sistem as dispersion

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Plan especial de Ingeniería Civil Metalúrgica Curso: Físico química de superficies CAPITULO 5: SISTEMAS DE DISPERSION En la actualidad, es común que en los procesos de beneficio de minerales, se encuentre con dispersiones de un sólido en un líquido, o con emulsiones de dos líquidos inmiscibles. Un sistema es una dispersión cuando consiste de una fase homo- génea continua que contiene una segunda fase discontinua. Esto se puede encontrar, por ejemplo, en el transporte hidráulico de sólidos a través de una cañería, en el cual se puede determinar las propiedades físicas tecnológicamente importantes del sistema desde las propiedades de las fases separadas y por la aplicación de las apropiadas leyes de la mecánica y de la hidráulica; la composición química de las fases no es tan importante, sin embargo, si las partículas son relativamente gruesas. Si la mezcla es sometida a una molienda al tamaño submicrónico, el sistema adquiere características no predichas por las leyes aplicadas anteriormente. Cabe hacer notar que la producción de finos es inherente a todo proceso de reducción de tamaño. En esta situación, el sistema de dispersión está fuertemente gobernado por características superficiales, las cuales priman en procesos de separación o aglomeración. Así, en el estudio de los coloides hay 3 aspectos principales: uno es el atributo de partículas individuales (el tamaño, forma, potencial superficial, etc.), el segundo es la estabilidad de la dispersión o la interacción entre las partículas, y el último son las propiedades estadísticas de estabilidad de sistema coloidales, las cuales están basadas en el conocimiento y teorías de las dos primeras. Estas dos primeras se abordarán en el presente capítulo.

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  • Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica

    Curso: Fsico qumica de superficies

    CAPITULO 5:

    SISTEMAS DE DISPERSION

    En la actualidad, es comn que en los procesos de beneficio de minerales, se

    encuentre con dispersiones de un slido en un lquido, o con emulsiones de dos lquidos inmiscibles. Un sistema es una dispersin cuando consiste de una fase homo-gnea continua que contiene una segunda fase discontinua.

    Esto se puede encontrar, por ejemplo, en el transporte hidrulico de slidos a

    travs de una caera, en el cual se puede determinar las propiedades fsicas tecnolgicamente importantes del sistema desde las propiedades de las fases separadas y por la aplicacin de las apropiadas leyes de la mecnica y de la hidrulica; la composicin qumica de las fases no es tan importante, sin embargo, si las partculas son relativamente gruesas. Si la mezcla es sometida a una molienda al tamao submicrnico, el sistema adquiere caractersticas no predichas por las leyes aplicadas anteriormente. Cabe hacer notar que la produccin de finos es inherente a todo proceso de reduccin de tamao.

    En esta situacin, el sistema de dispersin est fuertemente gobernado por

    caractersticas superficiales, las cuales priman en procesos de separacin o aglomeracin.

    As, en el estudio de los coloides hay 3 aspectos principales: uno es el

    atributo de partculas individuales (el tamao, forma, potencial superficial, etc.), el segundo es la estabilidad de la dispersin o la interaccin entre las partculas, y el ltimo son las propiedades estadsticas de estabilidad de sistema coloidales, las cuales estn basadas en el conocimiento y teoras de las dos primeras. Estas dos primeras se abordarn en el presente captulo.

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    5.1. Definicin y Conceptos Generales

    Las dispersiones son sistemas multifsicos, constituidos generalmente por dos fases: la fase continua o medio de dispersin, y la fase dispersa o fase discontinua.

    Clasificacin de los sistemas dispersos: a) Segn el tamao de grano (tamao de la fase difusa). Se distinguen:

    - Suspensiones: Sistemas de dispersin con partculas de tamao entre 10-4 y 10-2 (cm) (1 a 100 m).

    - Coloides : sistemas de dispersin en que las dimensiones de las partculas oscilan entre 10-7 y 10-5 cm. (10 a 1000 A)

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    b) Segn la Energa de Interaccin entre las partculas de la fase dispersante y difusa.

