Presentaciones Geometalurgia

17/04/2017

Barreras naturales que impiden la Geometalurgia

Geólogo Químico analista Geoestadista Mineralogista Ingeniero de minas Ingeniero de procesos

• Diferente formación • Especialización • Tipos de procesos • Comunicación deficiente • Lenguaje

Ingeniero Metalurgista Ingeniero ambiental

“Cuando ya no podemos cambiar una situación, el desafío consiste en cambiarnos a nosotros mismos” Viktor Frankl

17/04/2017

Introducción Proyeccion Cobre Mina en Chile ) o n i f u C n o t K ( n ó i c c u d o r P

7.000 6.000 5.000 4.000

Catodos SX/EW

3.000

Concentración

2.000 1.000 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

201 5

(Kton Cu fino)

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Concentración

3725,1

3356

3311

3596

3887

3920

4328

4280

45 03

Catodos SX/EW

1832

1974

2096

2154

2099

2126

2078

1908

1829

Total

5557,1

5330

5407

5750

5986

6046

6406

6188

63 32

% SX-EW

33%

37%

39%

37%

35%

35%

32%

31%

2 9%

1. Memoria Codelco 2007. Codelco Chile 2. Reporte Desarrollo Sustentable y estados financieros 2007. Anglo American Chile 3. Resultados 2007. Compañía Minera Escondida. http://www.escondida.cl/mel/noticias/2008/21_05_Febrero2008.asp 4. Memoria Anual 2007. Compañía Minera Doña Ines de Collahuasi. 5. Anuario de Estadísticas del Cobre y Otros Minerales 1988-2008. XXVIII. Ed. Comisión Chilena del Cobre. 2008

17/04/2017

Introducción Proyeccion Cobre Mina en Chile ) o n i f u C n o t K ( n ó i c c u d o r P

7.000 6.000 5.000 4.000

Catodos SX/EW

3.000

Concentración

2.000 1.000 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

201 5

(Kton Cu fino)

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Concentración

3725,1

3356

3311

3596

3887

3920

4328

4280

45 03

Catodos SX/EW

1832

1974

2096

2154

2099

2126

2078

1908

1829

Total

5557,1

5330

5407

5750

5986

6046

6406

6188

63 32

% SX-EW

33%

37%

39%

37%

35%

35%

32%

31%

2 9%

1. Memoria Codelco 2007. Codelco Chile 2. Reporte Desarrollo Sustentable y estados financieros 2007. Anglo American Chile 3. Resultados 2007. Compañía Minera Escondida. http://www.escondida.cl/mel/noticias/2008/21_05_Febrero2008.asp 4. Memoria Anual 2007. Compañía Minera Doña Ines de Collahuasi. 5. Anuario de Estadísticas del Cobre y Otros Minerales 1988-2008. XXVIII. Ed. Comisión Chilena del Cobre. 2008

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Introducción Minerales de Cu

Mercado

Sulfurados

Oxidados ó mixtos

Chancado

Chancado

Molienda

Aglomeración

Flotación

Curado Acido

Secado

Lixiviación acida

Fusión

Extracción por solventes

Conversión

Electro obtención

Piro refinación Moldeo de ánodos Electro refinación

17/04/2017

Producción por Compañía 2007

SX-EW

Concentración/Fusion

Total

BhpBilliton

464,8

1.245,9

1.710,7

Escondida Spence Cerro Colorado

238,0 128,1 98,7

1.245,9 0,0 0,0

1.483,9 128,1 98,7

Codelco-Chile

484,4

1.098,9

1.583,3

División Codelco Norte División El Teniente División Andina División Salvador

464,4 0,0 0,0 20,0

431,9 404,7 218,4 43,9

896,3 404,7 218,4 63,9

Anglo American

223,4

682,4

905,8

58,0 46,4 50,5 7,5 61

394,0 182,9 40,2 65,3 0,0

452,0 229,3 90,7 72,8 61,0

138,1

300,1

438,2

0,0 93,0 45,1

300,1 0,0 0,0

300,1 93,0 45,1

Otros Productores

453,3

181,0

634,3

Candelaria El Abra Zaldívar Quebrada Blanca Lomas Bayas

0,0 166,0 142,9 82,9 61,5

181,0 0,0 0,0 0,0 0,0

181,0 166,0 142,9 82,9 61,5

68,0

216,8

284,8

1.832,0 33%

3.725,1 67%

5.557,1 100%

Collahuasi Los Bronces Mantos blancos El soldado Manto verde Antofagasta Minerals

Los Pelambres El Tesoro Michilla

Otros Total Porcentaje participación

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Introducción

Yacimientos •

Yacimientos tipo pórfido - Definición - Formación - Mineralización -Alteración

- Yacimientos con enriquecimiento supergeno o secundario - Definición - Formación - Mineralización -Alteración

Enriquecimiento secundario Crisocola, atacamita,brocantita, chalcantita, cobres negros, arcillas con cobre, etc.

- Yacimientos Exóticos - Definición - Formación - Mineralización -Alteración

Gravas mineralizadas

Deposito de óxidos

17/04/2017

Introducción

Factores geológico para la formación de pórfidos gigantes •

Régimen tectónico compresivo

•

Grandes cámaras magmáticas corticales

•

Saturación en volátiles de magmas y generación de grandes cantidades de fluidos

magmático – hidrotermales •

Número restringido de apófisis intrusivas

•

Exhumación rápida y erosión

Solo el conjunto de los factores mencionados originan Pórfidos Gigantes

17/04/2017

Zona de subducción y emplazamiento de pórfidos

17/04/2017

Concentración de metales Generalmente la extracción de metales y otros elementos desde magmas ocurre mediante la exsolución de una fase fluida acuosa.

