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• Enrique Cortes Maya

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Introducción a los Procesos Mineros

MANUAL DE CURSO:

Introducción a los Procesos Minero Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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Introducción a los Procesos Mineros

Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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INDICE Págs. Tarea de Aprendizaje I: DESARROLLO SUSTENTABLE Unidad 1: Introducción

3

Conceptos y metas del desarrollo sustentable

3

Dimensiones del Desarrollo Sustentable

4

Tarea de Aprendizaje II: PROCESO HIDROMETALURGICO Unidad 1: Introducción El Campo de la Metalurgia

7

Unidad 2: Minerales y Yacimientos de Cobre Minerales

9

Yacimientos

10

Métodos de Explotación de Minas

13

Unidad 3: Procesos de Reducción y Clasificación de Tamaño Introducción

21

Etapas de Chancado

21

Chancador Primario

22

Chancador Secundario y Terciario

23

Equipos involucrados en las etapas de Chancado

25

Unidad 4: Procesos de Operaciones Unitarias Oxidos Introducción

28

Aglomeración

29

Apilamiento

30

Lixiviación

33

Extracción por Solvente

37

Electro obtención

40

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Tarea de Aprendizaje III: PROCESO PIROMETALURGICO Unidad 1: Introducción.Procesos de Tratamiento de Minerales Cupríferos

46

Unidad 2: Procesos de Operaciones Unitarias Sulfuros Molienda

49

Flotación

52

Espesamiento

56

Filtración

59

Fundicion y Refinacion

62

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TAREA DE APRENDIZAJE I.- DESARROLLO SUSTENTABLE INTRODUCCION El desarrollo sustentable es un proceso integral que exige a los distintos actores de la sociedad compromisos y responsabilidades en la aplicación del modelo económico, político, ambiental y social, así como en los patrones de consumo que determinan la calidad de vida. Para competir en mercados nacionales y extranjeros el sector productivo debe incorporar la sustentabilidad en sus operaciones, relaciones con los trabajadores y la comunidad.

CONCEPTOS Y METAS DEL DESARROLLO SUSTENTABLE La Comisión Mundial para el Medio Ambiente y el Desarrollo, establecida por las Naciones Unidas en 1983, definió el desarrollo sustentable como el "desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer las capacidades que tienen las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades". En Chile se utiliza la palabra "sustentable" como un anglicismo de la palabra "sustainable", referida a algo capaz de sostenerse indefinidamente en el tiempo sin agotar nada de los recursos materiales o energéticos que necesita para funcionar.

Por

esta

razón,

también

muchos

autores

y

publicaciones extranjera hablan de "sostenible".

El desarrollo sustentable implica pasar de un desarrollo pensado en términos cuantitativos, basado en el crecimiento económico, a uno de tipo cualitativo, donde se establecen estrechas vinculaciones entre aspectos económicos, sociales y ambientales,

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en un renovado marco institucional democrático y participativo, capaz de aprovechar las oportunidades que supone avanzar simultáneamente en estos tres ámbitos, sin que el avance de uno signifique ir en desmedro de otro. Es lo que algunos académicos y autoridades han comenzado a llamar el "círculo virtuoso del desarrollo sustentable", basándose en casos donde se han logrado superar los antagonismos entre crecimiento económico, equidad social y conservación ambiental, reforzándose mutuamente y con resultados satisfactorios para todas las partes involucradas (win-win, es decir, todos ganan). DIMENSIONES DEL DESARROLLO SUSTENTABLE

Trabajar por el desarrollo sustentable implica avanzar simultáneamente en cinco dimensiones: económica, humana, ambiental, institucional y tecnológica. Las características de este proceso será diferente dependiendo de la situación específica en que se encuentre un determinado país, región o localidad.

Dimensión Económica La actividad económica bajo la perspectiva de la sustentabilidad no puede seguir funcionando bajo el lema de "pase lo que pase, el negocio continúa". Se debe avanzar para cambiar el paradigma de "el que contamina paga" al de "lo que paga es prevenir la contaminación". El mercado puede aprovechar a su favor y en favor del desarrollo sustentable las oportunidades que supone la aplicación de regulaciones ambientales nacionales e internacionales, la puesta en marcha de procesos de producción más

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limpia y eficiente y la agregación de valor a las materias primas. En un esquema de sustentabilidad lo que cuenta no es el crecimiento de la producción sino la calidad de los servicios que se prestan. Dimensión humana El desarrollo sustentable se orienta a una mejor calidad de vida (superar la pobreza, satisfacer las necesidades básicas humanas e igualar los ingresos), reasignando los recursos económicos para atender estas necesidades. La reducción de la pobreza necesitará un crecimiento económico considerable, a la vez que desarrollo, pero las limitaciones ecológicas son reales y este mayor crecimiento de los pobres tiene que compensarse con una estabilización de la producción para los ricos. Asimismo es de máxima importancia lograr la estabilidad demográfica, detener el sobreconsumo, y avanzar hacia la formación del capital humano y social. Dimensión ambiental No es posible concebir el desarrollo ni la vida humana sin el sustento de la naturaleza. Los modelos de desarrollo están inevitablemente vinculados a lo ecológico y ambiental. En un modelo sustentable la utilización de los recursos naturales y energéticos se limita a la capacidad de regeneración de éstos y la generación de los residuos a la capacidad de asimilación del ecosistema. Dimensión institucional Un escaso nivel de representatividad de la población en las iniciativas y la acción del Estado así como un excesivo centralismo son claramente insustentables. La sustentabilidad implica realizar progresos significativos en la descentralización política administrativa de las decisiones, para estimular nuevas formas de organización y participación ciudadana.

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Dimensión tecnológica Se requiere una aceleración de la innovación y el desarrollo tecnológicos para reducir el contenido en recursos naturales de determinadas actividades económicas, así como para mejorar la calidad de la producción. La dimensión tecnológica implica la búsqueda y cambio hacia tecnologías más eficientes en el caso de los países industrializados y el desarrollo de tecnologías más eficientes y limpias en países en vías de rápida industrialización. En los países en desarrollo con economías basadas en la agricultura, es necesario desarrollar tecnologías apropiadas y de pequeña escala para el incremento de la productividad agrícola.

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Tarea de Aprendizaje II: PROCESO HIDROMETALURGICO INTRODUCCIÓN: El Campo de la Metalurgia La Metalurgia se puede describir como el arte y la ciencia de obtener los metales y adaptarlos para satisfacer las necesidades humanas. Si bien los átomos metálicos abundan en la corteza de la Tierra, la mayor parte de ellos se encuentran combinados con átomos no-metálicos, tales como el Oxígeno, en los materiales rocosos. Así, el primer paso para hacer los metales utilizables consiste en liberar a los átomos metálicos de sus compuestos (en que se encuentran combinados): METALURGIA EXTRACTIVA. El Alto Horno utilizado la obtención del Hierro es un caso típico de los enormes y complejos equipos que se requieren para estos propósitos. Uno de estos hornos puede producir hasta 2.000 TM/D de metal. Sin embargo, incluso después de haber sometido al metal a una nueva fusión, a refinación y a aleado, éste está sólo parcialmente preparado para su utilización final. Cualquier objeto metálico útil (viga, jarro, perno, etc.) debe

tener una forma

determinada: METALURGIA ADAPTIVA. En esta fase de la Metalurgia se utilizan muchos y muy diferentes procesos de manufactura; pero, el proceso de laminación en caliente es el que quizás mejor muestra las propiedades esenciales de un metal. Gigantescas laminadoras comprimen y amasan varias toneladas de metal dándoles la forma de vigas, planchas ó rieles de ferrocarril. Después del laminado el metal se enfría hasta temperatura ambiente, perdiendo gradualmente su capacidad de deformación. A mismo tiempo, adquiere la resistencia necesaria para la mayor parte de los usos en ingeniería. Menos espectacular que los procesos productivos y los procesos de manufactura de los metales, es el control de dichos procesos con la ayuda de variados ensayos y

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aplicación de principios básicos: termodinámica, físico-química, análisis químicos y ensayos físicos. Los diagramas de aleaciones determinadas y los principios de aleación más generales permiten mejorar las propiedades metálicas mediante la formulación de aleaciones apropiadas. Para asegurar el uso eficiente de los metales en miles de aplicaciones, es esencial la colaboración entre la Metalurgia y otros campos del saber. La Arquitectura moderna es un ejemplo de interdependencia entre el diseño y los materiales de construcción. Según las

aplicaciones deseadas para el metal, son las propiedades

que se estudian y los procesos que se desarrollan. Propiedades desconocidas de los metales hace años atrás, hoy son motivo de amplia investigación.

