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I.E.S.T.P HMS-F-JEM

INTRODUCCION A LA METALURGIA

Ing. Cesar Escalante Álvarez

I.E.S.T.P HMS-F-JEM MINERAL:

INTRODUCCION A LA METALURGIA

Ing. Cesar Escalante Álvarez

Es aquella sustancia sólida, natural, homogénea, de origen normalmente inorgánico. Que contiene una parte valiosa (Mena) y otra no valiosa que no es de interés (Ganga). MENA: GANGA: Comprende a los minerales q acompañan a la mena, pero que no presenta interés minero en el momento de la explotación ejemplos, Cuarzo, Calcita. MINERAL POBRE: Es aquella que contiene pequeñas cantidades de la parte valiosa y gran cantidad de material estéril, que comúnmente se le llama mineral de tercera que al final, cuando se tenga mineral de alta ley se le cabecea para controlar su ley de cabeza.

1 CHANCADO DE MINERALES 1.1 CONMINUCION: Es el proceso de reducción de tamaño de minerales, este proceso se caracteriza por su alto consumo de energía, entonces para que se realiza los procesos de conminación.    1.1.1

Para liberar el mineral de interés del material de desecho. Acelerar la velocidad de reacción en los procesos de concentración. Producir partículas de mineral de tamaño y forma definida. ETAPAS DEL PROCESO DE CONMINUCION.

Las etapas de la conminación son el chancado y la molienda de minerales, existe un límite para el cual las chancadoras son eficientes y pasado este, se utilizan los molinos, los que realizan la reducción de material de tamaños más finos. Grafica 01. Ejemplo de conminación de mineral Cu.

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1.2 CHANCADO. Es la primera etapa de reducción de tamaño del mineral, se realiza normalmente en seco, por maquinas que se mueven con lentitud y aplica grandes fuerzas a bajas velocidades sobre el mineral. No existe tecnología capaz de realizar el proceso de chancado en una sola etapa siendo necesarias varias etapas de fragmentación y más de un equipo. Grafica 02 etapas de chancado.

1.2.1   

CLASIFICACION (HORNEROS). Los objetivos del horneado son. Impedir que el material que no ha sido chancado lo suficiente pase a la otra atapa de reducción (sobre tamaño) Preparar material con un rango estrecho de tamaño para eliminar ciertos procesos de concentración. Extraer desde la alimentación a un chancador aquel material que ya cumple con las especificaciones del producto, de modo de aumentar la capacidad y eficiencia de la chancadora.  Separar el material en una serie de productos finales de tamaño específico.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Grafico 03 clasificación de material mediante horneros. TIPO I: PLACAS PERFORADAS (Metal, Goma, Poliuretano)

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1.3 MOLIENDA. Es la reducción de tamaño de las partículas relativamente gruesas dejadas por la etapa de chancado, TIPO II: MALLAS ENTRETEJIDAS III: BARRAS DIFERENTE PERFIL el objetivo de la molienda es reducir el material alTIPO tamaño óptimo para elDE proceso de concentración. Se realiza por lo general cuando el material está en una pulpa con agua. Grafico 04 Molienda de mineral.

MENAS DE Au Oro nativo Au Electrum (Au, Ag) Auroestibita AuSb2 Auricuprita AuCu3 Maldonita Au2Bi Los minerales de Au son generalmente los teluros Calaverita AuTe2 Montbragita Au2Te3 Krennerita (Au, Ag)Te2 Petzita Ag3AuTe2 Sylvanita AgAuTe4 Minerales asociados al Au (llevan como componente trazas de Au) Pirrotita Fe7S8 Pirita FeS2

I.E.S.T.P HMS-F-JEM Calcopirita CuFeS2

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Arsenopirita FeAsS Tetraedrita-tenantita Cu12(Sb,As)4S13 Bornita Cu5FeS4 Calcocita Cu2S REDUCCION DE TAMAÑO DE LAS PARTICULAS MINERALES Una vez que el mineral ha sido extraído desde la mina, este puede presentar variados tamaños de partículas, los cuales pueden ir desde varios metros de diámetro a unos cuantos micrones. RAZONES PARA REDUCIR EL TAMAÑO DE LOS MINERALES    

Liberar especies minerales comerciales, desde una matriz formada por minerales de interés y ganga Promover reacciones químicas o físicas rápidas, a través de la exposición de una gran área superficial. Producir un mineral con características de tamaño deseable para su posterior procesamiento, manejo y/o almacenamiento Satisfacer requerimientos de mercado, en cuanto a especificaciones de tamaños particulares en el producto.

Para desintegrar una partícula mineral se necesita aplicar una energía, debido a que todos los materiales presentan fallas que pueden ser macroscópicas (grietas) o microscópicas. Logrando que esta energía se propague por las grietas, se permite el rompimiento de los enlaces atómicos. Para lograr la propagación de grietas se aplica una serie de fuerzas mecánicas.

Estos esfuerzos se traducen en consumo de energía.

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Los mecanismos por los cuales se puede producir la fractura de un mineral son.  Compresión: Se logra la fractura de la roca, por la aplicación de esfuerzos compresivos de baja velocidad.  Impacto: Se logra la fractura de la roca, por la aplicación de esfuerzos compresivos de alta velocidad.  Abrasión: Ocurre como un esfuerzo secundario, al aplicar esfuerzos de compresión y de impacto. TIPOS DE CHANCADORAS. 1. Chancadora de mandíbulas.

2. Chancadora Giratoria.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA 3. Chancadora de Rodillos.

4. Chancadora de conos.

5. Chancadora de Martillos.

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I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA 6. Chancadora de Impacto.

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Al introducirse el trozo de mineral entre las dos mandíbulas del equipo, el mineral se quiebra y con la separación de la mandíbula móvil de la fija, el mineral va descendiendo por la cavidad hacia la abertura de la descarga, en el siguiente acercamiento sufre una nueva fragmentación y así sucesivamente hasta alcanzar las dimensiones que le permitan salir por la descarga. Los minerales, siendo cristales, poseen la tendencia a romperse en innumerables formas y tamaños toda vez que son sometidos a algún tipo de energía. En el proceso chancado, es esencial poder controlar adecuadamente tanto el sobretamaño (gruesos) como el bajo-tamaño (finos), producidos durante la reducción.

La clave para una Reducción de Tamaño exitosa consiste en mantener las curvas granulométricas tan cortas ó empinadas como sea posible. En general, los productos son mucho más apreciados mientras más estrecha es su curva granulométrica.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez Para lograr este objetivo es necesario seleccionar adecuadamente él o los equipos correctos, desde una amplia gama de equipos disponibles para la Reducción de Tamaño. La diferencia entre los distintos equipos se establece según: el principio de operación del equipo, la técnica aplicada para la reducción, el tamaño de la alimentación, etc. Los equipos pueden combinarse en forma adecuada para lograr o aproximarse al intervalo de tamaño requerido para el producto final. RAZON DE REDUCCION (RR). Todas la operaciones de Reducción de tamaño se realizan por etapas: I, II, III... Todos los chancadores, poseen una relación distinta entre los tamaños de la alimentación y la descarga.

