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Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases: Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la ganga; El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que quedan en el metal; ... Otros tratamientos del metal para facilit...

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TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL COBRE

TEV: 2 Fecha: 02-06-2021 Página 1 de 108

ETAPAS DE PROCESO DE PRODUCCION DE COBRE EN LA INDUSTRIA MINERA

ELABORADO POR

Camila Moya Álvarez

PROFESOR EVALUADOR

Programa ICIV ULARE Programa ICIV-

Fernando Olivares Caroca

ULARE

Fecha: 02-06-2021

Fecha: 02-06-2021

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL COBRE

TEV: 2 Fecha: 02-06-2021 Página 2 de 108

INDICE Contenido 1.0

Resumen Ejecutivo ..................................................................................................... 5

2.0

Introducción ................................................................................................................ 6

3.0

Objetivo General ......................................................................................................... 7

4.0

Objetivos Especificos .................................................................................................. 8

5.0.- Marco Teórico: Etapas del proceso de producción de cobre ............................................... 8 5.1.- Exploración a rajo abierto .................................................................................................... 8 5.1.1 Cateo y prospección ........................................................................................................... 8 5.1.1.2 Clasificación de los tipos de yacimientos ....................................................................... 11 5.1.1.3 Clasificación por su forma ............................................................................................. 13 5.1.1.4: Clasificación por el relieve del terreno original.............................................................. 13 5.1.1.5: Clasificación por su inclinación ..................................................................................... 14 5.1.1.6: Clasificación por su complejidad o numero de mineralizaciones .................................. 14 5.1.1.7: Clasificación por la distribución de la calidad del mineral en el yacimiento .................. 15 5.1.2.- Explotaciones mineras subterráneas.............................................................................. 18 5.1.2.1 Nociones preliminares ................................................................................................... 18 5.1.2.2 Prospección y exploración ............................................................................................. 19 5.1.2.3 Exploración geofísica..................................................................................................... 20 5.1.2.4 Exploración por sondeos ............................................................................................... 20 5.1.2.5 Planificación de la mina ................................................................................................. 21 5.1.2.6 Pozos........................................................................................................................... 22 5.2.1.7 Chimeneas y coladeros ................................................................................................. 24

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5.1.2.8 Rampas ......................................................................................................................... 24 5.2- Extracción del cobre ........................................................................................................... 25 5.2.1 Extracción a cielo abierto .............................................................................................. 26 5.2.2 Procesos de extracción del cobre ................................................................................. 26 5.2.2.1: Tronadura .................................................................................................................. 27 5.2.2.1.1: Consideraciones Generales de Tronadura ............................................................ 30 5.2.2.1.2: Actividades Previas ............................................................................................... 31 5.1.2.2.3 Nonel ....................................................................................................................... 32 5.1.2.2.4 Carguío de los Tiros. ............................................................................................. 33 5.1.2.2.5 Taqueado de los Tiros ........................................................................................... 33 5.1.2.2.6 Encendido de los Tiros y/o Tronadura de la frente. ................................................. 34 5.1.2.2.7 Eliminación de Tiros Quedados............................................................................... 34 5.2.2 Extracción de cobre en minera subterránea .................................................................. 34 5.2.2.1 Extracción subterránea: El cobre profundo ................................................................ 34 5.2.2.2 Consideraciones en Tronaduras de Minería Rajo Abierto ......................................... 34 5.2.2.3 Explosivos ................................................................................................................ 35 5.2.2.4 Familias de explosivos ............................................................................................... 36 5.2.2.5 Propiedades de los explosivos ................................................................................. 37 5.2.2.6. Selección de explosivos según sus características ambientales.............................. 37 5.2.3. Carguío y transporte.................................................................................................... 38 5.2.3.1 Palas hidraulicas …………………………………………………………………………….41 5.2.3.2 Cargadores frontales ……………………………………………………………..…………43 5.2.3.3 Evaluación economicas de sistemas de cargio y transporte ……………………………47

