Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera

Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM

Antofagasta, Mayo de 2013

Profesor: Andrés Reghezza I.

HidroGeoMetalurgia®

Hidrometalurgia:

Conjunto de procesos que se desarrollan en medio acuoso

HidroGeoMetalurgia

Gestión de un negocio Hidrometalúrgico, integral: de mina

a cátodo.

Cumplimiento programas de producción !

Calidad del producto !

Costos !

GESTION DE NEGOCIO

Aseguramiento programas de producción.

• Un antes y después de la Geometalurgia

• Confianza del dueño

• Cumplimientos Ambientales

… “Una producción armónica con el medio ambiente”

La Geometalurgia nos debe alertar respecto

al contenido de impurezas en la MENA , y

sus impactos en la calidad del producto

mañana…

IMPUREZAS LÍNEA HIDRO: IMPACTO EN LA LINEA PRODUCTIVA

Impureza Aglom. Lix. Qca. Biolix. SX EW Cal.

Prod.

Cl- X X X X

NO3- X X X X X

Al+3 X X X

Mn+2 X X X

SiO2 X X

S/S X

Fe+2/Fe+3 X X X X

Y la calidad del cátodo futuro?

Calidad cada vez mas exigente!

Nivel de impurezas decreciente : Sí o Sí!

¿Cambio de tecnologías para asegurar calidad del cátodo?

Mercados Segmentos: Cu : Un Commoditie?

Mañana no gana el que produce más,… sino el que produce mejor!

¿Y… sólo cátodos?

Amenaza Futura

INSATISFACCION DEL CLIENTE

CONDUCTIVIDAD

ELECTRICA

TRACCION

GRIETAS

POROS

ELONGACION

Elemento Pasado Presente Futuro

As < 0.1 < 0.1 < 0.1

Bi < 0.1 < 0.1 < 0.1

Sb < 0.1 < 0.1 < 0.1

S 15 9 6

Pb 5 3 2

¿SPECIALITY?

ALAMBRE NORMAL

ELECTRICO

ALAMBRE PLANO TRANSFORMADORES

ALAMBRE FINO ELECTRONICO 0.4mm

ALAMBRE ULTRAFINO 0.018mm

MINITUARIZACION

ALTA CONDUCTIVIDAD (OF – HC)

MERCADO DEL COBRE ? USO DEL

ALAMBRE Mercado Pigmentos

TOP

GRANDE

Destrucción de Microorganismos

Patógenos

Minutos 180 120 60 240 300 360

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

En Cu la bacteria no sobrevive

Ca

nti

da

d d

e B

act

eria

s

Acero Inox. Cobre puro Vidrio Aluminio

AYER MAÑANA

MEDICINA

COMUNICACIÓN CONSTRUCCIÓN

ELECTRICIDAD ARQUITECTURA

ELECTRÓNICA ODONTOLOGÍA

¿OTROS?

COBRE

Y los costos

H2SO4

Energía

Aguas

Reactivos

.

.

.

Sólo una buena planificación permite un

real control de los costos del proceso.

Agua, Energía,……..Vida

Agua: El problema no es su costo, sino su disponibilidad

m3/s

Chile: Capacidad Acuíferos 255

Solicitada 343

Autorizada 245

Disponible 10

Consumo: Concentración 1.10 m3 agua/ton. min.

Hidros 0.30 m3 agua/ton. min.

Aguas de Mar: Fuente Preferida a Futuro

Y Energía?

• El proceso comienza en la mina, no en la planta.

• Necesidad de desarrollo de tecnologías para disminuir energías.

Tronadura controlada?

Fragmentación por plasma?

Lixiviar sin chancar?

Integración de Procesos

• MINERAL DE PROPIEDADES VARIABLES

• ¿NO DEBERÍAN AJUSTARSE LOS PROCESOS DE PLANTA A DICHA CONDICIÓN? • ¿POR QUÉ OPERAR DE LA MISMA FORMA? ¿QUE LO JUSTIFICA?

P1 P2 Pn

PLANTA

MINA PRODUCTO

FINAL

MINERAL

Integración de Procesos

MINA %Gr/Rc

Rs

Arcillas, Cons. Acido,

Caract. Hidraul. Dist.

