INTRODUCCIÓN A LA MINERÍAINTRODUCCIÓN A LA MINERÍAMÓDULO N° 8: PROCESAMIENTO DE MINERALESMÓDULO N° 8: PROCESAMIENTO DE MINERALES

MAURICIO BELMONTE LERMA

INGENIERO CIVIL DE MINAS

EMAIL: mr_belmonte@hotmail.com

INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA

Sesión N° Contenido TMD I-A1 Historia, propiedades (Cu) 26-03-20132 Panorama productivo, producción, minera 03-04-20133 Yacimientos Mineros 10-04-20134 Procesos Geológicos 17-04-20135 Contro N° 1 24-04-20136 No hay clases 01-05-20137 Sistemas de Explotación (Rajo Abierto ) 08-05-20138 Sistemas de Explotación (Subterráneo ) 15-05-20139 Procesos de Explotación (Rajo Abierto) 22-05-2013

10 Contro N° 2 29-05-201311 Procesos de Explotación (Subterránea) 05-06-201312 Ciencias de Apoyo (Topografía y Estabilidad de Taludes) 12-06-201313 Procesamiento de Minerales 19-06-201314 Exposición de Trabajos 26-06-201315 Visita Mina Escuela 28-06-201316 Control N° 3 03-07-201317 Sustentabilidad (Medio Ambiente, Control de Pérdidas) 10-07-201318 Exposición de Trabajos 17-07-201319 Examen 24-07-201320 Repetición 31-07-201321 Vacaciones (04 al 16 de Agosto)

Calendario I Semestre 2014 INT. A LA MINERIA

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TRABAJO GRUPAL

Cada grupo deberá entregar un documento que contenga:

1.- Nombre del Trabajo2.- Nombre de todos los integrantes del grupo3.- La presentación es en Power Point, en no mas de 10 laminas, destacando lo relevante del trabajo.4.- Expositores: Libre. Lo puede presentar un integrante del grupo o se pueden turnar5.- Tiempo de exposición. 12 minutos, para dejar 3 minutos para preguntas

PAUTAS GENERALES PARA ELABORAR UN TRABAJO

Tapa. La tapa debe contener el titulo del trabajo, el nombre de los integrantes, el nombre del profesor (para este caso). Optativo, es colocar algún logo (por ejemplo el de la Universidad).

Segunda hoja.Va el temario o índice de contenidos. Este temario parte con la introducción y luego los diferentes temas a desarrollar, colocando al frente, el numero de pagina donde se encuentra el tema.

Tercera hoja y subsiguientes.Va la introducción, que es una breve reseña del trabajo que se ha desarrollado. Dentro de la introducción, van los objetivos de la presentación. Luego, en la paginas subsiguientes, va el desarrollo de cada uno de los puntos. Finalmente (en la ultima pagina), van las conclusiones del trabajo.

Nota. Una cosa es el trabajo y otra es la presentación

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TRABAJO GRUPAL

TEMAS:1.- Aplicaciones y usos del Cu2.- Evolución de la Seguridad en la Minería Chilena3.- Gran Minería (Pórfidos cupríferos)4.- Mediana Minería5.- Pequeña Minería6.- Metales (Oro, Plata, Carbón, Salitre, Hierro, Litio, etc.)7.- Código de Minería (pasos a seguir hasta la obtención de la pertenencia minera)8.- Libre (elección del Alumno)

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CONCEPTOS DE:

- METALURGIA

- HIDROMETALURGIA

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Metalurgia

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones.

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Procesos Metalúrgicos

- Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la ganga.

Operaciones básicas de obtención de metales:

- Operaciones físicas: triturado, molido, filtrado (a presión o al vacío), decantado, flotación, secado, precipitación física.

- Operaciones químicas: oxidación, reducción, hidrometalurgia, electrólisis, lixiviación mediante reacciones ácido-base, precipitación química, cianuración.

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Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos.

Hidrometalurgia

Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos:

( 1 ) Disolución del componente deseado presente en la fase sólida.( 2 ) Concentración y/o purificación de la solución obtenida.( 3 ) Precipitación del metal deseado o sus compuestos.

