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MINERALES, SOLUCIONES Y EQUILIBRIO TERMODINAMICO

GEOMETALURGIA APLICADA A LA OPTIMIZACION DEL BENEFICIO DE LOS RECURSOS MINEROS

Dr. Patricio Navarro DonosoConsultor Intercade

MODULO

Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

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TIPOS DE MINERALES Y ESPECIES MINERALOGICAS


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Qu son los minerales?Se han enunciado distintas definiciones del trminomineral, cada una de las cuales tiene sus ventajas ydesventajas. La ms aceptada actualmente establece losiguiente:

Los slidos inorgnicos, de origen natural, quepresentan una composicin qumica ms o menosconstante y una estructura cristalina definida sondenominados minerales.

INTRODUCCION


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Es un slido natural, inorgnico y homognea que poseeuna composicin qumica y estructura atmicacaracterstica. Por lo tanto se caracteriza de la siguientemanera: Es un slido cristalino. Est formado por procesos. Es un material inorgnico. Posee una estructura interna ordenada. Posee una composicin qumica definida.

Estos pueden ser compuestos qumicos o de un soloelemento qumico (elemento nativo) regidos por la ley delocteto.

MINERAL


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Los minerales se desarrollan por diversos procesos:

1. Mediante solidificacin de lquidos2. Precipitacin a partir de soluciones3. Condensacin de gases4. Recristalizacin en estado slido

La cristalizacin es un proceso exotrmico. Cada mineralse forma bajo condiciones fsico-qumicas determinadas. Siestas cambian, algunos minerales quedan inmutables; perola mayora se vuelven inmutables, se destruyen o ceden ellugar a otros ms estables (meteorizacin).


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En la corteza terrestre se concentra el 99% de minerales,del cual 46.6% es O2, 28,2% es Si, 8.2% es Al, 5.6% es Fey 4.2% es Ca; por otra parte, se encuentran en menoresporcentajes el Na, K, Mg, Ti y P.La clasificacin de los minerales se establece bajodiferentes criterios: qumico, fsico, gentico, estructural ycristaloqumico; este ltimo es el mas utilizado en alactualidad.Por criterios estructurales, los minerales se subdividen enclases y subclases, despus en grupo, series o familiashasta llegar a la unidad fundamental especie mineral. unaespecie mineral puede presentarse en variedades.


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CLASIFICACION QUIMICA DE MINERALES

ELEMENTOS COMPUESTOS

NO MINERALES

Elementos

CobreDiamanteOroGrafitoHierroPlatinoPlataAzufre

CasiteritaCorindnHematitaMagnetite

CalcocitaGalenaPiritaEsfalerita

CalcitaDolomitaMagnesita

AnhidritaYeso

CuarzoFeldespatosMicasPiribolesOlivino

ELEMENTOS SULFUROS CARBONATOS SULFATOS SILICATOSOXIDOS

Elementos +Oxgeno

Elementos +Azufre

Elementos +(CO )

Elementos +(SO )

Elementos +(SiO )

INORGANICOS ORGANICOS

OTROSMINERALES

3 4 42- 2- 4-


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TIPOS DE MINERALES Elementos nativos

El oro, el platino, el cobre, la plata, el mercurio, el plomo,el hierro, el grafito, el diamante y el azufre

Sulfuros y sulfosales Sales de los iones sulfuro, seleniuro, antimoniuro,

arseniuro y telururo Halogenuros

Sales de los elementos halgenos actuando con carga -1;es decir, los fluoruros, cloruros, bromuros y yoduros.

xidos e hidrxidos Combinaciones de los cationes, generalmente metlicos,

asociados al ion oxgeno o a grupos hidroxilos.


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Carbonatos, nitratos y boratos La calcita (carbonato de calcio), los nitratos y los

boratos, por su alta solubilidad solo puedenencontrarse en altas concentraciones en las regionesms ridas que se acumulan en las depresiones porevaporacin de lagos efmeros.

Sulfatos, teluratos, cromatos, molibdatos ywolframatos De este grupo, solo los primeros tienen amplia

distribucin, mientras que los dems constituyencuriosidades mineralgicas.

Fosfatos, arseniatos y vanadatos Se destaca entre estos el apatito (fosfato de calcio),

pero tampoco este grupo est demasiado difundido.


