La recuperación de cobre mediante lixiviación-extracción ...
Apuntes - Procesos Industriales (Extracción del Cobre)
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INGENIERÍA CIVL INDUSTRIAL
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
UNIVERSIDAD ARTURO PRAT
PROCESOS INDUSTRIALES PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE
PROFESOR:
MIGUEL ARRIAGADA ARAYA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROCESOS INDUSTRIALES
MIGUEL ARRIAGADA ARAYA 2
Contenido
1 Introducción los procesos de obtención del cobre ................................................................................................................................... 4 1.1 Características de la industria minera ............................................................................................................................................. 4
1.1.1 Industria extractiva............................................................................................................................................................. 4 1.1.2 Factibilidad .......................................................................................................................................................................... 4 1.1.3 Ciclo de vida ....................................................................................................................................................................... 4 1.1.4 Localización......................................................................................................................................................................... 4 1.1.5 Relación producto/desperdicio ...................................................................................................................................... 4 1.1.6 Impacto ecológico ............................................................................................................................................................. 4
1.2 Principales procesos de obtención de cobre ................................................................................................................................ 5 1.2.1 Pirometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus sulfuros) ................................................................................ 5
1.2.2 Hidrometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus óxidos) ............................................................................... 5 2 Proceso productivo previo .............................................................................................................................................................................. 6
2.1 Explotación ........................................................................................................................................................................................... 6 2.1.1 Extracción a rajo abierto (Minería a cielo abierto) ...................................................................................................... 6
2.1.1.1 Perforación ......................................................................................................................................................... 6 2.1.1.2 Tronadura ........................................................................................................................................................... 6 2.1.1.3 Carguío ................................................................................................................................................................ 7
2.1.1.4 Transporte .......................................................................................................................................................... 7 2.1.2 Extracción subterránea (Minería subterránea)............................................................................................................. 7
2.1.2.1 Exploración y Desarrollo .................................................................................................................................. 7 2.1.2.2 Preparación ........................................................................................................................................................ 7 2.1.2.3 Extracción............................................................................................................................................................ 7
2.1.2.4 Transporte .......................................................................................................................................................... 7 2.2 Chancado.............................................................................................................................................................................................. 8
2.2.1 Chancador ........................................................................................................................................................................... 8
2.2.2 Harnero ................................................................................................................................................................................ 9 2.2.3 Etapas del proceso chancado y clasificación por harneros ...................................................................................... 9
2.2.3.1 Chancado primario ........................................................................................................................................... 9
2.2.3.2 Chancado secundario .....................................................................................................................................10 2.2.3.3 Chancado terciario ..........................................................................................................................................10
3 Proceso pirometalúrgico ................................................................................................................................................................................ 11
3.1 Molienda .............................................................................................................................................................................................. 11 3.1.1 Molinos ...............................................................................................................................................................................12
3.1.1.1 Molienda convencional ...................................................................................................................................12 3.1.1.2 Molienda AG (Autógena) y SAG (Semi-Autógena) ................................................................................. 14
3.1.2 Hidrociclones .....................................................................................................................................................................15 3.1.3 Circuitos del proceso de molienda y clasificación por hidrociclones ....................................................................16
3.1.3.1 Circuito abierto .................................................................................................................................................16 3.1.3.2 Circuito cerrado ................................................................................................................................................16 3.1.3.3 Circuito de molienda autógena (AG) y semiautogena (SAG)................................................................. 17
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROCESOS INDUSTRIALES
MIGUEL ARRIAGADA ARAYA 3
PROCESOS INDUSTRIALES
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE
El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros) cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se
trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia
del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su
alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables
eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar
un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.
El Cobre, también conocido como “mineral rojo”, es un mineral que hace millones de años fue impulsado por procesos
geológicos, subiendo desde las profundidades de la Tierra hasta la superficie, por lo que fue uno de los primeros metales en ser
utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que
los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió
importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos
tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico
en 1831 por Michael Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables
e instalaciones eléctricas.
En los comienzos de la humanidad el cobre era extraído bajo la forma de cobre nativo o natural de alta pureza. En la actualidad
casi no quedan yacimientos de cobre de este tipo, en cambio existen los de yacimientos de cobre mineralizados (Los que en su
mayoría se encuentran ubicados en Chile).
El nacimiento de la cordillera dorsal del Pacifico Sur, emergente de las profundidades del océano pacifico, moviendo la placa de
Nazca hacia el continente Americano y el choque de ambas placas produce el crecimiento de la Cordillera de los Andes. En la
ladera occidental de la Cordillera se produce una zona de mineralización rica en cobre que va desde el sur del Perú hasta el
centro de Chile, llamado Cordón Porfírico que es explotado desde “Toquepala” en Perú hasta El Teniente, en Chile, pasando
por todos los yacimientos del Note Grande de Chile: Doña Inés de Collahuasi, Quebrada Blanca, Cerro Colorado,
Chuquicamata, El Abra, Candelaria, Escondida, Mantos Blancos, Radomiro Tomic, Tesoro, Spencer, El Salvador, Disputada de las
Condes, Lomas Bayas, Los Pelambre, Minera Pudahuel, Michilla, Zaldivar, Carmen de Andacollo.
