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GEOMETALURGIA APLICADA A LA OPTIMIZACION DEL BENEFICIO DE LOS RECURSOS MINEROS MODULO MINERALES, SOLUCIONES Y EQUILIBRIO TERMODINAMICO Dr. Patricio Navarro Donoso Consultor Intercade

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TIPOS DE MINERALES Y ESPECIES MINERALOGICAS

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INTRODUCCION ¿Qué ¿Qué son son los los mine minera rale les? s? Se ha han n en enun unci ciad ado o disti distint ntas as de defi fini nici cion ones es de dell térmi término no mineral,, cada mineral cada un una a de las las cual cuales es tien tiene e sus sus vent ventaj ajas as y desventajas. La más aceptada actualmente establece lo siguiente: • Los Los sóli sólido dos s inor inorgá gáni nico cos, s, de orig origen en na natu tura ral, l, qu que e prese presenta ntan n un una a compo composi sici ción ón qu quím ímic ica a más o me meno nos s const constan ante te y un una a estru estruct ctura ura crist cristal alin ina a de defi fini nida da son son denominados minerales denominados minerales .

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MINERAL Es un sólido natural, inorgánico y homogénea que posee una comp mpo osición química mica y estru tructu ctura atómica mica característica. característica. Por lo tanto se caracteriza caracteriza de la siguiente siguiente manera:  Es un sólido cristalino.  Está formado por procesos.  Es un material inorgánico.  Posee una estructura interna ordenada.  Posee una composición química definida. Estos pueden ser compuestos químicos o de un solo elemento químico (elemento nativo) regidos por la ley del octeto. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] [email protected] - Consultor Intercade


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Los minerales se desarrollan por diversos procesos: 1. Mediante solidificación de líquidos 2. Precipitación a partir de soluciones 3. Condensación de gases 4. Recristalización en estado sólido La cristalización es un proceso exotérmico. Cada mineral se forma bajo condiciones físico-químicas determinadas. Si estas cambian, algunos minerales quedan inmutables; pero la mayoría se vuelven inmutables, se destruyen o ceden el lugar a otros más estables (meteorización).

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En la corteza terrestre se concentra el 99% de minerales, del cual 46.6% es O2, 28,2% es Si, 8.2% es Al, 5.6% es Fe y 4.2% es Ca; por otra parte, se encuentran en menores porcentajes el Na, K, Mg, Ti y P. La clasificación de los minerales se establece bajo diferentes criterios: químico, físico, genético, estructural y cristaloquímico; este último es el mas utilizado en al actualidad. Por criterios estructurales, los minerales se subdividen en clases y subclases, después en grupo, series o familias hasta llegar a la unidad fundamental especie mineral. una especie mineral puede presentarse en variedades.



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CLASIFICACION QUIMICA DE MINERALES ELEMENTOS

COMPUESTOS

INORGANICOS

NO MINERALES MINERALES

Elementos

ELEMENTOS

Cobre Diamante Oro Grafito Hierro Platino Plata Azufre

Elementos + Oxígeno OXIDOS

Elementos + Azufre SULFUROS

Casiterita Corindón Hematita Magnetite

Calcocita Galena Pirita Esfalerita

ORGANICOS

OTROS

Elementos + 2(CO 3 ) CARBONATOS

Calcita Dolomita Magnesita

Elementos + 4(SiO4 )

Elementos + 2(SO 4) SULFATOS

Anhidrita Yeso

SILICATOS

Cuarzo Feldespatos Micas Piriboles Olivino


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TIPOS DE MINERALES 

Elementos nativos 



Sulfuros y sulfosales 



Sales de los iones sulfuro, seleniuro, antimoniuro, arseniuro y telururo

Halogenuros 



El oro, el platino, el cobre, la plata, el mercurio, el plomo, el hierro, el grafito, el diamante y el azufre

Sales de los elementos halógenos actuando con carga -1; es decir, los fluoruros, cloruros, bromuros y yoduros.

Óxidos e hidróxidos 

Combinaciones de los cationes, generalmente metálicos, asociados al ion oxígeno o a grupos hidroxilos.



