Introduccion a La Geometalurgia 2014 - Clase 2

7/24/2019 Introduccion a La Geometalurgia 2014 - Clase 2

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III. Variables mineralgicas de proceso

Variables relacionadas con la mena

Variables relacionadas con la ganga

Variables relacionadas con al textura

IV. Caracterizacin Geometalurgica

Caracterizacin Mineral

Comportamientometalrgico

Caracterizacin Geometalurgica

CapatetradricaT

CapaoctadricaO

CapatetradricaT

Espaciointercapa

CapatetradricaT

EnlacesdeVander Waals

oxigenoAl

sitio

octaedral

vacante

Unidad I. Geo-Hidrometalurgia

Arcillas, textura,

impurezas, ley,

%R Cu, dureza,

litologa, etc.

El tema de lixiviar minerales mediante pilas parece resuelto, sin embargo debido a la existencia de

importantesvariables mineralgicas:

Variablesrelacionadascon la mena

Variablesrelacionadasconla ganga

Variablesrelacionadasconla textura

Las cuales pueden condicionar el proceso de extraccin, as como agregar incertidumbre en la proyeccin de

la produccin, es necesario hacer una ponderacin de ellas para lograr el control de la operacin de

beneficiodeun yacimiento.

Variablesmineralgicas de proceso

Fases de xidos negros y azules de Cu. Especies como wad y pitch, fases precipitadas desde el transporte

lateral de soluciones cidas provenientes de yacimientos suprgenos, as mismo y existiendo la presencia de

aniones y condiciones de Eh y pH favorables, se da lugar a mineralizacin de Cu como

antlerita, atacamita, brocantita, chalcantita, crisocola, krhnkita, malaquita, neotocita, paramelaconita, pseu

domalaquita,sampleita, tenorita y turquesa,dandoorigen a depsitos exticos.

Mineralizacinde mena(xidos)

Depsito de mineralizacin extica en rocas sedimentarias. Modificado de Pincheira (2003).

Crisocola, atacamita, brocantita,

chalcantita, cobres negros,

arcillas con cobre, etc.

Enriquecimiento

secundario

Deposito

de xidosGravas

mineralizadas

Loscobres negrosson mineraloidesde composicinvariableen trminosde Cu, Fe, Si,Al y Mn.

Mineralizacinde mena(xidos)

Def in iciones de copper wad Def in iciones de copper pitch Fuente

MnOx con Cu FeOx con Cu Chvez (2000)

CuMnO2Fe CuMn8FeSiO2 Domic (2001)

CuOMnO27H2O CuOFe(OH)33H2O Hu(2004)

(Mn, Cu)O2 --- Rivera (2007)

xidos e hidrxidos de Mn con Cu Silicato hidratado con Cu, Mn y Fe Maksaev (2007)

2CuOMnO27H20 --- Garcia (2007)

Tabla 1. Definiciones de copper wad y copper pitch.

Fotografas: Trabajo de grado. Ms. Oscar Jerez R. 2005.


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Mineralizacinde mena

Mineral Reacciones de lixiviacin yoxidacin Duracin

Atacamita Cu2Cl(OH)3 + 3H+ 2Cu2+ + Cl- + 3H2O

horas a das

Crisocola CuSiO3*2H2O+ 2H+ Cu2+ SiO2*3H2O

Neo to cit a (C u, M n)2H2Si2O5(OH)4*nH2O + 4 H+ 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

C obrenat ivo C u+ O2 + H2SO4 CuSO4 + H2O

das a mesesCuprita Cu2O+ O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O

Calcosina Cu2S+ O2 + H2SO4 CuS+CuSO4 + H2O

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

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

meses a

aos

Covelina CuS + 2O2 CuSO4

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

Enargita * Cu3AsS4 + 41/2Fe2(SO4)3 + 2H2O 3CuSO4 + 9FeSO4 + 4S + HAsO2 + 11/2

H2SO4

C alcopi ri ta C uF eS2 + O2 + 2H2SO4 CuSO4 + FeSO4 + 2S + 2H2O aos

El aumento del nmero de proyectos con lixiviacin en pila, ha provocado un crecimiento en la demanda de

cido sulfrico, es as como lograr controlar de manera adecuada la dosificacin de cido y la reactividad de

la ganga en la pila,se vuelven parmetros crticosen la ejecucin de estosprocesos.

2004: 2,86 ton cido/tonCu producido.



Gangay ganga reactiva

Inhibicin de las reacciones esperadas en los procesos de disolucin, causada por barreras insolubles

(jarositao goethita)

Sobre-consumode cido(carbonatos,sulfatos,xidos dehierro)

Procesosde intercambiosinicos.