    Se sabe que ciertas sustancias forman con 11quidos soluciones coloidales en forma espontnea, sin que estas partculas pierdan su entidad como partcula. (Se puede evaporar la fase dispersante y al agregar una nueva porcin del lquido a estos sistemas ste vuelve al estado coloidal). Estos coloides se llaman reversibles y reciben el nombre de lifilos (amigo del solvente). Al contrario otras partculas son meras suspensiones de partculas de tamao coloidal y no agregaciones de partculas y se llaman coloides lifobos o irreversibles (enemigo del solvente). Ejemplos de coloides reversibles o lifilos son soluciones acuosas de gelatina, almidn y dextrina. Ejemplos de coloides lifobos son slidos disueltos en agua. Por ejemplo aguas en plantas industriales como plantas de concentracin (pueden ser tambin suspensiones).

    En la vida diaria, se encuentran los siguientes sistemas de dispersin: - Coloides y suspensiones:

    Fase dispersa en slido y fase dispersante un lquido. - Emulsiones

    Fase dispersa y dispersante lquidos no miscibles. - Espumas

    Fase dispersa el aire y la dispersante un lquido. - Aerosoles

    Fase dispersa en slido o lquido y la fase dispersante un gas (humo, polvos) 5.2. Coloides Un sistema coloidal es un sistema termodinmico inestable, tiene tendencia espontnea a formar agregados para reducir el rea de contacto slido-lquido, segn:

    G = dA salvo que se opongan fuerzas repulsivas a dicho proceso.

    En estos casos la sedimentacin espontnea no ocurre, o presenta una cintica lenta.

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    Un coloide desestabilizado es aquel en que sus partculas perdieron el carcter de unitarias (sistema peptizado) y pasan a formar agregados mayores de alta velocidad de sedimentacin (sistema coagulado).

    Un sistema coloidal estable es aquel en que la agregacin de partculas, para

    formar agregados mayores, est limitada o impedida, de tal forma que la sedimentacin espontnea no ocurra (o sedimentacin muy lenta). As, sus propiedades son constantes en el tiempo. 5.2.1. Coloides lifobos

    La qumica de los coloides lifobos es, en realidad, la qumica de superficie de

    la fase dispersa. nicamente sobre esta base pueden comprenderse los sistemas de dispersin.

    Una de las caractersticas ms tpicas de los coloides lifobos es su

    sensibilidad ante la adicin de un electrolito. Esto se manifiesta en un cambio de estabilidad del sistema debido a cambios insignificantes de la fuerza inica de la fase dispersante.

    En sedimentacin el equilibrio se obtiene cuando se cumple la relacin.

    Sedimentacin difusin (5.1)

    La densidad de flujo de sedimentacin queda definida por:

    rmgCuJ s 6*

    . == (5.2)

    con: u : velocidad de sedimentacin. C : concentracin de las partculas. mg : peso neto de la partcula en el fluido dado por:

    ( )21334 = grmg (5.3)

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    En direccin contraria se orienta la accin de la difusin, la cual tiende a la

    homogenizacin de la concentracin de las partculas en todo el sistema, la ley de Fick da la densidad de flujo difusiva:

    dhdCDJ D = (5.4)

    donde D es el coeficiente de difusin para el movimiento Browniano:

    rkTD 6=

    dhdC es el gradiente de concentracin.

    En el equilibrio:

    dhdC

    rkTC

    rmg

    66 = de donde:

    dhkTmg

    CdC =

    e integrando:

    ( )

    =kT

    mghChC exp0 (5.5)

    que se conoce como Ecuacin de Perrin.

    De la ecuacin 5.5, se tiene que la concentracin C(h) ser homognea solamente cuando el valor de m sea pequeo, es decir, cuando las partculas de la fase dispersa sean pequeas, en cuyo caso la difusin y los movimientos Brownianos homogeneizan la concentracin de la fase dispersa, contra la sedimentacin producida por el efecto de las fuerzas de gravedad.

    Debido al movimiento browniano, las partculas chocan entre s, lo que puede conducir a que partculas aisladas se unan en conjuntos mayores (agregados), lo cual, de acuerdo a Perrin, produce una desestabilizacin del sistema. Este proceso de

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    agregacin se llamar coagulacin, y el fenmeno contrario, es decir, la desintegracin de agregados, se llamar peptizacin.