•

Primera ebullición

Cuando un magma se aproxima a la superficie (descenso de la presión) se puede producir la exsolución de los volátiles contenidos (H 2O >> CO2, SO2, H2S, HCl, HF).

•

Segunda ebullición o ebullición retrógrada

Cuando un magma hidratado comienza a cristalizar, la fase fundida residual se sobresatura en fluidos y se produce también la exsolución de una fase acuosa (descenso de temperatura). La fase fluida acuosa a altas temperaturas se separa en una fase líquida salina y una fase vapor diluida. La eficiencia del transporte de la mayoría de los metales está controlada por el contenido de cloro de la fase fluida porque los metales de interés forman complejos solubles.

17/04/2017

Pórfido Cuprífero Definición •

Grandes anomalías de azufre conteniendo cobre y otros metales (Mo, Au y Ag, entre otros)

•

Gran volumen y baja ley 50 a 500 Mt con 0.5-1% Cu y 0,02% Mo (Chile >1000 Mt y >1%Cu)

•

Sulfuros hipógenos o primarios, introducidos en las rocas

•

Distribución relativamente uniforme de minerales de cobre

Explotación •

Explotación masiva (no selectiva)

•

Inicialmente enriquecimiento supergeno

•

Extensión determinada por ley de corte

•

2/3 de la producción mundial de cobre

•

El doble de cobre que el aporte de todo el resto de tipos de depósitos

•

Gran parte de la producción de Cu chilena y toda la producción de molibdeno

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Mineralización hipógena o primaria de los pórfidos Calcosina

Cu2S

79.8%

Cu

Bornita

Cu5FeS4

63.3%

Cu

Enargita

Cu3AsS4

48.4%

Cu

19,0%

As

Tenantita

(Cu,Fe)12As4S13

47.5%

Cu

20,4%

As

Tetrahedrita

(Cu,Fe)12Sb4S13

34.8%

Cu

29,6%

Sb

Calcopirita

CuFeS2

34.6%

Cu

Pirita

FeS2

0%

Cu

Magnetita

Fe3O4

0%

Cu

Hematita

Fe2O3

0%

Cu

Molibdenita

MoS2

59.9%

Mo

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17/04/2017

Factores geológico para la formación de pórfidos gigantes •

Régimen tectónico compresivo

•

Grandes cámaras magmáticas corticales

•

Saturación en volátiles de magmas y generación de grandes cantidades de fluidos

magmático – hidrotermales •

Número restringido de apófisis intrusivas

•

Exhumación rápida y erosión

) t M ( u C e d o d i n e t n o C

140

1,4

120

1,2

100

1

80

0,8

60

0,6

40

0,4

20

0,2

0

0 a t a m a c i u q u h C

e t n e i n e T l E

a d i d n o c s E a L

s e c n o r B s o L

i s a u h a l l o C

s e r b m a l e P s o L

r o d a v l a S l E

s o l l i r e r t o P

a r b A l E

a n i j U

a d a r a b c e n a u l Q B

Porphyry Copper Deposits of the World. Singer, 2005.

o d a r o l o C o r r e C

e c n e p S

s a y a B s a m o L

) % ( u C e d y e L

17/04/2017

Proceso de Alteración Supergena

Proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena, en las condiciones oxidantes en las cercanías de la superficie.

•

Sobre el nivel de aguas subterráneas

•

Circulación descendente de soluciones supergenas

•

Descomposición de la pirita (ecuación de Stokes, 1907) 5FeS2 + 14Cu+2 + 14SO4-2 + 12H2O  7Cu2S + 5Fe+2 + 24H+ + 17SO4-2

•

El acido contribuye a la disolución de los sulfuros hipógenos

•

Hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena)

•

Formación de sulfatos solubles de metales (Cu, Mo, Zn y Ag)

•

Neutralización de acido bajo nivel freático

•

La calcosina incrementa las leyes de Cu

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Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario

•

Formados desde mineralización hipógena a través de episodios de: - Erosión - Exhumación - Meteorización

•

Perfil típico de un yacimiento de este tipo - Zona lixiviada - Zona oxidada - Zona de enriquecimiento - Hipógeno o primario

17/04/2017


0

Superficie presente goethita hematita jarosita

Zona lixiviada

nivel freatico

Zona hipógena

Cu

Fe

atacamita brochantita crisocola

Zona oxidada

Zona de enriquecimiento

Contenido de metal % 1 2 3

Calcosina Covelina

calcopirita molibdenita pirita

Fe

Cu

Cu Fe

Depósito de cobre con enriquecimiento secundario. Modificado de Solution Mining. Bartlett, R. 1992.

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Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario Meteoric water with d issolved O2 and CO2

Exchange of soil and atmospheric gases

Runoff and infiltration

Capillary transport (e.g. Son ora, Atacama desert)

Perched oxide mineral s contribute Cu to leached zone

Zone of leaching

Fluids channeled by fractures

Perched sulfide minerals contribute residual Cu values to leached zone

Lateral migration to exotic CuOx setting (e.g., Exotica, La Cascada, El Tesoro , Damiana). Can include sol ution mixing as precipitation mechanism. (e. g ., Münchmeyer, 1997) Metals and S removal. Residual Cu values local ly vary from 10’s to 1000’s of ppm(generally 10’s-100’s ppmCu)

Very sol ublessul fates: poitevinite, bonattite, chalc anthite, copiapite

Metals accumulation and/ or removal Capillary fring e: of variable vertical extent; responsible for variations in th e thi ckn ess and intensity of development oftheOxideZone Vadosezone: undersaturation of fractures and pores Phreatic zone

Deep oxidation along fractures with periodic flushes

Oxide Zone varies from 0 to > 200 m thick

Chlo rides, phosphates, “chrysocolla” FeOxand MnOx whit Cu

Oxide M ineral Zoning Broch antite, antlerite, posnjakite, langite

Perched sulfides protected by local reducing conditions

Cc, Cv, Cup, Cu , relic Py, Cp

Chalcocite, digenite, djurleite

Covell ite+/- idaita, Cv-like minerals

Sulfide metastablezone

Metal accumulation and storage

Pyrite, ch alcopyrite(protore)

Diagrama esquemático de una mineralización sulfurada de cobre, sometida a meteorización, generando una zona de enriquecimiento secundario. Tomado de Chávez, 2000.