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Unidad 2: Minerales y Yacimientos de Cobre Minerales Los minerales son compuestos químicos que se han formado por procesos naturales. Tienen propiedades físicas y químicas definidas de tal forma que sus características son similares, aún cuando ellos se hayan formado en lugares muy distantes en el globo terrestre. Los minerales se pueden clasificar por las familias químicas a las que pertenecen

Familias de Minerales

Nativos Sulfuros Haluros Óxidos Hidróxidos Sulfatos Wolframatos Carbonatos Fosfatos Silicatos Otros

Asimismo, poseen determinadas propiedades físicas que permiten diferenciarlos: fusibilidad, dureza, tenacidad, fractura, exfoliación, brillo, color y raya, reflexión y refracción, conductividad eléctrica, magnetismo y radioactividad, entre otras. Otro aspecto de importancia está relacionada con la estructura cristalina que tienen asociada los minerales, existen 32 clases cristalinas las que se ordenan en los sistemas tales como: isométrico, hexagonal, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico y triclínico.

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La Mineralogía es la disciplina que estudia a los minerales, desde el punto de vista físico, químico y cristalino. Asimismo, ella provee de métodos de diagnóstico y de identificación. Minerales de Mena y Minerales de Ganga Respecto del beneficio de minerales resulta conveniente distinguir entre minerales de mena y de ganga. La mena son los minerales que contienen la especie útil a recuperar, por ejemplo la atacamita, CuCl2 3Cu(OH)2, es un mineral de mena de cobre. Por otra parte, los minerales de ganga no contienen la especie a recuperar, por ejemplo en el beneficio del cobre el cuarzo, SiO2, es una especie mineral que constituye ganga. Los minerales de ganga (lastre, estéril) normalmente se encuentran asociado a la roca, pero también pueden haberse generado durante el mismo proceso de génesis del depósito. Es el caso por ejemplo de la Pirita, FeS2, constituyente normal en los depósitos de cobre porfídicos. Yacimientos Minerales Depósitos y Yacimientos Bajo algunas condiciones geológicas los minerales útiles pueden acumularse en un determinado sector, en ese caso se está en presencia de un depósito mineral. Si la concentración y características de en este depósito es tal que se puede beneficiar económicamente, se está en presencia de un yacimiento. Existen diferentes mecanismos geológicos que explican la formación de depósitos minerales y casi todos ellos tienen estrecha relación con el magma ó con fenómenos magmáticos, como cristalización fraccionada, desprendimiento de líquidos, gases y

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soluciones desde cuerpos magmáticos, relleno de cavidades, etc. También existen fenómenos que ocurren con posterioridad al proceso magmático, entre ellos los procesos

de

enriquecimiento

supergénico,

concentración

mecánica,

procesos

evaporíticos, etc. Por su importancia para la minería del cobre se considerarán exclusivamente los procesos hidrotermales y de enriquecimiento secundario.

Enriquecimiento Supergénico El proceso anteriormente descrito, enriquecimiento secundario ó supergénico, al permitir una re-precipitación de los minerales originó que ellos se acumularan preferentemente en algunos puntos del depósito, dando origen a yacimientos. En la Figura 1 se esquematiza el proceso. Al formarse el depósito sólo se encuentran súlfuros primarios, pero en tiempo geológico y una vez que ha ocurrido el enriquecimiento, se identifica una cubierta superior de óxidos de hierro, una zona de minerales no sulfurados u óxidos, una región de súlfuros enriquecidos, una región mixta, en la que coexisten súlfuros enriquecidos y óxidos, y una región no alterada donde se mantienen aún los súlfuros primarios. El

proceso

anterior, junto

con modificar

a

los minerales de mena, actuó

sobre los minerales de la roca, produciendo una serie de alteraciones en los feldespatos los que se descomponen formando arcillas. El

modelo simplificado,

permite

explicar

determinadas

asociaciones

mineralógicas, además explica algunos hechos de interés en la explotación minera. A medida que se profundiza en la explotación de un yacimiento disminuye su ley, es más, las rocas están menos alteradas y el material es más duro para moler.

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Figura 1 Enriquecimiento Secundario o Supergénico Ley del mineral Es el parámetro que determina el porcentaje de cobre que se encuentra en una determinada muestra de mineral. En las rocas mineralizadas de los grandes yacimientos chilenos la ley de cobre puede fluctuar en promedio entre un 1 y 2%. Esto significa que por cada tonelada de material extraído hay entre 10 y 20 kilos de cobre puro. De aquí surgen dos clasificaciones una denominada mineral de alta ley, el cual no necesita de concentración y son de fundición directa. Mientras que los minerales de baja ley si requieren un proceso de concentración, para ir a fundición.

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Métodos de Explotación de Mina

El yacimiento tiene una forma irregular, asimismo muestra diferentes tipos de mineralizaciones y contenidos de mena, de allí entonces que para que proceda su beneficio, en términos económicos, sea necesario desarrollar una serie de técnicas que se agrupan bajo el nombre de explotación de minas. Es conveniente realizar una distinción, al material rocoso que contiene distribuida la mena se le denomina simplemente como mineral, en cambio al material rocoso que no contiene especies de valor se le denomina como lastre o estéril. Desde una mina se evacuan estos dos tipos de materiales, el mineral, que alimenta las plantas de beneficio, y el estéril que se dispone en botaderos de desmontes. La razón estéril/mineral es un valor de importancia que suele determinar cambios en el tipo de métodos de explotación. Valores normales para este índice, se encuentran entre 3 y 4. Otro concepto de importancia es el de ley de corte. Este es el valor mínimo de ley que permite procesar el mineral sin que haya pérdidas económicas. Por debajo de dicha ley el costo de procesamiento del mineral es mayor que el beneficio esperado con la recuperación del material útil. El material que está bajo la ley de corte se extrae de la mina y se deposita en botaderos especiales a fin de procesarlo en el futuro, siempre y cuando existan innovaciones tecnológicas o ajustes de precio en el mercado que permitan dicha tarea.

Yacimiento

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Mina

Lastre

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Las reservas de mineral se clasifican en tres tipos:
Reservas probadas o medidas, que se han medido por sus cuatro costados, estas

mediciones

se

han

realizado

mediante

sondajes,

labores

de

reconocimiento o por información recogida de la misma explotación de la mina.
Reservas probables o indicadas, la medición del cuerpo se ha realizado por dos o tres costados solamente, existe una alta probabilidad que se encuentre mineral, pero dada la irregularidad de los cuerpos geológicos existe una cuota razonable de riesgo.
Reservas posibles o inferidas, en este caso la masa se ha medido por uno solo de sus costados y el margen de error es mucho mayor. Considerando estas tres alternativas se concluye que la planificación de la mina se hace en base a las reservas probadas, de allí que ha medida que se explota el cuerpo y se recoge mayor información estas reservas pueden aumentar y con ello la vida útil de la mina. En términos generales los métodos de explotación se clasifican en métodos subterráneos y métodos a cielo abierto. La decisión de llevar adelante un proyecto de explotación de una mina es tomada considerando las características del yacimiento, el diseño de la operación y las proyecciones a futuro del mercado internacional de cobre (demanda y precio). De demostrarse que se trata de un negocio con una atractiva rentabilidad, se continúa con las etapas posteriores de planificación y extracción. En general los yacimientos de cobre, cuya explotación es económicamente atractiva, son de gran tamaño, del orden de los cientos de millones de toneladas y tienen leyes promedios que varían entre 0,4 y 1,0 % de cobre total. El criterio técnico económico para la elección de uno u otro tipo de método de extracción (rajo abierto o subterráneo) va a depender de factores tales como: la ley del mineral, la profundidad de los estratos mineralizados, las características mineralógicas del material, el volumen de sobrecarga existente, etc.

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Los métodos subterráneos agrupan a una serie de técnicas, entre las que se encuentran: “Caserones y Pilares”, “Hundimiento de Bloques”, "Subniveles”, “Corte y Relleno”, y otros. En general estos métodos son de mayor exigencia que los de cielo abierto y las operaciones mineras involucradas son de mayor costo, pero resultan apropiados cuando la relación estéril/mineral hace prohibitivo utilizar el método de cielo abierto. En el método de cielo abierto la mina se explota en forma de bancos de dimensiones variables, estos bancos se encuentran conectados mediante rampas que permiten el desplazamiento de camiones. Las minas a cielo abierto se asemejan un gran anfiteatro.(Figura N°2)

Figura N°2 Mina a Cielo Abierto En la Figura 3 se muestra un corte de una mina a rajo abierto, en ella se pueden identificar tres ángulos de taludes. El ángulo del rajo final ("pit") , α, que corresponde al

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que tendrá la mina en su estado de abandono cuando se haya extraído la mayor parte del mineral útil. El ángulo del banco, β, y el ángulo de trabajo, γ. Estos ángulos están en directa relación con las propiedades geomecánicas del macizo rocoso y se definen de tal forma con el propósito de minimizar, lo mas posible, los riesgos de derrumbes en la mina.