Impurezas

(Cl-, NO3-, Al+3, Mn+2,

s/s, Fe+2, Fe+3,…SiO2

Chancado

(Ajustado a condiciones

de mineral)

Aglomeración

f(%CuI)

Lixiviación

PLS

Propiedades Físicas

Propiedades Químicas

EW

H2SO4

Agua

SX Producto

- Continuidad

- Orgánico

- Unid. Auxiliares

- Calidad

- Dens. Corriente

- Descartes

¿Donde controlar las impurezas?

¡Confinamiento estable!

¡Normas Ambientales Estrictas!

II.- Potencial Lixiviable

Experiencias a no olvidar

Caso N° Compañía País Problema Lección

1

CMP – Romeral

(A lo largo de su explotación)

Chile

Fe Elemento de Valor

V: Impureza

¿Se jugó mal el partido?

Comparar P.E.M.

¡Donde quedo el Vanadio?

2 Cia. Minera Exótica

(1974) Chile

Deficiente caracterización mineralógica y física del recurso

¿Era el proceso?

3 Lix. In Situ

(Década de lo 80’) EE.UU.

Altas perdidas Generan un proceso no rentable por no caracterización de arcillas

¡Y porque no antes?

¿Una estrategia diferente?

4

CODELCO

Proyecto RAMS

(1997)

Chile

Deficiente caracterización Geometalurgia del recurso y operación con flujos indebidos

Caracterizar hidráulicamente

el recurso a tratar vía Lix.

en pilas

En medio sulfúrico se tiene:

CuT = CuSol + CuInsol

Definición de Procesos

Rs = CuSol

CuT preliminarmente;

Si Rs Lixiviación

Si Rs Flotación

• Todo es cierto, si Cu insoluble es Sulfuro

• Pueden ser Óxidos Refractarios, de naturaleza compleja (Cobres Negros) y de lenta cinética disolutiva

• Cobres Verdes, muy solubles en acido

CuT = Cu ox. verdes + Cu ox. negros + Cu s. sec + Cu s. prim

(1) (2) (3) (4) (5)

(1) CuT : En medio HNO3 + HClO4 + H2SO4 (3:1:1, en volumen)

(2) Cu ox. verdes : Cobre soluble en medio sulfúrico

(3) Cu ox. Negros : Cobre soluble en medio Sulfúrico y Reductor, y

en tiempos mas prolongados

(4) Cu s. sec : Cobre soluble en NaCN

Para asegurar tal definición: Análisis Secuencial

(5) Cu s. prim : Cobre no Lixiviable en condiciones del ensayo

Da cuenta de los Sulfuros Primarios

(Calcopirita y otros)

Máximo Potencial Lixiviable del recurso (IL) (2) + (3) + (4)

(1)

(5)

%Rs = Cu soluble en H+

CuT x 100

x 100

% IL = Cu soluble en H+ / FeII + Cu soluble (NaCN)

Cu T

IL ≥ Rs

Disolución de Minerales

de Cobre en Diferentes Medios

ESPECIE

MINERALCOMPOSICION H2SO4 NaCN (23ºC) NaCN (45 ºC)

ACIDO – FERRICO

(ACIDO – FERROSO)

OXIDOS VERDES

AZURITA

MALAQUITA

CRISOCOLA

ATACAMITA

ANTLERITA

BROCHANTITA

DIOPTASA

2CuCO3*Cu(OH)2CuCO3*Cu(OH)2CuSiO3*2H2O

CuCl2*3Cu(OH)2CuSO4*2Cu(OH)2CuSO4*3Cu(OH)2

Cu6 (Si6O18) * 6H2O

100

100

100

95

100

100

100 *

94.5 100.0

90.2 100.0

11.8 15.7

--- ---

> 90.0 100.0

> 90.0 100.0

--- ---

---

---

---

---

---

---

---

OTROS OXIDOS

CUPRITA

TENORITA

PARAMELACONITA

COPPER WAD

COBRE NATIVO

Cu2O

CuO

Cu4O3

CuOMnO2*7H2O

Cu

70

98

60

50 – 60

5

85.5 100.0

--- ---

--- ---

--- ---

90.0 100.0

100

---

> 90

(75)

100

SULF. SECUNDARIOS

CALCOSINA

COVELINA

BORNITA

ENARGITA

Cu2S

CuS

Cu5FeS4

Cu3AsS4

3

5

2

---

90.2 100.0

95.6*** ---

70.0 100.0

65.8 75.1

100 **

70.0 **

95.0 **

3 **

SULF. PRIMARIOS

CALCOPIRITA

TETRAHEDRITA

CuFeS2

Cu3SbS4

---

---

5.6 8.2

21.9 43.7

2 – 4 **

---

Observaciones: H2SO4 : 100%-100m, Tamb, t:1h, H2SO4 5% *(Dioptasa: -10m, en 37d)

NaCN : 0.1%NaCN, t:24h, razon L/S: 10/1, -100mTy

Acido - FeIII: Cuprita: 100% disolución, en 6h.

