Tratamiento Metalúrgico.doc 3l2g3m

LOS PROCESOS METALÚRGICOS El arte de extraer metales a partir de las menas, se remonta a los comienzos de la civilización humana. Los primeros metales utilizados por el ser humano fueron el oro y el cobre, los cuales se encontraban en la naturaleza en forma metálica y nativa. Alrededor del 4 000 AC el ser humano aprendió a producir cobre y bronce mediante la fusión de menas de cobre y estaño, utilizando como combustible el carbón. Los procesos de la Metalurgia Extractiva continuaron en desarrollo a través de la historia de la humanidad mediante técnicas de ensaye y error. Los conocimientos del fundidor y el herrero eran pasados de padres a hijos. Las innovaciones fueron a veces el resultado del ingenio humano; no obstante, la mayoría de las veces fueron consecuencia de accidentes. Al visitar una planta metalúrgica moderna, sorprenderá el gran número de operaciones complejas. Particularmente en el campo de la metalurgia no ferrosa, las operaciones varían considerablemente de metal a metal y aún entre las distintas plantas que producen el mismo metal. 1. LA INGENIERÍA METALÚRGICA La Metalurgia comprende el estudio de los metales y aleaciones desde su obtención a sus aplicaciones debidas a sus propiedades (físicas, químicas y mecánicas), pasando por tratamientos térmicos, mecánicos y químicos, y por los métodos de conformación y ensayos. A la sociedad actual le interesa la metalurgia como tecnología, la cual es la fuerza motriz de la evolución socioeconómica y cultural de las naciones, detalle que pasa inadvertido en un mundo acostumbrado al dar con naturalidad lo que es asombrosamente complejo. La industria de la automoción, la industria aeronáutica, la industria electrónica, la industria nuclear, etc., necesitan materiales con propiedades muy específicas. La metalurgia contempla esas exigencias y dispone de los medios para satisfacer esas necesidades. Aunque, ciertamente, como sucede en todos los casos de manipulación de la materia, no hay posibilidad de separar con rigor el aspecto físico del químico, es usual dividir la Metalurgia en Metalurgia Extractiva o Química y Metalurgia Transformativa o Física. En la Figura 1, se presenta los aspectos básicos de trabajo para la Ingeniería Metalúrgica.

A la Metalurgia Extractiva se le suele adscribir principalmente los métodos de obtención de los metales a partir de sus minerales; en tanto que a la Metalurgia Transformativa se ocupa de la naturaleza, estructura y propiedades físicas y mecánicas de los metales y aleaciones. La Metalurgia Transformativa comprende el estudio del estado metálico y su relación con las propiedades de la estructura fina, micrográfica y macrográfica, mediante el empleo de rayos X, la difracción electrónica, el microscopio metalográfico óptico y electrónico, los análisis térmicos y dilatométrico, etc., y los ensayos físicos y mecánicos y los tratamientos mecánicos y térmicos con las variaciones en las propiedades físicas y mecánicas que se producen en los metales y aleaciones como consecuencia de los mismos. La era presente es predominantemente metálica, pues el avanzado estado de civilización y progreso de que disfrutamos se debe, sobre todo, a disponer de gran cantidad de metales, principalmente hierro, cobre, aluminio y magnesio, los que a través de sus múltiples aleaciones, de características tan variadas, nos proporcionan elementos de progreso tan potentes como: los transportes por tierra, mar y aire, la producción de energía, pasando por ejemplo del turbogenerador de 2 000 kW en 1902 al de 12 000; todas las herramientas y maquinarias que permiten hacer reales las mayores fantasías imaginativas del ser humano y los materiales que exige la moderna técnica química nuclear. 2. LA METALURGIA EXTRACTIVA La Metalurgia Extractiva opera con dos tipos generales de materias primas: las menas metálicas y las fuentes secundarias. Las menas son de origen geológico; constituyen las materias primas sobre las cuales se fundamentan los procesos básicos primarios de la metalurgia extractiva y contribuyen de manera casi exclusiva a la producción de la mayoría de metales. La fuentes secundarias comprenden las chatarras metálicas así como subproductos o residuos industriales o de consumo que contienen metales libres o en forma combinada. Contribuyen a la producción de alrededor del 50% del hierro, cobre y plomo, 30% del aluminio y zinc y aproximadamente 20% de metales preciosos. En buena parte, estas fuentes secundarias pueden introducirse a la metalurgia primaria. Sin embargo, estos materiales se producen actualmente en cantidades superiores a las que puede absorber la metalurgia primaria y por ello se procesan en plantas de reciclaje.

Figura 1: Campo de acción de la Ingeniería Metalúrgica. El beneficio o procesamiento de minerales es un conjunto de operaciones que se realizan para convertir un producto geológico en un mineral útil para realizar las operaciones propias de la metalurgia extractiva: paso de mineral a metal. Estos son algunos de los métodos que se utiliza en la metalurgia extractiva para la extracción de metales a partir de sus minerales: I. Reducción de tamaño: a) Triturado. b) Molido. c) Separación. d) Transporte. II. Concentración: a) Concentración gravimétrica. b) Selección magnética. c) Lavado por acción de la gravedad (agitación mecánica por vibración). d) Con empleo de líquidos densos. e) Flotación:

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Sencilla. Diferencial.

III. Variadas: a) Calcinación. b) Tostación. c) Sinterización y peletización (formación de bolitas). d) Lixiviación. e) Intercambio iónico. f) Bio-hidrometalurgia. La secuencia de operaciones conducentes a la obtención de metales se describe en la Figura 2.

Procesos fle tmmfommciou Moldeo, forjailo.lmnmaito, tratamientos ténnkos. obtención tle aleaciones. ríe. Fig. 2: Diagrama de Procesos de la Metalurgia Extractiva. 3. MINERALES Y MENAS Los minerales por definición son sustancias inorgánicas naturales que poseen una composición y estructura química definida. La naturaleza ha sometido a la Tierra a una serie de procesos de condensación, solidificación y disolución. En estas transformaciones se han cumplido los principios fisicoquímicos y ha habido concentración de elementos químicos en ciertas zonas de la Tierra; por tanto, de su corteza. Entendemos por menas los productos geológicos susceptibles de aprovechamiento por el hombre, enriquecidos en algún elemento químico. De manera que, en general, una mena se define como un mineral o mezcla de minerales, de los que se puede extraer con provecho uno o más elementos. Cuando este elemento químico es un metal, la mena en cuestión es una mena metálica. La mena está formada de dos partes: el mineral, porción relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener, con composición química definida, que aparece naturalmente en el estado sólido, y la ganga, el estéril o desperdicio. La ganga generalmente es rocosa, silicatos o calizas, y se ha de separar todo lo posible del mineral. Es raro encontrar depósitos constituidos por un solo mineral, debido a las innumerables fuerzas que actúan constantemente en la naturaleza y a la amplia distribución de algunos de los minerales. Como se ha indicado, sólo pocos metales se encuentran nativos en las menas; éstos son el oro, el cobre, la plata, el platino, mercurio, bismuto y estaño. Lo corriente es que los metales se encuentren en las menas en forma de combinaciones químicas estables, y así no es extraño que los metales tiendan a volver a ellas cuando son atacados por la atmósfera u otros ambientes. Las menas pueden ser ricas, como las de hierro que se explotan en algunos países, que contienen más del 60% de este elemento, o pueden ser pobres, como el cobre natural, que está en cantidades menores del 0,01 % en algunas menas del globo terráqueo. La forma y el contenido del mineral están íntimamente ligados con su asociación rocosa y con su manera de originarse, o sea, según

