Flotación
La flotación es una técnica de separación de mezclas que consiste en la introducción de burbujas de aire a una suspensión de partículas. Con esto, se verifica que las partículas se adhieren a las burbujas formando una espuma que puede ser removida de la solución y separando sus componentes de manera efectiva.
O importante en este proceso es que el representa exactamente lo inverso de aquel que debería ocurrir espontáneamente: la sedimentación de las partículas. La ocurrencia del fenómeno se debe a la tensión superficial del medio de dispersión y al ángulo de contacto formado entre las burbujas y las partículas.
La tensión superficial es la responsable por la formación de las burbujas y puede ser entendida como una especia de película que involucra los líquidos semejantes a los existentes en la yema del huevo.
Esto explica porqué, cuando volteamos un vaso mojado algunas gotas permanecen detenidas en su superficie o porqué un grifo mal cerrado logra asegurar la gota de agua hasta cierto límite de tamaño antes que esta caiga en el lavabo.
La justificación para este fenómeno está en el hecho de que las moléculas situadas en el interior de un líquido son, en promedio, sujetas a la fuerza de atracción igual en todas direcciones, al paso que las moléculas situadas, por ejemplo, en la superficie de separación líquido-aire están sometidas a la fuerza de atracción no balanceada o no equilibrada y que resulta en una fuerza preferencial en dirección al interior del líquido, indicada en la figura a continuación:
Diagrama esquemático comparando las fuerzas de atracción entre moléculas en la superficie y al interior de un líquido.
El mayor número posible de moléculas se trasladará de la superficie hacia el interior del líquido y la superficie tenderá a contraerse. Esto también explica porqué las gotículas de un líquido o burbujas de gas tienen a adquirir una forma esférica.
Al colocar un líquido en contacto con una superficie tenemos que considerar dos posibilidades de interacción: el líquido se esparce así en la superficie (como bebida alcohólica en un vaso de vidrio) o el líquido tiende a mantenerse en formato de gota (como una gota de lluvia en un parabrisas sucio de un coche).
En realidad lo que observamos es reflejo de la afinidad entre las superficies: aquellas que se mantienen como gotas como forma de disminuir el máximo posible el contacto entre el agua y la superficie son llamadas hidrofóbicas, en tanto que aquellas en que observamos un esparcimiento del líquido y tienen afinidad con el agua son llamadas hidrofílicas.
El ángulo formado entre las superficies, indicado en la figura a continuación conocido como ángulo de contacto (θ), puede ser usado como promedio de la hidrofobicidad/hidrofilicidad del sólido.
Este ángulo permite la cuantificación de grados de afinidad intermediarios entre esos casos extremos.
Sin embargo como esos parámetros de superficie explican que en el proceso de flotación algunas partículas adhieren a las burbujas de aire preferencialmente en relación a otras.
La explicación está en el hecho de que la superficie de esas partículas son hidrofóbicas, haciendo con que la tensión superficial del agua expulse la partícula del líquido y promueva la adhesión de la partícula en la superficie de la burbuja de aire. Lo que no sucede con los otros componentes hidrofílicos con ángulo de contacto pequeños presentes en el sistema, que prefieren permanecer en medio líquido en vez de adherirse a la superficie de la burbuja de aire.
Superficies hidrofílicas (a) presentan ángulo de contacto menores que 90º, en tanto que las superficies hidrofóbicas (b) presentan ángulos mayores que 90º
Para una adhesión satisfactoria, son necesarios ángulos de contacto de por lo menos 50º a 75º, en tanto que para una buena adhesión las burbujas, el ángulo de contacto debe ser preferencialmente superior a 90º.
Y como ese ángulo puede rápidamente ser modificado por factores tales como substancias grasosas en la superficie y materiales tenso-activos, se vuelve posible también controlar las condiciones para la flotación, teniendo en vista que no siempre la partícula deseada es hidrofílica.
Además de la naturaleza físico-química de la superficie, el tamaño de la partícula también es factor limitante del proceso pues para ser arrastrada, la partícula deberá tener dimensiones próximas de las coloidales.
Coloides son sistemas dispersos constituidos de partículas con por lo menos una dimensión entre 1 a 1000 nm o 10 a 10000 μm, pero la base de esta clasificación por el tamaño de la partícula admite la simetría esférica, lo que no siempre es el caso.
Las partículas que tienen ese tamaño en una dimensión (forma de disco), más que son mucho mayores en otras dimensiones, también se comportan como coloides.
Esa flexibilidad permite que varios sistemas sean clasificados como coloidales y posibilita el empleo de la flotación como técnica de separación de las mezclas en varios procesos industriales.