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Una forma de clasificar los métodos de lixiviación es :

Lixiviación de lechos fijos :-insitu

-en botaderos

-en pilas

Lixiviación de pulpas :- por agitación, a presión ambiente

- en autoclaves

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Concentración: Extracción del mineral de la roca

El objetivo del proceso de concentración es liberar y concentrar las partículas de cobre que se encuentran en forma de súlfuros en las rocas mineralizadas, de manera que pueda continuar a otras etapas del proceso productivo.

Generalmente, este proceso se realiza en grandes instalaciones ubicadas en la superficie, formando lo que se conoce como planta, y que se ubican lo más cerca posible de la mina. El proceso de concentración se divide en las siguientes fases:

Etapa 1: Chancado

Etapa 2: Molienda

Etapa 3: Flotación

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Etapa 1: Chancado

El mineral proveniente de la mina presenta una granulometría variada, por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada (1,27 cm).

¿En qué consiste el proceso de chancado?

Para lograr el tamaño deseado de ½ pulgada, en el proceso del chancado se utiliza la combinación de tres equipos en línea que van reduciendo el tamaño de los fragmentos en etapas, las que se conocen como etapa primaria, secundaria y terciaria.

En la etapa primaria, el chancador primario reduce el tamaño máximo de los fragmentos a 8 pulgadas de diámetro.

En la etapa secundaria, el tamaño del material se reduce a 3 pulgadas.

En la etapa terciaria, el material mineralizado logra llegar finalmente a ½ pulgada.

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Para cada una de estas etapas existen equipos apropiados, cuyas características principales de abertura de alimentación, capacidad a distintos cierres, tamaños de productos, potencia, etc., suelen ser tabuladas por los fabricantes de trituradoras en función de una densidad y dureza media.

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Transporte del mineral a la trituración o chancado

Generalmente se afirma que un 40% del costo minero en una explotación a cielo abierto corresponde a las operaciones de perforación, tronadura y carguío, y que el 60% restante se asigna al transporte del material a la planta.

Está demostrado que el transporte en camiones, a pesar de su flexibilidad, es más costoso que el que se realiza por cintas transportadoras. Sin embargo, se debe tener presente que este último tipo de transporte encuentra su limitante en el tamaño del material. Por lo tanto, un transporte por cintas requiere la trituración o chancado en el yacimiento.

Transporte de mineral en una faena a cielo abierto. Radomiro Tomic.

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¿Cómo son los equipos?

Los chancadores son equipos eléctricos de grandes dimensiones.

En estos equipos, los elementos que trituran la roca mediante movimientos vibratorios están construidos de una aleación especial de acero de alta resistencia.

Los chancadores son alimentados por la parte superior y descargan el material chancado por su parte inferior a través de una abertura graduada de acuerdo al diámetro requerido.

El chancador primario es el de mayor tamaño (54' x 74', es decir 16,5 m de ancho por 22,5 m de alto).

En algunas plantas de operaciones, este chancador se ubica en el interior de la mina (cerca de donde se extrae el mineral) como es el caso de la División Andina.

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Etapa 2: Molienda

Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría final máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partículas individuales.

¿En qué consiste el proceso de molienda?

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.

En esta etapa, al material mineralizado se le agregan agua en cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios para realizar el proceso siguiente que es la flotación.

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Molienda convencional

La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino 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.

Molienda de barras

Este equipo tiene en su interior barras de acero de 3,5 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.

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Molienda 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 180 micrones.

Las bolas de acero que tiene el molino, caen sobre las rocas cuando el molino gira, reduciendo aún más su tamaño.

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Molienda SAG

La instalación de un molino SAG constituye una innovación reciente en algunas plantas.

- Los molinos SAG (SemiAutóGenos) son equipos de mayores dimensiones (36 x 15 pies, es decir, 11,0 m de diámetro por 4,6 m de ancho) y más eficientes que los anteriores.

- Gracias a su gran capacidad y eficiencia, acortan el proceso de chancado y molienda.

El molino SAG tiene mayor capacidad y tecnología que los molinos convencionales. Muele rocas más grandes que vienen directamente del chancador primario.

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Molienda SAG

¿En qué consiste la molienda SAG?

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.

Este material es reducido gracias a la acción del mismo material mineralizado presente en partículas de variados tamaños (de ahí su nombre de molienda semi autógena) y por la acción de numerosas bolas de acero, de 5 pulgadas de diámetro, que ocupan el 12% de su capacidad.

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.

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Etapa 3: Flotación

La flotación es un proceso físico-químico que permite la separación de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno, del resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original.

