La arena de sílice baja en hierro es de gran demanda para la industria del vidrio, cerámica y alfarería, y para muchas de estas aplicaciones por completo, la arena blanca es adecuada. Las impurezas como arcilla, hierro, y minerales pesados incluyendo óxidos de zinc, granate, cromita, zircón, y otros minerales no deben ser presentes. El cromo, por ejemplo, no debe estar presente, aun en cantidades pequeñas para que la para arena sea aceptable para ciertos mercados. Los feldespatos y la mica son también pueden ser objetados. Generalmente, el contenido de hierro debe ser reducido de 0.030 % de Fe2O3 o menos.

La arena de sílice para vidrios, alfarería y la cerámica deben encontrarse dentro de las especificaciones y los esquemas de lavado estándar son inadecuados para encontrar estos requisitos. La arena para la industria del vaso debe contener no más de 0.03% de Fe2O3. Mesas de concentración pueden remover las partículas libres de hierro, pero las partículas manchadas con hierro y las partículas de características intermedias se limpian de métodos gravitacionales. La flotación ha sido muy exitosamente aplicada en la industria para adecuar arena para vidrio baja en hierro para cumplir con los requisitos ópticos. Las Máquinas de Flotación mecánicas son extensamente usadas en esta industria pues dan la selectividad deseada y se diseñan para resistir la pulpa corrosiva y también la acción abrasiva de partículas gruesas, granulares, y libres de lamas.

Diagrama de Flujo para Arena Silica

El diagrama de flujo ilustra los métodos más comunes de beneficiación de arena Silica. La sílice puede ser obtenida de depósitos secos de arena, arenisca y depósitos húmedos de arena. Métodos especiales de manipuleo son aplicables en cada caso.

DEPOSITOS DE ARENISCA

La sílice asociada a la arenisca de ser extraída de la mina en forma similar a una operación minera de roca. El mineral extraído es reducido de tamaño por una Chancadora de Mandíbula hasta aproximadamente 1 » dimensione para una operación de pequeño tonelaje. Para operaciones de gran tonelaje se requiere de un circuito de chancado de dos etapas.

El mineral chancado se reduce al tamaño natural del grano de arena por una molienda en barras. Generalmente, una pasada a través del Molino de la Barras es suficiente. La molienda se hace en húmedo en diluciones en exceso a la práctica normal. Un trommel en la descarga del molino remueve la fracción menor a 20 mallas, la cual es descartada. La fracción menor a 20 mallas

Tajo Abierto de Arena (Seco)

La arena de tales depósitos es generalmente cargada en camiones y transportada seca para la planta. Es alimentada a un cedazo vibrante con suficiente agua para lavar la arena a través de una malla de 20 mesh. El agua de lavado se usa para limpiar el material de sobre tamaño. La fracción menor a 20 mallas es el producto que continua el tratamiento.

Tajo Abierto de Arena (Húmedo)

Si el depósito de arena esta debajo del nivel de agua debe efectuarse un minado hidráulico. Usualmente se usan equipos de dragado.

Clasificación Primaria

La pulpa de arena y el agua de uno de los tres métodos de menciones es clasificada o se elimina parte de su contenido de agua. Esto puede hacerse convenientemente por ciclones o por clasificadores mecánicos en espiral o de rastrillo.

Atrición

De clasificación de la arena a 70 – 75 % de sólidos, es introducido en un equipo de Atrición para la remoción de partículas superpuestas sobre la superficie de los granos de arena. Esto se hace por la fricción de los granos de arena húmedos uno contra de otro, en una pulpa de alta densidad. La mayor parte del trabajo se hace entre los granos de arena – no contra las hélices que se hallan bajo rotación.

Pues este trabajo las hélices se recubren con poliuretano u otro recubrimiento plástico. La velocidad periférica es relativamente baja, pero hay que introducir suficiente potencia la masa entera en movimiento para no tener perdidas de movilidad. El grado de limpieza de la superficie la presencia de manchas de óxido de hierro determinará el tiempo de retención requerido en el equipo.

Clasificación Secundaria

La arena luego de pasar por la máquina de atrición es diluida con agua hasta 25-30% de sólidos y bombeado para un segundo set de ciclones para más deslamado y remoción de las lamas liberadas. En algunos casos, la arena en este punto presenta un bajo contenido de óxido de hierro. En este caso, la descarga gruesa del ciclón es el producto final.
Las arenas de mayor dificultad pueden requerir dos etapas de atrición con la separación de lamas entre etapas.