el modo como se han introducido o concentrado en las rocas en que aparecen. Los metales que forman sulfuros se caracterizan por su afinidad para con el azufre, y por este motivo su forma natural de presentarse es como sulfuros, fácilmente convertibles en óxidos, por tostación o calentamiento en o con el aire. También son muy importantes para estas menas los procesos extractivos incluidos dentro de la vía húmeda. El uso de los metales en la sociedad moderna es de una enorme importancia. La mayor parte de la corteza terrestre se encuentra formada por metales, los cuales no son renovables y paulatinamente se están agotando. Los metales están en todas las máquinas, equipos de comunicación, medios de transporte, se usan en la fabricación de medicamentos, etc. El conocimiento de los metales le permite al hombre generar energía, entrar a la atmósfera, al espacio y a los océanos. Los metales están prácticamente en todas las actividades humanas. Las principales fuentes para obtener los metales son: -

De la corteza terrestre. Del fondo de los océanos. Del agua de los océanos. De la chatarra.

La forma en la que se encuentran los minerales en la corteza terrestre depende de su comportamiento con su medio, particularmente con el oxígeno, azufre y dióxido de carbono. El oro y el platino se encuentran generalmente en forma nativa o metálica. La plata, el cobre y el mercurio se encuentran en estado nativo, pero también como sulfuros, carbonatos y cloruros. La mayor parte de los metales vienen en forma compuesta, tal como los óxidos y sulfatos de hierro y los óxidos y silicatos de aluminio y berilio. La presencia de estos componentes naturales se denominan minerales, la mayoría de los cuales tienen nombre de acuerdo a su composición (por ejemplo galena - sulfuro de plomo, PbS; esfalerita - sulfuro de zinc, ZnS; casiterita- óxido de estaño, SnO2 ). Una mena metálica puede definirse como una asociación de minerales a partir de la cual uno o varios metales pueden ser obtenidos de forma económicamente favorable. La mena está formada de dos partes: el mineral, porción relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener, de composición química

definida; y la ganga, el estéril o desperdicio. generalmente es rocosa, silicatos o calizas.

La

ganga

Un yacimiento puede ser descrito brevemente como una acumulación de mineral en una cantidad tal que pueda ser extraído económicamente. Esto se determina por el precio del mineral en el mercado y este puede y variar de acuerdo a la demanda. Con el paso del tiempo y el agotamiento de depósitos ricos y accesibles, un depósito mineral no rentable puede convertirse en un yacimiento. Mejoras metalúrgicas e introducción de nuevos métodos, se convierten también en factores que hacen posible la explotación de depósitos hasta ahora considerados no rentables. Así la introducción de la flotación en la concentración de minerales permitió la recuperación de cobre de un material con 1% de Cu, considerado antes no rentable. Los factores que determinan la conveniencia de explotar un depósito económicamente pueden resumirse en:   

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Ubicación y tamaño del depósito. El contenido metálico o ley del metal o metales potencialmente extraíbles. El precio del metal. Un mineral con 10% de aluminio no es mena de este metal; mientras que uno con 10 ppm de oro puede considerarse una mena rica. Los costes de explotación minera. Dependen del tamaño y tipo de yacimiento. Los grandes depósitos superficiales, explotables a cielo abierto, permiten trabajar con leyes más bajas que los pequeños o profundos yacimientos, explotables únicamente por minería subterránea. Los costes de los procesos de extracción. Dependen tanto de las características físico - químicas de la mena como las del metal que se va a obtener. Las menas con minerales fácilmente concentrables o bien fácilmente solubles, posibilitan trabajar con yacimientos de leyes menores. La presencia de elementos tóxicos o de difícil comercialización. Las impurezas, elementos como arsénico, antimonio, bismuto, cio, mercurio y teluro, reducen o incluso anulan el valor de una mena. Contenido del depósito, su mineralogía, y su textura. La textura se refiere al tamaño y la distribución de los minerales con valor dentro del yacimiento. En algunos casos el mineral se presenta en forma gruesa de tal manera que se lo puede identificar a simple vista. Sin embargo, con frecuencia, el mineral se presenta finamente diseminado, y es necesario un examen microscópico para estudiar su presencia. Es importante conocer la naturaleza de los minerales para su procesamiento, pues existe diferencia entre la mena y ganga.

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Aspectos financieros, requerimientos para inversión, capital de trabajo, costos de capital, impuestos, patentes, y regalías. Costos de operación mina. Los costos en minería subterránea son más altos que en minería a cielo abierto y aluvial, y es más económico solamente en yacimientos con alto contenido. Contenidos de 0.8 a 2 % son típicos en una mina subterránea de Sn, mientras que en una operación aluvional se puede trabajar con leyes mucho más bajas. Costos de servicios, tales como suministro de energía, agua, caminos, dique de colas, etc. Flujograma de tratamiento en la planta de concentración, costos de operación, leyes de concentrado, recuperación obtenible. Demanda del mineral concentrado, precio del metal, y valor del concentrado puesto mina.

Se debe tomar en cuenta que el precio del metal en el mercado no se aplica en su totalidad al concentrado. Los términos de compra establecidos por la fundición se basan generalmente en un contenido nominal del concentrado, contenidos bajos son penalizados en relación directa con el contenido del metal. Los costos de fundición y refinación son deducidos juntamente con un porcentaje por las pérdidas de tratamiento. Impurezas en el concentrado, las que estén sobre los límites especificados, son penalizadas, pero también se bonifica por metales preciosos que pueden ser recuperados del concentrado. Por lo tanto, el precio del concentrado en el mercado varía de acuerdo a su ley y contenido de impurezas. El contenido de metal mínimo para que un depósito sea calificado como yacimiento varía de metal a metal de acuerdo a los factores anotados anteriormente. Los factores económicos son cambiantes. Las alteraciones del precio de los metales, así como el descubrimiento de nuevos yacimientos o bien el agotamiento de los conocidos pueden cambiar la consideración de mena para un material en particular. Por ejemplo, la baja demanda de la siderurgia primaria que se produce a partir de la década de los 70 no permite explotar más que grandes yacimientos de minerales muy ricos (50% de Fe). Por el contrario, el incremento del precio del oro durante el mismo período puso en explotación menas con leyes cinco veces menores. A los yacimientos frecuentemente se los clasifica de acuerdo a la naturaleza del mineral valioso que contienen. Así, en los yacimientos nativos, el metal está en forma natural, como el oro,

