Se eliminaron 2 valores atípicos del dataset.
La flotación es uno de los métodos más utilizados para la concentración de minerales sulfurados debido a su capacidad para separar especies valiosas a partir de diferencias en sus propiedades superficiales [1].
En este proceso, los colectores desempeñan un papel fundamental al incrementar la hidrofobicidad de las partículas y favorecer su recuperación [2]. Debido a la influencia de estos reactivos en el desempeño metalúrgico, es necesario evaluar su efectividad mediante herramientas estadísticas [3].
En este laboratorio se analizó el efecto de tres colectores sobre la recuperación de cobre utilizando estadística descriptiva, ANOVA, la prueba de Tukey y regresión lineal múltiple.
Figura 1. Proceso de flotación utilizado en la concentración de minerales.
Evaluar el efecto de diferentes colectores sobre la recuperación de cobre mediante herramientas de análisis estadístico.
Comparar la recuperación de cobre obtenida con cada colector mediante estadística descriptiva.
Determinar si existen diferencias estadísticamente significativas entre los colectores utilizando ANOVA y la prueba de Tukey.
Analizar la relación entre variables operativas y la recuperación de cobre mediante regresión lineal múltiple.
Antes de realizar el análisis estadístico, se identificaron posibles valores atípicos (Outliers) en la variable recuperación de cobre mediante el método del rango intercuartílico (IQR).
Se eliminaron 2 valores atípicos del dataset.
Se aplicó el criterio de 1.5 × IQR para detectar valores atípicos.
Se eliminaron las observaciones extremas que podrían afectar la representatividad del análisis.
Las medias de recuperación obtenidas para cada colector fueron:
--- Estadística Descriptiva por Colector ---
# A tibble: 3 × 5
Tipo_Colector Media Desviacion_Estandar N SEM
<chr> <dbl> <dbl> <int> <dbl>
1 Colector_A 81.9 1.60 19 0.367
2 Colector_B 86.6 1.39 20 0.310
3 Colector_C 78.9 1.47 19 0.338
El Colector B presenta la mayor recuperación promedio (86.6%), seguido del Colector A (81.9%) y finalmente el Colector C (78.9%). Las desviaciones estándar son similares entre los tres grupos (entre 1.39 y 1.60), lo que sugiere una dispersión homogénea.
El Colector B obtuvo las mayores recuperaciones y el Colector C las menores. El reducido solapamiento entre las distribuciones sugiere diferencias significativas entre los tratamientos.
Antes de aplicar el análisis de varianza (ANOVA), se verificó que los datos cumplieran el supuesto de normalidad. Para ello, se empleó la prueba de Shapiro-Wilk sobre los valores de recuperación correspondientes a cada tipo de colector.
# A tibble: 3 × 2
Tipo_Colector P_Value_Shapiro
<chr> <dbl>
1 Colector_A 0.996
2 Colector_B 0.437
3 Colector_C 0.740
Los tres grupos presentan valores de p > 0.05.
Por lo tanto, no se rechaza la hipótesis nula de normalidad.
Los datos siguen una distribución normal.
Posteriormente, se verificó el supuesto de homogeneidad de varianzas mediante la prueba de Levene, la cual permite evaluar si la dispersión de los datos es similar entre los distintos grupos experimentales.
Levene's Test for Homogeneity of Variance (center = median)
Df F value Pr(>F)
group 2 0.1568 0.8553
55
El test de Levene arrojó un valor de p = 0.8553 > 0.05.
Por lo tanto, no se rechaza la hipótesis nula de igualdad de varianzas.
Se concluye que las varianzas son homogéneas entre los tres grupos experimentales.
Al verificarse tanto el supuesto de normalidad como el de homocedasticidad, queda justificada la aplicación del análisis de varianza (ANOVA) paramétrico para comparar estadísticamente las recuperaciones obtenidas con los diferentes tipos de colector.
Una vez verificados los supuestos de normalidad y homocedasticidad, se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) de un factor para determinar si el tipo de colector tiene un efecto significativo sobre la recuperación de cobre.
--- Análisis de Varianza (ANOVA) ---
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
Tipo_Colector 2 586.5 293.24 132.6 <2e-16 ***
Residuals 55 121.6 2.21
---
Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
El modelo arrojó F(2,55) = 132.6 con p < 2×10⁻¹⁶.
p << 0.05. Esto demuestra que el tipo de colector influye significativamente sobre la recuperación de cobre y que las diferencias observadas entre las medias no pueden atribuirse al azar experimental.
Por lo tanto, se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias y se concluye que al menos uno de los colectores genera un desempeño metalúrgico diferente respecto a los demás.
La prueba de Tukey permitió identificar específicamente qué colectores presentan diferencias significativas entre sí.
--- Prueba Post-Hoc de Tukey ---
Tukey multiple comparisons of means
95% family-wise confidence level
Fit: aov(formula = Recuperacion_Cu ~ Tipo_Colector, data = df_limpio)
$Tipo_Colector
diff lwr upr p adj
Colector_B-Colector_A 4.664789 3.517221 5.812358 0e+00
Colector_C-Colector_A -3.021579 -4.183767 -1.859391 2e-07
Colector_C-Colector_B -7.686368 -8.833937 -6.538800 0e+00
El Colector B supera al Colector A en aproximadamente 4.66 puntos porcentuales de recuperación. El Colector A supera al Colector C en aproximadamente 3.02 puntos porcentuales. El Colector B supera al Colector C en aproximadamente 7.69 puntos porcentuales.
Esto demuestra que el desempeño metalúrgico sigue el siguiente orden:
Colector B > Colector A > Colector C
Cuando un intervalo no incluye el valor cero, la diferencia se considera significativa al 95% de confianza.
