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TESIS “USO DE DEPRESORES NO TOXICOS AL AMBIENTE PARA EL BENEFICIO DE MINERALES DE COBRE, PLOMO Y ZINC EN LA UNIDAD DE ANDAYCHAGUA DE LA COMPAÑÍA MINERA VOLCAN”

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DEDICATORIA El presente trabajo lo dedicamos a aquellas Personas que estuvieron incentivándonos y apoyándonos desde el principio:

En primer lugar a Dios, que nos ha brindado una vida llena de alegrías y aprendizaje, permitiéndonos vivir una muy grata experiencia en nuestra etapa Universitaria.

A nuestros queridos padres que siempre nos han apoyado, guiado y cuidado con mucho amor. Gracias de corazón por todas las oportunidades que nos han brindado.

A nuestros hermanos(as) y familiares por el respeto y cariño que siempre nos brindan.

A nuestros hijos(as) por ser el motor, motivo y darnos fuerzas para seguir y derrotar todo obstáculo.

A nuestras novias que siempre estuvieron a nuestro lado para ayudarnos, escucharnos, aconsejarnos y en muchas ocasiones guiarnos.

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AGRADECIMIENTO A nuestro asesor de tesis el Ing. Héctor Gilbonio Zarate, por la orientación y ayuda que nos brindó para la realización de esta tesis, por su apoyo y amistad que nos permitieron aprender mucho más que lo estudiado en el proyecto Nuestro agradecimiento a la “Compañía Minera Volcan”, al Gerente Central de operaciones Ing Maldonado Astorga, al Gerente de Operaciones unidad Yauli Ing. Edgardo Zamora, al Sub-Gerente de Plantas Ing. Ricardo Castillo Ungaro, al Superintendente de Planta Andaychagua Ing. Wilfredo Astete Cajahuanca, a los Jefes de Guardia y trabajadores en general por la oportunidad y facilidad que nos brindan para demostrar nuestra capacidad y desempeño profesional.

Al Ing. Cesar Ortiz Jahn por darnos siempre ánimos y por brindarnos su amistad incondicional.

A todos nuestros profesores en Ingeniería Metalúrgica y de Materiales que nos enseñaron tanto de la profesión como de la vida, impulsándonos siempre a seguir adelante.

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INTRODUCCIÓN

La realidad actual, en lo referente al avance tecnológico, de la minería en el Perú se caracteriza por su alta competitividad y por estar inmerso en los procesos de la globalización mundial, esto hace que la existencia de importantes compañías que en los últimos tiempos se han preocupado de mejorar la tecnología en función de la calidad de la materia prima se trata de minimizar al máximo sus costos operacionales ligado a las exigencias ambientales, tanto desde el punto de vista ético como desde el punto de vista legal, lo que obliga a que empresas como la Compañía Minera Volcan tenga la necesidad de estudiar la manera de mejorar su tecnología y producción, contando para ello con la capacidad de sus técnicos y posibilidades logísticas para el cumplimento de sus metas.

En el presente estudio se quiere contribuir al aspecto del reemplazo de reactivos tóxicos, específicamente los depresores que influyen en los procesos selectivos de la flotación de minerales sulfurados, con un objetivo final de mejorar las economías de las empresas que las usan así como evitar problemas ambientales. Para tal efecto en este trabajo de investigación se analizarán estos reactivos de flotación a ser empleados en un proceso convencional de beneficio de un mineral polimetálico, que contiene cobre, plomo y zinc con contenidos de contaminantes como es el arsénico.

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Las características de este trabajo se resume en el siguiente esquema, se presenta un primer capítulo de las generalidades del estudio, un segundo donde se presentan las formulaciones de la investigación, en un tercer capítulo se presenta la fundamentación teórica del estudio, en el cuarto capítulo se expone la parte fundamental que es la metodología de la investigación, que comprende de la parte experimental, presentación y discusión de resultados.

Esperamos que el presente estudio contribuya a incrementar la información en lo referente al análisis de los reactivos empleados en la flotación tanto con fines ambientales como con fines tecnológicos.

Los Autores

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RESUMEN

El presente trabajo plantea la interrogante de cómo se podrá beneficiar adecuadamente los minerales polimetálicos de cobre, plomo, zinc, sin que existan implicancias ambientales negativas, en la Unidad Andaychagua de la Compañía Minera Volcan, para lo cual nos hemos planteado la hipótesis de que el uso de depresores no tóxicos al ambiente para el beneficio de minerales en el proceso de flotación de minerales de cobre, plomo y zinc en dicha Unidad, permite generar efluentes de calidad ambiental aceptable.

En este estudio fue investigado el beneficio del mineral sulfurado de la zona de Andaychagua de la Compañía Minera Volcan. Los estudios detallados de la flotación fueron llevados a cabo con la muestra de mineral que contuvo 2.95% de Pb, 6.72% de Zn y 0.32% Cu. Los análisis mineralógicos mostraron que la muestra incluye pirita, galena, esfalerita, chalcopirita, tennantita, cerussita, anglesita y smithsonita. Por otro lado, la hematita, goethita, limonita, la calcita y el cuarzo fueron determinados como minerales de ganga. Concentrados selectivos de minerales sulfurados con contenido bajo de arsénico fueron tratados de ser producido por flotación por espumas. Los concentrados individuales de Pb, Zn y Cu ensayaron 67.54% de Pb, y 61.49% de Zn y 23.31% Cu donde las correspondientes recuperaciones fueron 73.0% y 77.1% y 38.7%, respectivamente. El contenido del arsénico fue menos de 2000 ppm en los-concentrados de

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plomo y zinc. El concentrado del cobre ensayó 5.03% As ya que los minerales principales de cobre estuvieron en la forma de tennantita (mineral de sulfuro de arsénico de cobre). En las pruebas de flotación, reactivos no tóxicos como el metabisulfito, almidón de caustificada, y carbón activado fueron utilizados para deprimir minerales en los circuitos pertinentes.

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INDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………….4 RESUMEN……………………………………………………………………………..6 CAPITULO I…………………………………………………………………………….9 GENERALIDADES……………………………………………………………………9 1.1. La unidad…………………………………………………………………..9 1.2. Geología de Andaychagua……………………………………………..17 CAPITULO II………………………………………………………………………….……35 FORMULACION DE LA INVESTIGACION…………………………………..………35 2.1. El problema………………………………………………………….……35 2.2. Objetivos…………………………………………………………………..37 2.3. Justificación…………………………………………………….…………...38 2.4. Planteamiento de la hipótesis…………………………………………….38 2.5. Variables………………………………………………………….………....39 CAPITULO III…………………………………………………………………………….40 Los Reactivos Químicos y los Sistemas de Flotación……………………………40 3.1. El proceso de la flotación……………………………………………….40 3.2. Los Reactivos Químicos y los Sistemas de Flotación………….…..50 3.3. Análisis del Proceso Propuesto………………………………..………54 CAPITULO IV METODOLOGIA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN……………..………..58 3.1. Procedimiento Experimental…………………………………………….58 3.2. Experimentación…………………………………………………………..62 3.3. Presentación y Discusión de Resultados…………………………..…64 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………76 RECOMENDACIONES……………………………………………….………………….78 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS……………………………….……………………..79

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CAPITULO I GENERALIDADES

Este primer capítulo muestra los principales datos relevantes que son necesarios para entender mejor el trabajo de tesis, tales como la ubicación y aspectos referentes a la Unidad Andaychagua, geología y las implicancias ambientales del uso de los reactivos de flotación.

1.1 La Unidad Andaychagua La Unidad Andaychagua, sus primeros trabajos de exploración fueron realizados por la Cerro de Pasco Corporation durante los años 1 928 a 1 930; estos trabajos exploratorios fueron realizados en concesiones arrendadas; la mina Andaychagua posteriormente forma parte de la Unidad San Cristóbal hasta ser una unidad de Producción independiente.

Descripción de la Empresa Minera Volcan Compañía Minera Volcán Cia Minera S.A.A. se crea en Junio

de 1943

con el nombre

Volcán Mines Compañía, donde inicia sus operaciones en Ticlio. En el año 1947 modifica denominándose Volcán Cia Minera S.A. y en ese entonces en el año 1948 adquiere Carahuacra. En el año 1952 cierra sus operaciones en Ticlio y vuelve a reiniciar a mediados del año 1995; en el año 1997 adquiere las minas de Mahr Tunel, San Cristóbal y Andaychagua que era propiedad de Centromín Perú. En la Actualidad es líder de la explotación minera de Poli

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metálicos

dedicada a la explotación del Zinc, Plomo y plata. Posee 5

Unidades: Yauli, Ticlio, Vinchos, Animon y

Cerro. En la Unidad de Yauli

cuenta con las siguientes minas: Andaychagua, San Cristóbal, Carahuacra, Tunel Victoria y Mahr Tunel.