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Mineralización supergena o secundaria Cu nativo

Cu

100%

Cu

Cuprita

Cu2O

88,8%

Cu

Calcosina

Cu2S

79,8%

Cu

Digenita

Cu9S5

78,1%

Cu

Anilita

Cu7S4

77,6%

Cu

Djurleita

Cu31S16

70,3%

Cu

Covelina

CuS

66,4%

Cu

Atacamita

Cu2Cl(OH)3

59,5 %

Cu

Brochantita

Cu4(SO4)(OH)6

56,2 %

Cu

Crisocola

CuO⋅SiO2⋅H2O

33,9 %

Cu

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Yacimientos exóticos

Fases precipitadas desde el transporte lateral de soluciones ácidas provenientes de yacimientos supérgenos, así mismo y existiendo la presencia de aniones (cloruros, sulfatos, fosfatos) y condiciones de Eh y pH favorables (carbonatos), se da lugar a mineralización de Cu.

1,23

Cu ++

A T I T N A C L A H C

A T I R E L T N A

A T I T N A H C O R B

A T I U Q A L A M

TENORITA Eh [Volt]

CALCOSINA

CUPRITA

COVELINA 0 BORNITA CALCOPIRITA CALCOSINA

CU°

pH

Diagrama Eh-pH, sistema Cu-S-H2O, Tomado de Hidrometalurgia, E. Domic, 2001.

17/04/2017


Debido a la intensa interacción de soluciones acidas y gravas, existe también generación de zonas de alteraciones argilicas, originando la presencia de arcillas del tipo caoliniticas y esmectiticas. Enriquecimiento secundario Crisocola, atacamita, brocantita, c halcantita, cobres negros, arcillas con cobre, etc.


Deposito de óxidos

Depósito de mineralización exótica. Modificado de Curso de Metalogénesis. M. Pincheira. 2007.

17/04/2017


Depósito de mineralización exótica. Modificado de Curso de Metalogénesis. V. Maksaev. 2007.

17/04/2017

Mineralización exótica Tenorita

CuO

79,9 %

Cu

Paramelaconita

Cu+2Cu++2O3

79,9 %

Cu

Pseudomalaquita

Cu5(PO4)2(OH)4

60,6 %

Cu

Atacamita

Cu2Cl(OH)3

59,5 %

Cu

Malaquita

Cu2(CO3)(OH)2

57,5 %

Cu

Brochantita

Cu4(SO4)(OH)6

56,2 %

Cu

Antlerita

Cu3(SO4)(OH)4

53,7 %

Cu

Sampleita

NaCaCu5(PO4)4Cl⋅5(H2O)

34.8 %

Cu

Crisocola

CuO⋅SiO2⋅H2O

33,9 %

Cu

Chalcantita

CuSO4⋅5(H2O)

25,5 %

Cu

Kronquita

Na2Cu(SO4)2⋅2(H2O)

18,8 %

Cu

Turqueza

CuAl6(PO4)4(OH)8⋅4(H2O)

7.8 %

Cu

Cobres negros

Cu-Fe-Mn-Al-SIO2

??

Cu

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%

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Procesos Hidrotermales •

Activados por el calor de la intrusión

•

Procesos hidrotermales causan alteración hidrotermal y mineralización

•

Distintos tipos de alteración y de mineralización en áreas específicas del deposito

La alteración hidrotermal es un tipo de metamorfismo que involucra la recristalización de la roca a nuevos minerales más estables bajo las condiciones hidrotermales. La característica distintiva de la alteración hidrotermal es la importancia del fluido hidrotermal en transferir constituyentes y calor. La alteración hidrotermal involucra la circulación de grandes volúmenes de fluidos calientes atravesando las rocas permeables (fisuras o poros interconectados). El fluido tiende a estar considerablemente fuera de equilibrio termodinámico con las rocas adyacentes y esto genera las modificaciones en la composición mineralógica original de las rocas.

17/04/2017

Alteración Hidrotermal La característica esencial de la alteración hidrotermal es la conversión de un conjunto mineral inicial en una nueva asociación de minerales más estable bajo las condiciones hidrotermales: •

Temperatura (T  efecto sobre la mineralogía)

•

Composición de fluidos ( pH) (menor pH, mayor efecto sobre la mineralogía)

•

Presión (ebullición de los fluidos, fracturamiento hidraulico)

•

Permeabilidad (fracturamiento por fluidos, disolución  permeabilidad secundaria)

•

Duración de la interacción agua/roca (mayor razón agua/roca y tiempo, reaccione completas)

•

Composición de la roca (minerales con distinta susceptibilidad de ser alterados)

La textura original de la roca puede ser modificada ligeramente o completamente por la alteración hidrotermal.

