C A P I T U L O I

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C A P I T U L O I

INTRODUCCION AL PROCESAMIENTO DE MINERALES

1.1.- INTRODUCCION

En esta asignatura se enfocaran los principios bsicos de la mineralurgia denominada tambin como beneficio de minerales o concentracin de minerales. Se proporcionarn los fundamentos fsicos y fsico - qumicos indispensables para la comprensin y el desarrollo de los mtodos aplicados para conseguir el enriquecimiento de la mena o carga mineralizada.

2.- ROCAS Y MINERALES

Las rocas ,minerales y metales constituyen factor muy importante en la vida de los seres humanos en la corteza terrestre. En los pases industrializados cada persona utiliza un promedio de 10 t. De productos elaborados a base de rocas, minerales y metales cada ao. Se estima que este consumo se baya incrementando en la medida en que se encuentren nuevos usos de estos recursos y en consecuencia esto implica una bsqueda constante de medios para obtener las rocas, minerales y metales sin originar cambios en la corteza terrestre.

Las rocas, minerales y metales tienen muchos y variados usos en la vida moderna de la humanidad.

Ciencia y tecnologa: Computadoras, telescopios, cermicas, armamento blico, etc.

Agricultura: Fertilizantes, maquinarias, pesticidas, etc.

Comunicaciones: Antenas, satlites, radios, etc.

Construccin: Ladrillos, cermica, cemento, etc.

Productos de consumo: Cosmticos, artefactos elctricos de cocina, etc.

Medicina: Medicamentos, equipos de medicina, etc.

Artes: Materiales de escultura, pigmentos de pintura, colores, etc.

METALES: Tienen una enorme importancia en nuestra sociedad actual, pues estos se encuentran en un gran numero de los bienes de uso de los seres humanos. Se encuentran en equipos y maquinarias, equipos de comunicacin, maquinarias de agricultura, medicina y otros. El dominio del uso de los metales ha hecho que el hombre llegue al espacio e incursione en las profundidades marinas. En todos los objetos que utiliza el ser humano de alguna manera intervienen los metales.

Por ello es importante las principales fuentes de los metales, como extraerlos de esas fuentes y como procesarlos para obtener los bienes de servicio. Las principales fuentes para la obtencin de los metales son:

1. Minerales que se encuentran distribuidos en la corteza terrestre en forma de depsitos mineralgicos (Fuente ms importante).

2. Ndulos marinos, depsitos en el fondo de los ocanos y mares (Ni, Cu)

3. Aguas marinas que tienen metales disueltos (Al, Mo, Zn)

4. Chatarra o desechos metlicos (Fe, Al)

ROCAS Y MINERALES:

ROCA es un material constitutivo de la corteza terrestre formado por una combinacin natural de dos o ms minerales en una masa slida, que presenta una homogeneidad de composicin, de estructura y de modo de formacin. Ej. Arenisca, esquisto, granito, basalto, etc.

MINERAL: Compuesto inorgnico natural de composicin qumica definida y caracterizado por pertenecer a un sistema cristalino. Ej. Pirita (FeS2 , cbico), Cuarzo (SiO2 , hexagonal).

De un total de aproximadamente 1,500 distintas especies mineralogicas existentes solo unas 200 tienen valor econmico y no en todas las condiciones. Los minerales de valor econmico suelen dividirse en dos grandes clases que son: Minerales metlicos, cuando de ellos se extraen el metal y minerales no metlicos, que en muchos casos se usan como tal.

MENA: Conjunto de minerales y rocas que presentan alguna importancia econmica en uno o mas minerales. Ej. MENA de Sn. Puede estar constituida por casiterita, siderita, pirita, rocas, etc.

YACIMIENTO: Deposito mineralgico que contiene una concentracin de minerales tal que permita su explotacin econmica.

Los yacimientos son formaciones complejas tanto en su estado fsico como en su estado qumico. La complejidad fsica se debe a la diseminacin o mezcla intima entre los minerales y la roca matriz mientras que la complejidad qumica proviene de las numerosas especies mineralogicas que forman el yacimiento.

Los siguientes factores inciden en la explotacin econmica de un yacimiento.