Descripción de la Planta Concentradora Andaychagua La Planta Concentradora Andaychagua Procesa Menas de Zinc así como en su mayor cantidad se encuentra la Esfalerita, Marmatita y Blenda; menas de Plomo como se encuentra en mayor cantidad Galena, Galena Argentifera, etc; Actualmente está procesando un promedio de 2730 TMD, teniendo como productos finales: Concentrado de Zinc (200– 250 TMD), Concentrado de Plomo (30- 40 TMD).

El mineral que viene de la mina y de tajo abierto es depositado en la cancha de mineral en forma separada que es denominado Stock Pile de mineral, donde son muestreadas por geología para determinar sus leyes;

la

cual es transportado por volquetes de la Empresa Especializada CN SAC de 23 TM de capacidad, dichos volquetes depositan de acuerdo

de que mina o

nivel o de que tajo proviene dicho mineral, para una mejor alimentación a la tolva de Gruesos y una mejor mezcla. Los minerales son depositados de acuerdo a la siguiente orden: Gavilan Carahuacra Mina Recuay Mina Andaychagua Alta (baja ley) 10

Mina Andaychagua Baja (alta ley) Mina San Cristóbal Tajo Toldurrumi

Su actividad básica es la explotación y tratamiento de minerales poli metálicos para la obtención de Concentrados de Zinc, Plomo con contenidos de Plata.

Concesiones Mineras UNIDAD

HECTÁREAS

San Cristobal -- Mahr Túnel

1,761

Carahuacra

2,915

Andaychagua

7,820

Ticlio

1,100

Fuente: VOLCAN CÍA MINERA 2000

Reservas: Reservas Mineras Por Unidad Minera: % UNIDAD

11

2 004

2 009

VARIACION

Mina Carahuacra

2,099,700

4,243,500

102,1

Mina San Cristobal

7,899,300

7,951,000

0,65

5,727,100

9,051,200

-42,04

622,600

2,300,200

269,45

0

35,300

Mina Andaychagua Mina Ticlio Mina Zoraida

Mineral Explotado por Mina:

% UNIDAD

2 009

2 012

VARIACION

Mina San Cristobal

620,895

904,071

45,61

Mina Carahuacra

351,475

470,733

33,93

486,709

598,713

23,01

Tajo Carahuacra

0

34,350

Tajos - Otros

0

47,969

Mina Ticlio

0

242,989

Gavilan

0

175,391

1459,079

2474,216

Mina Andaychagua

Total unidad Yauli

12

69,57

Mineral Tratado por Planta

% UNIDAD

2 009

2 012

VARIACION

Planta Victoria

701,432

893,569

27,39

Andaychagua

757,647

894,15

18,01

Planta Mahr Túnel

0

686,497

0

1459,079

2474,216

69,57

Planta

Total unidad Yauli

Concentrado de Zinc,

Plomo y Plata

Producido; Cotización de

concentrado fino e Ingreso por Ventas % VARIA UNIDAD

13

2 004

2 009

CION

Concentrado de Zinc - Unidad Yauli (TMS)

183,658

224,57

9

Cotizacion Internacional Prom. Zinc (US$ TMF)

1,048

3,242

209,35

317,906,

1,693,75

Ingreso por Ventas Concentrado de Zinc

000

1,000

432,78

Concentrado de Plomo - Unidad Yauli (TMS)

28,224

40,073

41,98

Cotizacion Internacional Prom.Plomo (US$ TMF)

886

2,58

191,19

6,69

13,42

100,60

238,318,

831,888,

000

000

Cotizacion Internacional Prom. Plata (US$ onza/troy)

Ingreso por Ventas Concentrado de Plomo

249,07

Ubicación: El Centro Minero de Andaychagua, está situada en la zona central del Perú, a 181 Kilómetros hacia el Sur Este

de Lima, sobre el flanco este de la

Cordillera Occidental de los Andes Centrales, a una altitud de 4400 msnm; esta determinada por las coordenadas Geográficas: 76º 05’ Longitud Oeste, 11º 43’ Latitud Sur. Localización Políticamente: Localizada Políticamente en el Centro Poblado Menor San José

de

Andaychagua, del Distrito de Huayhuay, Provincia de Yauli – La Oroya del Departamento de Junín.

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Vías de acceso: La Unidad de Producción de Andaychagua es de fácil acceso utilizando dos vías:

I. Por la Carretera Central que viene de la Oroya y sigue su recorrido hasta el cruce CUT

OFF que parte un ramal de 45.160 Kms. Y sigue por la

carretera afirmada que pasa por Pachachaca que parte un ramal de 45.160 Km. Que luego pasa por las localidades de Mahr Tùnel, Carahuacra, San Cristóbal llegando hasta Andaychagua.

II. Por la Carretera Central, entre Huancayo – La Oroya en el cruce Huari que parte un ramal a 33 Kms.; que sigue por la carretera afirmada que pasa por Huari, Colpa, Huayhuay llegando a Andaychagua.

Geografía: Las altitudes y climas varían de 4500 msnm. Mina San Cristóbal – Carahuacra -

Andaychagua hasta 5200 msnm (Nevado Chumpe) según

la división

altimétrica de J. P. Vidal 1948 estos lugares corresponden a la Región Puna (4100 a 4800 msnm.) y Janca (4800 msnm.) Se caracteriza por su gran altitud

y relieve irregular en contraste con los

valles en U a los que les asigna un origen glaciar. Entre ellos se tiene el valle glaciar de Carahuacra, Andaychagua, Chumpe y el valle de Yauli.

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Clima: En esta zona el clima es frió y seco ya que se encuentra dentro de la región Geográfica denominada Puna. La estación lluviosa es entre los meses de Noviembre a Marzo con precipitaciones sólidas como nevados y granizadas, las temperaturas varían entre 15 ºC Y 0 ºC, entre el día y la noche. La estación seca se da entre abril y octubre, es la etapa del año que soporta las menores temperaturas (heladas), llegando hasta bajo 0 ºC durante las primeras horas del día. Vegetación: Por estar ubicado por encima de los 4 000 msnm de altitud y por las inclemencias del clima, la vegetación que se desarrolla en abundancia es el ichu que alcanza hasta un metro de altura, de igual manera la Wila Wila, Escorsonera, Huamanpinta, chupa sangre, etc.

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Plano de Ubicación de la Unidad Minera Yauli

1.2 Geología de Andaychagua Geología Estructural: La estructura regional dominante es el Domo de Yauli. Está ubicado en el segmente central de la Cordillera Occidental de los Andes Peruanos; aparece como una estructura domal tectónica que comprende, por el norte, desde paso de Anticona en la Zona de Ticlio; pasando por el distrito minero de Morococha, 17

el distrito minero de Carahuacra – San Cristóbal – Andaychagua, por el sur que se extiende hasta la quebrada de Suitucancha y las proximidades de la laguna de Cuancocha. La longitud de acuerdo al rumbo del eje del domo es de 35 a 60 Km. aproximadamente y el ancho es de

10 a 15 Km.

y su

orientación mantiene la dirección andina NNW – SSE. Su flanco este buza entre 30º Y 40º, mientras su flanco oeste buza entre 60º Y 80º; en el núcleo del domo se superponen las tectónicas Hercínicas y Andinas que afectan a las rocas desde el Excélsior hasta el Casapalca.

En el sector Oeste, las formaciones del Jurasico y Cretácico se encuentran afectadas por grandes y alargados pliegues muy apretados, fallas inversas y largos sobre- escurrimientos productos de los esfuerzos compresivos, con desplazamientos Hectométricos.

Por los esfuerzos compresivos también se producen fracturamientos antiandinos tensionales bien desarrollados a los que está relacionada la mineralización poli metálica.

Está conformada por varios anticlinales y sinclinales, de los cuales los anticlinales más importantes son el de Chumpe y el de Yauli (Ultimátum). Este sistema

estructural

NW-

SE

de

pliegues,

fallas,

fracturas

y

sobreescurrimientos constituyen el flanco Oeste del domo de Yauli.

Es un sistema regional mucho más amplio que excede los límites del mismo, 18

abarca las hojas de Matucana y la Oroya entre

las que se emplaza

parcialmente del Domo de Yauli.

Geología Regional: El centro Minero de Andaychagua está localizada en la parte Sur – Este de una amplia estructura regional de naturaleza domatica que abarca casi íntegramente los distritos de Morococha, San Cristóbal y Andaychagua. Esta estructura inicialmente fue denominada “Complejo Domal de Yauli” (J.V. Harrison. 1 943) y en el presente trabajo se le denomina “Domo de Yauli”.

El Domo de Yauli esta constituido por varias unidades litológicas cuyas edades van desde el Paleozoico inferior hasta el Cretácico Inferior, arregladas en una serie de anticlinales y sinclinales de ejes aproximadamente paralelos. El deposito mineral de Andaychagua se localiza en el llamado “Anticlinal de Chumpe” cuyo eje se alinea en dirección N45ºO, mostrando doble hundida hacia el NO y hacia el SE.

Intrusivos de composición ácida, intermedia y básica, han cortado o son paralelos a la secuencia estratigráfica del Anticlinal de Chumpe.