platino, en yacimientos sulfurosos el metal está en forma de sulfuros y en yacimientos oxidados el metal se presenta en forma de óxidos. Yacimientos complejos son aquellos que contienen cantidades rentables de más de un mineral valioso. Los minerales metálicos se encuentran frecuentemente en ciertas asociaciones, como la galena y esfalerita, por ejemplo, van comúnmente asociadas, también sulfatos de cobre con esfalerita, en menor grado. Pirita (FeS2) suele estar también asociada a los minerales indicados y es un mineral que no tiene valor comercial importante; más aún, es una fuente seria de contaminación por ser el mineral causante de drenaje ácido de minas. Muchos metales se encuentran presentes en la naturaleza en la forma de óxidos. Entre los más importantes se encuentran las menas de hierro, las cuales contienen generalmente el mineral hematita, Fe2O3, pero que pueden contener también magnetita, Fe3O4. Los hidróxidos y los carbonatos de hierro, como la limonita y la siderita, pueden clasificarse también como menas de óxidos puesto que el agua de hidratación y el bióxido de carbono son expelidos fácilmente durante el proceso de fabricación del hierro. Otros metales pesados que se producen principalmente a partir de menas de óxidos, son manganeso, cromo, titanio, tungsteno, uranio y estaño. El aluminio, se extrae casi exclusivamente a partir de la bauxita, la cual es un hidróxido, en tanto que se obtiene algo de magnesio a partir de la dolomita, la cual es un carbonato. El silicio se produce a partir del cuarzo. Un poco de cobre y de níquel se obtiene de menas de óxidos formadas por el efecto del intemperismo en depósitos de sulfuros, sin embargo, estos metales se obtienen por lo general a partir de menas de sulfuros. Las menas de sulfuros representan a un grupo grande e importante. Las más importantes son las de cobre, las cuales consisten frecuentemente de sulfuros mezclados con hierro y cobre. Otros metales que se obtienen principalmente a partir de sulfuros son el níquel, zinc, mercurio, plomo y molibdeno. Si bien las menas de sulfuros contienen frecuentemente hierro, por ejemplo, piritia, FeS2, se utilizan en casos excepcionales para extraer hierro. Las menas de sulfuros contienen con frecuencia metaloides como arsénico, antimonio, selenio y teluro. El hecho que es de mayor importancia económica es que las menas de sulfuros contienen frecuentemente cantidades variables de plata, oro y metales del platino. Estos metales nobles pueden presentarse a veces de manera natural en el estado metálico, es decir, como menas nativas.

El último grupo importante de menas son los haluros, como la sal de roca para el sodio y la salmuera de cloruro de magnesio, la cual junto con el agua de mar sirve como fuente de magnesio. También los yacimientos se clasifican de acuerdo a la naturaleza de las gangas, tal como calcáreos o básicos (ricos en cal), o silíceo, o ácidos (ricos en sílice). La cuestión de qué es lo que se denomina mena y qué roca depende también de los usos alternativos de la piedra. Las rocas tradicionales como la caliza, dolomita, cuarzo y la sal de roca no se denominan menas a pesar de que, aparte de otros usos, pueden utilizarse como materias primas en la producción de metales como calcio, magnesio, silicio y sodio. Por otro lado, la bauxita debería ser considerada definitivamente como una mena puesto que se mina principalmente para usarse como materia prima en la producción de aluminio. El agua de mar, la cual contiene 0.13% de Mg y puede utilizarse como materia prima para la producción de magnesio, difícilmente puede denominarse mena puesto que tiene otros usos que son más importantes. 4. BENEFICIO DE MINERALES Por beneficio entendemos el conjunto de operaciones que se realizan para convertir el producto geológico, que es la mena, en mineral útil para realizar las .operaciones propias de la metalurgia extractiva: paso del mineral a metal. Los factores que inducen a explotar una mena son los siguientes: a) La mena en sí, ya que ésta puede ser más o menos rica en el mineral objeto de extracción. La riqueza de una mena se define como el porcentaje de metal que contiene, generalmente, en estado combinado. Se explotan menas de riqueza muy variable, según la naturaleza del metal considerado. La riqueza de la mena es, sin duda, la base principal para su valoración. Si bien, al tratar las menas se ha de tener en cuenta asimismo su condición física, que puede presentar la más amplia variedad desde el tipo de arcilla blanda a materia rocosa o masas compactas y duras. Junto a la riqueza, y siguiéndole en importancia, se ha de considerar la composición química de la mena en conjunto, ya que ciertas impurezas, aún presentes en cantidades relativamente pequeñas, pueden hacer que una mena rica tenga poco valor.

Las impurezas, tanto su naturaleza como su concentración, desempeñan un papel decisivo a la hora de decidir la explotación de una mena. Mientras que muchas veces las impurezas son indeseables, algunas veces resulta conveniente su explotación, como en el caso de los barros anódicos que aparecen en la purificación electrolítica del cobre, barros que, a menudo, contienen oro y plata. Otro ejemplo que aclara la posibilidad o la imposibilidad de la explotación de una mena lo constituyen las arcillas, que contienen grandes cantidades de aluminio, pero las dificultades de su extracción impiden explotarlas como mena. b) El transporte. La disponibilidad de medios de comunicación accesibles y la proximidad de los centros de consumo influyen decisivamente en la explotación de una mena. Es evidente que la importancia económica de un yacimiento depende en forma considerable de su volumen y situación, tanto geológica como geográfica. Así, una mena que es muy conveniente por su composición química y condición física, puede estar localizada en un lugar inaccesible. c) Cantidad. Es posible que la cantidad de mena en el depósito no justifique el gasto necesario para ponerla en explotación. La aparición de yacimientos de menas ricas en un metal, pero con pequeña cantidad de mineral, hará posiblemente prohibitivo el uso de reductores. d) Economía. Los factores económicos se deben tener en cuenta en todos los procesos de concentración y extracción. Un concepto corrientemente erróneo es que el valor de una mena es algo fijo e intrínseco, debido a que se concede poca atención al hecho de que los valores de las cosas son, en gran parte, obra del hombre. El valor de una mena está íntimamente ligado a la capacidad del hombre para aprovechar el mineral, y varía con las necesidades y preferencias de éste. En los albores de la humanidad existían todos los minerales que ahora se explotan, pero muchos de ellos sólo han adquirido valor recientemente, por la razón de que el hombre no había creado o experimentado antes las necesidades para su utilización. Se conocen hoy muchos minerales que no se emplean comercialmente y, por tanto, no tienen valor actual, y,

sin embargo, sin duda alguna, en el futuro tendrán valor cuando el hombre los necesite para algún fin determinado. e) Riqueza del metal que se desea obtener. Las exigencias de riqueza del metal que se desea obtener deciden el procedimiento de la metalurgia extractiva que se ha de emplear. f) Posibilidad de aplicar nuevas técnicas. La destilación, la extracción con disolventes, el intercambio iónico, etc., constituyen lo que podríamos denominar nuevas técnicas, cuya posibilidad de aplicación a los procesos extractivos influye notablemente en el concepto de explotabilidad de las menas. Menas de calidades idénticas que se presentan en condiciones físicas y circunstancias políticas diferentes, tienen valores muy distintos, según el gasto de extracción, coste de transporte y necesidades de las industrias y de las naciones; pero principalmente el valor de una mena depende de que sean adecuados y eficaces los procesos de extracción, concentración y afino a ella aplicados. El valor de las menas está afectado continuamente por los avances tecnológicos en la producción y en el consumo de los metales. Los elementos o metales presentes en una mena pueden clasificarse en tres tipos: a) Aprovechables, que son los que forman la masa metálica y reciben el nombre de elementos aleadores; b) Neutros, que no tienen efecto en las propiedades de interés, y c) Indeseables, que constituyen las impurezas. 4.1.

