INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
MÓDULO N° 8: PROCESAMIENTO DE MINERALES
MAURICIO BELMONTE LERMA
INGENIERO CIVIL DE MINAS
EMAIL: [email protected]
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
Calendario I Semestre 2014 INT. A LA MINERIA
Sesión N°
Contenido
TMD I-A
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Historia, propiedades (Cu)
Panorama productivo, producción, minera
Yacimientos Mineros
Procesos Geológicos
Contro N° 1
No hay clases
Sistemas de Explotación (Rajo Abierto )
Sistemas de Explotación (Subterráneo )
Procesos de Explotación (Rajo Abierto)
Contro N° 2
Procesos de Explotación (Subterránea)
Ciencias de Apoyo (Topografía y Estabilidad de Taludes)
Procesamiento de Minerales
Exposición de Trabajos
Visita Mina Escuela
Control N° 3
Sustentabilidad (Medio Ambiente, Control de Pérdidas)
Exposición de Trabajos
Examen
Repetición
Vacaciones (04 al 16 de Agosto)
26-03-2013
03-04-2013
10-04-2013
17-04-2013
24-04-2013
01-05-2013
08-05-2013
15-05-2013
22-05-2013
29-05-2013
05-06-2013
12-06-2013
19-06-2013
26-06-2013
28-06-2013
03-07-2013
10-07-2013
17-07-2013
24-07-2013
31-07-2013
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TRABAJO GRUPAL
Cada grupo deberá entregar un documento que contenga:
1.- Nombre del Trabajo
2.- Nombre de todos los integrantes del grupo
3.- 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 turnar
5.- 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 Cu
2.- Evolución de la Seguridad en la Minería Chilena
3.- Gran Minería (Pórfidos cupríferos)
4.- Mediana Minería
5.- Pequeña Minería
6.- 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)
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
CONCEPTOS DE:
- METALURGIA
- HIDROMETALURGIA
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
Hidrometalurgia
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.
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
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
Transporte de mineral en
una faena a cielo abierto.
Radomiro Tomic.
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
¿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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
Las bolas de acero que tiene el molino, caen sobre las rocas cuando el molino gira,
reduciendo aún más su tamaño.
En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es reducido a un
tamaño máximo de 180 micrones.
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Molienda SAG
La instalación de un molino SAG constituye una
innovación reciente en algunas plantas.
El molino SAG tiene mayor capacidad y
tecnología que los molinos convencionales
Muele rocas más grandes que vienen
directamente del chancador primario.
- 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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
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.
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
Las pilas deben ser regadas con una solución
de ácido sulfúrico, la que circula por cañerías
distribuidas homogéneamente.
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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 MINERÍA
Segunda 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.
Tercera etapa: Electroobtención (EW)
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.
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
¿Qué se obtiene?
Una vez transcurridos seis a siete días en este proceso de electroobtención, 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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
¿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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
En el convertidor Teniente los elementos se
concentran en fases, de acuerdo a su peso:
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).
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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.
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA
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).
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GRANDES TENDENCIAS QUE CARACTERIZAN A LA …