CAPITULO I INTRODUCCION A LA MINERALURGIA 1.1. OBJETIVO PDF

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PROCESAMIENTO DE MINERALES – MINERALURGIA I

MSc. Ing. Nataniel Linares Gutiérrez

CAPITULO I

Al concluir el estudio de este capítulo, el estudiante estará en condiciones de poder definir a la Mineralurgia dentro del contexto general del Procesamiento de Minerales, delineando su alcance, su justificación técnica y su justificación económica, así como tener una visión panorámica de la mineralurgia peruana.

Todos los minerales o materiales inorgánicos que se emplean para mantener nuestra civilización, se derivan de la corteza terrestre que comprende una capa delgada de material de sílice hasta una profundidad de 13 Km., donde su distribución no es uniforme, concentrándose unos en una parte y otros en otra parte de acuerdo al proceso geológico el cual da lugar a los cuerpos o depósitos de mineral tales como el cobre, plomo, zinc, níquel, molibdeno, etc. que comúnmente se les denomina “Yacimientos” los cuales al ser ubicados y evaluados son explotados económicamente y procesados hasta obtener un producto (concentrado o metal) comerciable. La utilización de tales substancias, que es lo que constituye la industria minero-metalúrgica, comprende, no solamente la explotación de los minerales, es decir, su extracción o arranque de los lugares en que ellos se encuentran formando parte de la corteza terrestre, sino también su beneficio o mejoramiento de calidad, librándolos de impurezas, su transformación en productos y artículos u objetos diversos y la obtención y manufactura de los metales. Estas diferentes actividades de la industria minera se separan en cuatro ramas distintas: La geología, la minería, la metalurgia y las ciencias ambientales. La interrelación de estas carreras o profesiones se muestra en este gráfico (Figura 1.0):

Figura 1.0. Interrelación de la carrera de la ciencia de los minerales

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Aquí la “Ingeniería Geología” participa con las operaciones comúnmente denominadas “cateo”, prospección seguida de la exploración que mediante la perforación de túneles o perforación diamantina, determina la mineralogía, su génesis y dimensiona el yacimiento a través de la cubicación, la cual nos proporciona las reservas probadas y probables de mineral valioso. Estos datos nos ayudan a priori, decidir si el yacimiento es o no explotable económicamente. Con las muestras obtenidas de este proceso, se ejecutan las pruebas metalúrgicas, para determinar el posible tratamiento de extracción del mineral valioso o del metal valioso.

La “Ingeniería Minera” participa en el diseño del sistema de explotación del mineral valioso, de acuerdo al tipo de mineralización del yacimiento. Si la mineralización es vetas o bolsonadas, se aplicará el método de minería subterránea de corte y relleno ascendente o descendente o el sistema trackless; o si la mineralización es diseminada o tipo porfirítico, se aplicará el método de minería a cielo o tajo abierto (open pit) y sus consiguientes operaciones de acarreo y transporte. La minería o laboreo de minas, es en consecuencia, la operación que consiste en obtener de las minas los minerales en estado natural. Incluye las labores de reconocimiento, exploración, análisis químico de muestras, instalaciones accesorias de toda índole, labores preparatorias, extracción, ventilación, seguridad, etc.

La Ingeniería Metalúrgica consta generalmente de tres áreas: Mineralurgia, Metalurgia extractiva y Metalurgia de transformación. Mineralurgia: Este término, de reciente creación, 2

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comprende al beneficio, purificación, enriquecimiento, concentración y preparación mecánica de los minerales, sin transformación substancial; sustituye, por lo tanto, a los equivalentes ore dressing y mineral dressing del idioma inglés, y a los términos equivalentes de otros idiomas. Pero comprende, además, toda operación elaborativa efectuada sobre los minerales no metálicos, con el fin de producir objetos o artículos diversos utilizables en otras artes. Metalurgia extractiva, es la rama de la industria Metalúrgica que consiste en extraer de los minerales en su estado natural, o previo tratamiento mineralúrgico, los metales valiosos. Esta operación se hace también por procedimientos de vía seca y de vía húmeda; pero estos últimos, en general, se completan con los de la vía seca, en cuyo caso el procedimiento se llama de vía mixta. Además, casi todas las operaciones metalúrgicas, como no dan el metal completamente puro, van seguidas de una operación complementaria o "refinación. Metalurgia de Transformación, comprende los procesos que se efectúan directamente sobre los metales o sus aleaciones con el fin de producir objetos o artículos diversos utilizables en otras artes. En este campo son también numerosísimas las industrias metalúrgicas: la del hierro, la del acero; las cada vez más numerosas e importantes, por sus múltiples aplicaciones, de las aleaciones blandas y duras; la orfebrería, la amonedación, etc.