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Carbonatos, nitratos y boratos







Sulfatos, teluratos, wolframatos 



La calcita (carbonato de calcio), los nitratos y los boratos, por su alta solubilidad solo pueden encontrarse en altas concentraciones en las regiones más áridas que se acumulan en las depresiones por evaporación de lagos efímeros.

cromatos,

molibdatos

y

De este grupo, solo los primeros tienen amplia distribución, mientras que los demás constituyen curiosidades mineralógicas.

Fosfatos, arseniatos y vanadatos 

Se destaca entre estos el apatito (fosfato de calcio), pero tampoco este grupo está demasiado difundido.


LISTADO DE MINERALES MAS COMUNES Metal Oro

Plata

Hierro

Cobre

Mena mineral Oro nativo Calaverita Silvanita Plata nativa Argentita Cerargirita Magnetita Hematita Limonita Siderita Cobre nativo Bornita Brochantita Calcosita Calcopirita Covelina Cuprita Enargita Malaquita Azurita Crisocola

Composición Au Te2Au Te2(Au,Ag) Ag Ag2S AgCl Fe3O4 Fe2O3 Fe2O3-H2O FeCO3 Cu Cu5FeS4 CuSO4-3Cu(OH)2 Cu2S CuFeS2 CuS Cu2O CuCO3Cu(OH)2 2CuCO3Cu(OH)2 CuSiO32H2O

10

% de metal 100 39 -100 87 75 72 70 60 48 100 63 62 80 34 66 89 48 57 55 36



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6 11 Plomo

Zinc

Estaño Níquel Cromo Manganeso Aluminio Antimonio Bismuto Cobalto Mercurio Molibdeno Wolframio

Galena Cerucita Anglesita Blenda Smithsonita Hemimorfita Cincita Casiterita Estannita Pentlandita Garnierita Cromita Pirolusita Psilomelana Bauxita Estibina Bismutita Esmaltita Cinabrio Molibdenita Wulfenita Wolframita Huebnerita Scheelita

PbS PbCO3 PbSO4 ZnS ZnCO 3 ZnSiO 5H2 ZnO SnO 2 Cu2SFeSSnS2 (Fe, Ni)S (Ni,Mg)SiO 3H2-¨H2O Cr 2FeO4 MnO 2 Mn 2O3-xH2O Al 2O3-2H2O Sb2S 3 Bi 2S3 CoAs 2 HgS MoS 2 MoPbO 4 WO 4(Fe,Mn) WO4Mn WO4Ca

86 77 68 67 52 54 80 78 27 22 -68 63 45 39 71 81 28 86 60 39 76 76 80


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LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES

Clase Oxidos

Carbonatos

Sulfatos

Nombre

Composición

Cuarzo

SiO2

Bauxita

Al 2O3-2H2O

Limonita

Fe2O3-H2O

Calcita

CaCO3

Dolomita

(Ca,Mg)CO 3

Siderita

FeCO3

Rodocrosita

MnCO 3

Baritina

BaSO 4

Yeso

CaSO4 H2O



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LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES Silicatos

Feldespato Granate Rodonita

MnSiO 3

Clorita Minerales arcillosos Varios

Fluorita

F 2Ca

Apatita

(Fca)(PO 4)3Ca4

Pirita

FeS2

Marcasita

FeS 2

Pirrotita

Fe1-xS

Arsenopirita

FeAsS


PRINCIPALES MINERALES EN LA CORTEZA TERRESTRE Grupo

Mineral

Fórmula

Silicatos

Cuarzo

SiO2

Olivina

(MgFe)2SiO 4

Feldespato de K (ortoclasa)

KA1Si3 O8

Corinoón Magnetita

Al 2 O3 Fe3O 4

Carbonatos

Calcita Dolomita

CaCO 3 CaCO3 -MgCO 3

Sulfuros

Pirita

FeS2

Galena

FbS

Sulfatos

Yeso

CaSO4 2H 2 O

Haluros

Halita Fluorita

NaC1 CaF2

Oxidos

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Oro minerals: from rocks rich in Specific economic metals (minerals).

Oxides, Sulfides, Silicates, Native Metals (Phosphates, Salts). Ore deposits: economically Recoverable mineral deposits. Bi - products: are elements dispersed in ore minerals Ga, In, Ge from Mining Al and Zn ores.