Los yacimientos de cobre mineralizados dependen de los procesos geológicos que hayan ocurrido en ese lugar, esto nos llevan
a agrupar a los minerales de cobre en 2 grandes grupos: El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de
minerales oxidados (20%). los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso
denominado hidrometalurgia. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita),
junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente
en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina ) y
covellina y finalmente las secundarias calcopirita cuya explotación es más rentable que la de las anteriores.
Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita , los cobres grises y los carbonatos azurita y
malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los
sulfuros.
La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los
minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que
muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.
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MIGUEL ARRIAGADA ARAYA 4
1 Introducción los procesos de obtención del cobre
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1.1 Características de la industria minera
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1.1.1 Industria extractiva
Cuando se extraen los recursos minerales estos no se renuevan, por esta razón la minería es una actividad
que se maneja con responsabilidad y tecnología para lograr el mayor aprovechamiento de estos recursos
escasos. Para lograr este mayor aprovechamiento las empresas mineras tienen como objetivo conseguir la
óptima extracción de las reservas minerales con el mayor beneficio económico y con la máxima seguridad de
las operaciones.
1.1.2 Factibilidad
El desarrollo de una actividad minera tiene dos etapas importantes previas a la explotación, la primera es la
búsqueda del recurso mineral que depende de factores técnicos, económicos y de la naturaleza, por esa
razón las evaluaciones preliminares muchas veces conducen a evaluar zonas no importantes como para
desarrollar un proyecto minero. Además, el negocio minero no solamente consiste en ubicar un deposito
mineral sino llegar a determinar en una segunda etapa que éste sea económicamente explotable, esta
evaluación es función de factores endónenos: calidad del mineral, cantidad del mineral, capital disponible,
tecnología a emplear, etc., así como de factores exógenos: precios de los metales, política tributaria, marco
legal, etc.
1.1.3 Ciclo de vida
El proceso minero tiene diversas etapas de desarrollo que tendrán un periodo de maduración variable y que
depende del capital con el que se cuenta, la magnitud del proyecto, el tipo de mineral, etc. Generalmente la
actividad minera es de mediana a larga maduración.
1.1.4 Localización
(Se ubica donde se encuentra el depósito mineral): Una de las características importantes de la minería y que
la diferencia de las demás actividades económicas, es que se desarrolla en donde se encuentra el recurso
mineral. Cualquier otra actividad económica se desarrolla en el lugar en donde se escoja ubicarla, en la
minería hay que ir al lugar donde se encuentra ubicado el deposito mineral. Esta característica hace que la
minería se convierta en un factor importante de descentralización y generador de polos de desarrollo al
interior del país, muchas de ellas en zonas o poblaciones rurales que no han tenido la oportunidad de lograr
tener desarrollo de ningún tipo.
1.1.5 Relación producto/desperdicio
La extracción de recursos minerales implica extraer recursos valiosos de la corteza terrestre, los cuales están
en contenidos muy bajos, esto implica el desarrollar todo un proceso de separación de contenidos valiosos y
no valiosos, en los que lógicamente la cantidad de material no valioso superar en cantidad a los valiosos,
dando en consecuencia una alta relación de desperdicio/producto, lo que origina diseñar todo un proceso
de disposición de estos materiales no valiosos, dependiente con el proceso tecnológico seguido.
1.1.6 Impacto ecológico
Dada la característica del proceso minero que el de remover grandes cantidades de materiales, ello afecta al
entorno al impactar sobre la geografía de la zona, por otro lado, la disposición de dichos materiales y la
tecnología empleada muchas veces puede ocasionar un gran impacto en la zona, lo que se controla con
planes de monitoreo, evaluación constante y restauración paralela al proceso productivo.
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1.2 Principales procesos de obtención de cobre
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Los yacimientos de cobre mineralizados dependen de los procesos geológicos que hayan ocurrido en ese
lugar, esto nos llevan a agrupar a los minerales de cobre en 2 grandes grupos: El cobre se obtiene a partir
de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%). los primeros se tratan por un proceso
denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.
1.2.1 Pirometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus sulfuros)
La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean múltiples etapas con los
minerales como chancado, molienda y flotación obteniendo concentrados de cobre que luego ingresan a
procesos que utilizan calor como tostación, fundición y refinación hasta obtener un cobre de pureza 99.99%.
Se utiliza a partir de minerales sulfurados como la Pirita , la Covelina o la Calcopirita
que generalmente se encuentra a profundidades mayores a 200 m.
1.2.2 Hidrometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus óxidos)
La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando
soluciones líquidas, acuosas y orgánicas. Se utiliza a partir de minerales oxidados como la cuprita o
la Tenorita que generalmente se encuentran cerca de la superficie y ha reaccionado con los
elementos de la atmosfera, oxígeno y agua, y otros elementos presentes en la tierra, durante millones de
años. En esta rama se emplean múltiples etapas químicas como el Aglomerado, Lixiviación, extracción por
solvente y electro obtención, obteniéndose un cobre de alta pureza (99.999%).