Figura N° 3 Corte de un Sistema de Bancos Operaciones de Explotación de Mina Las operaciones básicas en toda explotación de una mina son: •

Perforación.

•

Tronadura.

•

Carguío.

•

Transporte.

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Perforación: En la perforación se utilizan máquinas perforadoras de percusión con barrenos de diferentes diámetros el cual es una variable que depende de las características físicas del macizo rocoso, del grado de fragmentación requerido en la explotación, de la altura del banco y de la configuración de las cargas; y, en general, de todas las variables que puedan incidir en la economía del proceso. Las perforaciones pueden ser verticales o inclinadas. En la Figura N°4, se esquematiza un banco preparado para una tronadura con algunas dimensiones características: H es la altura del banco y L es el largo del barreno; en la figura se aprecia que L es mayor que H en una distancia p, la cual corresponde a una sobre-perforación, denominado pasadura, cuyo objetivo es mantener el nivel del pié del banco. Cada perforación está separada una distancia mínima de la cara libre, esta distancia se denomina como "burden" y se representa en la figura por la letra B. El espaciamiento entre filas de tiros se indica como s. Además, en la figura se indica achurada la longitud de la carga, C, que corresponde a la región de la perforación que se ha rellenado con explosivos y el espacio denominado taco, T, que se ha rellenado con material inerte. AV y LV son respectivamente el ancho y largo de la voladura.

Figura N° 4 Esquema de la Disposición de Tiros en un Banco

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Proceso de Tronadura: Es uno de los procesos de mayor relevancia en la extracción minera y consiste en la fragmentación de la roca, ya sea mineral o estéril, mediante el uso de explosivos. Se realiza de acuerdo a normas establecidas por ley, procedimientos operacionales y técnicas que permiten efectuar en forma segura y eficiente el proceso de reducción de tamaño, que a su vez deja el material suelto y fácilmente asequible para su carguío y traslado posterior hacia las instalaciones del proceso metalúrgico. Para romper el material se utilizan explosivos. Durante la tronadura se utilizan sistemas eléctricos con retardo de tiempo, de tal forma que siempre se encuentre una cara libre, por lo tanto, en la figura anterior, debiera producirse primero la explosión en los tiros ubicados más cerca de la cresta del banco, estos romperán y proyectarán el mineral generando una nueva cara libre para cuando haga explosión la corrida inmediatamente siguiente. En todo caso, los retardos son del orden de milésimas de segundo, pero son advertibles cuando el largo de la voladura es elevado. La disposición de las perforaciones y la cantidad y tipo de explosivos permiten proyectar el mineral hacia algún lugar determinado, controlar el tamaño máximo de partícula que se produce, de tal forma de no generar ningún problema en el carguío, transporte y posterior chancado.

Proceso de Extracción y Carguío: El material que ha sido tronado se encuentra ahora al pié del banco y se procede a cargar sobre camiones, mediante palas electromecánicas o hidráulicas, para ser evacuado de la mina. El material estéril se lleva a botaderos y el material útil al chancador primario.

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Proceso de Transporte de mineral: El material removido por las tronaduras debe ser transportado, según sea el caso, a botaderos el material estéril y el material útil o mineral al chancado primario, en camiones tolva de distintas capacidades, para dar inicio al proceso metalúrgico de extracción del cobre. A raíz de la gran cantidad de material que se genera, el transporte de mineral al interior de una mina es de gran complejidad y es necesario de optimizar esta operación. Entonces, principalmente en la operación se busca mantener con el máximo de rendimiento a los equipos, palas y camiones, y para ello se dispone de sistemas de detección y de asignación de tareas con el único fin de que no hayan palas

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desocupadas ni camiones en filas de espera.

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Unidad 3: Procesos de Reducción y Clasificación de Tamaño Introducción La operación de reducción de tamaño (conminución) consiste en la producción de partículas de menor masa a partir de trozos mayores, para ello es necesario provocar la fractura o quebrantamiento de las mismas, mediante la aplicación de presiones. El objetivo es preparar al sólido para la posterior extracción de los elementos valiosos contenidos en la mena. Puede llevarse a cabo usando varias etapas de chancado (y de molienda). Este número de etapas depende de: a) Características de la alimentación b) Características del mineral c) Operación posterior. Generalmente el chancado es una operación en seco y normalmente se realiza en dos o tres etapas. Los trozos de mena extraídos de la mina pueden ser tan grandes como 1,5 m y éstos son reducidos en la etapa de chancado primaria hasta 10-20 cm en máquinas chancadoras de trabajo pesado. Etapas de Chancado Se inicia con el arranque de la mena desde la mina y su transporte mediante camiones a un chancador primario. El producto del chancador primario, con un tamaño inferior a 200 mm, alimenta al chancado secundario

que consta de un harnero secundario de doble parrilla, un

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chancador secundario de cono estándar; el chancado terciario posee chancadores de cono de cabeza corta que operan en circuito cerrado con harneros vibratorios de doble parrilla.

El producto del chancado lo constituye el material de tamaño –15 mm de los harneros terciarios y secundarios que se transporta mediante correas a los procesos posteriores. TABLA I

Tamaño Alimentación

Reducción de Tamaño Explosión destructiva Trituración Primaria Trituración Secundaria Molienda gruesa Molienda fina Remolienda Molienda Superfina

Infinito 1m 100 mm 10 mm 1 mm 100 µm 10 µm

Tamaño Producto

1m 100 mm 10 mm 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm

Chancado Primario En la mayor parte de las operaciones, el programa del chancado primario es el mismo que el de la mina. Cuando el chancado primario se realiza bajo tierra, esta operación normalmente es responsabilidad del departamento de mina; cuando el chancado primario es sobre la superficie, es costumbre que el departamento de mina entregue la mena a la chancadora y el departamento de procesamiento de minerales triture y maneje la mena desde este punto a través de las operaciones unitarias sucesivas de procesamiento de minerales. Las chancadoras primarias comúnmente están diseñadas para operar 75% el tiempo disponible, principalmente debido a las

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interrupciones causadas por la alimentación insuficiente a la trituradora y por demoras mecánicas en la Chancadora.

Chancado Secundario El chancado secundario incluye todas las operaciones para aprovechar el producto de la chancadora primaria desde el almacenamiento de la mena hasta la disposición del producto final de la chancadora el cual usualmente está entre 0,5 y 2 cm de diámetro. El producto de la chancadora primaria en la mayor parte de las menas metalíferas puede ser chancado y harneado satisfactoriamente y la planta secundaria generalmente consiste de una o dos etapas de reducción de tamaño con chancadoras y harneros apropiados. Por otra parte, pueden ser usadas más de dos etapas de reducción de tamaño del chancado secundario si la mena es extra dura o en casos especiales donde es importante minimizar la producción de finos. Algunas veces los harneros vibratorios son colocados delante los chancadores secundarios para remover el material fino o escalpar (limpiar) la alimentación y aumentar así la capacidad de la planta de chancado secundario. El material fino tiende a llenar los huecos entre las partículas grandes en la cámara de trituración y puede ahogar el chancador, causando daño, porque la masa empacada de roca es incapaz de aumentar en volumen mientras es chancada Chancado Terciario Si la mena tiende a ser resbaladiza y dura, la etapa de chancado terciario puede ser sustituida por una molienda gruesa en molinos de barras.

Normalmente estos

circuitos van acompañados de las correspondientes etapas de clasificación para evitar la excesiva producción de finos y aumentar la capacidad del equipo

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Figura N° 5 Diagrama de Chancado Típico

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Equipos de Chancado

Figura N° 6 Chancador de Mandíbulas

Figura N° 7 Chancador Giratorio

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Como en los chancadores de mandíbula, el máximo movimiento de la cabeza ocurre cerca de la descarga. El eje central puede volver a su eje en la excéntrica y así, durante el chancado el material se comprime entre la cabeza rotatoria y las paredes de la carcaza, de modo que la abrasión en la dirección horizontal es despreciable. En cualquier corte transversal hay dos conjuntos de mandíbulas abriéndose y cerrándose como chancadoras de mandíbulas. Así, la chancadora giratoria se puede considerar como un número infinitamente grande de chancadores de mandíbula, cada una de ancho infinitamente pequeño (Fig. N° 8).

