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• Richard Fernández

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS CAPITULO II: METALURGICA EXTRACTIVA. 1.

INTRODUCCIÓN.

En el estudio de la metalurgia, podemos distinguir dos ramas bien definidas, la metalurgia extractiva y la metalurgia transformativa. La metalurgia extractiva es una ciencia, que trata de estudiar la extracción de los metales de sus fuentes naturales, o que también se puede dar desde un material reciclado; así como su preparación posterior por una serie de procesos, hasta llegar al producto comercializable, pudiendo ser un concentrado o un metal como por ejemplo cobre, plata, oro, estaño, plomo, ect. Mientras que la metalurgia transformativa, trata de la transformación del metal obtenido por aleaciones con otros metales logrando obtener nuevos metales a través de procesos de fundición, así por ejemplo podemos nombrar aceros al manganeso, acero al cromo, bronces, etc. En este capítulo, vamos a desarrollar los principales aspectos que comprende la metalurgia extractiva, a fin de que sirva de referencia para los cursos posteriores en este programa de capacitación de operación de plantas mineras. Ya tratando la metalurgia extractiva, podemos decir, que para llegar a las operaciones de concentración de minerales que se efectúan en una planta concentradora; previamente existen otras operaciones que se efectúan en la sección de minado, que corresponde a labores de exploración y explotación de yacimientos mineralógicos. Podemos mencionar las siguientes etapas del proceso de minado: • • •

Prospección. Exploración. Explotación. – Subterránea – A cielo abierto

Figura 49. Vista de una Mina a Tajo abierto.

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Figura 50. Vista de Mina Subterránea.

2.

DEFINICIÓN Y CONCEPTOS.

2.1.

Mena.

La mena es un conjunto de minerales y rocas; es el producto bruto de la mina, tal como sale de ella. Contiene dos partes importantes: una parte valiosa y otra estéril o ganga. En general, es un término que se refiere a minerales metálicos y que designa al mineral del que se extrae el elemento de interés.

Figura 51. Mena y ganga.

Las menas son minerales del cual se puede obtener un metal valioso por un costo, haciendo que el trabajo sea rentable. Para poder aprovechar mejor la mena, suele ser necesario su tratamiento, que en general comprende dos etapas: el tratamiento a pie de mina para aumentar la concentración del mineral en cuestión (procesos hidrometalúrgicos, flotación, etc.), y el tratamiento metalúrgico final, que permita extraer el elemento químico en cuestión (tostación, electrolisis, etc). Metalúrgica Extractiva

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 2.2.

Ganga.

Comprende a los minerales que acompañan a la mena, pero que no presentan interés minero en el momento de la explotación. Conviene resaltar que minerales considerados como ganga en determinados momentos se han transformado en menas al conocerse alguna aplicación nueva para los mismos. Son los minerales, generalmente silicatos, que forman la roca y su alteración (cuarzo, feldespatos, micas, arcillas, etc.), los que ocupan entre el 90 y 95% del volumen total de la roca.

2.3.

Mineral primario (primary ore).

Corresponde a la parte profunda de un yacimiento en que se han preservado las características de su formación original, con minerales formados a grandes presiones y temperaturas, por lo que las rocas son en general duras e impermeables. Por ejemplo, en yacimientos de cobre, los minerales de mena característicos son los sulfuros bornita, calcopirita y pirita. 2.4.

Mineral secundario (secondary ore).

Corresponde a la parte que se ubica inmediatamente sobre la primaria, en que los minerales han sido alterados por efecto de la circulación de aguas de origen superficial, lo cual produce disolución de algunos minerales (por ejemplo, anhidrita) y enriquecimiento de los sulfuros, lo cual consiste por ejemplo, en el aumento del contenido de cobre, pasando a constituir otro mineral (por ejemplo, transformación de calcopirita, con un 35% de cobre, a calcocita, con un 80% de cobre). Generalmente constituyen las zonas de mejores leyes en sulfuros de un yacimiento. 2.5.

Mineral sulfurado.

En las minas de tajo abierto los minerales sulfurados se encuentran por debajo de la capa de óxidos, y por lo tanto no han sufrido cambios por efectos del medio ambiente, su tratamiento generalmente se realiza por operaciones tradicionales de chancado, molienda, flotación, fundición y electrorefinación, sin embargo la técnica de lixiviación bacteriana, permite por ejemplo la extracción del cobre de estos minerales de baja ley.