Esquema:
Proceso
productivo del
cobre
Molienda
Extracción
Chancado
Flotación
Fundición
Electro refinación
Cátodos
Aglomerado
Electro obtención
Pirometalurgia Hidrometalurgia
Lixiviación
Extracción por solvente
Minerales
oxidados Minerales
sulfurados
Exportación
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2 Proceso productivo previo
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2.1 Explotación
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Los distintos tipos de yacimientos de cobre pueden ser explotados a través de 2 formas, cada una con sus
propios procesos pero con el mismo objetivo: extraer la porción mineralizada de cobre y otros elementos de
la parte maciza y rocosa de la mina, para luego enviarlos de forma segura y eficiente a planta, donde es
sometida al proceso de obtención del cobre propiamente tal. Estas dos formas son la extracción a rajo
abierto y la extracción subterránea.
2.1.1 Extracción a rajo abierto (Minería a cielo abierto)
Es una explotación en superficie que extrae en franjas horizontales llamados bancos, en forma descendente a
partir del banco que está en la superficie. Normalmente para la remoción de un banco de mineral es
necesario extraer el material estéril que lo cubre, lo que se llama desbroce y expresa una relación de tonelaje
de desmonte a mineral, este ratio es totalmente variable entre las minas ya que dependen netamente de la
posición y tipo de yacimiento, que es totalmente variable.
Este tipo de explotación es de gran volumen y se aplica en yacimientos masivos de gran tamaño, cerca de la
superficie, puesto que a mayor profundidad aumentará la cantidad de material estéril a remover (radio de
desbroce) aumentando en consecuencia el costo de producción.
Este método se utiliza principalmente en yacimientos de mineral diseminado, y se basa en la extracción de
todo el material donde se ubica el mineral. Ello supone mover grandes volúmenes, y, inevitablemente, utilizar
equipos de gran capacidad. Un parámetro que adquiere singular importancia, es la proporción que
representa el mineral sobre el total (en volumen o en TM), y que determina si la mina es a cielo abierto es o
no viable económicamente.
Las actividades o procesos que comprende este método de explotación podemos clasificarlas en:
2.1.1.1 Perforación
Consiste en realizar orificios a distancias regulares entre sí, generalmente entre 8 y 12 m (conocido como
malla de perforación), de manera que al introducirse los explosivos la denotación permita fragmentar la
mayoría de la roca.
2.1.1.2 Tronadura
Mediante equipos especiales y utilizando barrenos de gran tamaño se hacen perforaciones en la zonas mineralizadas, cuyos orificios son rellenados con explosivos usualmente ANFO (nitrato de amonio + petróleo
diésel), con un detonante de encendido eléctrico, que se denota mediante un control remoto, mediante una
secuencia de tiempos establecidos.
Esta etapa remueve grandes volúmenes de material, el producto obtenido es la roca mineralizada
fragmentada de un tamaño suficientemente pequeño como para ser cargada y transportada por los equipos
mineros y alimentar al chancador primario, en donde se inicia el proceso de reducción de tamaño en un
sistema en línea hasta llegar a la planta de tratamiento. Si éstas fueran tan grandes que dificulten el carguío
o tienen la dimensión inadecuada para el chancado primario, se ejecutaría un segundo disparo que tuviera
por finalidad fragmentar las rocas grandes en rocas más chicas para facilitar su carguío y chancado posterior
(ello incrementa el coste).
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2.1.1.3 Carguío
Con equipos de gran capacidad generalmente palas y cargadores frontales, se carga el material a los
camiones de volteo de gran tonelaje para que sean trasladados a la zona de trituración primaria dentro del
mismo tajo o a la chancadora directamente en caso del mineral; y a los botaderos en caso de material estéril.
En esta operación se incluyen tareas de remoción y acopio del material fragmentado.
2.1.1.4 Transporte
Para el transporte del material mineralizado y el material estéril, se utilizan camiones de gran tonelaje, por
ejemplo 240 o 300 toneladas. Éstos transportan el material desde el frente de carguío a sus diferentes
destinos dependiendo del tipo de carga
1. El mineral
Con contenido metálico económicamente explotable, se trasladara a la zona de trituración primaria
dentro del mismo tajo o a la chancadora primaria.
2. El Leach
Es el material de baja ley, este almacena en botaderos especiales para más tarde, aplicando nuevas
tecnologías, ser lixiviado para recuperar su contenido metálico.
3. Ganga
Es el material estéril que se descarta y enviado a los botaderos, por carecer de valor económico o ser
demasiado costoso su aprovechamiento.
2.1.2 Extracción subterránea (Minería subterránea)
El método de explotación subterránea, es utilizado cuando las zonas mineralizadas (vetas o cuerpos de
mineral económico) son angostas y profundas, por lo que según las evaluaciones técnicas y económicas
justifica la perforación de túneles y socavones para posibilitar su extracción. Las actividades o procesos que
comprende este método de explotación son:
2.1.2.1 Exploración y Desarrollo
La exploración es la actividad minera tendiente a demostrar las dimensiones, posición, características
mineralógicas, reservas y valores de los yacimientos mineros. Localizados los bloques de mineral, se
desarrollan labores mineras para determinar el tonelaje y las leyes del mismo, es decir, clasificar en MENA,
mineral marginal y submarginal; se construyen los accesos e instalaciones que hagan posible la explotación.
En esta actividad se desarrollan las galerías, los cruceros, chimeneas de ventilación, rampas y conductos de
ventilación, instalación de rieles para carros mineros e instalación de líneas de energía.
