Depresión de hematita verde para separación por flotación selectiva inversa del cuarzo mediante goma de algarroba

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 8980 (2023) Citar este artículo

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La flotación catiónica inversa es actualmente la principal técnica de procesamiento para mejorar la hematita fina a partir de silicatos. La flotación se conoce como un método eficiente de enriquecimiento mineral que se ocupa de productos químicos posiblemente peligrosos. Por lo tanto, el uso de reactivos de flotación ecológicos para dicho proceso es una necesidad emergente para el desarrollo sostenible y la transición verde. Como enfoque innovador, esta investigación exploró el potencial de la goma garrofín (LBG) como depresor biodegradable para la separación selectiva de hematita fina del cuarzo mediante flotación catiónica inversa. Se llevaron a cabo varias condiciones de flotación (microflotación y flotación discontinua), y los mecanismos de adsorción de LBG se examinaron mediante diferentes análisis (medición del ángulo de contacto, adsorción superficial, mediciones del potencial zeta y análisis FT-IR). El resultado de la microflotación indicó que el LBG podría deprimir selectivamente las partículas de hematita con un efecto insignificante sobre la flotabilidad del cuarzo. La flotación de minerales mixtos (mezcla de hematita y cuarzo en varias proporciones) indicó que el LGB podría mejorar la eficiencia de separación (recuperación de hematita > 88%). Los resultados de la humectabilidad de la superficie indicaron que incluso en presencia del colector (dodecilamina), el LBG disminuyó el trabajo de adhesión de la hematita y tuvo un ligero efecto sobre el cuarzo. El LBG se adsorbió selectivamente mediante enlaces de hidrógeno en la superficie de la hematita según varios análisis de superficie.

Debido a las importantes demandas de hierro y acero en diversas industrias, los minerales de óxido de hierro finamente diseminados de baja ley con mineralogía compleja se han contabilizado como recursos de hierro y se han procesado con diferentes técnicas de mejora1. Estaba bien documentado que la separación por flotación inversa (catiónica/aniónica) es la práctica de procesamiento más completa para enriquecer minerales de hematita de baja ley, en la que las liberaciones minerales ocurren en fracciones finas2,3. Los silicatos, las fases de ganga más típicas, flotarían en colectores catiónicos/aniónicos, y la hematita debería ser deprimida por depresores4,5,6. Sin embargo, se debe alimentar un volumen masivo de materiales a los circuitos de flotación para mejorar la hematita a partir de estos minerales de baja ley, que requieren una cantidad sustancial de reactivos. Estos hechos surgen del uso de productos químicos de flotación selectivos y ecológicos durante todo el proceso, lo que mejora la eficiencia del proceso y reduce los posibles problemas ambientales7,8. Por lo tanto, se han llevado a cabo varias investigaciones para explorar un enfoque ecológico para mejorar los minerales de hematita de baja ley considerando depresores biodegradables ecológicos1,9,10,11,12,13,14,15,16,17.

Se han examinado con éxito para tal fin diferentes depresores como el almidón18,19,20,21, la dextrina9,10,17, la carboxilmetilcelulosa12,13, los ácidos húmicos14,15 y el tanino16. Estos estudios indicaron que el desarrollo de depresores respetuosos con el medio ambiente para la separación de hematita por flotación inversa facilitaría la transición verde hacia el desarrollo sostenible y la producción más limpia. Por lo tanto, es esencial examinar varios depresores biodegradables, como los basados en polisacáridos, los polifenólicos y los lignosulfonato, para detectar la depresión de la hematita y explorar sus mecanismos de adsorción mediante separación selectiva.