Todos los chancadores poseen una Razón de Reducción baja, significando que la Reducción de Tamaño requerida normalmente debe realizarse por etapas. El número de etapas estará determinado por el Tamaño de la Alimentación y el Tamaño del Producto requeridos. Ejemplo. Tamaño de alimentación F80 = 400mm Roca de tronadura (voladura), 80% menor que 400mm Agregado para caminos o alimentación a molino de barras, 80% menor que 16mm Tamaño del producto que sale P80 = 16mm 𝐹80

Solución: 𝑅𝑅 = 𝑃80 =

400 16

= 25

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Si aplicamos 2 etapas por ejemplo. 1. RR en la etapa de Chancado Primario: RR1 = 3 2. RR en la etapa de Chancado Secundario: RR2 = 4 Por lo tanto la RR total (incluyendo las 2 etapas): RR1 x RR2 = 3x4 = 12 Ӫ por lo tanto, esto no es suficiente. Se necesita una tercera etapa de chancado. Por ejemplo en 3 etapas. 1. RR priemra etapa RR1 = 3 2. RR segunda etapa RR2 = 3 3. RR Tercera etapa RR3 = 3 Entonces la RR Total: RR1 X RR2 X RR3 = 3X3X3 = 27

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I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA SELECCIÓN DE CHANCADORES

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Conocido el número de Etapas de Chancado, se puede ahora seleccionar el tipo de chancador correcto para cada Etapa de Reducción de Tamaño. Dependiendo de las condiciones de operación, del tamaño de la alimentación, de la capacidad, de la dureza, etc., siempre se pueden estudiar alternativas. Para Chancadores Primarios, se tiene:

Para Alimentación Blanda (menor que Mohs 5) y si la capacidad requerida no es demasiado alta, la primera opción normalmente es un chancador de Impacto Horizontal (Horizontal Impactor HSI). Para Alimentación Dura, la selección está entre un Giratorio o uno de Mandíbula. Siempre considere las siguientes Reglas Prácticas: 1. Siempre que pueda utilice un Chancador de Mandíbula; es la alternativa más efectiva en relación a los costos. 2. Para bajas capacidades utilice un Chancador de Mandíbula; y considere un Martillo Hidráulico para el sobretamaño. 3. Para altas capacidades utilice un Chancador de Mandíbula, con una abertura grande de alimentación. 4. Para muy altas capacidades, utilice un Chancador Giratorio. TRITURACION (CHANCADO) En la trituración la fractura de las partículas se da principalmente por la aplicación de fuerzas de compresión.

En la figura se muestra, una chancadora en que una es móvil y la otra se mantiene estática

Durante la trituración, las fuerzas de compresión que actúan sobre las partículas pueden llegar a producir aglomerados que reducen la capacidad del equipo, por lo tanto este proceso generalmente se realiza en seco y evitando la presencia de cualquier aglomerante.

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CHANCADORA DE QUIJADAS (Doble Conexión Articulada)

Utilizada para la trituración primaria y secundaria de rocas duras, tenaces y abrasivas, así como para materiales pegajosos, con planos de fractura definidos, el alimento debe ser relativamente grueso y con baja cantidad de finos. Se aplican potencias de 2 a 225 KW, para obtener razones de reducción entre 4 y 9. CHANCADORA DE QUIJADAS (Pivote Elevado)

Características similares a la de doble conexión articulada, sin embargo su diseño reduce el rozamiento contra las caras de la quebradora y el atascamiento, por lo que la velocidad de trituración es mayor y la eficiencia de la energía aplicada para la desintegración es mayor. La razón de reducción que se puede lograr está entre 4 y 9, la potencia aplicada para la fractura es del orden de 11 a 150 KW.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA CHANCADORA DE QUIJADAS (Excéntrico Elevado)

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Su diseño disminuye el atascamiento tanto a la entrada como a la salida de material, por lo tanto la velocidad a la cual se lleva a cabo el proceso de desintegración es mayor. El desgaste de las caras de trituración es alto, así como los daños por fatiga del material. Tiene bajo aprovechamiento de la energía aplicada y no es muy útil para la desintegración de rocas duras y abrasivas. La potencia aplicada oscila entre 2 y 400 Kw, para obtener razón de reducción entre 4 y 9. CHANCADORA DE QUIJADAS (Dodge)

Su uso se limita a laboratorio, por cuanto no es muy útil para la desintegración de rocas de gran tamaño, por el atascamiento que presenta. Se requiere de la aplicación de potencias de 2 a 11 Kw, para lograr razón de reducción entre 4 y 9.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA TRITURADORAS GIRATORIAS

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b. TRITURADORAS DE CONO Se emplean para trituración secundaria y terciaria. Se utiliza de 2 a 600 Kw, para obtener razón de reducción de 6 a 8 en trituración secundaria y de 4 a 6 en trituración terciaria.

b. DE DISCO GIRATORIO. Se utiliza para trituración hasta tamaño de partícula muy fino o trituración cuaternaria. Se requiere potencia entre 100 y 400 Kw, para lograr razón de reducción de 2 a 4.

TRITURADORAS DE RODILLOS a.- TRITURADORA DE DOS RODILLOS Su aplicación ha sido remplazada por las quebradoras de cono, a bajas relaciones de reducción el contenido de finos obtenido es relativamente bajo. Requiere de potencia de 27 a 112 Kw, para logra razón de reducción de 3.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA TRITURADORAS DE IMAPACTO

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5 DISEÑO DE EQUIPO DE TRITURACION.

5.1 CALCULO DE ENERGIA CONSUMIDA POR LA MAQUINA (E). 𝐸 = 𝑃1 ∗ 2𝜋 ∗ 𝑛 ∗ 𝑟 𝐸 =𝐹∗𝑑

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒

𝑑 = 2𝜋 ∗ 𝑛 ∗ 𝑟

Entonces. 𝑃1 =

𝐸 2𝜋 ∗ 𝑅 ∗ 𝑛

𝑃1 = 0.16

𝐸 𝑟∗𝑛

n: Numero de poleas r: radio de la polea Reemplazando en la ecuación (1). 𝑃2 =

0.16 ∗ 𝐸 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑 2∗𝑟∗𝑛∗𝑒

𝑃2 > Que la energía necesaria para fracturar el mineral por compresión. Se ha encontrado experimentalmente que la energía necesaria para fracturar el mineral es entre 1 – 10% la energía que se debe aplicar a la trituradora. 5.2 CALCULO DE ANGULO DE TRITURACION

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∑ 𝐹𝑋 = 𝑅 − 𝑃𝑋 − 𝐹𝑓

𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠

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𝑅 − 𝑃𝑐𝑜𝑠 ∝ −𝜇𝑝´𝑠𝑒𝑛𝛼 = 0

∑ 𝐹𝑌 = 𝜇𝑅 + 𝜇𝑃´𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝑃𝑠𝑒𝑛𝛼 = 0 𝑡𝑔 ∝= Si

∝ 2

−2 ∗ 𝜇 𝜇2 − 1

> 𝜇,

𝑐𝑡𝑔 =

𝛼 𝑡𝑔 ( ) = 𝜇 2 La partícula será expulsada y por lo tanto no será triturada.