2.6.

Mineral oxidado.

Los minerales oxidados y carbonatos son usualmente encontrados cerca de la superficie en las minas de tajo abierto (parte superficial), estos se forman debido a la descomposición y alteración de minerales sulfurados primarios. La zona de óxidos se encuentra en la superficie del yacimiento o cerca de ella, como por ejemplo los que contienen óxidos de cobre, los que típicamente tienen un color verde o azul. Los minerales oxidados se han formado por acción del oxígeno y otros agentes que atacan las rocas mineralizadas que se encuentran en la superficie. Los minerales con mena no-sulfurada (óxidos) siguen frecuentemente, el proceso hidrometalúrgico, como en el caso de los óxidos de cobre, definidos por: Lixiviación - Extracción por Solvente – Electrodeposición; obteniendo como producto final un cátodo de cobre. No obstante, cualquiera sea la línea de proceso posterior, el mineral es sometido inicialmente a una etapa de reducción de tamaño.

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PROCESAMIENTO DE MINERALES.

El beneficio o procesamiento de minerales es un grupo de operaciones que se realizan para convertir un mineral en un producto útil para las operaciones propias de la metalurgia extractiva, lo que comprende el paso de mineral a metal. Es así, que podemos nombrar los siguientes métodos utilizados en la metalurgia extractiva para la extracción de metales a partir de sus minerales: 

Reducción de tamaño (conminución): - Chancado. - Molienda.



Concentración: - Gravimétrica. - Magnética. - Lavado por acción de la gravedad. - Flotación (sencilla y diferencia). - Con empleo de líquidos densos.



Variadas: - Calcinación. - Tostación. - Sinterización y peletización (formación de pellet). - Lixiviación. - Intercambio iónico. - Bio-hidrometalurgia.

Así, también de acuerdo a las operaciones industriales, podemos nombrar la siguiente clasificación de los tratamientos de minerales: 

Operaciones mecánicas. - Selección. - Trituración. - Tamizado y clasificación. - Tratamiento de finos. - Concentración.



Operaciones Químicas. - Vía Seca o Pirometalurgia. o Calcinación. o Tostación. o Fusión. o Volatilización. o Electrólisis ígnea. o Metalotermia. - Vía húmeda o hidrometalurgia. o Lixiviación. o Purificación y/o concentración. o Precipitación.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS De igual forma, podemos clasificar a la metalúrgica extractiva en dos tipos, de acuerdo al tratamiento del tipo de mineral.  

Hidrometalurgia (óxidos). Pirometalurgia (sulfuros).

Para entender ambos procesos, en la imagen a continuación, se muestra el tratamiento para minerales sulfurados (pirometalurgía) y minerales oxidados (hidrometalurgia), del cobre.

Figura 52. Tratamiento de minerales sulfurados y oxidados.

Como se observa, en el proceso de minerales sulfurados, se muestran los siguientes procesos: 

Chancado o molienda seca. - Primario. - Secundario. - Terciario.



Molienda Húmeda. - Molienda primaria. - Molienda Secundaria. - Clasificación.



Flotación. - Flotación primaria (Rougher). - Flotación scavenger. - Flotación de limpieza (cleaner).

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS    

Espesamiento. Filtrado. Secado (primer producto comercializables-concentrado). Fundición (segundo producto comercializable-metal blíster). - Tostación. - Conversión. - Fusión. - Moldeo.



Electrorefinación (producto final – metal).

Mientras que en el proceso de minerales oxidados, podemos observar los siguientes procesos: 

Chancado o molienda seca. - Primario. - Secundario. - Terciario.

 

Aglomeración. Lixiviación. - En bateas. - Por agitación. - En pilas o pad.



Extracción por solventes. - Extracción. - Reextracción.

 

Cristalización (primer producto comercializable-critales). Electroobtención (producto final comercializable).