¿Cómo se realiza la flotación?

La pulpa proveniente de la molienda, que tiene ya incorporados los reactivos necesarios para la flotación, se introduce en unos receptáculos como piscinas, llamados celdas de flotación.

Desde el fondo de las celdas, se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitación para que el proceso sea intensivo.

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Los reactivos que se incorporan en la molienda tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones:

Reactivos espumantes, tienen como objetivo el producir burbujas resistentes.

Reactivos colectores, tienen la misión de impregnar las partículas de sulfuros de cobre y de molibdeno para que se separen del agua (efecto hidrófobo) y se peguen en las burbujas.

Reactivos depresantes, destinados a provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores para evitar la recolección de otros minerales como la pirita, que es un sulfuro que no tiene cobre.

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El material molido es llevado a las celdas de flotación donde el cobre se separa adhiriéndose a burbujas de aire que suben a la superficie.

Otros aditivos, como la cal sirven para estabilizar la acidez de la mezcla en un valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que ocurra todo el proceso de flotación.

Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que las conducen hacia estanques especiales, desde donde esta pulpa es enviada a la siguiente etapa.

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El proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que cada ciclo va produciendo un producto cada vez más concentrado. En uno de estos ciclos, se realiza un proceso especial de flotación para recuperar el molibdeno, cuyo concentrado alcanza una ley de 49% de molibdenita (MoS2).

¿Cuál es el producto del proceso de flotación?

Luego de varios ciclos en que las burbujas rebasan el borde de las celdas, se obtiene el concentrado, en el cual el contenido de cobre ha sido aumentado desde valores del orden del 1% (originales en la roca) a un valor de hasta 31% de cobre total.

El concentrado final es secado mediante filtros y llevado al proceso de fundición

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Lixiviación en pilas, extracción por solvente y electro-obtención: una cadena de tecnología moderna

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas:

Los aspersores riegan el material mineralizado acumulado en las pilas con una solución de ácido sulfúrico, durante 45 días.

Primera etapa: lixiviación en pilas

¿Cuál es el objetivo?La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua.

Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas.

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Sistema de riego

A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas.

Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable.

Las pilas deben ser regadas con una solución de ácido sulfúrico, la que circula por cañerías distribuidas homogéneamente.

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El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre.

¿Qué se obtiene del proceso de lixiviación?

De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (grpl) las cuales son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas.

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

INTRODUCCIÓN A LA MINERÍAINTRODUCCIÓN A LA MINERÍASegunda etapa: extracción por solvente (SX)

¿Cuál es el objetivo?

En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9grpl a 45 grpl, mediante una extracción iónica. La solución de cobre producto de

la lixiviación se recoge en canaletas y se lleva al proceso de extracción por solvente y luego a electroobtención.Tercera etapa: Electroobtención (EW)

Esta etapa corresponde al desarrollo de un proceso electrometalúrgico mediante el cual se recupera el cobre disuelto en una solución concentrada de cobre.

¿Cuál es el objetivo?

Mediante el proceso de electroobtención se recupera el cobre de una solución electrolito concentrado para producir cátodos de alta pureza de cobre (99, 99%) muy cotizados en el mercado.

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¿Qué se obtiene?

Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electro-obtención, se produce la cosecha de cátodos. En este tiempo se ha depositado cobre con una pureza de 99,99% en ambas caras del cátodo con un espesor de 3 a 4 cm, lo que proporciona un peso total de 70 a 80 kg por cátodo.

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Proceso de Fundición: del mineral al cobre puro

El concentrado de cobre seco con una concentración del 31 % de cobre, se somete a procesos de pirometalurgia en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metálico y se separa de los otros minerales como fierro (Fe), azufre (S), sílice (Si) y otros.

El proceso de fundición se realiza en etapas que son:

- Recepción y muestreo.

- Fusión.

- Conversión

- Pirorrefinación.

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Primera etapa: Recepción y muestreo

¿Cuál es el objetivo?

Como normalmente se trabaja con concentrados de diferentes procedencias, es necesario hacer un muestreo de ellos y clasificarlos de acuerdo con la concentración de cobre, hierro, azufre, sílice y porcentaje de humedad que tengan.

¿Cómo se hace?

El concentrado proveniente de la planta se almacena en canchas, desde donde se obtienen muestras que son sometidas a análisis de laboratorio para determinar los contenidos de cobre, hierro, azufre, sílice y la humedad, información que es fundamental para iniciar el proceso de fusión.