ETAPAS DEL BENEFICIO DE MENAS El beneficio de las menas comprende fundamentalmente tres etapas: 1) 2) 3) 4)

Explotación del yacimiento. Trituración y clasificación: acondicionamiento. Concentración. Extracción del metal.

La explotación del yacimiento depende de la posición de éste en la corteza terrestre. En caso de encontrarse en la superficie o a pocos metros de la misma, la explotación se realiza a cielo abierto, mientras que si el yacimiento se encuentra a cierta

distancia de la superficie terrestre, es necesario abrir galerías subterráneas. 4.1.1.

TRITURACIÓN

Del yacimiento metálico se sacan bloques de mena. Algunos de estos bloques están constituidos sólo por ganga y se pueden eliminar directamente. Los otros se acondicionan a tamaño adecuado para tres finalidades: En las menas, el mineral y la ganga se encuentran, en general, íntimamente mezclados y es difícil separarlos. Es muy frecuente que las menas contengan varios minerales, algunos de ellos de elementos no deseables, y es misión de la metalurgia extractiva el separarlos, bien antes de la primera operación de fusión .o en algún otro momento posterior antes de que el metal salga al mercado. Así, el tratamiento de las menas comprende procedimientos físicos y procesos químicos, y la máxima simplificación se consigue cuando sólo con agua se puede separar el mineral o el metal de la ganga, aprovechando su distinta densidad. Cada día son más escasas las menas ricas, y así, en general, cada vez se requiere un mayor trabajo en la clasificación de los minerales y en su tratamiento, y son más frecuentes las menas que son mezclas de minerales. Las menas superficiales, integradas principalmente por óxidos y carbonatos, se están agotando. Los carbonatos se transforman en óxidos por calcinación realizada en la misma instalación metalúrgica o previamente en una instalación especial. Las menas de sulfuros, silicatos, etc., exigen tratamientos más complicados. El tratamiento de las menas comienza con la transformación de los grandes trozos de rocas en partículas de tamaño medio o muy fino, según las exigencias del método metalúrgico que se sigue. Después se someten las partículas a la acción de varios tipos de fuerzas para conseguir la separación de la parte que interesa. Se aplica la acción de la gravedad, sola o reforzada por la aceleración centrífuga, la acción magnética o electrostática y, principalmente, se aprovechan las diferencias entre los efectos de la

tensión superficial sobre las pequeñas partículas, con el fin de separarlas por medio del procedimiento de flotación de espumas u otras técnicas análogas. A pesar de la gran variación en la composición y en la forma física de las menas, desde el punto de vista del beneficio, éstas se tratan según un corto número de sencillos principios. Una mena de baja ley es un agregado de distintas especies o clases de minerales que se presentan en forma de partículas o granos de tamaño variable. En la mayoría de los casos, estas partículas minerales están cementadas (finamente adheridas) en una roca que puede estar en su origen parcial o completamente descompuesta. En otros casos, puede ser una sencilla mezcla de partículas libres de los minerales constituyentes. Cuando las partículas están cementadas, es necesario realizar la liberación antes de la concentración, y esto ordinariamente se consigue mediante el quebrantado, triturado o molido. Cada operación de trituración suele ir precedida por un cernido o clasificación por tamaños. El tamaño que resulta de estas operaciones determina el método de concentración, así como la economía del tratamiento. La trituración y la molienda son dos operaciones que se emplean con frecuencia de un modo sucesivo; la primera, con el fin de obtener el material en porciones algo gruesas, y la última, en partículas finas y hasta en polvo. Estas operaciones se basan, casi exclusivamente, en la experiencia. Existen muchos tipos de máquinas, que se pueden clasificar en los grupos siguientes: trituradoras primarias, que son realmente quebrantadoras; trituradoras intermedias y molinos. Las quebrantadoras sirven para triturar bloques de menas de tamaño grande. Pueden ser: de mandíbulas, que consisten en una mandíbula fija y otra móvil en el sentido de avance y retroceso del extremo más estrecho; y giratorias, que trituran por compresión entre la pared de una cuba troncocónica fija y un rodillo cónico, impulsado por un eje, animado de movimiento de rotación.

Las trituradoras intermedias pueden constar de rodillos, discos o ruedas, rodetes de canto o ser molinos de campana (de café), pisones, desintegradoras o molinos de martillo. Los molinos finos, que dan un material impalpable, actúan por la acción de la fuerza centrífuga, son de muelas, rodillos, bolas o barras. El molino de bolas consta de un cilindro de acero, que contiene bolas de acero o de fundición especial, y que gira alrededor de un eje horizontal. En una superficie tiene un tamiz que permite la salida del mineral suficientemente triturado. Los materiales que se han de transportar en una instalación metalúrgica pueden ser líquidos o sólidos. El equipo mecánico que se utilizará depende principalmente de la cantidad de materiales que se han de transportar, pero también de otros muchos factores. Los métodos de transporte se pueden clasificar en los siguientes grupos: 1) vagonetas o cucharones; 2), transportadores de correa; 3), transportadores de cadena; 4) transportadores de hélice, y, 5), transportadores neumáticos. En cada uno de los grupos hay varios tipos, que pueden ser sencillos o de cierta complejidad. 4.1.2.

EL TAMIZADO

La separación de los sólidos, por su tamaño, mediante tamices, tiene particular importancia en la metalurgia extractiva. La separación de las partículas sólidas de cinco a diez centímetros de diámetro de los polvos finos se hace, según el tamaño, en enrejados, tambores o tamices vibratorios; los dos últimos para los tamaños pequeños. La primera forma de concentración de una mena o de separación de unas especies mineralógicas de otras ha sido la selección a mano, por la cual se separan los minerales relativamente puros o algún metal de la masa deshecha de la mena. En ocasiones, todavía se practica este método para separar cantidades relativamente pequeñas de una gran calidad de desperdicios o para separar lo inútil. Pero cuando se trata de grandes

cantidades de material, se recurre a medios mecánicos de concentración. 4.1.3.

