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Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera
Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM
Antofagasta, Mayo de 2013
Profesor: Andrés Reghezza I.
HidroGeoMetalurgia®
Hidrometalurgia:
Conjunto de procesos que se desarrollan en medio acuoso
HidroGeoMetalurgia
Gestión de un negocio Hidrometalúrgico, integral: de mina
a cátodo.
Cumplimiento programas de producción !
Calidad del producto !
Costos !
GESTION DE NEGOCIO
Aseguramiento programas de producción.
• Un antes y después de la Geometalurgia
• Confianza del dueño
• Cumplimientos Ambientales
… “Una producción armónica con el medio ambiente”
La Geometalurgia nos debe alertar respecto
al contenido de impurezas en la MENA , y
sus impactos en la calidad del producto
mañana…
IMPUREZAS LÍNEA HIDRO: IMPACTO EN LA LINEA PRODUCTIVA
Impureza Aglom. Lix. Qca. Biolix. SX EW Cal.
Prod.
Cl- X X X X
NO3- X X X X X
Al+3 X X X
Mn+2 X X X
SiO2 X X
S/S X
Fe+2/Fe+3 X X X X
Y la calidad del cátodo futuro?
Calidad cada vez mas exigente!
Nivel de impurezas decreciente : Sí o Sí!
¿Cambio de tecnologías para asegurar calidad del cátodo?
Mercados Segmentos: Cu : Un Commoditie?
Mañana no gana el que produce más,… sino el que produce mejor!
¿Y… sólo cátodos?
Amenaza Futura
INSATISFACCION DEL CLIENTE
CONDUCTIVIDAD
ELECTRICA
TRACCION
GRIETAS
POROS
ELONGACION
Elemento Pasado Presente Futuro
As < 0.1 < 0.1 < 0.1
Bi < 0.1 < 0.1 < 0.1
Sb < 0.1 < 0.1 < 0.1
S 15 9 6
Pb 5 3 2
¿SPECIALITY?
ALAMBRE NORMAL
ELECTRICO
ALAMBRE PLANO TRANSFORMADORES
ALAMBRE FINO ELECTRONICO 0.4mm
ALAMBRE ULTRAFINO 0.018mm
MINITUARIZACION
ALTA CONDUCTIVIDAD (OF – HC)
MERCADO DEL COBRE ? USO DEL
ALAMBRE Mercado Pigmentos
TOP
GRANDE
Destrucción de Microorganismos
Patógenos
Minutos 180 120 60 240 300 360
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
En Cu la bacteria no sobrevive
Ca
nti
da
d d
e B
act
eria
s
Acero Inox. Cobre puro Vidrio Aluminio
AYER MAÑANA
MEDICINA
COMUNICACIÓN CONSTRUCCIÓN
ELECTRICIDAD ARQUITECTURA
ELECTRÓNICA ODONTOLOGÍA
¿OTROS?
COBRE
Y los costos
H2SO4
Energía
Aguas
Reactivos
.
.
.
Sólo una buena planificación permite un
real control de los costos del proceso.
Agua, Energía,……..Vida
Agua: El problema no es su costo, sino su disponibilidad
m3/s
Chile: Capacidad Acuíferos 255
Solicitada 343
Autorizada 245
Disponible 10
Consumo: Concentración 1.10 m3 agua/ton. min.
Hidros 0.30 m3 agua/ton. min.
Aguas de Mar: Fuente Preferida a Futuro
Y Energía?
• El proceso comienza en la mina, no en la planta.
• Necesidad de desarrollo de tecnologías para disminuir energías.
Tronadura controlada?
Fragmentación por plasma?
Lixiviar sin chancar?
Integración de Procesos
• MINERAL DE PROPIEDADES VARIABLES
• ¿NO DEBERÍAN AJUSTARSE LOS PROCESOS DE PLANTA A DICHA CONDICIÓN? • ¿POR QUÉ OPERAR DE LA MISMA FORMA? ¿QUE LO JUSTIFICA?
P1 P2 Pn
PLANTA
MINA PRODUCTO
FINAL
MINERAL
Integración de Procesos
MINA %Gr/Rc
Rs
Arcillas, Cons. Acido,
Caract. Hidraul. Dist.