I.- Oxidos Simples CuxOy

Tenorita, Melaconita: CuO + 2H+ Cu++ + H2O

Paramelaconita: Cu4O3 + 2Fe+3 + 6H+ 4 Cu++ + 2 Fe +2 + 3 H2O

Química de Cobres Negros

Especie Formula Color Sist. Crist Tamaño Lix T°C t(h) %RCu

Tenorita CuO Negro Tricl. -100+200 H+ 35 2 90 -98

Melaconita CuO Negro Cúbica -100+200 H+ amb 1 60

-100+200 H+ amb 7 60

-100+200 H+ 35 1 70

Paramelaconita Cu4O3 Negro Tetra -100+200 H+ amb 2 70

-100+200 H+/Fe+3 amb 4 95

II.- Familia del WAD CuxMnyOz*wH2O

Copper WAD (Cu:Mn = 1:1)

CuO*MnO2*7H2O+6H++2Fe+2 Cu+2 + Mn+2 +2Fe+3 +10H2O

Diamangano Cúprico (Cu:Mn=1:2)

CuO*2MnO2*3H2O+10H++4Fe+2 Cu+2 + 2Mn+2 +4Fe+3 +8H2O

Trimangano Cúprico (Cu:Mn=1:3) CuO*3MnO2*4H2O+14H++6Fe+2 Cu+2 + 3Mn+2 +6Fe+3 +11H2O

III.- Silicatoides (Cu,Fe,Mn)SiO3*nH2O (Al)

Mas Ricos en Mn que Fe

CuMn*0.4(Si,Fe,Al)O5*4H2O+8.4H++2Fe+2

Cu+2 + Mn+2 +2.4Fe+3+ 0.4H4SiO4+0.4Al+3+7.4H2O

Neotocita

3 (Cu,Fe,Mn)SiO3*H2O +6H+ Cu+2 + Mn+2 +Fe+2 +8H2O + 3H4SiO4

Copper Pitch CuO(MnO)2 SiO2*H2O+6H+ Cu+2 + 2Mn+2 +H4SiO4+2H2O

Mas ricos en Fe que en Mn

Limonitas con Cobre (Cu,Fe,Si,Al)OxOHy*nH2O

CuO*SiO2*FeOOH*Al2O3*2H2O+11H+ Cu+2 + Fe+3+2Al+3+H4SiO4+6H2O

IV.- Oxidos Dobles Cu,Fe,Ox

Delafosita CuFeO2 + 4H+ Cu+2 + Fe+2 + 2H2O

Cupriferrita CuFe2O4 + 8H+ Cu+2 + 2Fe+3 + 4H2O

Especie gpl H+ T°C %RCu %RFe

DFS 40

40

20

60

41

86

35

83

CFT

30

60

60

20

20

90

7

18

82

---

---

36

Flotación Colectiva: 30% +65#, 26', pH:10,5, %Sol:40. (Chuquicamata) Lixiviación pilas, -1/2". 8-10 m. altura, 300 a 500 d, lix. férrica bacterial, con aireación basal

S/I: Sin información

Flotabilidad y Lixiviabilidad de Sulfuros Metálicos

ESPECIE FÓRMULA REC. FLOT. COLEC (1)

(%) REC. PILAS (2)

(%)