2.1.2.2 Preparación
Corresponde a esta actividad, la preparación de las zonas o secciones de trabajo en la veta o bloques de
mineral, para hacer posible su explotación generalmente se preparan tolvas, chimeneas de relleno y
ventilación, entre otras labores.
2.1.2.3 Extracción
En esta etapa se realizan la perforación y voladuras del mineral en el interior de la mina, dejando expedito el
mineral para su traslado al exterior.
2.1.2.4 Transporte
Efectuada la voladura del mineral, este es extraído de la mina hacia el exterior, para ello, se acumula y se
carga a los diferentes medios de transporte de los que se disponen. El transporte puede ser mediante carros
mineros, scoops, u otro tipo de equipo que se disponga.
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2.2 Chancado
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El material que se extrae de la mina, principalmente a rajo abierto, es fragmentado mediante el chancado
primario, secundario y terciario, y cuyo objetivo es obtener un material mineralizado de un tamaño máximo
de 1,5 a 0,5 pulgadas. Este tamaño permite dejar expuestos los minerales oxidados o sulfurados de cobre
para sus posteriores etapas.
La primera chancada es generalmente la principal. La acción de cualquier tipo de chancadora hace uso de la
fuerza, como medio de llevar a cabo la tarea de aplastar a los objetos. En esencia, implica la transferencia de
fuerza de aplastamiento, esto por lo general, consiste en colocar el objeto entre dos superficies sólidas; una
de las superficies actúa como una plataforma fija y proporciona un lugar para colocar el objeto; la segunda
superficie consta de una superficie móvil que se mueve contra la otra ejerciendo la fuerza de aplastamiento
que destruye los objetos.
2.2.1 Chancador
Una Chancador, chancadora o trituradora, es un equipos eléctricos de grandes dimensiones diseñado para
disminuir el tamaño de los objetos mediante el uso de la fuerza, para romper y reducir el objeto en una serie
de piezas de volumen más pequeñas o compactas. En estos equipos están construidos de una aleación
especial de acero de alta resistencia. Son alimentados por la parte superior y descargan el mineral chancado
por su parte inferior a través de una abertura graduada de acuerdo al diámetro requerido. Los chancadores
están formados por una superficie fija y una superficie móvil, dispuesto de diferentes maneras dependiendo
del tipo de chancados utilizado.
Tipos de chancadoras
Algunas de los chancadores más utilizados en la minería son.
Chancador giratorio
Construido por una superficie fija en forma de
embudo y otra móvil con forma de cono, ubicada
en el centro del embudo. La superficie móvil se
desplaza con un movimiento excéntrico y tritura
el mineral cuando se encuentra con la superficie
fija. Es el tipo de chancado más utilizado en la
planta chancadora primaria
Chancador de mandíbulas
Está formado por dos superficies casi verticales
que se llaman muelas, una de ella es fija y la otra
móvil. Funcionan como una mandíbula: la
superficie móvil se acerca o leja de la fija
triturando de esta forma el material que se
encuentra entre las dos superficie, su mantención
es cara y es utilizado dentro de la mina, en Sewell.
Chancador cónica
Es similar al canchador giratorio, se diferencia en que este es cerrado y de menor tamaño, tiene además
una mayor superficie de contacto por la forma achatada del cono móvil y por lo tanto, un mejor
rendimiento. Se utiliza en el proceso de chancado secundario y terciario.
Chancador giratorio
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2.2.2 Harnero
En el proceso de chancado suelen utilizarse los harneros, el
proceso de harneado se encarga de separar los fragmentos
más gruesos contenidos en una mezcla de material, ya sea
para eliminarlos o para ser enviados a una nueva etapa de
chancado, también el proceso suele ser utilizado previo al
proceso de chancado para extraer el material que cumple
con las especificaciones del producto, de modo de
aumentar la capacidad y eficiencia de la chancadora.
Depende de la fuerza de gravedad para que ayude en la
precipitación del material. Por consiguiente, el harnero
debe estar dispuesto en ángulo para obtener buenos
resultados. La inclinación puede ser de 15 a 25 grados. La
inclinación óptima para cualquier operación en particular es
donde el mayor volumen de material de mayor tamaño de
selección cumpla con los requerimientos estándar.
2.2.3 Etapas del proceso chancado y clasificación por harneros
En esta etapa el mineral se reduce hasta un tamaño máximo de 1,5 a 0,5 pulgadas. mediante un chancado
primario, secundario y terciario. Todo el conjunto de Chancado contempla un sistema superior de polvos
compuesto de extractores y cobertores en los traspasos y correas respectivamente, con el fin de evitar la
contaminación ambiental con polvo proveniente del mineral fino. Todo el manejo del mineral en la planta se
realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina hasta la entrega del
mineral chancado a la etapa siguiente.
2.2.3.1 Chancado primario
E l mineral, con un tamaño máximo de , transportado en camiones desde la mina, es descargado en una
tolva de 340 toneladas de capacidad que alimenta al chancador giratorio primario, que realiza el primer
proceso de chancado del material. Allí el mineral es reducido a un tamaño de y conducido mediante
correas transportadoras hasta un acopio de gruesos, cuya capacidad total es de 80.000 Toneladas con una
carga viva de 20.000 Toneladas.