17/04/2017

Alteración Hidrotermal La textura original de la roca puede ser modificada ligeramente o completamente por la alteración hidrotermal. Procesos involucrados: •

Depositación directa a partir de la soluciones (formación de venillas, huecos, etc.)

•

Reemplazo (minerales inestables por otros mas estables o metaestables)

•

Lixiviación (extracción de elementos desde la roca, mayormente cationes metálicos, en

algunos casos donde el fluido es muy acido H 2SO4, puede dejar solo huecos y cuarzo )

17/04/2017

Alteración Hidrotermal Plagioclasas  serecita  arcillas  cuarzo

17/04/2017

Secuencia de Alteración Hidrotermal 1. Formación de las zonas de alteración potásica y propilítica 2. Desarrollo de la alteración fílica 3. Formación de facies de alteración argílica en la parte superior del sistema. Esta última puede ser avanzada, implicando la presencia de minerales tales como caolinita y alunita.

Tipos de alteración hidrotermal. Modificado de Curso de Metalogénesis. Victor Maksaev, 2007.

17/04/2017

Zonas de alteración •

Alteración Hidrotermal: potásica, fílica, propilítica, argílica, argílica avanzada, sódico-cálcica.

•

Alteración por soluciones supergenas: argilica (caolinita, esmectita)

Tipos de alteración hidrotermal. Modificado de Curso de Metalogénesis. Victor Maksaev, 2007.

17/04/2017

Zonas de alteración y minerales asociados

•

Zona silícea: en el núcleo, cuarzo, magnetita

•

Zona potásica: condiciones casi magmáticas en el centro con

biotita, ortoclasa, cuarzo, anhidrita y magnetita; metasomatismo fuerte. •

Zona fílica: en torno y sobreimpuesta a la zona potásica con cuarzo, sericita y pirita hasta 20%

en volumen. •

Zona propilítica: siempre presente en la periferia con clorita, epidota y calcita.

•

Zona cálcico-sódica: profunda con actinolita, albita, epidota.

•

Zona argílica: variable en intensidad, caolinita, montmorillonita, clorita, pirita.

•

Zona argílica avanzada: tardía y en la porción más somera con

caolinita, alunita, pirofilita, cuarzo

Modificado de Curso de Metalogénesis. Victor Maksaev, 2007.

17/04/2017

Corbett y Leach, 1998

17/04/2017


Superficie presente goethita hematita jarosita

Zona lixiviada

atacamita brochantita crisocola

Zona oxidada nivel freatico Zona de enriquecimiento

Zona hipógena

Calcosina Covelina

calcopirita molibdenita pirita

Depósito de cobre con enriquecimiento secundario. Modificado de Solution Mining. Bartlett, R. 1992.

17/04/2017

Yacimientos porfídico de Cu, cercano a la superficie, erosionado y sometido a fenómenos de meteorización y oxidación.

Tomado de Hidrometalurgia, E. Domic, 2001.

17/04/2017

Resumen de mineralogías mas importantes

Menas sulfuradas Sulfuros primarios o hipógenos : Calcopirita, bornita, calcosina, molibdenita (Mo) Sulfuros secundarios o supérgenos: Calcosina, covelina, digenita Menas oxidadas Óxidos supérgenos: Crisocola, atacamita, brocantita Óxidos exóticos: Crisocola, malaquita, brocantita, azurita, cobres negros Ganga Minerales: Cuarzo, biotita, sericita, anhidrita, turmalina, calcita, magnetita, pirita, etc. Arcillas: Esmectitas, caolin, illitas, cloritas

17/04/2017

Variables mineralógicas de proceso El tema de lixiviar minerales mediante pilas parece resuelto, sin embargo debido a la existencia de importantes variables mineralógicas: • Variables relacionadas con la mena

• Variables relacionadas con la ganga

• Variables relacionadas con

la textura

Las cuales pueden condicionar el proceso de extracción, así como agregar incertidumbre en la proyección de la producción, es necesario hacer una ponderación de ellas para lograr el control de la operación de beneficio de un yacimiento.

17/04/2017

Cinética de disolución Mineral

Reacciones de lixiviación y oxidación

Duración

Atacamita

Cu2Cl(OH)3 + 3H+  2Cu2+ + Cl- + 3H2O

Crisocola

CuSiO3*2H2O + 2 H+  Cu2+ SiO2*3H2O

Neotocita

(Cu, Mn)2H2Si2O5(OH)4*nH2O + 4H+  Cu2+ + Mn2+ + 4SiO2 + nH2O

Tenorita

CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O

Malaquita

Cu3(CO3)(OH)2 + 2H2SO4  2CuSO4 + CO2 + 3H2O

Azurita

Cu3(CO3)2(OH)2 + 3H2SO4  3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O

Brocantita

Cu4(SO4)(OH)6 + 6H+  CuSO4 + 3Cu2+ + 6H2O

Cobre nativo

Cu + ½O2 + H2SO4  CuSO4 + H2O

Cuprita

Cu2O + ½ O2 + 2H2SO4  2CuSO4 + 2H2O

Calcosina

Cu2S + ½ O2 + H2SO4  CuS + CuSO4 + H2O

horas a días

días a meses

Cu2S + F e2(SO4)3  CuS + CuSO4 + 2FeSO4 Bornita

Cu5FeS4 + 2Fe2(SO4)3  2CuS + CuFeS2 + 2CuSO4 + 4FeSO4

Covelina

CuS + 2O2  CuSO4 CuS + 2Fe2(SO4)3  CuSO4 + 2FeSO4 + S

Enargita *

meses a °

Cu3 AsS4 + 41/2 Fe2(SO4)3 + 2H2O  3CuSO4 + 9FeSO4 + 4S + HAsO2 + 11/2

años

°

H2SO4 Calcopirita

CuFeS2 + O2 + 2H2SO4  CuSO4 + FeSO4 + 2S + 2H2O °

H.R. Watling. Hydrometallurgy 84 (2006)

años

17/04/2017

Cinética de disolución


17/04/2017

Mineralización de mena (óxidos) La cuprita, es un oxido que ha sido considerado como problemático dentro de la operación de lixiviación, principalmente debido a la dificultad para lograr su completa disolución, y que al reaccionar con ácido, ocurre la precipitación de cobre metálico, formando una barrera metálica que limita el libre paso de las soluciones lixiviantes, Majima et al. (1989). Cu2O + 2H+