Calcosita Cu 2 S 88 - 90 80 - 82

Covelita Cu S 87 - 89 60 - 65

Calcopirita CuFeS 2 86 - 88 8 - 12

Bornita Cu 5 FeS 4 87 - 88 70 - 75

Enargita Cu 3 As S 4 88 - 90 5 - 7

Digenita Cu 1,8 S 84 - 86 79 - 82

Cubanita CuFe 2 S 3 S/I 50 - 55

Idaita Cu 3 FeS 4 S/I 45 - 60

Nukundamita Cu 3,38 Fe 0,62 S 4 S/I 45 - 60

Tennantita (Cu,Fe) 12 As 4 S 13 S/I 8 - 12

Molibdenita MoS 2 55 - 60 Mo < 0,030% 0 - 5

62 - 69 Mo < 0,040%

70 - 78 Mo < 0,045%

Pirita FeS 2 Py - Cpy: 20 a pH:10,5 < 10,0

Py - Cc: 50 a pH:10,5

Py - Cv: 50 a pH:10,5

Pirrotita FeS S/I > 60,0

(1) :

(2) :

Opciones de Proceso

a) CuT, IL

b) CuT, IL Dump

c) CuT, IL Flotación (sujeto a chequeo mineralógico)

d) CuT, IL Dump …. por ahora, Flotación a Futuro?

IL (H+/FeII) Pilas

Pilas IL (CN-)

Flotación

Caracterización del Recurso

Química

Mineralógica

Metalúrgica

Hidráulica

Geológica

Roca (Ganga)

Minerales Asociados al Elemento

Arcillas

Ganga

MINERALOGIA QUÍMICA

HIDRAÚLICA FÍSICA

15 12 6.4

Cu+2 : 1.8 gpl

pH : 2.5

Cu T : 0.20 %

Arcillas : 10 %

gpl Al, Ca, Mg : variable

Al Ca Mg

0 0 0.5

0 0 0.5

0.5 0 0.5

0 0 3.5

14.5 0 2.5

Cu EC Calc. (meq/100 g. Arc)

Ca MONTMORILLONITA

ATAPULGITA

TIPO ARCILLA

Na MONTMORILLONITA

0 0 0 0 0.4 0.5 0 0.6 3.5

65 3 7 1

42 21 5.6

9.5 7.7 4.0

0 0 0 0 0 0.5 0 0 3.5

Perd. Cu (meq/100 g. Min)

200 116 48

130 66 18

30 24

12.8

Perd. Cu %

100 58 24 23 6

67 33 9

EJEMPLO: IMPACTO DE LAS ARCILLAS EN LA

RECUPERACION DE COBRE

Capacidad de Intercambio de Cobre de la Ca - Montmorillonita en función de Iones de Competencia

O K Zn Fe Mn Mg Fe/Mg Mg Al, Mg Al, K Al, Zn Al, Mn Al Al, Fe

10

20

30

40

42.4

32.8

17.0

13.2 12.2

9.6 8.8

3.2 2.8 1.1 0.3 0.1

(M, gpl)

Cu EC (meq/100 g)

Conclusiones

Ojo con las arcillas. Deben ser caracterizadas en el

desarrollo de un proyecto metalúrgico y no

después.

Pueden definir la viabilidad de un proyecto.

III.- Futuro de la Hidrometalurgia

¿ Que nos espera ?

¿ son compatibles las tecnologías de hoy

con las reservas futuras de cobre ?

Sobre el 90% de las reservas futuras de cobre son sulfuros!

De estas , mas del 80% es calcopirita , una de las especies mas

difíciles de lixiviar en condiciones normales de proceso.

El 10% restante son óxidos, y de estos, un 40% a 60%

corresponden a óxidos complejos de difícil y lenta solubilidad en

medio sulfúrico convencional…

ROM: El proceso del mañana para óxidos

¡SINERGIA EN PROCESOS!

Fe II

OXIDOS NEGROS

RECURSOS

SULFURADOS

Fe III

Cu++

Cu++

Sinergia : 2 + 2 = 5

MINERALES OXIDADOS DE BAJA LEY.

ESTRATEGIA DE PROCESOS

Minerales de Baja Ley DUMP

ROM

Clasificación, Chancado Primario

Tronadura Controlada

In Place Leaching (In Situ)

(A Desarrollar)

RECOVERY LOW OXIDE ORES

RECOVERY LOW SULFIDE ORES

P

R

O

C

E

S

O

S

GEOMETALURGIA

MINERIA

AGUA

TRONADURA

CONTROLADA

FRAGMENTACION

POR PLASMA ?

DESARROLLO PERMANENTE DE

LA GEOMETALURGIA

ENERGIA

CHANCADO

CLASIFICAR MAS QUE CHANCAR

AGLOMERACION

DISCO EN VEZ DE TAMBOR ?