SEPARACIÓN HIDROMECÁNICA

La separación de los sólidos muy finos de los gases, así como también la de los sólidos cuya finura no permite separarlos por medio de tamices, se realiza mediante separadores ciclónicos, filtros de saco o de bolas, precipitadores electrostáticos (sistema Cottrell) y filtros especiales de aire. La separación de las partículas muy finas se puede hacer por sedimentación, aprovechando las diferencias de velocidad con que caen en el seno de un líquido. La sedimentación en sí consiste en dejar que se haga la separación de las partículas finas del líquido para formar un lodo concentrado, que se puede filtrar y secar. La base de las antiguas formas de concentración de menas la constituyen los pesos específicos relativos de los minerales. Se ha de observar que la sílice, la calcita y la mayoría de los silicatos son mucho más ligeros que los minerales sulfurados y algunos óxidos metálicos. También merece la pena hacer constar que existe una diferencia apreciable entre muchos minerales sulfurados. Los métodos actuales de concentración aprovechan el movimiento diferencial. Este movimiento diferencial corrientemente se realiza por tres métodos: 1. Concentración por densidad, debido a que las partículas de densidades distintas se mueven diferencialmente en un medio resistente, tal como agua o aire. 2. Separación magnética, pues las partículas de mineral magnetizable toman caminos diferentes en un campo magnético en relación con las partículas minerales no magnéticas; y 3. Flotación, donde las partículas de una clase de mineral son cubiertas de reactivo, de manera que se adhieren a burbujas de aire, y el poder ascensional del agregado mineral-aire les hace ascender y flotar en la superficie del líquido, en tanto que las

partículas que no se adhieren, permanecen en suspensión. La concentración húmeda, que se aplica algunas veces a menas que contienen arcilla, guijarros o arena, se realiza en forma de lavado por sacudidas. El procedimiento de lavado se utiliza con las menas en las cuales el constituyente que perturba es la arcilla. El lavado, usualmente, se hace mediante un vástago con numerosas aletas, que gira en una cuba inclinada, abastecida con la cantidad suficiente de agua. La mena, que se carga por el extremo inferior, se remueve y se dirige constantemente por las aletas hacia la parte superior de la cuba, donde se descarga. La arcilla, que se desintegra por medio de las aletas, es arrastrada por el agua y sale por el extremo inferior. Las sacudidas se usan frecuentemente con las menas que contienen guijarros o arena que son demasiado densos para ser arrastrados por la suave corriente del agua. Para ello se emplean cajas con fondos agujereados, colocadas en tanques de agua. También se utilizan mesas vibratorias, formadas por una tabla ligeramente inclinada con ranuras que terminan en diagonal. Por acción de .transporte de la vibración o sacudida y de la corriente de agua perpendicular a aquélla se consigue separar las partículas finas y ligeras de las finas densas. Exceptuando el caso en que las densidades de los minerales son muy próximas, se puede llegar a alcanzar una separación efectiva de esta forma si los minerales están limpios y adecuadamente troceados. El método no es utilizable si los pequeños trozos contienen dos o más minerales y tampoco si el material es muy fino. 4.1.4.

SEPARACIÓN MAGNÉTICA

En ciertos casos es conveniente la separación de los productos minerales magnéticos de los materiales no magnéticos. Los minerales magnéticos corrientes magnetita, Fe3O4, y pirrotita, se pueden separar con facilidad de sus gangas por con magnética ordinaria; pero también otros muchos minerales que poseen una permeabilidad magnética en grado variable, si bien menor que aquéllos, se pueden separar de los minerales

no magnéticos mediante campos magnéticos muy intensos. Generalmente, las máquinas operan de manera continua, y con diferentes densidades magnéticas es posible separar los minerales magnéticos y obtener diferentes concentrados en calidad y riqueza. Así pues, la concentración magnética se aplica a todas las menas que son magnéticas o que se pueden hacer magnéticas por tostación. Para este tratamiento la mena se ha de pulverizar y las partículas finas se las pasa en delgada capa por delante de potentes imanes, que atraen las partículas magnéticas y dejan marchar y separar el material no magnético. 4.1.5.

FLOTACIÓN

Consiste en modificar las características superficiales de las partículas del mineral para que flote y la ganga precipite en una celda de flotación (figura 3), donde la mena está en pulpa (lodo), y por la parte inferior se introduce aire. Esto se logra dando un carácter aerófilo a la superficie de las partículas del mineral, mediante un colector, y así, si hay un espumante, el aire introducido queda absorbido. La flotación es uno de los métodos de concentración más eficaces, pues permite la separación y clasificación de los minerales y las rocas. Un mineral o un grupo de minerales flotan en la superficie del agua, dejando las otras partículas suspendidas en la misma. Sin la flotación, el plomo, cinc y cobré serían mucho más caros. Especialmente se aplica esta separación a las menas sulfuradas. La primera patente de flotación fue una alemana de 1877.

Fig. 3: Esquema de una celda de flotación.

Los distintos aditivos que se agregan a la celda, además del agua, son: el colector, el depresor, el activante y el espumante. Los colectores tienen por finalidad adherirse a la superficie del mineral, y no a la de la ganga, a fin de darle carácter aerófilo. Los más utilizados son los xantatos y los aerofloats (dialquilditiofosfatos). La atracción entre las moléculas del colector y los sulfuros de los metales de transición se debe á interacciones de las fuerzas de Van der Waals. Las moléculas de xantatos presentan dos átomos de azufre equivalentes cargados negativamente, lo cual induce a una polarización en las moléculas de sulfuros, en el sentido de que los átomos metálicos quedan cargados positivamente, mientras que apenas afecta a las moléculas de óxidos. Las moléculas de tiofosfato también tienen la carga negativa distribuida entre el átomo de azufre y el de oxigeno unido al átomo de sodio, lo cual polariza la molécula de sulfuro metálico y estas moléculas se unirían por un enlace de fuerzas de Van der Waals. Los radicales alquílicos dan a la partícula a la que están unidos cierto carácter aerófilo, lo cual contribuye a la posterior adsorción a una burbuja de aire. Los depresores son sustancias químicas que se agregan a la celda de flotación para que «mojen» la superficie del mineral que podría interaccionar con los colectores.

El depresor más utilizado en los procedimientos de flotación es el cianuro, (CN-), que impide la flotación de la pirita, pues forma un complejo muy estable con el hierro. La partícula de mineral, con el colector incorporado, flotará sólo si se adhiere, en ella, aire en forma de burbujas. El líquido retendrá las burbujas, si previamente se le ha añadido un espumante. Para la formación de espuma, la pulpa de la mena con el reactivo aceitoso se añade a un gran volumen de agua, que contiene una sustancia generadora de espuma, y se insufla aire a su través. Una vez que el colector de flotación se ha unido a las partículas de mineral, la adherencia de las burbujas de aire es automática. Al ponerse en o la burbuja con la partícula mineral recubierta, cuya superficie se ha hecho no mojable, se mantienen en la superficie del agua por las fuerzas de tensión superficial. Las partículas con superficie mojable no tienden a flotar. El reactivo ayuda a la división del aire, insuflado en el agua, en un gran número de pequeñas burbujas, que forman. así la espuma. Esta espuma debe ser lo suficientemente estable para no deshacerse antes de salir del aparato. Asimismo, mediante el empleo de reactivos auxiliares es posible cambiar la naturaleza química de las superficies minerales, de modo que se obtienen reacciones distintas de las normales, y con adecuada elección de los reactivos se puede realizar la flotación diferencial de una mena, a partir de la cual se quieren aprovechar dos minerales. De esta manera se consigue la separación de varios minerales en las menas complejas, para someter después a cada uno de ellos al tratamiento metalúrgico necesario, con lo que se ahorran muchas operaciones y gastos. Entonces, el reactivo interviene con el fin de acelerar la flotación de un determinado mineral (función activante) y retrasar o impedir la flotación de otros (función depresora), modificando la naturaleza de la superficie. Cuando a la pulpa de la mena de galenaesfalerita se añaden xantato y cianuro potásico, la galena flota y la esfalerita aparece en el residuo; mediante adición de sulfato cúprico a este residuo, el ZnS flota y el FeS2 queda en el residuo. El sulfuro sódico se utiliza para precipitar las sales solubles que se encuentran en la pulpa y también para facilitar la flotación de los minerales oxidados, por recubrirse su