El tipo de Chancador más usado en esta etapa en la mediana y gran minería es el giratorio, por algunas
importantes ventajas sobre los otros como: puede recibir en la alimentación de rocas de gran tamaño,
normalmente no necesita control de tonelaje en la alimentación y puede ser alimentado directamente por
camiones de hasta más de 200 toneladas y existen en una gran variedad de tamaños y capacidades.
Usualmente requieren ser instalados en verdaderos edificios de hormigón armado, estructura metálica o
sistema mixto, pudiendo ser móviles, semimóviles o fijos.
En la parte superior del edificio se encuentra la tolva de alimentación, que por lo general tiene una
capacidad de dos o más camionadas, además, como equipos auxiliares, poseen un rompedor de rocas, para
reducir de tamaño a las que superen la dimensión de alimentación de la cámara de trituración y una grúa
que facilite los trabajos de mantención y apoyo a la operación en trabajos anexos a la producción misma. En
la parte central del edificio se encuentra el chancador propiamente tal, con su sistema motriz, sistema de
lubricación, sistema hidráulico de ajuste, etc. En la parte inferior del edificio, se encuentra la tolva del
producto de descarga del chancador, cuya capacidad puede ser parecida o mayor a la de alimentación, en
algunos casos también es menor, en la cual existen sistemas de medición de nivel de altura descarga y de
protección de atollo de la máquina. Desde esta tolva el mineral chancado es extraído por un sistema de
correas transportadoras que lo llevan a la etapa siguiente del proceso.
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La primera correa transportadora, es un alimentador de banda, de velocidad variable, cuya misión es
mantener el nivel de la tolva a un nivel tal, que impida el atollo del chancador por alto nivel y también impida
el vaciado de esta tolva, provocando que el mismo mineral triturado sirva de coraza de impacto para evitar
que la caída de las rocas desde el chancador puedan dañar la cinta transportadora.
2.2.3.2 Chancado secundario
Aquí el mineral con un tamaño de producto del chancado primario es obtenido desde el acopio de
gruesos mediante alimentadores de correa y descargado en la tolva secundaria por medio de una correa
transportadora. Previamente la etapa de chancado secundario el mineral pasa por un harnero el cual se
encarga de separar los fragmentos más gruesos contenidos en una mezcla de material, el material más fino
es transportado directamente al silo de material fino, el material más grueso es redirigido al chancador
secundario donde se reduce el sobretamaño del harnero secundario a , descargando junto al material
clasificado a una correa transportadora.
2.2.3.3 Chancado terciario
Aquí el mineral con un tamaño de producto del chancado secundario alimenta a cada conjunto de
harneros y chancadores terciarios. El mineral chancado vuelve a los harneros terciarios donde el material más
grueso vuelve al chancador terciario. El 90% del producto del chancado terciario se reduce por debajo de las
y es dirigido por medio de una correa transportadora al silo de material fino para su posterior proceso
productivo: hidrometalúrgico si se trata de mineral oxidado o pirometalúrgicos si se sulfurado.
Esquema:
Proceso de
chancado
Acopio de
gruesos
Silo de
mineral Finos
Chancador secundario
Chancador terciario
Harnero terciario
Harnero secundario
Chancador primario
Buzón de Recepción primario
Tolva de Amortiguación
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3 Proceso pirometalúrgico
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La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean múltiples etapas con los
minerales como chancado, molienda y flotación obteniendo concentrados de cobre que luego ingresan a
procesos que utilizan calor como tostación, fundición y refinación hasta obtener un cobre de pureza 99.99%.
Se utiliza a partir de minerales sulfurados como la Pirita , la Covelina o la Calcopirita
que generalmente se encuentra a profundidades mayores a 200 m.
Es la técnica más antigua para extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus menas,
directamente o después de concentradas, por medio de calor. Se trata principalmente de extraer del mineral
el metal, mediante separación de la ganga del mineral y purificación de los metales. El rango de
temperaturas suele superar los 950 °C.
Para mantener la temperatura a la que el proceso se lleva a cabo, la mayoría de los procesos
pirometalúrgicos requiere aporte de energía. Esta energía la proporciona generalmente la reacción
exotérmica de alguna variedad de carbón, como el coque, o la energía eléctrica. Según sea el proceso, se
añade un agente reductor, que puede ser el combustible. Cuando la reacción exotérmica del material de
partida es suficiente para mantener la temperatura del proceso (es decir, sin adición de combustible o de
electricidad), se dice que el proceso es autógeno.
La pirometalurgia se emplea mucho porque es más rápida y puede procesar grandes cantidades de mineral.
Los demerita una desventaja ambiental: son altamente contaminantes, pues emiten (anhídrido sulfuroso)
y (anhídrido carbónico).
El proceso pirometalúrgico consta de 4 etapas, estas son:
1. Molienda
2. Flotación
3. Fundición
4. Electrorefinación
3.1 Molienda
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Los procesos de chancado entregan un tamaño de partículas de , Mediante la molienda, se continúa
reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima
de (100 Micrones)
Los aspectos o razones que hacen necesaria esta etapa son:
Para alcanzar la adecuada liberación del mineral útil.
Incrementar el área superficial de contacto, de tal forma de acelerar algunos procesos físico-químicos.