Figura N° 8 Primcipio de funcionamiento de Chancador giratorio Giratorio

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Figura N° 9 Chancador de Cono En etapas posteriores al chancado primario, debido a que no se requiere una gran abertura de alimentación, se puede tener una mayor área de chancado hacia la descarga, con un mayor ángulo del cono que en las giratorias, manteniendo el mismo ángulo entre las piezas chancadoras Estos chancadores secundarios-terciarios, operan a una velocidad mayor que los giratorios. Esto permite que el material se chanque más rápidamente debido al mejor flujo del material por la gran abertura que se crea al moverse el cono. Se construyen de dos tipos, cabeza larga o estándar y cabeza corta, la que se caracteriza por tener un cono de chancado más inclinado, disminuyendo el tamaño del producto. Este tipo de triturador de cabeza corta se emplea más en trituración terciaria cuando el material viene de una extracción a rajo abierto y secundaria cuando es subterránea.

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Unidad 4: Procesos de Operaciones Unitarias Oxidos Introducción. En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, luego de la reducción de tamaño, el proceso de obtención de cobre continua con la realización de tres etapas, que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas, siendo estas:
Aglomeración - Lixiviación
Extracción por Solventes
Electro Obtención Proceso global de lixiviación en pilas, extracción por solvente y electroobtención

Figura N° 10 Diagrama Proceso de Oxidos MEL Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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Aglomeración: La

aglomeración

proporciona una

activación tanto física como química del

mineral chancado, la cual forma aglomerados (racimos de las partículas más finas de mineral unidas a las más gruesas). Este proceso consiste en humedecer el mineral con cantidades medidas de refino, agua fresca y ácido sulfúrico concentrado, y dejar reposar este mineral humedecido (aglomerado) por un corto período de tiempo. La humedad del aglomerado varía en un rango del 7 al 12 %, la dosificación de ácido promedio es de 35 kg/ton. min., la dosificación de agua varia entre 65 y 85 kg / ton. min. y el tiempo de reposo oscila entre 12 y 48 horas La producción de mineral aglomerado ayuda a aumentar la permeabilidad del mineral en la pila con el fin de asegurar un buen contacto con el ácido sulfúrico y uniformar el flujo de solución de lixiviación dentro de la pila. Esto mejora la actividad de lixiviación y, de esta manera, incrementa la recuperación de cobre. La aglomeración se logra en tambores inclinados (Figura N°11), de velocidad variable, con revestimiento interior de caucho. El mineral se retira de la pila de acopio de mineral fino mediante alimentadores de correa de velocidad ajustable y es alimentado en los tambores de aglomeración por correas transportadoras.

Figura N° 11 Tambor Aglomerador

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Formación de la pila (Apilamiento) El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el estanque de aglomeración y curado, cuya finalidad es formar glómeros de material fino con medianos y gruesos producto de una irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico y que además, inicia el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados antes que se produzca la lixiviación en la pila. Posteriormente, estos glómeros se transportan por una correa transportadora hacia el lugar donde se formará la pila. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcido gigantesco (stacker o apilador), que lo va depositando ordenadamente formado un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: que corresponde a la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y/o aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

Figura N° 11 Equipo: Apilador o Stacker Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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Aspectos Constructivos de una Pila Existen dos tipos de pilas : •

Pila permanente (piso desechable): en la cual el mineral es depositado en una pila desde la cual no se retira el ripio una vez completada la lixiviación.

•

Pila renovable (piso reutilizable): en la cual se retira el ripio al final de la lixiviación para reemplazarlo por mena fresca.

Las pilas renovables o permanentes pueden adaptar la configuración de : •

Pilas unitarias: todo el material depositado pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de tratamiento.(Figura N°12)

•

Pila dinámica: en una misma pila coexisten minerales que están en diversas etapas del ciclo de tratamiento. La figura siguiente es el esquema del sistema de pila dinámica.(Figura N°12)

Figura N° 12 Pilas dinámicas y pilas unitarias Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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Componentes de una Pila y sus Propiedades.(Figura N°13) •

Sustrato

Corresponde, en general, a un terreno con pendiente del orden de 3 a 4 % en una dirección, hacia la canaleta. Una condición favorable es estar libre de piedras angulosas coma sea posible.

•

Finos de protección

Capa de áridos fines (arena, relaves, etc.) totalmente excento de elementos perforantes dada que se debe acomodar suavemente la capa impermeable y defenderla de la agresión mecánica que pueda provenir desde cualquiera de sus caras.

•

Base impermeable

Esta capa, descrita en la sección anterior, es la encargada de impedir que las soluciones lixiviantes filtren a estratos inferiores.

•

Tuberías de drenaje

Tuberías corrugadas y perforadas, colocadas espaciadas longitudinalmente, destinadas a permitir una rápida evacuación de la solución una vez que esta alcanza el fondo de la pila.

•

Ripio de protección.

Constituye la ultima base de protección del revestimiento. Corresponde a una capa de material de apariencia diferente del mineral cargado. El objetivo de esta capa es repartir las presiones sobre la tubería de drenaje.

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Figura N° 13 Perfil de una Pila y sus Componentes Principales Lixiviación La hidrometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva, y comprende todos los procesos y operaciones unitarias orientados a la obtención de metales o compuestos metálicos y no-metálicos, en sistemas acuosos. El proceso unitario fundamental de la hidrometalurgia es la lixiviación. La cual podemos definirla como la disolución parcial o total de una matriz sólida en una fase líquida. La objetivo de este proceso unitario es, entonces, extraer alguna especie química útil con beneficio económico desde la matriz sólida, para recuperar esta especie, posteriormente, desde la fase acuosa. Dada la definición de lixiviación, ésta requiere de un contacto de un sólido con un líquido. Este contacto se hace para poder disolver el sólido parcialmente, por lo

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menos, de tal forma que el material disuelto quede en el líquido. El material disuelto en el líquido debe comprender a las especies químicas que sean útiles y que se desean recuperar posteriormente, o bien debe comprender aquellas especies que se desean eliminar del sólido. La matriz sólida o simplemente sólido es, principalmente, mineral, concentrado, chatarra, etc. Los cuales contienen especies útiles o con valor económico que se desean recuperar. El líquido o fase líquida es una solución acuosa que contiene reactivos químicos que actúan sobre el sólido para disolverlo. Dada la naturaleza de la lixiviación, se puede agrupar, de acuerdo a los objetivos del proceso en tres categorías las cuales son: el disolver parcial o totalmente el sólido, para extraerle las especies útiles, el estabilizar en el líquido las especies útiles disueltas y el minimizar la cantidad de especies no útiles a disolver. Para lograr la disolución de las especies útiles es necesario contactar el mineral con una solución acuosa (solución lixiviante). Este contacto debe de realizarse de tal manera que permita que los reactivos químicos (agentes lixiviantes), presentes en la solución lixiviante, interactúen con la superficie del mineral para que ocurran en la interfase sólido – líquido, las reacciones químicas de disolución que se desea que ocurran. El mineral a lixiviar, para ello, debe presentar la mayor superficie expuesta posible, por unidad de masa, para lograr de esta forma una máxima interacción del mineral con el agente lixiviante de la solución. La estabilización en la solución lixiviante de las especies útiles disueltas, se logra con reactivos químicos contenidos también en la solución. Estos reactivos químicos tienen por objetivo interactuar químicamente con las especies útiles disueltas

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de tal forma que éstas permanezcan como tal en la solución. Del mineral la finalidad es que se disuelvan solamente las especies útiles, por lo que el agente lixiviante debe interactuar solamente con esas especies y no otras contenidas en el mineral, o sea que el agente lixiviante debe ser selectivo, para lograr minimizar la disolución de las otras especies. Considerando que los productos de la lixiviación son las soluciones acuosas, que contienen las especies útiles disueltas y estabilizadas, y el material sólido residual, se hace necesario separar estas fases para proseguir con el proceso. Mediante la operación de separación sólido-liquido se logra separar la fase sólida residual de la fase acuosa o solución acuosa. El sólido residual (ripios) se desecha y, por lo general, se acopia en sectores definidos, en tanto que las soluciones acuosas continúan con el proceso. Las soluciones acuosas resultantes de la lixiviación presentan, en muchos casos, dos problemas; uno es la baja concentración de las especies útiles en éstas soluciones, y el otro es la alta cantidad de especies no útiles disueltas y en algunos casos también no disueltas, las que del punto de vista de proceso son contaminantes de la solución. La solución de estos problemas descritos, está en las operaciones de concentración y/o purificación de soluciones, en las que se logra por una parte, aumentar el contenido de las especies útiles y por otra, disminuir el contenido de las impurezas en las soluciones de lixiviación. Desde las soluciones de lixiviación, que tengan niveles adecuados de concentración de la especie útil y bajos contenidos de impurezas, se recupera la especie útil (metal o compuesto). Para lograr esta recuperación se realiza los procesos unitarios de precipitación o electrodepositación, en los cuales ya se obtiene un producto final del proceso hidrometalúrgico.