 Cu+2 + Cu0 + H2O

La cuprita, se encuentra en su estado reducido, pudiendo sólo alcanzar una disolución del 50%, ya que falta un agente oxidante que ayude a realizar el cambio de valencia de cobre. Respecto del uso de O2 o Fe3+ como agente oxidante, se calcularon las energías libres a 25°C de las reacciones de oxidación, siendo la reacción con O2 la más favorable. Cu0 + 2H+ + ½O2  Cu+2 + H2O

G°25°C = - 41 cal/mol

Cu0 + 2Fe3+  Cu+2 + 2Fe2+

G°25°C = - 20 cal/mol

17/04/2017

Mineralización de mena (óxidos) Transformación de cuprita en Cu metálico.

r a n o i c c a e r n i s o e l c ú N

a v i s e r g o r p n ó i s r e v n o C

17/04/2017

Mineralización de mena (óxidos) Fases de óxidos negros y azules de Cu. Especies como wad y pitch, fases precipitadas desde el transporte lateral de soluciones ácidas provenientes de yacimientos supérgenos, así mismo y existiendo la presencia de aniones y condiciones de Eh y pH favorables, se da lugar a mineralización de Cu como antlerita, atacamita, brocantita, chalcantita, crisocola, kröhnkita, malaquita, neotocita, paramelaconita, pseu domalaquita, sampleita, tenorita y turquesa, dando origen a depósitos exóticos.

Enriquecimiento secundario Crisocola, atacamita, brocantita, chalcantita, cobres negros, arcillas con cobre, etc.


Deposito de óxidos

Depósito de mineralización exótica en rocas sedimentarias. Modificado de Pincheira (2003).

17/04/2017

Mineralización de mena (óxidos) Los cobres negros son mineraloides de composición variable en términos de Cu, Fe, Si, Al y Mn.

Definiciones de copper wad y copper pitch. Definiciones de copper wad

Definiciones de copper pitch

Fuente

MnOx con Cu

FeOx con Cu

Chávez (2000)

CuMnO2Fe

CuMn8FeSiO2

Domic (2001)

CuOMnO27H2O

CuOFe(OH)33H2O

Hu (2004)

(Mn, Cu)O2

---

Rivera (2007)

Óxidos e hidróxidos de Mn con Cu

Silicato hidratado con Cu, Mn y Fe

Maksaev (2007)

2CuO·MnO2·7H20

---

Garcia (2007)

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Variables relacionadas con la ganga En hidrometalurgia, aproximadamente el 97% de los minerales corresponde a ganga. De la ganga, el 95% corresponde a especies silicatadas.


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Variables relacionadas con la ganga • Influencia

en el consumo de ácido

2004: 2,86 ton ácido/ton Cu producido. 2005: 3,10 ton ácido/ton Cu producido. 2007: 3,24 ton ácido/ton Cu producido. • Influencia

en la cinética de disolución

La ganga también se ve afectada y reacciona, modificando el sistema global • Influencia en el grado de penetración en

las partículas

Inhibición de las reacciones esperadas en los procesos de disolución, causada por barreras insolubles (jarosita o goethita) • Influencia en las propiedades hidráulicas

Disminución de permeabilidad parcial o total en una pila de lixiviación • Influencia a través de interacciones químicas

Intercambio catiónico entre soluciones cargadas y arcillas expansibles (Preg robbing)

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Influencia en el consumo de ácido  Alteración Hidrotermal

Modificado de Curso de Metalogénesis. Victor Maksaev, 2007.

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Influencia en el consumo de ácido • Carbonatos

Calcita: CaCO3 CaCO3 + H2SO4  CaSO4 + H2O + CO2 • Sulfatos

Anhidrita: CaSO4 Yeso: CaSO4*2H2O • Óxidos e hidróxidos de hierro

Hematita: Fe2O3 Especularita: Fe2O3 Magnetita: Fe3O4 Goetita: FeO(OH) Limonita: FeO(OH)*nH2O

17/04/2017

Influencia en la cinética de disolución • Ganga altamente reactiva

Calcita, dolomita y siderita • Ganga medianamente reactiva

Hornablenda, piroxeno y plagioclasas • Ganga moderadamente reactiva

Ortoclasa, biotita y albita • Ganga levemente reactiva

Sericita y caolinita • Ganga no reactiva

Cuarzo

Corbett y Leach, 1998

17/04/2017

Influencia en el grado de penetración en las partículas Inhibición de las reacciones esperadas en los procesos de disolución, causada por barreras insolubles (jarosita o goethita).


17/04/2017

Influencia en el grado de penetración en las partículas Inhibición de las reacciones esperadas en los procesos de disolución, causada por barreras insolubles (jarosita o goethita).


