TÉCNICAS MINERALÚRGICAS. D. Francisco Javier

TÉCNICAS MINERALÚRGICAS. D. Francisco Javier

Universidad Politécnica de Madrid
Introducción a las técnicas
Mineralurgicas
Fco Javier Elorza Tenreiro
ETSI Minas
Objetivos del
Procesamiento de
Minerales
Definiciones
Economía
Bibliografía
Los mineros envían sus productos a su cliente - el molino / planta.
Mena: Roca que contiene a un mineral o minerales en cantidades
suficientes como para que la extracción comercial (minería - molienda)
sea rentable.
Ley: medida de la concentración de un mineral / metal contenido en la
roca (o mena). El oro y otros metales preciosos - g/t o oz/t, los metales
básicos -%, el uranio - kg / tonelada, las tierras raras - ppm ...
Ley de corte La concentración mínima o Ley de mineral que se requiere a
una roca para ser considerada mena.
Estériles / Residuos: la no mena
Yacimiento: Un depósito mineralizado (recursos), cuyas características se
han examinado y resultó ser comercialmente viable. La extensión del
yacimiento esta determinada por la ley de corte.
Roca encajante: roca que contiene a un depósito de mineral. Típicamente
compuesta de 2 o más minerales.
Ganga: minerales del yacimiento que no son de interés económico
Es la recuperación de los minerales valiosos de la mena
Se lleva a cabo en un molino/planta, también conocido
como concentrador - porque concentra los minerales
valiosos mediante la eliminación del material no deseado.
Los dos productos principales son los concentrados
(minerales valiosos) y los estériles (rechazos).
Field
Example of topics
Beneficiation or
Mineral Dressing
Theory and practice of
liberation of minerals
from ores and their
separation by physical
methods at ambient
conditions
Crushing and grinding,
magnetic and electrical
methods, flotation, etc.
Extractive metallurgy
Chemical methods
sometimes at high
temperature and pressure
for treating ores to
recover their metal
values in a pure form
Leaching, precipitation,
electrolysis, oxidation,
reduction, etc.
Physical metallurgy
Study of physical
properties of metals and
alloys, preparation of
alloys
Crystal structure, effect
of impurities,
metallography, heat
treatment, etc.
Engineering metallurgy
Processing of metals in
the molten state
Casting, welding, etc.
Mechanical metallurgy
Processing of metals in
the solid state
Forging, rolling,
extrusion, piercing
Powder metallurgy
Processing of metal
powders into finished
products
Preparation of metals in
powder form, hot
pressing, etc.
Mineral Processing
Metal Processing
Description
Circuito: Trayectoria de la mena cuando pasa de
un punto a otro del procesamiento.
Flujograma: Esquema que indica el camino que
recorre la mena dentro de un proceso. A menudo
un flujograma contiene varios circuitos.
Tasa de recuperación: El porcentaje del metal /
mineral valioso, en masa, en el concentrado
obtenido desde la alimentación.
Los objetivos del tratamiento de minerales son:
separar las partículas minerales valiosas de
los residuos o ganga
someter los minerales a procesos con el fin
de concentrarlos o para extraer metales de los
mismos
Muchas formas de procesamiento de minerales
Depende de la materia prima y del producto
deseado
Concentración: Otra palabra para Ley
Head: Un término que se utiliza para denotar el mineral que
se encuentra en la alimentación a un circuito.
Head Grade: concentración de la alimentación
Concentrado: un mineral ya purificado. Puede requerir aun
procesamiento posterior para uso final. Ejemplos: sulfuros
de cobre y níquel
Relaves/rechazos - Material rechazado de una planta
después de haber extraído los minerales valiosos
recuperables.
Mineral Industriales: se utilizan para el propósito final sin
alteración química. Ejemplos: grava, el carbón
Mineralogía: Descripción del contenido mineral
Mineral:
a) un compuesto sólido de origen natural que
tiene una composición química definida.
b) sustancias inorgánicas que se extraen de la
tierra para su uso por el hombre.
c) un elemento o compuesto inorgánico de
origen natural que tiene una estructura
interna ordenada y una composición
química, cristal de forma y propiedades
físicas características.