Estratigrafía.En el área de Andaychagua se conoce las siguientes unidades litológicas: Siluriano - Devónico Grupo Excelsior.- Las rocas más antiguas que afloran en el área son las del 19

grupo Excélsior y conforman el núcleo anticlinal de Chumpe. Este grupo esta constituido por Lutitas, Pizarras, Esquistos, Volcánicos Verdes, Tufos, Calizas y Filitas.

Pérmico Grupo Mito.- Las rocas del grupo Mitu, yacen discordantemente sobre las filitas Excelsior. Este grupo parece tener dos fases: una sedimentaria de Ambiente continental y la otra Volcánica denominados “Volcánicos Catalina”.

Jurásico Grupo Pucará.- Sobre los Volcánicos Catalina, en discordancia Erosional, se emplaza una interestratificación de calizas y tufos.

Las calizas varían de color gris claro a gris oscuro, son de grano fino; hay zonas donde están fuertemente brechadas y alteradas hidrotermalmente (silicificación y recristalización). Existen tufos de muy poca potencia, de color gris claro a gris verdoso, intercalados con las calizas.

Cretácico Inferior Grupo Goyllarisquizga.- Sobre las calizas Condorsinga, yacen en aparente conformidad, las areniscas Goyllarisquizga. Este grupo consiste de areniscas de color bruno amarillento, localmente con apariencia cuarcitica.

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Cretácico Superior Grupo Machay.- Sobre yaciendo concordantemente a las rocas del grupo Goyllarisquizga se encuentran las calizas del grupo Machay, no definiéndose cual o cuales de las formaciones de este grupo son lasque afloran en el área; sin embargo, por su litología, calizas, calizas dolomíticas, margas y lutitas gris oscuras, se podría considerar tentativamente que se trata de las formaciones de Chulec y Pariatambo.

Intrusivos.- En el asiento minero de Andaychagua, ocurren dos tipos de intrusivos: ácidos y básicos.

Plegamiento.- El domo de Yauli esta conformado por una serie de anticlinales y sinclinales, de los cuales, los anticlinales de Chumpe y de Yauli son los mas importantes.

El anticlinal de Chumpe es considerado como en extremo SO del Domo de Yauli, donde la mayor acción del plegamiento ha tenido lugar; en estas zonas las pizarras del grupo Excelsior han sido levantadas en su mayor extensión.

Fracturamiento.- Todo en fracturamiento en el área de Andaychagua, es el resultado de las mismas fuerzas compresivas e intrusiones que dieron lugar a la formación del Domo de Yauli. Alrededor y dentro del anticlinal de Chumpe, dos sistemas de fracturamiento pueden ser observados: uno paralelo al eje anticlinal y el otro perpendicular al mismo. 21

Geología Local: La secuencia estratigráfica del Centro Minero de Andaychagua muestra rocas Sedimentarias y Volcánicas, cuyas edades varían desde el Devoniano hasta en Cuaternario. Estas rocas han sido intensamente plegadas constituyendo diversas estructuras entres las cuales se distinguen el Anticlinal de Chumpe, cuyo eje se orienta en forma paralela a la estructura general de los Andes.

La mineralización se presenta en vetas rellenando fracturas, los cuales atraviesan casi enteramente las filitas, volcánicos y calizas. Mantos y cuerpos y cuerpos mineralizados se emplazan principalmente en las calizas de la Formación Pucará.

Petrología: En esta zona se pueden encontrar los siguientes los siguientes tipos de las rocas:

Formaciones Sedimentarias: Calizas blancas fosilíferas Lutitas Rojas Areniscas Calizas Blancas y amarillas Brechas calcáreas de chert Calizas laminadas con yeso 22

Calizas arenosas Brechas areniscas de erosión Filitas Mármoles fosilíferos Cuarcitas

Formaciones Ígneas: Basalto Diorita + Gabro Capas tufáceas Volcánicos / Volcánicos clásticos morados Intrusito intermedio (tipo Carahuacra Andaychagua) Intrusito ácido (tipo Chumpe) Volcánicos / Volcánicos clásticos básicos.

Sistema de Vetas Andaychagua El sistema de vetas Andaychagua se encuentra al Sur Este del intrusivo de Chumpe y en el flanco Este del anticlinal del mismo nombre. Está conformado por las vetas:

Principal Andaychagua Ramal Norte Puca Urco Prosperidad I 23

Prosperidad II Esther Marthy Rosie Clara Martha Milagros

Todos están emplazados en los Volcánicos Catalina y solo las más persistentes como la veta Principal y Prosperidad II se extiende hasta las filitas en el extremo suroeste. La veta de mayor importancia es la denominada Andaychagua, actualmente en explotación.

La veta Andaychagua es la segunda estructura en orden de extensión conocida en el área. La longitud de la fractura es casi 5 Km. De los cuales cerca de 3 Km. Han sido mineralizados. La estructura tiene un rumbo promedio de N 30ºE y su buzamiento de 72º - 90º NO, a veces

con

buzamiento al SE. Cuando la estructura llega al contacto con las filitas se bifurca en varios ramales que todavía no han sido bien reconocidos.

El movimiento principal a lo largo de la fractura ha sido horizontal a su sentido destral, teniendo un desplazamiento total de 200 m. Este movimiento horizontal probablemente tuvo un componente vertical de pequeña magnitud en sentido inverso. Un movimiento rotacional mediante el cual la caja techo se 24

ha movido en sentido de las agujas del reloj comparado con la caja piso, se reduce por el desplazamiento del contacto entre los volcánicos y filitas.

La potencia de la veta Andaychagua varia de 1.5 a 7.5 m. En sus extremos. Llegando hasta 18 m. En su unión con la veta Principal.

MINERALOGÍA: Entre las menas tenemos:

Blenda y Esfalerita.- Es el mineral más común que se puede observar en las vetas y cuerpos de las

minas de Yauli, se presentan en varias formas y

colores: de amarillo claro a oscuro, negro ébano (marmatita), Blanca (Cleiofana), verduzca, roja.

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GRUPO

SULFUROS

MINERAL

FORMULA

Blenda o Esfalerita Galena

SZn

PESO ESPECIFICO 3,9 - 4,1

SPb

7,4 - 7,6

Argentita

SAg2

7,3

Calcopirita

CuFeS2

4,1 - 4,3

Estibina

S3Sb2

4,5 - 4,6

Galena Argentifera

SAgPb

Marcasita

FeS2

4,89

SbS3Ag3

5,85

Pirargirita (Plata roja Oscura) SULFOSALE S

Zn S Pb S Ag S Cu Fe S Sb S

67% 33% 86,6% 13,4% 87,1% 12,9% 34,6% 30,4% 35,0% 71,4% 28,6%

Fe S Ag Sb

46,6% 53,4% 59,7% 22,5%

S 17,8% Tetraedrita

SULFATOS

COMPOSICION

Cu12(SbS3)4S

Baritina

SO4Ba

4,5

Calcita

CO3Ca

2,71

Magnesita

CaO3Mg

3,0 - 3,2

BaO 65,7% SO3 34,3 % CaO 56% CO2 44% MgO 47,8 % CO2 52,2 % FeO 62,10%

CARBONAT OS

Siderita Rodocrosita

Dolomita

OXIDOS

26

Hematina (Oligisto, especuladita)

CO3Fe CO3Mn

(CO3)2CaMg Fe2O3

3,96 3,5 - 3,7

2,85 5,26

CO2 37,9% Fe 48,2% MnO 61,7% CO2 38,3% CaO 30,4% MgO 21,7% CO2 47,9% Fe 70% O 30%

Entre las Gangas tenemos:

GRUPO

MINERAL

FORMULA

PESO

COMPOSICION

ESPECIFICO Pirita

FeS2

5,02

SULFURO

Fe 46,6% S 53,4%

Arsenopirita

FeAsS

5,5 - 6

Rodocrosita

MnCO3

3,5 - 3,7

MnO 61,7% CO2 38,3%

Calcita

CaCO3

2,71

CaO 56%

CARBONAT OS

CO2 44% FeO 62,10% Siderita

FeCO3

3,96

CO2 37,9% Fe 48,2%

OXIDOS

Hematita

Fe2O3

Magnetita

Fe3O4

5,18

Fe 72,4% O 27,6%

SILICATOS

27

Cuarzo

SiO2

2,65 - 2,66

1.3 Aspectos Ambientales en el Manejo de Reactivos En casi en todas las plantas de beneficio se emplean reactivos de flotación. Los reactivos de flotación representan el grupo más diverso de compuestos utilizados en la industria minero-metalúrgica. Normalmente, los reactivos de flotación son compuestos de base orgánica, tal como se ha descrito en las secciones anteriores

Descripción y Uso de los Reactivos Todos los reactivos de flotación se utilizan en el circuito de molienda y celdas de flotación, siendo descargados bajo la forma de aguas de proceso a un cuerpo receptor, a menos que el proceso opere con descarga cero. Por tanto, a no ser que los reactivos de flotación sean neutralizados, destoxificados o eliminados, éstos serán descargados con el agua del proceso, pudiendo ocasionar la degradación de la calidad del agua, así como niveles peligrosos de toxicidad aguas abajo.