El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en
dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG. Dependiendo de la fineza del producto final,
la molienda se dividirá en sub-etapas llamadas primaria, secundaria y terciaria. El equipo más utilizado en
molienda es el molino rotatorio, los cuales se especifican en función del diámetro y largo. Los molinos
primarios utilizan como medio de molienda barras de acero y se denominan "Molinos de barras". La
molienda secundaria y terciaria utiliza bolas de acero como medio de molienda y se denominan "molinos de
bolas". Las razones de reducción son más altas en molinos que en chancadoras. En efecto, en los molinos
primarios son del orden de 5:1; mientras que en molinos secundarios y terciarios aumenta a valores de hasta
30:1.
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La molienda puede, en general, realizarse en o en . seco húmedo
1. Molienda seca
Genera granos más finos.
Produce un menor desgaste de los revestimientos y medios de molienda.
Adecuada cuando no se quiere alterar el mineral (ejemplo: sal).
2. Molienda húmeda
Generalmente se muele en húmedo debido a que:
Tiene menor consumo de energía por tonelada de mineral tratado.
Logra una mejor capacidad del equipo.
Elimina el problema del polvo y del ruido.
Hace posible el uso de técnicas simples de manejo y transporte de la
corriente de interés en equipos como bombas, cañerías, canaletas, etc.
Hace posible el uso de ciclones, espirales, harneros para clasificar por tamaño y lograr un adecuado
control del proceso.
La molienda es un proceso continuo, el material se alimenta a una velocidad controlada desde las tolvas de
almacenamiento hacia un extremo del molino y se desborda por el otro después de un tiempo de
permanencia apropiado. El control del tamaño del producto se realiza por el tipo de medio que se usa,
velocidad de rotación del molino, naturaleza de la alimentación de la mena y tipo de circuito que se utiliza.
3.1.1 Molinos
El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en
dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG.
3.1.1.1 Molienda convencional
La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando en la mayoría de los casos (Molienda húmeda)
molinos de barras y molinos de bolas, aunque en las plantas modernas sólo se utiliza el segundo. En ambos
molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homogénea y eficiente. La pulpa obtenida
en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotación. En los procesos de molienda seca suele
utilizarse los molinos de rodillos aunque su uso en la minería es poco frecuente.
Molino de barras
Este tipo de molino tiene un casco cilíndrico cuya
longitud fluctúa de 1 a 3 veces su diámetro. Tiene en su
interior barras de acero de 3,5 a 10,2 pulgadas de
diámetro que son los elementos de molienda. El molino
gira con el material proveniente del chancador
terciario, que llega continuamente por una correa
transportadora. El material se va moliendo por la acción
del movimiento de las barras que se encuentran libres y
que caen sobre el mineral. El mineral molido continúa
el proceso, pasando en línea al molino de bolas.
Se utiliza por lo general cuando se desea un producto grueso con muy poco de lama (impurezas). Para
tener una adecuada carga de las barras, éste contendrá barras de diversos diámetros, desde diámetros
grandes hasta aquellas barras que se desgastaron lo suficiente como para ser reemplazadas.
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Molino de bolas
Este molino, cuyas dimensiones son 16 x 24 pies (es
decir, 4,9 m de diámetro por 7,3 m de ancho), está
ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de
acero de 3,5 pulgadas de diámetro, las cuales son los
elementos de molienda. En un proceso de
aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es
reducido a un tamaño máximo de 100 micrones.
El cuerpo gira merced al accionamiento de un motor, el
cual mueve un piñón que engrana con una corona que
tiene el cuerpo cilíndrico. Las bolas se mueven
haciendo el efecto “de cascada” rompiendo el material
que se encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión. El material a moler ingresa
por un extremo y sale por el opuesto. Existen dos formas de descarga: por rebalse (se utiliza para
molienda húmeda) y por diafragma (se utiliza para molienda húmeda y molienda seca).
Este tipo de molino posee una longitud que fluctúa de 1 a 5 veces su diámetro, los diámetros mayores
oscilan entre 3 y 4 metros. La velocidad usual se encuentra entre el 65% y 75% de la crítica, la máxima
puede alcanzar hasta el 90%. El tamaño del material de alimentación (a moler) es función de la dureza
del mismo; para material duro, el 80% de la alimentación debe ser menor a 1”.
Molino de rodillos
Este tipo de molino es muy utilizado en los
procesos de molienda seca. El molino consta
de tres rodillos moledores grandes, que son
mantenidos a presión por medio de cilindros
hidráulicos, sobre un mecanismo giratorio
con forma de huella. El material a moler se
introduce a través de una boca de
alimentación ubicada al costado de la
estructura principal, y cae directamente en las
huellas de molido (pistas).
A medida que el material es molido, se va
desplazando por fuerza centrífuga, hacia los
bordes del sistema giratorio, ubicándose en el
perímetro. Simultáneamente, una corriente
lateral de gas caliente entra fuertemente a la
zona de molido a través de un anillo que la
rodea; por su acción, el material molido es levantado hacia la zona superior de la caja y el producto de
medida aceptable pasa a través de un clasificador hacia una puerta de descarga. El material con medida
superior, cae nuevamente a la zona de molido para un molido “adicional” y así lograr la reducción
requerida. Este molino admite materiales de alimentación de hasta 50 mm (2”).