Mineralizacinde ganga

Un caso particular, lo presentan los minerales de arcilla, los cuales reaccionando individualmente o en

conjuntoconla mena, intervienenen el procesogenerandoimportantesvariacionesen parmetros como:

Humectacin

Conductividadhidrulica

Consumode cido

IntercambiocatinicoFormacinde barrerasimpermeables

Compactacinde los mdulosde lixiviacin

Las arcillas poseen gran importancia tanto en los procesos hidrometalrgicos como en los procesos de

concentracinde sulfuros(molienday flotacin).

Mineralizacinde ganga

Ciencia de suelos: filosilicatos de Al y Mg que se forman como consecuencia de la meteorizacin de otros

silicatos

Geologia: formacin tiene relacin con la alteracin hidrotermal, existiendo tambin formacin por

alteracinde silicatosen ambientesexticos y neo formaciones

Las propiedadesfsico-qumicas(Estructuray sutamao)

Poseenun tamaopromediode partculainferiora 2 m

Filosilicatos quedan incluidos en el trmino arcillas y conforman la mayor parte de esta fraccin

granulomtrica

Minerales de grano fino como xidos e hidrxidos de Fe y Mn, tambin el cuarzo y los feldespatos, tambin

puedenestar en la fraccinarcillas

Qu son las arcillas?


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Capa tetradrica T

Capa octadrica O

Capa tetradrica T

Espacio intercapa

Capa tetradrica T

Enlaces de Van der Waals

oxigeno

Al

sitio

octaedral

vacante

Apilamientospolimricostipo sndwichde capasde tetraedrosy octaedros.

Lascapas tetradricas (T) estn compuestasde Si-O

Lascapass octadricas(O) deAl-O y Al-(OH).

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

como1:1y 2:1

Estructura

Diagrama de estructura 2:1 TOT de una pirofilita, modificado de Grim. 1968.

a) b)

c) d)

Tiposde arcillas

Estructura cristalogrfica de una a) montmorillonita, b) caolinita, c) clorita y d) illita/mica, modificado de Grim. 1962.

Si todos los huecos octadricos estn ocupados, la lamina se denomina trioctadrica (Mg 2+ dominante) y si

soloestn ocupados2/3de las posicionesoctaedrales,recibe el nombrede dioctadrica(Al 3+ dominante).

TO,1:1

Estructura neutra

Reemplazode OH por O

Uniones de Van der Waals

Baja superficie especifica

Baja CIC

CIC

La capacidad de intercambio catinico 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

delmineral, las cualespuedenser generadasde tres formas:

Sustitucionesisomorfasdentrode la estructura(80%)

Enlacesinsaturadosen losbordesy superficiesexternas

Disociacindelos grupos hidroxilosaccesibles

El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partcula; adems

es independiente de las condiciones de pH y actividad inica del medio. Los otros dos varan en funcin del

pH, de la actividad inica y corresponden a bordes cristalinos qumicamente activos y representan el 20 % de

la carga total dela lmina.


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Mineral (cmol/Kg)

Caolinita 3-5

Halloisita 10-40Illita 10-50

Clorita 10-50

Esmectita 80-120

Montmorillonita 80-200

Vermiculita 100-200

CIC TOT, 2:1 no expandibles

Alto desbalance de cargas

Balance con K (tamao)

Bajo intercambio catinico

No ocurre hidratacin

No ocurre expansin


TOT, 2:1 expandibles

limitado desbalance de cargas

Sustitucin isomrfica

Cationes intercambiables (CIC)

Hidratacin interlaminar

Expansin

Delaminacin

Alta superficieespecifica

Alta CIC

TOT-O,2:1:1no expandibles

Balance con Brucita

Bajo intercambio catinico

No ocurre hidratacin

No ocurre expansin



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5

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 10 20 30 40 50

Pasanteacum

ulado(%)

Tamao de paticula (mm)

ColumnaM100%UGM-6

ColumnaN 50%UGM-650%UGM-7

ColumnaO 25%UGM-675%UGM-7

ColumnaP 100%UGM-7

< 100 #, 175 m (parmetro industrial)

< 400 #, 38 m (tamisaje tradicional)

< 4 m (tamisaje ultrasnico)

< 2 m (sedimentacin)

Identificacin Identificacin

Para la identificacin de las arcillas se puede recurrir a una serie de tcnicas de uso comn y otras ms

complejas,conel fin de caracterizartipo, morfologay microqumicade losfilosilicatos.