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DIAGRAMA DE FLUJO LIXIVIACIÓN PRIMARIA

Canaleta pila 1

Canaleta pila 2 Tren A

Desarenador 1

PLS

Tren B

Refino Tren C

Desarenador 2

PLS Tren D

Desarenador 3

PLS

Refino

Figura N° 14 Diagrama de Flujo Lixiviación Tipico

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Extracción por Solvente (SX) Las soluciones conteniendo cobre disuelto obtenidas en la lixiviación (PLS o solución rica), son tratadas posteriormente mediante el proceso de extracción por solvente (SX) para su purificación y obtener un electrolito de cobre apto para el proceso de electroobtención (EW). La planta de SX, por lo tanto permite alimentar al proceso EW un electrolito adecuado para obtener cátodos de cobre de alta pureza y disminuir el consumo de energía involucrado en la EW.

Objetivos del Proceso de SX La etapa denominada extracción por solvente en el proceso hídrometalúrgíco del cobre, es intermediaria entre la de lixiviación y electroobtención. Su rol esencial en el proceso, es la de actuar como etapa de purificación química que permita obtener un electrolito con composición optima para que en la EW se consiga obtener cátodos de alta pureza y alta eficiencia energética. Este proceso de purificación se hace posible por la utilización de un Líquido orgánico capaz de separar el ión cobre de sus acompañantes en el PLS y transferirlo posteriormente hacia el electrolito que avanza a EW.

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Descripción del Proceso de SX La extracción por solvente del cobre, es un proceso de naturaleza química que permite la transferencia selectiva del cobre iónico desde una fase acuosa (PLS) hacia otra (ELECTROLITO) actuando como medio de transporte una fase líquida orgánica (ORGANICO) que es inmiscible con las acuosas anteriores. La fase líquida orgánica que permite la funcionalidad del proceso de SX, comúnmente en el lenguaje del proceso se le denomina como ORGANICO, contiene un compuesto orgánico denominado EXTRACTANTE y que químicamente se representa por RH. Como se puede visualizar en la Figura N°14 a y b, el proceso de SX para lograr los objetivos de purificación y concentración consta de dos etapas básicas, extracción y reextracción.

Figura N° 14.a Diagrama de Proceso SX

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Figura N° 14.b Diagrama de Proceso SX

Componentes de una Planta de SX Una planta de SX para cumplir sus objetivos debe contar con tres unidades o circuitos básicos que son los siguientes:

-

Tren de SX

-

Circuito de limpieza de Electrolito

-

Sistema de Tratamiento de Borras

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Figura N° 15 Equipo Mezclador -Decantador Electroobtención (EW) Los procesos hidrometalúrgicos de lixiviación producen en general dos tipos de soluciones:
Soluciones fuertes: Con contenidos de cobre en soluciones entre los rangos de 30-50 g/lt.
Soluciones débiles: Con contenido de cobre < lOg/lt

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Las soluciones fuertes son aptas para entrar directamente al proceso posterior de electro-obtención pero a menudo poseen importantes niveles de contaminantes, por lo que se hace necesario previamente someterlas a procesos de purificación, en cambios las soluciones débiles, deben pasar necesariamente por una etapa de concentración vía extracción por solvente y luego una electro obtención o simplemente ser tratados por cementación.

Objetivo de la Electro obtención

Recuperar el cobre contenido en las soluciones de lixiviación mediante la aplicación de corriente y obtener cobre metálico en forma de cátodos. Los electrodos usados para dicho objetivo son: cátodo de acero inoxidable (lámina delgada) y un ánodo inerte de Pb-Sb o Pb-Ca. Producir cátodos de la mayor calidad posible y a bajo costo. Regenerar ácido sulfúrico simultáneamente con la deposición de cobre, el cual se recicla a la planta de Extracción por Solventes (SX) (ó también a Lixiviación en los procesos sin SX).

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+2 H+ Cu

Electrolito Rico

H+ -2 SO4-2 SO4

Reacciones Principales Reacción Anódica : H2O Reacción Catódica : Cu+2 + 2e-

Electrolito Pobre

1/2 O2 + 2H+ + 2e- Eº: 1.23(V) Cuº Eº: 0.34 (V)

Figura N° 16 Esquema de Celda de electro obtención y reacciones principales

Descripción del Proceso En la planta de electro-obtención se obtiene el cobre mecánico partiendo de una solución que contiene sulfato de cobre y ácido sulfúrico utilizando el paso de una corriente eléctrica desde un ánodo insoluble de plomo hacia un cátodo de permanente de acero inoxidable. El cobre se deposita gradualmente sobre dicho cátodo, el que aumenta su espesor y peso, en tanto que en el ánodo procede la disociación del agua en iones hidrógeno y oxígeno libre. Los iones hidrógeno incrementan la concentración de ácido y el oxígeno es liberado en forma de pequeñas burbujas en el ánodo de plomo.

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La energía eléctrica en exceso sobre la teóricamente requerida, se disipa en forma calórica en el electrolito. A objeto de mantener las celdas a la temperatura deseada entre 38 y 45ºC el electrolito caliente descargado que abandona la planta es usado para calentar el electrolito frío de entrada

ENERGIA ELECTRICA

VAPOR OXIGENO AEROSOL

CALOR DESCARTE ELECTROLITO

ACIDO

AGUA

ELECTROOBTENCIÓN Electrolito Rico

CALOR

Electrolito Pobre

SULFATO FERROSO Y/O COBALTO

GALACTASOL

CATODOS Figura N° 17 Esquema general de Flujos de masa y energía

El cobre en solución (catión, de carga positiva +2: Cu+2 ) es atraído por el polo negativo representado por los cátodos, por lo que migra hacia éstos pegándose partícula por partícula en su superficie en forma metálica (carga cero).

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Figura N° 18 Movimiento Ionicos en la celda de electro obtencion

Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electroobtención, se produce la cosecha de cátodos. En este tiempo se ha depositado cobre con una pureza de 99,99% en ambas caras del cátodo con un espesor de 3 a 4 cm, lo que proporciona un peso total de 70 a 80 kg por cátodo. Cada celda de electroobtención contiene 60 cátodos y la cosecha se efectúa de a de 20 cátodos por maniobra. Los cátodos son lavados con agua caliente para remover posibles impurezas de su superficie y luego son llevados a la máquina despegadora, donde en forma totalmente mecanizada se despegan las hojas de ambos lados, dejando limpio el cátodo permanente que se reintegra al ciclo del proceso de electroobtención.

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En la siguiente figura, se observa la integración de las operaciones untarias hidrometalúrgicas:

Figura N° 19 Integración de procesos hidrometalúrgicos

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Tarea de Aprendizaje III: PROCESO PIROMETALURGICO Unidad 1: Introducción Procesos de Tratamiento de Minerales Cupríferos Como se indicó las menas de cobre pueden ser de naturaleza sulfurada (súlfuros), contienen S2- en su estructura química, ó bien no-sulfuradas (óxidos). Estos dos tipos de minerales de cobre siguen, en general, dos vías de procesamiento diferentes Los minerales de cobre con mena sulfurada siguen un proceso de concentración mediante flotación y como producto se obtiene un concentrado, entre 35 y 45 % de cobre, el cual es llevado a procesos pirometalúrgicos de fusión-conversión. Eventualmente, tanto el mineral como el concentrado pueden ser procesados por métodos hidrometalúrgicos. Tratamiento de Minerales Sulfurados de Cobre.




Concentración

El objetivo del proceso de concentración es liberar y concentrar las partículas de cobre que se encuentra en forma de sulfuros en las rocas mineralizadas, de manera que pueda continuar a otras etapas del proceso productivo. Generalmente, este proceso se realiza en grandes instalaciones ubicadas en la superficie, formando lo que se conoce como planta, y que se ubican lo más cerca posible de la mina. El proceso de concentración se divide en las siguientes fases:

•

Chancado.

