PROCESAMIENTO DE MINERALES

Introducción al procesamiento de

Procesamiento de minerales

Antecedentes ☻El mineral de una operación minera consiste de diversas especies minerales, algunas de ellas de valor comercial (generalmente las menos abundantes) y otras de menor o sin valor relativo (ganga).

☻Estos puedenminerales ser clasificados metálicos o industriales, según suminerales uso. Ciertos puedencomo explotarse para más de un propósito y por lo tanto ser metálicos o industriales según el caso (rutilo, alúmina, por ejemplo). ☻El procesamiento de minerales sigue a la explotación minera con el objetivo de: preparar el mineral para la extracción del metal valioso (menas metálicas) o entregar un producto final (minerales industriales y carbón). ☻Tras el procesamiento, el producto adquiere un valor de mercado y puede transarse. Por lo tanto el procesamiento de minerales genera el primer producto comercializable o con precio y mercado de referencia.


Liberación

ÚTIL MIXTO MIXTO GANGA


Etapas

Procesamiento de minerales según su tipo:  Minerales industriales  Minerales metálicos con metal de interés soluble económicamente (minerales oxidados)  Minerales metálicos con metal de interés insoluble (minerales sulfurados)


Etapas

Minerales industriales

Preparación mecánica mens ona o ♦

formado

Producto


Etapas Minerales industriales

Preparación mecánica ♦

liberación

Separación selectiva ♦

concentración

♦

purificación

Relave

Concentrado

Separación Agua

sólido / líquido

Relave

Concentrado Procesamiento de minerales

Etapas

Minerales metálicos (metal soluble - óxidos)


liberación

♦

exposición

Lixiviación ♦

disolución Separación

sólido / líquido Ripio

Concentración Obtención ♦

precipitación

♦

electro obtención

Metal


Etapas

Minerales metálicos (metal insoluble - sulfuros)


liberación

Separación selectiva ♦

concentración

Re ave

Concentra o

Separación Agua

sólido / líquido Concentrado

Relave Escoria

Fundición / refinería Metal


Operaciones de Conminución


Conminución  La civilización industrial requiere emplear una amplia variedad de tecnologías de conminución, desde el chancado grueso de mineral de mina y de rocas de canteras, hasta la molienda ultrafina para la producción de pinturas, productos farmacéuticos, cerámicos y otros materiales avanzados.

 La conminución es una etapa de gran importancia, ya sea para: (a) producir partículas de un cierto tamaño y forma, (b) liberar minerales valiosos de la ganga para facilitar su concentración o (c) incrementar su área superficial disponible para alguna reacción química.

 Los procesos de conminución se llevan una gran proporción de los costos de capital y de operación de cualquier faena de procesamiento de minerales. El consumo de energía puede ser del orden del 40 - 60% del total de una planta.

 Diversas estimaciones sitúan al costo operacional de la conminución en torno al 50% del costo de operación total. En cuanto a los costos de capital, el rango 20 - 50% representa bien a la mayoría de las operaciones.


Chancado Mina

1,5 m

 El chancado es la primera parte de los procesos de conminución. Generalmente es una operación en seco y usualmente realizada en 1, 2 o 3 etapas.

Chancado Primario

20 cm

 Las colpas del mineral proveniente de as m nas pue en ser an gran es como 1,5 m y el producto final requerido variará, según sea la aplicación de que se trate, entre 20 cm y 7 mm.

Chancado Secundario

5 cm

Chancado Terciario

1 cm Procesamiento de minerales

Chancado 

Chancado Primario

Los chancadores primarios son maquinas de trabajo pesado, usados para  reducir de tamaño al mineral proveniente de la mina (run-of-mine), hasta un tamaño apropiado para su transporte y posterior tratamiento. Estos equipos son operados siempre en circuito abierto, con o sin parrillas separadoras previas.

 Para realizar el chancado primario hay básicamente dos tipos de equipos: chancadores de mandíbulas y chancadores giratorios (aunque también existen los chancadores de impacto, de uso muy limitado y para aplicaciones específicas).