    La formacin de un agregado compuesto de dos o ms partculas coloidales

    slo puede producirse cuando stas chocan entre s y, por lo tanto, el nmero de choques es de vital importancia para calcular la velocidad de coagulacin. Sin embargo, cada choque puede no ser efectivo, y no necesariamente conducir a la formacin de agregados.

    La efectividad de los choques, permaneciendo invariab1e 1as dems

    condiciones, est fijada por las propiedades de las partculas de la fase dispersa y que pueden ser modificadas introduciendo al sistema compuestos que se adsorben en la superficie de las partculas. Se puede distinguir: - Coagulacin rpida: la velocidad de coagulacin depende nicamente del nmero de choques: cada choque conduce a la unin de las partculas.

    - Coagulacin lenta: slo una parte de los choques conduce a la unin de las partculas coloidales.

    Al chocar dos partculas, comienzan a actuar entre ellas fuerzas de atraccin

    (de Van der Waals) y fuerzas de repulsin (fuerzas electrostticas). La relacin entre estos dos tipos de fuerzas fija, por lo tanto la estabilidad de los coloides lifobos. - Estabilidad de los coloides lifobos: Como se mencion, la agregacin entre partculas toma lugar si las fuerzas repulsivas nter partculas no exceden en magnitud las correspondientes fuerzas atractivas. Como son las fuerzas electrostticas las responsables de la repulsin, se puede alcanzar la agregacin de las partculas ajustando las propiedades de la solucin para minimizar tales fuerzas y, al contrario, si se desea 1a dispersin se necesita maximizar 1as fuerzas repulsivas entre las partculas. Como se ha visto anteriormente, un cambio en la concentracin de iones determinantes de potencial altera 0 en tanto que un cambio en la concentracin de electrolito indife-rente, altera la fuerza inica, y as el potencial Zeta (se comprime la doble capa).

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    Fig.: 5.1. Efecto de iones monovalentes en el Potencial Superficial.

    Para ver el efecto de la densidad de carga superficial s en la condicin de electroneutralidad, debe tenerse que, de acuerdo al modelo de Gouy-Chapman:

    =0

    dxs (5.6) Integrando y recordando (4.15) que:

    2

    2

    4 dxdD

    = (para superficie planas)

    02

    2

    0 44 =

    == X

    s dxdDdx

    dxdD

    Insertando:

    =

    =

    kTez

    kTezkTDn

    kTez

    kTez

    Dkn

    dxd

    iiis

    iii

    2exp

    2exp

    2

    2exp

    2exp8

    000

    0

    O bien:

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    =kTezsenhkTDn iis 2

    22

    00 (5.7)

    y expandiendo en exponenciales.

    +++= .........531)(

    42 xxxxsenh

    Y si: 12

    0

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    a) Efecto de la concentracin b) Efecto de Covalencia.

    Fig.: 5.2. Efecto de la Concentracin y la Valencia del electrolito en el valor de la carga superficial

    - Teora D.L.V.O. (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeck).

    Constituye en s la teora de estabilidad de coloides lifobos y es la teora de la doble capa elctrica aplicada a partculas coloidales.

    Se aplica el modelo de Gouy-Chapman, es decir de la dob1e capa difusa, a

    partculas esfricas ( Derjaguin) o placas planas paralelas (Overbeck). Se va a estudiar en particular el caso de placas planas paralelas (modelo de

    Verwey-Overbeck).

    Fig.: 5.3. Representacin esquemtica del potencial elctrico entre dos placas con res-

    pecto a una sola doble capa.

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    Cuando las dos dobles capas tienen el mismo signo, existe una cada potencial que es menor a la que existira en una nica doble capa y a una distancia tal que 0 = 0.

    Entonces el potencial superficial es el mismo en ambas superficies ya que

    debe existir un equilibrio termodinmico y depende de los potenciales qumicos, i de los iones determinantes de potencial en las dos fases.

    constante C ;0 =+= ez

    Ci

    i (5.11) Se pretende encontrar una relacin entre d y la distancia entre dos superficies planas. Para ello se toma como base la ecuacin de Poisson - Boltzman, menos en las condiciones de contorno.