Como observamos en ambos procesos se concluye en un producto final metálico, en este caso cobre catódico. Sin embargo, podemos observar que el tratamiento de los minerales sulfurados requiere de mayor cantidad de equipos, además de generar productos contaminantes como gases de fundición, y relaves, los que deben ser debidamente mitigados y controlados; mientras que el tratamiento de minerales oxidados requiere de menor número de equipos, mientras que los productos contaminantes como por ejemplo las soluciones de ácido sulfúrico, son recirculados en el proceso, y el material inerte (ripio), debe ser dispuesto o tratado (lavado).

3.1. 

Principales ventajas y desventajas de la Hidrometalurgia y Pirometalurgia. Ventajas de la Hidrometalurgia. - Posibilidad de tratar minerales pobres e incluso marginales. - Alta selectividad y alto grado de separación en las reacciones químicas. - Alta pureza de productos. - Fácil control y optimización. - Ausencia de polución por gases.

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4.



Desventajas de la Hidrometalurgia. - Velocidad de reacciones lentas. - Poca producción por reactor. - Sensible a variaciones en la composición de la alimentación. - Problemas en la eliminación y almacenamiento de los residuos sólidos generados. - Problemas con las aguas residuales. - Problemas de contaminación por filtración.



Ventajas de la Pirometalurgia. - Velocidades de reacción muy grandes. - Alta producción en reactores relativamente pequeños. - Apto para recibir alimentación de minerales complejos. - Adecuada para alimentaciones heterogéneas formadas por minerales de diversas procedencias.



Desventajas de la Pirometalurgia. - No apta para el tratamiento de minerales pobres. - Relativamente mala selectividad y poca eficacia en reacciones químicas de separación. - Procesos que transcurren, a menudo, en varias etapas. - Problemas medioambientales con los residuos gaseosos y el ruido. PRINCIPALES PRODUCTORES DE MINERALES EN EL MUNDO.

Dentro de los principales productores de minerales en el mundo, de acuerdo a lo indicado por la sociedad de minería y petróleo podemos indicar: .

Figura 53. Ranking de productores de Oro a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 53, en el año 2013, el Perú ocupo el sexto lugar como productor de Oro a nivel mundial, con un total de producción de 165 toneladas aproximadamente.

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Figura 54. Ranking de productores de Plata a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 54, en el año 2012, el Perú ocupo el segundo lugar como productor de Plata a nivel mundial, con un total de producción de 118.1 millones de onzas aproximadamente.

Figura 55. Ranking de productores de Oro a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 55, en el año 2013, el Perú ocupo el segundo lugar como productor de Cobre a nivel mundial, con un total de producción de 1353 toneladas métricas aproximadamente.

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Figura 56. Ranking de productores de Plomo a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 56, en el año 2009, el Perú ocupo el cuarto lugar como productor de Plomo a nivel mundial, con un total de producción de 302 toneladas métricas aproximadamente.

Figura 57. Ranking de productores de Estaño a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 57, en el año 2011, el Perú ocupo el tercer lugar como productor de Estaño a nivel mundial, con un total de producción de 28,882 toneladas métricas aproximadamente.

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Figura 58. Ranking de productores de Zinc a nivel Mundial.

Como observamos en la figura 58, en el año 2014, el Perú ocupo el tercer lugar como productor de Zinc a nivel mundial, con un total de producción de 1,319 toneladas métricas aproximadamente.

Figura 59.

Como observamos en la figura 59, en el año 2009, el Perú ocupo el cuarto lugar como productor de Molibdeno a nivel mundial, con un total de producción de 12,295 toneladas métricas aproximadamente.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 5.

GENERALIDADES EN PLANTAS CONCENTRADORAS (SULFUROS).

5.1.

Introducción.

Una planta concentradora, es un conjunto de estructuras, instalaciones, equipos, instrumentos, etc. orientados a la producción de minerales de cobre, molibdeno, zinc, plomo, etc. En la Planta Concentradora se recibe el mineral procedente de mina (mineral ROM), para reducirlo y concentrarlo a fin de producir un producto final comercializable llamado “CONCENTRADO”. Las plantas concentradoras, por lo general necesitan de energía eléctrica, agua, aire comprimido, lubricantes, reactivos, etc. y producen como producto de la producción de minerales, polución en suspensión, restos de lubricantes, grasas, ruido, vapores, restos metálicos y material magnético.

Figura 60. Flujos principales y secundarios de una planta concentradora de Cobre.