Nonmetallic processing has some commonalities
with metal processing, but lots of differences
La mineralogía determina la recuperabilidad
Extraemos las rocas,
pero concentramos
minerales.
Los minerales de la
ganga son también
importantes
El conocimiento
mineralógico permite
el diseño de
procesos
Importante para los
estudios de
viabilidad
Procesamiento –
Extraer el valor, rechazar los residuos
Conversión de mineral extraído en producto
utilizable
Más caro / desafiante con los minerales de
baja ley
Numerosos métodos de procesamiento
Beneficiation aka Mineral Dressing
Overlap of physical and chemical methods, depending on product
Where extractive metallurgy leaves off, metal processing begins
Beneficio: enriquecimiento de la mena y separación de los minerales de
la ganga no deseados
posterior extracción más eficiente de metales.
Se puede dividir en dos etapas distintas:
Liberación: la roca se rompe por medios mecánicos, los componentes
minerales se convierten en independientes unos de otros,
Separación individual: los minerales valiosos son separados por medio de
métodos físicos y físico-químicos que hacen uso de las diferencias en
densidad, propiedades magnéticas, etc.
Metalurgia Extractiva:
reacciones químicas de los procesos
equipos donde las reacciones tienen lugar
Diagramas de flujo - combinaciones de procesos
Typical Beneficiation Steps
La Comminución: Reducción de tamaño de partícula
Comienza en la mina con la voladura,
Existen dos tipos básicos de equipos:
Trituración - rotura por compresión
Molienda - rotura por abrasión e impacto
Comminution Equipment
Shaft
Comminution Equipment
Shaft
Clasificación: separación basada principalmente en el
tamaño de partícula
Comportamiento afectado por el tamaño, forma y densidad
de las partículas
Los dos tipos mas comunes de clasificadores:
Cribas - método seco, partículas más gruesas
Hidrociclones - método húmedo, partículas finas
Classification Equipment
Técnicas de separación: aprovechan las diferencias en las
características de los minerales:
Flotación: La unión de los minerales a las burbujas de aire –
hidrofobia.
Separación magnética: Aplicación de campos magnéticos
Separación por Gravedad: las diferencias en la densidad de los
materiales
Separación electrostática: Aplicar polaridad electrostática
La distribución de tamaños de partícula tiene gran influencia
en los resultados
Celdas de flotación
Separador
Magnetico
Gravity separation - jig
Separador
Electrostatico
Deshidratación: Para eliminar el agua de una sustancia.
También se refiere al circuito en el que esto tiene lugar.
Técnicas de deshidratacion:
Espesante: Permitir sedimentación por gravedad
Filtrar: Aplicar presión de aire para expulsar el agua
Centrífuga: Aplicar la fuerza centrífuga
Secadora: Aplicar calor para evaporar
Densidad de la suspensión: La cantidad de sólidos en una
suspensión, expresada como un porcentaje en peso.
Espesadora
Espesado
en seco
Disc filter
Rotary kiln dryer
Beneficiation aka Mineral Dressing
Overlap of physical and chemical methods, depending on product
Where extractive metallurgy leaves off, metal processing begins
Hidrometalurgia
Lixiviación - el proceso de extracción de un componente soluble a
partir de un sólido por medio de un (a base de agua) disolvente
Los cambios de solubilidad al agua, en ambiente ácido o básico, oxidante
o reductor
Extracción por Solventes - transferencia entre líquidos inmiscibles
Intercambio Iónico - resinas sólidas que adsorben / de-sorben
especies químicas disueltas
Precipitaciones – Convierte solutos disueltos en sólidos
La cristalización vía evaporación
Precipitaciones Iónica - adición de un reactivo a una solución creando un
compuesto de metal cuya solubilidad es tan baja que la precipitación
tiene lugar inmediatamente
Circuito de tanques de lixiviado
Solvent extraction mixer-settlers
Ion Exchange
Vacuum
crystallizer
Pirometalurgia - uso del calor para inducir
una transformación química
Tostión – conversión a oxido. Ejemplo:
2 CuS2 + 5 O2 → 2 CuO + 4 SO2
Fundición - utiliza la reducción de las sustancias
que se combinan con los elementos oxidados
para liberar el metal. Ejemplo:
2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2
Fundicion
Electrometalurgia – el uso de la energía eléctrica
para inducir una transformación química
Electrolisis - para precipitar un metal de la solución
usando potencial eléctrico
Electro-refinación - purificar un metal mediante su
disolución, para a continuación, volver a precipitárlo.