    =

    +

    ++ kT

    eZ

    ikTeZ

    i eZneZnDe

    dxd

    002

    2 4 (5.12)

    con las condiciones de borde: = 0 para X=0 = 0 para X=2d

    0=dxd para X=d Integrando:

    kTeZ

    ikTeZ

    ikT

    eZ

    ikTeZ

    i

    dd

    enenenenDkT

    dxd +

    +

    +

    + += 00008

    Es posible realizar una integracin directa, pero sta es compleja. En cambio se

    pueden hacer algunas simplificaciones vlidas.

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    Para potenciales pequeos:

    22dKdx

    d = con ( )

    DkTZnZne

    K iie 2

    02

    04 + + += se obtiene: ( )

    kdxdk

    coshcosh

    0= (5.13)

    En x = d

    kdd cosh1

    0 =

    Sin embargo, no entrega mucha informacin con respecto a la estabilidad de coloides.

    Si consideramos entonces, electrolitos simtricos, se puede simplificar un poco ms,

    y se llega a:

    kTeZ

    kTeZ

    DkTn

    dxd diii cosh2cosh28 0 = (5.14)

    e introduciendo las variables:

    kTeZ

    y i=

    kTeZ

    u di=

    kTeZ

    Z oi= kX=

    y se tiene:

    uyddy cosh2cosh2 = (5.15)

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    Ecuacin que representa la relacin que existe entre el potencial superficial (z), el potencial 0 entre las placas y la distancia (kd), si se integra entre = 0 y = kd.

    En forma de una integral elptica:

    = 22 ,

    2,2

    uZuuu

    arcseneeFueFekd

    ( ) =

    0221

    ,senk

    dkF

    Graficando:

    Fig.: 5.4. Variacin del potencial d como funcin de la distancia entre las placas (kd). En un sistema coloidal, existen fuerzas atractivas (de Van der Waals) y repulsivas que dependen de la pendiente y altura de la curva potencial-distancia. Esto se puede enfrentar (Verwey-Overbeck) como una energa de interaccin entre partculas. As, podemos esquematizar las energas de interaccin obtenida por combinacin de una curva de atraccin con dos curvas de repulsin diferentes.

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    Fig.: 5.5. Relacin energa de interaccin con la distancia entre partculas.

    Se debe recordar que un cambio en la iones determinantes de potencial altera

    0, en tanto que un cambio en iones indiferentes, cambia la fuerza inica y el valor de 0, y por lo tanto el potencial Zeta.

    Un electrolito indiferente comprime la doble capa de modo que a una distancia fija x, (x) se reduce y por lo tanto decrece la magnitud de las fuerzas repulsivas.

    Fig.: 5.6. Efecto de la concentracin de electrolito sobre la magnitud de las fuerzas

    repulsivas.

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    Si las fuerzas repulsivas son cero, se producir coagulacin espontnea del coloide ( 0 = 0). Si 0 > O aumentan las fuerzas repulsivas y surge una barrera de potencial.

    Fig.: 5.7. Efecto de o sobre la altura de la barrera potencial.

    - Fuerzas de Van der Waals en sistemas de dispersin:

    Hamaker desarroll las ecuaciones que definen las fuerzas de atraccin entre partculas coloidales; supone que las fuerzas de interaccin entre dos partculas que contienen n tomos en un cm3 de volumen, es de :

    =1 2

    6

    2

    21V V h

    ndVdVE (5.16) dV1 y dV2 : elementos de volumen de las partculas cuyo volumen es V1 y V2 h : distancia entre dV1 y dV2

    : constante de London que caracteriza la energa la atraccin entre dV1 y dV2 Se tiene que:

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    21

    21212

    3II

    II+= (5.17)

    1 y 2 ; coeficientes de polaribilidad de los tomos 1 y 2. I1 y I2 : Energa de ionizacin respectiva de los tomos 1 y 2.

    El valor /h6 expresa la relaci6n entre las fuerzas de dispersin y la distancia.