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Metal Mena mineral Composicin % de metal Oro Oro nativo Au 100

Calaverita Te2Au 39 Silvanita Te2(Au,Ag) --

Plata Plata nativa Ag 100 Argentita Ag2S 87 Cerargirita AgCl 75

Hierro Magnetita Fe3O4 72 Hematita Fe2O3 70 Limonita Fe2O3-H2O 60 Siderita FeCO3 48

Cobre Cobre nativo Cu 100 Bornita Cu5FeS4 63 Brochantita CuSO4-3Cu(OH)2 62 Calcosita Cu2S 80 Calcopirita CuFeS2 34

Covelina CuS 66 Cuprita Cu2O 89 Enargita 48 Malaquita CuCO3Cu(OH)2 57 Azurita 2CuCO3Cu(OH)2 55

Crisocola CuSiO32H2O 36

LISTADO DE MINERALES MAS COMUNES


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Plomo Galena PbS 86 Cerucita PbCO3 77 Anglesita PbSO4 68

Zinc Blenda ZnS 67 Smithsonita ZnCO3 52 Hemimorfita ZnSiO5H2 54 Cincita ZnO 80

Estao Casiterita SnO2 78 Estannita Cu2SFeSSnS2 27

Nquel Pentlandita (Fe, Ni)S 22 Garnierita (Ni,Mg)SiO3H2-H2O --

Cromo Cromita Cr2FeO4 68 Manganeso Pirolusita MnO2 63

Psilomelana Mn2O3-xH2O 45 Aluminio Bauxita Al2O3-2H2O 39 Antimonio Estibina Sb2S3 71 Bismuto Bismutita Bi2S3 81 Cobalto Esmaltita CoAs2 28 Mercurio Cinabrio HgS 86 Molibdeno Molibdenita MoS2 60

Wulfenita MoPbO4 39 Wolframio Wolframita WO4(Fe,Mn) 76

Huebnerita WO4Mn 76 Scheelita WO4Ca 80


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Clase Nombre Composicin Oxidos Cuarzo SiO2

Bauxita Al2O3-2H2O Limonita Fe2O3-H2O

Carbonatos Calcita CaCO3 Dolomita (Ca,Mg)CO3 Siderita FeCO3 Rodocrosita MnCO3

Sulfatos Baritina BaSO4 Yeso CaSO4 H2O

LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES


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Silicatos Feldespato Granate Rodonita MnSiO3 Clorita Minerales arcillosos

Varios Fluorita F2Ca Apatita (Fca)(PO4)3Ca4 Pirita FeS2 Marcasita FeS2 Pirrotita Fe1-xS Arsenopirita FeAsS

LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES


14PRINCIPALES MINERALES EN LA CORTEZA

TERRESTREGrupo Mineral FrmulaSilicatos Cuarzo SiO

KA1Si O

AlFe

FeSFbS

NaC1CaF

CaSO 2H O

CaCOCaCO -MgCO

OO

Olivina (MgFe) SiOFeldespato de K(ortoclasa)

Oxidos CorinonMagnetita

Carbonatos CalcitaDolomitaPiritaGalenaYeso

HalitaFluorita

Sulfuros

SulfatosHaluros

2

2

3

2

33 3

2

2

4

3

4

3 8

2 4


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Oro minerals: from rocks rich in Specificeconomic metals (minerals).Oxides, Sulfides, Silicates, NativeMetals (Phosphates, Salts).Ore deposits: economically Recoverablemineral deposits.Bi - products: are elements dispersed inore minerals Ga, In, Ge from Mining Aland Zn ores.


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IMPORTANT SILICATE MINERALS


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Strong bonds between oxygen and metals Resistant to further chemical attack and generally form

strong, hard minerals. Many important ore minerals

- Fe, Ti, Zr, Cr, U

Hematite: Fe2O3 Magnetite: Fe3O4

~ 98% of iron oreise used to make steel

Spinel: MgAl2O4- Important to mantle

OXIDOS

Banded iron formation


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Copper (Cu) Gold (Au) Silver (Ag)

Platinum ( Pt) Mercury (Hg)

Arsenic (Bi)

Carbon (C) Sulfur (S)

Usually impure to a few percent Generally, only used as mineral specimens

NATIVE ELEMENTS

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SULFIDES

Cmpounds containing Sulfur as S2- Chief ores of many metals: Cu, Zn, Ni, Mo

Pyrite (fools gold) FeS Galena PbS Cinnabar Hgs


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Include bonded halogen atom

Halite NaCI *What ion commonly substitutes into hatite?

