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MATERIAL DE PROFUNDIZACIÓN 1: SECTOR MINERO

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PROCESOS PRODCUTIVOS I PSPP01

PROCESOS PRODCUTIVOS I PSPP01 Material de profundización 1: Sector minero Unidad 1. Sector minero y metalmecánico

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Índice

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INTRODUCCIÓN 

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CONTENIDOS 

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Tema 1: Introducción a los procesos de minería 

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1.1 La exploración minera 

Tema 2: Clasificación de la minería (minería metálica y no metálica) 

8



2.1 Características de la minería metálica 

9



2.2 Metales ferrosos y no ferrosos 

9



2.3 Minería no metálica 

9

Tema 3: Extracción de minerales y sus etapas 

14

Tema 4: Introducción a los procesos de la metalurgia 

21

Tema 5: Pirometalurgia del cobre 

24

Tema 6: Hidrometalurgia del cobre 

29

Tema 7: Biolixiviación del cobre 

32

Tema 8: Procesos electroquímicos 

35

Tema 9: Riesgos asociados a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros 

38

Tema 10: Riesgos asociados a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros 

40

Tema 11: Métodos de control de riesgos a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros 

41

RESUMEN> Ideas claves 

42

BIBLIOGRAFÍA 

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INTRODUCCIÓN La presente unidad tratará sobre conceptos, procesos y servicios desarrollados por el sector minero, actividad de notable importancia para el desarrollo económico y productivo del país. Conjuntamente a lo anterior, se identificarán los riesgos presentes en esta actividad productiva, mirados desde la institucionalidad y la legislación pertinente en materia de seguridad industrial, laboral y ambiental. En términos específicos, se abordarán temas como la clasificación de la industria minera y procesos claves como: la extracción, metalurgia, pirometalurgia, hidrometalurgia, biolixiviación, procesos electroquímicos, tratamiento de barros anódicos y métodos de control de riesgos en ambientes mineros. Este recorrido por los diversos procesos mineros pretende que el estudiante se percate de la complejidad que conlleva esta industria extractiva y los enormes alcances y repercusiones que genera en materia de impacto ambiental, social y de riqueza. De la misma forma, procura preparar al alumno con un lenguaje técnico y competencias técnicas que le permitan enfrentarse el mundo laboral propio de esta actividad. Esperamos que el material sea de tu interés y compresión. Este documento y los otros disponibles en la sección material de la asignatura, son la base teórica para desarrollar y resolver las actividades propuestas en la unidad.

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CONTENIDOS Tema 1: Introducción a los procesos de minería Para comenzar definiremos el concepto de minería.

Concepto de minería Es una actividad productiva dedicada a la identificación y extracción de minerales, presentes en cuerpos rocosos, para su posterior transformación en productos que son de utilidad y aplicación en diversos procesos productivos.

La extracción minera se da en gran parte del territorio nacional, en ella se explotan diversos minerales que alcanzan una multiplicidad de usos para la industria local e internacional. Lo anterior gatilla directa e indirectamente empleos y servicios que aumentan el valor agregado de la actividad minera.

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1.1 La exploración minera La exploración minera es la primera etapa de toda actividad minera, consiste en identificar áreas donde se ubican yacimientos mineros y, posteriormente, dependiendo de su dimensión, composición y ley, ser explotadas mediante un proyecto minero. Dentro de esta etapa, la prospección y exploración geológica juegan un rol fundamental. El cateo consiste en realizar búsquedas visuales de anomalías geológicas en la superficie terrestre, lo que puede dar pistas sobre la presencia de yacimientos mineros. La prospección y observación se ejecuta mediante el apoyo de tecnologías, tales como: fotos aéreas, satelitales, etc. Estas se utilizan para observar propiedades físicas-químicas de las estructuras geológicas analizadas. Los métodos de explotación pueden ser a tajo abierto (Isla Riesco) o subterráneo (minera El Teniente). Los factores que determinan lo anterior, son, entre otros: la geología, geometría y geomecánica del mineral, y el estéril. También influyen factores económicos que rigen la industria minera actual.

Se debe considerar que una explotación subterránea es bastante más onerosa que a cielo abierto, ya que el extractar el mineral implica mayores costos por cuestiones de energía involucrada y medios de transporte requeridos.

¿Sabías qué? Chuquicamata está ubicada a 16 km al norte de Calama y es considerada la segunda depresión minera más grande del mundo. La mina posee una forma elíptica, e inició la producción de cobre en 1915 y hasta el 2007 poseyó un campamento minero destinado albergar a los trabajadores y sus familias. Descubrimientos arqueológicos, sitúan que entre los siglos IV a. c. y X d. c., pueblos originarios del lugar sacaban cobre entre las rocas. El procesamiento del cobre se ejecutaba en las cercanías de las riberas de los ríos Salado y Grande.

Imagen 1. Chuquicamata, Calama, Chile

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Tema 2: Clasificación de la minería (minería metálica y no metálica) La minería metálica características:

tiene

las

siguientes

• Los materiales presentan brillo propio. • Son buenos conductores de calor y electricidad. • Los más comunes son: oro, plata, plomo, cobre, zinc.