    Definiendo, la constante de Hamaker A , como

    hArEA 12

    = para partculas de radio r Con 22nA = (5.18)

    Para dos placas paralelas de 1 cm2 de superficie, colocados en el vaco y separadas entre s, por la distancia h, la fuerza de esta interaccin es:

    36 hA

    dHdEQ == (5.19)

    que sirve entonces para calcular las fuerzas de interaccin entre las partculas coloidales.

    En un sistema coloidal, las partculas estn sumergidas en un lquido, esto es, se debe corregir la ecuacin anterior para considerar este hecho:

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    Fig. 5.8: Fuerzas de interaccin en el agua entre partculas iguales.

    Si designamos por 1 a las partculas del mismo tipo en un medio 2 se tiene:

    122211 2AAAA += (5.20)

    En que:

    A11: Constante que caracteriza la energa de atraccin entre las molculas del slido 1-1 A22 : constante que caracteriza a la energa de atraccin entre las molculas del medio 2-2 A12 : constante que caracteriza a la energa de atraccin entre las molculas del medio y la superficie 1.

    Si las partculas son diferentes:

    Fig. 5.9. Fuerzas de interaccin en el agua entre partculas diferentes.

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    TABLA 5.2.: CONSTANTE DE HAMAKER PARA ALGUNOS SISTEMAS

    Sistema A (erg) Agua/vaco/agua 3.6 6.3 x 10-13

    Agua/hidrocarbono/agua 3.4 7.0 x 10-14 Hidrocarbono/vaco/hidrocarbono 5.0 9.0 x 10-13 Hidrocarbono/agua/hidrocarbono 3.4 7.0 x 10-14

    Cuarzo/vaco/cuarzo 8.0 10.0 x 10-13 Cuarzo/agua/cuarzo 1.0 x 10-13 Oro/agua/oro 1.24 3.3 x 10-12

    entonces, A = A12 + A33 - A13 - A23 Segn Fowkes, estos valores de A sern: ( )22121112 6 ddhA = (5.22)

    h11 : distancia entre las partculas de agua.

    dd21 , : contribucin de fuerzas de dispersin a la tensin superficial.

    Para partculas coloidales iguales, las fuerzas son de atraccin y por lo tanto

    A.>0.

    Para dos partculas diferentes, puede tenerse que A < 0.

    As, las fuerzas de London provocarn la repulsin de las dos partculas, debido a que las interacciones entre las partculas y las molculas de agua sern ms intensas, que entre las partculas entre s. As, habr una capa de hidratacin que les impide su acercamiento.

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    Fuerzas Elctricas de la Doble Capa (Atraccin o repulsin).

    El punto de carga cero (ZPC) es una propiedad experimentalmente accesible para determinar la repulsin o atraccin entre partculas, y consecuentemente la estabilidad de una suspensin. En este aspecto juegan un rol fundamental los iones determinantes de potencial (l.D.P.) que pueden modificar el potencial superficial y alterar el espesor de la doble capa elctrica. Esto tambin es posible de obtener mediante la accin de especies qumicas ionizadas o polmeros (modificacin del potencial Zeta).

    Las fuerzas estricas son tambin importantes en la determinacin de las propiedades de los coloides. Ellas se deben al traslapamiento de las capas adsorbidas y pueden ser de atraccin o repulsin, dependiendo si las capas exteriores de las partculas prefieren o no estar en contacto con el solvente. Si el poder solvente del medio para las porciones expuestas de las capas externas, por ejemplo aquellas de una capa de polmero adsorbido, es satisfactorio, ella ser compatible con el medio y la suspensin permanecer estable. Por otra parte, si la potencia solvente para la capa adsorbida es mnima, habr una tendencia, para las porciones expuestas de la capa adsorbida de una partcula a interpenetrar dentro de la capa de otra partcula y as se promover la agregacin.

    Fig.: 5.10 Representacin esquemtica del potencial elctrico entre dos placas, en

    comparacin con el de una nica doble capa.

    Las fuerzas repulsivas que aparecen, si las partculas tienen el mismo signo, se deben a que el campo elctrico E, difiere de la tensin de la parte exterior: (Derjaguin).

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    ( )21228 EEDR = (5.23) se puede demostrar que la fuerza tiende a un lmite cuando 0 tiende a 100 mV. Si 0 > 100 mV la fuerza de repulsin deja de depender de 0 y as los criterios de coagulacin son diferentes.