IMPORTANT SILICATE MINERALS

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OXIDOS Strong bonds between oxygen and metals  Resistant to further chemical attack and generally form strong, hard minerals.  Many important ore minerals - Fe, Ti, Zr, Cr, U… Banded iron formation  Hematite: Fe2O3  Magnetite: Fe3O4 ~ 98% of iron ore ise used to make steel  Spinel: MgAl2O4 - Important to mantle 


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NATIVE ELEMENTS Copper (Cu)  Gold (Au)  Silver (Ag) 

Platinum ( Pt)  Mercury (Hg) 



Arsenic (Bi)

Carbon (C)  Sulfur (S) 

• •

Usually impure to a few percent Generally, only used as mineral specimens…



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SULFIDES  

Cmpounds containing Sulfur as S2Chief ores of many metals: Cu, Zn, Ni, Mo Pyrite ( fools gold ) FeS • Galena PbS • Cinnabar Hgs •

´

´


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HALIDES 

Include bonded halogen atom

Halite NaCI • *What ion commonly substitutes into hatite?  Fluorite CaF2 • Fluorescent • (Rarely) thermoluminescen • Main source of fluorite 



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PHOSPHATES Contains (PO4)3 Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,CL) Same as stuff in bones, teeth • 

  

Major agricultural chemical (fertilizer) Used in laundry detergent Can goven biotic growth rates abrupt changes when introduced to water •


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ORO Y PLATA El oro al igual que la plata es encontrado en estado puro. Se extrae de las siguientes fuentes: en las vetas de oro, generalmente acompañado de cuarzo; el oro de aluvión,y como producto derivado de otras industrias manufacturadas, como la del cobre, estaño y zinc. El oro está enlazado genéticamente con las intrusiones ácidas. El más característico es el de origen hidrotermal en los filones cuarcíferos, donde va acompañado de la pirita, la arsenopirita, la galena, las menas grises, la calcopirita, la bismutina, los telúridos. Además, el oro se encuentra en las menas de los yacimientos de polimetales, en el cobre, en el plomo, en el hierro, en el uranio y en otras; de las cuales se extrae simultáneamente. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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Cristales de oro puro Oro natural

Pepita de oro puro


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PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS MINERALES Los minerales presentan una gran variedad de propiedades que los caracterizan. Muchas de estas características permite poder separarlos, concentrarlos y obtener concentrados de alta ley. Principales características de los minerales  Dureza  Peso

específico

 Color  Solubilidad  Insolubilidad Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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Otras características  Minerales

magnéticos



Minerales de alto y bajo punto de fusión



Minerales de baja y alta ley

 Minerales

de valor comercial

 Minerales

estratégicos


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PROCESOS DE CONCENTRACION DE MINERALES E IONES DISUELTOS Los principales procesos de concentración de minerales y elementos disueltos en solución acuosa son los siguientes: Concentración magnética  Concentración gravitacional  Flotación  Lixiviación  Fusión  Extracción por solventes  Carbón activado  Resinas de intercambio iónico 



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ETAPAS PREVIAS A LAS ETAPAS DE CONCENTRACION Las etapas previas a cualquier proceso de concentración de minerales y/o concentración de elementos disueltos en soluciones acuosas son las siguientes:

Etapas de chancado: chancado primario, secundario y terciario

Etapas de molienda: molienda primaria (barras), molienda secundaria (bolas) y molienda semiautógena (SAG).


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ETAPAS En una planta de procesamiento de minerales, la reducción de tamaños o conminución del mineral se realiza en una secuencia de etapas.

Etapa

Chancado

Molienda

Subetapa

Rango tamaño (solo referencial)

Consumo de energía KWh/t

Primario

de 100 a 10 cm

0,3 a 0,4

Secundario

de 10 a 1 cm

0,3 a 2

Terciario

de 1 a 0,5 cm

0,4 a 3

Primario

de 10 a 1 mm

3a6

Secundario

de 1 a 0,1 mm

4 a 10



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15 29

CIRCUITO ABIERTO DE CHANCADO


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CIRCUITO CERRADO DE CHANCADO



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16 31

LAS TRES ETAPAS CLASICAS DE CHANCADO ANTES DE LA MOLIENDA Primary Crushing Secundary Crushing