Impurezas
(Cl-, NO3-, Al+3, Mn+2,
s/s, Fe+2, Fe+3,…SiO2
Chancado
(Ajustado a condiciones
de mineral)
Aglomeración
f(%CuI)
Lixiviación
PLS
Propiedades Físicas
Propiedades Químicas
EW
H2SO4
Agua
SX Producto
- Continuidad
- Orgánico
- Unid. Auxiliares
- Calidad
- Dens. Corriente
- Descartes
¿Donde controlar las impurezas?
¡Confinamiento estable!
¡Normas Ambientales Estrictas!
II.- Potencial Lixiviable
Experiencias a no olvidar
Caso N° Compañía País Problema Lección
1
CMP – Romeral
(A lo largo de su explotación)
Chile
Fe Elemento de Valor
V: Impureza
¿Se jugó mal el partido?
Comparar P.E.M.
¡Donde quedo el Vanadio?
2 Cia. Minera Exótica
(1974) Chile
Deficiente caracterización mineralógica y física del recurso
¿Era el proceso?
3 Lix. In Situ
(Década de lo 80’) EE.UU.
Altas perdidas Generan un proceso no rentable por no caracterización de arcillas
¡Y porque no antes?
¿Una estrategia diferente?
4
CODELCO
Proyecto RAMS
(1997)
Chile
Deficiente caracterización Geometalurgia del recurso y operación con flujos indebidos
Caracterizar hidráulicamente
el recurso a tratar vía Lix.
en pilas
En medio sulfúrico se tiene:
CuT = CuSol + CuInsol
Definición de Procesos
Rs = CuSol
CuT preliminarmente;
Si Rs Lixiviación
Si Rs Flotación
• Todo es cierto, si Cu insoluble es Sulfuro
• Pueden ser Óxidos Refractarios, de naturaleza compleja (Cobres Negros) y de lenta cinética disolutiva
• Cobres Verdes, muy solubles en acido
CuT = Cu ox. verdes + Cu ox. negros + Cu s. sec + Cu s. prim
(1) (2) (3) (4) (5)
(1) CuT : En medio HNO3 + HClO4 + H2SO4 (3:1:1, en volumen)
(2) Cu ox. verdes : Cobre soluble en medio sulfúrico
(3) Cu ox. Negros : Cobre soluble en medio Sulfúrico y Reductor, y
en tiempos mas prolongados
(4) Cu s. sec : Cobre soluble en NaCN
Para asegurar tal definición: Análisis Secuencial
(5) Cu s. prim : Cobre no Lixiviable en condiciones del ensayo
Da cuenta de los Sulfuros Primarios
(Calcopirita y otros)
Máximo Potencial Lixiviable del recurso (IL) (2) + (3) + (4)
(1)
(5)
%Rs = Cu soluble en H+
CuT x 100
x 100
% IL = Cu soluble en H+ / FeII + Cu soluble (NaCN)
Cu T
IL ≥ Rs
Disolución de Minerales
de Cobre en Diferentes Medios
ESPECIE
MINERALCOMPOSICION H2SO4 NaCN (23ºC) NaCN (45 ºC)
ACIDO – FERRICO
(ACIDO – FERROSO)
OXIDOS VERDES
AZURITA
MALAQUITA
CRISOCOLA
ATACAMITA
ANTLERITA
BROCHANTITA
DIOPTASA
2CuCO3*Cu(OH)2CuCO3*Cu(OH)2CuSiO3*2H2O
CuCl2*3Cu(OH)2CuSO4*2Cu(OH)2CuSO4*3Cu(OH)2
Cu6 (Si6O18) * 6H2O
100
100
100
95
100
100
100 *
94.5 100.0
90.2 100.0
11.8 15.7
--- ---
> 90.0 100.0
> 90.0 100.0
--- ---
---
---
---
---
---
---
---
OTROS OXIDOS
CUPRITA
TENORITA
PARAMELACONITA
COPPER WAD
COBRE NATIVO
Cu2O
CuO
Cu4O3
CuOMnO2*7H2O
Cu
70
98
60
50 – 60
5
85.5 100.0
--- ---
--- ---
--- ---
90.0 100.0
100
---
> 90
(75)
100
SULF. SECUNDARIOS
CALCOSINA
COVELINA
BORNITA
ENARGITA
Cu2S
CuS
Cu5FeS4
Cu3AsS4
3
5
2
---
90.2 100.0
95.6*** ---
70.0 100.0
65.8 75.1
100 **
70.0 **
95.0 **
3 **
SULF. PRIMARIOS
CALCOPIRITA
TETRAHEDRITA
CuFeS2
Cu3SbS4
---
---
5.6 8.2
21.9 43.7
2 – 4 **
---
Observaciones: H2SO4 : 100%-100m, Tamb, t:1h, H2SO4 5% *(Dioptasa: -10m, en 37d)
NaCN : 0.1%NaCN, t:24h, razon L/S: 10/1, -100mTy
Acido - FeIII: Cuprita: 100% disolución, en 6h.