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La “Ingeniería en Ciencia Ambientales” su quehacer está definido como la búsqueda de conocimiento nuevo, de conceptualizaciones y explicaciones en el ámbito del medio ambiente incorporando como agente y sujeto de cambio al ser humano. Lo más característico de su accionar es la relación directa con la calidad de vida humana apoyada en la sustentabilidad de la industria minerometalúrgica, a corto y largo plazo, de su base bio-geofísica sobre el planeta. La definición de Ciencias Ambientales es estrictamente operacional: son ciencias que contribuyen al desarrollo económico y social (o bienestar humano) sobre una base ambientalmente sustentable del Sector minerometalúrgico, en este caso. Las ciencias, tecnologías y profesiones que contribuyen a dicha meta son múltiples y las CA constituyen la confluencia de distintos acercamientos disciplinarios al estudio y solución de problemas relacionados con la interacción hombre-ambiente. Suponiendo que cada disciplina proveerá los especialistas necesarios, el verdadero desafío de las CA está en la materialización de un enfoque multidisciplinario, que contribuirá a un adecuado control medioambiental de la extracción de los minerales, su procesamiento y transformación de los metales, lográndose la invención de tecnologías más limpias y menos dañinas a la vida.

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Conocida también como “Procesamiento de Minerales” o “Beneficio de Minerales”, es el tratamiento de las menas extraídas desde las labores mineras, a través de un conjunto de operaciones unitarias físico-mecánicas, que tienen como fin, mediante un proceso de separación sólido-sólido o concentración sin destruir la identidad química de los minerales, la obtención de uno a más productos valiosos denominados concentrados que contienen a los minerales valiosos, por ende constituyen el producto vendible o con valor económico y un producto no valioso denominado relave o cola que contiene el mineral de ganga o estéril de la mena, el cual será depositado adecuadamente en canchas de relave, operadas en estricta concordancia con la ley medio ambiental .

El objetivo primordial de la Mineralurgia es mediante la aplicación de operaciones físicomecánicas y de procesos físico-químicos, lograr convertir una mena de baja ley en un concentrado de mineral de alta ley, el cual reúne las características físicas y químicas requeridas por el proceso de extracción del metal puro.

La minería en nuestro País se caracteriza por la explotación y procesamiento de los minerales polimetálicos complejos destacando como metales principales de exportación al oro, cobre, plata, zinc, plomo y estaño. La producción de estos metales permite que el Perú esté colocado entre los principales productores mineros del mundo. Un alto porcentaje de la producción minera de plata, plomo y zinc se exportan como concentrados. En el caso del oro y cobre la presentación es básicamente en forma metálica con diferentes grados de pureza. Los rasgos actuales del contexto minero en el Perú se caracterizan por: Explotación exitosa de yacimientos de baja ley de minerales de cobre y minerales con oro. Incorporación de aspectos ambientales en el manejo de las operaciones metalúrgicas. Ejecución de acciones en beneficio de las poblaciones vecinas a las instalaciones de las (Mina y Planta Concentradora) empresas mineras. En el Perú, es notable el desarrollo de Antamina,(Cu, Zn, etc) operación de gran envergadura que se benefició con la economía de escala, bajo costo unitario por unidad producida y que obtiene beneficios adicionales por algunos subproductos.