17/04/2017

Variables relacionadas con la ganga • Influencia en las propiedades hidráulicas

Disminución de permeabilidad parcial o total en una pila de lixiviación • Influencia a través de interacciones químicas

Intercambio catiónico entre soluciones cargadas y arcillas expansibles (Preg robbing)

Arcillas: comportamiento en medios acuosos

17/04/2017

•

Tamaño

•

Plasticidad

•

Absorción

•

Humedad

•

Filtración

•

Coagulación

•

Floculación

•

Espesamiento

•

Flotación

•

Hidrofobicidad

•

Permeabilidad

•

Expansión

17/04/2017

Albert Atterberg •

Tamaño

•

Plasticidad

•

Absorción

•

Humedad

•

Filtración

•

Coagulación

•

Floculación

•

Espesamiento

•

Flotación

•

Hidrofobicidad

•

Permeabilidad

•

Expansión

Karl von Terzaghi

Arthur Casagrande

17/04/2017

•

Tamaño

•

Plasticidad

•

Absorción

•

Humedad

•

Filtración

•

Coagulación

•

Floculación

•

Espesamiento

•

Flotación

•

Hidrofobicidad

•

Permeabilidad

•

Expansión

IP = LL - LP

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Características

I. Físicas • Granulometría • Morfología

II. Mineralógicas • Ambiente • Estructura

de formación cristalina

III. Físico-Químicas • Capacidad • Carga

de intercambio catiónico

eléctrica

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Características Físicas: Granulometría

17/04/2017


Ro-Tap®

20 µm

Cyclosizer®

8

Tamizador sónico

5

17/04/2017


Difracción Laser – Método Método de Fraunhofer

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Comparación: Elutriación, tamizado con mallas y difracción laser

Frias et al .(1990) .(1990)

17/04/2017


Montmorillonita- Na + sal

Disminución de finos

17/04/2017

Características Físicas: Morfología

Esfericidad y redondez

Powers (1953)

Krumbein and Sloss (1963)

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Microscopia electrónica de barrido (SEM)

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Características Mineralógicas: Estructura

Patrones de apilamiento de las arcillas

Mitchell (1993)

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•

Apilamientos poliméricos tipo sándwich de capas de tetraedros y octaedros.

•

Las capas tetraédricas (T) están compuestas de Si-O

•

Las capas octaédricas (O) de Al-O y Al-(OH)

• Dependiendo

de la organización espacial de las capas (TO, TOT y TOT-O) las arcillas se pueden clasificar

como 1:1, 2:1 y 2:1:1

17/04/2017



• Si todos los huecos octaédricos están ocupados, la lamina • Si solo están ocupados 2/3 de las

(Al3+ dominante).

se denomina trioctaédrica (Mg2+ dominante)

posiciones octaedrales, recibe el nombre de dioctaédrica

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Estructuras de las arcillas

Grim (1968)

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Identificación 8000 7000

) a t i r o l c ( s o t a c i l i s o l i f

6000 5000 s p c

4000 3000 2000

s a c i

m

o z r a u c

a t i r o l c

o z r a u c

DRT roca total

1000 0 5

10

15

20

25

30

35

40

°2 theta

6000 illita

DRX en la fracción < 2um

5000 clorita

4000 s p c

clorita + caolinita

550°C

3000

375°C

2000

EG

1000

OR esmectita

0 0

5

10

15

20 °2 theta

25

30

35

40

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Arcillas y su identificación 6000 illita 5000 clorita

4000 s p c

clorita + caolinita

550°C

3000

375°C

2000

EG

1000

OR esmectita

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

°2 theta • Orientado

(OR), mediante la aplicación de un esfuerzo de cizalle, se provoca la orientación preferencial de

los planos. • Etilenglicol (EG), logra la expansión de las esmectitas, desplazando su señal normal (OR) hacia el extremo izquierdo. • Calentamiento a 375°C (375), colapsa en forma irreversible la estructura de las esmectitas. • Calentamiento a 550°C (550), genera la transformación de caolinitas en metacaolín, permitiendo la identificación de las cloritas, las cuales ocupan la misma posición.

17/04/2017


Todo bajo 2m son arcillas ?

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17/04/2017


Estructura caolinita: TO, 1:1

• Estructura

neutra

• Reemplazo de OH por O • Uniones de Van der Waals • Baja

superficie especifica

• Baja CIC

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Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC)

La capacidad de intercambio catiónico se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral, las cuales pueden ser generadas de tres formas:

•

Sustituciones isomorfas dentro de la estructura (80%, carga permanente)

• Enlaces insaturados insaturados en los bordes y superficies externas externas •

(función del pH)

Disociación de los grupos hidroxilos accesibles (función del pH)

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Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC)

Sánchez (1981) Capacidad de intercambio catiónico = Superficie especifica * Densidad de carga

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Estructura Illita/mica: TO, 1:1

•

Balance con K (tamaño)

•

Bajo intercambio catiónico

•

No ocurre hidratación

•

No ocurre expansión

•

Baja superficie especifica

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Estructura esmectita: TOT, 2:1 expandibles

•

Sustitución isomórfica

•

Balance con cationes

intercambiables (CIC)

Cationes intercambiables agua

•

Hidratación interlaminar

•

Expansión

•

Delaminación

•

Alta superficie especifica

•

Alta CIC

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Porcentaje de sodio intercambiable (PSI)

Na PSI =

CIC

*100%

CIC= Ca + Mg + K + Na

Expansión 7 a 15 % PSI Delaminación

Barreto (2003)

17/04/2017


Estructura clorita: TOT-O, 2:1:1 no expandibles

• Balance • Bajo

con Mg(OH)2, brucita

intercambio catiónico

• No

ocurre hidratación

• No

ocurre expansión

• Baja

superficie especifica

17/04/2017


Microscopia electrónica de barrido (SEM)