Fluorite CaF2 Fluorescent (Rarely) thermoluminescen Main source of fluorite

HALIDES

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PHOSPHATES Contains (PO4)3- Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,CL)

Same as stuff in bones, teeth

Major agricultural chemical (fertilizer) Used in laundry detergent Can goven biotic growth rates

abrupt changes when introduced to water


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ORO Y PLATAEl oro al igual que la plata es encontrado en estado puro. Seextrae de las siguientes fuentes: en las vetas de oro,generalmente acompaado de cuarzo; el oro de aluvin,y comoproducto derivado de otras industrias manufacturadas, como ladel cobre, estao y zinc.

El oro est enlazado genticamente con las intrusiones cidas.El ms caracterstico es el de origen hidrotermal en los filonescuarcferos, donde va acompaado de la pirita, la arsenopirita,la galena, las menas grises, la calcopirita, la bismutina, lostelridos.

Adems, el oro se encuentra en las menas de los yacimientosde polimetales, en el cobre, en el plomo, en el hierro, en eluranio y en otras; de las cuales se extrae simultneamente.

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Cristales de oro puroOro natural

Pepita de oro puro


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PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS MINERALES

Los minerales presentan una gran variedad depropiedades que los caracterizan. Muchas de estascaractersticas permite poder separarlos, concentrarlosy obtener concentrados de alta ley.

Principales caractersticas de los minerales

Dureza Peso especfico Color Solubilidad Insolubilidad

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Otras caractersticas

Minerales magnticos

Minerales de alto y bajo punto de fusin

Minerales de baja y alta ley

Minerales de valor comercial

Minerales estratgicos


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PROCESOS DE CONCENTRACION DE MINERALES E IONES DISUELTOS

Los principales procesos de concentracin deminerales y elementos disueltos en solucin acuosason los siguientes:

Concentracin magntica Concentracin gravitacional Flotacin Lixiviacin Fusin Extraccin por solventes Carbn activado Resinas de intercambio inico

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ETAPAS PREVIAS A LAS ETAPAS DE CONCENTRACION

Las etapas previas a cualquier proceso de concentracinde minerales y/o concentracin de elementos disueltos ensoluciones acuosas son las siguientes:

Etapas de chancado: chancado primario, secundario yterciario

Etapas de molienda: molienda primaria (barras), moliendasecundaria (bolas) y molienda semiautgena (SAG).


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En una planta de procesamiento de minerales, lareduccin de tamaos o conminucin del mineral serealiza en una secuencia de etapas.

Etapa Subetapa Rango tamao(solo referencial)Consumo de

energaKWh/t

Chancado

Primario de 100 a 10 cm 0,3 a 0,4

Secundario de 10 a 1 cm 0,3 a 2

Terciario de 1 a 0,5 cm 0,4 a 3

MoliendaPrimario de 10 a 1 mm 3 a 6

Secundario de 1 a 0,1 mm 4 a 10

ETAPAS

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CIRCUITO ABIERTO DE CHANCADO


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CIRCUITO CERRADO DE CHANCADO

