la fluorita durante la flotación, lo que deteriora el rendimiento de la separación. Por lo tanto, la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita exige unos estándares más exigentes en cuanto a los procesos de molienda y los regímenes de reactivos.

3. Clave para la separación: selección de agentes depresores

Los depresores son fundamentales para lograr la separación por flotación de la fluorita y la calcita. Según investigaciones recientes, los depresores pueden clasificarse en tres categorías principales:

3.1 Depresores inorgánicos

Silicato de sodio modificado es uno de los depresores inorgánicos más utilizados. Cuando se emplea por sí solo, el silicato de sodio tradicional no consigue separar eficazmente la fluorita de la calcita. Al combinar el silicato de sodio con ácidos o iones metálicos para formar silicato de sodio acidificado o salinizado, se puede potenciar su capacidad de depresión selectiva de los minerales de ganga. Por ejemplo, la combinación de Fe³⁺ y silicato de sodio produce polímeros de silicato de hierro que se adsorben selectivamente en la superficie de la calcita, lo que impide una mayor adsorción del colector y, por lo tanto, permite lograr una supresión selectiva de la calcita.

Hexametafosfato de sodio actúa formando complejos y disolviendo los iones activos en la superficie de la calcita.

3.2 Depresores orgánicos

Los depresores orgánicos son muy variados y presentan diversos mecanismos de acción. Ácido tánico deprime eficazmente la calcita mediante quimisorción sobre esta, mientras que solo se adsorbe físicamente sobre la fluorita, lo que facilita la separación directa por flotación. Ácido oxálico, ácido tartárico y ácido cítrico puede reducir eficazmente la fluorita, lo que permite la separación mediante flotación inversa.

En los últimos años, se han utilizado depresores orgánicos respetuosos con el medio ambiente, como carboximetilquitosano han llamado la atención. Las investigaciones demuestran que el carboximetilquitosano reduce selectivamente la calcita, al tiempo que evita la contaminación medioambiental asociada a los inhibidores inorgánicos tradicionales.

3.3 Depresores que contienen fósforo

Los inhibidores que contienen fósforo se han convertido en un tema de gran interés para la investigación. Sal sódica del ácido etilendiaminotetrametileno fosfónico (EDTMPS) reduce de forma eficaz la flotación de la calcita a un pH de 7 a 9, sin apenas afectar a la flotabilidad de la fluorita. Alendronato sódico y otros depresores de tipo fosfato pueden adsorberse químicamente en los sitios de calcio de la superficie de la calcita, formando una capa hidrófila estable con una fuerte depresión selectiva.

3.4 Depresores combinados: tendencia predominante actual

Los depresores simples a menudo no permiten obtener a la vez un concentrado de fluorita de alta ley y una alta recuperación. Por lo tanto, depresores combinados se han convertido en la tendencia predominante tanto en la investigación como en la aplicación.

• A depresor combinado de ácido tánico y humato de sodio muestra una depresión selectiva mucho más marcada de la calcita que de la fluorita. Utilizando un esquema de proceso que consta de una etapa de desbaste, siete de limpieza y dos de purga, se puede obtener un concentrado de fluorita con una ley de 98,09% de CaF₂ y una recuperación del 96,86%.
• La Universidad del Centro-Sur y Huangnigou Mining Se les ha concedido una patente nacional de invención por un “depresor combinado para la separación por flotación de fluorita y calcita”.”
• Instituto de Investigación Minera de Changsha Ha solicitado una patente sobre un “método de enriquecimiento de mineral de fluorita con alto contenido en calcita”, en el que se utilizan un colector de fluorita de alta selectividad, el CK-1, y un depresor de calcita, el CD-8, ambos desarrollados específicamente, junto con carbonato sódico, silicato de sodio acidificado y otros reactivos.

4. Esquemas de proceso de flotación para mineral de fluorita de tipo calcita

4.1 Flotación directa (flotación positiva)

La flotación directa es el proceso más utilizado. El principio consiste en eliminar la calcita y otros minerales de ganga, al tiempo que se recoge de forma selectiva la fluorita. El diagrama de flujo típico es “una etapa de desbaste – varias etapas de limpieza – pulido,”, con los resultados intermedios ordenados.