Identificacin

Difraccinde rayos XTcnicasderivadas del IR a travs deequipos comoPIMA II y TERRASPEC

DTA-TGparala determinacindepolitipos

Cuantificacin

IR

DRX, TOPAS

Arcillas

Arcillas y su identificacin

La microscopia ptica solo logra identificar la presencia de arcillas. Sin embargo son tcnicas como DRX e

IR, las quelogranun caracterizacincualitativade lostipos y politipos dearcillas.

DRTroca total

DRXen la fraccin


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En muchas de las respuestas del proceso extractivo intervienen las arcillas, esto debido a que desde tiempos

geolgicos antes de la operacin extractiva del yacimiento, estas ya se encontraban interactuando con

soluciones portadores de Cu, provenientes en su mayor parte de eventos mineralizadores posteriores a la

gnesisprimariade los yacimientos;un casotpico es representadopor las denominadasarcillascon Cu.

1 Arcilla,principalmentedel grupode las esmectitas

2 Alta CIC,intercambiaionesCu dela solucinquecirculan porla roca

3 IncorporandoCu en su intercapa.

El grupo de la esmectita en particular define de sta forma a la CIC como una de sus propiedades

fundamentales.

Rea ct iv idaddelasa rc il la senla l ix iv ia cinenpila Antesdela extra cc in

Uno de los problemas ms habituales en los circuitos de chancado, ocurre cuando la alimentacin posee una

elevadahumedad.

Disminuyendode sta formala eficienciade la chancadora

Faltade atricinentre losclastosen la bocade alimentacin

Las arcillas resultan ser las responsables en la mayora de los casos, puesto que otra de sus caractersticas

importanteses la retencinde humedad.

Absorcinen los espaciosintercapa(grupode la esmectita)

Capilaridad,proporcionadapor unaabundantegranulometrafina

El agua necesaria puede ser proporcionada por el ambiente, una vez expuesta la arcilla a la atmosfera o a

travs de flujosde solucionespropiosdel yacimiento.

Reactividaddelasarcillasen lalixiviacinenpila Extraccinychancado

Proceso de aglomerado y curado (no siempre utilizado), se realiza a travs del ingreso de mineral a un

tambor rotario, en el cual es sometido a una ducha de agua y H 2SO4concentrado, elevando la temperatura

dela mezclamineral (hastalos 70C en algunoscasos).

Interaccinqumica.

Consumode cidopor la hidrlisisde los silicatos(feld. K y anfiboles)

Disminucinen el rendimientodel cido,menordisolucinde la mena

Grupode las cloritas (Mg, Fe, Al)6(Si, Al)4O10H8

Carbonatos(calcita,dolomita,magnesitay siderita)

Interaccinfsica

Absorcinde humedad(tipo y contenidode arcilla)

Puededisminuirla capacidadde aglomerar adecuadamente

Requerirun aumentoen la dosificacindesoluciones

Necesidadde utilizar sustanciasaglomerantes

Reactividaddelas arcillasenla lixiviacinen pila Aglomeraciny curado

la participacin 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 lixiviacin donde se presentan

la mayora delos fenmenos ocasionadosporestos minerales:

Tiempode reaccin(desde 40 daspara oxidados,hasta 600 daspara sulfurossecundarios)

Altura de la pila(compresin)

Tasade riego (saturacin)

El fracturamiento producto del grado de alteracin en el mineral genera una serie de consecuencias

favorables o negativas,dependientedel tipo de mineralizacin.

a) b) c)

Reactividad de las arcillas en la lixiviacin en pila Lixiviacin

muestra alterada de baja ley en estado a) seco, b) saturada con agua y c) saturada 24 hrs y c omprimida (0,1 kg/cm2).

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El fracturamiento producido genera un aumento en la cantidad de material fino, generando una disminucin

enla granulometra,puntoque debiese ser consideradocuando seajusta el circuitode chancado.

Lo anterior puede ser favorable para la lixiviacin total de mineralizacin diseminada, ya que normalmente

los clastos de mayor tamao conservan un ncleo sin reaccin al finalizar el proceso de

lixiviacin,concentrandoen estos ncleosel Cu en los ripios.

Por otra parte, en el caso deminerali zacin en vetillas, donde la lixiviacin de los clastos de mayor tamao es

en general mejor lograda, el fracturamiento solo perjudicar la porosidad del lecho, generando un nuevo

arregloespacial,disminuyendola percolacindelas soluciones.

a) b)


Diagrama de clastos de lixiviacin correspondientes a cabezas y ripios con mineralizacin a) diseminada y b) vetillas.