En el diagrama de bloques, podemos observar que nuestro flujo principal de ingreso a una planta concentradora es el mineral ROM (run of mine) procedente de mina, mientras que el producto más importante de salida es el concentrado, en este caso de Cobre. También podemos indicar, que de los flujos secundarios que observamos, podemos indicar que los más importantes sin los que no sería factible producir concentrado, son la energía eléctrica necesaria para el accionamiento de los equipos, así como el agua, necesaria para los procesos en cada una de las áreas de una planta concentradora.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 5.2.

Principales áreas de una planta concentradora.

Por lo general una planta concentradora, tiene las siguientes áreas:         

Chancado primario, secundario y terciario. Molienda. Flotación. Espesamiento de concentrado. Filtrado y acopio de concentrado. Relaves y recuperación de agua. Reactivos. Muestreo. Servicios.

5.2.1. Chancado primario, secundario y terciario. Considerada en algunas minas como la última etapa del proceso de minado, pero en otras, como la primera área de la planta concentradora, y es así como lo vamos a considerar en este programa; esta área comprendida por instalaciones con equipos que tienen el objetivo de:    

Reducir el tamaño del mineral. Homogenizar el tamaño de mineral. Transportar el mineral. Apilar o acopiar el mineral reducido.

El mineral proveniente de la mina presenta una granulometría variada, desde partículas menores a 1”, hasta fragmentos de 54” de diámetro, por lo que el objetivo del área de chancado, es reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta obtener un tamaño uniforme deseado de 6” a 8” en la salida de chancado primario, estos datos son promedios de las diferentes concentradoras del Perú y del mundo. Dependiendo del tipo de operación los chancadores primarios, pueden clasificarse en: chancadores de quijada (mandíbulas), cónicos y giratorios; siendo los más utilizados en la gran minería los chancadores giratorios debido a la gran capacidad de estos equipos. El principio básico que se emplea en el área de chancado, es la conminución del mineral, lo que trata los diferentes mecanismo que fragmentan el mineral en partículas más pequeñas y la energía necesaria para realizar este proceso. El chancado secundario y terciario son las etapas intermedias del chancado, que reducen el tamaño de partícula del mineral desde un tamaño de descarga del chancador primario de 6” a 8”, hasta un tamaño aproximado de 1/4”. Esto se logra en ambas etapas de chancado y zarandeo (clasificación). En ambas etapas secundarias y terciarias, los chancadores, están en circuitos cerrados con zarandas para asegurar un buen control de tamaño máximo en el producto de esa etapa.

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Figura 61. Corte de sección del área de Chancado Primario (Vista 3D).

Figura 62. Vista de las áreas de chancado secundario.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 5.2.2. Molienda y clasificación. Luego del área de chancado, el mineral con un tamaño de 1/4", es almacenado en una ruma de gruesos, también conocida como Stock Pile. Desde el Stock Pile, el mineral es alimentado hacia el área de molienda, la que es la segunda área funcional del proceso de concentración de sulfuros de cobre; en esta se desarrollan una serie de procesos y operaciones que permiten acondicionar el mineral para la etapa de flotación. El objetivo principal del área de molienda, es lograr la liberación de la partícula valiosa, así como también la formación de una pulpa (mineral más agua), la que será transportada por bombas centrifugas a la siguiente área de concentración por flotación. También es importante indicar que en esta etapa del proceso, ya se agregan algunos reactivos como por ejemplo lechada de cal, y colectores, a fin de acondicionar la pulpa para el siguiente proceso. En esta área continua la reducción del mineral; esto se logra en equipos llamados molinos, los que son cilindros de grandes dimensiones en donde ingresa principalmente, mineral, agua y medios de molienda (bolas de acero) que ayudan a la reducción del mineral. La pulpa procedente del molino, descarga y se almacena en tanques, desde donde por medio de bombas centrifugas, dicha pulpa es impulsada hacia equipos clasificadores (hidrociclones), los que tienen por función separar partículas finas de gruesas. Las partículas gruesas recirculan hacia la alimentación de los molinos, mientras que las partículas finas, son conducidas hacia el área de flotación. En esta etapa se pueden presentar diferentes tipos de circuitos, así como la utilización de la molienda Semiautogena (SAG), como una molienda primaria, esta se caracteriza porque el mismo mineral es el parte del medio de molienda, ya que el tamaño de alimentación del mineral al molino es heterogéneo, luego la descarga de estos equipos son clasificados en zarandas, desde donde el mineral fino es recibido en un cajón de pulpa que alimenta a los hidrociclones y, y el mineral grueso (pebbles), es enviado a chancadores cónicos llamado generalmente chancadores de pebbles; estos pebbles son reducidos en los chancadores, para luego recircular como carga circulante al molino SAG .