17/04/2017

Comportamiento de las arcillas en medios acuosos • Desbalance • Doble

de cargas (sustituciones isomorfas)  disociación  superficies cargadas

capa eléctrica (capa de Stern + capa difusa)

17/04/2017

Equilibrio de fuerzas

s e n o i a r t n o c n ó i c a r t n e c n o C

 Carga eléctrica

(fuerza de atracción electrostática)  Difusión al seno de la solución

Distancia a la partícula

17/04/2017

Contraiones y coiones

n ó i c a r t n e c n o C

Solución micelar


Solución intermicelar

17/04/2017

Variables que afectan la Doble Capa Eléctrica

 Carga eléctrica (igual)  Difusión al seno de la solución (disminuye)


Concentración 2 Concentración 1

Concentración 2 > Concentración 1


L2

L1

17/04/2017

Variables que afectan la Doble Capa Eléctrica

[Catión bivalente] = [Catión monovalente] Catión bivalente

 Carga eléctrica (aumenta Fuerza E.)

Catión monovalente

 Difusión al seno de la solución (igual)



L2

L1

17/04/2017

Variables que afectan la Doble Capa Eléctrica – Series Liotróficas

Catión

Cs+

Rb+

K+

Na+

Li+

Radio Iónico (Å)

1.69

1.48

1.33

0.95

0.60

Radio hidratado (Å)

3.29

3.29

3.31

3.58

3.82

13

Cs+

Rb+

K+

Na+

Li+

17/04/2017

Variables que afectan la Doble Capa Eléctrica – Series Liotróficas

Catión

Ba2+

Sr2+

Ca2+

Mg2+

Radio Iónico (Å)

1.35

1.13

0.99

0.65

Radio hidratado (Å)

4.04

4.12

4.12

4.28

13

Ba2+

Sr2+

Ca2+

Mg2+

17/04/2017

Variables que afectan la Doble capa eléctrica – Series Liotróficas

17/04/2017

Doble capa eléctrica y fuerzas de repulsión

n ó i c a r t r n o e n c e n o M c

n ó i c a r t r n o e y c a n o M c

+ + + + + + + +

-

+ + + + + + + +

+ + + + + + + +

-

d

+ + + + + + + +

d

-

+ + + + + + + +

+ + + + + + + +

-

+ + + + + + + +

+ + + + + + + +

a p a a d i c d e n l b a o p x D e

a p a a d c í e a r l b t o n o D c

17/04/2017

Doble capa eléctrica – Fuerzas de repulsión y atracción

Repulsión eléctrica

Van der Waals

17/04/2017

Doble capa eléctrica – Fuerzas de repulsión y atracción - Estabilidad

17/04/2017


Montmorillonita- Na + sal

Disminución de finos

17/04/2017


Kaolinita

Illita

17/04/2017

Reactividad de las arcillas en la lixiviación en pila

Antes de la extracción

En muchas de las respuestas del proceso extractivo intervienen las arcillas Interacción con soluciones portadores de Cu Eventos mineralizadores posteriores a la génesis primaria de los yacimientos 1° Arcilla, principalmente del grupo de las esmectitas 2° Alta CIC, intercambia iones Cu de la solución que circulan por la roca 3° Incorporando Cu en su intercapa. El grupo de la esmectita en particular define de ésta forma a la CIC como una de sus propiedades fundamentales (alta superficie especifica)

17/04/2017


Extracción y chancado

17/04/2017


Extracción y chancado

Uno de los problemas más habituales en los circuitos de chancado, ocurre cuando la alimentación posee una elevada humedad. • Disminuyendo de ésta forma la eficiencia de la chancadora • Falta de atrición entre los clastos en la boca de alimentación

Las arcillas resultan ser las responsables en la mayoría de los casos, puesto que otra de sus características importantes es la retención de humedad. • Absorción en los espacios intercapa (grupo de la esmectita) • Capilaridad, proporcionada por una abundante granulometría fina

El agua necesaria puede ser proporcionada por el ambiente, una vez expuesta la arcilla a la atmosfera o a través de flujos de soluciones propios del yacimiento.

17/04/2017


Aglomeración y curado

17/04/2017


Aglomeración y curado

Proceso de aglomerado y curado (no siempre utilizado), se realiza a través del ingreso de mineral a un tambor rotario, en el cual es sometido a una ducha de agua y H2SO4 concentrado, elevando la temperatura de la mezcla mineral (hasta los 70°C en algunos casos). Interacción química. • Consumo de ácido por la

hidrólisis de los silicatos (feld. K y anfiboles)

• Disminución en el rendimiento del

ácido, menor disolución de la mena

• Grupo de las cloritas (Mg, Fe, Al)6 (Si, Al)4O10H8 • Carbonatos (calcita, dolomita, magnesita y siderita)

Interacción física • Absorción de humedad (tipo y contenido de • Puede disminuir la capacidad de

arcilla)

aglomerar adecuadamente

• Requerir un aumento en la dosificación de soluciones • Necesidad de utilizar

sustancias aglomerantes

17/04/2017


Lixiviación

17/04/2017


Lixiviación

la participación de las arcillas en las etapas anteriores, proporciona una idea de la importancia que presenta el conocer esta variable para tener control de esta ella; sin embargo, es en la lixiviación donde se presentan la mayoría de los fenómenos ocasionados por estos minerales: •

Tiempo de reacción (desde 40 días para oxidados, hasta 600 días para sulfuros secundarios)

•

Altura de la pila (compresión)

• Tasa

de riego (saturación)

El fracturamiento producto del grado de alteración en el mineral genera una serie de consecuencias favorables o negativas, dependiente del tipo de mineralización.

a)

b)

c)

muestra alterada de baja ley en estado a) seco, b) saturada con agua y c) saturada 24 hrs y comprimida (0,1 kg/cm 2).