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Ello pudo lograrse por la aplicación exitosa de tecnologías adecuadas, combinado con técnicas de ingeniería, diseño y construcción apropiadas. Los circuitos de molienda, por ejemplo, tienen actualmente un perfil más dinámico, dando como resultado un menor número de operaciones unitarias, que reemplazan a los circuitos de conminución de múltiples etapas (Molino SAG). A su vez, las plantas concentradoras utilizan un menor número de grandes, pero eficientes máquinas de flotación. El transporte hidráulico de sólidos es eficiente y ambientalmente adecuado con el uso de tuberías especiales denominadas mineroductos. En este milenio el desarrollo de un proyecto minero exige el uso intensivo de alta tecnología. En el procesamiento de minerales, las variadas alternativas tecnológicas para el desarrollo de un proyecto requieren evaluaciones de laboratorio y pruebas piloto que demuestren su factibilidad. El vertiginoso avance de la tecnología obliga a un permanente monitoreo de las innovaciones y su incorporación a los procesos metalúrgicos. En este contexto, la tecnología es considerada un factor estratégico en el desarrollo de los proyectos mineros y ello conlleva a que los Ingenieros estén continuamente capacitándose. El precio de los metales, tales como cobre, zinc y plata, se encontraron muy cerca o están en niveles históricamente bajos, se da también a que hoy estén experimentando precios históricamente altos. Esto no significa sin embargo que, en muchos proyectos potenciales, a menos que sean suficientemente afortunados como para contar con leyes de cabeza muy altas que muy difícilmente se descubrirán, el proyecto deberá identificar la tecnología de procesamiento metalúrgico que permita reducir los costos de capital, y a la vez, trabajar con bajos costos de operación, para hacerlo sustentable y sostenible en el tiempo. Este aspecto tiene especial importancia en los proyectos pequeños que no pueden obtener las ventajas obvias de la economía de escala. Mediante el uso de tecnología especifica, las plantas concentradoras deben lograr la recuperación, capacidad, leyes de concentrado, cumplir con normas ambientales y proveer un lugar de trabajo seguro. En consecuencia, la Mineralurgia como ciencia y arte es importante porque permite explotar los yacimientos mineros de baja ley y hacerlos aptos para la extracción adecuada de los metales a bajos costos y a altas recuperaciones, el cual se inicia en el laboratorio metalúrgico, planta piloto, para con estos resultados proyectar la planta a nivel industrial o full escala

Laboratorio metalúrgico

Planta piloto

Esta asignatura está diseñada para estudiar los principios básicos utilizados en las distintas operaciones unitarias de la liberación del mineral valioso (chancado y molienda); de clasificación en seco (cribado), clasificación en húmedo (pulpa), de modo que queden aptos para su separación por métodos de concentración tales como por flotación por espumas, gravimetría, medios densos, magnética, eléctrica y electromagnética. Así como operaciones auxiliares de transporte de minerales en seco y en húmedo y almacenamiento. En el esquema que se presenta en la Fig. 1.3 se muestra en forma general el alcance de la presente asignatura. 5

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Fig. 1.3. Esquema de ubicación de la Mineralúrgia I

1.5. TERMINOLOGIA MINERALURGICA. Para esta primera parte de la Mineralurgia se emplearán los siguientes términos.

A.

YACIMIENTO DE MINERALES.

Es aquel depósito de gran tamaño que contiene mineral valioso suficiente para ser explotado económicamente. Estos yacimientos pueden ser: • Yacimientos magnéticos, que resultan de la solidificación directa del magma. • Yacimientos pegmatíticos, que se forman por cristalización del magma residual concentrado en el borde de la cámara magmática. • Yacimientos pirometasomáticos, que se forman al entrar en contacto el magma intrusivo con otro tipo de roca. • Yacimientos hidrotermales, que son los que se forman debido al transporte de minerales por los líquidos residuales del magma. Estos pueden ser a su vez: • Hipotermales. • Mesotermales. • Epitermales. • Teletermales. • Xenotermales. • Yacimientos de exhalación volcánica. • Yacimientos sedimentarios, que se forman por el proceso de sedimentación o deposición de los minerales. 6

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B.

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MENA.