Figura 63. Fotografía de molinos de bolas en una planta concentradora.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 5.2.3. Flotación. El área de Flotación es una de las secciones funcionales más importantes para el procesamiento y concentración de minerales, donde por medio de un proceso de flotación se obtiene un concentrado de mineral; esto depende de:    

Tipo de mineral que se trata en la Planta Concentradora. Tamaño de partícula adecuado para lograr una óptima recuperación. La cinética de flotación de cada especie mineralógica. Grado de concentración.

Esta área entrega como producto un concentrado del elemento metálico que se trata, a la siguiente área que es la de Espesamiento. El proceso de flotación se basa en la interacción entre las burbujas de aire y las partículas del sólido presentes en la pulpa. La eficiencia que tienen las burbujas para atrapar en forma selectiva las partículas de mineral y luego ascender cargadas hasta el rebalse, depende de múltiples fenómenos que ocurren en la pulpa; principalmente diferencias en las propiedades fısico-quımicas superficiales (tensión superficial) de las partículas. Mediante el uso de reactivos estas diferencias se acentúan y permiten la captura preferencial de algunas partículas, que son colectadas y transportadas por las burbujas de aire. El proceso de flotación se utiliza para separar y recuperar en forma selectiva partículas sólidas, finamente molidas, desde una pulpa o suspensión. Las burbujas de aire transportan los sólidos y suben a la superficie donde son recolectados y procesados como concentrado. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y constituye la cola y/o posteriormente el relave de la planta concentradora. En el área de flotación, podemos considerar por ejemplo, los siguientes circuitos para determinar la recuperación y optimizar el resultado metalúrgico.     

Circuito de Flotación Rougher Circuito de Flotación Scavenger. Circuito de Flotación Cleaner. Circuito de Flotación Cleaner-Scavenger. Remolienda.

Figura 64. Circuitos de celdas de flotación.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS El mineral fino que rebosa de los hidrociclones del área de molienda, va hacia el área de Flotación, descargándose en un cajón de recepción y distribución, este tiene la función de homogenizar la pulpa para poder realizar una máxima recuperación. De este cajón, la pulpa se distribuye hacia las filas de celdas Rougher; es en estas celdas se recupera una alta proporción de partículas valiosas, aun a costa de la selectividad, utilizando las mayores concentraciones de reactivos colectores y/o depresores del circuito, velocidades de alta agitación y baja altura de la zona de espumas. Luego las partículas valiosas, que por acción de los reactivos flotan, rebosan de las celdas como concentrado y pasan a las filas de flotación cleaner o dependiendo de la configuración del área de flotación, a las celdas de limpieza tipo columna; mientras que las partículas no valiosas, que se deprimen en las celdas, salen por la parte inferior con el nombre de colas hacia el circuito de celdas scavenger (agotadoras), donde se recupera la mayor cantidad de partículas valiosas que ha podido quedar en las colas, de estas celdas, lo que flota (concentrado) puede ser enviado como alimentación a las celdas Rougher, a las celdas cleaner, o a una etapa intermedia cleaner scavenger, todo depende de la configuración del área de flotación de la planta concentradora. Mientras que las colas del scavenger, son enviadas como relaves al sistema de disposición de relaves.