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5.3 Chancado ………………………………………………………………………………….……..50 5.3.1 Chancado Primario ……………………………………………………………………….…...51 5.3.1.1 Chancado Primario con chancadores mandibula …………………………………….….52 5.3.1.2 Chancado primario con chancadores de impacto ……………………………………….53 5.3.2 Chancado secundario …………………………………………………………………………54 5.3.2.1 Diseño de la trituración o chancado………………………………………………………..54 5.3.3 Chancado Secundario y terciario …………………………………………………………….56 5.3.4 Planta de horneado ……………………………………………………………………………57 5.4 Lixiviación …………………………………………………………………………………………58 5.4.1 Construcción pilas de apilamiento ……………………………………………………………58 5.4.2 Sistema de riego y recoleccion de soluciones ……………………………………………...62 5.4.3 Recoleccion de soluciones ……………………………………………………………………62 5.4.4 Selección de agentes lixiviantes ……………………………………………………………..64 5.4.5 Aplicación de la solucion de lixiviantes ……………………………………………………...66 5.5 Biolixiviación ……………………………………………………………………………………...67 5.5.1 Biolixiviación de sulfuros ……………………………………………………………………..68 5.5.2 Mecanismos de lixiviación bacteriana ……………………………………………………….70 5.6 Molienda ………………………………………………………………………………………….72 5.6.1 Tipos de molienda ……………………………………………………………………………..72 5.7 Flotación ………………………………………………………………………………………….74 5.7.1 Etapas del proceso de flotación ………………………………………………………………75 5.7.2 Reactivos ……………………………………………………………………………………….77 5.8 Fundición …………………………………………………………...…………………………….78

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5.8.1 Recepción y manejo de materiales y primeros insumos ………………………………….81 5.8.2 Secado de concentrados …………………………………………………………………….82 5.8.3 Tostación parcial de concentrados ………………………………………………………….83 5.8.4 Alimentaciónn de concentrados al horno de fusión…………………………………..…….83 5.8.5 Fusión de concentrados……………………………………………………………………….84 5.8.6 Limpieza de escorias…………………………………………………………………………..85 5.8.7 Gramilado de eje alfa ley y escorias …………………………………………………………86 5.8.8 Preparación y mando de eje de alta ley …………………………………………………….86 5.8.9 Conversión de eje de alfa ley …………………………………………………………………87 5.8.10 Refinación y moldeo de anodos ……………………………………………………………88 5.8.11 Planta de limpieza de gases ………………………………………………………………..89 5.9 Electroobtención…………………………………………………………………………………90 5.9.1 Caracteristicas de las conexiones electricas ………………………………………………91 5.9.2 Diseño y materiales para anodos y electroliticos ………………………………………….92 5.9.3 Anodos y catodos ……………………………………………………………………………..94 5.9.4 Catodos diseños de materiales y manejo de productos …………………………………..95 5.9.5 Diafragma para electrodos …………………………………………………………………...96 5.9.6 Cementación …………………………………………………………………………………...98 5.10 Electro- Refinación ……………………………………………………………………………..98 5.10.1 Descripción general del proceso ………………………………………………………….100 6 Conclusión ………………………………………………………………………………………..104 7 Bibliografia ………………………………………………………………………………………..105

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Figuras Figura 5.1 Sondaje y perforación ………………………………………………………………………………………………………..7 Figura 5.1.1 Imagen de Cateo …………………………………………………………………………………………………………….8 Figura 5.1.2 Proceso de extracción de cobre sondaje y perforación …………………………………………………..10 Figura 5.1.2.4 Minera subterranea …………………………………………………………………………………………………..18 Figura 5.2.1.6 Piedra de cobre ……………………………………………………………………………………………………………21 Figura 5.1.2.7 Minera a rajo abierto ………………………………………………………………………………………………….23 Figura 5.2.2.1 Tronadura ……………………………………………………………………………………………………………………27 Figura 5.1.2.2.4 Preaparacion dinamita y tiros para tronadura…………………………………………………………..29 Figura 5.2.2.3 Explosivos para tronadura …………………………………………………………………………………………..33 Figura 5.2.3 Traslado rocas y sulfuro …………………………………………………………………………………………………40 Figura 5.2.3.1 Carguio de rocas …………………………………………………………………………………………………………42 Figura 5.2.3.2 Cargador frontal ………………………………………………………………………………………………………..44 Figura 5.2.3.3 Camion tolva de traslado …………………………………………………………………………………………….47 Figura 5.2.3.3 Diagrama de operación ………………………………………………………………………………………………48 Figura 5.2.3.3 Porcentaje costos de operación …………………………………………………………………………………49 Figura 5.3.1 Chancado Primario ………………………………………………………………………………………………………..51 Figura 5.3.1.2 Chancadores de impacto……………………………………………………………………………………………..52 Figura 5.3.2 Diagrama planta chancado Secundario……………………………………………………………………………53 Figura 5.3.3 Chancado secundario ……………………………………………………………………………………………………..54 Figura 5.3.3 Chancado terciario …………………………………………………………………………………………………………55 Figura 5.3.4 Planta de horneado ……………………………………………………………………………………………………….56