LIXIVIACION – SX – EW - PRODUCTO

MEDIO CLORHIDRICO -

SULFURICO

¿ LIX. SALINA ?

DISMINUIR PERDIDAS AGUA

NUEVAS TEGNOLOGIAS

NUEVO TIPOS DE CELDAS

ELECTRODOS

ROTATORIOS

POLIMERIZADOS

AIREACION BASAL?

CU+

¿SOLO CATODOS?

X

X

X X

X X

X

OTRAS TEGNOLOGIAS

X

X X

Visión de Procesos e Innovaciones

AMBIENTE MP AA

MP

Evaporac.

Infiltrac. AA ¿ GASES ? AA

Algunos comentarios: Nuevas tecnologías?

Gran nivel de recurso, de baja ley (< 0.4% CuT) y una

profundidad (200 – 400 m).

Lixiviación in situ : una tecnología viable?

Toda nueva tecnología debe apuntar a ahorrar Energía y

Agua.

Lixiviar sin chancar?

Compatibilizar el uso de Agua de Mar con la Biolixiviación.

Tratamiento de Minerales Calcopiríticos: Vía Química o Biolixiviación?

Bioleaching Results

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Cu as Cpy (%)

Cu

t E

xtr

acti

on

(%

) .

BioSigma

LB

Quell-Coll

Biolixiviación de Calcopirita

Estudio de Casos:

1.- RELAVES DE FLOTACIÓN

Tratamiento fracción gruesa relaves flotación.

Características del recurso

TPD + 48 m : 30.000 - 36.000

% CuT : 0,25 - 0.40

% Cu S : 0.02 - 0.08

% Mo : 0.02 - 0.03

Opciones de Tratamiento :Biolixiviación – SX – EW

Remolienda - Flotación

Mineralogía : Calcosina : 0.02 - 0.03

Digenita : 0.07 - 0.09

Covelina : 0.03 - 0.05

Calcopirita : 0.07

Bornita : 0.02 - 0.03

ARENAS DE RELAVES FRESCOS LEY DE CU MALLA RETENIDA 2004

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

300 212 150 107 75 53 45 32 23 16 13 -13

Fracción granulométrica Micrones

%

Cu

#48

#65

#100

#150

#200

#270

#400

Cy2

Cy3 Cy4 Cy5

- Cy5

DISTRIBUCION DE COBRE EN RELAVES DISTRIBUCION DE COBRE EN RELAVES

Y otros warnings tecnológicos

Y que pasará con el H2SO4 cuando no se

tenga óxidos ?

Amenazas al producto final. ¿sólo cátodos?

¿Son competitivos los procesos Hidros para

Concentrados de Cobre?

¿Procesos sólo orientados al Cobre ?

Cu

CONSUME

NO GENERA

GENERA

NO CONSUME

INDUSTRIA DE FERTILIZANTES

Analicemos algunos temas….

¿y que pasara con el acido sulfúrico…?

Recordemos: 1 ton S genera 3 ton H2SO4

Equilibrio Hidro Piro

Líneas de Investigación

• SO2 gas S° elemental

• ¿Producción de Acido Fosfórito

• Producción de otros compuestos?

¿Son competitivos los procesos

Hidros para Concentrados de Cobre?

Gran variedad de procesos

Su opción se favorece si:

Existe capacidad disponible SX-EW

Existen otras especies de valor además de cobre o metales preciosos

(GMP), en el concentrado.

Existe un potencial uso del acido débil que puede generarse en el sistema

Mas favorable para Concentrados Complejos?

¿Y que pasa con otros Elementos y Recursos…?

Lixiviados U ,Mo, Co.

Polvos de Fundición Cu, Mo, Ge, Zn.

Relaves de Flotación Cu, Mo, TiO2

Escorias Metalúrgicas Cu, Mo, Fe2O3, Zn, SiO2

Barro Anódico Au, Ag, Se, Te, Pd, Rh

Residuos de Lixiviación ??

Reflexiones

No pretendamos que las cosas cambien si siempre hacemos

lo mismo (A. Einstein).

El cambio no esta afuera ni es lejano esta en nuestras propias

conciencias.

Es mas digno aquel que se equivoca atreviéndose que el que

se vanagloria con lo que terceros han intentado…

Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera

Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM

Antofagasta, Mayo de 2013

Profesor: Andrés Reghezza