La goma garrofín (LBG) es un hidrocoloide extraído del árbol Ceratonia siliqua, también conocido como algarrobo, y es ampliamente utilizado en la industria alimentaria22. LBG es un polisacárido galactomanano de alto peso molecular y tiene estructuras monoméricas similares a las de la goma guar y la goma de tara23. El LBG se ha utilizado con éxito como depresor para la separación por flotación de calcopirita de varios minerales (Tabla 1). Se informó que el LBG podría ser deprimido selectivamente por minerales de sulfuro (esfalerita, pirita y galena) y talco. LBG desactiva la superficie del talco mediante adsorción física, principalmente impulsada por enlaces de hidrógeno. Estiraría el plano de corte de la doble capa eléctrica sobre la superficie de las partículas de talco y reduciría la magnitud de su carga eléctrica24. Por el contrario, mostró adsorción química en la superficie de la esfalerita mediante interacción con los productos de oxidación25. También se documentó que el LBG mostró fisisorción en la superficie de pirita y galena, mientras que esta adsorción fue más débil en las partículas de calcopirita23,26. Sorprendentemente, no se ha informado sobre la aplicación de LBG como depresor selectivo para la separación por flotación de hematita-cuarzo.

Por lo tanto, como un enfoque novedoso, este estudio examinará las propiedades de depresión de LBG para la separación por flotación de hematita a partir de cuarzo durante la flotación catiónica inversa (mediante dodecilamina (DDA) como colector). Inicialmente se llevaron a cabo experimentos de microflotación de un solo mineral para revelar los efectos del LBG en la depresión de la hematita. Se utilizaron varias mezclas sintéticas de hematita y cuarzo para explorar la selectividad del proceso. La humectabilidad de los minerales se exploró en ausencia y presencia de LBG y se evaluó mediante mediciones del ángulo de contacto en varias concentraciones de colectores. Se realizó una caracterización de la superficie para identificar el mecanismo de adsorción de LBG en ambas superficies del material.

Se recolectaron minerales de hematita y cuarzo de diversas minas en las provincias de Kerman y Bandarabas, respectivamente. Para triturar muestras a granel se utilizó una trituradora de mandíbulas y un molino en seco. Las partículas finas se tamizaron y se aplicó la distribución de tamaño de partícula de -75 + 38 μm para microflotación. Los d80 de hematita y cuarzo fueron 58 y 62 m\(\upmu\), respectivamente. La muestra de hematita no era completamente pura y se enriqueció con una separación magnética, seguida de una mesa Mozley para mejorar el grado de hierro y eliminar impurezas. Las muestras se caracterizaron y analizaron mediante difracción de rayos X (XRD) utilizando un D8 Advance AXS Bruker y fluorescencia de rayos X (XRF) utilizando un Perkin Elmer Optima 4300 XRF. Los espectros XRD de las muestras de hematita y cuarzo (Fig. 1) han confirmado la pureza de los minerales. El análisis XRF verificó la pureza relativamente alta de las muestras, el contenido de hierro de la muestra de hematita es del 95,5% y el contenido de sílice de la muestra de cuarzo es del 97,75% (Tabla 2).

Análisis XRD de las muestras de hematita y cuarzo.

LBG (peso molecular 226,66 g/mol, grado Aldrich, <20 mm) como depresor de hematita se adquirió de Pishgaman Company en Teherán, Irán. LBG estaba disponible como un polvo blanco sólido a temperatura ambiente (Fig. 2). Dado que el LBG es un tipo de polisacárido, no se disuelve bien en agua a 20-30 °C. Por tanto, requiere una preparación previa23,25,26,27. Para la preparación, se mezcló polvo de LBG con hidróxido de sodio y agua destilada en un matraz cónico de 250 ml y se colocó en una placa calefactora, agitando continuamente con un agitador magnético hasta obtener un líquido opaco homogéneo.

Fórmula estructural de la goma garrofín22.

Como recolector se consideró dodecilamina CH3(CH2)11NH2. Debido a que las aminas de cadena larga son sólo ligeramente solubles en agua, se disolvieron usando ácido clorhídrico29. Cabe señalar que para preparar el colector y el modificador de pH se utilizó HCl (ácido clorhídrico), y también se utiliza NaOH como regulador de pH. Todas las soluciones se prepararon con concentraciones específicas utilizando agua destilada.