1. Acceso al depsito, proximidad a fuentes de energa, agua, suministros, combustible, etc.

2. Forma y contenido del metal valioso en el yacimiento

3. La demanda por el metal valioso y su valor econmico

4. Naturaleza de la ganga

5. Tamao de los granos de mineral valioso y su distribucin en el yacimiento

6. Naturaleza y contenido de las impurezas metlicas o metales de valor secundario.

Yacimientos magmticos.- Son concentraciones de minerales cuyo origen guarda relacin con la solidificacin de materiales fundidos. Puesto que la des-mezcla y la cristalizacin del magma, originariamente homogneo, se produce gradualmente y de acuerdo con determinadas temperaturas se producen yacimientos de distintas composiciones. Ej. En la primera fase de enfriamiento se forman los minerales oxidados y en algunos casos los metales puros (oro). Posteriormente se originan los sulfuros.

Yacimientos sedimentarios .- Se forman por erosin de las rocas debida a la accin del agua o a procesos qumicos que tienen lugar en determinadas condiciones climatolgicas. La temperatura de formacin varia entre 0 y 50oC. Ej. Minerales no metlicos: Caolines formados por meteorizacin (mantos).

Yacimientos metamrficos.- Se forma por transformacin (metamorfismo) de yacimientos formados de un modo magmtico o sedimentario. Ej. Yacimientos cuprferos (carbonatos).

2.1. - CLASIFICACION DE LAS MATERIAS PRIMAS MINERALESLos yacimientos minerales industriales se dividen en dos grandes grupos:

1. Metalferos:Estos son depsitos de sustancias metlicas libres o en combinacin.

2. No metalferos:Son depsitos de sustancia no metlicos, como arcillas, azufre, caoln, carbonatos, fosfatos, nitratos, piedras preciosas, micas y otros.

La observacin ha comprobado que tanto los yacimientos metalferos como los no metalferos, no se hallan diseminados casualmente en la naturaleza, sino obedecen a leyes y agrupamientos relacionados con las especies mineralgicas, adoptando formas definidas dependientes de la variedad de roca y de la formacin geolgica en los que se hallan depositados.

2.2.- ETAPAS DE LA OBTENCIN DE METALES A PARTIR DE MATERIAS PRIMAS MINERALES

Prospeccin y exploracin: es la bsqueda y descubrimiento de un deposito mineralgico y su posterior evaluacin econmica para considerarlo como un yacimiento econmicamente explotable.

Desarrollo y explotacin: Superada la primera etapa, en el desarrollo y explotacin se procede con la preparacin de la mina para su explotacin y de esta manera extraer el mineral del interior del yacimiento hacia la superficie de la manera mas eficiente y econmica posible.

Procesamiento de menas: Cuando la mena extrada no rene las condiciones necesarias respecto a su pureza, ley y tamao de partculas que requieren los tratamientos metalrgicos surge la necesidad de su procesamiento o beneficio. Esta etapa consiste en la liberacin y posterior separacin del mineral valioso del resto de la ganga.

Tratamiento metalrgico: Consiste en obtener un producto metlico a partir de las materias primas minerales (Piro, Hidro y Electrometalurgia).

Elaboracin final: Es la etapa en la que el metal es transformado para la obtencin de un pronto acabado de utilidad para el ser humano.

3. DEFINICION DE PROCESAMIENTO DE MENAS

Del anlisis precedente se establece que en la superficie del globo terrestre, las sustancias mineralizadas (materias primas mineralizadas) no siempre se encuentran en un razonable estado de pureza; por lo general estas se encuentran diseminadas (menas pobres), en consecuencia, no siempre se puede aplicar en forma directa procesos de extraccin y refinacin a este tipo de cargas mineralizadas por ofrecer una serie de dificultades tanto econmicas como tcnicas. Por esta razn, es importante comprender la necesidad de enriquecer previamente estas materias primas mineralizadas a travs de la aplicacin de procesos y mtodos que permitan obtener, estas mismas materias primas, pero de mayor pureza y mayor valor agregado (producto denominado concentrado).

En este cometido debe tratarse, en lo posible, de recuperar todos los elementos con valor econmico para posteriormente proceder a recuperar el metal puro a travs de otras vas. En las figuras siguientes se muestran dos esquemas clsicos del procesamiento de minerales.

Cabe resaltar que el procesamiento de minerales es un campo bastante amplio y por cierto muy complejo, que, para su aplicacin requiere de un basto conocimiento, sin embargo en esta asignatura se enfocar la primera fase que bsicamente corresponde a la PREPARACIN DE LA MENA para su posterior procesamiento.

DEFINICIN. Procesamiento de minerales es el tratamiento de las materias primas minerales obtenidas de la superficie terrestre (yacimiento mineralizado) para conseguir productos comerciables por mtodos y procedimientos que generalmente destruyen la identidad fsica o qumica de los mismos (separar el material con valor econmico del estril). Esta definicin no involucra a los procesos de lixiviacin y tratamiento trmico.