𝐿 𝑏−𝑠

L debe ser mayor, cuando menor sea S, para evitar el riesgo de que la partícula no sea triturada. 5.3 CALCULO DE CAPACIDAD DE TRITURACION. La capacidad de trituración está dada por el flujo de material triturado por la densidad del flujo. 𝑇 = 𝑄 ∗ 𝜌𝑓

Donde.

T: capacidad de trituración (Ton/Hr) Q: Flujo de material triturado (m3/hr) Ρf: Densidad de flujo (Ton/m3) 𝑇 = 0.6 ∗ 𝐿 ∗ (𝑆 + 𝑒)

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA El flujo de material triturado depende de.

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 La geometría de la abertura máxima de la trituradora  La velocidad de salida del material triturado  De sus propiedades mecánicas.

Área de la descarga Q

𝑹𝒓 =

Velocidad de salida de material

𝟎. 𝟖𝟓𝒃 𝑺+𝒆

5.4 CALCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR DE LA TRITURADORA

𝜎𝐶 ∗ 𝜋 ∗ 𝑙 ∗ 𝑁 𝑃 = 1.362 ∗ 10−4 ( )(𝐷2 − 𝑑2 ) 𝐸 450 ∗ 𝑔 ∗ 𝑡𝑔 ∝ 𝑁=√ 𝑒 𝑃 = 𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑠;

𝑁=

𝑅𝑒𝑣 𝐾𝑔 ; 𝜎𝑐, 𝐸 = ; 𝐿, 𝐷, 𝑑 = 𝑐𝑚 𝑚𝑖𝑛 𝑐𝑚2

Humedad del material Carrera y frecuencia de la trituradora Angulo de trituración Geometría de la trituradora Características de la alimentación Razón de reducción de la trituradora

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA POSTULADOS DEL PROCESO DE CONMINUCION I.

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POSTULADO DE RITTINGER (1867) (Primera ley de conminación)

Considera solamente la energía necesaria para producir la ruptura de cuerpos solidos ideales (homogéneos, isotrópicos y sin fallas), una vez que el material ha alcanzado su deformación crítica o límite de ruptura. 1 1 𝐸𝑅 = 𝐾𝑅 [( ) − ( )] 𝑃80 𝐹80 𝐸𝑅=𝐸𝑛𝑒𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝐾𝑊ℎ⁄

𝑡𝑜𝑛)

𝐾𝑅=𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑅𝑖𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 𝑃80 = 𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒𝑙 80% 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝐹80 = 𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒𝑙 80% 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 En la práctica se ha demostrado que la teoría de Rittinger funciona mejor para la fracturación de partículas gruesas, es decir, en la etapa de chancado de material. II.

POSTULADO DE KICK (1885) (segunda ley de la conminación)

La energía requerida para producir cambios análogos en el tamaño de cuerpos geométricamente, es proporcional al volumen de estos cuerpos. Significa que igual cantidad de energía producirá igual cambio geométrico en el tamaño de las partículas, Kick considero que la energía utilizada en la fractura de un cuerpo solido ideal (homogéneo, isotrópico y sin falla), era solo aquella necesaria para deformar el sólido. Despreciando la energía adicional para producir la ruptura del mismo. 𝐸𝑅 = 𝐾𝑅 ∗ 𝑙𝑜𝑔 (

𝐹80 ) 𝑃80

𝐸𝑅 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝐾𝑊ℎ⁄𝑡𝑜𝑛) 𝐾𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐾𝑖𝑐𝑘 𝑃80 = 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒𝑙 80% 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝐹80 = 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒𝑙 80% 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 En la práctica se ha demostrado que el postulado de Kick funciona mejor para el caso de la molienda de partículas finas. III.

POSTULADO DE BOND (1952) (Tercera ley de la Conminación)

La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño 80%, siendo este último igual a la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas. 𝐸𝐵 = 10𝑊𝐼 (

1 √𝑃80

−

1 √𝐹80

)

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INTRODUCCION A LA METALURGIA 𝐸𝐵 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝐾𝑊ℎ⁄𝑡𝑜𝑛)

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𝑊𝐼 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (𝐾𝑊ℎ⁄𝑡𝑜𝑛. 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎) El parámetro WI depende tanto del material (resistencia a la conminación) como del equipo de conminación utilizado, debiendo ser determinado experimentalmente para cada aplicación.  DETERMINACION DEL WORK INDEX (WI) Se determina a través de ensayos de laboratorio, que son específicos para cada etapa (chancado, molienda de barras, molienda de bolas), estos ensayos entregan los parámetros experimentales de cada material. 𝑊𝐼 = 2.59

𝐾𝐶 𝜌𝑆

𝑙𝑏 − 𝑝𝑖𝑒 𝐾𝐶 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜, 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 ( ⁄𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑟𝑜𝑐𝑎) 𝜌𝑠 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜  CARGA CIRCULANTE (CC) Es la razón entre el flujo de material que recircula y la alimentación fresca que llega al circuito. 𝐶𝐶 =

𝑅 ∗ 100 𝐴

𝑅 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎 𝐴 = 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 OTRAS ECUACION DE LOS DETALLES TECNICOS DE CHANCADORES CHANCADORA DE MANDIBULAS  Consumo de energía por tonelada de mineral triturado. 𝑃=

𝑉 ∗ 𝑖 ∗ √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠∅ 1000

𝑊=

𝑃 𝑡𝑜𝑛

𝑃: 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑊: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 (𝐾𝑊 ∗ ℎ𝑟⁄𝑇𝐶 ) 𝑉: 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟, 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎. 𝑖: 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟. 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑚𝑖𝑑𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑒𝑠

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑦 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑢𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

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√3: 𝐹𝑐𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑖𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑠∅: 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 1000: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 𝑎 𝐾𝑊  Calculo de capacidad de la chancadora de mandíbulas

𝑇 = 0.6 ∗ 𝐿 ∗ 𝑆 𝑇: 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑇⁄ℎ𝑟 𝐿: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑆: 𝐴𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑡 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑚 Podemos obtener la siguiente expresión del grafico. 𝐴 = 𝐿 ∗ 𝑎, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐿 = 𝐴⁄𝑎 𝑅 = 𝑎⁄𝑆 ,

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑆 = 𝑎⁄𝑅

𝑅: 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐴: 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑚2 𝑎: 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑚 Considerando condiciones de operación como: Dureza, Humedad, Rugosidad se tiene la siguiente expresión. 𝑇𝑅 = 𝐾𝐶 ∗ 𝐾𝑚 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑇 𝑇𝑅: 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑇⁄ℎ𝑟 𝐾𝑐 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎, 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑟 𝑑𝑒 1 𝑎 0.65

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA 𝐾𝑚 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑, 𝐾𝑚 = 1 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑎,