Uso - casi todos los productos derivados del petróleo se utilizan con toda su fuerza. Normalmente, su almacenamiento es en cilindros de 210 litros (55 galones), como por ejemplo, las grasas, lubricantes pesados y aceites de transmisión o en tanques de almacenamiento a granel para productos de alto consumo, como la gasolina, petróleo diesel y algunos aceites lubricantes más ligeros.

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Cuando el almacenamiento se realiza en cilindros, las áreas de trasvase y utilización deben contar con mecanismos de contención o control de derrames; igualmente, se debe contar con equipos de protección y contra incendios. Los letreros deben ser legibles y estar ubicados de tal manera que permitan la rápida identificación de los productos. Todos los cilindros deberán contar con su respectiva identificación.

Asimismo, todo el personal que trabaje en el área de almacenamiento o que tenga acceso a productos de esa área, debe estar debidamente entrenado para su apropiado uso y manipuleo, así como para poder hacer frente a situaciones de emergencia. No deberá almacenarse la gasolina y demás productos de bajo punto de inflamación en los locales cerrados.

Todos los tanques de almacenamiento a granel, ubicados en superficie, deberán contar como protección ante la eventualidad de derrames con un sistema de revestimiento con una capacidad equivalente al de 110 por ciento del volumen del mayor tanque de almacenamiento ubicado dentro del área con berma. El revestimiento o berma puede ser construido con tierra recubierta con una capa de arcilla o plástico impermeable, concreto o asfalto. La identificación del producto debe ser fácilmente visible y legible, se deberá capacitar a los empleados sobre el manejo y respuesta en caso de emergencias.

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El buen estado de todo tanque de almacenamiento subterráneo (incluyendo tuberías bajo tierra) deberá ser evaluado con cierta periodicidad. Cuando menos, se deberá comparar los registros de inventario de llenado y uso, con el fin de descartar la existencia de goteras en el sistema del tanque. Por lo menos una vez cada dos años deberá verificarse la presión y hacerse una evaluación del buen funcionamiento del sistema de bombeo. Asimismo, se deberá evaluar periódicamente que la protección galvánica de todos los revestimientos metálicos bajo tierra se encuentre en buenas condiciones.

Efectos en la Salud e Impacto Ambiental Los efectos en la salud e impacto ambiental, asociados con el uso de reactivos de flotación, fluctúan entre mínimos a moderados. No obstante, es posible que el uso de los reactivos de flotación, sin tener en consideración los requisitos mínimos de protección personal, pueda producir efectos adversos a la salud. Si bien el riesgo de exposición durante períodos cortos puede no ser significativo, sin embargo, en el caso de reiteradas exposiciones se cuenta con información documentada sobre los efectos adversos en pruebas efectuadas con animales. El uso y manipuleo responsable de los reactivos de flotación minimiza los potenciales impactos entre el personal de operaciones y, por consiguiente, el medio ambiente.

Efectos en la Salud - los efectos en la salud debido al uso de reactivos de flotación han sido documentados mediante pruebas de laboratorio realizadas

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con animales. La ejecución de estas pruebas condujo al desarrollo de límites de exposición, tales como los Valores Iniciales Límites (Threshold Limit Values - TLV) y los Niveles de Exposición en Períodos Cortos (Short Term Exposure Levels - STEL), y su propósito es establecer los límites de concentración a los que los trabajadores pueden ser expuestos.

La transgresión de dichos límites de exposición podría causar trastornos en la salud de los trabajadores, tales como irritación de la piel y pulmones, o la formación de acumulaciones en los tejidos del cuerpo.

El uso y el manejo responsables de los reactivos de flotación puede ser puesto en práctica mediante el uso de ropa de trabajo y controles técnicos apropiados, tales como las cubiertas de descarga y el aislamiento del proceso. Se deberá seleccionar el equipo teniendo como base el tipo de exposición.

Con el fin de asegurar que los efectos en la salud del trabajador sean mínimos, se deberá desarrollar e implementar programas de capacitación en los que se exponga en forma resumida al personal los potenciales efectos dañinos en la salud, causados por los reactivos en uso en las operaciones. Dicha capacitación ayudará a la correcta comprensión de los posibles efectos en la salud y la necesidad de usar apropiadamente el equipo

31

protector, como respiradores, guantes y ropa especial. En general, aumentará considerablemente la comprensión por parte del trabajador respecto al uso apropiado de los reactivos de flotación y los métodos de protección personal más adecuados.

El área donde es más probable que los trabajadores se encuentren expuestos a los agentes de flotación es el área de preparación de reactivos. En estos lugares los reactivos se encuentran en bruto y en altas concentraciones, por lo que es más probable que causen efectos nocivos para la salud. Se deberá desarrollar procedimientos operativos que incluyan el manipuleo de reactivos en bruto. La implementación de estos procedimientos operativos deberá darse preferentemente bajo la forma de capacitación.

En el caso de los reactivos de flotación, los riesgos de incendio y explosión para las mezclas y concentraciones diluidas (tanques de servicio) son mínimos siempre que

se

sigan los procedimientos adecuados de

almacenamiento, prevención de derrames y primeros auxilios. Asimismo, se capacitará al personal y se le mantendrá actualizado sobre la correcta implementación de los procedimientos.

32

Efectos Ambientales - el impacto ambiental de los derrames de espumantes, modificadores, acondicionadores y promotores es mínimo, si se toman en consideración los procedimientos adecuados de prevención de derrames y almacenamiento. Sin embargo, el impacto ambiental más grave que podría producirse en el caso de una descarga descontrolada de reactivos de flotación sería que éstos entren en contacto con ríos, arroyos o lagos adyacentes. En un caso como éste el reactivo podría ser tóxico para la vida acuática. Los usuarios que se encuentren aguas abajo(agua para riego y potable) también podrían verse negativamente afectados por estos elementos.

También pueden registrarse impactos en otros elementos constitutivos del ambiente, como los suelos, el agua freática y la vegetación. Las descargas descontroladas en el suelo no representan un daño grave; sin embargo, de no

procederse

a

la

limpieza

o

a

controlar dichas descargas

la

responsabilidad ambiental es mayor, sobre todo sí la vegetación o el agua subterránea se ve afectada. Más aún, las reiteradas descargas sin control hacia la napa freática pueden originar efectos costosos y difíciles de remediar en el largo plazo.

Los reactivos de flotación no se caracterizan por su alta volatilidad y, por lo que, no representan un peligro significativo en términos de emisiones atmosféricas.

33

Sin embargo, el uso de reactivos en procesos de flotación puede dar origen a emisiones molestas en el aire del área de trabajo. Se pueden utilizar controles técnicos como la ventilación industrial a instrumentos para el monitoreo de la calidad del aire con el propósito de caracterizar y controlar las emisiones.

Cada planta debe contar con un plan específico de prevención de derrames y de respuesta en caso de emergencias, el cual será de gran utilidad para comprobar y establecer la idoneidad de las instalaciones de almacenamiento y contención de derrames con que se cuenta para asegurar la protección ambiental, especialmente en el área de preparación de reactivos.

La potencial toxicidad de los reactivos de flotación en la vida acuática aguas abajo de las instalaciones puede servir como un parámetro de control que permita establecer niveles permisibles para la descarga de aguas residuales. Por lo general, una mina o fundición descarga aguas de proceso que pueden contener concentraciones residuales de reactivos de flotación. En caso que las concentraciones respectivas excediesen los niveles tóxicos para la vida acuática, sería necesario tratar estas aguas para eliminar estos reactivos de la descarga. Por tanto, la protección ambiental presupone la protección y cuidado de los cuerpos receptores que discurren aguas abajo.

34

CAPITULO II FORMULACION DE LA INVESTIGACION

A continuación se presentan la problematización, objetivos y justificación de este estudio, que nos permitirá luego de teorizar el problema plantear la hipótesis y las variables.

2.1 El problema a) Planteamiento del problema El proceso de flotación de minerales ha marcado un hito en la historia de la industria minera, por el importante rol que éste ha jugado en la producción mundial de minerales y metales. Este método ha permitido la explotación económica de yacimientos de baja ley y de una constitución mineralógica compleja, que en otras épocas hubiese sido imposible. En este contexto los reactivos de flotación juegan un rol importante en el proceso, los cuales al ser alimentados al circuito de flotación cumplen determinadas funciones específicas que hacen posible la separación de los minerales valiosos de la ganga. Sin embargo la elección de reactivos no es una tarea fácil debido a una serie de dificultades técnicas que se presentan durante el proceso, como por ejemplo la complejidad mineralógica de la mena y sus efectos ambientales entre otros aspectos.