Se denomina así a una roca extraída de mina que encierra una cantidad de mineral valioso suficiente para justificar su explotación económica, es decir, con una composición química definida. La riqueza de una mena se define como el porcentaje de metal que contiene, generalmente, en estado combinado. Los elementos presentes en una mena pueden clasificarse en: Aprovechables: que son los que forman la masa de interés Neutros: que no tiene efecto en las propiedades de interés Indeseables: constituyen las impurezas En las menas, el mineral y la ganga se encuentran íntimamente asociados, por lo que deben realizarse diversos procedimientos físicos y químicos para obtener la separación de ellos. Origen de las menas La teoría actualmente más aceptada, fue postulada por Goldschmidt quien formuló que la tierra en sus inicios era una masa gaseosa, la cual al enfriarse pasa desde el estado gaseoso al estado sólido. En estos cambios de estado los elementos químicos son separados paulatinamente clasificándose según sus propiedades en 3 etapas: Primera Etapa: Siderófilo: proceso cósmico que ocasionó la sedimentación de los metales más pesados, formándose un núcleo que contiene manganeso, hierro, cobalto, níquel, molibdeno, rutenio, radio, paladio, osmio, oro, iridio, platino y plata. Tiófilo: formación de compuestos afines con el oxígeno y azufre, dando origen a la capa intermedia de la tierra, la cual está constituida principalmente por sulfuro y óxidos de cobre, plata, cinc, cadmio, mercurio, galio, indio, talio, germanio, estaño, plomo, arsénico, antimonio, bismuto, fósforo, azufre, selenio y telurio. Litófilo: formación de la corteza terrestre de unos 90 Km de esfera. Formación de las rocas a través de cristalización fraccionaria, comenzando con la solidificación a temperaturas superiores a los 1200° C de los óxidos metálicos más pesados de naturaleza refractaria. Segunda etapa: La cristalización se realiza cuando la temperatura desciende de los 1200°C a 500 °C, siendo la sílice el disolvente de todos los minerales que cristalizaron en este período. La última cristalización se realiza a temperaturas inferiores de 500°C, formándose minerales que contienen cationes demasiado pequeños o demasiado grandes para ser aceptados en las redes de silicatos. Tercera Etapa: Extracción de elementos químicos de rocas ígneas mediante el agua, dióxido de carbono, azufres, ácidos húmicos, clorhídrico. También se presenta la disolución de compuestos de calcio, ferrosos, magnésicos y sódicos, y en la solubilización o precipitación de óxidos férricos, titanio y de silicio. Las especies de interés se extraen de sus menas mediante diferentes procedimientos metalúrgicos, los cuales pueden ser modificados según las condiciones de las materias disponibles. La extracción de la especie se realiza mediante un número limitado de operaciones. Las partes de una mena son: • Mineral valioso. • Mineral estéril o ganga.

Un mineral es una sustancia inorgánica natural, que posee estructura atómica-cristalina y composición química definida, que en ocasiones se puede encontrar asociado con otros tipos de roca. También se puede definir como una sustancia o compuesto inorgánico que posee una composición química y red cristalina definida, que constituye la parte de mineral metálico o no metálico que le da el valor comercial a la mena y comúnmente se le conoce con el nombre de “mineral valioso”. 7

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Clasificación de los minerales La clasificación de un mineral se basa en la composición química y en la estructura interna, teniendo como resultado una amplia gama de clasificaciones, las cuales a su vez se dividen en familias (según clasificación química), que a su vez se subdividen en grupos (clasificación cristalográfica y estructural), los cuales se pueden clasificar por su especie (misma estructura pero distinta composición química) para finalmente se subdividirse en variedades (composición química no usuales). Elementos Nativos Óxidos Nitratos Sulfatos

Sulfuros Haluros Boratos Wolframatos

Sulfosales Carbonatos Fosfatos Silicatos

Dentro de esta clasificación se pueden diferenciar 2 grupos de interés, los minerales metálicos y los minerales industriales (o no metálicos). Como los productos que se pueden considerar de origen no metálico son muy diversos tanto en la naturaleza como en los usos, se clasifican en grupos considerando la importancia económica y características del mercado. Ganga.- O mineral estéril que está constituido por una serie de minerales calco-silicosos, óxidos y sulfuros que carecen de valor económico, por lo tanto, separados del mineral valioso. Generalmente constituye la mayor cantidad de material que después del tratamiento, debe ser descartado y depositado adecuadamente. Debemos recordar que cuando se realicen las pruebas metalúrgicas preliminares, se debe tener en cuenta en forma especial porque pueden ser los causantes de la incompatibilidad del proceso. Esto se aprecia en la figura 1.4.

SiO2

Au − Ag

FeS 2

ZnS

CaCO3

PbS

Cu

CuFeS 2

Fig. 1.4. Esquema de una mena compleja de Cu-Pb-Zn.

• Las menas por el mineral que les da el valor económico pueden ser: 1. Menas metálicas, son aquellas de las cuales se extraen los metales, y a su vez pueden ser: Menas nativas, donde el metal está en forma elemental, tal como el Au, Ag, Cu, etc. Menas sulfuros que contienen al metal como sulfuro, tales como la galena (PbS) → Pb; La calcopirita (CuFeS2) → Cu; la esfalerita (ZnS) → Zn; etc.. Menas óxidos donde el mineral valioso puede estar presente como óxido, sulfato, silicato, carbonato o alguna forma hidratada de los mismos. De Cu son: Cuprita, chalcantita, crisocola, 8

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malaquita, atacamita; de Pb son la Cerucita, la Angles...