El contenido máximo de humedad es de 8%, ya que con valores superiores, el concentrado se comporta como barro difícil de manipular y exige más energía para la fusión.

De acuerdo con los resultados de los contenidos de cobre, el material se clasifica y almacena en silos, desde donde se despacha a los hornos de fundición de acuerdo a las mezclas que se determinen.

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Segunda etapa: Proceso de fusión

¿Cuál es el objetivo?

El objetivo de la fusión es lograr el cambio de estado que permite que el concentrado pase de estado sólido a estado líquido para que el cobre se separe de los otros elementos que componen el concentrado.

¿Qué ocurre en la fusión?

En la fusión el concentrado de cobre es sometido a altas temperaturas (1.200 ºC) para lograr el cambio de estado de sólido a líquido.

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Al pasar al estado líquido, los elementos que componen los minerales presentes en el concentrado se separan según su peso, quedando los más livianos en la parte superior del fundido, mientras que el cobre, que es más pesado se concentra en la parte baja.

De esta forma es posible separar ambas partes vaciándolas por vías distintas.

Tradicionalmente la fusión puede realizarse de dos maneras, utilizando dos tipos de hornos: el horno de reverbero para la fusión tradicional y el convertidor modificado Teniente (CMT) que realiza en una sola operación la fusión y la conversión.

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Convertidor modificado Teniente: sistema de fusión - conversión

El convertidor Teniente, desarrollado y patentado por la División El Teniente de Codelco, es un horno basculante, formado por un cilindro metálico de 5 m de diámetro por 22 m de largo, dispuesto en posición horizontal y revestido por ladrillos refractarios en su interior.

Este horno está montado sobre un sistema de cremalleras que le permiten oscilar.

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¿Cómo funciona?

El convertidor Teniente es cargado en forma continua con concentrado de cobre y sílice (cuarzo) por una abertura ubicada en su parte superior.

La sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlo en la parte más liviana de la mezcla fundida.

El convertidor Teniente tiene un sistema de cañerías en el interior, las cuales suministran aire enriquecido con oxígeno, el cual permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado.

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En el convertidor Teniente los elementos se concentran en fases, de acuerdo a su peso:

Metal blanco : corresponde a la parte más pesada del material fundido y que se encuentra en la parte baja del convertidor. Contiene un 70% a 75% de cobre.

Escoria : es la parte más liviana del fundido, la cual se envía de vuelta al horno de reverbero o a hornos destinados a limpieza de escoria para recuperar el contenido de cobre que aún le queda.

El hierro forma magnetita, que se concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monóxidos y dióxidos) los cuales son evacuados a través de gigantescas chimeneas, junto a otros gases, donde son captados en gran parte para producir ácido sulfúrico (H2SO4).

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Tercera etapa: Proceso de Conversión

¿Cuál es el objetivo?

Mediante el proceso de conversión se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta pureza. Para esto se utilizan hornos convertidores convencionales llamados Peirce-Smith, en honor a sus creadores.

¿Cómo se hace? ¿Dónde se hace?

El convertidor Peirce-Smith consiste en un reactor cilíndrico de 4,5 m de diámetro por 11 m de largo, aproximadamente, donde se procesan separadamente el eje proveniente del horno de reverbero y el metal blanco proveniente del convertidor Teniente.

Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material. Finamente se obtiene cobre blister, con una pureza de 96% de cobre.

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Cuarta etapa: Proceso de pirorrefinación

¿Cuál es el objetivo?

Mediante la pirorrefinación o refinación a fuego se incrementa la pureza del cobre blister obtenido de la conversión.

Consiste en eliminar el porcentaje de oxígeno presente en este tipo de cobre, llegando a concentraciones de 99,7 % de cobre.

¿Cómo se realiza?

Este es un proceso especial que se aplica en algunas fundiciones, como en la fundición de Caletones, donde el cobre blister es sometido a un proceso final de refinación en un horno basculante, mediante la introducción de troncos de eucaliptus.

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En este caso, la ignición de la madera permite captar el oxígeno que contiene el cobre blister como impureza y lo transforma en dióxido de carbono (CO2), que es liberado a la atmósfera. De esta manera, la pureza del cobre se incrementa a 99,7% y el producto se denomina cobre RAF (refinado a fuego).