superficie con una capa de sulfuro; por ejemplo, PbCO 3 + Na2S- + PbS + Na2CO3. En general, el reactivo puede actuar de diversas maneras, y así su composición es muy variable; es raro que baste con la adición de una sola sustancia. La cantidad de reactivo es relativamente pequeña: aproximadamente, del orden de 60 g de aceite, 50 g de xantato potásico y 2 g de ácido o un producto básico para una tonelada de mena que se haya de tratar. El contenido de metal en la mena pasa, por ejemplo, del 1 al 25%, y la proporción de recuperación del metal excede del 90%. El tamaño de la mena se encuentra entre 0,2 y 0,05 mm. En la operación de flotación tienen una gran importancia la física de la formación de espuma; la aireación y la unión de tina partícula hidrofóbica a una burbuja de aire en agua, y, asimismo, el efecto en cantidades muy pequeñas de los iones solubles sobre el desarrollo específico de las superficies hidrofilicas e hidrofóbicas. 5. EL OBJETO DE LA CONCENTRACIÓN DE MINERALES El procesamiento o la concentración de minerales es la etapa siguiente a la explotación en interior mina y su tarea es preparar el mineral de la mina para extraer el mineral valioso. Además de homogenizar el tamaño del mineral, es un proceso de separación entre las partes con valor (mena) y las sin valor (ganga), para producir una porción enriquecida, o concentrado, que contiene la mayor parte del mineral valioso, y un descarte, o cola, o relave que contiene predominantemente material estéril. La concentración o proceso de enriquecimiento, reduce considerablemente la cantidad de material que debe ser manipulada en las plantas, reduce a si mismo la cantidad de energía y reactivos para producir el metal puro en procesos siguientes. El proceso de concentración de minerales reduce el volumen y el peso del concentrado que debe ser enviado a fundición, reduce el costo de transporte y manipuleo, la reducción de costos de fundición es significativa debido a la disminución del tonelaje a tratarse, la menor cantidad de caja hace que la recuperación suba en la fundición. Contra estas ventajas se debe anotar el costo del tratamiento en la planta de concentración y las perdidas que se producen en la planta.

Figura 4: Necesidad de la concentración de minerales. La meta de cualquier proceso de concentración de minerales es la de producir un concentrado del mineral valioso con una ley, la más alta posible y a un costo lo más bajo posible. La recuperación, del mineral valioso, debe ser la más alta posible y el rechazo del material sin valor debe ser la más alta posible. Todas las partes de la plantas deben estar, de tal manera sincronizadas, que se logre el máximo de retorno por tonelada de mineral tratado. Los beneficios del proceso de concentración de minerales podemos resumir de la siguiente manera:  Los costos de transporte de los concentrados serán menores, debido a la eliminación de un importante parte de material estéril.  Debido a la eliminación de una importante parte de la ganga, se tendrán menores pérdidas del metálico en procesos posteriores (fundición).  Menor tonelaje de concentrado a ser fundido, significa también menor costo de tratamiento.  La eficiencia y bajos costos en plantas de concentración hacen posible tratar minerales, que sin la disponibilidad de métodos de concentración de bajo costo, no podrían ser clasificados como yacimientos. A continuación mostramos un ejemplo para clarificar la ventaja económica de enviar a la fundición directamente el material que sale de una mina frente al envío de concentrado para su tratamiento. 6. ETAPAS EN LA CONCENTRACIÓN DE MINERALES Las partes principales de una planta de concentración, Figura 4, que se puede resumir de la siguiente manera:  Conminución.  Trituración  Molienda  Cernido Industrial.  Clasificación.  Flotación.

 Desagüe.  Deposición de colas.

Figura 5: Diagrama de flujo de tratamiento para la concentración de minerales.

7. PROCESOS HIDROMETALÚRGICOS Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva (disolución) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El

nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución. La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los procesos hidrometalúrgicos. Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos: (1) Disolución del componente deseado presente en la fase sólida. (2) Concentración y/o purificación de la solución obtenida. (3) Precipitación del metal deseado o sus compuestos. Los reactivos químicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas propiedades para poder usarse, por ejemplo: no deben ser muy caros, deben ser fácilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos. Los procesos de lixiviación y purificación de la solución corresponden a las mismas operaciones que se practican en el análisis químico, solamente que a escala industrial. 7.1. Práctica de la lixiviación 7.1.1.

Sistemas de lixiviación

En general, la práctica industrial de la lixiviación presenta diferentes sistemas de operación que se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y económicos en el análisis de un proyecto, algunos de los cuales son: -

ley de la especie de interés a recuperar reservas de mineral caracterización mineralógica y geológica comportamiento metalúrgico capacidad de procesamiento costos de operación y de capital rentabilidad económica.

Una forma de clasificar los métodos de lixiviación es, Tabla 1: Lixiviación de lechos fijos: -

in situ, in place

-

en botaderos en pilas en bateas

Lixiviación de pulpas: 7.1.2.

por agitación, a presión ambiente en autoclaves Lixiviación in situ - in place

La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviación IN SITU se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. Por lo general, estas operaciones presentan actualmente un gran interés por los bajos costos de inversión y operación que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metálicos que de otra manera no podrían ser extraídos. Los bajos costos son consecuencia de evitar o al menos disminuir los costos de extracción minera, el transporte del mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la construcción de una planta de lixiviación. Generalmente, la recuperación es baja ( < 50% ). Tabla 1: Resumen de las diferentes técnicas de lixiviación de minerales

Dependiendo de la zona a lixiviar, que puede ser subterránea o superficial, se distinguen tres tipos de lixiviación in situ, como se puede visualizar desde Fig 6. Tipo I: Se trata de la lixiviación de cuerpos mineralizados fracturados situados cerca de la superficie, sobre el nivel de las aguas subterráneas. Puede aplicarse a minas en desuso, en que se haya utilizado el "block caving", o que se hayan fracturado hidráulicamente o con explosivos (IN PLACE LEACHING). Tipo II: Son lixiviaciones IN SITU aplicadas a yacimientos situados a cierta profundidad bajo el nivel de aguas subterránea, pero a menos de 300 - 500 m de profundidad. Estos depósitos se fracturan en el lugar y las soluciones se inyectan y se extraen por bombeo. Tipo III: Se aplica a depósitos profundos, situados a más de 500 m bajo el nivel de aguas subterráneas

7.1.3.