Acondicionamiento y Flotación

La arena deslamada conteniendo mica, feldespato, y los minerales de hierro pueden ser exitosamente limpiados para las especificaciones en celdas mecánicas de flotación. Generalmente esto se hace en un circuito ácido. El condicionamiento con H2SO4 y con colectores de hierro más efectivos en una densidad alta como 70-75% de sólidos. Para minimizar el condicionamiento y asegurar la correcta adición de reactivos en dos etapas se usan las partes bajo agitación y estáticas con recubrimientos de goma. Esta unidad tiene dos tanques y el mecanismo de agitación se mueve con un motor.

La pulpa condicionada es diluida con agua a 25-30% de sólidos y se envía una celda de flotación especialmente diseñada para trabajar en ambiente abrasivo, y libre de lamas. La construcción es resistente al ambiente acido en la mayoría de los casos ya que las pulpas pueden ser corrosivas de la presencia de ácido sulfúrico. Un pH de 2.5-3.0 es común. La construcción con caucho moldeado y acero inoxidable 304 o 316 acero inoxidable son usualmente usados en la construcción. En la etapa de flotación las impurezas son flotadas y se descartan. La arena limpia, y libre de contaminantes se descarga de la celda como colas.

Deslamado Final

Tal como se mencionó, los relaves contienen de 25 a 30% de sólidos y transportan arena de sílice limpia. Una Bomba envía la pulpa a un clasificador final para reducir el contenido de agua. Un clasificador mecánico es generalmente preferible para esta etapa ya que la arena puede tener de 15 a 20% de humedad, y puede ser transportada hacia una tolva de almacenamiento o formar una pila. En algunos casos la arena es bombeada directamente a las tolvas, siendo en tales casos que sería preferible colocar un ciclón en el circuito para eliminar parte del agua. Los filtros de arena pueden colocarse en la parte superior para eliminar una mayor cantidad de agua.

Secado

En las plantas donde sílice fina debe ser producida, el secado es necesario. El secado se hace en un secador rotativo, empleando petróleo o gas.

Una molienda seca a menos 100 o menos 200 mallas se hace en molinos con forros de sílice o material cerámico, y se usan como medios de molienda cerámicos de alta densidad o bolas de material cerámico. Esto evita cualquier contaminación de hierro proveniente de medios de molienda de acero.

En algunos casos puede ser necesario colocar separadores magnéticos de alta intensidad antes de la molienda para quitar los últimos rastros de hierro que puedan haberse liberado en las etapas de atrición y/o flotación. Escama de hierro y otras partículas de hierro son también removidas por el separador magnético

Resumen del Procesamiento de Arena Silica

En general la mayoría de arenas de sílice pueden ser procesadas para estar bajo las especificaciones aceptables y el diagrama de flujo mostrado es una buena opción de tratamiento. El costo de reactivos de flotación es bajo, estando su consumo en relación directa con el grado de sílice y el contenido de impurezas. Si los feldespatos y la mica también deben ser removidos, el costo de los reactivos se incrementará.

Un programa de pruebas de laboratorio se aconseja para determinar las etapas requeridas para el tratamiento. A menudo, la atrición y el deslamado producirá arena de sílice de muy bajo contenido de hierro y que es adecuada para la industria del vidrio. Pruebas discontinuas y pruebas en una instalación piloto son recomendable para evaluar el comportamiento de la arena y determinar el tamaño exacto de equipo requerido y las combinaciones de reactivo más económicas.

La arena de sílice para vidrios, alfarería y cerámica deben encontrarse bajo especificaciones rígidas y los esquemas de lavado generalmente son inadecuados para encontrar estos requisitos. La arena para la industria del vidrio debe contener no más de 0.03% de Fe2O3. Las Mesas de concentración separan las partículas de hierro, pero las partículas de hierro manchadas y las partículas intermedias no se separan con métodos gravitacionales. La flotación ha sido muy exitosamente aplicada en la industria para fabricar vidrio con bajo contenido de hierro aceptable para usos ópticos.