Las pruebas de microflotación para los minerales puros individuales se llevaron a cabo en un tubo Hallimond de 80 ml. La velocidad fija del agitador mecánico y la tasa de aireación fueron 650 rpm y 100 ml/min, respectivamente. En todos los experimentos, se mezclaron en el tubo 1,0 g de minerales puros y alrededor de 75 ml de agua destilada y se acondicionaron durante 1 min con agitación constante. El pH de la solución se fijó en 10. Después de eso, se agregaron el depresor (durante 3 min) y la solución colectora (durante 1 min), respectivamente. Finalmente se realizó la flotación durante 1 min. El nivel de pH se controló durante todo el proceso de acondicionamiento. El producto de flotación se secó en un horno a 50 °C y se pesó con precisión antes de su caracterización adicional. Cada condición mediante pruebas de microflotación se repitió cinco veces para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

La prueba de la mezcla mineral se llevó a cabo en una proporción de masa de 75:25 "hematita:cuarzo". La prueba de flotación discontinua se realizó utilizando una celda de flotación de laboratorio Denver D12 de 1 litro. El porcentaje de sólidos y la velocidad de agitación se fijaron en 30% y 1100 rpm, respectivamente. El caudal de aire fue de 5 L/min. Las concentraciones de colector y depresor se utilizaron a 150 y 300 g/t, respectivamente. Se consideraron los mismos tiempos de acondicionamiento y adición de reactivos que las pruebas de microflotación, mientras que el tiempo de flotación fue de 2 min. Los productos de espuma y las colas se secaron en un horno a 50 °C y se pesaron con precisión antes de su posterior caracterización. La recuperación se calculó en base al peso seco (Ec. 1) y análisis químicos. Los experimentos se llevaron a cabo por duplicado, reportándose los valores promedio. Además, se proporcionó un mineral real (Fe total 46,67%, SiO2 13,7%, P 1,7%), se molió en seco y se realizaron experimentos similares para evaluar la capacidad de depresión de la goma de algarroba.

donde f, t y c son grados de Fe en el alimento, la cola y el concentrado.

Se realizaron mediciones del ángulo de contacto para caracterizar la humectabilidad superficial de los minerales tanto en ausencia como en presencia de reactivos. Se utilizó el método de gota sésil (SDM) para determinar el ángulo de contacto utilizando el goniómetro DSA25 (proporcionado por Kruss, Alemania). La superficie de la placa de minerales fue preacondicionada con reactivos de flotación. Posteriormente, utilizando una jeringa de vidrio y una aguja con diámetros de 0,510 y 0,487 mm, se depositó suavemente una gota de agua sobre la superficie del mineral para determinar el ángulo de contacto. Todas las mediciones se tomaron a temperatura ambiente. El software Kruss mide automáticamente los puntos de contacto trifásicos del sistema entre la línea base y la forma de burbuja ajustada para proporcionar una medición precisa del ángulo de contacto. Debido a que pueden ajustarse a los límites de las burbujas y a la línea de base, se utilizaron los modelos de ajuste de Young-Laplace, elipse y círculo. . En general, se sabía que Young-Laplace es el modelo más confiable para medir ángulos pequeños, mientras que el ajuste de elipse es más preciso para calcular ángulos de contacto mayores, que a menudo superan los 40°. Los ángulos de contacto de la hematita y el cuarzo se midieron con y sin LBG (300 mg/L). Utilizando varias concentraciones de DDA (0, 5, 30, 50 y 75 mg/L). El trabajo de los valores de los coeficientes de adhesión y extensión se calcularon con base en las Ecs. (2) y (3) utilizando las medias de los ángulos de contacto medidos y sus desviaciones estándar para cada condición experimental.

donde Wa, S, θ y γLV representan el trabajo de adhesión (erg/cm2), el coeficiente de dispersión (erg/cm2), el ángulo de contacto (°) y la tensión superficial del agua (mN/m) en el orden.