I.- Oxidos Simples CuxOy
Tenorita, Melaconita: CuO + 2H+ Cu++ + H2O
Paramelaconita: Cu4O3 + 2Fe+3 + 6H+ 4 Cu++ + 2 Fe +2 + 3 H2O
Química de Cobres Negros
Especie Formula Color Sist. Crist Tamaño Lix T°C t(h) %RCu
Tenorita CuO Negro Tricl. -100+200 H+ 35 2 90 -98
Melaconita CuO Negro Cúbica -100+200 H+ amb 1 60
-100+200 H+ amb 7 60
-100+200 H+ 35 1 70
Paramelaconita Cu4O3 Negro Tetra -100+200 H+ amb 2 70
-100+200 H+/Fe+3 amb 4 95
II.- Familia del WAD CuxMnyOz*wH2O
Copper WAD (Cu:Mn = 1:1)
CuO*MnO2*7H2O+6H++2Fe+2 Cu+2 + Mn+2 +2Fe+3 +10H2O
Diamangano Cúprico (Cu:Mn=1:2)
CuO*2MnO2*3H2O+10H++4Fe+2 Cu+2 + 2Mn+2 +4Fe+3 +8H2O
Trimangano Cúprico (Cu:Mn=1:3) CuO*3MnO2*4H2O+14H++6Fe+2 Cu+2 + 3Mn+2 +6Fe+3 +11H2O
III.- Silicatoides (Cu,Fe,Mn)SiO3*nH2O (Al)
Mas Ricos en Mn que Fe
CuMn*0.4(Si,Fe,Al)O5*4H2O+8.4H++2Fe+2
Cu+2 + Mn+2 +2.4Fe+3+ 0.4H4SiO4+0.4Al+3+7.4H2O
Neotocita
3 (Cu,Fe,Mn)SiO3*H2O +6H+ Cu+2 + Mn+2 +Fe+2 +8H2O + 3H4SiO4
Copper Pitch CuO(MnO)2 SiO2*H2O+6H+ Cu+2 + 2Mn+2 +H4SiO4+2H2O
Mas ricos en Fe que en Mn
Limonitas con Cobre (Cu,Fe,Si,Al)OxOHy*nH2O
CuO*SiO2*FeOOH*Al2O3*2H2O+11H+ Cu+2 + Fe+3+2Al+3+H4SiO4+6H2O
IV.- Oxidos Dobles Cu,Fe,Ox
Delafosita CuFeO2 + 4H+ Cu+2 + Fe+2 + 2H2O
Cupriferrita CuFe2O4 + 8H+ Cu+2 + 2Fe+3 + 4H2O
Especie gpl H+ T°C %RCu %RFe
DFS 40
40
20
60
41
86
35
83
CFT
30
60
60
20
20
90
7
18
82
---
---
36
Flotación Colectiva: 30% +65#, 26', pH:10,5, %Sol:40. (Chuquicamata) Lixiviación pilas, -1/2". 8-10 m. altura, 300 a 500 d, lix. férrica bacterial, con aireación basal
S/I: Sin información
Flotabilidad y Lixiviabilidad de Sulfuros Metálicos
ESPECIE FÓRMULA REC. FLOT. COLEC (1)
(%) REC. PILAS (2)
(%)
Calcosita Cu 2 S 88 - 90 80 - 82
Covelita Cu S 87 - 89 60 - 65
Calcopirita CuFeS 2 86 - 88 8 - 12
Bornita Cu 5 FeS 4 87 - 88 70 - 75
Enargita Cu 3 As S 4 88 - 90 5 - 7
Digenita Cu 1,8 S 84 - 86 79 - 82
Cubanita CuFe 2 S 3 S/I 50 - 55
Idaita Cu 3 FeS 4 S/I 45 - 60
Nukundamita Cu 3,38 Fe 0,62 S 4 S/I 45 - 60
Tennantita (Cu,Fe) 12 As 4 S 13 S/I 8 - 12
Molibdenita MoS 2 55 - 60 Mo < 0,030% 0 - 5
62 - 69 Mo < 0,040%
70 - 78 Mo < 0,045%
Pirita FeS 2 Py - Cpy: 20 a pH:10,5 < 10,0
Py - Cc: 50 a pH:10,5
Py - Cv: 50 a pH:10,5
Pirrotita FeS S/I > 60,0
(1) :
(2) :
Opciones de Proceso
a) CuT, IL
b) CuT, IL Dump
c) CuT, IL Flotación (sujeto a chequeo mineralógico)
d) CuT, IL Dump …. por ahora, Flotación a Futuro?