Tiene una capacidad de molienda entre 50 y 100 ton/hora; sin embargo, existen unidades que admiten
tamaños de alimentación mayores y por ende tienen mayores capacidades de producción. El consumo
de energía es de alrededor del 50% de la energía consumida por un molino de bolas que realice un
trabajo equivalente.
Placa de acero fundido
Bolas de
molienda
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3.1.1.2 Molienda AG (Autógena) y SAG (Semi-Autógena)
Es aquella molienda en la cual la fragmentación se realizará por medio del propio mineral y, (AG: Autógeno)
en algunos casos también con un pequeño porcentaje de bolas de acero . (SAG: Semi-autógena)
Los esfuerzos que producirán la
fragmentación serán esfuerzos
combinados de percusión y/o
atrición. Este tipo de molienda
constituye una innovación
reciente en algunas plantas. Los
11,0 m de diámetro por 4,6 m de
ancho lo hacen más eficientes
que los anteriores métodos de
molienda. Gracias a su gran
capacidad y eficiencia, acortan el
proceso de chancado y molienda.
El mineral se recibe directamente desde el chancador primario (no del terciario como en la molienda
convencional) con un tamaño cercano a 8 pulgadas (20 cm, aproximadamente) y se mezcla con agua y cal.
En función de los cuerpos de molienda empleados para realizar la fragmentación del mineral, surgen las
siguientes definiciones:
Molienda AG (Autógena)
Se denomina molienda AG cuando el mineral se fragmenta en el interior del molino sin ayuda de otro
tipo de medios moledores que no sea el propio mineral (de ahí su nombre de molienda autógena).
Molienda SAG (Semi-Autógena)
Se denomina molienda SAG cuando el mineral se fragmenta en el interior del molino por efecto
combinado del propio mineral y de un pequeño porcentaje de bolas de acero, de 5” de diámetro, que
ocupan entre el 6% y 11% de su capacidad (de ahí su nombre de molienda semi-autógena). Este método
es utilizado cuando en la molienda AG el tamaño del mineral es demasiado pequeño para ser un medio
de molienda pero muy grande para ser fracturado por otras rocas (tamaño crítico), por lo que es
necesario agregar algún medio de molienda externo (bolas) con el fin de ayudar o asistir a la eliminación
de este tamaño crítico. Dados el tamaño y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en caída libre
cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda más efectivo y con menor
consumo de energía por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado
secundario ni terciario.
La mayor parte del material en este tipo de molienda va directamente a la etapa siguiente, la , es flotación
decir tiene la granulometría requerida bajo los (100 Micrones), y una pequeña proporción debe ser
enviada a un molino de bolas.
Ambas operan generalmente en húmedo, lo que evita los problemas de moler en seco:
Proceso difícil de controlar.
Generación de problemas ambientales (polvo, ruido, etc.)
Ventajas de la Molienda SAG
Reduce en gran forma el consumo de acero ya que se produce el desgaste sólo del revestimiento.
Reduce las etapas de chancado y molienda con respecto a los circuitos convencionales.
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3.1.2 Hidrociclones
Los hidrociclones conocidos también por ciclones, forman una clase importante de equipos destinados
principalmente a la separación de suspensiones sólido/líquido. La primera patente del hidrociclón data de
1891, sin embargo, su utilización industrial recién tuvo inicio después de la segunda guerra mundial en la
industria de procesamiento de minerales. Desde entonces, vienen siendo usados industrialmente, de manera
diversificada en las industrias química, metalúrgica, petroquímica, textil, y otros.
Los hidrociclones fueron originalmente diseñados para promover la separación sólido-líquido, sin embargo,
actualmente son también utilizados para separación de sólido/sólido, líquido/ líquido y gas/ líquido. La
industria minera es el principal usuario de los hidrociclones, siendo aplicado en clasificación de líquidos,
espesamiento, ordenamiento de partículas por densidad o tamaño y lavado de sólidos.
El hidrociclón consiste de una parte cónica seguida por
una cámara cilíndrica, en la cual existe una entrada
tangencial para la suspensión de la alimentación (Feed).
La parte superior del hidrociclón presenta un tubo para
la salida de la suspensión diluida (overflow) y en la parte
inferior existe un orificio de salida de la suspensión
concentrada (underflow). El ducto de alimentación se
denomina inlet, el tubo de salida de la suspensión
diluida se denomina vortex, y el orificio de salida del
concentrado se denomina ápex. La suspensión es
bombeada bajo presión, y entrando al hidrociclón a
través del tubo de alimentación se genera un
movimiento de tipo espiral descendente debido a la
forma del equipo y la acción de la fuerza de gravedad.
A razón de este movimiento se produce una zona de muy baja presión a lo largo del eje del equipo, por lo
que se desarrolla un núcleo de aire en ese lugar. A medida que la sección transversal disminuye en la parte
cónica, se superpone una corriente interior que genera un flujo neto ascendente también de tipo espiral a lo
largo del eje central del equipo, lo que permite que el flujo encuentre en su camino al vortex que actúa
como rebalse.
Las partículas en el seno del fluido se ven afectadas en el sentido radial por dos fuerzas opositoras: una hacia
la periferia del equipo debido a la aceleración centrífuga y la otra hacia el interior del equipo debido al
arrastre que se mueve a través del hidrociclón. Consecuentemente, la mayor parte de las partículas finas
abandonarán el equipo a través del vortex, y el resto de las partículas, mayoritariamente los gruesos, saldrán
a través del ápex.