Para los estudios de adsorción se utilizó la técnica de agotamiento de la solución. En este procedimiento, se añadió 1,0 g de cada mineral puro a una solución de 40 ml que contenía una determinada concentración de LBG y luego se ajustó el pH al nivel deseado. Durante 2 h a temperatura ambiente, los matraces se agitaron a 220 rpm. Los matraces se dejaron reposar (quietos, sin agitar) durante 1 h para permitir que los sólidos suspendidos se sedimentaran naturalmente. Se utilizó una pipeta de 25 ml para eliminar el sobrenadante, que luego se centrifugó durante 15 minutos a 6000 rpm en una centrífuga de laboratorio. Luego se utilizó el espectrofotómetro Helios Alpha UV-Vis de Thermo gamma metric para medir el contenido restante de LBG a una longitud de onda de 279 nm. La diferencia entre las concentraciones original y residual se usó para calcular la adsorción de LBG en las superficies minerales (Ec. 4).

donde C1 y C2 representan la primera y última concentración de LBG (mg/L), respectivamente. qe es la capacidad de adsorción en equilibrio del adsorbente (mg/g), V es el volumen de la solución (L) y m es el peso de los minerales (g). Se aplicaron las isotermas de adsorción de Freundlich y Langmuir para comprender los mecanismos de adsorción de LBG en la superficie del mineral (ecuaciones 5 y 6, respectivamente). Se determinaron los factores n y KF para la isoterma de adsorción de Freundlich y los factores qm y KL para la isoterma de adsorción de Langmuir, respectivamente.

El potencial zeta en la superficie del mineral se midió utilizando un Zetasizer Nano ZS. Las mediciones del potencial zeta se realizaron a valores de pH de 2, 4, 7, 9, 10 y 11 en presencia de 300 mg/L de LBG y su ausencia. Se añadió 1 g de muestra mineral a 100 ml de solución preacondicionada. Se utilizó agitación magnética para acondicionar la suspensión. El nivel de pH fue monitoreado y mantenido durante el acondicionamiento. Se colocó un electrodo medidor de pH digital dentro de la solución durante el acondicionamiento y se comprobó continuamente el nivel de pH. La suspensión se dejó reposar durante 5 minutos para que las partículas sedimentaran. Se tomó una muestra de sobrenadante de 3 ml y se utilizó para determinar el potencial zeta. Los resultados de todas las pruebas, realizadas a temperatura ambiente, fueron la media de tres mediciones separadas.

Se aplicó la espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para descubrir las estructuras moleculares y los grupos funcionales en la superficie de minerales individuales puros antes y después del acondicionamiento con LBG. Para acondicionar las muestras, se añadió 1,0 g de cada muestra pura a una solución acuosa que contenía 300 mg/l de LBG y luego las muestras se acondicionaron durante 6 h (pH 10). Las partículas se filtraron y se secaron durante 24 h a temperatura ambiente. A la muestra mineral se añadió 1% en peso de KBr (bromuro de potasio). También se analizaron los espectros de minerales puros (sin tratar) para hacer una comparación.

Se sabe comúnmente que la separación por flotación inversa de hematita del cuarzo tiene lugar a un pH de 1030. Los resultados de la prueba de microflotación (Fig. 3) a una concentración de DDA de 30 mg/L mostraron que la recuperación de cuarzo y hematita fue del 94 y 75 %, respectivamente. . La recuperación de cuarzo y hematita no cambió significativamente hasta que la concentración de DDA alcanzó 75 mg/L. Los resultados de la microflotación revelaron que sin la adición de LBG, cuarzo y hematita, ambos flotarían incluso con una concentración baja de DDA (Fig. 3). Sin embargo, al agregar y aumentar la concentración de LBG, la flotabilidad de la hematita se redujo significativamente (Fig. 4). Mientras que la flotabilidad y recuperación del cuarzo mostraron una disminución insignificante (Fig. 4). La dosis de LBG se fijó en 300 mg/l ya que la depresión de la hematita no mejoró notablemente por encima de esa cifra.

Efecto del DDA sobre la flotabilidad de hematita pura y cuarzo en ausencia de depresor a pH = 10.

Efecto del LBG sobre la flotabilidad de hematita y cuarzo puros (en presencia de colector; 30 mg/L de DDA) a pH = 10.