Alternancia de los ánodos y cátodos en un
Tanque de electrolisis
Aluminio: desde bauxita
Cobre: desde calcopirita
Hierro: desde hematites
Oro – Placer, sulfuro and óxidos
Arenas bituminosas – Fort McMurray
Energéticamente muy eficiente
Lixiviación férrica atmosférica
Primera en el Mundo
Ambientalmente limpia
(emisiones atmosféricas)
Consumidora de aguas residuales e
internas del proceso
“Es responsabilidad de todos, tu seguridad es la mía”
LA PLANTA Y LAS AGUAS
EDAR
San Jerónimo
LLUVIA (media)
PSP
585 mm/año
Caudal medio: 4 500 m3/día
Disponibilidad: 2,6 Hm3/año (septiembre - abril)
0-1700 m3/día
Plantas de OI
Planta
Hidrometalúrgica
Permeado
1000 - 3500 m3/día
2000 – 4500 m3/día
Agua de
Contacto
3500 - 4500 m3/día
Riego
Corta minera
“Es responsabilidad de todos, tu seguridad es la mía”
Descarga al Guadalquivir
2500 m3/día
Esquema productivo planta
LIXIVIACIÓN
TRANSPORTE
DE MINERAL
TRITURADORA
MOLINO
ELECTRODEPOSICIÓN
CÁTODOS
DE COBRE
FILTRADO
ESTÉRILES DE
TRATAMIENTO
Recuperación: potenciales pérdidas en cada paso del camino, en cada
circuito!
Tonelaje vs recuperación: Un circuito de procesamiento empleado más
allá de su capacidad inducirá pérdidas en la recuperación.
Ley de la alimentación frente a la recuperación: Una ley alta en la
alimentación tiende a tener una recuperación superior.
Ley del concentrado vs Recuperación: Un concentrado de ley más alta
tiende a dar lugar a una recuperación inferior (= rechazo de minerales de
calidad inferior)
Ley del concentrado vs precio: concentrado de mayor calidad obtendrá un
precio más alto (tendrá penalizaciones inferiores por impurezas)
Ingresos = Producción (toneladas) x ley x recuperación x precio
Typical product grade vs. recovery curve
for a Cu sulphide flotation mill
Relation between cost and particle size
Los costes totales de operación se dividen en 3 áreas
básicas para el análisis económico:
Minería - determinar los costos del plan de explotación, la tasa de
producción y diluidos (run-of-Mine = ROM)
Mineralurgia - determinar los costes del proceso mineralurgico, la
tasa de recuperación, la calidad del producto
Generales y administrativos (G & A) - determinar los gastos
generales:
Administración (recursos humanos, nómina)
Gestión (sitio + oficina central)
Seguridad y Salud
medio ambiente
Gestión de la Calidad
G & A tiende a ser fijo, independientemente de la tasa de
producción!
Typical relative cost of beneficiating an ore
Operation
%
Crushing
5 - 20
Grinding
25 - 75
Flotation
25 -45
Dewatering and
drying
10 -20
Other operations
5 - 10
1.
J. A. Botin, Ed. Sustainable Management of Mining Operations.
SME, 2009.
2.
A. Francos. Comunicación particular sobre la mineralurgia en
CLC. 2013
3.
A. Rodriguez Avello. Mineralurgia. Apuntes de clase. ETSI
Minas, UPM. 2013.
4.
L. Shwartz: Introduction to Mineral Engineering. University of
Saskatchewan. 2010.