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2.1 Características de la minería metálica Nuestro país posee grandes reservas de minerales. Se destaca la producción y explotación de yacimientos de: cobre, molibdeno, hierro, oro, plata, etc. Los que en la naturaleza, se encuentran mezclados entre sí, por ejemplo, para separarlos, se recurre a procesos mecánicos y químicos. Son de mayor interés el cobre y el molibdeno, obteniéndose este último, como subproducto de la producción de cobre. Esta actividad posiciona al territorio como una de los mayores productores de estos minerales.

2.2 Metales ferrosos y no ferrosos Encontramos los ferrosos y no ferrosos, metales que se diferencian por la presencia de hierro como elemento base. La principal diferencia entre los metales ferrosos y no ferrosos está en su obtención: los ferrosos se consiguen a partir de la fundición en hornos, en tanto, los no ferrosos requieren de procesos físico-químicos.

2.3 Minería no metálica La minería no metálica nacional tiene un menor impacto que la metálica a nivel nacional. Entre los principales minerales no metálicos destacan: •

Yodo.

•

Carbonato de litio.

•

Sal.

•

Nitratos.

La minería no metálica es, más bien, una actividad de menor impacto en términos de la producción nacional, no superando el 10% del total de la producción minera. Los minerales no metálicos se explotan en base a sus propiedades físico-químicas, entre ellas se pueden mencionar: Composición química, grado de impurezas, brillo, grado de blancura, densidad, índice de plasticidad y permeabilidad, textura, índice de saturación, etc. Los minerales no metálicos pueden ser transformados en diversos productos químicos. Los yacimientos no metálicos se localizan preferentemente en las regiones del norte grande del país. Los principales recursos no metálicos que se producen en Chile son: Apatita, arcilla, azufre, baritina, bentonita, boro, caolín, carbonato de calcio, carbonato de litio, cloruro de sodio (sal de roca), cuarzo, diatomita, dolomita, feldespato, lapislázuli, mármol, óxido de hierro, puzolana, nitratos, sulfato de sodio, talco, yeso y yodo. Por otro lado, los productos que representan el mayor impacto respecto al volumen de exportación son: Cemento, fosfatos, carbonato de sodio y potasio, sal, carbón mineral, dolomita, cuarzo.

Un porcentaje importante de esta minería tiene como mercado el consumo doméstico.

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Desafío Investiga qué posibilidades tiene el país de convertirse en líder mundial de litio, así como, las posibilidades que representa este mineral no metálico, desde un punto de vista de la generación energía.

Salitre

¿Sabías qué? Chile es también uno de los máximos productores de este mineral a nivel mundial. Uno de sus usos es su esparcimiento por las calles y carreteras para derretir la nieve acumulada sobre ellas y para prevenir la formación de hielo. Esta práctica es controversial, pero a la vez común en países del hemisferio norte. Por la gran diversidad de productos no metálicos de interés, estos se podrían clasificar en 3 grupos, en virtud de la importancia económica y las características del mercado:

Grupo 1 Productos que se caracterizan por estar en buenas perspectivas geológicas, que permiten obtener ventajas comparativas en el mercado mundial. Comprende recursos salinos provenientes de depósitos y de salmueras existentes en el norte de Chile, con reservas de calidad y ubicación favorables para una prolongada explotación.

Yodo

Sales de litio

Borato

Cloruro de sodio

Su mercado actual y potencial es preferentemente de exportación. La lista de productos del grupo, en orden de importancia, es como se muestra en la imagen a la derecha.

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Sales potásica

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Grupo 2 Productos provenientes de recursos con óptimos horizontes geológicos y abundancia en el país. Poseen bajo valor unitario y altos volúmenes de producción, preferentemente integrada a una industria consumidora. Por ejemplo, industrias relacionadas a la construcción y cerámicas. Se considera que existe solo un mercado marginal, aunque creciente, para estos productos.

Carbonato de calcio

Óxido de hierro

Yeso

Pirofilita

Puzolana

Cemento

Arcilla

Cal

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Grupo3 Productos de diversa naturaleza y relativamente abundantes en el país, se explotan en volúmenes de mediana y baja escala. Presentan una amplia gama de aplicaciones industriales en el país. Se orientan principalmente al mercado nacional, donde compiten con productos importados. Algunos de ellos son exportados. Entre los productos destacan, en grado de importancia: Carbonato de calcio Fosfatos Arcillas caoliníferas Recursos silíceos Sulfato de sodio Diatomita Azufre Carbonato de calcio Talco Feldespato Rocas Bentonita Abrasivos Wollastonita Perlita Baritina Sulfato de aluminio Cimita

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Principales indicadores económicos de la minería en Chile

Fuente: Elaborado en la Comisión Chilena del Cobre sobre la base de datos de SERNAGEOMIN, Banco Central de Chile y Comité de Inversiones Extranjeras.

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Tema 3: Extracción de minerales y sus etapas Los principales procesos que componen esta etapa son: • Extracción Extracción del mineral desde la mina hasta la planta de procesos. La extracción del mineral se puede llevar a cabo mediante dos formas:

Extracción rajo abierto

Extracción rajo abierto

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Extracción

Cuenta de algunos subprocesos como:



Perforación y tronadura de roca:

Se realiza la perforación del suelo (vetas de mineral) para obtener los taladros, realizándose 2 tipos de perforación: •

Perforación primaria

•

Perforación secundaria

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Carguío y transporte de materiales a su destino:

Tronadura: en este subproceso se realiza la carga de los taladros con mezcla explosiva consistente en nitrato, aluminio, petróleo y fulminantes.