Chancado 

A

Chancador de Mandíbulas

Los chancadores de mandíbula operan comprimiendo las rocas entre dos placas (mandíbulas), una fija y la otra móvil, montadas en ángulo agudo. La mandíbula móvil está pivoteada y se mueve como un péndulo contra la que está fija.

P

Si se monta un cono en el extremo superior de un eje vertical y se mantiene estacionaria la punta mientras que su extremo inferior rota excéntricamente, el cono se moverá excéntricamente. Al rotar se acercará y alejará de la paredes, chancando cualquier roca atrapada en su interior.

El giratorio chanca en todo el ciclo, no como el de mandíbulas, por lo que tiene una mucho mayor capacidad a igual abertura. Para tamaños de alimentación y producto dados, el giratorio tendrá 3 a 4 veces mayor capacidad .

P

Chancado 

Chancado Secundario / Terciario



En el chancado fino el chancador de conos es el equipo utilizado en todas las aplicaciones con roca dura. La principal diferencia con el giratorio radica en que el eje del cono (más corto) no está suspendido, sino que está sujeto en un soporte universal curvo bajo el cono.

 El chancador de conos estándar es el más utilizado como secundario y el chancador de conos de

cabeza corta (short head) el más usado como terciario. Ambos difieren principalmente en la forma de sus cámaras. Chancador de Conos Estándar

Chancador de Conos Short Head


Harneo La separación por tamaños de minerales es una de las operaciones más usadas a nivel industrial. Entre las alternativas disponibles destaca el harneo, el que se realiza mediante el uso de equipos (harneros) que separan mediante mallas, de abertura h, sostenidas en bandejas, al material de tamaño superior a la abertura de la malla (sobretamaño, GSO) de aquel de tamaño inferior a la misma (bajotamaño, GSU).

GSA fiA El harneo se realiza con materiales relativamente gruesos, ya que la eficiencia decrece rápidamente con la fineza. Los harneros para finos son muy frágiles y caros y tienden a loquearse b (enceguecimiento) fácilmente con partículas retenidas en las aberturas de las mallas.

Harnero

h

GSO fiO

GSU fiU


Harneo Funciones:

♦ Evitar la entrada del bajotamaño a los chancadores, con el fin de incrementar su

capacidad y eficiencia. ♦ Preparar una alimentación, en un rango granulométrico estrecho, para algún

proceso de concentración posterior. ♦ Generar un producto final de granulometría estricta, en aquellos casos (minerales

industriales, ornamentales, de construcción, etc.) donde el tamaño es parte importante de la especificación del producto.

Entre los harneros más usados para el procesamiento de minerales, destacan los recíprocos y los vibratorios. En los primeros se emplea un movimiento giratorio horizontal, por medio de un eje rotatorio desbalanceado. Los harneros vibratorios son los más ampliamente usados y en su accionar se induce la vibración vertical, preferentemente, por la acción directa de un electro-imán.

Auxiliares

Acopio


Auxiliares Correas transportadoras


Circuito de Chancado Típico Chancado 1º

Chancado 2º

Chancado 3º

Harnero

Acopio Acopio


Molienda  La molienda es la segunda parte de los procesos de conminución. Generalmente es una operación en húmedo y usualmente realizada en 1 o 2 etapas.

 El

mineral chancado proviene normalmente de las etapas de chancado primario o terciario (con granulometrías del orden de 20 cm o 1 cm) y el producto , liberación requerida del mineral de que se trate, entre 100 y 300 µm. La reducción de tamaño se realiza mediante la combinación de los mecanismos de impacto y abrasión, en tubos cilíndricos o cilindrocónicos llamados molinos rotatorios.


Molienda En el interior del molino se utiliza una carga de medios de molienda que se mueven libremente y que, por la fuerza centrífuga generada en la rotación del molino, se elevan en la dirección de la rotación y caen por acción de la gravedad. La energía potencial, Ep =

m g h, es la energía

principal utilizada en moler el mineral.

Molino de bolas

Molino semi-autógeno (SAG)


Molienda  Molienda convencional unitaria

P

Molino de Bolas


Molienda  Molienda SAG (SABC-B)


Clasificación Rebose u overflow

 Hidrociclón

Do

Es un tubo cilindro-cónico que se conecta

A

Dc

al exterior por tres orificios: su boca de alimentación o inlet (Di), un tubo axial que sale de la parte superior de la sección

Di

cilíndrica llamado vortex finder (D ) la abertura de la parte cónica en su ápice llamada apex (Du).