Ing. Cesar Escalante Álvarez 𝐾𝑚 = 0.75 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎

𝐾𝑓 : 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛, 𝐾𝑓 = 0.75 𝑎 0.85 EJERCICIO Datos para cálculo de error para el 80% pasante. Mineral: Crisocola

Ley del mineral: 35.6%

Masa Muestra: 890 gr

Tamaño de liberación: 0.1059 cm

Masa lote: 800 gr

d95: 5075 cm

Densidad de cobre: 2.4

d min: 3.14 cm

Densidad de ganga: 2.65

f: 0.2

Ley del yacimiento: 1%

g: 0.25

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A. FLOTACION DE ESPUMAS Es un proceso mineralúrgico – químico - cinético, o también, la flotación de minerales en espumas es un proceso físicoquímico, cuyo objetivo es la separación de especies minerales valiosas de las no valiosas, a través del uso de la adhesión selectiva de burbujas de aire a las partículas minerales valiosas. La mena mineral se divide en un concentrado enriquecido con el componente útil o valioso y una cola o relavera con los minerales que componen la ganga. Por su parte, la estabilidad de la burbuja dependerá del espumante agregado al proceso de flotación. El proceso de flotación de espumas se lleva a cabo en una maquina denominada celdas de flotación.

1. MECANISMOS DE LA FLOTACION DE ESPUMAS El proceso de flotación está basado sobre las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los sólidos a separar, se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de los sólidos frente al agua, o sea, de mojabilidad de los sólidos. Los metales nativos, sulfuros de metales especiales o especies tales como grafito, carbón bituminoso, talco y otros, son poco mojables por el agua y se llaman minerales hidrofóbicas naturales. Los minerales que son óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros son hidrofilicas, o sea, mojables por el agua.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez Además los minerales hidrofóbicas son aerofílicas, es decir, tienen gran afinidad por las burbujas de aire, mientras que los minerales hidrofílicos son aerofóbicas, o sea, no se adhieren normalmente a ellas.

1.1 MINERALES HIDROFÍLICOS: Son mojables por el agua, constituidos por. Óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos y otros, que generalmente representan la mayoría de los minerales estériles o ganga. Haciendo que se mojen, permanezcan en suspensión en la pulpa para finalmente hundirse. 1.2 MINERALES HIDROFOBICOS: Son aquellos que no son mojables o son poco mojables por el agua, dentro de ellos tenemos. Los metales nativos, sulfuros de metales o especies tales como: grafito, carbón bituminoso, talco y otros, haciendo de que evite el mojado de las partículas minerales, que pueden adherencia a las burbujas de aire y ascendente.

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TIPOS DE FLOTACION

Los tipos de flotación pueden ser.  Flotación de Espumas  Flotación por Películas  Flotación por Aceites Siendo de mayor aplicación en la actualidad, en nuestro país, la flotación de espumas, que a su vez puede ser clasificada en.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez  Flotación Directa: Cuando en la espuma se tiene al mineral valioso concentrado y en la pulpa el mineral de ganga como relave.  Flotación Reversa o Inversa: cuando en las espumas se capta a la ganga y en la pulpa queda el mineral considerado de valor como relave que es recuperado posteriormente. También puede clasificar en. a. Flotación Bulk o Colectiva: En la cual se obtiene en un concentrado todos los minerales valiosos contenidos en la mena y un relave con el material sin valor o ganga. b. Flotación Selectiva o Diferencial: La cual por la acción selectiva de los reactivos permite obtener en un concentrado un solo mineral valioso, es decir, en mayor concentración. Debe entenderse por selectividad a la fijación preferencial del colector o reactivo heteropolar en la superficie de un determinado mineral valioso.

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IMPORTANCIA DE LA FLOTACION DE ESPUMAS

La introducción del proceso de flotación de espumas se dio en el siglo XX, revoluciono la industria de los minerales que por su versatilidad se usa y aplica para procesar tonelajes cada vez más grandes y de más baja ley, de ahí que su importancia radica en que desde su invención está permitiendo el tratamiento de menas complejas de baja ley, que de otro modo se habrían considerado menas no económicas. En cuanto al aspecto tecnológico – científico del proceso actualmente el proceso de flotación de espumas es utilizado para concentrar minerales sulfuros complejos de Cu – Mo, Cu – Pb – Zn, Pb – Zn – Fe, etc. Minerales oxidados de Cu, Pb, Zn, Fe, W, Sn, etc. Minerales sulfuros que contienen Au, Ag y minerales industriales no metálicos Azufre, Talco y Carbón mineral. La flotación de minerales difícilmente será reemplazada en el tiempo, debido a su relevancia en el procesamiento de minerales y que aún no ha sido medida en su real magnitud, sobre todo cuando influye enormemente en la metalurgia extractiva, lo cual implica que sin la existencia de este proceso, no hubieran podido desarrollarse procesos, tales como la tostación, la conversión, la fusión y la refinación. Hoy cada vez permite hacer una reingeniería en la flotación de sulfuros haciendo aplicable la biohidrometalurgia para la extracción más limpia de los metales. Beneficio (adecuación) de materias primas (pigmentos, caolín, arcillas para cerámica). Medio ambiente (separación solido/liquido o liquido/liquido)

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Tratamientos de compuestos orgánicos (plantas de extracción por solventes)

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Aceites, grasas y colorantes (ágatas) Tratamiento de efluentes que contienen metales pesados: Removibles (recuperables) por flotación, Ag+1, Sn+2, As+3, Cr+3/Cr+6, Au+2/Au+4, Be+2, Cd+2, Co+2, Ga+2, Ge+4, Hg+2, Pb+2, Mn+2, Mn+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Sb+3, Se+2 Aniones (CN, CrO4, AsO4, SO4, PO4, MoO4, F+) Complejos y quelatos (Galvanoplastia, siderurgia, industria minera, metal mecánica)

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ASPECTOS DEL PROCESO DE FLOTACION DE ESPUMAS

Algunos metalurgistas han señalado en sus estudios que en el proceso de flotación de espumas hay más de 32 variables. Southerland y Wark las han clasificado meridianamente en tres grupos importantes de variables y son. GRUPO 1. Variables que dependen de los componentes químicos tales como. Dosificación y potencia de los reactivos.  Colectores  Espumantes  Modificadores  Activadores  Depresores  Modificadores de PH (Eh)  PH (Eh) de mejor selectividad  Es decir, todo lo que concierne al comportamiento físico – químico para lograr la hidrofobización del mineral valioso dentro del ambiente de la celda. GRUPO 2. Variables que dependen de los componentes de equipamiento.     