La extracción subterránea se lleva a efecto mediante diversos métodos de explotación. La elección depende de aspectos técnicos financieros, geológicos o escala de la explotación.

También se tiende la malla de guías con pólvora y se colocan los retardadores en función de un previo diseño.

Carguío de los materiales: esta actividad es realizada por las palas y/o cargadores frontales. Las palas se desplazan por medio de orugas y funcionan con energía eléctrica. Los cargadores se desplazan por medio de ruedas y funcionan con combustible. Estos equipos se encuentran agrupados por flotas de acuerdo a características.

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Procesamiento: el mineral es sometido a varios procesos que tienen por objetivo aumentar su concentración (contenido metálico y valor económico) para mediar su venta o prepararlo para el proceso de fundición y refinación. Existe una gran diversidad de procesamientos metalúrgicos, dependiendo de las características del mineral. Los principales métodos son: Sulfuros (minerales profundos): Flotación



Sulfuros (minerales profundos): Flotación

La flotación es un proceso que se emplea para llevar a cabo separaciones específicas de minerales complejos, basándose en las diferentes propiedades superficiales de cada uno de ellos. Es el método de procesamiento de minerales más eficaz y con mayores aplicaciones de todos los existentes, aunque el más complejo. De las tres alternativas iniciales -flotación con aceite, por película o con espuma- esta última es la que se ha impuesto y ha alcanzado un notable desarrollo. Esta técnica se fundamenta en la adhesión de los minerales, en el seno de una pulpa acuosa, a unas burbujas de aire que se introducen en ella. Los minerales adheridos a las burbujas se separan en forma de espuma mineralizada constituyendo el concentrado, mientras que los demás se quedan en la pulpa y constituyen el estéril, el que irá al relave.

Óxidos (minerales en superficie): Lixiviación

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Óxidos (minerales en superficie): Lixiviación

Lixiviación: es un proceso hidrometalúrgico que consiste en la obtención de un material (en especial se usa en la minería del cobre) encontrado en minerales oxidados, los que son separados mediante la aplicación de una disolución de ácido sulfúrico y agua.

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2 Los subprocesos que se realizan en la lixiviación son: Lixiviación en pilas Chancado

Formación de la pila

El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia donde se forma la pila. Luego de esto, el material es sometido a una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, iniciando el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. Posteriormente, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor, que lo deposita formando un terraplén de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Debajo de las pilas de material a lixiviar se coloca una membrana impermeable, sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

El material extraído de una mina, principalmente a rajo abierto, que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante el proceso de chancado primario y secundario, y cuyo objetivo es obtener un material de un tamaño máximo de 1,5 a 0,75 pulgadas. Este tamaño es necesario para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de solución ácida.

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Sistema de riego: mediante el sistema de riego por goteo y de aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico sobre la superficie de las pilas, la cual se infiltra hasta su base. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, que es recogida por el sistema de drenaje y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

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Segunda etapa: Extracción por solvente

En esta etapa, la solución que procede de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y concentra su contenido de cobre. Para extraer el cobre de la solución, se mezcla con otra solución de parafina y resina orgánica. La resina atrapa los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva, obteniéndose, por un lado, un complejo resina-cobre y, por otro, una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la cual es reutilizada en el proceso de lixiviación y es recuperada en las soluciones que se obtienen del proceso. El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente, con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito, mejorando la concentración del cobre en esta solución. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.

La fundición consiste en llevar el concentrado de cobre a un estado de alta pureza. Este proceso se realiza mediante distintas reacciones pirometalúrgicas, que se inicia con: a) La fusión del metal a través de altas temperaturas. b) El licuado del concentrado del mineral. c) El mayor contenido de mineral se concentra, en lo que se conoce como metal blanco. d) Luego, mediante el proceso de conversión, se eleva la pureza del metal líquido. e) Termina su proceso en la etapa de refinación.

Pregunta: ¿Es sustentable este procedimiento?

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Conceptos de ánodo y cátodo

Electrorefinación: Proceso en el cual el mineral proveniente de los convertidores, es sometido a un nuevo proceso que consiste en disolver electroquímicamente los ánodos de cobre en una celda.

•

Ánodo: se denomina ánodo al electrodo positivo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones negativos dentro del electrolito, que por esto reciben el nombre de aniones.

Mediante la aplicación de una corriente continua se devuelve el cobre al ánodo y se deposita sobre la lámina inicial.

•

Cátodo: se denomina cátodo al electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.

Al cabo de 14 días que dura el proceso, se obtiene un cátodo de cobre electrorefinado con una pureza sobre el 99.5%. Flujo de electricidad

A Ánodo

Cátodo

Electroobtención: Proceso en el cual la solución del mineral denominada electrolito, una vez purificada y concentrada previamente en el circuito de extracción por solventes, pasa a una serie de celdas dispuestas en forma de cascada. En estas celdas se le aplica una corriente continua y la solución de sulfato de cobre se descompone quedando adherido el mineral sobre los cátodos y el sulfato es transformado en ácido. Este proceso es usado en minerales oxidados obteniéndose cátodos de Cu a 99.99% de pureza.