Las celdas de flotación mecánicas son ampliamente usadas en esta industria pues dan la selectividad deseada y se construyen para resistir la pulpa corrosiva que suele encontrase en estos circuitos (los circuitos ácidos) y también la acción abrasiva de la sílice gruesa, granular, y libre de lamas.

Diagrama de Flujo para el Tratamiento de Arena Silica

El diagrama de flujo ilustrado es típico para la producción de arena sálica para vidrio usando un circuito de flotación. Los tonelajes generalmente son variables, por ejemplo, 30 para 60 toneladas por hora. La mayoría de depósitos de arena pueden ser manipulados por medio de una draga y la arena bombeada para la planta de tratamiento. Los depósitos de la piedra arenisca están también siendo tratados y pueden requerir métodos elaborados de minería, vías aéreas, trituradoras, y molienda húmeda. Los molinos de barras con descarga por parrilla sirven para la molienda húmeda para hacer más pequeña las partículas de piedra arenisca antes que los granos de arena se pierdan. El molino de barras reemplaza en este caso la acción del molino de bolas.

Lavado y Deslamado

La arena sílice bombeada del tajo se envía a un circuito de clasificación donde hay una zaranda, ya sea estacionaria, giratoria o vibratoria, para quitar el material grande. La fracción de material pasante es lavada y se elimina parte de su contenido de agua, empleándose generalmente en un clasificador espiral. Algunas veces un clasificador del tipo rastrillo también pueden servir para este servicio. Limpiar los granos de arena puede ser necesario para y se puede usar un lavador de servicio pesado equipado con un sistema de agitación. Esta unidad está ubicada antes del lavado en caso se requiera. El rebose del clasificador conteniendo el agua excedente y las lamas es considerado un producto de desecho. El espesamiento del material descartado puede necesario para recircular el agua y llevar los relaves a un sitio adecuado.

La arena lavada y con un menor contenido de agua es llevada a una tolva de almacenamiento ubicada antes del circuito de flotación. Tiene mucha importancia entregar una alimentación estable a flotación ya que la dilución, los reactivos y el tiempo de residencia determinan la eficiencia del proceso.

La alimentación de la arena húmeda a una tasa uniforme es un problema. En algunos casos la arena puede ser alimentada uniformemente por medio de una faja transportadora o con un alimentador de tipo vibratorio. Los vibradores en el depósito o tolva de almacenamiento también pueden ser necesarios para garantizar movimiento uniforme de la arena hacia el alimentador. En algunos casos la arena húmeda es removida del depósito por medios hidráulicos y bombeada para un clasificador de tipo espiral para eliminar más agua antes de ser llevada a la siguiente etapa de procesamiento.

Acondicionamiento

El condicionamiento de la arena con reactivos es el paso más crítico durante el proceso. Generalmente, para la mayor eficiencia, hay que efectuar el acondicionamiento en la máxima densidad. Es por esta razón la arena debe ser dada a los agitadores o los acondicionadores con una mínima cantidad de humedad. El acondicionamiento a una alta densidad de 70% a 75% de solidos es usualmente necesaria para una eficiente acción de los reactivos sobre los minerales que son impurezas, y de esta manera flotarán fácilmente cuando sean introducidos en la máquina de flotación.

El acondicionador de Dúplex de Servicio Pesado usado en el procesamiento por flotación de fosfato, feldespato, ilmenite, y otros minerales no-metálicos es ideal para esta aplicación. Una unidad dúplex es necesaria para proveer el tiempo correcto de contacto. Los tanques con revestimiento se usan para resistir las condiciones ácidas de la pulpa y los ejes de acondicionador y las hélices están cubiertos con jebe para resistir la acción abrasiva y corrosiva de la arena y los reactivos.

Reactivos de Flotación

Los reactivos son adicionados a los acondicionadores, una parte al primero y el balance para el segundo tanque de la unidad dúplex a fin de flotar las impurezas presentes en la pulpa de arena sílice. Estos reactivos son petróleo, ácido sulfúrico, aceite de pino, y un sulfonato de petróleo. Estos se eligen considerando que las impurezas son primordialmente óxidos. Si el hierro está presente en forma de sulfuro, un xantato es necesario para correctamente activar y flotarlos. La pulpa está usualmente regulada con ácido sulfúrico para dar un pH de 2.5-3.0 para los mejores resultados de la flotación.