17/04/2017


Lixiviación

El fracturamiento producido genera un aumento en la cantidad de material fino, generando una disminución en la granulometría, punto que debiese ser considerado cuando se ajusta el circuito de chancado. Lo anterior puede ser favorable para la lixiviación total de mineralización diseminada, ya que normalmente los clastos de mayor tamaño conservan un núcleo sin reacción al finalizar el proceso de lixiviación, concentrando en estos núcleos el Cu en los ripios. Por otra parte, en el caso de mineralización en vetillas, donde la lixiviación de los clastos de mayor tamaño es en general mejor lograda, el fracturamiento solo perjudicará la porosidad del lecho, generando un nuevo arreglo espacial, disminuyendo la percolación de las soluciones.

a)

b)

Diagrama de clastos de lixiviación correspondientes a cabezas y ripios con mineralización a) diseminada y b) vetillas.

17/04/2017


Lixiviación

Cuando la alteración del mineral es intensa podemos encontrar situaciones donde la distribución granulométrica generada a través de los procesos de chancado y clasificación en harneros, soportando el mineral importantes esfuerzos de compresión y cizalle, puede ser tal que se delamine en forma espontanea y severa. • Saturación del lecho por capilaridad (sobrecarga en el fondo de la pila, • Disminución local de la altura de

compactación)

la pila (aposamientos y sobre-riego en zonas anexas)

• Aumento nivel freático (derrumbe) • Falta de aireación (situación critica en biolixiviación)

a)

b)

c)

Mineral de mena alto en caolín en estado a) humedad ambiente, b) saturado en agua y c) saturado por 24 hrs y comprimida (0,1 kg/cm 2). Varela (2007).

17/04/2017


Lixiviación

A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. •Obstrucción de los microporos y mesoporos • Disminución • Aumento

de la conductividad hidráulica

en la humedad retenida (Cu residual)

a)

b)

c)

Arcilla grupo de la esmectita en estado a) anhidro, b) intercambiando cationes y expandiendo y c) delaminando dando forma a una suspensión coloidal.

17/04/2017

Terzaghi and Peck (1967)

17/04/2017


Lixiviación

Conductividad hidráulica.

Ley de Darcy Permeámetro de Carga Constante: Uso en materiales no cohesivos

K = (V *L) / (A *t *h) V: Volumen percolado en tiempo t L: Altura de mineral A: Área transversal del escurrimiento

t: Tiempo de escurrimiento h:

Carga de agua

17/04/2017

Reactividad de las arcillas en la lixiviación en pila Conductividad hidráulica.

Loudon (1952)

Lixiviación

17/04/2017


Lixiviación


Ley de Darcy Permeámetro de Carga Variable: Uso en materiales cohesivos de baja k.

K = (dt2*L /dc2*t) *Ln h0/hf dt: Diámetro del tubo dt: Diámetro de la columna L: Altura de material

t: Tiempo de la experiencia h0: carga inicial de agua hf : Carga final de agua

17/04/2017


Lixiviación

La figura muestra el posicionamiento de ensayos puntuales realizados a muestras de 3 depósitos en términos de su Conductividad hidráulica y la humedad retenida. Se observa claramente una zonación por depósito, así como diferencias extremas en las variables mencionadas. 40 35 30 % , a 25 d i n e t e r 20 d a d e m 15 u H

10

Deposito 1 Deposito 2

5

Deposito 3

0 1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

Conductividad hidráulica k, cm/seg

1.E-01

1.E+00

17/04/2017


Lixiviación

La utilización de los datos puede tener relación en la definición de una variable hidráulica en los modelos de operación, factibilidad de realización de mezclas e incluso correlaciones con la tasa de riego impuesta. Esta variable debiera ser estudiada junto a la mineralogía de alteración del depósito y la granulometría de la muestra. La tabla muestra la definición del grado de permeabilidad en términos de la conductividad hidráulica medida para suelos.

17/04/2017


Lixiviación

Experiencia visual de expansión en la superficie de un permeámetro de carga variable, se correlacionan la variable humedad retenida y la conductividad hi dráulica.

Relación entre el contenido visual de arcillas expandibles, humedad retenida y conductividad hidráulica, en 400 muestras de cabeza de origen supérgeno. Información secundaria de estudios de conductividad hidráulica.

17/04/2017


Lixiviación


Malla Tyler

-#4

- # 16

- # 40

- # 70

- # 100

Abertura (μm)

4750

1180

425

212

150

Pasante (%)

100,0

56,7

39,4

31,6

28,4

1,6E-03

1,2E-03

) g e s / m 8,0E-04 c ( K

2

R = 0,99 2

R = 0,97 2

R = 0,97

4,0E-04

2

R = 0,99

0,0E+00 0

5

10

15 Horas

20

25

17/04/2017


Re-extracción

La suma de los efectos producto de atrapamientos mecánicos y químicos, pueden generar una disminución importante en la recuperación global de un proceso de lixiviación. La necesidad de aumentar la recuperación, sabiendo que los ripios lixiviados contienen cobre remanente, ha motivado el desarrollo de técnicas de re-extracción. • Lavado (atrapamientos mecánicos) • Elusión (atrapamientos físicos)

De este modo podemos cuantificar en los ripios cuanto mineral no fue extraído a causa de núcleos no reaccionados, mineralización refractaria, atrapamiento físico o químico por intercambio.

17/04/2017


Ripios

Presentaciones Geometalurgia

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