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Tema 4: Introducción a los procesos de la metalurgia Hidrometalúrgicos

La metalurgia es el área industrial que se ocupa de la extracción de los metales desde las fuentes naturales y su posterior refinación a un grado de pureza comercial. Conociendo algunos términos: •

Pirometalurgia: fundición de metales a altas temperaturas.

•

Hidrometalurgia: solubilización de metales en soluciones acuosas.

•

Aplicación de energía eléctrica a soluciones acuosas.

Lixiviación

Precipitación y degeneración del solvente

Separación y purificación de soluciones

Electro obtención

Pirometalúrgicos

Tostación Fundición A continuación, te presentamos la clasificación de metales:

Conversión Electrorefinación

Metales primarios: son aquellos que se encuentran en los depósitos naturales de la corteza terrestre, se manifiestan como: •

Óxidos metálicos.

•

Minerales sulfurados.

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Metales secundarios: Son metales que se encuentran en fuentes de reciclaje o reconversión, comúnmente se les conoce como “chatarras”.

Imagen 2. Perfil de la corteza terrestre.

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El suelo El suelo está compuesto de variados metales, algunos en estados metálicos, otros como metales oxidados o bien sulfurados. Lo anterior se relaciona con la profundidad en el suelo en que está presente el mineral. Los metales oxidados se encuentran en la superficie del suelo y son solubles. Mientras que los sulfurados están en capas más profundas de este y son minerales insolubles. Esta característica determina el tratamiento del mineral. Si los minerales son solubles, para extraerlos se utiliza hidrometalurgia. Si los minerales son insolubles, se utiliza la pirometalurgia.

¿Sabías qué? Los camiones mineros no tienen cuatro ruedas, sino seis, y cada neumático mide alrededor de 3,5 metros, es decir, el doble de un adulto promedio. Estos camiones además consumen alrededor de 3.100 litros por día, o sea, lo que un automóvil corriente gastaría en casi dos años.

Una vez que se tiene el metal extraído, debe ser refinado. Este proceso involucra la obtención del metal puro, para su posterior comercialización.

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Tema 5: Pirometalurgia del cobre Es una actividad minera que consiste en la obtención y refinación de los metales utilizando calor, particularmente fundiendo el cobre u otros metales. Se trata de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. Las operaciones se realizan entre 950°C y 1000°C. La pirometalurgia es muy utilizada, ya que es un proceso rápido, pero su gran desventaja es la contaminación ambiental que genera. La ganga es el material que se descarta de un yacimiento de mineral, por carecer de valor económico o por ser demasiado costoso su aprovechamiento. A continuación, pasemos a revisar las ventajas y desventajas de la pirometalurgia.

Ventajas de la pirometalurgia

Desventajas de la pirometalurgia

- Velocidad de producción rápida

- Problemas de eficiencia en reacciones químicas

- Producción elevada

- Problemas de cumplimiento de normativas ambientales

- Efectividad en tratamiento de materias primas complejas.

- Problemas de contaminación atmosférica - Alto consumo de energía - Riesgo alto por seguridad industrial

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El proceso de producción de cátodos vía pirometalúrgica es el siguiente:

Fundición (horno fusión)

Afino y moldeo de ánodos

Cátodo

1

Concentración del mineral

3

Convertidores

5

Refinería

2

4

6

El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5 - 0,2% de cobre, por ello hay que concentrarlo, mediante flotación, para su transporte y uso final en la fundición, obteniéndose un concentrado de cobre que contiene entre 20 y 45% de cobre, los otros dos componentes principales son el azufre y el hierro.

Dentro de una fundición existen una serie de etapas necesarias para la obtención del producto final. Estas son:

1

Secado

2

Fusión

3

Conversión

4

Refinación

5

Moldeo

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Fusión Secado: eliminación parcial o total del agua contenida en los concentrados. Las razones por la cual se secan los concentrados: •

Reducción costos de transporte.

•

Mejoramiento del carguío y de la operación de los hornos en la etapa de fusión.

•

Mejoramiento del balance térmico en la fusión.

Secador rotatorio

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Proceso que busca concentrar el cobre del concentrado, formando una fase de sulfuros líquidos, llamada mata o eje, en lo posible conteniendo todo el cobre alimentado, y otra fase oxidada liquida, llamada escoria, en los posible sin cobre. En la fusión, el concentrado de cobre es sometido a temperaturas que oscilan entre los 1200 y 1300°C con el objeto de permitir el cambio de estado de sólido a líquido.

Convertidor “El Teniente”

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Conversión Mediante este proceso se busca eliminar el fierro y azufre desde la mata para producir cobre blíster de un 98,5% de Cu aproximadamente. Esto se logra oxidando el fierro y el azufre contenido en la mata con aire algunas veces enriquecido con oxígeno. Convertidor en Chagres

Refinación Proceso que pretende reducir impurezas, principalmente oxígeno y azufre presentes en el cobre blíster y en menor grado otras impurezas metálicas -como plomo, zinc, arsénico, etc.- con el fin de generar ánodos de buena calidad física, química y mecánica. Se realiza a temperaturas entre 1150 y 1200°C.