•

Molienda.

•

Flotación

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•

CHANCADO El mineral proveniente de la mina presenta una granulometría variada, desde

partículas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 mt de diámetro, por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada (1,27cm). El Chancador realiza el primer proceso de reducción de tamaño de las rocas de material extraído de la mina. De acuerdo al proceso de molienda a llevar a cabo, las etapas de chancado pueden ser solo en una etapa, o en algunas otras situaciones, para lograr el tamaño deseado de ½ pulgada para alimentar a molinos de bolas, en el proceso del chancado se utiliza la combinación de tres equipos en línea que van reduciendo el tamaño de los fragmentos en etapas, las que se conoce como Chancado primario, Chancado secundario y chancado terciario. En la siguiente figura se observan las dos alternativas de procesamiento:

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Unidad 2: Procesos de Operaciones Unitarias Sulfuros

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•

MOLIENDA Introducción Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que

componen el mineral, para obtener una granulometría máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partículas individuales. El material que viene del chancador, pasa al proceso de molienda donde diferentes molinos reducen aún más su tamaño, el proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en dos formas diferentes: Molienda convencional y/o Molienda SAG. En esta etapa al material mineralizado se le agrega agua en cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios para realizar el proceso siguiente que es la flotación. La molienda es la última etapa en un proceso de reducción de tamaño. En esta etapa las partículas se reducen en tamaño por una combinación de impacto y abrasión vía seca o húmeda. La operación se realiza en recipientes cilíndricos rotatorios llamados molinos. Estos contienen una carga de agentes de molienda que se mueve dentro del molino produciendo la disminución de tamaño de las partículas. El agente de molienda puede estar compuesto de barras de acero, bolas, roca dura o en algunos casos de trozo mismo de mineral.

En el proceso de molienda, partículas entre 5 a 20 mm se reducen en tamaño hasta partículas de 10 a 300 micrones. Todos los minerales tienen un mallaje o tamaño óptimo de molienda, el cual depende de varios factores que incluyen: la extensión en la cual los elementos valiosos están dispersos con la ganga y el proceso de separación a usar.

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Objetivos de la Molienda y su Importancia La molienda es una operación unitaria que tiene por objeto reducir el tamaño del mineral para liberar las partículas de mineral de la ganga. La separación entre partículas que contienen el mineral (valioso) y el resto, ocurre en la etapa siguiente a la molienda que es la flotación. La importancia de esta operación queda demostrada por el hecho que gran parte de la energía gastada en el procesamiento de un mineral es ocupada por molienda. En consecuencia esta parte del proceso es de fundamental incidencia en el costo del producto. Cualquier mejoramiento entonces, en la eficiencia de esta operación, se reflejará como una importante economía en el proceso

Descripción del Proceso de Molienda. El tipo de molino para una molienda particular y el circuito en que debe estar deben considerarse simultáneamente. Los circuitos se dividen en cerrados y abiertos. En la industria minera casi siempre se usa circuito cerrado (molino de bolas con clasificadores tipo hidrociclon) en el cual el material del tamaño requerido se remueve en un clasificador, retornando los tamaños mayores al molino En operaciones en circuito cerrado no se requiere efectuar toda la reducción de tamaño en un paso. En vez de esto, los esfuerzos van encaminados a retirar el material desde el circuito tan pronto alcance el tamaño deseado, aumentando así la capacidad. El material retornado al molino se denomina “carga circulante” y su peso se expresa como un porcentaje de la alimentación fresca (ó producto). El circuito cerrado reduce el tiempo de residencia de las partículas en cada paso, eliminando el exceso de molienda e incrementando la energía disponible para molienda útil. Debido a la gran cantidad de material de tamaño cercano al tamaño del producto que se retorna al molino, hay una reducción del tamaño medio de la alimentación, lo

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cual permite el uso de bolas más pequeñas aumentando la eficiencia de la molienda. La carga circulante óptima, para un circuito en particular, depende de la capacidad del clasificador y del costo de transporte de la carga circulante hasta el molino. Comúnmente está en el rango de 100 – 350 %, aunque puede llegar hasta el 600 %. Los molinos de barras generalmente se usan en circuito abierto debido a su acción de molienda, especialmente cuando preparan la alimentación a los molinos de bolas. Los molinos de bolas casi siempre se usan en circuito cerrado con algún tipo de clasificador.

(a)

(b) Figura N° 20 Molino de barras (a) y Molino de bolas (b)

Molinos semiautógenos (SAG). Son molinos en que la carga de alimentación proviene directamente de la Mina o desde un Chancador Primario, molinos en el cual el medio de molienda es el mismo mineral (grueso). En el caso del SAG (semi autogeno), se agregan bolas de acero para

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mejorar la acción moledora de las colpas gruesas de la carga. Generalmente las bolas representan entre un 4 y 12 %. del volumen total del molino.

•

FLOTACION Introducción La FLOTACION surge como alternativa de proceso para concentrar minerales a

comienzo de este siglo (1905). Su importancia tecnológica es que hace posible la explotación económica de yacimientos de baja ley, que hasta ese momento eran reservas marginales. Su rápido desarrollo permitió : reducir por lo menos en diez (10) veces las leyes de mina mínimas a tratar en forma económica; subir las leyes de los concentrados; disminuir las pérdidas en colas y relaves; reducir los costos, y aumentar la recuperación. La FLOTACION ESPUMANTE ó FLOTACION CONVENCIONAL funciona bien a tamaño de partícula entre los 0,3 - 0,002 mm , dependiendo del peso específico (densidad) de los minerales valiosos y de su grado de liberación.

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La FLOTACION COLUMNAR se aplica a partículas de granulometría fina (menores que 0,002 mm), las cuales por su tamaño tienen problemas para ser recuperadas en la FLOTACION CONVENCIONAL. Proceso de Flotación La Flotación es una técnica que aprovecha la diferencia entre las propiedades superficiales o

interfaciales del mineral,

o especie de

valor,

y la

ganga.

Específicamente, se basa en la naturaleza hidrofóbica ( o aerofilica) de la superficie de las partículas, cuya magnitud permite que dichas superficies sean mojadas preferentemente por el aire o por el agua. Así, la técnica para lograr la efectiva separación, se basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de gas (usualmente aire) generada en la pulpa por algún medio externo, en la celda de flotación. Las burbujas de aire transportan los sólidos a la superficie, donde son recolectados y recuperados como concentrado. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituye las colas o relave. De este modo, la condición de flotabilidad es una fuerte adhesión entre las partículas útiles y burbujas, que sea capaz de soportar la agitación y turbulencia en la celda. Estas partículas se dicen hidrofóbicas, o repelentes al agua, al contrario de las partículas que constituyen el relave o colas, que son hidrofilicas. Para lograr una buena concentración se requiere, entonces, que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda, etapas que son así determinantes en el proceso de flotación, aunque no son parte del mismo. Para la mayoría de los minerales, se logra un

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adecuado grado de liberación moliendo a tamaños cercanos a 100 µm: partículas de mayor tamaño se sueltan de las burbujas portadoras, por su mayor peso; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para producir un encuentro efectivo partícula burbuja.

Figura N° 21 Celda de Flotación Convencional Circuitos de Flotación Los objetivos metalúrgicos más significativos de la Flotación son: obtener una alta recuperación conjuntamente con una alta ley en el concentrado.

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La Recuperación es el porcentaje en peso de mineral útil (cobre) contenido en el concentrado en relación al mineral útil contenido en la alimentación del mineral. La Ley del Concentrado es el porcentaje en peso de mineral útil contenido en el concentrado en relación al peso de concentrado. Ambos parámetros se relacionan en forma inversa. Una operación de FLOTACION PRIMARIA ("ROUGHER") permite obtener una alta recuperación con una baja ley de concentrado. En cambio de una operación de FLOTACION DE LIMPIEZA ("CLEANER") permite obtener una baja recuperación con una alta ley de concentrado, generando una cola de alta ley que debe ser re-circulada como alimentación a las etapas de FLOTACION previas o intermedias. La combinación de diferentes ETAPAS DE FLOTACION permite configurar los CIRCUITOS DE FLOTACION, en los cuales se pueden considerar bancos de celdas en FLOTACION DE LIMPIEZA de concentrados ("CLEANER"), FLOTACION DE RELIMPIEZA ("RE-CLEANER") y FLOTACION DE BARRIDO de colas ("SCAVENGER").