Du Descarga o underflow


Clasificación

La pulpa de alimentación se introduce a presión (5 - 15 psi) en el tubo de alimentación con forma de involuta, lo que ocasiona un movimiento en espiral de la pulpa y genera un vórtice con una zona de baja presión en torno al eje vertical del equipo. El movimiento interior de cada partícula en el ciclón, será la resultante de un balance de fuerzas entre la fuerza centrífuga que la lleva hacia la pared y la fuerza de arrastre que la lleva hacia el centro.

centrífuga mayor que la de arrastre, por lo que se irán preferentemente hacia la pared siendo descargadas por el apex. Las de masa menor reciben una fuerza centrífuga menor que la de arrastre y como resultado se irán preferentemente hacia el centro, siendo arrastradas por el vórtice y saliendo a través del vortex finder. El hidrociclón clasifica entonces por masa, pero en ella afecta mucho más el tamaño que la densidad (exponente 3 vs exponente 1), por lo que es posible utilizar este equipo como clasificador por tamaños.

Concentración de minerales


Métodos de concentración P ro p ie d a d Apariencia, color, brillo, radioactividad, etc.

Proceso Sorting

Gravedad específica

Concentración Gravitacional

Gravedad específica

Separación por medios densos

Medio Generalmenteenseco Generalmente en húmedo En húmedo, en un medio denso

Susceptibilidad magnética

Concentración magnética

En seco o en húmedo

Conductividad

Separaciónelectrostática

Enseco

Físico – química: mojabilidad, hidrofobicidad

Flotación

Enhúmedo


Selección (Sorting)

Radiometría Ejemplo: U3O8 Gs = 100 t/h d = 1” – 6”

Selección Radiométrica basado en la emisión de rayos gamma

Concentración gravitacional: Jigs Estado Inicial

A ua

Impulsión

Partículas:

Se expande el lecho de

Pesada y Livianas

Partículas Pesada y Livianas Agua

Harnero

Harnero

Succión

Partículas: Pesada y Livianas A ua

Harnero


Jigs Baum

Alimentación

Concentrado Carbón (liviano)

Relave (pesado)


Jigs Jigs pulsado para tratamiento de oro aluvial


Concentración magnética  Separación Magnética en Húmedo – Baja Intensidad

Equipos: separadores tipo tambor (los más usados) o de correa. Los separadores de tambor tienen de 4 a 7 polos alternos de posición fija. Sus diámetros típicos son 24”, 30” y 36” y sus largos corresponden a 1,5 - 3 veces el diámetro. Las capacidades más usuales van entre 15 – 25 m3/h / pie de largo del tambor.

Usos: concentración de arenas ferromagnéticas (magnetita y ferrosilicio) y para la concentración de minerales ferromagnéticos que requieren molienda fina. Rango de tamaños de partículas de 80 µm a 5 mm. Cp = 20 a 55%.


SEPARACIÓ ELECTROSTÁTICA


Variables Alimentación (GSA, LAi)

COCETRACIÓ

Relave (GSR, LRi)

Concentrado (GSC, LCi)

Leyes de los productos

Li [%, g/t]

Recuperación metalúrgica

Ri

[%]

=

GSC LCi GSA LAi

100

=

(L (L

Ai

Ci

−

LRi ) LCi

−

LRi ) LAi

100


Recuperación – ley de co ncentrado Se trata de maximizar estos valores, pero en la práctica se debe optar por valores que maximicen el "óptimo económico" del proceso, ya que se relacionan de manera inversa.