Figura 65. Celdas de flotación.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 5.2.4. Espesamiento de concentrado. El área de Espesamiento de concentrado es la penúltima sección funcional del proceso de concentración; esta sección está formada por una serie de estructuras, instalaciones, equipos, instrumentos, sistemas, etc. que recibe del proceso de la flotación el concentrado y lo acondicionan para el siguiente proceso que es la Filtración. El espesamiento es una operación de separación solido-liquido, cuyo principio es muy simple y consiste en producir el agregamiento de las partículas finas de una suspensión mediante un floculante aumentando de esta forma su tamaño y permitiendo que ellas sedimenten bajo el efecto de la gravedad produciendo una solución clara y un sedimento denso. La solución clara, que en caso de plantas concentradoras es agua recuperada, rebosa por la parte superior de los espesadores, hacia una canaleta, y de aquí a un tanque de agua recuperada, mientras que el sedimento denso, es succionado de la parte inferior del espesador por bombas centrifugas y descargado en un tanque de almacenamiento de concentrado.

Figura 66. Espesadores de concentrado.

5.2.5. Filtrado y acopio de concentrado. El área de Filtrado y acopio de concentrado es la última sección funcional del proceso de concentración; esta sección está formada por una serie de estructuras, equipos, instrumentos, sistemas, etc. que recibe del proceso de espesamiento el concentrado en pulpa, lo acondiciona para el acopio y comercialización.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS El filtrado consiste en la reducción de humedad de una pulpa que pasa por una tela permeable, reteniendo las partículas y dejando pasar el agua, el concentrado es luego acopiado para su posterior comercialización, y el agua es almacenada como agua recuperada para el proceso. 5.2.6. Relaves y recuperación de agua. El área de relaves tiene por función disponer en una ubicación segura los relaves que produce la planta concentradora como desecho de los procesos de concentración de minerales y asegurar recuperar agua necesaria para los procesos de la planta, sin causar impacto en la naturaleza ni en las actividades de las comunidades cercanas. Se toma en cuenta dos elementos importantes; el elemento sólido es retenido y almacenado en su totalidad en el embalse, ya sea como material para la construcción de muros, utilizando la fracción gruesa, o quedando depositado en la cubeta del embalse. En cambio el agua se caracteriza por no ser contenida en su totalidad, es decir no toda el agua que se ingresa al embalse de relaves queda almacenada en dicha obra, ello porque una parte importante se infiltra, otra parte se evapora, otra parte percola por los muros, y otra parte importante puede ser recuperada y recirculada a la planta concentradora.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 6.

GENERALIDADES EN PLANTAS HIDROMETALURGICAS (ÓXIDOS).

6.1.

Introducción.

Las plantas hidrometalúrgicas, tratan los minerales superficiales de la corteza terrestre, como pueden ser como en el caso del cobre, óxidos o sulfuros mixtos (bajo ciertas condiciones), los que por procesos y reacciones químicas en soluciones acuosas obtiene el mineral puro de interés. Este proceso consiste, en la recuperación en forma iónica de metales valiosos (Cu, Zinc, Au, etc.) de los minerales primarios y/o secundarios por reacciones de disolución efectuadas a condiciones de temperatura ambiente por intermedio de soluciones acuosas. Este proceso se realiza para minerales que son solubles, que en general corresponden a minerales oxidados. El proceso hidrometalúrgico más importante es la lixiviación, en la cual el mineral que contiene el metal que se desea extraer se disuelve de un modo selectivo. Si el compuesto es soluble en agua, entonces el agua resulta ser un buen agente para la lixiviación, pero, en general, para la lixiviación se utiliza una solución acuosa de un ácido, una base o una sal. Para la extracción de cobre oxidado se utiliza ácido sulfúrico, que diluye todos los metales que contiene el mineral, incluyendo el cobre.

6.2.

Principales áreas de una planta hidrometalúrgica.

Por lo general una planta hidrometalúrgica de cobre, tiene las siguientes áreas:      

Chancado primario, secundario y terciario. Aglomeración. Lixiviación. Extracción por solventes. Cristalización. Electrodeposición.

6.2.1. Chancado primario, secundario y terciario. Esta área es muy similar a la vista en la sección 5.2.1. de este texto, donde se trató de manera general de describir el área de chancado primario, secundario y terciario de una planta concentradora; la gran diferencia, es que en el caso de plantas hidrometalúrgicas, el producto del chancado terciario es una partícula con un diámetro de 1/4" aproximadamente, que se descargada y almacena en silos, desde donde posteriormente alimentan a tambores aglomeradores, y no a molinos como en el caso de las plantas concentradoras.