A lim entación

Colas Prim aria

Barrido

Lim pieza

Concentrado

Figura N° 22.a Circuito básico de Flotación, incluye etapa primaria, barrido y limpieza

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Figura N° 22.b Circuito real de flotación

•

ESPESAMIENTO Introducción Los métodos más utilizados para procesar minerales (cobre, níquel, oro, plata,

etc.), tales como la flotación o la lixiviación, requieren que el mineral, reducido a un determinado rango de tamaño de partículas, se encuentre mezclado con agua. Una vez obtenido el concentrado y el relave, o la solución y el residuo, es necesario separar los sólidos del fluido.

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El concentrado de una planta de procesamiento de minerales sigue su camino hacia la etapa de fundición donde debe ser sometido a calentamiento. Alternativamente, en aquellas industrias mineras que no poseen fundición, el concentrado debe venderse como tal y ser transportado fuera de la empresa. En ambos casos interesa que el producto contenga una mínima cantidad de agua para reducir el consumo de combustible o el costo de transporte. La eliminación de agua del concentrado se efectúa mediante el espesamiento, la filtración y el secado. La eficiencia del espesamiento se mide, en este caso, a través del porcentaje de sólido logrado en la descarga, el que debe ser el máximo posible. Para la filtración y secado la humedad residual debe ser mínima. Mientras más eficiente es cada una de estas etapas, mejor será el rendimiento económico de la empresa. Se denomina espesamiento o espesaje a la operación de separar, mediante el mecanismo de sedimentación, parte del agua de una suspensión, de modo de obtener por una parte, una pulpa de mayor concentración de sólidos en la descarga (underflow) y por la otra, un flujo de agua clara. La operación de espesamiento, cuyo propósito es aumentar el contenido de sólidos de un suspensión tratada en un equipo sedimentador, puede llevarse a cabo en forma discontinua o continua. El espesamiento discontinuo, que consiste en llenar un recipiente con pulpa y dejar que la fase sólida se separe del líquido por medio de la sedimentación, es un procedimiento de separación no muy sofisticado y que requiere solamente tiempo para una aplicación de buen éxito. Más importante que el espesamiento discontinuo ha resultado ser el continuo, el cual requiere un flujo de pulpa continua para alimentar el estanque sedimentador y retiro continuo o periódico de la suspensión espesada. El término espesamiento implica el asentamiento por gravedad de las partículas sólidas suspendidas en un medio líquido.

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Figura N° 23 Esquema de un Espesador de Concentrado

La corriente de entrada a un espesador se llama "alimentación". Lo que rebalsa de la unidad puede ser llamado "overflow", "efluente", "sobrenadante" ó “líquido clarificado”. La descarga en la parte inferior puede ser llamada " underflow ", "pulpa", "lodo". Cuando una corriente de alimentación entra al espesador, los sólidos sedimentan al fondo. El líquido clarificado rebasa por la parte superior y los sólidos sedimentados son removidos mediante un eje provisto de brazos con rastras que se ajustan a la inclinación del fondo del espesador, barriendo la pulpa y empujándola al cono ubicado en el centro del equipo desde donde son transportado mediante bombas desde el cono de descarga del espesador.

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Figura N° 24 Espesador •

FILTRACION Introducción La filtración es una de las aplicaciones más conocidas del flujo de fluidos a través

de lechos porosos, en esta operación, las partículas sólidas en el fluido, se retienen en un medio poroso, dejando pasar este último, un fluido libre de partículas sólidas. A nivel industrial, la filtración cubre un amplio rango de aplicaciones. Las partículas sólidas suspendidas pueden ser gruesas o finas, rígidas o plásticas, de forma esférica o irregular, agregado de partículas o partículas individuales. La suspensión de alimentación puede llevar una fracción elevada o muy baja de sólidos. Puede estar muy fría o muy caliente, y estar sometida a vacío o alta presión. El producto valioso puede

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ser el líquido filtrado, o el conjunto de partículas llamado queque o torta que se forma junto a la cara del medio filtrante. En algunos casos la separación de fases debe ser prácticamente completa; en otros sólo se desea una separación parcial. Por lo tanto se han desarrollado numerosos filtros para resolver los diferentes problemas que se presentan a nivel industrial. Tipos de Filtros FILTRO DE CORREA O BANDA. Un tipo de filtrado al vacío es la máquina de Correa Horizontal (ver fígura Nº 25). En este concepto, el vacío es aplicado a un recipiente que permanece estacionario debajo de una correa de goma en movimiento y que tiene impresa una malla de filtrado. La tela filtrante, también configurado como correa horizontal, está colocada sobre la correa móvil filtrante. El vacío es aplicado a través de sellos deslizantes entre la correa móvil filtrante y el recipiente de vacío. Hay una tendencia reciente de utilizar correas filtrantes bastante largas para lavados en contracorriente del queque en separación sólido/liquido de pulpas de lixiviación.

Figura N° 25 Filtro de Banda o Tela

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Los filtros de banda son mas conocidos como filtros de vacío de banda horizontal, y son equipos que se utilizan para separar el líquido desde el sólido a partir desde una pulpa, por la generación de una presión diferencial bajo la presión atmosférica, o mejor dicho bajo una presión de vacío. FILTROS DE PRESIÓN Existen diversos tipo de filtros de prensa los cuales operan conceptualmente de manera similar. El filtro está constituido por placas filtrantes que se cierran para proceder al filtrado y se abren para descargar el queque. Tiene accionamiento hidráulico. El filtro es accionado por una unidad hidráulica, opera a alta presión provista por el aire insuflado de un compresor. Las humedades residuales que se pueden obtener con estos filtros oscilan en el rango de 8 a 12%. Estos filtros presentan un alto grado de automatización. Estos equipos están constituidos, esencialmente, por una serie de placas que cuelgan, asentadas en rodamientos, sobre su estructura. Dichas placas pueden moverse alejándose o acercándose entre sí por medio de una placa móvil, que es capaz de “empujar a las restantes”. En el extremo opuesto se ubica la placa fija que debido a tal condición contiene los “piping” de alimentación y descarga de los filtros.

Figura N° 26 Filtro de Prensa Fundación Educacional Escondida  2009, Antofagasta, Chile, Derechos Reservados.

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FUNDICION Y REFINACION

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Introducción El cobre obtenido como concentrado a partir de minerales sulfurados de baja ley, sigue su procesamiento normalmente a traves de un proceso pirometalúrgico. Estas etapas pirometalúrgicas incluyen tostación, fusión, conversión y la refinación. Cada una estas etapas se realiza a altas temperaturas lo que ocasiona la volatilización de varios de los elementos presentes. Los gases producidos contienen también polvo, a veces en cantidades considerables, así como SO2, ya que todas las operaciones son oxidantes. Proceso Piro metalurgico El diagrama de flujo pirometalúrgico presentado, es el de un proceso generalizado. Básicamente, los

flujos o corrientes siguen cuatro pasos principales para la

transformación del concentrado de cobre en cobre blister, los cuales son:

i)

El concentrado es secado hasta bajar a 0.25 de humedad.

ii)

El concentrado es fundido y parcialmente convertido en metal

blanco. iii)

El metal blanco es convertido en cobre blister.

iv)

La escoria limpiada es recuperada desde la escoria producida

durante la etapa de fundición y parcial conversión. En particular, la aplicación del proceso de la fundición, es que el concentrado con 8 – 9% de humedad es recibido de las plantas concentradoras es llevado a almacenamiento. El concentrado es ingresado a dos lineas en paralelo las cuales conllevan a dos secadores de lecho fluidizado. Después de secado, el concentrado con 0.2% de humedad es separado de los gases una especie de bolsas filtrantes, los gases son tratados cuidadosamente y luego enviados a la atmósfera, mientrás que el concentrado seco es enviado del almacenamiento neumáticamente a los convertidores Tenientes número 1 y número 2.

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El proceso del convertidor Teniente El convertidor Teniente (CT) involucra una fundición y una conversión parcial del concentrado de cobre seco en la operación es térmicamente autógena. Esta operación se toma en cuenta como una mejora del proceso del CT. El concetrado seco es directamente inyectado en el baño fundido con una mezcla de aire enriquecido con oxígeno, arriba de 34% volumen de oxígeno a través del diseño especial de las toberas. La sílice es alimentada dentro del reactor a través de un alimentador. Como resultado, y comparado para la operación tradicional en la composición química y mineralógica del concentrado y bajo ciertos parámetros y condiciones del proceso, no requiere ningún tipo de calor externo.