Ri [%]

LCi [%] Procesamiento de minerales

Principales minerales en Chile en concentración Mineral

F ó r mu l a

M et al [%]

Gravedad Específica

Respuesta Magnética / electroestática

Calcopirita

CuFeS2

34,6% Cu

4,1 – 4,3

NM / C

Calcosina Bornita Covelina Enargita Tenantita Tetrahedrita Magnetita Molibdenita Blenda

Cu2S Cu5FeS4 CuS Cu3AsS4 Cu12As4S13 Cu12Sb4S13 Fe3O4 MoS2 ZnS

79,8% Cu 63,3% Cu 66,5% Cu 48,4% Cu 51,6 % Cu 45,8 % Cu 72,4% Fe 60,0% Mo 67,1% Zn

5,5 – 5,8 5,0 – 5,2 4,6 4,4 4,4 – 4,5 4,4 – 5,1 5,2 4,7 – 5,0 3,9 – 4,1

NM / C NM / C NM / C P/C P/C P/C F/C NM / C P/C

Galena Pirita Cuarzo

PbS FeS2 SiO2

86,6% 46,7% Pb Fe 46,8% Si

7,4 4,9 – – 7,6 5,2 2,7

NM NM // C C NM / NC


Flotación de minerales


Flotación

 La concentración por flotación se efectúa aprovechando las diferencias en las propiedades fisicoquímicas de las especies mineralógicas que se desee separar. Lo característico de esta operación es que las especies mineralógicas mantienen su identidad.

 Si la mena contiene cantidades significativas de más de un mineral va oso, a na a e a concen rac n e m nera es es, por o genera , separarlos, obteniendo así más de un concentrado. Si están presentes minerales indeseables, que puedan interferir con los procesos subsecuentes de refinación o que generen problemas de contaminación o que afecten la calidad del producto, es necesario extraerlos en la etapa de separación.


Flotación En relación con su afinidad con el agua, los minerales pueden presentar propiedades hidrofóbicas (sin afinidad) e hidrofílicas (con afinidad), que determinan su flotabilidad natural. Esto está directamente relacionado con su polaridad. Se tiene así: • Minerales Apolares: Son hidrofóbicos (no reaccionan con los dipolos del agua), ejemplo: azufre nativo, grafito, molibdenita y otros sulfuros. En estos minerales su estructura es simétrica, no intercambian electrones dentro de sus moléculas, no se disocian en iones, son en general químicamente inactivos con enlaces covalentes. • Minerales Polares: Son hidrofílicos (los sólidos tienen la capacidad de hidratarse), ejemplo: los óxidos. En estos minerales su estructura es asimétrica, intercambian electrones en la formación de enlaces (enlace iónico) y tienen extraordinaria actividad química en general.

Procesamiento de Minerales

Flotación 

Separación selectiva de minerales

Se produce, al coexistir las fases líquida y gaseosa, ya que las partículas hidrofóbicas “preferirán” adherirse a la fase gaseosa en vez de la líquida, mientras que las demás permanecerán en la fase líquida. Las burbujas con partículas adheridas, con una densidad conjunta menor que la del líquido, ascenderán, pasando a la espuma.

s um a Concentrado Hidrofóbica

Hidrofílica

Pulpa Relave Alimentación


Flotación El agregado burbuja – partículas debe lograr mantenerse tras su paso a la superficie de la pulpa. Obstaculiza este paso la tensión superficial del líquido que debe por tanto ser disminuida. El conjunto de agregados burbuja – partículas, en la superficie, debe adquirir la forma de una espuma estable para posibilitar su remoción.

Espuma


Flotación REACTIVOS DE FLOTACIÓ Se clasifican en tres grupos principales: 

Colectores:

Su función principal es la de proporcionar propiedades hidrofóbicas a las superficies de los minerales.  Es

umantes:

Permiten la formación de una espuma estable, de tamaño de burbujas apropiado para llevar los minerales al concentrado. 

Modificadores:

Sirven para crear condiciones favorables en la superficie de los minerales, principalmente para el funcionamiento selectivo de los colectores. Procesamiento de Minerales

Flotación 

Colectores

Compuestos orgánicos cuya función es tornar hidrofóbicas las superficies de los minerales. Los más comunes son iónicos siendo compuestos heteropolares solubles en agua. Su grupo polar es la parte activa que se adsorbe (física o químicamente) en la superficie de un mineral. La parte apolar se orienta hacia la fase líquida, sin interactuar con ésta.