35

La composición mineralógica de los yacimientos minerales polimetálicos, es variada y compleja, ya sea como sulfuros, sulfosales o minerales oxidados. En nuestro caso se trata de los minerales polimetálicos de la Unidad Andaychagua, en los cuales se especifica como especies valiosas de cobre, plomo y zinc con contenidos sustanciales de plata, que requiere de un análisis tecnológico para poder aplicar la tecnología propuesta.

Le legislación vinculada a temas ambientales cada vez se va haciendo más rigurosa, en cuanto a los efluentes principalmente en los cuales los contenidos de sustancias disueltas o en suspensión de los denominados peligrosos como son las sales de metales disueltos, como el cobre, cromo, zinc, y fundamentalmente el ión cianuro, están siendo vetados en lo referente a su uso en procesos industriales, lo que implicar nuevas tecnologías limpias, es decir la aplicación de nuevos reactivos amigables al ambiente.

b) Formulación del Problema

Esto nos permite plantear el siguiente interrogante:

Problema General ¿Cómo se podrá beneficiar adecuadamente los minerales polimetálicos de cobre, plomo, zinc, sin que existan implicancias ambientales negativas, en la Unidad Andaychagua de la Compañía Minera Volcan? 36

Problemas Específicos a)

¿Cómo afecta el contenido mineralógico de la mena en el proceso de flotación?

b)

¿Qué variables del proceso de flotación afectan directamente y contribuyen con generar impactos ambientales negativos?

c)

¿Cómo se puede manejar el flujo de los productos principales y los desechos del proceso de beneficio, de tal forma que se disminuyan los impactos ambientales negativos?

2.2 Objetivos Objetivo General Disminuir los impactos ambientales ocasionados por el uso de reactivos tóxicos, en el beneficio de minerales polimetálicos por flotación en la Unidad Andaychagua de la Compañía Minera Volcan.

Objetivos Específicos a) Determinar el contenido mineralógico de la mena polimetálica de la Unidad Andaychagua. b) Determinar las principales variables del proceso de flotación que afectan en los resultados metalúrgicos. c) Determinar el flujo adecuado de los productos y desechos producidos en el beneficio de los minerales polimetálicos de cobre, plomo y zinc.

37

2.3 Justificación La realización de este estudio se justifica por las siguientes razones:

a)

La situación de la economía de los metales polimetálicos como es el caso del cobre, plomo y zinc, en el momento se encuentran en una etapa de bonanza y de mucha expectativa, implica que empresas como la Compañía Minera Volcan sigan desarrollando y buscando nuevas tecnologías, que sean técnica, económica y ambientalmente viables.

b)

La flotación de minerales es un proceso físico químico, que no necesariamente producen desechos tóxicos, cuando se usan los reactivos adecuados.

c)

En el Perú existe la necesidad de ir implementando tecnologías limpias que permitan aprovechar en una forma más óptima los recursos naturales que abundan en nuestro país.

2.4 Planteamiento de la Hipótesis Hipótesis General El uso de depresores no tóxicos al ambiente para el beneficio de minerales en el proceso de flotación de minerales de cobre, plomo y zinc en la unidad de Andaychagua de la Compañía Minera Volcan, permite generar efluentes de calidad ambiental aceptable.

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Hipótesis Específicas a) El conocimiento del contenido mineralógico de la mena polimetálica de la Unidad Andaychagua permite diseñar adecuadamente el proceso de beneficio por flotación. b) El cambio de los reactivos convencionales por los reactivos no tóxicos, permite cumplir con el objetivo de disminuir la contaminación ambiental por el uso de reactivos de flotación. c) La recirculación de productos dentro de la planta de beneficio permite optimizar los resultados metalúrgicos del proceso de flotación.

2.5 Variables

Variables Independientes:  Tamaño de partícula  pH  Tipo y dosificación de reactivos de flotación

Variables Dependientes:  Leyes de Cu, Pb y Zn  Recuperaciones de Cu, Pb y Zn

39

CAPITULO III MARCO TEÓRICO

En este tercer capítulo nos dedicamos a analizar el problema desde el punto de vista teórico en el cual se estudian los aspectos más resaltantes de la tecnología la flotación de minerales sulfurados polimetálicos y su relación con el empleo de los reactivos de flotación desde el punto de vista tecnológico , la discusión respectiva y fundamentalmente la tecnología del procesamiento vinculado a la propuesta de este estudio.

3.1 EL PROCESO DE FLOTACION

La flotación es un proceso fisicoquímico de tres fases (sólido-líquido-gas) que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire.

Los principios básicos en que se fundamenta el proceso de la flotación son los siguientes: 

La hidrofobicidad del mineral que permite la adherencia de las partículas sólidas a las burbujas de aire.



La formación de una espuma estable sobre la superficie del agua que permite mantener las partículas sobre la superficie.

40

Para establecer estos principios se requiere la adición de reactivos químicos al sistema. Estos reactivos de flotación son los colectores, depresores, activadores y modificadores, cuyas acciones principales son inducir e inhibir hidrofobicidad de las partículas y darle estabilidad a la espuma formada.

Las partículas minerales hidrofóbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en tanto que las hidrofílicas, como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofóbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la fase líquida, mientras que la superficie hidrofílica tiene afinidad por la fase líquida.

La definición tradicional de flotación dice que es una técnica de concentración de minerales en húmedo, en la que se aprovechan las propiedades físico-químicas superficiales de las partículas para efectuar la selección. En otras palabras, se trata de un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas.

Según la definición, la flotación contempla la presencia de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida está representada por las materias a separar, la fase líquida es el agua y la fase gas es el aire. Los 41

sólidos finos y liberados y el agua, antes de la aplicación del proceso, se preparan en forma de pulpa con porcentaje de sólidos variables pero normalmente no superior a 40% de sólidos. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.

Para lograr una buena concentración se requiere que las especies que constituyen la mena estén separadas o liberadas. Esto se logra en las etapas previas de chancado y molienda. Para la mayoría de los minerales, se logra un adecuado grado de liberación moliendo a tamaños cercanos a los 100 micrones (0,1 mm). Al aumentar el tamaño de la partícula, crecen las posibilidades de mala adherencia a la burbuja; en tanto que las partículas muy finas no tienen el suficiente impulso para producir un encuentro efectivo partícula burbuja.

En un proceso de concentración de minerales ideal, la mena mineral se divide en un concentrado enriquecido con el componente útil y una cola con los minerales que componen la ganga.

Por su parte, la estabilidad de la burbuja dependerá del espumante agregado.

42

Reactivos Usados en la Flotación

Los reactivos de flotación corresponden a sustancias orgánicas que promueven, intensifican y modifican las condiciones óptimas del mecanismo físico-químico del proceso.

Pueden clasificarse en:

Colectores:

Son sustancias orgánicas que se adsorben en la

superficie del mineral, confiriéndole características de repelencia al agua (hidrofobicidad).

Espumantes:

Son agentes tensoactivos que se adicionan a objeto de:

1.Estabilizar la espuma

2.Disminuir la tensión superficial del agua 3.Mejorar la cinética de interacción burbuja - partícula 4.Disminuir el fenómeno de unión de dos o más burbujas (coalescencia)

Los reactivos Modificadores, por otro lado, tales como activadores, depresores o modificadores de pH, se usan para intensificar o reducir la acción de los colectores sobre la superficie del material.

43

Flotación de Sulfuros de Cobre, Plomo y Zinc

El tratamiento metalúrgico (Azañero, 2010) comprende la obtención de tres concentrados en las siguientes etapas: Flotación bulk Cu-Pb deprimiendo simultáneamente la esfalerita y pirita. Activación y flotación de la esfalerita deprimiendo nuevamente la pirita. Separación del Cu-Pb obtenido en la primera etapa. Alternativas, como flotación bulk Cu-Pb-Zn ó flotación en tres etapas: primero el cobre, luego el plomo, y finalmente el zinc, no son usuales. Flotación Bulk Cobre-Plomo

Esta flotación se realiza con una depresión simultánea de sulfuros de zinc y hierro, la flotación cobre – plomo se realiza a pH natural o levemente alcalino utilizando xantatos y dithiofosfatos como colectores, la depresión de la pirita y esfalerita se logra mediante el uso de cal, cianuro, bisulfito y sulfato de zinc en dosificaciones que no afecten la flotación del cobre que es deprimido por el cianuro y el plomo por el bisulfito en concentraciones altas.

Además, se debe agregar que el sulfuro de cobre flota entre pH: 3 y 12, y el pH de flotación de la galena está en el rango neutro a ligeramente alcalino, y cuando tiene alto contenido de plata el plomo tiende a deprimirse a pH mayor a 9.5.

44

Depresión de esfalerita y pirita

Durante la flotación bulk Cu-Pb, la pirita se deprime con cianuro y bisulfito de sodio y la esfalerita con sulfato de zinc.

Se ha determinado la existencia de Fe4 [Fe (CN)6]3 sobre la superficie de la pirita, no permitiendo que ésta flote.

El bisulfito deprime la pirita, al descomponer los xantatos, dixantógenos y luego el alcohol componente del xantato.