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LAS TRES ETAPAS CLASICAS DE CHANCADO ANTES DE LA MOLIENDA

Primary CrushingSecundary Crushing

Tertiary Crushing

Wet or Dry grinding


32CIRCUITOS DE 1 Y 2 ETAPAS DE CHANCADO

ANTES DE LA MOLIENDA

Primary crushing

Primary crushing

Primary crushing

Primary grinding

Secondary crushing

Primarygrinding

Primarygrinding

Secondarycrushing

Straight on

Pre-CrushingOf critical

sizes

CrushingOf critical

Sizes fromMill discharge

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Primary crusher

Muckpile

Stockpile Screening

Secondarycrushing

Tertiarycrushing

SecondaryCyclones

PrimaryCyclones

Primary ball mill Secondary ball mill

OPTION 1: THERE STAGE CRUSHING + BALL MILLS

0.1 kWh/t

1.0 kWh/t

10 kWh/t


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OPTION 2: SAG+ BALL MILLS

Primary crusher

Muckpile

Stockpile

Cyclones

SAG

0.1 kWh/t

2.0 kWh/t

10 kWh/t

Ball mill

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Agua

AguaMolino SAG

Harnero

Batera

Hidrociclones

OTROS CIRCUITOS DE MOLIENDA SAG


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Agua

Agua

Molino SAG

Chancador

de Pebbles

Harnero

Batera

Hidrociclones

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Agua

Agua

Molino SAG Molino de Bolas

Batera

Hidrociclones


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Agua

Molino SAG

Molino de Bolas

Chancador

de Pebbles

Batera

Hidrociclones

Agua

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39

Chancador

de Pebbles

Molino SAGMolino de Bolas

Batera

HidrociclonesAgua

Agua


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Circuitos de tratamiento de minerales de oro y plata

Actualmente, las dos alternativas principales para eltratamiento de minerales de oro conducen a laproduccin de cemento de oro y plata, precipitacin deoro y plata electroltica.

En los diagramas que se muestran a continuacin, seobserva las principales etapas que involucran estosprocedimientos.

DIAGRAMAS DE FLUJOSDE PROCESOS

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PULPABARREN

REACTIVACION DEL CARBON

REDUCCION DE TAMAO

CIANURACION

ADSORCION CON CARBON

DESORCION

ELECTRODEPOSICION

FUNDICION

REDUCCIONDE TAMAO

CIANURACION

FILTRADO Y LAVADO

BARREN SOLIDOS

CLARIFICACION

DECANTACION

PRECIPITACION Au - Zn

FILTRADO

CALCINACION/FUNDICION

BULLION


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Los procesos modernos en el tratamiento de minerales deoro son los procesos CIP y CIL (carbn en pulpa y carbnen lixiviacin).

Los aspectos relevantes de estos procesos son lossiguientes: Evitan los circuitos de lavado en contracorriente. Permiten tratar minerales de oro que contienen materia

carboncea u orgnica. Bajan los costos de inversin y operacionales.

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Carbn en columna (CIC)

CARBON EN COLUMNA

LIXIVIACION ENPILAS

AGUA, CALY CIANURO

CARBON ENCOLUMNA REGENERACION

DEL CARBON

DESORCION DELCARBON

ELECTROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA

SOLUCION DEELUCION

METAL DOREAL MERCADO

Carbn descargado

Carbn activadoSolucin de Lixiviacin

Carbn cargadoSolucin descargada

Solucin concentrada

Oro electroltico

MINERAL


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Carbn en pulpa (CIP)

CARBON EN PULPA

MINERAL

CARBON EN PULPA

REGENERACIONDEL CARBON

DESORCION DELCARBON

ELETROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA

SOLUCION DE ELUCION

PULPA ADESCARTE

Solucin concentrada

Carbn cargado

Carbn descargado

Carbn activado

Oro electroltico


LIXIVIACION POR AGITACION

REPOSICION DE CIANURO AGUA Y CAL

Pulpa

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CARBON EN LIXIVIACION

Carbn en lixiviacin (CIL)MINERAL

CARBON ENLIXIVIACION

POR AGITACIONREGENERACION

DEL CARBON

ELECTROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA

SOLUCION DEELUCION

PULPA ADESCARTE


Oro electroltico

Solucin concentradaCarbn descargado

Carbn cargado

Carbn activadoAGUA, CALY CIANURO

DESORCION DELCARBON


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CARBON EN PULPA

CarbnFresco

Pulpa aDescarte

CarbnCargado

Pulpa aCianurar

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CARBON EN LIXIVIACION

CarbnFresco

Pulpa aDescarte

CarbnCargado

Pulpa aCianurar


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Generalmente, la hidrometalurgia del cobre se desarrolla entres etapas sucesivas:

La primera etapa es conocida como lixiviacin y consisteen la disolucin selectiva del cobre en una solucin cida,desde los minerales que los contienen.

En la segunda etapa, se realiza la purificacin yconcentracin de la solucin.

CIRCUITOS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE COBRE

VIA HIDROMETALURGIA

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En la tercera etapa, se recupera selectivamente elcobre disuelto en el medio acuoso, generado por laelevada concentracin de cido sulfrico. En el casodel cobre, a travs de electroobtencin.

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