Colector colector

Parte Apolar

líquido

mineral Parte Polar Procesamiento de Minerales

Flotación 

Espumantes

Son reactivos orgánicos de carácter heteropolar. Análogos a los colectores iónicos en su estructura, su diferencia radica en el carácter del grupo polar que en los colectores es activo para reaccionar con la superficie de los minerales, mientras que en los espumantes es un grupo con gran afinidad con el agua (OH-). Permiten la formación de una espuma estable y burbujas de tamaño apropiado para llevar los minerales al concentrado.

espumante espumante Líquido Gas

Parte Apolar Parte Polar Procesamiento de Minerales

Flotación 

Etapas de flotación

Como se planteó en la introducción, las leyes de los productos y la recuperación metalúrgica son parámetros que se trata de maximizar, pero en la práctica se debe optar por valores que maximicen el "óptimo económico" del proceso.

Ri [%] especializar diferentes etapas del proceso, destinadas a maximizar uno de los dos factores, con el fin de alcanzar un objetivo global

LCi [%]

técnico – recuperación concentrado.

económico y ley

de de


Flotación  El mineral proveniente de la conminución es alimentado a una primera etapa

de flotación rougher o primaria. Maximización de la recuperación (relave libre de especies de interés).  El concentrado obtenido de la

etapa anterior, requiere de una etapa previa de remolienda de concentrados, antes de seguir a una segunda etapa de flotación e mp eza o c e a ne r . Maximización de las leyes de concentrado.  El relave de la limpieza suele

ser retratado en una flotación scavenger o de barrido . Maximización de la recuperación.


Flotación ♦ Cuando se tiene más de una especie mineralógica de interés y se pretende

obtener diferentes productos comercializables, es necesario introducir más de un circuito como los ya descritos, con la finalidad de realizar eficientemente la separación selectiva entre ellos.

A

Flotación Colectiva CC

T

Flotación Selectiva

C2

C1 Procesamiento de minerales

Flotación Ejemplos en que se requiere más de una planta de flotación, son la concentración de minerales sulfurados de cobre y molibdeno y la concentración de minerales poli metálicos.

Reactivos

Mineral de molienda

FLOTACIÓ COLECTIVA Cu - Mo

Concentrado colectivo

Relave

FLOTACIÓ SELECTIVA de Mo

Colector + aHS

Concentrado de Cu

Concentrado de Mo Procesamiento de minerales

Flotación 

Equipos de flotación

Una máquina de flotación consta principalmente de un reactor, que recibe el nombre de celda de flotación, donde se produce: el contacto burbuja partícula, la adhesión entre ellas y la separación selectiva de especies. Cualquier celda de flotación debe ser capaz de:

•

.

• Posibilitar la incorporación de gas (aire). • Disponer de una zona sin turbulencia, para formación y remoción de la espuma.

• Ser adecuada a las necesidades de recuperación y/o calidad (ley) del concentrado.

• Permitir la variación de algunos parámetros operacionales (flujo de aire, nivel, etc.). Procesamiento de minerales

Flotación Las celdas de flotación se clasifican en dos grandes familias: Celdas mecánicas y Celdas neumáticas.  Celdas mecánicas o convencionales

Son las más comunes y las más usadas en la industria. Se caracterizan por tener un impulsor o agitador mecánico (rotor o impeler). Alrededor del eje del rotor se tiene un tubo concéntrico hueco que sirve de conducto para el ingreso del gas al interior de la pulpa, lo que ocurre en el espacio entre el rotor y un estator o difusor, donde es dividido en pequeñas burbujas (1 - 3 mm).


Flotación Según el tipo de aireación se tiene:

• Celdas auto aireadas, que utilizan el vacío creado por el movimiento del rotor para inducir o succionar el aire desde la atmósfera hacia abajo, por el tubo concéntrico alrededor del eje del rotor.

• Celdas con aire inyectado, que reciben el aire desde un soplador. Las celdas de flotación son operadas usualmente en serie, con la pulpa fluyendo e una ce a a a s gu en e, con compuer as a na e un grupo e ce as y entregando parte del mineral flotable en cada una de las celdas. La pulpa que se descarga desde la última celda es la cola o relave.