El motivo por el cual la esfalerita flota indebidamente en el bulk depende de cada mineral, las causas puede ser:

Asociación mineralógica Cu-Zn o Pb-Zn

Arrastre de sulfuros de zinc durante la flotación bulk por factores mecánicos.

Activación natural de la esfalerita debido a la presencia de iones metálicos Cu, Ag, As, Sb, Cd, en el mineral o en el agua de tratamiento.

Los dos primeros factores pueden ser regulados mejorando las condiciones de molienda, dosificación de reactivos y eficiencia de remoción de espumas.

45

El tercer factor es un tema difícil aunque puede ser parcialmente controlado por dosificación de reactivos depresores tales como el sulfato de zinc, cianuros, bisulfitos o sulfuro de sodio.

Activación y flotación de sulfuros de zinc

La esfalerita no adsorbe xantatos de cadena corta sin activación previa, esta activación consiste en el recubrimiento de la esfalerita por una capa de un ión activante que formará una superficie que podrá interaccionar con el xantato.

El mecanismo de activación está definido por una reacción general expresada del siguiente modo: ZnS+ + M2+ MS+ + Zn2+ Para la flotación de la esfalerita de las colas de la flotación Cu – Pb, se usa generalmente CuSO4 como activante, ZnS + CuSO4 Zn2+ + SO42-+ CuS

Simultáneamente, es necesario deprimir la pirita usualmente con cal, por elevación del pH hasta valores entre 8.5 – 12, la pirita en este rango de pH no flota al inhibirse la formación de dixantógenos que es la especie colectora.

46

Separación de cobre / plomo

Estos son clasificados de acuerdo al mineral que va a ser deprimido en:



Depresión de minerales de cobre



Depresión de los minerales de plomo

El primer factor a ser considerado es la relación en peso de contenido de cobre/plomo,

En algunos casos el dezincado, es una alternativa previa a la separación, cuando se obtenga la liberación o desactivación del zinc.

En resumen, se incrementan los contenidos de minerales de cobre, esfalerita, pirita e insolubles cuando se usa el procedimiento de depresión con NaCN/ZnO, o se incrementa a la galena los contenidos de pirita, esfalerita e insolubles en el caso del uso de dicromato.

Depresión de minerales de cobre

Cianuro de sodio

La utilización del NaCN solo es posible donde la presencia de minerales secundarios de cobre o metales como Ag/Au es nula; es decir, donde no existe el peligro de disolución de valores.

47

En casos extremos y debido al excesivo uso de colectores en la obtención del concentrado bulk es necesario aplicar un lavado previo del concentrado, resorción con Na2S o carbón activado.

Cianuro de sodio y compuestos

Existen

pocos

reactivos

depresores

para

minerales

de

cobre,

principalmente se basan en el uso de NaCN, tanto puro como en mezcla con ZnSO4 o con ZnO adicionalmente se puede utilizar las mezclas en mención con CaO, sulfato de amonio, otros procedimientos son el empleo de permanganato y tiourea.

Permanganatos

Su posible aplicación es de gran interés ya que posee algunas ventajas en comparación con el NaCN o con el complejo NaCN / ZnO, no produce disolución de valores de Au/Ag o minerales de cobre secundarios, su aplicación requiere de condiciones excesivamente críticas (Zegarra y C. Pérez, 1998).

Depresión de minerales de plomo

Reactivos con esta característica son: SO2, bisulfitos, sulfitos en combinación con sulfato ferroso, tiosulfato, hiposulfitos, bicromatos y CaO, ellos poseen algunas ventajas en comparación con el NaCN / ZnO sobre todo en lo referente a la no disolución de metales preciosos y/o cobres secundarios. 48

Bisulfitos, sulfitos

Permiten la depresión de los minerales de plomo, pero también presentan efecto depresor sobre los de zinc,

Con la presencia de minerales secundarios de cobre la precisión de separación es afectada ligeramente por la disolución de cobre, siendo estos iones absorbidos por la galena lo cual impide su depresión, este efecto negativo puede ser contrarrestado por adición de S°, con lo cual se logra precipitar iones de cobre

El acondicionamiento requerido es casi nulo y la adición por etapas es conveniente, en el caso de la presencia de minerales de cobre secundarios y dependiendo de la proporción existente, el tiempo de acondicionamiento debe ser evaluado cuidadosamente.

Dicromato

Las propiedades oxidantes son similares a las mostradas por los reactivos anteriores, excepto que presenta un menor poder depresor para los minerales de zinc en comparación con el bisulfito.

En algunas concentradoras se le utiliza junto con el R-610 u otras dextrinas lo cual incrementa su poder depresor sobre la galena.

49

La eficiencia de separación Cu - Pb es afectada por la calidad del bulk tratado, cuando el desplazamiento de Zn y Fe al concentrado es mayor se reduce la eficiencia de separación, posiblemente debido al mayor nivel de adición de colectores, presencia de sales solubles y/o reducción de reactivos depresores.

Carboximetil Celulosa (Química Amtex S.A, 2006)

Una de las aplicaciones de la carboximetil celulosa en minería es en el proceso de separación plomo-cobre, actúa como parte del reactivo depresor de plomo.

Facilita la función del dicromato de sodio sobre las superficies de la galena y la del fosfato monosódico que es un dispersor, desde el punto de vista ecológico es una buena alternativa.

Composición del reactivo depresor:

50



Dicromato de sodio (60%)



Carboximetil celulosa (20%) y



Fosfato mono sódico (20%)

3.2 Los Reactivos Químicos y los Sistemas de Flotación

La recuperación de minerales valiosos por flotación puede fuertemente ser influido por el uso de reactivos químicos tales como los colectores, espumantes, activadores y depresores, y por el control del pH. La flotación por espumas es una operación industrial importante usada para separar los minerales valiosos finamente molidos de su ganga asociada. Los componentes de un sistema de flotación pueden ser colocados en tres categorías: equipo, operación y química. (Ver figura a continuación). En este trabajo de investigación enfocaremos el estudio de los componentes químicos: los colectores, espumantes, activadores, depresores y pH. Los colectores son reactivos químicos que producen una película hidrofóbica a ciertos minerales; los espumantes por supuesto, inducen la espuma; los activadores son reactivos que hacen posible flotar un mineral que previamente no ha sido recuperado; los depresores hacen lo opuesto, inhiben la flotación de un mineral mientras que se promueve otro. A pesar de la importancia de la flotación, los métodos para la evaluación de las variables de proceso aún están siendo desarrollados. En este caso consideramos la situación en la cual un ingeniero operador se enfrenta a la evaluación de cambio de esquema de reactivos químicos, como un resultado de los datos de laboratorio realizados a escala batch. Adicionalmente el ingeniero debe probar dichos reactivos en los equipos

51

actuales de planta, con la finalidad de verificar la validez del cambio, de tal forma que permita su viabilidad económica.

Reactivos Químicos La teoría del comportamiento de los reactivos químicos en la flotación por espumas ha sido ampliamente estudiado, y se han realizado importantes progresos. Desdichadamente, la capacidad predictiva de los modelos teóricamente basados está seriamente limitado por la naturaleza de los procesos de flotación:

1.

Actividad superficial química heterogénea complicada.

2.

Superficies del mineral que son altamente variables y dificultoso para caracterizar.

3.

Fenómenos de transferencia de masa y momento complejos incluidos.

Encarando esta situación, pretendemos contribuir a resolver este problema, para lo cual nos basaremos en la información disponible de experiencias en otras plantas y en otros países. En particular se desea identificar, si es posible, algunas guías de ingeniería generales sobre el uso de reactivos químicos. Este estudio debe incluir datos batch de laboratorio y de planta continua, con el énfasis especial que es el de definir el rol del tipo y dosificación de los reactivos químicos.

52

Con la finalidad de alcanzar correlaciones útiles de los reactivos, se encuentra necesario tratar a la flotación como un sistema de ingeniería interactivo, tal como se demuestra en la Figura a continuación. La experiencia ha demostrado que el éxito de la práctica a escala industrial de la flotación incluye el conocimiento de las capacidades (consistencia) de los varios componentes del sistema para compensar las limitaciones físicas o económicas (debilidades) inherentes en el establecimiento particular de los otros componentes.

El Sistema de Flotación compuesto por subsistemas: Equipo, Química y Operación

53

Así, los operadores expertos, en un periodo de tiempo, llegarán a la operación de flotación optimizada, por el balanceo de los diferentes componentes del sistema bajo su control. Uno de los problemas serios en la práctica corriente de la flotación es que más frecuente la relativa contribución de cada una de las variables hacia la mejora de una operación dada, es no conocer siempre cualitativamente, permitiendo solamente cuantitativamente.

Por ejemplo, suponer que una operación de flotación está experimentando una limitación en la velocidad de remoción de masa, para una configuración de celda determinada, velocidad de alimentación, etc. Cual de las variables establecidas en cada uno de los tres vértices de la figura anterior serán las más probables para incrementar la velocidad de remoción de masa? También, cuáles serán las consecuencias de hacer uno o más cambios en los componentes del sistema sobre otras facetas de la operación de flotación?