Lixiviación en botaderos (Dump leaching).

Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (por ej. < 0.4% Cu) no pueden ser tratados por métodos convencionales. Este material, generalmente al tamaño "run of mine" es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad, Figura 7. Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (por ej. 40-60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal. Las soluciones se alimentan generalmente por aspersión.

Figura 6: Sistemas de minería de soluciones. Normalmente la lixiviación en botaderos es una operación de bajo rendimiento (pero también de bajo costo). Entre las diferentes razones para ello se puede mencionar: -

Gran tamaño de algunas rocas (> 1 m). Baja penetración de aire al interior del botadero.

-

Compactación de la superficie por empleo de maquinaria pesada. Baja permeabilidad del lecho y formación de precipitados (yeso, ...) Excesiva canalización de la solución favorecida por la heterogeneidad de tamaños del material en el botadero.

Figura 7: Botaderos. 7.1.4.

Lixiviación en batea (por percolación).

Esta técnica consiste en ar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea estanque. Un esquema de equipo empleado en lixiviación en batea se presenta en Fig. 8

Figura 8: Equipos de lixiviación en batea. Los minerales a tratar por este método deben presentar contenidos metálicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un período razonable (3 a 14 días) y en trozos de tamaño medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversión inicial que requiere este tipo de proceso. 7.1.5.

Lixiviación en pilas (heap leaching).

a) Descripción El esquema general del proceso se puede observar en la Fig. 9.

Figura 9: Esquema de lixiviación en pila.

El mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o subterránea, debe ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeración, para conseguir una granulometría controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad. Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal). Las aguas sobrantes del proceso vuelven a ser acondicionadas para ser recicladas hacia las pilas. También en algunos casos es preciso añadir agua nueva, para reponer las fuertes pérdidas de evaporación del circuito. Se denomina cancha de lixiviación a la superficie de apoyo de la pila donde se coloca la impermeabilización. Cuando la cancha es recuperada para reutilizarla con un nuevo mineral se trata de lixiviación en PILAS DINÁMICAS, mientras que si el terreno no es recuperado y, por lo tanto, el mineral agotado queda en el depósito como nueva base para otra pila, se está en la lixiviación en PILAS ESTÁTICAS o PERMANENTES. La solución rica (S.R. o P.L.S. pregnant leach solution) es generalmente impura y diluida y deberá ser purificada y concentrada antes de recuperar el metal. En la hidrometalurgia del cobre, eso se realiza mediante la extracción por solvente seguida por la electrodeposición del cobre. La solución rica sólo contiene 4 - 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H 2SO4 y es impura ( 5 g/l Fe, SiO2, Al2O3 coloides, sólidos en suspensión, ...) b) Construcción de las pilas El diseño de las pilas debe tener en cuenta los siguientes factores: -

La calidad del (impermeable)

patio

o

base

de

apoyo

-

Las facilidades de riego y recolección o drenaje del efluente. La estabilidad de la pila seca y saturada en agua Los tanques (piscinas) de soluciones ricas y pobres La forma de apilamiento o deposición del material lixiviable (Compactación, homogeneidad.).

c) Preparación de la base de las pilas Se necesita disponibilidad de amplias superficies de terreno relativamente llanas (menos de 10% de pendiente). La cancha debe ser considerada con su sistema de impermeabilización, para controlar las pérdidas de soluciones y evitar contaminaciones del medio ambiente. El sistema consiste en: -

Una base firme y consolidada, debidamente preparada Una capa de lecho granular sobre el que apoyar suavemente la lámina La lámina o capa de impermeabilización Un conjunto de drenaje o capa de recolección de líquidos Una capa protectora del sistema

Generalmente, las membranas o láminas de impermeabilización del patio son geomembranas de origen sintético (láminas de plástico : polietileno de alta densidad o PVC de 1 a 1.5 mm o polietileno de baja densidad de 0.2 a 0.3 mm de espesor) pero también pueden ser materiales arcillosos compactados sobre el propio terreno, hormigón, asfalto, etc.. Se pueden disponer de membranas o sellados simples, dobles o triples, de acuerdo con el número de capas impermeables o membranas que se hayan utilizado. Una parte importante de la construcción de la pila es el sistema de recolección de la solución rica, que, en general consta de grava o material filtrante sobre la lámina y tuberías perforadas drenantes de plástico. d) Técnicas de apilamiento del mineral. El uso de cargadores frontales y camiones (Fig. 10a) a sido desplazado, en los últimos proyectos, por apiladores autopropulsados de bajo perfil de carga, para tonelajes de 5000 a 10000 tpd (Fig. 10b). Para

tonelajes mayores, 17500 tpd, se ha adoptado el sistema de correas cortas y móviles (grass hoppers) que se articulan flexiblemente en secuencia para transportar el mineral desde el aglomerador hasta el apilador móvil que construye la pila (Fig. 10c). Para tonelajes aún mayores, se implementan otros tipos de equipos (apiladores sobre orugas). La altura de la pila fluctúa entre 2.5 m para sistemas de camión y cargador frontal, hasta 10 m para apiladores.

Figura 10: Técnicas de apilamiento del mineral.

e) Riego de la pila El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente por dos procedimientos: por aspersión o por distribución de goteo, este último siendo recomendable en caso de escasez de líquidos y bajas temperaturas (Fig 11 a y b). En la industria, se utiliza generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h.m 2. El riego tiene que ser homogéneo. Figura 11: Técnicas de irrigación de las pilas.

A) Por aspersión

B) Por goteo f) Operación de las pilas. Al inicio de la operación, se deben disponer como mínimo de dos pilas, comenzándose con el riego de la primera de ellas. En un principio se obtendrá una

alta concentración (Cmx) en la solución, que irá descendiendo hasta un valor por debajo de la concentración media (Cmd) de diseño. En este momento se pone simultáneamente en operación la segunda pila, con dos sistemas posibles: a) Lixiviación de las dos pilas con obtención de una única solución rica final. b) Lixiviación de la primera pila con producción de solución intermedia (pobre), que se recicla a la segunda pila nueva en donde se obtiene la solución rica (Fig. 12). Este segundo sistema se generalizo, ya que permite alargar el tiempo de lixiviación de las pilas y/o disminuir el caudal de solución rica y entonces el tamaño de la planta de SX. Cuando la primera pila alcanza el valor mínimo económico, se procede al lavado con agua fresca y drenaje hasta el agotamiento, yendo esta solución al depósito o piscina de solución estéril para recirculación al sistema. Al mismo tiempo se pone en operación una nueva pila. Según las disponibilidades de área, la pila agotada se puede cargar y transportar a un vertedero cercano (PILA DINAMICA o REMOVIBLE) o puede servir de base para la formación de una nueva pila (PILA PERMANENTE). La tendencia se desplaza al uso de pilas permanentes, para evitar los costos asociados a los movimientos de materiales residuales y aminorar las pérdidas de solución por filtración a través de la lámina de plástico. Si el tiempo de lixiviación no es suficiente, la recuperación baja. Es un problema, porque no es posible aumentar el tiempo sin aumentar el área de la cancha de lixiviación.