Se realizó una prueba de flotación discontinua con una relación de masa de 75:25 "hematita:cuarzo" (Fig. 5). Los resultados de la flotación por lotes destacaron que la ley de Fe, la recuperación de Fe y la recuperación de Si en el concentrado fueron 56,6, 88,1 y 37,5%, respectivamente. Estos resultados generalmente coincidieron con las investigaciones anteriores, lo que indica que se podría obtener una ley y una recuperación razonables con una flotación de una sola etapa1,14,16. Estos hallazgos mostraron que el LBG podría deprimir selectivamente la hematita y mejorar la eficiencia de la flotación. Los experimentos con muestras de mineral reales indicaron que la recuperación de Fe a través de la etapa más áspera y más limpia sería del 85,41%.

Grado de Fe, recuperación de hierro y recuperación de Si del concentrado de hierro logrado a partir de la flotación de mezclas de hematita y cuarzo (en presencia de 150 g/t DDA, 300 g/t LBG y un valor de pH de 10).

La humectabilidad superficial del cuarzo y la hematita se investigó midiendo su trabajo de adhesión en función del ángulo de contacto en presencia y ausencia de LBG y en función de la concentración de DDA. Los resultados (Fig. 6a-d) mostraron que el aumento de la concentración del colector redujo el trabajo de adhesión de ambos minerales, lo que indica que el DDA disminuyó su energía superficial. Otros estudios también han reportado hallazgos similares donde los valores de Wa para soluciones acuosas disminuyeron a medida que aumentaba la concentración de colectores catiónicos31.

Parámetros de humectabilidad de cuarzo puro y hematita en presencia o ausencia de 300 mg/L de LBG a pH = 10 en función de la concentración de DDA.

Los resultados de humectabilidad fueron consistentes con los resultados de la microflotación, que demostraron que el aumento de la concentración del colector mejoró la flotabilidad de los minerales de cuarzo y hematita (Fig. 3). Lelis et al. (2019 y 2022) mostraron que la energía de la superficie del cuarzo se estaba volviendo significativamente menor que la de la hematita al aumentar las concentraciones del colector catiónico32,33. Estos datos ilustraron que el cuarzo tratado con LBG era más hidrofóbico. Los productos del coeficiente de dispersión, que muestran cómo un líquido se propaga sobre una fase sólida, mostraron un patrón comparable tanto para los minerales de cuarzo como para los de hematita. Se prefiere un valor alto de coeficiente de dispersión negativo para la separación por flotación34. Se indicó que la hidrofobicidad del cuarzo era considerablemente mayor que la de la hematita tratada con LBG, lo que apoyó los resultados de la prueba de microflotación. Los fenómenos observados en el estudio, donde el mineral de cuarzo exhibió una mayor hidrofobicidad que el mineral de hematita tratado con LBG, pueden atribuirse a que los iones DDA tienen una mayor atracción electrostática hacia la superficie de cuarzo que la superficie de hematita tratada con LBG. Esta atracción electrostática puede haberse mejorado aún más mediante la formación de enlaces de hidrógeno entre los iones DDA y los grupos silanol en la superficie del cuarzo32,35,36,37. Los resultados de humectabilidad de la superficie (Fig. 6a) también indicaron que la hematita tratada con LBG tuvo un mayor trabajo de adhesión que las muestras de hematita no tratada. Esta alta adhesión podría correlacionarse con una mayor afinidad de la hematita tratada con LBG por el agua. En otras palabras, incluso en presencia de DDA, el LBG deprimió significativamente la superficie de la hematita en comparación con el cuarzo. En presencia del colector, el coeficiente de dispersión de la hematita tratada con LBG demostró además que su superficie estaba completamente húmeda. Por otro lado, el cuarzo mostró una respuesta diferente (Fig. 6d), con niveles más bajos de extensión y adhesión en presencia de LBG que la hematita. Se encontró que la adición de LBG sólo cambiaba ligeramente la humectabilidad del cuarzo en presencia de DDA. Estos resultados respaldan los hallazgos de la microflotación, que mostraron que el cuarzo mostró una alta flotabilidad incluso cuando estaba presente LBG (Fig. 4).