Diseño de la celda convencional Diseño de la celda columna Agitación de la pulpa (RPM) Configuración del banco de celdas Remoción de la espuma

Es decir, todo lo que concierne al comportamiento hidrodinámico que involucra el movimiento de partículas – burbujas – fluido dentro del ambiente de la celda de flotación de espumas. GRUPO 3. Variables que dependen de los componentes de operación. Velocidad de alimentación (m3/h) o GPM    

Tiempo de retención Mineralogía y ley de la mena Tamaño de partículas (densidad y forma) Grado de liberación (grado de diseminación)

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA  Grado de oxidación (degradación)  PH natural del mineral  Densidad de pulpa (% de solidos)  Temperatura  Flujo de aire (psi, Pa)  Remoción de la espuma (natural o mecánica)

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De todas las variables antes mencionadas, el proceso de flotación depende de dos variables o parámetros principales a saber. a. Tiempo de Retención: necesario para que ocurra el proceso de separación, con el cual se determina el volumen de pulpa y el número de celdas requeridas. b. Agitación y aireación: necesarias para las condiciones óptimas de flotación, con las cuales se determina el mecanismo del tipo de flotación (en celdas mecánicas o en celdas columna) y la energía requerida La flotación está basada en el tiempo de retención, por tanto hay dos alternativas a seguir para seleccionar el tamaño de celdas y la longitud de los bancos, estas son.  Celdas pequeñas y bancos grandes  Celdas grandes (gran volumen) y bancos cortos La primera alternativa es una aproximación más conservadora y es aplicable a operaciones de pequeño y mediano tonelaje. La utilización de celdas pequeñas conduce a.  Reducir el cortocircuita miento de las partículas valiosas  Buen control metalúrgico  Recuperación más alta del mineral valioso. La segunda alternativa es más aceptada para operaciones de alto tonelaje empleando máquinas de flotación de gran volumen. El equipo de flotación moderno da la oportunidad de usar celdas más grandes y circuitos más cortos que permiten.    

El modelo de flujo efectivo minimiza el cortocircuita miento de las partículas Los analizadores en línea mejorados mantiene un buen control metalúrgico Menos mantenimiento mecánico de las celdas Más bajo costo total.

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APLICACIÓN DE LA FLOTACION

La flotación desde sus inicios hasta nuestros días, en una forma amplia se aplica para la separación y recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas (minerales). Sustancias inorgánicas: son generalmente los minerales metálicos y no metálicos, tales como sulfuros, óxidos, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc. Metales nativos, sales, carbones, azufre, talco, etc. Sustancias orgánicas: las cuales son tan variadas, tales como resinas y semillas, fibras y aceites, papeles y pintura, productos sintéticos orgánicos y desechos, materiales biológicos tales como micro – organismos o bacterias, etc. El objetivo principal del proceso de flotación es aplicarlo para la separación de minerales metálicos y no metálicos de interés económico y por ello en nuestro país constituye una tecnología de gran aplicación en la extracción principalmente de los sulfuros complejos de Cu-Pb-Zn-Fe, Cu-Pb, Pb-Zn, Pb-Ag, etc.

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PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE LA FLOTACION

En procesamiento de minerales, el método de concentración por flotación de espumas es, indispensable, la técnica de separación de minerales valiosos de los no valiosos más importante y representa una de las aplicaciones más desafiantes de la química de superficies. El proceso de flotación está controlado por la termodinámica, la cinética y la hidrodinámica del sistema, en consecuencia incluye aspectos fundamentales tales como.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez  La creación de una superficie hidrofobica en una especie mineral en particular (condición termodinámica)  Previsión de tiempo suficiente para la adherencia de la partícula hidrofobica con la burbuja de aire (condición cinética)  La estabilización de los agregados partícula-burbuja bajo el flujo de pulpa prevaleciente (condición hidrodinámica) La acción conjunta de estos principios hace a la flotación de espumas, un proceso selectivo que se usa para llevar a cabo separación específica de minerales de menas complejas, menas menos complejas, menas de minerales óxidos y los no metálicos, incluyendo el carbón fino, azufre y talco. La teoría de flotación de espumas es bastante compleja y aún no está estudiada en forma completa. Para ello trataremos dos aspectos que se cree que son las más importantes, son.  Química de superficies relacionada a la interface mineral – agua )capa eléctrica doble)  Termodinámica de superficies, relacionada con el ángulo de contacto (mojabilidad de superficies minerales) FENOMENOS ELECTRICOS EN LA INTERFACE MINERAL-AGUA Cuando se pone en contacto un mineral finamente molido en un líquido polar como el agua, las regiones interfaciales de las dos fases cambian para ajustarse al nuevo ambiente y a partir de este momento, las propiedades que determinan su comportamiento son las propiedades superficiales determinadas por cada una de las fases presentes. Sólido, líquido y gaseoso y las interfaces o intercaras generadas entre estas fases. Entre estas propiedades superficiales están la carga superficial y el potencial eléctrico generado en la interface, es decir, se establece una doble capa eléctrica en la interface mineral-agua (más claramente, mineral-pulpa) la cual balancea la carga eléctrica global en el sistema. Esta afecta al comportamiento de la superficie mineral y su interacción con los reactivos químicos, un factor que es crucial en procesos de separación químico-superficial.

Esquema Idealizada de la Capa Eléctrica Doble

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DOBLE CAPA ELECTRICA La carga eléctrica de los sólidos presentes en una pulpa acuosa atrae una “atmosfera# de iones de carga contraria, parte de la atmosfera es difusa, la carga de superficie, en conjunto con la capa difusa, constituye la doble capa eléctrica.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez La doble capa eléctrica establecida en la interface mineral-agua puede ser considerada como análoga a un condensador eléctrico o impedancia, la cual puede ser investigada experimentalmente para caracterizar superficies o reacciones superficiales. La carga superficial en el mineral (Ψ) en un sistema mineral puro-agua puede establecerse mediante varios mecanismos. Entre ellos tenemos los siguientes.  Polarización de un conductor o semiconductor por una fuente externa, ejemplo un electro cargado.  Disolución de iones a partir de y/o absorción de iones sobre el mineral, ejemplo un sólido iónico como Ag2S) el cual termina en una carga neta desigual.  Reordenamiento de la superficie cristalina del mineral para presentar iones de diferentes valencias a la interface solido-liquido, ejemplo silicatos complejos. La carga superficial se debe a alguno de los siguientes factores.     