3.3 Análisis del Proceso Propuesto Los procesamientos para el tratamiento en el beneficio de minerales de cobre – plomo - zinc son generalmente complejos. Los métodos utilizados en el procesamiento de mineral de cobre plomo zinc podría ser clasificada como sigue (Bulatovic, 2007) : a) cobre secuencial, plomo, el método de flotación de zinc donde el cobre, el plomo, y el zinc es flotado secuencialmente producir cobre separado, concentrados de plomo y zinc, b) flotación bulk de cobre y 54

plomo seguidos por flotación de zinc de las colas bulk. La separación cobre plomo es realizada en el concentrado bulk mejorado en grado. Esto es el método más comúnmente utilizado en el tratamiento de minerales de cobre plomo y zinc, c) flotación bulk de minerales de zinc de plomo de cobre seguidos por una flotación selectiva de cobre - plomo y zinc del concentrado bulk. Este método es utilizado raramente y es efectivo sobre los minerales donde los principales minerales de cobre son bornita, covelita y otros sulfuros secundarios de cobre. No hay regla general que puede ser prescrita en cuanto a cuál método es seleccionado para el tratamiento de minerales de cobre - plomo - zinc. El arsénico es uno de los contaminantes más peligrosos inorgánicos para tanto el ambiente como para la salud humana. Por lo tanto, las descargas al ambiente debe ser controlado estrictamente (Mandal y otros, 2002). Los minerales de cobre con arsénico, como es el caso de la enargita (Cu 3AsS4), tennantita (3Cu2S·S0.5·As2S3), tetrahedrita (3Cu2S·Sb2S3), no tiene valores económicos significativos. Además, la existencia de As en los concentrados requiere un pago de una penalidad a los procesos de fundición. Es de interés económico y ambiental de remover los minerales conteniendo arsénico en una etapa temprana del proceso como la flotación (Ma y Bruckard, 2009). La enargita, tennantita y tetrahedrita son minerales generalmente secundarios como otros sulfuros del cobre. Los mecanismos de la flotación de estos minerales no son comprendidos bien desde que allí son limitados los estudios implicados (Fornasiero y otros, 2001; Smith y Brucard, 2007; Sasaki y otros, 2010; Benzaazooua y otros, 2002). Las prácticas de laboratorio y de planta 55

mostraron que el comportamiento de la flotación de la enargita es semejante al de la chalcocita. La Tennantita y tetrahedrita no responden bien a la flotación en el que se utiliza al xantato como un colector. La tetrahedrita flota bien con aerophine y colectores del tipo mercaptano en un valor de pH entre 8 y 10 (Bulatovic, 2007). La separación selectiva de minerales sulfurados puede ser lograda utilizando una variedad de coelctores y modificadores para ajustar las propiedades de superficie (Finkelstein, 1997; Yamamoto, 1980; Shen y otros, 2001; Chandra y Gerson, 2009; Laskowski y otros, 1991; 2007). En la práctica, al tratar minerales complejos de sulfuro, el uso de dos o más depresores es común, especialmente cuando un problema de selectividad está presente o la separación de varios minerales valiosos en la que es requerida (Bulatovic y Wyslouzil, 1995). Los depresores del tipo oxy sulfuroso son añadidos a la pulpa de flotación en forma de sulfito de sodio, bisulfito de sodio, metabisulfito de sodio o dióxido de azufre para la depresión de la pirita, esfalerita y galena (Grano y otros, 1997; 1997a; 1997b; Khmeleva y otros; 2003; 2005; 2006). Gül (2007) quienes estudiaron los efectos del meta bisulfito de sodio y carbón activado en la flotación selectiva de la chalcopirita de la pirita y exitosamente deprimida pirita al producir un concentrado de alto grado de cobre. Gül y otros (2008) utilizaron reactivos no tóxicos como el sulfato de zinc, meta bisulfito de sodio, almidón cáustico y carbón activado en vez de reactivos sumamente tóxicos tales como el bicromato de potasio y cianuro de sodio, ellos obtuvieron resultados

56

exitosos para la separación de la chalcopirita, galena y esfalerita selectivamente. Esta investigación se centra en la producción de concentrados individuales de Pb y el Zn con contenido bajo de arsénico de un mineral complejo de sulfuro que emplea depresores no tóxicos para lograr selectividad.

57

CAPITULO IV METODOLOGIA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN

La metodología experimental de la investigación parte de los criterios anteriormente planteados, relacionando los fundamentos teóricos con el planteamiento del problema. Esta investigación considerada como preliminar es el inicio de un estudio más amplio y más detallado, para ser calificado como un trabajo completo de investigación aplicada.

Esta sección presenta los aspectos generales de los métodos empleados en cuanto a la experimentación, materiales y equipos, presentación y discusión de resultados.

3.1 Procedimiento Experimental El procedimiento experimental es iniciado con la realización del estudio teórico del problema, que sirve para fundamentar y complementar teóricamente la tesis lo que permite plantear las estrategias de experimentación en el laboratorio, es decir definimos la metodología estadística de planificación, luego establecemos el desarrollo experimental, donde se deben de definir los materiales y equipos necesarios, plantear el número de pruebas tanto previas como las definitivas, posteriormente se presentarán y discutirán los resultados.

58

Materiales El desarrollo del trabajo experimental incluye una descripción y preparación de la muestra, las muestras son obtenidas directamente de la sección de chancado de la planta concentradora, los cuales son cuarteados y almacenados para el examen mineralógico, análisis granulométrico y las pruebas batch de flotación, Los reactivos a emplear son: Reactivos de Flotación -

Meta bisulfuro de sodio

-

Sulfato de zinc

-

Almidón

-

Cianuro de sodio

-

Dicromato de potasio

Equipos Máquina de flotación Denver Filtro de laboratorio Horno de secado de laboratorio Balanza

Método El trabajo experimental se inicia desde la preparación de la muestra que incluye el ajuste de la densidad de pulpa, pH, se determina el tiempo de acondicionamiento, la dosificación de reactivos se realiza en función a los 59

niveles especificados en la propuesta experimental, posteriormente se presentarán y discutirán los resultados.

La muestra del mineral fue tomada de en la zona de Andaychagua, provincia de Yauli, Región Junín. Análisis mineralógicos presentan que el mineral contiene esfalerita (ZnS), la galena (PbS), tenantita (Cu12As4S13), chalcopirita (CuFeS2), cerusita (PbCO3), anglesita (PbSO4) y smithsonita (ZnCO3). Por otro lado la pirita, la hematita, goethita, limonita, la calcita y el cuarzo fueron determinados como minerales de ganga. La Figura 1 presenta la estructura mineralógica de la muestra de mineral. La pirita es vista generalmente como especie libre y a algunos se extiende como partículas encapsuladas cuyo promedio de tamaño están alrededor de 60 µm. A veces pirita se ha transformado al limonita. Las partículas de esfalerita son vistas generalmente formar formas irregulares y raramente reemplazadas por la pirita. La esfalerita es el mineral más abundante en el mineral después de lapirita y tiene un tamaño medio de partícula de 70 µm. La galena tiene formas irregulares de partícula con un tamaño medio de 60 µm. En los casos avanzados de las partículas de recambio de tenantita fueron encapsulados en galena. La galena misma, por otro lado, fue reemplazada por la pirita. La tenantita es observada generalmente como partículas irregulares y a veces agregados de formas con otros minerales. Llena generalmente los vacíos entre partículas de pirita aunque puede encerrar granos finos de pirita. El tamaño de la partícula de la tenantita puede variar entre 10 y 300 µm. En Tabla 1 los resultados del análisis químico de la muestra de mineral son dados. 60

Fig. 1. Partículas de pirita de forma irregular, esfalerita, galena y tennantita vista en el cuerpo mineral

61

Tabla 1. Análisis químico de la muestra mineral

Componente

Ensayo,%

Pb

2.95

Zn

6.72

Cu

0.32

Fe

16.95

S

26.00

As

0.20

CaO

9.97

Al2O3

2.38

3.2 Experimentación Los experimentos selectivos de la flotación fueron llevados a cabo para obtener concentrados de plomo, zinc, cobre y pirita. Las pruebas fueron realizadas con muestras molidas debajo de 0.1 mm empleando un molino de bolas de tamaño de laboratorio. El diagrama de flujo final de la flotación es presentado en la Fig. 2.

62

Fig. 2. Diagrama de flujo para la flotación en los estudios experimentales

63

Puede ser visto de la Tabla 1 que el mineral contiene 2.95% de Pb, 6.72% de Zn, 0.32% de Cu, y 0.20% As.