Con base en la evaluación de la adsorción de LBG en las superficies de cuarzo y hematita, se encontró que el aumento de la concentración de LBG resultó en un aumento en la cantidad de LBG adsorbido en ambas superficies minerales (como se muestra en la Fig. 7). Sin embargo, la cantidad de LBG adsorbida en la superficie de hematita fue mucho mayor en comparación con la de la superficie de cuarzo, incluso en un amplio rango de concentraciones de LBG. Específicamente, cuando la concentración de LBG alcanzó 150 mg/L, la cantidad de adsorción de LBG en la superficie de hematita fue de 2,3 mg/g, mientras que en la superficie de cuarzo, fue de solo 0,57 mg/g a la misma concentración. Esto indica que el LBG tiene una interacción de adsorción más fuerte con la superficie de la hematita que con el cuarzo.

Cantidad de adsorción de LBG en hematita y cuarzo en función de la concentración de LBG a pH = 10 (tamaño de partícula: + 38–75 μm).

Además, los datos del equilibrio de adsorción se analizaron utilizando las ecuaciones de isoterma de Freundlich y Langmuir, y los resultados (como se muestran en la Tabla 3) indicaron que el modelo de isoterma de Langmuir era un ajuste más apropiado para declarar la adsorción de LBG en las superficies minerales debido a su mayor correlación. coeficientes. Además, se encontró que los valores qm de hematita y cuarzo eran 3,90 y 0,86, respectivamente, lo que sugiere que la interacción de LBG con hematita es significativamente más fuerte que con el cuarzo.

Las mediciones del potencial zeta (Fig. 8) indicaron que el IEP (punto isoeléctrico) del cuarzo desnudo y la hematita se produjo a pH 2 y aproximadamente 4,2, respectivamente. Valores similares fueron reportados en diversas investigaciones16,38,39,40,41. Los potenciales zeta en la superficie tanto de la hematita como del cuarzo prácticamente permanecieron más negativos a medida que aumentaron los valores de pH y fueron negativos en el rango de pH de flotación. Sin embargo, cuando se añadió LBG (300 mg/L), los potenciales zeta de ambos minerales tratados aumentaron en comparación con los minerales no tratados. La variación en la superficie de la hematita en presencia de LBG fue mayor que en el cuarzo, lo que indica que el LBG se adsorbió más en la superficie de la hematita. Estos resultados son compatibles con los resultados de los análisis de humectabilidad y adsorción. Sin embargo, la magnitud de la carga superficial de ambos minerales no se vio afectada. Este fenómeno podría deberse a las propiedades poliméricas no iónicas del LBG, un polisacárido con muchos grupos hidroxilo con características poliméricas no iónicas42. Las variaciones observadas fueron causadas por el movimiento de las placas deslizantes de las capas eléctricas dobles en las interfaces minerales afectadas por el LBG adsorbido en las superficies de ambos minerales24,43.

Potenciales zeta de hematita y cuarzo a diferentes valores de pH en presencia de 300 mg/L de LBG.

Según los análisis FT-IR (como se muestra en la Fig. 9), el espectro de LBG mostró una banda ancha a 3425,41 cm-1, que está asociada con la vibración de estiramiento de los grupos –OH. La vibración de estiramiento C – H de los grupos alquilo –CH y –CH2 se observó a 2927,41 cm −1, y la vibración de estiramiento C – O – H estuvo presente a 1022,08 cm −1 44,45. Las estructuras químicas del LBG contienen grupos funcionales que contienen oxígeno, como carboxilo e hidroxilo, que hacen que el LBG interactúe con las superficies de los minerales metálicos. Como se ve en (Fig. 9a), las bandas características de hematita aparecieron a 476,33 cm-1, 551,54 cm-1 y 1087,45 cm-1, que estaban relacionadas con la vibración Fe-O (Metal-O) y el estiramiento –OH. vibración46. Cuando se mostró la superficie de hematita tratada con LBG (Fig. 9a), aparecieron nuevos picos en 3426,88 y 2366,22 cm-1, relacionados con la vibración de estiramiento de los grupos hidroxilo –grupos OH y las vibraciones de estiramiento del –CH2 del espectro LBG, respectivamente. Estos resultados sugieren que las moléculas de LBG fueron adsorbidas efectivamente en la superficie de hematita. La presencia de muchos grupos hidroxilo en la estructura del LBG puede haber facilitado los enlaces de hidrógeno, haciendo posible la adsorción entre el LGB y la superficie de hematita. Por otro lado, se observaron bandas características para partículas de cuarzo a 1083,79 cm-1, 798,38 cm-1 y 462,83 cm-1 (grupos silanol y bandas –OH) (Fig. 9b). Cuando se trató cuarzo con LBG, no aparecieron nuevos picos característicos en el espectro cuarzo + LBG (Fig. 9b). Estos espectros y mediciones del potencial zeta demostraron que LBG interactúa débilmente con la superficie de cuarzo. Por tanto, el LBG se puede utilizar como depresor selectivo de la hematita en la separación por flotación del cuarzo.