Básicamente los cuatro parámetros independientes que permiten variar las condiciones de operación son: la
densidad de la pulpa, la caída de presión en la alimentación, el diámetro del vortex y el diámetro del apex. El
tamaño de corte y la eficiencia de la separación son controlados mediante el ajuste de estos parámetros.
El diámetro del hidrociclón puede variar desde una pulgada hasta dimensiones que pueden alcanzar las 70
pulgadas. Hidrociclones de mayor diámetro producen separaciones gruesas e Hidrociclones de menor
diámetro producen separaciones finas.
Los hidrociclones tienen mayor aplicación en el circuito de molienda cerrado. El objetivo de la clasificación es
hacer más eficiente el proceso de molienda y asegurar que el producto de la operación esté bajo un
determinado tamaño, recirculando al molino las partículas más gruesas.
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3.1.3 Circuitos del proceso de molienda y clasificación por hidrociclones
Los procesos de chancado entregan un tamaño de partículas de , Mediante la molienda, se continúa
reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima
de (100 Micrones), este proceso está conformado por una serie de etapas o circuito que con los
años ha ido evolucionado, en un comienzo era frecuente ver en los procesos mineros circuitos
En la minería es posible distinguir 2 tipos de circuitos, el abierto y el cerrado.
3.1.3.1 Circuito abierto
En un circuito de molienda abierto el proceso es alimentado directamente por la etapa de chancado terciario
iniciando con el ingreso de mineral al molino de barras (Molienda primaria), a medida que aumento la
dificultad de tratamiento se hizo necesaria una molienda más fina por medio del uso de una segunda y
tercera etapa de molienda usando molinos de bolas. La descarga de molino de barras ingresa directamente
como alimentación al molino de bolas y la descarga de éste es enviada a la etapa siguiente de concentración
(flotación).
3.1.3.2 Circuito cerrado
Los procesos de flotación son mucho más sensibles a la dispersión del tamaño de partícula, tanto desde el
punto de vista mecánico como metalúrgico, por lo que a medida que se extendió esta vía de concentración
se hizo imprescindible el control del tamaño de molienda, dando lugar al nacimiento de los circuitos
cerrados, con la inclusión de un clasificador que “fiscalizaba” el tamaño que finalmente debía enviarse a la
etapa de concentración.
Inicialmente eran utilizados clasificadores mecánicos como los harnernos, estos eran instalados en sentido
contrario al molino de bolas, de modo que la descarga gruesa de estos era introducida en el molino de
bolas. A medida que aumentaba el tamaño del molino lo hacía el tamaño de los clasificadores, el espacio
requerido por éstos, su complejidad mecánica, su peso y consiguientemente su costo. Todas estas razones
provocan el advenimiento del hidrociclón como clasificador “convencional”, dando fin al reinado de los
clasificadores mecánicos.
Circuito cerrado directo
Surgen las plantas de molienda con varias líneas formadas con circuitos barras-bolas, en directo, es decir
con la descarga del molino de barras entrando directamente al molino de bolas y a su vez este último
descargando el material a un hidrociclón el cual lo clasifica y selecciona la granulometría requerida y
evita la sobremolienda de las partículas más finas.
Circuito cerrado inversos
Como consecuencia en los avances en el chancado, la alimentación a los molinos de barras se hizo más
fina de lo usual, y por ello igualmente la descarga de los mismos conteniendo donde un importante
porcentaje de partículas resultaba inferiores al tamaño final deseado. Estas partículas finas una vez entran
al molino de bolas son sobremolidas dando lugar a una producción elevada de partículas ultrafinas
difíciles de recuperar en la flotación y que además causan problemas de filtración en los concentrados
finales, y de sedimentación en los estériles.
Surge así el circuito inverso, llamado así no porque se invierta el proceso, sino simplemente para
distinguirlo del directo. La descarga del molino de barras es conducida junto con la descarga del de
bolas al clasificador, y la fracción gruesa del clasificador es en este caso la alimentación al molino de
bolas obteniéndose así un circuito cerrado para ambos molinos. Este tipo de circuitos permite disminuir
considerablemente la carga de alimentación al molino de bolas y la sobremolienda de las partículas.
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El siguiente diagrama muestra de manera sencilla los 3 tipos de circuitos estudiando.
3.1.3.3 Circuito de molienda autógena (AG) y semiautogena (SAG)
A principios de los años 80 aparece en escena la molienda semiautógena, SAG, y la autógena, AG, buscando
principalmente reducir los costos operativos al reducirse o eliminarse el consumo de los medios de molienda,
e igualmente la potencia absorbida por los molinos.
La trituración queda reducida a una sola etapa, en general con un chancador primario que entrega a la
molienda un producto menor a las . Mientras que los molinos SAG pueden operar prácticamente con
cualquier tipo de mineral al contar con una cierta carga de bolas y trabajan en circuito con un molino
secundario de bolas, la molienda autógena (AG) opera con dos molinos autógenos, uno primario de
terrones, “lumps”, y uno secundario de guijarros, “pebbles”.
Alimentación
Producto final
Alimentación
Producto final
Alimentación Producto final
Circuito cerrado inverso
Circuito cerrado directo
Circuito abierto
Alimentación
Circuito de molienda autógena Producto final