Por ejemplo, en el caso de un mineral de fluorita con alto contenido en calcita procedente de Xinjiang, con un grado de molienda de 65% que pasa por un tamiz de 0,074 mm, utilizando el colector EM-OL8, el depresor EMN y el modificador SSB, un esquema de proceso en circuito cerrado de “dos operaciones de desbaste, una de desbaste de acabado y ocho de acabado” dio como resultado un concentrado de fluorita con un rendimiento del 22,02%, una ley del 97,38% y una recuperación del 84,20%.

Para un mineral de fluorita de tipo calcita procedente de Guizhou, con una finura de molienda de 87,21% que pasa por un tamiz de 0,074 mm, utilizando carbonato de sodio como modificador del pH, silicato de sodio + humato de sodio y silicato de sodio acidificado como depresores, y oleato de sodio como colector, un esquema de proceso en circuito cerrado de “1 desbaste, 2 repasos, 7 acabados” produjo un concentrado de fluorita con una ley de 96,31% y una recuperación del 81,67%.

4.2 Flotación combinada directa-inversa

En el caso de los minerales de fluorita compuestos de cuarzo y calcita, se puede utilizar un proceso combinado de flotación directa y inversa: en primer lugar, flotación directa para eliminar la ganga de cuarzo, seguido de flotación inversa para eliminar la ganga de calcita, obteniéndose finalmente concentrado de fluorita. Este proceso ofrece una alta eficiencia de separación, buenos índices metalúrgicos y una fácil filtración del concentrado.

4.3 Aspectos clave a tener en cuenta en la selección de procesos

El mineral de fluorita de tipo calcita se procesa mejor con un molienda en una sola etapa y retorno ordenado de los residuos esquema de proceso para evitar una molienda excesiva de la calcita, lo que generaría una cantidad excesiva de lodos que circularían y empeorarían el rendimiento de la separación. Por el contrario, los minerales de fluorita de tipo cuarzo son más adecuados para una molienda en dos etapas con remolienda de los productos intermedios de alta ley.

5. Últimos avances en la investigación y tendencias futuras

5.1 Nuevos depresores emergentes

• TH‑3100, un terpolímero carboxilato-sulfonato-no iónico, no es tóxico y es totalmente biodegradable. Se ha utilizado por primera vez en la separación por flotación de fluorita y calcita.
• Estudios sobre el mecanismo de la depresión de almidón esterificado en la separación de fluorita y calcita, utilizando la teoría del funcional de la densidad para analizar las propiedades de los cristales minerales y la adsorción del almidón.
• Investigación sobre Fosfato de 2-etilhexilo y ácido gálico para la separación por flotación, lo que aporta nuevas ideas para el desarrollo de reactivos.

5.2 Asistencia sobre el terreno

Pretratamiento por ultrasonidos ofrece perspectivas de aplicación prometedoras. Los estudios indican que 15 minutos de pretratamiento ultrasónico mejoran significativamente la recuperación de fluorita (hasta 84,28%), al tiempo que reducen eficazmente la recuperación de calcita (solo 4,69%).

5.3 Perspectivas de futuro

Entre los principales ejes de investigación futuros para la flotación del mineral de fluorita de tipo calcita se incluyen:

• Desarrollo de de alta eficiencia, respetuoso con el medio ambiente y de bajo coste nuevos depresores;
• Investigación sobre efectos sinérgicos en sistemas de extinción combinados;
• Optimización de depresor-modificador regímenes colaborativos;
• Integración de flotación en varias etapas técnicas;
• Desarrollo de colectores modificados y colector combinado sistemas.

Aunque la separación por flotación del mineral de fluorita de tipo calcita supone un reto, los continuos avances en nuevos depresores, sistemas de reactivos combinados y esquemas de proceso avanzados están superando gradualmente este obstáculo técnico. Las prácticas exitosas en Xinjiang, Guizhou y otros lugares demuestran que, con regímenes de reactivos y diseños de proceso adecuados, se pueden obtener concentrados de fluorita de alta calidad con contenidos de CaF₂ superiores al 97% y recuperaciones superiores al 80%.

A medida que se agudiza la contradicción entre “la abundancia de minerales de baja ley y la escasez de minerales de alta ley” en los recursos de fluorita de China, el desarrollo y la utilización eficientes del mineral de fluorita de tipo calcita se convertirán en una vía fundamental para garantizar el suministro de flúor. La innovación continua en la tecnología de enriquecimiento proporcionará un sólido respaldo para la utilización limpia y eficiente de este recurso mineral estratégico.