El Aerophine 3418 A fue utilizado como un colector en el circuito Pb-Cu mientras que el xantato amílico de potasio fue el colector en el circuito de esfalerita - pirita. El metabisulfito de sodio (Na2S2O5) y el ZnSO4 fueron empleados para la depresión de la esfalerita. La pirita fue desactivada aumentando el pH por adición de cal. Además, Na2S2O5 fue agregado para la depresión de la pirita. La esfalerita fue activada luego por adición de CuSO4. En la flotación selectiva de minerales de cobre a partir de la galena la pulpa fue tratada con carbón activado primero y que el meta bisulfito de sodio y almidón caustificada fueron agregados para deprimir la galena donde el cobre fue flotado por la adición de pequeñas cantidades de Aero 208. Por otro lado, los depresores como el quebracho y el S7260, eso son depresores poliméricos sintéticos fueron utilizados en el circuito Pb-Cu para obtener concentrados selectivos (Cytec, 2002). La cal y el ácido sulfúrico fueron los reactivos para controlar el pH de la pulpa. En esta investigación el efecto del pH, la dosis de colector, el número de etapas de flotación, tipo y dosis calmantes fueron estudiados en la concentración selectiva de minerales de Cu, Pb y Zn en la muestra de la mena.

3.3 Presentación y Discusión de Resultados Las pruebas de flotación fueron llevadas a cabo para obtener concentrados selectivos de Pb, Zn, y Cu. El procedimiento adoptado fue de flotar Pb-Cu 64

colectivamente dejando primero el Zn en el fondo y entonces activar el Zn utilizando los métodos convencionales. La separación Pb-Cu del concentradobulk fue lograda deprimiendo minerales de Cu y flotantes de Pb. Las condiciones de flotación y resultados de las pruebas son presentados en las Tablas 2 y 3, respectivamente.

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Tabla 2. Condiciones de las Pruebas de Flotación

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Tabla 3. Resultados de la Flotación Selectiva usando Quebracho y S7260

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El S7260 y el Quebracho fueron utilizados para deprimir los minerales de cobre y pirita en el concentrado Pb-Cu bulk. Sin embargo, la tentativa para deprimir minerales de Cu no fueron un éxito y por consiguiente los concentrados de Pb ensayaron 5.05% Cu. El concentrado del zinc, por otro lado, fue obtenido con 60.77% de contenido de Zn y 88.2% de recuperación. Desde que el zinc fue concentrado exitosamente con recuperaciones y grados relativamente altos, en la atención de las pruebas realizadas fue dado a la separación de Pb de Cu y As y las condiciones en el circuito de zinc no fueron estudiadas aún más.

En los experimentos alternativos siguientes los procedimientos fueron estudiados para obtener un concentrado limpio de Pb. El concentrado rougher del bulk Pb-Cu fue limpiado empleando dos veces ZnSO4 y Na2S2O5 como depresores. En la separación de Pb del Cu, todos los minerales fueron deprimidos utilizando primero carbón activado, Na2S2O5 y almidón caustificada y el Cu fue flotado por la adición de pequeñas cantidades de Aero 208 que es sintetizado especialmente para el Cu. Las condiciones de flotación y los resultados de flotación selectiva para la separación Pb-Cu son dados en las Tablas 4 y 5, respectivamente.

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Tabla 4. Condiciones de Flotación para la separación del Pb desde el Cu

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Tabla 5. Resultados de la flotación para la separación Pb - Cu

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El concentrado de plomo producido encuentra las especificaciones de las fundiciones en función de los contenidos de Pb y Cu. Además, la recuperación de Pb está en un nivel aceptable. Por lo tanto, los resultados en la Tabla 5 demuestran que la separación tiene éxito entre el plomo y cobre. Para verificar la reproducibilidad del experimento y para producir un concentrado de cobre otra prueba fue realizada bajo las condiciones experimentales vistas en la Tabla 6 y los resultados son presentados en la Tabla 7.

El cobre fue flotado utilizando Aero 208 desde los concentrados de Pb-Cu bulk y entonces luego es limpiado sin ninguna adición de reactivos.

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Tabla 6. Condiciones experimentales para producir concentrados selectivos de Pb y Cu

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Tabla 7. Resultados de la flotación selectiva

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Puede ser visto de la Tabla 7 que un concentrado de Pb podría ser obtenido con 67.54% de contenido y 73.0% de recuperación. La relación entre los contenidos de Cu y As es visto en la Tabla 7 de ahí en ensayo de As en el concentrado de Pb está estrechamente relacionado al contenido del Cu. El concentrado del zinc fue producido con 61.49% de contenido y 77.1% de recuperación. El contenido del cobre en el concentrado de Zn es 0.28%, y As es 0.05%. Los minerales de cobre son vistos para ser deprimidos efectivamente, por consiguiente contenido de arsénico disminuye en los concentrados de Pb y de Zn. Además un concentrado de cobre es obtenido con 23.31% de contenido y de 38.7% de recuperación mientras el As contenido es de 5.03% como se esperaba. Es sugerido que el alto contenido de As en los concentrados de cobre podrían ser tratado por calentamiento para deshacerse del As. Por lo tanto, el concentrado es tostado en temperaturas bajas, para que el arsénico sea volatilizado selectivamente fuera en un flujo de volumen que sale del producto calcinado rico en cobre y el azufre. En la fase final, el arsénico en los vapores es inmovilizado en una temperatura baja en un dispositivo cerámico para asegurar que su enterramiento sea posible (Jahanshahi et Al., 2006; Bruckard et Al.; 2010).

Algunos depresores utilizados en la flotación selectiva convencional de minerales de sulfuro son muy tóxicos y deben ser evitados tan mucho como sea posible. En este estudio el uso de reactivos no tóxicos como el ZnSO 4, meta bisulfito de sodio (Na2S2O5), almidón caustificado y carbón activado en vez de reactivos convencionales sumamente tóxicos como el K 2Cr2O7 y NaCN 74

proporcionaron resultados exitosos para la flotación selectiva de galena, esfalerita, tenantita y pirita.

El mecanismo del ZnSO4 para deprimir la esfalerita es bien conocido. Los mecanismos posibles de desactivación con respecto al meta bisulfito de sodio y almidón caustificado son presentados en la introducción todavía el uso de almidón debe ser vigilado claramente desde que un exceso de cantidades deprimirán a todos los minerales. El almidón desactiva a los minerales por reacciones con óxidos o hidróxidos metálicos en la superficie. También es informado que puede conectar a la superficie por fuerzas hidrófobas (Liu y otros; 2000; y Ekmekci; 2005). El carbón activado sin embargo no es un depresor directo para minerales de sulfuro; realmente adsorbe el exceso de cantidades de la especie de colector. El carbón activado en este estudio fue utilizado para la flotación selectiva de la chalcopirita a partir de la galena. Cuando fue añadido a la pulpa de flotación, un exceso de cantidad de colector fue adsorbido así reduciendo la concentración de colector en la solución. Sobre la disminución de la concentración del colector en la solución agregando carbón activado, el colector ocasiona la desorpción de la superficie de la galena y de ahí la depresión es facilitada.

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CONCLUSIONES

En base a la discusión de los resultados y en función a los objetivos presentados podemos llegar a las conclusiones siguientes :

1. Esta investigación realizada con un muestra mineral de Pb – Cu - Zn recolectada de los yacimientos de Andaychagua ha demostrado que es posible separar selectivamente el As contenido en los minerales de cobre a partir de la galena y esfalerita utilizando reactivos no tóxicos. Esto ha logrado disminuir los impactos ambientales ocasionado por el uso de reactivos convencionales.

2. Para lograr definir la ruta metalúrgica de beneficio de la mena, se ha realizado un análisis mineralógico y químico, que es mostrado en la parte experimental de esta tesis.

3. Se han podido determinar las principales variables del proceso de flotación que afectan en los resultados metalúrgicos, especialmente al manejo de reactivos depresores manteniendo las otras variables en forma constante.

4. Al no existir problemas de toxicidad de los principales reactivos empleados, el flujo adecuado de los productos y desechos producidos

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en el beneficio de los minerales polimetálicos de cobre, plomo y zinc, no es un problema de disposición.

5. Concentrados de plomo y zinc separados fueron producidos ensayando 67.54% de Pb, 61.49% de Zn con 0.16% y 0.05% As, respectivamente, eso es mucho más bajo que los requerimientos para los hornos de fundición de 2000 ppm.

6. A consecuencia de esta investigación el As siendo un contaminante ambiental fue eliminado a niveles aceptables en los concentrados de Pb y de Zn que emplean reactivos no tóxicos como una alternativa a las sustancias químicas convencionales altamente tóxicas.

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RECOMENDACIONES

1. Para la realización de trabajos experimentales con fines de investigación es importante el uso de los métodos, ya que confieren a dichos estudios una alta confiabilidad; en tal sentido recomendamos el empleo de estas herramientas, en todo estudio que se realice.

2. Con fines de optimización los resultados obtenidos deben de ser replicados a nivel de planta piloto o planta industrial con los cuidados necesarios en la dosificación de reactivos y verificar los resultados.

3. Es necesario verificar la inocuidad de los reactivos empleados en los procesos de flotación, de tal forma que se garantice una tecnología ambientalmente amigable.

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