Figura 12: Reciclaje de la solución lixiviante en contra corriente. g) Chancado del mineral El chancado del mineral debe cumplir con tres objetivos: (1) Ser lo suficiente fino para que la mayoría de la especie metálica valiosa este expuesta a la acción de la solución lixiviante. Por ej. : 100 % bajo 3/4" (2) No puede producir demasiado partículas finas para no alterar la permeabilidad de la pila. (Por convención, se llama fina toda partícula bajo 150 micrones) "Material arcilloso" Por ej. : partículas finas < 10% (3) El mineral chancado debe ser el más homogéneo posible, todas las partículas siendo comprendidas en un estrecho rango de tamaño h) Variables del proceso Se pueden estudiar el efecto de varias variables operacionales sobre la recuperación del metal valioso y la cinética realizando pruebas de laboratorio en columnas. Las principales variables son: ♦ La granulometría

♦ ♦ ♦ ♦

La altura de la pila La tasa de riego [l/h.m2] o [l/h.T] La concentración en ácido de la solución de riego El tiempo de lixiviación: Depende de la cinética (lix. química : 1 a 2 meses; lixiviación. bacterial : 3 a 12 meses)

Todos estos factores están relacionados entre si. Por ejemplo, si se aumenta la altura de la pila, la concentración en ácido del primer metro es buena, pero baja a medida que la solución percola en la pila y el cobre de los estratos inferiores no se lixivia bien. Se puede aumentar la concentración en ácido de la solución de lixiviación, para salir de la pila con +/- 3 g/l [H+], pero más ácido se da a la ganga y más se come, así que se va a incrementar el consumo de ácido. Otra posibilidad es aumentar la tasa de riego, pero existe un riesgo de inundar la pila. 7.1.6.

Lixiviación por agitación

a) Descripción La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución lixiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados. Se recurre a la agitación mediante burbujeo o bien a la agitación mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta que se logra la disolución completa, siendo el tiempo de o de los sólidos con la solución del orden de horas comparado con el proceso de lixiviación en pilas que requiere meses. Los agitadores mecánicos son simplemente impulsores colocados en el interior del tanque (Fig. 13a), mientras que los tanques agitados con aire son a menudo tanques de tipo "Pachuca" (Fig. 13b). Figura 13: Equipos de lixiviación por agitación.

a) Agitación mecánica

b) Agitación neumática Sus ventajas comparativas con otros métodos de lixiviación son: -

Alta extracción del elemento a recuperar Tiempos cortos de procesamiento (horas) Proceso continuo que permite una gran automatización Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos

Sus desventajas son: -

Un mayor costo de inversión y operación Necesita una etapa de molienda y una etapa de separación sólido-líquido (espesamiento y filtración)

b) Variables del proceso El análisis de las variables de la lixiviación por agitación en sistemas industriales, para la definición y optimización del proceso, debe necesariamente hacer confluir aspectos técnico, operacionales y económicos. • Granulometría El grado de molienda debe ser lo suficiente para exponer, por lo menos parcialmente, la superficie del mineral valioso a la acción de la solución lixiviante. Depende del tipo de mineral y de sus características mineralógicas. Deberá considerarse un tamaño tal que no contenga un exceso de gruesos (> 2 mm) que produzca problemas en la agitación (embancamiento, aumento de la potencia del agitador) y que por otra parte, no contenga un exceso de finos (menos de 40% < 75 micrones) , que dificulten la separación sólido-líquido posterior de la pulpa lixiviada. Debido a lo anterior, y además, para disminuir los consumos de energía por concepto de molienda y los costos de filtración y decantación, la agitación se deberá tratar de realizarla al mayor tamaño que la operación lo permita. • Tiempo de lixiviación La economía del proceso de lixiviación es función del grado de disolución o porcentaje de extracción del mineral valioso. Sin embargo, esto no es tan importante como el tiempo necesario para una extracción aceptable, es decir la velocidad de disolución.

Figura 14: Porcentaje de extracción en función del tiempo. La figura 14 muestra una curva típica entre estos dos parámetros. Existe al principio una extracción rápida, que decrece posteriormente al máximo obtenible para un tamaño dado de partícula. Esta curva se puede obtener de pruebas de lixiviación en botellas en el laboratorio. • Mineralogía del mineral El tamaño y la disposición de la especie valiosa influye el grado de molienda necesario para exponer esta especie a la solución lixiviante. La arcillas son una familia de minerales, aluminosilicatos, existen en todos las menas y producen partículas muy finas (algunos micrones). La presencia de muchas arcillas puede impedir una buena filtración del relave. • Otras variables La lixiviación se realiza a temperatura ambiente (o en autoclaves). La concentración de reactivos debe ser optimizada según el tipo de operación. El porcentaje de sólidos debe ser en la mayoría de los casos lo más alto posible para alcanzar una alta concentración del ion metálico en la solución

de lixiviación, minimizar los costos de inversión en el circuito de lixiviación por menor capacidad volumétrica y reducir el tamaño y costo subsecuente de espesamiento y filtración. El porcentaje de sólidos en la pulpa varía entre 20 y 50%. La velocidad de agitación debe ser lo suficiente alta para mantener los sólidos en suspensión, para que no decanten. Una velocidad de agitación alta tiende a favorecer la cinética de la reacción, pero tiene un costo energético apreciable. 7.1.7.

Separación sólido-líquido

a) Introducción En una planta de lixiviación en pilas, la solución que escurre de las pilas es bastante clara y contiene muy pocos sólidos en suspensión. En la mayoría de los casos, no hay etapa específica de separación sólido líquido. La solución rica se almacena en piscinas donde pueden decantar los pocos sólidos que contiene. Al contrario, la lixiviación por agitación produce una pulpa consistente en pequeñas partículas sólidas en suspensión en la solución. Una etapa de separación sólido - líquido es absolutamente necesaria para sacar los sólidos de la solución y enviarlos al tranque de relaves, mientras la solución clarificada puede pasar una posterior etapa de recuperación de valores. Hay dos métodos de separación sólido - líquido: -

El espesamiento (hasta 55% sólidos) La filtración (hasta 92% sólidos)

b) Espesadores Los espesadores son equipos que efectúan la separación líquido - sólido por decantación de los sólidos en un estanque grande. Un esquema se presenta en la figura 15.

Figura 15: Esquema de un espesador. c) Filtros El empleo de filtros en hidrometalurgia permite recuperar una cantidad adicional de líquido retenido a partir de precipitados o de pulpas de 55-60% en sólidos procedentes de espesamiento como también tratar directamente soluciones de lixiviación, a objeto de disminuir la cantidad de sólidos en suspensión que pueden afectar procesos posteriores de tratamiento. Filtros de vacío:

- de tambor (Fig. 16) - de discos (o cerámica) - horizontal, de cinta

Figura 16: Lavado de un mineral en un filtro de tambor.