IL (H+/FeII) Pilas
Pilas IL (CN-)
Flotación
Caracterización del Recurso
Química
Mineralógica
Metalúrgica
Hidráulica
Geológica
Roca (Ganga)
Minerales Asociados al Elemento
Arcillas
Ganga
MINERALOGIA QUÍMICA
HIDRAÚLICA FÍSICA
15 12 6.4
Cu+2 : 1.8 gpl
pH : 2.5
Cu T : 0.20 %
Arcillas : 10 %
gpl Al, Ca, Mg : variable
Al Ca Mg
0 0 0.5
0 0 0.5
0.5 0 0.5
0 0 3.5
14.5 0 2.5
Cu EC Calc. (meq/100 g. Arc)
Ca MONTMORILLONITA
ATAPULGITA
TIPO ARCILLA
Na MONTMORILLONITA
0 0 0 0 0.4 0.5 0 0.6 3.5
65 3 7 1
42 21 5.6
9.5 7.7 4.0
0 0 0 0 0 0.5 0 0 3.5
Perd. Cu (meq/100 g. Min)
200 116 48
130 66 18
30 24
12.8
Perd. Cu %
100 58 24 23 6
67 33 9
EJEMPLO: IMPACTO DE LAS ARCILLAS EN LA
RECUPERACION DE COBRE
Capacidad de Intercambio de Cobre de la Ca - Montmorillonita en función de Iones de Competencia
O K Zn Fe Mn Mg Fe/Mg Mg Al, Mg Al, K Al, Zn Al, Mn Al Al, Fe
10
20
30
40
42.4
32.8
17.0
13.2 12.2
9.6 8.8
3.2 2.8 1.1 0.3 0.1
(M, gpl)
Cu EC (meq/100 g)
Conclusiones
Ojo con las arcillas. Deben ser caracterizadas en el
desarrollo de un proyecto metalúrgico y no
después.
Pueden definir la viabilidad de un proyecto.
III.- Futuro de la Hidrometalurgia
¿ Que nos espera ?
¿ son compatibles las tecnologías de hoy
con las reservas futuras de cobre ?
Sobre el 90% de las reservas futuras de cobre son sulfuros!
De estas , mas del 80% es calcopirita , una de las especies mas
difíciles de lixiviar en condiciones normales de proceso.
El 10% restante son óxidos, y de estos, un 40% a 60%
corresponden a óxidos complejos de difícil y lenta solubilidad en
medio sulfúrico convencional…
ROM: El proceso del mañana para óxidos
¡SINERGIA EN PROCESOS!
Fe II
OXIDOS NEGROS
RECURSOS
SULFURADOS
Fe III
Cu++
Cu++
Sinergia : 2 + 2 = 5
MINERALES OXIDADOS DE BAJA LEY.
ESTRATEGIA DE PROCESOS
Minerales de Baja Ley DUMP
ROM
Clasificación, Chancado Primario
Tronadura Controlada
In Place Leaching (In Situ)
(A Desarrollar)
RECOVERY LOW OXIDE ORES
RECOVERY LOW SULFIDE ORES
P
R
O
C
E
S
O
S
GEOMETALURGIA
MINERIA
AGUA
TRONADURA
CONTROLADA
FRAGMENTACION
POR PLASMA ?
DESARROLLO PERMANENTE DE
LA GEOMETALURGIA
ENERGIA
CHANCADO
CLASIFICAR MAS QUE CHANCAR
AGLOMERACION
DISCO EN VEZ DE TAMBOR ?