Espectros FT-IR de (a) hematita y (b) cuarzo tratados con 300 mg/l de LBG.

Según los resultados, el LBG tiene el potencial de actuar como un depresor de hematita eficaz en la flotación catiónica inversa. Los resultados obtenidos de las pruebas de microflotación indicaron que el LBG podría disminuir significativamente la flotabilidad de la hematita y al mismo tiempo tener un impacto insignificante en la recuperación del cuarzo. Los análisis de caracterización de la superficie mostraron que la hidrofobicidad del cuarzo era considerablemente mayor que la de la hematita cuando se trataba con LBG, lo que corroboró los resultados de los experimentos de microflotación (Fig. 3).

Según los datos de humectabilidad (Fig. 6), la energía superficial del cuarzo es mucho menor que la de la hematita. La hematita está expuesta a Fe3+ y O2− en su superficie, mientras que el cuarzo tiene Si4+ y O2−. Una alta proporción de cationes Si4+ y una baja proporción de cationes metálicos en la superficie del cuarzo aumentaron la adsorción de especies de aminas y, en consecuencia, mejoraron la flotabilidad47. Por el contrario, los sitios metálicos sobre superficies minerales desempeñan un papel importante en la adsorción de depresores. El resultado mostró que la cantidad de LBG adsorbida en la superficie de la hematita era significativamente mayor que en la superficie del cuarzo. Según la medición del potencial zeta (Fig. 8), LBG tiene menos interacciones con la superficie de cuarzo. Cuando se agrega LBG al proceso, el potencial zeta de la hematita se vuelve menos positivo, lo que aumenta la diferencia de potencial entre la hematita y el cuarzo y mejora la separación. Sin embargo, debido a la basicidad desfavorable y al IEP constante del cuarzo a un pH de 2, el LBG generalmente no interactúa con el cuarzo (Fig. 8). Por el contrario, la hematita interactúa más fuertemente con altas densidades de adsorción de polisacáridos porque tiene un IEP de pH 4,2, según las pruebas de potencial zeta. Por lo tanto, la adsorción del LBG en la superficie de la hematita se atribuye a la interacción entre los iones metálicos en la superficie de la hematita y los grupos funcionales aniónicos del LBG.

Estos hallazgos están respaldados por el análisis FTIR (Fig. 9). La estructura química del LBG incluye grupos funcionales que contienen oxígeno, carboxilo e hidroxilo, que se detectaron en los espectros FTIR. En un ambiente alcalino, numerosos grupos carboxilo libres estaban presentes en la solución de LBG, que tiene un potente efecto complejante con iones metálicos multivalentes46. Por tanto, el LBG tenía una mayor afinidad por la superficie de la hematita que el cuarzo. La adsorción entre LBG y la superficie de hematita se atribuyó a los enlaces de hidrógeno, que involucran específicamente la vibración Fe-O (Metal-O) y la vibración de estiramiento –OH. La interacción entre polisacáridos y hematita se ha caracterizado como una interacción ácido/base, donde el polisacárido actúa como un ácido y la superficie de la hematita sirve como base48,49. La adsorción selectiva de LBG sobre la superficie de hematita dificultaría la adsorción de DDA; por tanto, la hematita se deprimiría selectivamente. Sin embargo, dado que el LBG tiene una adsorción débil en el cuarzo, se adsorbió una gran cantidad de DDA en el cuarzo, lo que ayudó a lograr una alta recuperación de cuarzo.