6.2.2. Aglomeración. El proceso de aglomeración consiste en esencia en la adhesión de partículas finas a las gruesas, que actúan como núcleos o la aglomeración de los finos con los finos, a partir de la distribución de tamaños en la alimentación.

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Figura 67. Concepto de aglomeración, en caso de minerales de cobre.



Aglomeración por humedad. El proceso más simple de aglomeración es humedecer el mineral con líquido, hasta alcanzar un contenido de agua que origine una tensión superficial suficiente, para que al colisionar las partículas entre sí, los finos se adhieran a los tamaños gruesos. Se forma un puente líquido entre las partículas. El cálculo teórico de la humedad óptima es casi imposible y depende de muchos factores como la mineralogía del mineral, contenido de finos, arcillas. Puede ser de 6 - 8 % para minerales muy limpios, y hasta un 10 -15 % de agua para materiales normales.



Aglomeración por adherencia. Existen ciertos materiales que pueden mejorar la adherencia de las partículas finas a las gruesas, prolongando esta unión tanto en la manipulación como en la operación de lixiviación. En el caso de la lixiviación del cobre, la aglomeración (o curado) se realiza con el mismo lixiviante ácido en un tambor rotatorio. Primero, se humecta el mineral (+/- 4%) con agua o solución pobre (refino). Después, se agrega ácido sulfúrico concentrado (+/- 30 kg/t o 3%), este ácido ataca el mineral y genera compuestos cementantes entre las partículas. Además de la aglomeración, ocurren reacciones químicas conduciendo a la formación de sulfatos de cobre y hierro (curado propiamente tal). Por ejemplo a continuación veamos algunas reacciones de minerales de cobre con ácido sulfúrico. CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O CuSiO3 + H2SO4  CuSO4 + SiO2 + H2O Estas reacciones ocurren mientras las partículas finas y gruesas se aglomeran en los tambores de aglomeración, para luego descargar y ser transportadas hacia las pilas o pads de lixiviación.

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H2SO4 Concentrado H2O o Refinato (solución pobre)

MINERAL

AGLOMERADOS

10 – 15 % DEL TAMBOR PARA MEZCLADO EN SECO Figura 68. Tambor de aglomeración.

Figura 69. Fotografía de un tambor aglomerador.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 6.2.3. Lixiviación. El proceso de lixiviación, es una etapa fundamental en un proceso hidrometalúrgico que involucra la disolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa, mediante la acción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separación del metal contenido en la fase sólida, de sus acompañantes no solubles. El ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por las razones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácido sulfúrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polución obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo. El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante del proceso extractivo, especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada kg de cobre producido se consumen de 2,5 -7 Kg de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% del costo producción unitaria. El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son los agentes oxidantes más económicos y empleados en sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre. 

Aspectos geológicos y mineralógicos. Antes de revisar el tratamiento de sulfuros secundarios de cobre por lixiviación, veremos el origen geológico de este tipo de yacimientos.

Un yacimiento pórfido típico, en su estado original es un intrusivo monzonita/dacita, conteniendo calcopirita y pirita finamente diseminada y subproductos como molibdenita, oro y plata. Generalmente ha sufrido una oxidación significativa cuando está cerca de la superficie. La alteración debida al agua superficial y al oxigeno presente, hace que los sulfuros no sean estables en condiciones oxidantes, lo cual puede presentarse en forma simple por: CuFeS2 + FeS2 + H2O + O2  H2SO4 + CuSO4 + FeSO4 La solución de sulfato de cobre desciende y reacciona con los sulfuros en las condiciones reductoras existentes, convirtiendo pirita y calcopirita a calcocita y covelita según: CuSO4 + FeS2  Cu2S.CuS + FeSO4 CuSO4 + CuFeS2  Cu2S.CuS + FeSO4 La oxidación subsiguiente de la zona de enriquecimiento secundario puede llevar a la formación de óxidos de cobre tales como la crisocola, tenorita brocantita. etc

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 

Métodos de lixiviación. Los métodos de lixiviación más característicos son: -

Lixiviación de lechos fijos: o Lixiviación in situ. o Lixiviación en bateas. o Lixiviación en botaderos. o Lixiviación en pilas o pad.