Durante el proceso de enriquecimiento se produce una separacin de materiales entre aquellos que tienen valor econmico y social de los otros (acompaantes) que no los tienen. En este mtodo, juegan un papel importante los procesos mecnicos, de densidad, magnticos y elctricos. En cambio en los procesos de enriquecimiento por procesos trmicos (fusin) y de reacciones (hidrometalrgicas) existe un cambio en la composicin qumica.

3.1. - FACTORES QUE INFLUYEN EN PROCESAMIENTO DE MINERALESLa Posibilidad de aprovechar las diferentes tcnicas de enriquecimiento y su xito, depende de diferentes factores; estos son:

a) Los minerales de valor deben estar lo suficientemente liberados (grado de liberacin)

b) Los minerales de valor tienen que encontrarse en fracciones de tamao de grano que concuerden con el tipo de grano (partcula) a tratarse por maquinas especificas.

c) Los minerales a separarse deben tener diferentes propiedades fsicas y fsico-qumicas. Cuanto mayor es la diferencia, tanto mas fcil es la separacin entre ellos.

d) El costo econmico de aplicar cada proceso, frente a la utilidad esperada determina el proceso a emplearse.

En general, en el diseo de un mtodo de tratamiento, es esencial darse cuenta de los pasos involucrados en l; a estas etapas bsicas y fundamentales se las conoce con la terminologa de "operaciones unitarias".

3.2. - OPERACIONES UNITARIAS:El procesamiento de minerales combina una serie de distintas operaciones unitarias. Entre las etapas bsicas podemos citar a:

1. CONMINUCIONLiberacin de la partcula

2. CLASIFICACION DE PARTICULAPor:

a) Dimensin (tamizado)b) Diferencia de densidad y masa (clasificacin hidrulica)

3. SEPARACION SLIDO LIQUIDOPor: a) Espesamiento

b) Filtracin

4. SEPARACION SLIDO - SLIDOPor:

a) Diferencia de densidad (lquidos pesados)

b) Concentracin en corriente laminar (densidad, tamao y forma de partculas)

c) Cada obstaculizada - Empuje - Asentamiento (Jig) (densidad, tamao y forma)

d) Flotacin

e) Aglomeracin

f) Fuerzas magnticas

Fuerzas electrostticas

5. LIXIVIACION Y AGITACION

6. MANIPULEO DE MATERIALES(Bombeo, transporte en correas, etc.)

Las operaciones unitarias necesarias y sus secuencias son con frecuencia diferentes para diferentes minerales; en general, son combinaciones de un numero pequeo de las operaciones unitarias arriba mencionadas.

La confeccin o existencia de un esquema de tratamiento implica la produccin de un producto de caractersticas preestablecidas. La meta para cualquier operacin de preparacin de minerales es la produccin de un concentrado de mineral valioso (con valor comercial) de un grado tan alto como sea posible, a un costo tan bajo como sea posible, con la mxima recuperacin y mayor descarte de ganga (sin valor comercial) como material estril. Un ejemplo de lo mencionado se muestra en figura 1.

Figura 1: Diagrama de flujo para el procesamiento de una mena de zinc.

4. - IMPORTANCIA ECONOMICA DE LOS PROCESOS DE CONCENTRACIONLos beneficios que reportan los procesos de enriquecimiento por procedimientos mineralrgicos, antes de la etapa de fundicin u otros mtodos de tratamiento, pueden resumirse en los siguientes trminos:

a) Disminucin de gastos de transporte: El embarque o transporte de concentrados con poca o ninguna ganga permite realizar un ahorro considerable en los fletes.

b) Menores perdidas de metal en escorias o residuos de lixiviacin: Por alimentacin de concentrados de alta ley, las perdidas como material estril (escorias) disminuyen drsticamente.

c) Tonelajes reducidos de concentrado, permiten reducir la alimentacin a fusin o lixiviacin.

d) Cuando los mtodos de concentracin son eficientes y de bajo costo, es posible tomar ventaja del bajo costo, explotando grandes tonelajes de minerales de baja ley, que en otros casos debieran ser explotados por mtodos mineros selectivos.

e) Las plantas de procesamiento eficientes y de bajo costo hacen posible el tratamiento de menas que sin el auxilio de mtodos baratos no seran consideradas como explotable.

