Mejoras de calidad de la bentonita del yacimiento "Managua" para potenciar su producción

Escala de laboratorio

Pruebas a escala de Laboratorio: Estos estudios consistieron en la natrificación de muestras de bentonita Tipo I y II, en las que se empleó una dosis fija de carbonato de sodio al 4% establecida a partir de los resultados obtenidos en investigaciones anteriores. Se procedió a optimizar el efecto de la temperatura en las propiedades físico-químicas de la bentonita natrificada. Dichas propiedades son de vital importancia para su aplicación en disímiles actividades industriales.

Muestra Tecnológica: Se emplearon dos muestras de aproximadamente 80 kg base seca de bentonita, una de Tipo I y otra Tipo II. Estas fueron extraídas por los geólogos y se enviaron al CIPIMM con sus respectivos pasaportes.

Preparación de la muestra para la investigación: Se pesaron las muestras recibidas y se midió la humedad inicial de las mismas. Se dejan secar por oreo hasta alcanzar una humedad final de aproximadamente 25%. Luego se prepararon para los estudios de natrificación, siguiendo el esquema representado en la figura 1.

Caracterización de la muestra: Las muestras se caracterizaron desde el punto de vista químico, físico y mineralógico. (Tabla 7 y figuras 6 y 7).

Caracterización química: A las muestras de bentonitas se le determinaron elementos químicos como: CaO, MgO, Fe₂O₃. Capacidad de intercambio catiónico total (CICT).

Caracterización mineralógica: Las muestras se caracterizaron por Análisis térmico diferencial (ATD) para determinar contenido de arcillas.

Caracterización física: A las muestras de bentonita se les determinó parámetros como capacidad de absorción de agua Westinghouse (DAM 02 - 09), grado coloidal (DAM 03 - 11), Hinchabilidad (DAM 03 - 11) y pH. La capacidad de Absorción de Agua Westinghouse se realizó con las muestras molidas bajo 1 mm. Dichas técnicas se realizaron según los procedimientos establecidos en el Manual del Departamento de Aprovechamiento de Minerales (Tablas 10 y 11).

Pruebas de natrificación y secado dinámico: Las pruebas de natrificación se realizaron por roleo con las siguientes condiciones:

En las tablas 4 y 5 aparecen los diseños de experimento de las bentonita Tipo I y II respectivamente a escala de laboratorio, en las que el carbonato se disuelve en el agua a añadir. La figura 2 representa la instalación de secado de la bentonita a escala de laboratorio.

La muestra de bentonita a secar se coloca en la botella de calentamiento, de acero especial y se introduce dentro de la mufla, cuya temperatura se fijó a 360 °C. El flujo de aire a la entrada de la botella es constante y de 20 - 25 L/min (máximo del compresor). La velocidad de giro de la misma es fija y de ( 30 rpm. El secado se realiza hasta que se alcanza la temperatura fijada y se saca la botella de la mufla dejándose enfriar durante 10 minutos sin dejar de pasar la corriente de aire. Después de ese tiempo se acelera el enfriamiento de la botella por medio de agua y cuando está a aproximadamente a la temperatura ambiente se apaga el compresor, se detiene el movimiento giratorio de la botella y se extrae la muestra secada.

La muestra seca se prepara para los diferentes ensayos por el esquema que aparece en la figura 3. El termopar a emplear pueden ser de Chromel - Kopel o de Hierro - Constanta, los idóneos para las temperaturas a emplear (140 - 150ºC).

Pruebas de natrificación y secado estático

Se realizó un primer grupo de pruebas y con las siguientes condiciones:

Siguiendo el mismo procedimiento de natrificación, se realizó un segundo grupo de pruebas, en el que se trabajó con las condiciones siguientes:

Para el desarrollo del trabajo a escala de laboratorio en esta etapa, se realizó el programa de pruebas según se describe en las tablas 4 y 5, en el mismo se varió el tiempo de secado y la temperatura, con el fin de buscar una optimización de este parámetro tan importante para la economía del proceso. Se realizaron pruebas de secado dinámico y de secado estático, (ver tablas 9 y 10). En todos los casos se natrificó con el carbonato al 4 % diluido en el agua a añadir según la humedad presentada por el mineral, determinado este parámetro por los resultados alcanzados en las pruebas realizadas durante la etapa 1 de este trabajo desarrollada en el año 2016. A las muestras tratadas con las condiciones estudiadas se les realizó análisis de Hinchabilidad, Grado Coloidal, y capacidad de adsorción Westinghouse. Ver tabla 9.

Caracterización físico-química y mineralógica de la bentonita natural

La caracterización físico-química de las muestras de bentonita se resume en la tabla 7 y la composición mineralógica en las figuras 6 y 7.

Composición mineralógica (%)

Las muestras como se aprecia, son bentonitas del tipo cálcicas, por su baja hinchabilidad y grado coloidal.

Desde el punto de vista mineralógico se comportan como Tipo I y Tipo II, en base a los contenidos de Montmorillonita (Tipo I > 80 %; Tipo II: 70 - 80 %), también contienen pequeñas cantidades caolinita y goethita.

Los valores de hinchamiento, grado coloidal, pH y absorción de agua Westinghouse se corresponden con las características de las bentonitas naturales del yacimiento “Managua”.

Los resultados de la caracterización de las muestras de bentonita trasladadas desde la planta “Gustavo Machín” se resumen en la tabla 8.

La bentonita natural del yacimiento “Managua” tiene una hinchabilidad que oscila entre 10 - 12 ml/2g. Una bentonita natrificada de calidad debe tener una hinchabilidad superior a los 24 ml/2g. Como se observa en la tabla anterior la bentonita natural presenta un hinchamiento aceptable y la natrificada presenta valores que ni siquiera alcanzan la referencia de una bentonita natural, quedando muy por debajo de los requerimientos de calidad para las bentonitas natrificadas. Por tanto los resultados indican la baja eficiencia del proceso de natrificación y la mala operación del horno en la producción actual, donde se está degradando la bentonita por altas temperaturas.

Pruebas de natrificación y secado dinámico

A las muestras de bentonita natrificadas se les determinó parámetros de calidad como: Absorción de agua Westinghouse, pH, grado coloidal e hinchabilidad. Se estudió la optimización de la temperatura, el tiempo de secado y la forma de adición del agente natrificante en las propiedades del mineral. Dichos resultados se muestran en la tabla 9.

Examinando los resultados de la tabla anterior, en las condiciones estudiadas se observa una influencia de los factores experimentales en los resultados. Se lograron valores altos de grado coloidal e hinchabilidad a ambas temperaturas de trabajo.

Pruebas de natrificación y secado estático

Los resultados de la caracterización de la bentonita Tipo I y Tipo II natrificada vía húmeda se muestran en la tabla 10. En la misma se observa como con 1 h de secado estático a 150^oC los índices de calidad de la bentonita alcanzan valores que se corresponden con los requerimientos de una bentonita natrificada. Esto nos conduce a corroborar estos resultados en una mayor escala y así determinar las condiciones óptimas del proceso.