Proceso de moldeo

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Moldeo Proceso que consiste en el enfriamiento del cobre anódico en moldes, con el fin de formar ánodos sólidos. El moldeo se realiza en “ruedas de moldeo”, que son plataformas rotatorias con moldes ubicados circunferencialmente y que giran a medida, estos son llenados con cobre anódico.

Limpieza y tratamiento de gases Los gases generados en los distintos hornos (con contenidos importantes de SO2) son capturados y llevados a plantas de ácido. El dióxido de azufre pasa por distintos procesos con el fin de producir ácido sulfúrico.

Fundición Ventana. Tratamiento de gases Tostación Etapa utilizada como pretratamiento de concentrados. Se utiliza, por ejemplo, para volatilizar y capturar el arsénico de algunos concentrados con alto porcentaje de este metal.

Limpieza de escorias Tiene por objetivo recuperar el cobre atrapado en las escorias de los hornos de fusión y conversión. Desafío ¿Podría averiguar lugares mineros en Chile donde los procesos de pirometalurgia alcanzan mayores niveles de producción?

Invitamos a reforzar lo revisado mediante un video de síntesis de la actividad pirometalurgia. Para ver el video haga clic sobre la siguiente dirección: http://www.youtube.com/watch?v=yyCOVwe7XH8

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Tema 6: Hidrometalurgia del cobre Proceso de la metalurgia encargada de extraer los metales, desde los materiales que los contienen, mediante métodos fisicoquímicos en fase líquida. La producción de cobre a partir de menas oxidadas requiere de las siguientes etapas:

1

Chancado

2

Aglomeración

3

Lixiviación en pilas

4

Extracción por solventes

Aglomeración: El chancado es transportado hacia tambores aglomeradores, donde se mezcla con ácido sulfúrico concentrado y agua. En este proceso las partículas más finas se adhieren a partículas gruesas mejorando la porosidad, oxigenación, permeabilidad y el escurrimiento de la solución de lixiviación en la pila.

Chancado: el mineral que proviene de la mina presenta una granulometría variada, siendo el objetivo de este proceso reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta un diámetro uniforme máximo de ½ pulgada. Para alcanzar tal tamaño se debe contemplar las siguientes etapas:

Etapa primaria: el chancado primario reduce el tamaño máximo de los fragmentos a 8 pulgadas de diámetro.

Etapa secundaria: se reduce a tres pulgadas.

Lixiviación en pilas: es un proceso que permite disolver el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una solución de ácido sulfúrico más agua. El mineral aglomerado se deposita en pilas de lixiviación (6 a 8 metros de altura). Se esparce una solución ácida conocida como solución lixiviante, mediante un sistema de irrigación que está compuesto por las líneas de goteros.

Etapa terciaria: el mineral logra ½ pulgada.

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La solución lixiviante escurre a través de la pila, disolviendo el cobre diseminado.

Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a la planta de extracción por solventes. Piscinas

El proceso de lixiviación es lento, dura entre 45 y 60 días. En dicho periodo pueden alcanzarse recuperaciones metalúrgicas de un 90% de cobre.

Pilas de lixiviación de la minera Maricunga

De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CuSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro, denominadas PLS (Pregnant Leach Solution), que son llevadas a piscinas donde se decantan para eliminar partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas.

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Extracción por solventes - SX En esta etapa, la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9 a 45 gpl, mediante una extracción iónica.

EXTRACCIÓN POR SOLVENTE Mineral de Mina

Ripios a Botadero LIXIVICACIÓN

Sin Cobre

Soluciones impuras

Con Cobre

EXTRACCIÓN

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

Sin Cobre

Reactivo en Kerosene

Con Cobre

DESCARGA

Sin Cobre

Con Cobre

Electrolito Puro ELECTRODEPOSITACIÓN

Electricidad

Cátodos de Cu

Para extraer el cobre de la solución PLS, esta se mezcla con una solución orgánica. La fase orgánica de esta solución captura los iones de cobre (Cu+2) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene, por un lado, un complejo orgánico-cobre (fase orgánica cargada) y, por otro, una solución empobrecida en cobre que se denomina refino. Esta última se retorna a la etapa de lixiviación.

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Tema 7: Biolixiviación del cobre La biolixiviación es un proceso en el cual se utilizan microorganismos para disolver los minerales, liberando un metal de valor, presente en un mineral o en un concentrado, que con métodos convencionales sería muy difícil de extraer.

La biolixiviación es el proceso convencional de lixiviación, catalizado biológicamente pero aplicado a los minerales sulfurados, ante la necesidad de aumentar la cinética de su disolución. Síntesis: la biolixiviación es un proceso químico, mediado por el agua y oxígeno atmosférico, y, a la vez, un proceso biológico, mediado por microorganismos.

Fuente: Codelco Educa (2014).

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La acidithiobacillus ferrooxidans ha sido la bacteria más estudiada para biolixiviación y, por consiguiente, de la que existe mayor información. Sin embargo, existen otros microorganismos identificados que solubilizan minerales sulfurados.