    El criterio de Derjaguin, para coloides de bajo potencial superficial es:

    mA

    Dd d 1 mm. Para partculas pequeas d

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    : coeficiente de la capa lmite.

    : viscosidad cinemtica = /

    Estas ecuaciones, permiten calcular la velocidad de sedimentacin para una sola partcula.

    Si es el caso de una suspensin, entonces existen modificaciones a estos

    valores que, toman en cuenta la concentracin de la suspensin y adems la forma de la partcula.

    5.2.3. Coagulacin y Floculacin

    Coagulacin es el fenmeno de agregacin de las partculas coloidales, bajo la influencia de un electrolito (producida por la reduccin de las fuerzas repulsivas electrostticas). Se forman agregados compactos.

    Floculacin, es un proceso de agregacin de partculas aisladas en conjuntos mayores, pero en este caso es provocada por reactivos orgnicos que se adsorben en la superficie de las partculas provocando hidrofobicidad. Son agregados libres o abiertos.

    (a) Coagulacin: reduccin de la doble capa que permite acercamiento de las partculas a una distancia tal que las fuerzas de Van der Waals son importantes.

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    (b) Floculacin, formacin de una superficie hidrfoba sobre las partculas.

    Fig.: 5.12. a) Coagulacin b) Floculacin

    Sobre la superficie, al agregar reactivos orgnicos pueden existir sitios lifilos y lifobos (cubiertos con el reactivo orgnico).

    Esta adsorcin en las partculas minerales, y la efectividad del polmero adsorbido para promover la floculacin, depende de una gran cantidad de propiedades del polmero tales como peso molecular, naturaleza y concentracin de grupos fun-cionales y configuracin y propiedades de la solucin como fuerza inica y poder de solubilizacin del polmero.

    Las fuerzas responsables de la adsorcin resultan principalmente de 3 tipos

    de uniones: electrosttica, y enlaces covalentes e hidrgeno. La predominancia de cual quiera de ellos depende del sistema particular polmero/mineral y del medio acuoso.

    En este sentido, las poliacrilamidas que contienen grupos +3NH y grupos COO- , son buenos floculantes para casi todas las suspensiones, si predomina la unin electrosttica.

    La floculacin se produce solo cuando existen cantidades ptimas de

    reactivos. Si la concentracin de estos es demasiado grande, la accin se invierte y el sistema se hace ms estable. El ptimo se obtiene cuando la adsorcin forma slo una cobertura parcial de la superficie, y as dejando un extremo libre del floculante para interaccionar con otra partcula.

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    Si hay un exceso de floculante esta interaccin se inhibe.

    Tambin, la floculacin es eficiente cuando el floculante y las partculas

    tienen cargas pequeas y de signo diferente. La formacin de flculos ayuda en los procesos de sedimentacin y

    filtracin (se obtienen sedimentos ms porosos y as es ms fcil eliminar el agua). Reactivos Floculantes:

    Son compuestos multimoleculares que se obtienen por sntesis orgnica a base de almidn.

    Molcula almidn.

    Los productos de hidrlisis del almidn son: dextrina, maltosa, glucosa.

    Otra molcula floculante es la carboximetil celulosa: CH2OCH2COONa.

    Entre los reactivos sintticos la poliacrilamida es una de las ms usada:

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    Estas poliacrilamidas, pueden ser parcialmente hidrolizadas, de modo que

    una parte de los grupos -CONH2 es reemplazada por grupos -COONa, y as, en agua, las macromoleculas contienen grupos COO- y CONH3+.

    Los compuestos aninicos tpicos son los poliacrilatos de sodio.

    O los polimetilacrilatos:

    La coagulacin puede ocurrir, en general para partculas de un mismo tipo

    (homocoagulacin) o para partculas de diferente naturaleza (heterocoagulacin). En el caso de homocoagulacin; puede llegar a ocurrir, sobre una cierta

    concentracin de la solucin del agente que se adsorbe selectivamente, que se invierta el potencial zeta (sto ocurre principalmente con iones multivalentes) y aumentando hasta valores muy grandes y as causar la dispersin de las partculas (dispersantes de ganga). Aunque su accin no est an determinada completamente (sulfato de sodio o calcio).