Como primera aproximación, se evaluó la relación lineal entre la recuperación de cobre y las variables operativas continuas consideradas en el estudio: pH y tiempo de molienda. Para ello, se construyó una matriz de correlación.
--- Análisis de Regresión Lineal Múltiple ---
Recuperacion_Cu pH Tiempo_Molienda
Recuperacion_Cu 1.0000000 0.23407137 0.20669160
pH 0.2340714 1.00000000 -0.04591495
Tiempo_Molienda 0.2066916 -0.04591495 1.00000000
El pH y el tiempo de molienda presentan correlaciones bajas con la recuperación de cobre (0.23 y 0.21, respectivamente).
La correlación entre ambas variables es prácticamente nula (−0.046).
Esto indica ausencia de multicolinealidad y una relación lineal débil con la recuperación.
Las correlaciones observadas son relativamente bajas, indicando una asociación lineal débil entre las variables operativas y la recuperación de cobre.
Posteriormente, se ajustó un modelo de regresión lineal múltiple para cuantificar el efecto conjunto del pH y del tiempo de molienda sobre la recuperación de cobre.
Call:
lm(formula = Recuperacion_Cu ~ pH + Tiempo_Molienda, data = df_limpio)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-4.5874 -3.0195 -0.7955 3.2783 5.6010
Coefficients:
Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 62.3901 8.4075 7.421 7.71e-10 ***
pH 1.4382 0.7536 1.908 0.0616 .
Tiempo_Molienda 0.3875 0.2275 1.704 0.0941 .
---
Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
Residual standard error: 3.4 on 55 degrees of freedom
Multiple R-squared: 0.1022, Adjusted R-squared: 0.06952
F-statistic: 3.129 on 2 and 55 DF, p-value: 0.05162
Recuperación Cu = 62.39 + 1.44·pH + 0.39·Tiempo_Molienda
Finalmente, se evaluó la calidad del ajuste mediante gráficos diagnósticos de residuos, con el objetivo de verificar el cumplimiento de los supuestos del modelo de regresión.
Los gráficos diagnósticos no muestran patrones sistemáticos graves.
Se observa una dispersión relativamente amplia de los residuos.
Se evaluó el desempeño de tres colectores y se determinó que el Colector B presentó la mayor recuperación de cobre (86.6%), siendo la alternativa más eficiente.
La comparación estadística de las recuperaciones evidenció que el colector B obtuvo el mejor desempeño metalúrgico, alcanzando la mayor recuperación promedio de cobre entre los reactivos evaluados.
El análisis ANOVA y la prueba de Tukey demostraron que existen diferencias estadísticamente significativas entre los colectores, identificándose al colector B como significativamente superior a los colectores A y C.
El análisis de regresión lineal múltiple mostró que el pH y el tiempo de molienda presentan una relación débil con la recuperación de cobre y no ejercen una influencia estadísticamente significativa dentro de las condiciones experimentales analizadas.
1. ¿Cuál es la importancia del valor p en la toma de decisiones para un cambio de reactivos en planta? [4]
Valida mejoras reales: Permite determinar si una diferencia observada es significativa o producto del azar.
Apoya la toma de decisiones: Sirve como criterio para aceptar o rechazar un nuevo reactivo con un nivel de confianza definido.
Reduce riesgos operativos: Evita implementar cambios costosos basados en resultados no concluyentes.
Brinda sustento técnico: Respalda estadísticamente las conclusiones y recomendaciones metalúrgicas.
Figura 2. Espectro de Probabilidad.
2. Explique la diferencia entre repetibilidad y reproducibilidad en el contexto de un laboratorio metalúrgico. [2]
Repetibilidad: Mismas condiciones (operador, equipo y muestra) para evaluar la precisión del método.
Reproducibilidad: Diferentes condiciones (operador, laboratorio o tiempo) para evaluar la robustez del método.
Importancia: Permiten verificar que las diferencias observadas se deban al proceso y no a errores experimentales.
Figura 2. Reproducibilidad vs repetibilidad
3. ¿Cómo ayuda el análisis de regresión a la optimización del consumo específico de energía? [5]
Modelamiento: Permite predecir el consumo energético a partir de variables operativas.
Calibración: Ajusta modelos utilizando datos reales de planta.
Optimización: Identifica condiciones que minimizan el sobre-molido y el consumo de energía.
Control avanzado: Proporciona información para sistemas de simulación y control.
Eficiencia operativa: Favorece la toma de decisiones basada en datos.
Figura 3. Regresión lineal
4.¿Por qué es necesario validar el supuesto de normalidad antes de realizar un análisis de varianza? [4]
Validez estadística: Garantiza que el ANOVA pueda aplicarse correctamente.
Confiabilidad del valor p: Asegura que la significancia obtenida sea válida.
Control de la variabilidad: Permite diferenciar efectos reales del error experimental.
Toma de decisiones: Evita conclusiones y recomendaciones incorrectas en planta.
Figura 3. Normalidad
[1] B. A. Wills and J. Finch, Wills’ Mineral Processing Technology: An Introduction to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery, 8th ed. Oxford, Reino Unido: Butterworth-Heinemann, 2016.
[2] M. C. Fuerstenau, G. Jameson and R. Yoon, Froth Flotation: A Century of Innovation. Littleton, Colorado, Estados Unidos: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2007.
[3] D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, 10th ed. Hoboken, New Jersey, Estados Unidos: John Wiley & Sons, 2019.
[4]] A. Gupta and D. S. Yan, Mineral Processing Design and Operations: An Introduction, 2nd ed. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2016.
[5] Metso Outotec, Basics in Mineral Processing Handbook, 12.ª ed. Helsinki, Finlandia: Metso Outotec Corporation, 2020