LIXIVIACION – SX – EW - PRODUCTO
MEDIO CLORHIDRICO -
SULFURICO
¿ LIX. SALINA ?
DISMINUIR PERDIDAS AGUA
NUEVAS TEGNOLOGIAS
NUEVO TIPOS DE CELDAS
ELECTRODOS
ROTATORIOS
POLIMERIZADOS
AIREACION BASAL?
CU+
¿SOLO CATODOS?
X
X
X X
X X
X
OTRAS TEGNOLOGIAS
X
X X
Visión de Procesos e Innovaciones
AMBIENTE MP AA
MP
Evaporac.
Infiltrac. AA ¿ GASES ? AA
Algunos comentarios: Nuevas tecnologías?
Gran nivel de recurso, de baja ley (< 0.4% CuT) y una
profundidad (200 – 400 m).
Lixiviación in situ : una tecnología viable?
Toda nueva tecnología debe apuntar a ahorrar Energía y
Agua.
Lixiviar sin chancar?
Compatibilizar el uso de Agua de Mar con la Biolixiviación.
Tratamiento de Minerales Calcopiríticos: Vía Química o Biolixiviación?
Bioleaching Results
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Cu as Cpy (%)
Cu
t E
xtr
acti
on
(%
) .
BioSigma
LB
Quell-Coll
Biolixiviación de Calcopirita
Estudio de Casos:
1.- RELAVES DE FLOTACIÓN
Tratamiento fracción gruesa relaves flotación.
Características del recurso
TPD + 48 m : 30.000 - 36.000
% CuT : 0,25 - 0.40
% Cu S : 0.02 - 0.08
% Mo : 0.02 - 0.03
Opciones de Tratamiento :Biolixiviación – SX – EW
Remolienda - Flotación
Mineralogía : Calcosina : 0.02 - 0.03
Digenita : 0.07 - 0.09
Covelina : 0.03 - 0.05
Calcopirita : 0.07
Bornita : 0.02 - 0.03
ARENAS DE RELAVES FRESCOS LEY DE CU MALLA RETENIDA 2004
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
300 212 150 107 75 53 45 32 23 16 13 -13
Fracción granulométrica Micrones
%
Cu
#48
#65
#100
#150
#200
#270
#400
Cy2
Cy3 Cy4 Cy5
- Cy5
DISTRIBUCION DE COBRE EN RELAVES DISTRIBUCION DE COBRE EN RELAVES
Y otros warnings tecnológicos
Y que pasará con el H2SO4 cuando no se
tenga óxidos ?
Amenazas al producto final. ¿sólo cátodos?
¿Son competitivos los procesos Hidros para
Concentrados de Cobre?
¿Procesos sólo orientados al Cobre ?
Cu
CONSUME
NO GENERA
GENERA
NO CONSUME
INDUSTRIA DE FERTILIZANTES
Analicemos algunos temas….
¿y que pasara con el acido sulfúrico…?
Recordemos: 1 ton S genera 3 ton H2SO4
Equilibrio Hidro Piro
Líneas de Investigación
• SO2 gas S° elemental
• ¿Producción de Acido Fosfórito
• Producción de otros compuestos?
¿Son competitivos los procesos
Hidros para Concentrados de Cobre?
Gran variedad de procesos
Su opción se favorece si:
Existe capacidad disponible SX-EW
Existen otras especies de valor además de cobre o metales preciosos
(GMP), en el concentrado.
Existe un potencial uso del acido débil que puede generarse en el sistema
Mas favorable para Concentrados Complejos?
¿Y que pasa con otros Elementos y Recursos…?
Lixiviados U ,Mo, Co.
Polvos de Fundición Cu, Mo, Ge, Zn.
Relaves de Flotación Cu, Mo, TiO2
Escorias Metalúrgicas Cu, Mo, Fe2O3, Zn, SiO2
Barro Anódico Au, Ag, Se, Te, Pd, Rh
Residuos de Lixiviación ??
Reflexiones
No pretendamos que las cosas cambien si siempre hacemos
lo mismo (A. Einstein).
El cambio no esta afuera ni es lejano esta en nuestras propias
conciencias.
Es mas digno aquel que se equivoca atreviéndose que el que
se vanagloria con lo que terceros han intentado…
Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera
Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM
Antofagasta, Mayo de 2013
Profesor: Andrés Reghezza
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