En este estudio, se investigó el efecto depresor de la goma de algarroba (LBG), como un depresor novedoso y respetuoso con el medio ambiente, para la separación selectiva de hematita y cuarzo mediante flotación catiónica inversa mediante diversas condiciones de flotación. Los resultados de la microflotación ilustraron que el LBG podría reducir significativamente la flotabilidad de la hematita incluso a una concentración baja (30 mg/L) con un efecto insignificante en la recuperación del cuarzo. El experimento de flotación discontinua reveló que el LBG tiene una alta selectividad para la depresión de hematita, con grados de Fe y recuperación de Fe en concentrados de 56,6 y 88,1, respectivamente. Varios análisis de superficie mostraron que la adsorción de LBG en hematita y cuarzo difería significativamente. El análisis de humectabilidad indicó que al aumentar las concentraciones del colector, la energía superficial del cuarzo fue significativamente menor que la de la hematita; por lo tanto, la hidrofobicidad del cuarzo fue significativamente mayor que la de la hematita tratada con LBG. Además, la diferencia en la adhesión entre la hematita tratada con LBG y las muestras no tratadas fue muy sustancial. La adición de LBG solo cambió ligeramente la humectabilidad del cuarzo en presencia de DDA. El análisis de adsorción superficial mostró que el LBG interactuaba con la superficie de la hematita más fuertemente que el cuarzo, mientras que a una concentración de 300 mg/L de LBG, las cantidades de adsorción de hematita y cuarzo fueron 3,3 y 1,7 (mg/g), respectivamente. Los resultados de FT-IR revelaron que las moléculas de LBG se adsorbían mediante enlaces de hidrógeno en la superficie de hematita e interactuaban débilmente con la superficie de cuarzo.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Los autores agradecen al personal del Laboratorio de Procesamiento de Minerales de la Universidad de Teherán por su apoyo técnico. Este manuscrito fue el resultado de un proyecto apoyado por CAMM3, el Centro de Minería y Metalurgia Avanzada, como centro de excelencia de la Universidad Tecnológica de Luleå.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Universidad Tecnológica de Lulea. Financiamiento de acceso abierto proporcionado por el Centro de Minería y Metalurgia Avanzada (CAMM3).

Escuela de Ingeniería de Minas, Facultad de Ingeniería, Universidad de Teherán, Teherán, Irán

Mehrdad Kordloo, Gholamreza Khodadadmahmoudi, Ehsan Ebrahimi y Ali Rezaei

Departamento de Ingeniería Minera y Metalúrgica, Universidad de Yazd, Yazd, 89195-741, Irán

Arash Tohry

Ingeniería de Minerales y Metalúrgica, Escuela Sueca de Minas, Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y de Recursos Naturales, Universidad Tecnológica de Luleå, 971 87, Luleå, Suecia

Saeed Chehreh Chelgani

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MK: Conceptualización, Investigación, Conservación de datos, Adquisición de fondos, Recursos, Conducción de experimentos, Escritura: revisión y edición, Gh.Kh:. Investigación, curación de datos, análisis formal, software, adquisición de fondos, recursos, redacción: borrador original, EE: investigación, curación de datos, análisis formal, software, redacción: borrador original, AR: equipo, recursos, adquisición de fondos, AT: administración de proyectos , Metodología, Validación, Visualización, Redacción—revisión y edición, SCCh.: Conceptualización, Supervisión, Validación, Adquisición de financiamiento, Redacción—revisión y edición.

Correspondencia a Arash Tohry o Saeed Chehreh Chelgani.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Kordloo, M., Khodadadmahmoudi, G., Ebrahimi, E. et al. Depresión de hematita verde para la separación por flotación selectiva inversa del cuarzo mediante goma de algarroba. Informe científico 13, 8980 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36104-5

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Recibido: 01 de marzo de 2023

Aceptado: 30 de mayo de 2023

Publicado: 02 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36104-5

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