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Figura 5.4.1 Lixiviación en pilas …………………………………………………………………………………………………………58 Figura 5.4.1 Esquema de una pila de lixiviación estatica ………………………………………………………………….....58 Figura 5.4.3 Proceso de solución acido ……………………………………………………………………………………………….62 Figura 5.4.4 Agentes lixiviantes ………………………………………………………………………………………………………….65 Figura 5.5.1 Proceso de biolixiviación …………………………………………………………………………………………………68 Figura 5.5.2 Lixiviación Bacteriana ……………………………………………………………………………………………………..70 Figura 5.6.1 Molino SAG …………………………………………………………………………………………………………………….73 Figura 5.7 Maquina de flotación ……………………………………………………………………………………………………….74 Figura 5.7.1 Flujograma flotación ……………………………………………………………………………………………………….75 Figura 5.7.2 Recuperación de la molibdenita ……………………………………………………………………………………..77 Figura 5.8 Fundición del cobre ………………………………………………………………………………………………………….79 Figura 5.8.4 Hornos de fusión …………………………………………………………………………………………………………….83 Figura 5.8.1 Refinación de concentrado de cobre ………………………………………………………………………………89 Figura 5.9 Electro-obtención del cobre ……………………………………………………………………………………………..90 Figura 5.9.5 Catodo de cobre ……………………………………………………………………………………………………………..96

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1.0

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Resumen Ejecutivo

El presente documento tiene como objetivo general exponer las principales etapas del proceso de producción del cobre en la minería, considerando todas las directrices y estándares de calidad que debe ser sometido el metal, para lograr un alto nivel de pureza y refinación, con el fin de dar cumplimiento a las exigencias y normativas del mercado internacional. Las compañías mineras a lo largo de los años han integrado las políticas externas y sistemas de gestión que les permite regular y adaptar sus estándares de calidad y sustentabilidad junto con los que imponen las navieras, agentes portuarios, agentes aduaneros y entidades públicas en el proceso final de exportación del metal en su venta al a los mercados en el extranjero. Se indica que los principales clientes que son acreedores de este mineral a nivel mundial son Corea del norte, Japón, China, Rusia, Alemania, Bélgica y singapur. En la industria extractiva minera, el cobre aparece vinculado en su mayor parte a minerales sulfurados, aunque también se lo encuentra asociado a minerales oxidados. Existen dos tipos de mineras a cielo abierto y subterránea lo cual a lo largo de este trabajo de investigación daremos a conocer las diferencias en el tratamiento de los minerales, las rocas y los sulfuros, que se aplican en cada una de ellas, como también los mecanismos que se emplean en la obtención del mineral en ambas minas. Ambos tipos de mineral requieren de procesos productivos diferentes, pero en ambos casos el punto de partida es el mismo: la extracción del material desde la mina a tajo (rajo) abierto o subterránea que, en forma de roca, es transportado en camiones a la planta de chancado, para continuar allí el proceso productivo del cobre. La volatilidad del precio del cobre y de algunos de sus insumos generan la necesidad en la minería de cobre de controlar los costos y hacer más eficientes los procesos; y no solo por el tema de optimización y gestión de costos, sino que también hay una intensa búsqueda por generar procesos eficientes que mantengan políticas de sustentabilidad amigables con el medio ambiente. Sin embargo y, en este contexto, no se puede tener real control sobre los costos si no se conoce la logística de los procesos; en cuanto a los gastos que se desprenden en su análisis químico y extracción.