Cuando la alteracin del mineral es intensa podemos encontrar situaciones donde la distribucin

granulomtrica generada a travs de los procesos de chancado y clasificacin en harneros, soportando el

mineral importantes esfuerzos de compresin y cizalle, puede ser tal que se delamine en forma espontanea y

severa.

Saturacindel lechopor capilaridad(sobrecargaen el fondode la pila,compactacin)

Disminucinlocal de la alturade la pila (aposamientosy sobre-riego en zonasanexas)

Aumentonivel fretico (derrumbe)

Faltade aireacin (situacincritica en biolixiviacin)

a) b) c)


Mineral de mena alto en caoln en estado a) humedad ambiente, b) saturado en agua y c) saturado por 24 hrs y comprimida (0,1 k g/cm2).Varela (2007).

A medida que se intercalan capas de agua y la separacin entre las lminas aumenta, las fuerzas que

predominan son de repulsin electrosttica entre lminas, lo que contribuye a que el proceso de

hinchamientopueda llegar a disociarcompletamenteunas lminasde otras.

Obstruccinde los microporosy mesoporos

Disminucinde la conductividadhidrulica

Aumentoen la humedadretenida (Cu residual)

a) b) c)


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

Experiencia visual de expansin en la superficie de un permemetro de carga variable, se correlacionan la

variablehumedadreteniday la conductividadhidrulica.


Relacin entre el contenido visual de arcillas expandibles, humedad retenida y conductividad hidrulica, en 400 muestrasde cabeza de origen suprgeno. Informacin secundaria de estudios de conductividad hidrulica.

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Conductividadhidrulica.


Leyde Darcy

PermemetrodeCargaConstante:Usoen materiales nocohesivos

K = (V *L) / (A *t *h)

V: Volumen percolado en tiempo t

L: Altura de mineral

A: rea transversal del escurrimiento

t: Tiempo de escurrimiento

h: Carga de agua

Conductividadhidrulica.


Leyde Darcy

PermemetrodeCargaVariable:Uso enmaterialescohesivosde bajak.

K = (dt2*L /dc2*t) *Ln h0/hf

dt: Dimetro del tubo

dt: Dimetro de la columna

L: Altura de material

t: Tiempo de la experiencia

h0: carga inicial de agua

hf: Carga final de agua

La suma de los efectos producto de atrapamientos mecnicos y qumicos, pueden generar una disminucin

importanteen la recuperacinglobal deun procesode lixiviacin.

La necesidad de aumentar la recuperacin, sabiendo que los ripios lixiviados contienen cobre remanente, ha

motivadoel desarrollode tcnicasde re-extraccin.

Lavado(atrapamientosmecnicos)

Elusin(atrapamientosfsicos)

Si bien en algunos procesos estas etapas no son necesarias, si presentan una herramienta importante para

conciliar los resultados operacionales con los remanentes de Cu que no fueron recuperados por mtodos

convencionales de lixiviacin. De este modo podemos cuantificar en los ripios cuanto mineral no fue extrado

a causa de ncleos no reaccionados, mineralizacin refractaria, atrapamiento fsico o qumico por

intercambio.

Reactividad de las arcillas en la lixiviacin en pila Re-extraccin

La influencia de la textura, es un tema poco estudiado y tomado en cuenta a la hora de procesar estos

minerales. En este tema existe una serie de iniciativas para evaluar la importancia de la textura y su

respuesta frente a las interacciones fsicas y qumicas, a las que son expuestos los clastos dentro de un

sistemacomprimido,semisaturadoy/o saturado,comoel representado poruna pilade lixiviacin.

Variables mineralgicas de proceso Textura de la roca

Efecto de la textura. Modificado de S. Canchaya .2008.

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En la geometalrgia, se ha incluido a la relacin textural, como uno de sus pilares fundamentales a la hora de

lograr una caracterizacin global de un yacimiento y su posterior procesamiento estadstico hacia la

definicindeunidadesgeometalrgicasy modelosgeometalrgicos.

Es en sta nueva visin donde la caracterizacin integra la totalidad de las variables que tienen inferencia en

losprocesos debeneficio.

Luego es sta estructura la que debe ser relacionada con la respuesta metalrgica frente a los procesos de

concentraciny/o extraccin respectivos.

Variables mineralgicas de p roceso Textura de l a roca

Anlisis Qumico Anlisis Mineralgico

Anlisis Fsico - Mecnico Anlisis Textural

CaracterizacinGeometalrgica

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