El Ej. Siguiente ilustra la utilidad econmica que reporta el aplicar el procesamiento de minerales para un mineral de Cu - Au, frente al embarque del mineral que no ha merecido un procesamiento previo:

Anlisis Cabeza:Anlisis Concentrado:Cotizacin:

Au: 14 gr/t

Ag: 140 gr/t

Cu: 2.20 %Au: 151 gr/t

Ag: 1485 gr/t

Cu: 25 %

Fe: 30 %

SiO2: 12 %

Al2O2: 5 %Au: 270 $us/o.t.

Ag: 4.50 $us/o.t.

Cu: 0.9 $us/l.f.

ALTERNATIVA I: El mineral puede ser embarcado directamente a fundicin.

ALTERNATIVA II: El concentrado se enva a fundicin, previa concentracin.

Los valores pagados por fundicin son:Au: Si 0.93 gr.Au/t. ms, paga el 96.75 % del precio neto.

Ag: Si 31.10 gr.Ag/t. ms, paga el 95 % del precio neto (deduciendo 30 gr.Ag/t. tratada).

Cu: Deduce el 1.30 % por ensaye hmedo. Paga por el resto.

Costos: Fletes:

Costo Fusin: 100 $us/t.seca

Costo Concentracin: 30 $us/t.tratada

Recuperacin : Cu = 95 %; Au = 90 % y Ag = 85 %30 $us/t. mineral bruto

40 $us/t. concentrado

Anlisis comparativo para 100 t.

SOLUCION: A: C A S O IPLATA:Contenido Ag: 100 t.min. x 140 gr.Ag/t.min. = 14000 gr.Ag.

Pago fund.: 100 t.min. x (140-30)g/t.min.x 0.95 = 10450 gr.Ag. (336 o.t)

ORO:

Contenido Au: 100 t.min. x 14 gr.Au/t.min. = 1400 gr.Au.

Pago fund.: 100 t.min. x 14 gr./t.min. x 0.9675 = 1354.50 gr.Au. (43.55 o.t.)

COBRE:Contenido Cu: 100 t.min. x 0.022 = 2.20 t. Cu.

Pago fund.: 100 t.min. x (2.2 - 1.3) = 0.90 t. Cu. (1980 lb.Cu)

I N G R E S O S:Plata: 336 o.t.Ag x 4.50 $us/o.t. = 1512 $us.

Oro : 43.55 O.T.Au x 270 $us/o.t. = 11758.50 $us.

Cobre: 1980 lb.Cu x 0.90 $us/lb.f. = 1782 $us

T O T A L = 15052.50 $US

C O S T O S:

* Costo Flete: 100 t.min. x 30 $us/t.min. = 3000 $us

* Costo Fusin: 100 t.min. x 100 $us/t.min. = 10000 $us

T O T A L = 13000 $US

INGRESO NETO ALTERNAT. I:(15052,50 13000)$US = 2052.50 $US.

B: C A S O IIPLATA: (Recuperacin de plata en concentrado)

Recuperacin Ag: 100 t.min. x 140 gr.Ag/t.min.x 0.85 = 11900 gr.Ag.

Pago fundicin: 11900 gr.Ag. x 0.95 = 11305 gr.Ag.

(363.50 o.t)

ORO: (Recuperacin de oro en concentrado)

Recuperacin Au: 100 t.min. x 14 gr.Au/t.min. x 0.90 = 1260 gr.Au.

Pago fundicin: 1260 gr.Au. x 0.9675 = 1219 gr.Au.

(39.20 o.t.)

COBRE: (Recuperacin de cobre en concentrado)

Contenido Cu: 100 t.min. x 0.022 = 2.20 t. Cu. (4840 lb.Cu)

Recup.Cu: 4840 lb.Cu x 0.95 = 4598 lb.Cu

Peso Conc.:4589 lb.Cu x 100 lb.conc./25 lb.Cu = 18356 lb.conc. (8.35 t.conc.)

Pago fund.: 18356 lb.conc.x(25-1.3)/100 = 4350.40 lb.Cu

I N G R E S O S:Plata: 363.50 o.t.Ag x 4.50 $us/o.t. = 1635.75 $us.

Oro: 39.20 O.T.Au x 270 $us/o.t. = 10584 $us.

Cobre: 4350.40 lb.Cu x 0.90 $us/lb.f. = 3915.36 $us

T O T A L = 16135.11 $US

C O S T O S:Procesam. Mineral: 100 t.min. x 30 $us/t.min. = 3000 $us

Costo Flete: 8.35 t.conc. x 40 $us/t.conc. = 334 $us

Costo Fusin: 8.35 t.conc. x 100 $us/t.conc. = 835 $us

T O T A L = 4169 $US

INGRESO NETO ALTERNAT.II: (16135.11 4169) $US = 11966.11 $US.