Flotación  Celdas columnares

Las celdas de columna son los equipos neumáticos más usados, en especial en etapas de limpieza de concentrados, debido a las mejores leyes que es capaz de producir, aunque con menores recuperaciones. Típicamente tienen una altura de 9 a 15 m (la gran mayoría del orden de 13 m) y son de sección cuadrada o rectangular. La pulpa de alimentación entra por debajo de la interfase pulpa espuma, descendiendo y encontrándose en contra corriente con las burbujas. Las partículas flotables se adhieren a las burbujas y son transferidas a la espuma. El agua de lavado limpia la espuma de partículas de ganga arrastradas mecánicamente.


S eparación Sólido - Líquido


Separación sólido - líquido 

Etapas de separación sólido - líquido

Aunque existen otros métodos alternativos (centrifugación) y/o complementarios (secado), dos son las etapas principales utilizadas en la separación sólido – líquido: el espesamiento y la filtración. ♦ Espesamiento

Su principio es la sedimentación de las partículas como base de la separación, la cual puede acelerarse con la adición de reactivos llamados floculantes. ♦ Filtración

La pulpa se pone en contacto con un material poroso, a través del cual se hace fluir el líquido, el que se extrae gracias a la presión fluidoestática mediante succión o presión dada por un dispositivo mecánico adecuado.


Separación sólido - líquido En el procesamiento de minerales se utiliza normalmente una combinación de ambos métodos, en el orden siguiente:

Pulpa (Cp: 30 – 45%)

Espesamiento Relaves

Agua

Concentrados

Pulpa (Cp: 55 – 65%)

Filtración Disposición de relaves

Agua

Mineral (humedad: 8 - 15 %)


Espesamiento La sedimentación de una suspensión de partículas sólidas deja un líquido clarificado y una pulpa espesa que, en el caso de los concentrados, requiere de una etapa posterior de filtración.

La separación por sedimentación o Espesamiento, es la técnica de separación sólido - líquido más utilizada en el procesamiento de minerales, debido a que es un proceso de alta capacidad y de costo relativamente bajo. La separación se realiza en equipos llamados Espesadores.


Espesamiento Estanques de gran diámetro y de poca profundidad relativa, donde se separa un líquido claro por rebose en su parte superior y una pulpa con alta concentración de sólidos por descarga en el fondo del estanque. En el interior del estanque existe uno o más brazos radiales (rastras) que giran a baja velocidad. De cada brazo están suspendidas una serie de aspas diseñadas para arrastrar los sólidos sedimentados hacia la salida central. Sistema motriz

Alimentación

Rebose

Pozo de alimentación

Rastras

(líquido)

Descarga (pulpa más densa)

Espesadores Los diversos tipos de espesadores difieren según el método de soporte del mecanismo de las rastras, la forma de alimentación, la forma de las rastras, la adición de floculante, etc. En general, se clasifican en espesadores: • Convencionales • De alta capacidad

• De alta densidad

Espesadores de alta capacidad


Espesadores de alta densidad


Filtración La filtración es un proceso que separa sólidos de líquidos, usando un medio poroso que retiene el sólido pero permite pasar el líquido. Posibilita esta separación la diferencia de presión que existe entre la alimentación y la cara posterior del medio filtrante. El medio filtrante actúa como soporte del queque. Las capas iniciales del queque proporcionan el verdadero filtro. Filtros de vacío: se aplica vacío en la cara posterior .

Filtros

de

presión:

se

aplica una presión positiva en la alimentación al filtro.


Filtros de vacío En general su estructura considera un medio filtrante soportado sobre un sistema de drenaje, debajo del cual la presión se reduce al conectar un sistema de vacío. Los filtros pueden ser intermitentes o continuos, siendo estos últimos los de uso más común.

Filtro de tambor

Filtro de discos

Filtros de vacío Filtro Horizontal de Banda o Correa

Filtro cerámico

Filtros de presión Filtro de placas verticales

Filtro de placas horizontales

Filtros de presión Filtros hiperbáricos

El equipo consiste en un filtro de discos, de tambor, de banda o cerámico; inmerso en una cápsula presurizada.


PROCESAMIENTO DE MINERALES

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