Distribución desigual de los iones constituyentes Ionización de las superficies minerales Adsorción especifica de los iones de la solución Sustitución isomorfa Orientación dipolar

En la doble capa eléctrica se distingue las siguientes zonas.  La carga superficial  La carga de Stern (constituida por los iones en la fase acuosa próxima a la superficie)  La fase liquida.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM ADSORCIÓN

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Se denomina adsorción al fenómeno de acumulación de materia en una interface, de modo tal que su concentración sea mayor o menor que aquellas de las fases que forman la interface. Cuando la concentración es mayor en la interface se dice que la absorción es positiva y es negativa en el caso contrario. El fenómeno de absorción se produce en las interfaces siguientes.  Liquida – Gas  Solido – Gas  Solido – Liquido Ecuación de absorción de Gibbs: esta ecuación se encuentra en diversas formas, pero la mas útil para los fines de mineralogía es. 𝑖

𝑑𝛾 = −𝑠𝑑𝑇 − ∑ 𝑟𝑖 𝑑𝜇𝑖 𝑖=1

𝛾: 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑓𝑎𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑜 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑠: 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑇: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 𝜇𝑖 : 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑒 𝑖 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑟𝑖 : 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑒 𝑖. Para determinar 𝒓𝒊 se utiliza la siguiente formula. 𝑟𝑖 = −

𝐶 𝑑𝛾 ∗ 𝑅𝑇 𝑑𝐶

Que indica que si una sustancia (ion o molécula) está presente en concentración más alta en la superficie de un líquido o fase sólida, con respecto a su concentración en la masa o sino en esa fase particular, se ha absorbido sobre la superficie de la fase. Para que esto suceda, es decir, para que una sustancia sea absorbida en una interface, esta debe originar una 𝑑𝛾 reducción en la energía superficial, esto es ⁄𝑑𝐶 debe ser negativo. CLASIFICACION DE ADSORCION La absorción, en base a la naturaleza de la interacción adsorbida/adsorbente, se clasifica en. a. Adsorción física (fisisorción): Es resultante de interacciones químicas secundarias o residuales (tipo Van der Waals), caracterizándose por un bajo calor de interacción, ninguna o casi ninguna acción de selección entre el adsorbente y el adsorbido, siendo posible la formación de multicapas. b. Adsorción química (quimisorción): Se debe a interacciones químicas primarias (por ejemplo, covalentes) entre el adsorbente y el adsorbido. Existe selectividad, formándose compuestos de superficie. Apenas una monocapa puede ser adsorbida.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA IONES DETERMINANTES DE POTENCIAL

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Generalmente, un conjunto de iones pueden ser identificados como determinantes de potencial, los primeros responsables por la carga superficial. Estos iones se denominan iones determinantes de potencial. Existe una concentración particular de estos iones para la cual la carga de superficie es nula. Son considerados como iones determinantes de potencial, tal como el caso de Ag I, donde los iones determinantes de potencial son Ag+ e I-. En el caso de minerales tipo óxidos, los iones determinantes de potencial son H+ y OH-. Para sólidos, del tipo Salt Type, tales como, Calcita, CaCO3, los iones determinantes de potencial son Ca+ y CO3- y también H+, OH- y HCO3-. En el caso de solidos iónicos, tales como BaSO4, CaF2, AgI y Ag2S, los iones de la red cristalina. En el caso de minerales tipo silicatos, tales como arcillas y las micas, los cuales tienen estructuras de capas, son cargados negativamente en la mayoría de las condiciones naturales, debido a la substitución de Al3+ por Si4+ en la silica tetraedrita, o Mg2+ por Al3+ en la capa octohedral de la red de cristal. PUNTO DE CARGA CERO La actividad de los iones determinantes del potencial al que la carga de superficie es igual a cero, se llama el punto de carga cero (PCC) del mineral, que influye directamente en la adsorción de los reactivos sobre la superficie de los minerales. Cuando los iones H+ y OH- son determinantes del potencial, el punto de carga cero se expresa en función del pH.

POTENCIAL ZETA Y PUNTO ISOELECTRICO Cuando las partículas de una pulpa se desplazan en relación al fluido, surge un plano en el cual la doble capa eléctrica se parte, el plano de cizallamiento. Este desplazamiento diferencial de las partes de la doble capa eléctrica origina un potencial eléctrico llamado POTENCIAL ZETA O POTENCIAL ELECTROCINETICO, el cual puede ser medido por diferentes métodos. El punto donde el potencial zeta se anula se denomina punto isoeléctrico, PIE. PROPIEDADES DE LA DOBLE CAPA ELECTRICA

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez Las propiedades de la doble capa eléctrica de un mineral puede afectar el rendimiento del proceso de separación de partículas por flotación, del siguiente modo. 1. El signo y magnitud de la carga superficial controla la adsorción de los reactivos de flotación físicamente adsorbidos. 2. Una alta carga superficial puede inhibir la químisorcion de los colectores químicamente adsorbidos 3. La extensión de la floculación y dispersión de los minerales en suspensión está controlada por la doble capa eléctrica. 4. La ocurrencia y magnitud del revestimiento de lama están determinados por la interacción de la doble capa eléctrica 5. La cinética de flotación depende de la doble capa eléctrica, de la velocidad de adelgazamiento del film de agua, el cual también afecta la unión partícula-burbuja.

PZC de algunos minerales

EFECTOS DE LA DOBLE CAPA ELECTRICA EN EL PROCESO DE FLOTACION La doble capa eléctrica puede afectar de diferentes formas el proceso de flotación, se tiene. 1. El signo y la magnitud de la carga superficial controla la adsorción de los agentes de flotación adsorbidos físicamente. 2. Una alta carga superficial puede inhibir la quimisorcion de colectores que adsorben químicamente. 3. El efecto de las lamas (slime coating) es determinado por la interacción de la doble capa eléctrica. 4. La floculación, coagulación y dispersión de suspensiones minerales es controlada por la doble capa eléctrica. ANGULO DE CONTACTO Y ECUACION DE YOUNG Thomas Young (1805) propuso tratar el ángulo de contacto de una gota de líquido colocado cobre una superficie solida plana, como un equilibrio mecánico de las tensiones interfaciales solido-liquido, solido-vapor y liquido-vapor.

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Dónde: 𝐶𝑜𝑠𝜃𝛾𝑙𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 + 𝛾𝑠𝑔 = 0

𝐸𝑛 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜

𝐶𝑜𝑠𝜃𝛾𝑙𝑔 = 𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 𝐶𝑜𝑠𝜃𝛾𝑙𝑔 : 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑑ℎ𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛, 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑢𝑛𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑓𝑜𝑏𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜

En consecuencia la ecuación de Young establece la condición termodinámica de equilibrio entre las tres fases e introduce el concepto hidrofobicidad que es uno de los factores intervinientes importantes en el proceso de flotación de un mineral̕. Θ: ángulo de contacto, pude definirse como el ángulo formado por el plano tangente a la interface Liquido – Gas y el plano formado por el sólido en un contacto trifásico Solido –Liquido – Gas, que nos da una noción de mojabilidad e indica los parámetros superficiales que se necesitan medir, de modo que, cuando un Liquido moja completamente a un sólido, el ángulo de contacto θ será igual a cero y un valor de θ˃0° indica mojabilidad parcial y mientras mayor sea el ángulo de contacto, menor será la mojabilidad, en consecuencia, mayor el grado de hidrofobicidad, sin embargo. 𝐶𝑜𝑠𝜃𝛾𝑙𝑔 = 𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 Solo se puede medir experimentalmente la tensión superficial del líquido, más no así 𝛾𝑠𝑔 𝑦 𝛾𝑠𝑙 . Pero es posible hacer un análisis cualitativo de su influencia sobre el ángulo de contacto. La ecuación de Young también se puede expresar como. 𝑐𝑜𝑠𝜃 =

𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 𝛾𝑙𝑔

Se deduce, sí.  𝛾𝑠𝑔 > 𝛾𝑠𝑙  𝛾𝑠𝑔 < 𝛾𝑠𝑙

𝑒𝑙 á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝜃 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑠𝑒𝑟𝑎 < 𝑞𝑢𝑒 90° 𝑒𝑙 á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝜃 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑠𝑒𝑟𝑎 > 𝑞𝑢𝑒 90°

En consecuencia para que exista un contacto establecido debe cumplirse. 𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 < 𝛾𝑙𝑔 Si el líquido moja completamente al solido se tendrá. 𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙 > 𝛾𝑙𝑔 La ecuación de Young solo se aplica en situación estáticas, como la flotación de minerales en base a burbujas está en constante movimiento que no está en equilibrio.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez El Dr. D Crozzier expreso que el ángulo de contacto es un indicador, mas no una medida de carácter hidrofilico de una mena o más directo, del mineral valioso. Las modificaciones posibles de interés. a. Sistema Solido – Liquido –Gas

b. Sistema Solido – Aceite – Agua

MECANICA DE MINERALIZACION DE LAS BURBUJAS DE AIRE La adhesión de las partículas minerales a las burbujas de aire es la base del proceso de flotación de espumas. Esta adhesión se produce mediante dos actos. Primero: las partículas se ponen en contacto con las burbujas de aire que ya se encuentran formadas e la pulpa que dicho sea de paso, la función de esta burbuja será.  Recolectar las partículas de mineral en la pulpa.  Transportarlas hacia la superficie, valiéndose de las fuerzas de empuje (Ley de Arquímedes) Segundo: las burbujas de aire se precipitan de la pulpa sobre la superficie de las partículas de mineral, siempre y cuando haya condiciones favorables para hacerlo, entre ellas las fuerzas dinámicas relacionadas con su tamaño y las condiciones eléctricas relacionadas por su mojabilidad.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA METALURGIA GENERAL

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Sólo unos pocos metales se encuentran en la Naturaleza en estado libre o nativo (Au, Ag, Hg, Pt y el Cu, aunque no es el estado más usual). La mayor parte se encuentra en estado combinado, en forma de óxidos, sulfuros, carbonatos, silicatos, de composición química y sistema de cristalización definido. METALURGIA Ciencia y tecnología de los metales, que incluye su extracción a partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras y propiedades. Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones.  Preparación de las menas: Consiste en separar el metal o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral  Afino del metal bruto: en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo. Tanto como para la separación, como para el refinado se emplea tres tipos de procesos. Mecánicos, químicos y eléctricos, en la mayoría de los casos se usa una combinación de los tres. 1. PREPARACION DE LAS MENAS: después de extraer de la mina el material se someten en algunos de estos tratamientos.  CONCENTRACION DEL MINERAL: El primer paso consiste en eliminar la mayor cantidad posible de la ganga que impurifica el mineral, esto se consigue a veces por una simple selección manual, pero lo más frecuente es reducir la mena a un polvo fino por trituración, molienda y posteriormente someterlo a alguna de las siguientes operaciones. a. TAMIZADO: Consiste en separar las partículas sólidas de acuerdo a su tamaño. Prácticamente es utilizar coladores de diferentes tamaños en los orificios, colocados en forma consecutiva, en orden decreciente de acuerdo al tamaño de las partículas, los coladores reciben el nombre de tamiz y están elaborados en telas metálicas. b. LEVIGACION: Se utiliza una corriente de agua que arrastra los materiales más livianos a través de una mayor distancia, mientras que los más pesados se van depositando, de esta manera hay una separación de los componentes de acuerdo a lo que pesa. c. EVAPORACION: Es la separación de un sólido disuelto en un líquido, por calentamiento, hasta que hierve y se transforma en vapor, como no todas las sustancias se evaporan con la misma rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura. d. CENTRIGUGACION: Es un procedimiento que se utiliza cuando se requiere acelerar la sedimentación. Se coloca la mezcla dentro de una centrifuga, la cual tiene un movimiento de rotación constante y rápido, lográndose que las partículas de mayor densidad se vayan al fondo y los más livianos queden en la parte superior, para la separación completa, posteriormente se puede realizar una filtración o decantación. e. IMANTACION: Se fundamenta en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. Los minerales con propiedades magnéticas muy marcadas como la magnetita se concentran por medio de electroimanes que atraen el metal pero no la ganga. f. FILTRACION: Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar solidos insolubles de grano fino de un líquido en el cual se encuentran mezclados. Este método consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso (filtro) que deja pasar el líquido y retenga el sólido.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Ing. Cesar Escalante Álvarez g. DESTILACION: Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos, y consiste en una evaporación y condensación sucesiva, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un líquido eliminando sus impurezas. h. FLOTACION: Es hoy el método más importante de concentración mecánica. Es un proceso de gravedad modificada en el que el mineral metálico finamente triturado se mezcla con un líquido. El metal o compuesto metálico suele flotar, mientras que la ganga se va al fondo. En algunos casos ocurre lo contrario. En la mayoría de los procesos de flotación modernos se emplean aceites u otros agentes tensioactivos para ayudar a flotar el metal o a la ganga. Esto permite que floten en agua sustancias de cierto peso. Se utiliza por ejemplo en el proceso de obtención del Cu, en el que se mezcla con agua un mineral finamente triturado que contiene sulfato de Cu (H2SO4), al que se le añaden pequeñas cantidades de aceite. Ácido y otros reactivos de flotación. Cuando se insufla aire en esta mezcla se forma una espuma en la superficie, que se mezclan con el sulfuro pero no con la ganga. Esta última se va al fondo y el sulfuro se recoge de las espumas. El proceso de flotación ha permitido explotar muchos depósitos minerales de baja concentración, e incluso residuos de plantas de procesado que utilizan técnicas menos eficientes. i. DECANTACION: Es la separación mecánica de un sólido de grano grueso, insoluble, en un líquido, cosiste en verter cuidadosamente el líquido, después de que se ha sedimentado el sólido. Por este proceso se separan dos líquidos miscibles, de diferentes densidades por ejemplo agua y aceite. j. SINTERIZACION: Proceso en el que se aglomeran partículas finas de mineral, utilizando un combustible, agua, aire y calor para fundir las partículas finas de mineral y convertirlos en una masa porosa. k. SUBLIMACION: Se emplea para separar un sólido volátil de otro no volátil, por ejemplo, al calentar una mezcla solida de yodo y arena, el primero volatiliza y puede recuperarse colocando sobre la mezcla una superficie fría sobre la cual condensa el vapor de yodo. l. LIXIVIACION: Proceso hidrometalurgico mediante el cual se provoca la disolución de un elemento desde el mineral que lo contiene, para ser recuperado en etapas posteriores mediante electrolisis. Este proceso se aplica a las rocas que contienen minerales óxidos, ya que estos son fácilmente atacables por los ácidos (ácido sulfúrico). En la lixiviación Cu. m. AMALGAMACION: Es un proceso metalúrgico que utiliza mercurio para disolver plata u oro formando una amalgama. Este sistema ha sido sustituido en gran medida por el proceso con cianuro, en el que se disuelve oro o plata en disoluciones de cianuro de sodio o potasio. Ejemplo. Obtención del oro En todo proceso metalúrgico, generalmente interesa que el mineral se encuentre en forma de óxido. Si la mena ya es un oxido, entonces, una vez concentrada puede pasar directamente al proceso de reducción, en caso contrario habrá que transformar el mineral en el óxido metálico. Esto se corrige mediante el proceso de tostación o calcinación. TOSTACION: Consiste en calentar la mena concentrada en una corriente de aire, con lo cual se transforman los sulfuros en óxidos y se elimina elementos como (S, As, Sb, Se, Etc.) fácilmente oxidables y volátiles. 𝟐𝑃𝑏𝑆 + 𝟑O2