5.. - PROPIEDADES DE LA MENACuando se considera un esquema de tratamiento de un mineral dado, previamente se debe cuantificar su dureza y su resistencia a la rotura, propiedades que determinan la respuesta a la conminucin y por ende al grado de liberacin.

Las operaciones de trituracin y molienda son los tems de mayor costo en cualquier planta y en consecuencia se requiere utilizar la energa suministrada en estas etapas, en ptimas condiciones.

Una vez liberados satisfactoriamente los minerales de valor de una mena, se prosigue con la etapa de concentracin de minerales, la cual requiere un conocimiento exacto de sus propiedades fsicas, qumicas, elctricas, magnticas y otros, sobre cuyas bases se puede aplicar el mtodo ms apropiado de separacin.

6. - ELECCION DE METODOS DE TRATAMIENTOEl mtodo de procesamiento elegido debe seguir una serie de principios generales y al mismo tiempo ser el correcto para un mineral especfico. Los minerales existentes en la corteza terrestre pueden clasificarse como:

1. Masivos:(Carbn y muchos minerales de hierro) Grupo, donde las operaciones de concentracin son simples, pues, la separacin del valor respecto a la ganga se realiza en gran parte en la etapa de trituracin.

2.Intermedias:Los de este grupo alcanzan una liberacin parcial en la trituracin y luego se requiere de la molienda para completar su liberacin (plomo, antimonio, etc.).

3.Diseminados:Grupo donde los minerales estn esparcidos en toda la ganga y para su liberacin se requiere de una molienda fina (estao, oro, wolfram).

En los procesos de debe evitar la sobremolienda, por ser un proceso perjudicial, tanto en perdida de energa, como causar dificultades durante la recuperacin del valor de la mena.

Los procedimientos de concentracin sobre la base de las propiedades del material son:

PROPIEDADESPRINCIPIOS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SEPARACION

PROPIEDADES FISICAS DE MASAFORMA

COLOR

RADIOACTIVIDAD

DENSIDAD

MAGNETISMO SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Velocidad. sedimentacin, fuerza de frotamiento o friccin

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Escogido manual, por luz reflejada

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Escogido con contador sobre correas

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Velocidad de sedimentacin en fluido

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Desviacin o atraccin en campo magntico

PROPIEDADES FISICAS DE SUPERFICIE

RESISTENCIA ELECTRICA SUPERFICIAL

ADSORCION SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Desviacin o atraccin por campo electrosttico.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Rapidez de cambio de cargas superficiales (cargas elctricas).

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Fijacin de los minerales hidrfobos a una fase gaseosa finamente dispersada (flotacin)

PROPIEDADES QUIMICASCALCINACION

SOLUBILIDAD SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Transformacin de las especies minerales por tostacin oxidante, reductor, sulfatante o clorurante

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h Disolucin de minerales por soluciones cidas o bsicas, y recuperacin de los iones en solucin por precipitacin, electrlisis o intercambio inico

PRACTICA

1. Una empresa minera debe tomar una decisin respecto al proceso que debe elegir para obtener un mayor beneficio econmico. Tiene un mineral de 40 % de ley, el cual debe ser tratado en una planta de fusin para obtener el metlico, y luego vender este producto en el mercado internacional. Las alternativas que analiza son:

a) En la fusin de 20 t. de mineral, obtiene 7,2 t. de metlico, que en el mercado internacional tiene un valor de 3 $us./l.f. El costo de fusin es de 400 $us/t. mineral. Costo flete desde la mina hasta la fundicin es de 100 $us./t. mineral.

b) En la fusin de 10 t. de concentrado obtiene 7 t. de metlico, que en el mercado internacional tiene un valor de 3 $us./l.f. El costo de fusin es de 500 $us/t. concentrado. Costo flete desde la mina hasta la fundicin es de 120 $us./t. concentrado.

_1139230325.vsd

_1281818438.vsdMENA (Zn)

FLOTACION

MOLIENDA

CLASIFICACION

+

-

CLASIFICACION

+

TRITURACION

-

DESLAMADO

COLAS LAMAS

FLOTADO

NO FLOTADO

ESPESAMIENTO

FILTRADO

SECADO

SEPARACION MAGNETICA

NO MAGNETICO

MAGNETICO

CONCENTRADOZn

_1139228280.vsd