Un reactivo de costo bajo es necesario por el valor no muy alto de la arena limpia. Hay también que seleccionar una combinación de reactivos que flotaran una mínima cantidad de arena con las impurezas. Es común considerar una recuperación de arena limpia cerca de 95%. Los reactivos grasosos de ácidos grasos y una cierta cantidad de aminas tienen tendencia a flotar demasiado de la arena junto con las impurezas y son por consiguiente usualmente evitados.

Flotación

Después del acondicionamiento a 70-75% de sólidos la pulpa es diluida 25-30% de sólidos y es introducida en las celdas de flotación para la remoción de impurezas en el producto de las espumas. La pulpa es ácida, pH 2.5 a 3.0, y la arena, al ser granular y libre de lamas tiende a asentarse y puede encontrarse este problema en el circuito de flotación.

Las celdas de flotación mecánicas han tenido mucho éxito en la flotación de arena sílice porque eficazmente controlan el posible asentamiento de la arena y mueven la pulpa de una celda a otra de manera positiva. La aeración, la agitación y la selectividad debido a la zona superior tranquila pueden regularse para producir la separación deseada. La máquina se construye con un tanque de acero forrado con jebe moldeado para que las partes expuestas puedan resistir la acción corrosiva de la pulpa ácida. Los impulsores de tipo cónico con recubrimiento de jebe son preferidos para tratar una arena gruesa, granular, y abrasiva.

El tiempo de flotación para la remoción de impurezas es usualmente pequeño. Se recomienda de 4 a 6 celdas en un banco. Por ejemplo, una celda No. 24 (43 x 43) es apropiada para tratar de 25 para 30 toneladas de arena por hora. Si las impurezas están en forma de sulfuros una máquina estándar con tanque de acero y forrado con jebe las partes usuales es solamente necesario.

Procesamiento de la Arena Limpia

Los relaves de la etapa de flotación contienen de 25 a 30% de sólidos constituyen la arena limpia y deben ser sometidos a dos etapas de eliminación de agua. Inicialmente se puede usar un clasificador para eliminar parte del agua y luego puede ser enviado al almacenamiento o secamiento. Los filtros de vacío se usan a menudo para quitar humedad antes del secador. La molienda en seco de la arena se puede considerar para tener un producto adecuado para la comercialización, específicamente para su uso en cerámica y alfarería.

Resultados de Pruebas de Laboratorio

Los resultados típicos de pruebas de laboratorio son los siguientes:

Esta arena en particular fue 100% menos 20 mallas con trazas menos 200 mallas y 70% mayor a 65 mallas. La impureza de hierro fueron óxido y granos de sílice con manchas de óxidos. La planta que fue instalada en base a los resultados de este trabajo experimental obtuvo una recuperación en peso de 95% y un producto con no más de 0.02% de Fe2O3 el cual a veces fue tan bajo como 0.01% de Fe2O3.

Tratamiento de Arena Sílice

Especificaciones de Mercado

El tratamiento se orienta a la producción de arena sílice de alta calidad por la eliminación de impurezas. La especificación típica es la siguiente:

SiO2, minimo………………………………………………………99.8 %
Al2O3, maximo……………………………………………………..0.1 %
Fe2O3, maximo…………………………………………………..0.02 %
CaO + MgO, máximo……………………………………………..0.1 %

En ciertos casos un contenido máximo de Fe2O3 de 0.03% es aceptable

Problemas de Producción

Los depósitos naturales de arena sílice generalmente contienen impurezas minerales como arcilla, mica, y óxido de zinc y minerales pesados de hierro que no se pueden separar de manera suficiente por lavado y por concentración gravimétrica. La flotación se usa a menudo para quitar estas impurezas para que el producto cumpla con las especificaciones de mercado.

La atrición, deslamado, y agitación a una alta densidad con los reactivos son un paso importante para la remoción de las impurezas por flotación.

Combinaciones de Reactivos

Los reactivos de Tipo Aniónico tal como los ácidos grasos, se usan para flotar algunas impurezas en una pulpa alcalina. Los reactivos de Tipo Catiónico tal como aminas o acetatos de amina son también usados con ácido sulfúrico o ácido fluorhídrico para flotar impureza y deprimir la sílice.