Típica formación bacteriana

¿Sabías qué? Las bacterias son organismos unicelulares microscópicos, sin núcleo ni clorofila. Es el más simple y abundante de los organismos, y pueden vivir en tierra, agua, materia orgánica o en plantas y animales. Tienen una gran importancia en la naturaleza, pues están presentes en los ciclos naturales del nitrógeno, del carbono, del fósforo, etc. y tienen la capacidad transformar sustancias orgánicas en inorgánicas y viceversa.

La biolixiviación tiene la ventaja de: •

No liberar gases tóxicos o corrosivos.

•

Requerir poca energía.

•

Etc.

En consecuencia, el impacto ambiental de la fuente energética es poco significativo y hay menos riesgos de accidentes contaminantes para los trabajadores y el medio ambiente.

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Tecnología de biolixiviación

Procesos basados en la agitación

Procesos basados en el riego •

Biolixiviación en tanques agitados

Biolixiviación en pilas

Esta tecnología puede procesar material recién extraído de la mina y mineral chancado, minerales de ley intermedia, además de sulfuros secundarios y primarios. La extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (Cu2S) y la covelina (CuS) por biolixiviación en pila, es ampliamente practicada en todo el mundo minero.

Los minerales son depositados en un tanque de acero inoxidable de gran tamaño, equipado con agitadores mecanizados y con la introducción de aire por ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxígeno y dióxido de carbono para los microorganismos. Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr la biolixiviación que opera en un proceso continuo.

i

A Ánodo Cátodo CuSO4 m

Biolixiviación

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Se utiliza para minerales de ley intermedia a alta y concentrados de mineral, que generalmente es calcopirita, debido al capital y costos de operación asociados con esta tecnología.

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Tema 8: Procesos electroquímicos Procesos electroquímicos en minería La electrorefinación del cobre se puede dividir en dos etapas: 1.

Electrólisis.

2.

Cosecha.

1

2

Cosecha de cátodos

Una vez terminado el proceso de refinación del cobre por electrólisis, cada 10 días los cátodos son sacados de las celdas y se examinan cuidadosamente para asegurar la calidad, descartándose todos aquellos que tengan algún defecto. ¿Cómo se hace? Los cátodos seleccionados son pesados y embalados para su posterior despacho.

Electrólisis

La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por una solución de ácido sulfúrico y agua. El ion sulfato de la solución comienza a atacar el ánodo de cobre formando una solución de sulfato de cobre (CuSO4) denominada electrolito. Al aplicar una corriente eléctrica, los componentes de la solución se cargan eléctricamente, produciéndose una disociación iónica en la que el anión sulfato (SO4-2) es atraído por el ánodo (+) y el catión (Cu+2) es atraído por el cátodo (-). El anión SO4-2 ataca al ánodo, formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la solución por efecto de la corriente eléctrica, liberando cobre como catión que migra al cátodo y se deposita en él. El ion sulfato liberado migra al ánodo y vuelve a formar sulfato de cobre, que va a la solución, recomenzando la reacción. Este proceso es continuo durante 20 días. El día 10, se extraen los cátodos y se reemplazan por otros. Los ánodos se dejan 10 días más y se reemplazan por otros. De esta forma, al final del día 20, nuevamente se extraen los cátodos y se renuevan los ánodos. Los otros componentes del ánodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas electrolíticas, formando lo que se conoce como barro anódico, el cual es bombeado y almacenado para extraerle su contenido metálico (oro, plata, selenio, platino y paladio).

Para saber más revisa el siguiente video, haciendo clic sobre la dirección: http://www.youtube.com/watch?v=qkyVQC9wLO4

MATERIAL DE PROFUNDIZACIÓN 1: SECTOR MINERO

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Electrorefinación oro y plata

Planta de electroobtención. Minera Radomiro Tomic

El oro y plata, asociados a sulfuros y que están concentrados conjuntamente con el metal base (cobre), se pueden obtener como subproductos, siendo separados por procesos de electrorefinación.

Celdas electrolíticas Generalidades: La electrolisis utiliza energía eléctrica para inducir una reacción redox que no es espontánea. Se lleva a cabo en celdas electrolíticas, que son impulsadas por una fuente externa, la que actúa como una bomba de electrones, como se muestra en el siguiente esquema:

e-

e-

X-

Cátodo Reducción M+ + eM

Bomba que empuja los electrones hacia el cátodo y los retira del ánodo. En la celda electrolítica una fuente de corriente eléctrica (que en la imagen anterior está representada por una batería), empuja los electrones hacia el cátodo, por lo que este tiene signo negativo (–) y los toma del ánodo, por lo que este es positivo (+).

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PROCESOS PRODCUTIVOS I

Para realizar procesos de electroobtención se requieren instalaciones especializadas, llamadas celdas electrolíticas, equipadas con circuitos eléctricos para hacer circular una corriente eléctrica continua de baja intensidad.

Diseño y materiales para las celdas electrolíticas:

M+

Ánodo Oxidación XX + e-

La electroobtención permite recuperar oro y plata a partir de recursos lixiviables, los que de otra forma serían inviables.

La fabricación y diseño de ellas depende de: •

Tipo de electrolito (acuoso o de sales fundidas).