En el presente trabajo de investigación describiremos los procesos

productivos del cobre que guardan relación con la extracción del mineral y la reducción de su

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tamaño desde un enfoque logístico y cuantitativo que permita conocer los procesos que generan el consumo de recursos y la magnitud de éstos en base a las toneladas procesadas. El estudio se centró en la búsqueda de relaciones teóricas que definen el comportamiento de las etapas productivas y la derivación de estas en funciones descriptivas de consumos de recursos y consecuentemente de costos de operación. En particular, se busca describir las principales unidades generadores de costos basados en el consumo de insumos fundamentales para el desarrollo productivo del cobre, como petróleo, energía eléctrica, explosivos, mano de obra, etc. El desarrollo del trabajo significó la separación del proceso en unidades de operación más pequeñas. Estas operaciones unitarias son: Perforación, Tronadura, Carguío, Transporte, Chancado y Molienda, biolixiviación, lixiviación, y finalmente electro refinación. Cada una ella supone el consumo de recursos y consecuentemente la generación de costos en función de las características de los equipos con que se realizan, las variables del material a procesar y las características de la infraestructura de donde se opera. Por lo tanto, se desprende de sus operaciones a desarrollar un modelo de procesos capaz de modelar asertivamente la realidad del proceso extractivo y de reducción del cobre, en base a la definición de las funciones y su comportamiento de las etapas. El trabajo desarrollado pretende apoyar la generación de modelos de optimización, sirviendo de base conceptual a estos, pero principalmente apoyar en la solución de problemas en la cadena productiva. Al categorizar un procedimiento, identificando los puntos más importantes en cuanto a la generación de costos y consumo de recursos, se logra dimensionar la importancia de las actividades particulares de un proceso en su incidencia con el resultado de operación.

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2.0

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Introducción

El cobre es un material de color rojizo que se encuentra ligado a la humanidad desde que se descubriera en forma nativa. Se encuentra (a veces) en la naturaleza en forma metálica (al igual que el oro), y fue por esta razón que fue uno de los primeros metales conocidos y usados por el ser humano (Edad del Cobre) para la elaboración de utensilios, adornos, herramientas y armas. Su segunda época de utilización masiva fue en los siglos XIX y XX con la extensión de la electricidad. La mitad del cobre se utiliza en la industria eléctrica y una cuarta parte en la construcción. Las principales aleaciones químicas del metal son los latones (Cu-Zn), los bronces (Cu-Sn) y cuproaluminios (Cu-Al), se emplean ampliamente en la industria naval en base a su resistencia a la corrosión. La obtención de cobre por metalurgia a partir de los sulfuros es relativamente reciente. El primer bronce se obtuvo a partir de menas complejas de cobre y estaño. El latón se conoce desde el 1000 a. C. y fue ampliamente utilizado en la época romana. En el siglo XVI el cobre se producía según el proceso Mansfeld, constituido por 7 operaciones de tostación y fusión. Primero se separaba la ganga escorificada de una mata de bajo contenido metálico y luego ésta se enriquecía por una fusión concentradora, intentando llevar a la escoria, por oxidación el contenido en hierro. Las aplicaciones del cobre de alta calidad (99.99%), del que se produce el 95% del cobre primario se utiliza debido a su conductividad eléctrica en aplicaciones eléctricas (>50% del consumo mundial) de baja tensión fundamentalmente máquinas eléctricas, como generadores, motores y diversos equipos eléctricos. Debido a su conductividad térmica se encuentra su aplicación en vasijas y tuberías de intercambio térmico (tuberías de calefacciones, radiadores etc.) Se emplea el cobre en la industria química y alimentaria por su resistencia a la corrosión. También se emplea en la industria naval, del automóvil o en la de equipos de medida, también se utiliza en construcción en conducciones y recubrimientos. A lo largo de este trabajo podremos identificar la infinidad de utilidades que se le pueden asignar al cobre tanto en los objetos de uso domiciliario como los electrodomésticos, decoración y moneda.

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3.0

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Objetivo General ➢ Exponer las etapas principales que actúan en la obtención y producción del cobre en la industria extractiva minera

4.0

Objetivos específicos ➢ Indicar los costos que involucran la producción y tratamiento del cobre, mediante insumos, equipamiento y maquinaria pesada que se utiliza tanto en las etapas principales de carguío y transporte como en su etapa de extracción ➢ Contrastar las diferencias en las etapas de exploración y extracción de las rocas y sulfuros de cobre tanto en las mineras subterráneas como a cielo abierto. ➢ Definir los tipos de agentes químicos que intervienen en el proceso de lixiviación y biolixiviación ➢ Indicar la importancia de la etapa de chancado en el proceso productivo del cobre ➢ Anal...