𝟐𝑃𝑏O + 𝟐SO2

𝟐𝑍𝑛𝑆 + 𝟑𝑂2

𝟐𝑍𝑛𝑂 + 𝟐𝑆𝑂2

CALCINACION: Proceso que consiste en calentar un mineral (Carbonato o Hidroxido), para conseguir su descomposicion en el oxido correspondiente. Los carbonatos metalicos se tratan mediante calcinacion, calentandolos hasta una temperatura por debajo del punto de fusion del metal, en este proceso se desprende dioxido de carbono y queda un oxido metalico.

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA Los oxigenos se reducen despues por fundicion. 2𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2

𝑍𝑛𝐶𝑂3

𝑍𝑛𝑂 + 𝐶𝑂2

2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3

𝐹𝑒2 𝑂3 + 3𝐻𝑂2

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REDUCCION: Cuando el mineral se encuentra ya en forma de óxido se procede a su reducción con el objetivo de obtener el metal en estado libre. Esta se efectúa en hornos especiales donde el óxido metálico se quema con carbón, para que el CO producido por la combustión incompleta, reduzca el óxido en metal libre. 𝐹𝑒2 𝑂3 + 3𝐶𝑂

2𝐹𝑒 + 3𝐶𝑂2

Como la mena nunca se encuentra totalmente purificada, y con objeto de que la ganga no influya en el proceso, se añaden ciertas sustancias, fundentes, que se combinan formando escorias fusibles, que se separan facilmente del metal. AFINO DEL METAL BRUTO Los metales en bruto, tal como salen de los hornos, contienen impurezas (escorias, óxidos, sulfuros, metales extraños, gases disueltos), procedentes de la mena, del fundente, del reductor, del refractario del horno y de la atmosfera que les rodea, estas impurezas comunican caracteres indeseables para determinar usos siendo necesario someterlos a un proceso de afino, que varía según la naturaleza del metal y de las impurezas y se tiene los siguientes procesos. a. Licuación: Se aprovecha la diferencia de temperatura de fusión entre el metal y las impurezas. Así los metales fácilmente fusibles (Pb, Sn, Sb,…), se separan del metal y sus impurezas volviéndolos a fundir en presencia de fundentes adecuados. b. Destilación: Se aprovecha la diferencia de temperatura de ebullición entre el metal y sus impurezas. Así se afinan los metales volátiles (Zn, Cd y Hg). c. Oxidación: Se basa en la mayor afinidad del oxígeno para combinarse con las impurezas que van con el metal. Para ello se hace pasar una corriente de aire o de oxígeno a través del metal fundido en hornos adecuados. El oxígeno se combina con las impurezas y las transforma en óxidos, estos flotan en la superficie como espumas o se combinan con los fundentes para dar escorias. Así se afina la plata. d. Electrolisis: En este proceso se consigue un grado de pureza del 99.999%. el proceso consiste en colocar un metal impuro como ánodo de una cuba electrolítica, como electrolito una solución de una sal de metal y como cátodo una lámina delgada del mismo metal puro. Al pasar la corriente eléctrica, se consigue depositar en el cátodo el metal puro y disolver el ánodo impuro. Las impurezas quedan depositadas en el ánodo. El Cu, Níquel, Zn, Ag, Y el Au son varios ejemplos de metales refinados por deposición a partir de disoluciones acuosas. El Aluminio, Bario, calcio, magnesio, berilio, potasio y el sodio se procesan en hornos electrolíticos. MINERAL

GANGA

TRITURACION MOLIENDA

SEPARACION DE LA GANGA: LIXIVIACION Y FLOTACION

FUNDENTE

TOSTACION, CALCINACION DE LA MENA PARA OBTENER OXIDOS

REDUCCION DEL OXIDO DE METAL PARA OBTENER EL METAL LIBRE

ELECTROLISIS, AFINO DEL METAL

ESCORIA

METAL: 99.999%

I.E.S.T.P HMS-F-JEM INTRODUCCION A LA METALURGIA FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FLOTACION.

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Intervienen 4 factores principales.

a) PULPA: Es una mezcla del mineral molido con H2O, y viene a constituir el elemento básico de la flotación ya que contiene todos los elementos que forman el mineral, el mineral debe estar debidamente molido a un tamaño no mayor de la malla 78, ni menor a la malla 270, dentro de este rango de tamaño de partículas, se podrá recuperar de una manera efectiva las partículas de los sulfuros valiosos. El circuito de molienda nos entrega el overflow de los ciclones, un producto al que se le ha chancado y molido y que contiene sulfuros valiosos, ganga y agua a esto se le llama pulpa. La pulpa debe cumplir ciertas condiciones tales como: Densidad y pH correcto. Pulpa espesa: una pulpa espesa (densidad muy alta) nos indicara molienda gruesa. Si esta pulpa ingresa a los circuitos de flotación, veremos que no flota o flota muy poco, debido a que los reactivos y el aire no pueden levantar granos muy grandes aun cuando estas entregan cantidades enormes de reactivos. Pulpa fina: LIXIVIACION DE MINERALES LIXIVIACION DE ORO Y PLATA La recuperación de minerales mediante la lixiviación, empezó a usarse en la década de los 80 siendo más específico en el año 1860, con el proceso de Von Patera, en la cual se disolvían los valores de oro y plata con Hiposulfuro de sodio y se precipitaba con sulfuro de calcio, este tratamiento no dio resultado porque la plata estaba en forma de sulfusales e incluida en sulfuros de plomo y cobre. El proceso de cianuracion inventado en la última década del siglo XIX, pronto adquirió mucha importancia en el beneficio de minerales. Para que el proceso de cianuracion este correctamente aplicado, deba instalarse en minas localizadas en zonas de oxidación, ya que en las zonas de sulfuros ha demostrado la flotación ser más eficiente y económica. La textura, la fragmentación, tamaño de los minerales solubles. La distribución de estos dentro de la roca mineralizante, con el fin de lograr un contacto optimo entre la solución disolvente y los valores que se desean disolver. División de la lixiviación: a) Proceso tradicional con molienda fina b) Proceso de lixiviación en montones, minerales de baja ley.

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