•

Tipo de cátodo (líquido y sólido).

•

Tipo de proceso (Electroobtención Electrorefinación [ER])

[EW]

o

Para la obtención de oro y plata en la EW, cuando se escoge un diseño rectangular convencional, usando un cátodo como canastillo (paralelepípedo rectangular) relleno con esponja o virutilla de acero. En esencia, este cátodo no difiere de otros cátodos verticales.

PROCESOS PRODCUTIVOS I PSPP01

El tratamiento de barros anódicos se ejecuta en plantas maquiladoras, donde se procesan los barros anódicos, que resultan del proceso de refinación de cobre, para recuperar el oro, plata y otros metales contenidos en ellos.

Consulta la siguiente página web para recordar de manera resumida el proceso minero del cobre. Consulta la siguiente página web para recordar de manera resumida el proceso minero del cobre. https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/ ninos.asp

MATERIAL DE PROFUNDIZACIÓN 1: SECTOR MINERO

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Tema 9: Riesgos asociados a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros Riesgos en minería. Seguridad Los principales riesgos asociados a la minería son:

Todo esto resulta a modo de pérdida para la empresa, ya que ocurrido un accidente la organización debe:

•

Derrumbes.

1. Contratar un nuevo trabajador y prepararlo para esa actividad.

•

Caídas de rocas y nieve.

2. Redistribuir los trabajadores en el área.

•

Explosiones.

3. Asumir los costos de las pérdidas de tiempo.

•

Caídas.

4. Comprar o reparar la maquinaria y/o equipos.

•

Atrapamientos.

Los riesgos inherentes en una empresa se deben controlar y/o minimizar dentro de lo posible, ya que, como están en directa relación con la actividad de la empresa siempre se pueden presentar. Los riesgos incorporados se deben eliminar de inmediato. Cuando un riesgo se sale de nuestro control produce accidentes que provocan muertes, lesiones incapacitantes, daños a los equipos, materiales y/o medio ambiente.

El riesgo incorporado es aquel riesgo que no es propio de la actividad, sino producto de conductas irresponsables de un trabajador (ACTOS SUBESTÁNDARES). En la actividad minera serían, entre otros. 1. Transitar a exceso de velocidad. 2. Trabajar sin sus EPP. 3. Tener conductas infantiles en zonas de alto riesgo. Entre los principales peligros en la actividad minera, tenemos:

PELIGROS MINEROS EN OPERACIÓN MINA

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RIESGOS

Temperatura

Fatiga, explosiones prematuras.

Parrilla

Caídas de personas.

Cuadros

Cuadro mal armando o fatigado.

Gases

Asfixia.

Polvo

Enfermedad ocupacional, falta de visibilidad.

Perforación

Desprendimiento de roca, explosión de tiros cortados.

Roca fracturada

Caída de rocas, derrumbes.

Scoptram

Choque, atropello, daños de materiales.

Explosivos

Manipulación, explosión prematura, tiros cortados.

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Medidas de seguridad:

2. Participación y trabajo en equipo

Debe existir una política de seguridad y salud ocupacional autorizada por la alta gerencia de la organización, que establezca claramente los objetivos globales de la seguridad y salud ocupacional y el compromiso para mejorar el desempeño de la seguridad y salud.

En cualquier organización, quien mejor entiende su trabajo y cómo mejorar tanto el producto como el proceso, es aquel que lo ejecuta.

Para la materialización de lo anterior se debe cumplir a cabalidad, entre otros aspectos, lo siguiente: •

Capacitación a los trabajadores.

•

Respeto y compromiso legal.

•

Inspecciones y auditorias de seguridad de manera regular.

•

Capacitando a los empleados para pensar de manera creativa y premiando las buenas sugerencias, los administradores pueden desarrollar la lealtad y la confianza. Estos sistemas deberán también dar reconocimiento a los: Logros de equipos e individuos

Compartir en la experiencias de éxito

Dotación y mantención de equipos de seguridad y de protección personal.

Alentar la toma de riesgos al eliminar el miedo a equivocarse

Calidad: el trabajo bien hecho no solo disminuye costos económicos, sino que también mejora las condiciones laborales, disminuye los accidentes y agrega un mejor ambienta laboral, aumentando con ello la productividad.

Promover la formación de equipos de participación de empleados

A continuación presentamos algunos principios de la calidad que se pueden aplicar a toda actividad. El cumplimiento de ellos disminuye el riesgo de la actividad no solo productivo, sino también laboral.

Principios de la calidad total 1. Enfoque al cliente: para hacerlo, los esfuerzos de una empresa necesitan extenderse mucho más allá que simplemente cumplir con las especificaciones, reducir defectos y errores, o eliminar quejas, con ello cae el riesgo y la pérdida. Deben incluir tanto diseño de nuevos productos que realmente satisfagan al cliente, como responder con rapidez a las demandas cambiantes de los clientes y mercados mineros. De no hacerlo, la competencia acabará con la empresa. “camarón que se duerme se lo lleva la corriente y se lo comen los tiburones”

organización

Dar apoyo financiero y técnico para que los empleados desarrollen sus ideas

3.