El producto de fundición y oxidación del concentrado de cobre son separado en 2 fases: a) El alto grado de la mata o metal blanco con un grado de oxidación que es controlado para el rendimiento del metal blanco con aproximadamente 75% en cobre. b) Una escoria que contiene de 6 a 8% en cobre (% en peso). Estas fases fundidas son sacadas intermitentemente en un flujo en contracorriente, el metal blanco sale con 1200 º C y las escoria con 1240 º C, a través de un diseño especial de tapones o sangría ubicadas una a cada lado del convertidor.

El metal blanco es vertido en cucharones o vasos y es llevado a los convertidores Pierce-Smith (CPS), donde finalmente se tomará lugar al soplado a cobre blister. Normalmente hay 3 CPS operando, mientras que otra unidad esta

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parada o bajo mantención. La escoria producida es llevada por vasos, cucharas directamente por tuberías a los hornos de limpieza de escoria para descobrizarla.

El dióxido de azufre y otros gases producidos dentro del reactor continuo son extraídos a través de una boca de gases a una temperatura de 1220 º C. Estos gases, en combinación con una pequeña cantidad de polvos son recolectados por un diseño especial de enfriamiento y dirigidos a un sistema de manejo de gases. En esta etapa, el gas experimenta un decrecimiento de la temperatura desde 1220 º C a 700 º C debido al ambiente de aire filtrante que varía alrededor de 100% de dilución. Entonces, los gases adiabáticamente enfríados

de 300 – 350 º C por medio de un aerosol frío

horizontal disminuyendo rápidamente la temperatura de los gases, para envitar la formación de SO3. A este punto los gases son introducidos en precipitadores electroestáticos para recobrar aproximadamente un 97% del polvo que llevan los gases, para luego llevar los gases a la planta de ácido sulfúrico. El proceso del horno de limpieza de escoria Teniente: El proceso del horno de limpieza de escoria Teniente es un proceso semicontinuo, directamente para reducir la magnetita y el cobre contenido en el baño de la escoria producida en el Convertidor, por inyección de un reductor sólido, líquido o gaseoso directamente en el baño de la escoria a través de toberas. El pulverizado de la fundición es usado para este propósito en 3 hornos de limpieza de escoria. Básicamente el horno de limpieza de escoria Teniente tiene 4 pasos en el proceso:

i)

La escoria cargada se funde.

ii)

Se inyecta carbón reductor

para reducir el contenido de la

magnetita en la escoria. iii)

La mata se establece en una fase separada.

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iv)

Se vierten o vacían las fases fundidas.

El producto fundido obtenido después de establecerse en la etapa son la escoria con baja ley de cobre, menos de 1% en cobre (% en peso) y la mata de alta ley con un 60 a 70 % en cobre.

El descobrizado de la escoria es vertido en cucharones o vasos

para ser

transportados en ollas al vertedero o botadero de escoria. La mata de alto contenido en cobre es reciclada a los CPS.

En el presente, este proceso pirometalúrgico no ha sido totalmente implementado en la fundición debido a que a menor cantidad de escoria producida en el CT todavía esta es descobrizada en el viejo horno de reverbero Nº1. En el año 2000 por restricciones medio ambientales se utilizaran 2 nuevos hornos de limpieza de escoria Teniente (HLE). La operación unitaria de concentración de cobre a alta temperatura que sigue a la fusión es:
El Metal Blanco es convertido en forma autógena a cobre aprovechando el calor generado por la combustión del azufre con el oxigeno del aire suministrado por las toberas
Al eliminar el azufre del metal blanco líquido se separan por gravedad dos fases líquidas inmiscibles: una fase metálica pesada conocida como cobre blister (98 a 99% de cobre) y otra fase más liviana conocida como escoria oxidada (40 a 45% de magnetita, 10 a 12% sílice y 25 a 30% de cobre).

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Reacciones de Conversión en el Convertidor Pierce Smith

Metal Blanco

N2

Aire

Gases O2

SO

Cu2S FeS

Fe3O4

As, Bi, Pb, etc.

+

N2 O

C

Fe3O4 Cu2S SiO 2 FeS Cu2O Fe

Hoyo de muestreo

Metálico

Escoria

Boca

CONVERTIDO R PEIRCE SMITH

Pasaje de Cobre

Toberas

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Mecanismo de conversion de Metal Blanco a cobre Condición ideal conversión

AIRE

t = 0 min

AIRE

t = 60 min

AIRE

t = 120 min

AIRE

t = 180 min

t = 150 min

Cobre Blister Metal Blanco

Esc. sobreoxidada Bulcheteo

t = fin soplado

Proceso de fundición. El concentrado de cobre seco con una concentración del 31% de cobre, se somete a procesos de pirometalurgia en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metálico y se separa de los otros minerales como fierro (Fe), azufre (S), sílice (Si) y otros. El proceso de fundición se realiza en etapas que son: a) Fusión b) Conversión c) Pirorefinación Primera etapa: Proceso de fusión La fusión corresponde a una etapa de concentración a alta temperatura (1200ºC), en esta se rompe la especie mineralógica para liberar la especie metálica de interés. La

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alimentación a las unidades de fusión (hornos) pueden ser básicamente concentrados (productos de flotación) o calcinas (productos de tostación). La tostación es una etapa previa a la fusión que permite la eliminación de elementos volátiles (azufre, arsénico, antimonio, selenio) al calentar los concentrados en presencia del oxígeno del aire a temperaturas que suelen llegar a los 800ºC. Dependiendo del tipo de reactor a emplear en la fusión, se debe establecer el nivel de humedad de los concentrados, por ejemplo, para el uso de un horno de fusión Flash (Chuquicamata y Chagres) se debe secar el concentrado (proceso de secado térmico) para reducir la humedad hasta valores inferiores a un 0.2%. La fusión de concentrado y calcinas de cobre genera dos fases líquidas con características muy distintas. La mata que corresponde a la fase metálica y es en donde se concentra el cobre asociado principalmente a azufre y hierro. En ésta también se concentran los metales preciosos Metal blanco: corresponde a la parte más pesada del material fundido y que se encuentran en la parte baja del convertidor. Contiene un 70% a 75% de cobre. Escoria: es la parte más liviana del fundido, la cual se envía de vuelta al horno de reverbero o a hornos destinados a limpieza de escoria para recuperar el contenido de cobre que aún le queda. Segunda etapa: Proceso de Conversión La mata obtenida en la fusión debe ser convertida en cobre, esta operación se realiza en las unidades de conversión llamadas convertidores. En ellas se eliminan en forma progresiva el hierro y el azufre de la mata mediante la oxidación de éstos por el oxígeno del aire que se insufla en el convertidor, el que opera a 1200ºC. Dado el alto contenido de hierro y azufre que hay en las matas, se genera una gran cantidad de escoria (FeO-SiO2) y de anhídrido sulfuroso. (SO2). Este último es alimentado a una planta de ácido sulfúrico ya que no puede ser emitido directamente a

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la atmósfera. Es importante destacar que la conversación es un proceso autógeno ya que las reacciones de oxidación generan toda la energía requerida por el proceso. El producto de la conversación es un metal impuro denominado Cobre Blister, éste contiene niveles importantes de azufre, oxígeno, además de los otros metales que se concentraron en la mata durante la fusión. Mediante el proceso de conversión se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta pureza. Para esto se utilizan hornos convertidores convencionales llamados Pierce-Smith, en honor a sus creadores. El convertidor Peirce-Smith consiste en un reactor cilíndrico de 4,5 m de diámetro por 11 m. de largo, aproximadamente, donde se procesan separadamente el eje proveniente del horno flash y el metal blanco proveniente del convertidor Teniente. Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material. Finamente se obtiene cobre blister, con una pureza de 96% de cobre.

Tercera etapa: Proceso de pirorefinación La mata obtenida en la fusión debe ser convertida en cobre, esta operación se realiza en las unidades de conversión llamadas convertidores. En ellas se eliminan en forma progresiva el hierro y el azufre de la mata mediante la oxidación de éstos por el oxígeno del aire que se insufla en el convertidor, el que opera a 1200ºC. Dado el alto contenido de hierro y azufre que hay en las matas, se genera una gran cantidad de escoria (FeO-SiO2) y de anhídrido sulfuroso. (SO2). Este último es alimentado a una planta de ácido sulfúrico ya que no puede ser emitido directamente a

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la atmósfera. Es importante destacar que la conversación es un proceso autógeno ya que las reacciones de oxidación generan toda la energía requerida por el proceso. El producto de la conversación es un metal impuro denominado Cobre Blister, éste contiene niveles importantes de azufre, oxígeno, además de los otros metales que se concentraron en la mata durante la fusión.

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