    En el caso de heterocoagulacin, tiene que suceder la agregacin de partculas diferentes. La forma ms fcil que ello ocurra es lograr que un tipo de partculas tenga signo contrario del otro tipo. 1 y 2 de signo contrario, y se tiene que la mxima coagulacin ocurrir cuando los dos coloides se mezclan a un pH

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    intermedio entre sus puntos isoelctricos. Si se quiere que se dispersen los tipos de partculas, entonces se selecciona un pH tal que los dos tipos tengan el mismo signo (Floculacin selectiva). Agregacin o dispersin selectiva:

    Esta propiedad depende del grado de liberacin de cada partcula individual y de la adsorcin de floculante en una o ms, pero no todas las partculas.

    La separacin de las partulas floculadas, de las no floculadas, puede

    lograrse usando tcnicas convencionales tales como flotacin, elutriacin o sedimentacin, tratando de producir el mnimo de redispersin de los flculos durante el proceso.

    Esta interaccin selectiva (agregacin o dispersin) puede sugerir varios

    criterios:

    Las partculas podran tener una carga similar a varios otros tipos de los minerales presentes tal que no existe agregacin entre ellos. (la magnitud de la energa repulsiva sea mayor que la energa atractiva). El potencial zeta de las partculas debera ser mayor que 15-20 mV.

    |1| y |2| > 15 20 mV ; 1 / 2 > 0

    La carga en las partculas a ser agregadas, debera ser tal que la energa

    repulsiva entre ellas sea menor que la energa atractiva. Para ello el potencial zeta para estas partculas, despus de la adsorcin del coagulante o floculante, sea menor que 15 mV ( 1 < 15 mV).

    La adsorcin de coagulante o floculante debe ser selectiva. En este sentido,

    debera ser suficiente tener diferencias slo en la velocidad de adsorcin de reactivos de los componentes del mineral. As se debe optimizar la adicin de los polmeros y su concentracin.

  • Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica

    Curso: Fsico qumica de superficies

    Para inducir la selectividad se usan polmeros, dispersantes y activadores. La adsorcin selectiva de polmeros, puede alcanzarse ajustando la

    composicin qumica del medio, y as, el potencial superficial del mineral, o introduciendo en el polmero grupos activos que forman complejos o sales con las especies del mineral deseado (se forman enlaces covalentes, como en el caso de algunos aditivos de flotacin).

    Fig.: 5.13. Efecto de la concentracin de xantato.

    Fig 5.14. Efecto del grupo activo en la sedimentacin de cuarzo.

    % slido sedimentado

  • Plan especial de Ingeniera Civil Metalrgica

    Curso: Fsico qumica de superficies

    5.2.4. Activadores y Dispersantes

    Cuando existen partculas muy finas de ganga en el mineral, ellas pueden atrapar a las partculas mineralizadas, y as reducir la selectividad de la floculacin.

    En estos casos se conoce el efecto de aditivos que pueden acomplejar a los

    iones disueltos en la solucin o adsorberse en la partcula mineral en forma selectiva. Por ejemplo para separar Hematita de cuarzo se usa un reactivo qumico

    llamado calgn (hexametafosfato de sodio) y fluoruro de sodio. Tambin para flocular minerales pesados se usa como dispersante sulfuro de sodio, poli fosfato o poli acrilatos.

    Estos reactivos deben, sin embargo, ser escogidos cuidadosamente para no

    afectar el proceso aguas abajo. Estas agregaciones pueden tambin obtenerse para formar agregados

    esfricos, en tambores o platos a la forma de agregados o pelets. En este caso se usan las propiedades de .puentes capilares entre las partculas recubiertas son surfactantes.

    En general, puede decirse que, al respecto de la floculacin y dispersin

    selectiva; esto es posible para casi todos los minerales: por e1 control de la composicin inica de la pulpa, pretratamiento y preacondicionamiento del mineral y por el uso de adecuados polmeros, activadores y dispersantes. Sin embargo, no se conocen exactamente todos los mecanismos que gobiernan tales procesos.