Mejora y aprendizajes continuos

La mejora y aprendizaje continuo debería ser parte integral de la administración en todos los sistemas y procesos. •

La mejora continua se refiere tanto una mejora incremental (pequeña y gradual) como a un descubrimiento (grande y rápida).

•

El aprendizaje se refiere a la adaptación de los cambios, lo que conduce a metas y procedimientos nuevos. El aprendizaje ocurre mediante la retroalimentación entre la práctica y los resultados.

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Tema 10: Riesgos asociados a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros Medidas tomadas para disminuir el riesgo ambiental de la actividad minera:

Medio ambiente La actividad minera provoca un fuerte impacto en el medio ambiente, entre los principales aspectos ambientales que genera la actividad minera tenemos:

Aplicación de la Ley 19.300 y DS 40 para proyectos mineros con obligación de ejecutar proyectos bajo la normativa señalada.

•

Emisión de gases.

•

Gran consumo de agua.

Resolución 1690 para identificar y evaluar suelos abandonados con presencia de contaminantes.

•

Gran demanda de energía.

Aplicación de la Ley 20.551 para la ejecución de cierres mineros.

•

Generación de desechos industriales peligrosos y no peligrosos.

Aplicación del DS 148 para el manejo de residuos peligrosos mineros.

•

Vertido de aguas.

•

Impacto s sobre el medio natural y social.

Noma de emisión de fundiciones para el control de gases y material particulado.

•

Etc.

Cuidado de las aguas superficiales y subterráneas vía cumplimiento de los DS 90 y DS 46.

Otras medidas para disminuir el riesgo ambiental:

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PROCESOS PRODCUTIVOS I

•

Campañas de sensibilización de trabajadores.

•

Charlas informativas.

•

Compromiso formal de parte de la gerencia.

•

Implementación de sistemas ISO u otros.

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Tema 11: Métodos de control de riesgos a la seguridad, calidad y ambiente en procesos mineros Una gran oportunidad para las empresas mineras es establecer sistemas de gestión integrado en seguridad, calidad y ambiente u otros similares, que disminuyan el riesgo en estas áreas. La mayoría de ellas lo han efectuado, lo que asegura buena voluntad para avanzar en esa dirección. Lo anterior hoy cobra mucha importancia, ya que el mundo desarrollado pone cada vez más exigencias a las empresas mineras, sobre todo porque generan alto impacto en materia ambiental.

Desafío Investiga ¿por qué Pascua Lama perdió la RCA y, hoy no está operativo este proyecto?

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RESUMEN> Ideas claves Luego de la revisión del presente material de profundización, podemos decir que: La minería es una actividad productiva que se dedica a la identificación y extracción de minerales, presentes en cuerpos rocosos, para su posterior transformación en productos que son de utilidad y aplicación en diversos procesos productivos. La extracción minera se presenta en gran parte del territorio nacional, donde se explotan diversos minerales que alcanzan una multiplicidad de usos para la industria local e internacional. Lo anterior gatilla directamente e indirectamente empleos y servicios que aumentan el valor agregado de la actividad minera La minería puede ser metálica y no metálica, dependiendo del estado en que se presente el mineral en el suelo y subsuelo. La extracción minera cuenta con diversas etapas, entre ellas podemos mencionar: la extracción y sus procesos posteriores como la: hidrometalurgia, donde se usa agua y ácidos, la pirometalurgia donde se funde el material, la biolixiviación que utiliza microorganismos para la recuperación de minerales y finalmente la electroquímica que ocupa energía. La actividad minera es una de las actividades más riesgosas, ya que, los trabajadores manejan manipulan o se desempeñan, con maquinaria pesada, explosivos o en el subsuelo, además de estar en contacto con procesos y productos de alto impacto para la salud humana, por tal motivo, se requieren de medidas de seguridad laboral de manera permanente. El medio ambiente es otro factor de alto impacto por esta actividad. Cada uno de sus procesos, puede afectar recursos naturales de manera irreversible, por lo mismo, sus actividades se encuentran reguladas y normadas, buscando preservar y proteger los ambientes donde se desarrollan actividades mineras.

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PROCESOS PRODCUTIVOS I

Finalmente, la calidad y en particular la calidad total, requiere de liderazgo, trabajo en equipo y sobre todo el enfoque al cliente, elementos muy necesarias para esta actividad, ya que, principalmente tiene sus mercados en el exterior, donde los estándares de calidad suelen ser muy altos, respetando de manera inflexible los contratos suscritos y los tiempos de entrega. Sin los elementos mencionados anteriormente, se pierde competitividad, se retrasa la producción y crecen los costos, dando especio a la competencia. A continuación, te invitamos a seguir revisando los diferentes materiales de profundización preparados, que serán la base teórica al momento de enfrentar las diferentes evaluaciones y actividades programas durante el desarrollo de la unidad.

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BIBLIOGRAFÍA Cochilco. (2014). Recuperado el 30 de mayo, desde: http://www.cochilco.cl/ Educar Chile. (2014). Recuperado el 30 de mayo, desde: http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/sear ch?sc=1009%3A&ml=10000&co=mineria Codelco Educa. (2014). Recuperado el 30 de mayo, desde: https://www.codelcoeduca.cl

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