-

Lixiviación de pulpas: o Lixiviación por agitación. o Lixiviación en autoclave.

Figura 70. Cuadro resumen del tratamiento del mineral en hidrometalurgia.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 6.2.4. Extracción por solventes. La extracción por solventes básicamente, es una operación de transferencia de masa, en la cual, un constituyente de la solución es transferido a otra solución a través de la interfase existente entre ambas. El proceso implica el paso del metal valioso, disuelto en forma de iones dentro de una fase acuosa hacia otra fase líquida, inmiscible con ella, conocida como fase orgánica. Durante el contacto líquido-líquido se produce un equilibrio en el cual el metal deseado en solución se distribuye entre las fases acuosas y orgánicas de acuerdo a sus respectivas solubilidades. En las operaciones de recuperación de metales el componente deseado es normalmente un ión contenido en una solución acuosa; ésta es mezclada con una fase orgánica inmiscible, compuesta por un extractante y un solvente orgánico, para generar una suspensión o emulsión de ambas. Por reacción en la interfase de la suspensión de una fase en otra producida en el mezclado, el extractante orgánico “captura” el metal deseado desde la fase acuosa y lo traslada hasta la fase orgánica, para luego por medio de un ácido fuerte, liberar la fase acuosa en una mayor concentración del metal valioso.

Figura 71. Concepto del proceso de extracción por solventes

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS 6.2.5. Cristalización. La cristalización es un proceso de separación de un sólido a partir de una disolución. Al incrementarse la concentración del sólido por encima del punto de saturación, el exceso de sólido se separa en forma de cristales. Este proceso se emplea en química con frecuencia para purificar una sustancia sólida siendo una operación necesaria para aquellos productos químicos salinos que se presentan comercialmente en forma de polvos o cristales pequeños y que se desean obtener en forma de cristales mayores. En caso del cobre, se puede considerar como un primer producto comercializable, el sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O). 6.2.6. Electroobtención. La electroobtención, es el área donde se producen cátodos de cobre de elevada pureza, por medio de un PLS (solución cargada de cobre procedente de lixiviación) es purificado y concentrado en el proceso de extracción por solventes, para luego, pasar al proceso de electroobtención en celdas electrolíticas. En estas celdas, se producen los cátodos de cobre sumergiendo dos electrodos (cátodo y ánodo), en una solución electrolítica de sulfato de cobre, ácido sulfúrico, agua y reactivos, logrando como resultado un cátodo de cobre con una pureza de 99.99%. Estas celdas se disponen en paralelo formando secciones; así mismo el grupo de secciones forma lo que se conoce como la nave de electroobtención. Es importante nombrar la importancia de la energía eléctrica en este proceso, ya que gracias a ella, es posible la depositación de cobre metálico sobre el cátodo.

Figura 72. Cátodos de cobre.

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CURSO I CONCEPTOS GENERALES DE PLANTAS MINERAS TABLA DE CONTENIDOS

1.

INTRODUCCIÓN................................................................................................................. 54

2.

DEFINICIÓN Y CONCEPTOS. ............................................................................................ 55

3.

2.1.

Mena. ........................................................................................................................... 55

2.2.

Ganga. ......................................................................................................................... 56

2.3.

Mineral primario (primary ore)....................................................................................... 56

2.4.

Mineral secundario (secondary ore).............................................................................. 56

2.5.

Mineral sulfurado. ......................................................................................................... 56

2.6.

Mineral oxidado. ........................................................................................................... 56

PROCESAMIENTO DE MINERALES. ................................................................................. 57 3.1.

Principales ventajas y desventajas de la Hidrometalurgia y Pirometalurgia. ................. 59

4.

PRINCIPALES PRODUCTORES DE MINERALES EN EL MUNDO. ................................... 60

5.

GENERALIDADES EN PLANTAS CONCENTRADORAS (SULFUROS). ............................ 64

6.

5.1.

Introducción. ................................................................................................................. 64

5.2.

Principales áreas de una planta concentradora. ........................................................... 65

GENERALIDADES EN PLANTAS HIDROMETALURGICAS (ÓXIDOS). ............................. 72 6.1.

Introducción. ................................................................................................................. 72

6.2.

Principales áreas de una planta hidrometalúrgica......................................................... 72

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