Wet or Dry grinding

Tertiary Crushing


CIRCUITOS DE 1 Y 2 ETAPAS DE CHANCADO ANTES DE LA MOLIENDA

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Primary crushing

Primary crushing

“Straight on”

Primary grinding Primary grinding

“PreCrushing Of critical sizes”

Secondary crushing Primary crushing Primary grinding

Secondary crushing

“Crushing Of critical Sizes” from Mill discharge



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OPTION 1: THERE STAGE CRUSHING + BALL MILLS Muckpile Primary crusher

0.1 kWh/t Secondary crushing

Tertiary crushing

Stockpile

1.0 kWh/t

Screening

Primary Cyclones

Secondary Cyclones

10 kWh/t Primary ball mill

Secondary ball mill


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OPTION 2: SAG+ BALL MILLS Muckpile Primary crusher

0.1 kWh/t 2.0 kWh/t Stockpile

Cyclones

10 kWh/t Ball mill SAG



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18 35

OTROS CIRCUITOS DE MOLIENDA SAG Batería Hidrociclones Agua

Harnero

Molino SAG

Agua


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Batería Hidrociclones

Chancador de Pebbles

Agua

Harnero

Molino SAG Agua



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19 37

Agua


Molino SAG

Molino de Bolas

Agua


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Chancador de Pebbles Agua


Molino SAG Agua

Molino de Bolas



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20 39


Agua

Chancador de Pebbles

Molino SAG

Molino de Bolas

Agua


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DIAGRAMAS DE FLUJOS DE PROCESOS Circuitos de tratamiento de minerales de oro y plata 

Actualmente, las dos alternativas principales para el tratamiento de minerales de oro conducen a la producción de cemento de oro y plata, precipitación de oro y plata electrolítica.



En los diagramas que se muestran a continuación, se observa las principales etapas que involucran estos procedimientos.



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REDUCCION DE TAMAÑO CIANURACION FILTRADO Y LAVADO BARREN SOLIDOS

REDUCCION DE TAMAÑO CIANURACION ADSORCION CON CARBON

CLARIFICACION DECANTACION PRECIPITACION Au - Zn

DESORCION ELECTRODEPOSICION

PULPA BARREN

REACTIVACION DEL CARBON

FILTRADO CALCINACION/FUNDICION

FUNDICION

BULLION Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

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Los procesos modernos en el tratamiento de minerales de oro son los procesos CIP y CIL (carbón en pulpa y carbón en lixiviación). Los aspectos relevantes de estos procesos son los siguientes:  Evitan los circuitos de lavado en contracorriente. Permiten tratar minerales de oro que contienen materia carbonácea u orgánica.  Bajan los costos de inversión y operacionales. 



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CARBON EN COLUMNA 

Carbón en columna (CIC) MINERAL AGUA, CAL Y CIANURO

LIXIVIACION EN PILAS Solución de Lixiviación

Solución descargada

CARBON EN COLUMNA Carbón cargado

DESORCION DEL CARBON

SOLUCION DE ELUCION

Carbón activado

REGENERACION DEL CARBON Carbón descargado

Solución concentrada ELECTROOBTENCION DE ORO Y/O PLATA Oro electrolítico

METAL DORE AL MERCADO


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CARBON EN PULPA 

Carbón en pulpa (CIP) MINERAL LIXIVIACION POR AGITACION REPOSICION DE CIANURO AGUA Y CAL

Pulpa

Carbón activado

CARBON EN PULPA PULPA A DESCARTE SOLUCION DE ELUCION

Carbón cargado

REGENERACION DEL CARBON

DESORCION DEL CARBON Carbón descargado Solución concentrada ELETROOBTENCION DE ORO Y/O PLATA Oro electrolítico




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CARBON EN LIXIVIACION 

Carbón en lixiviación (CIL) MINERAL AGUA, CAL Y CIANURO

PULPA A DESCARTE SOLUCION DE ELUCION

CARBON EN LIXIVIACION POR AGITACION Carbón cargado

DESORCION DEL CARBON

Carbón activado

REGENERACION DEL CARBON

Carbón descargado

Solución concentrada ELECTROOBTENCION DE ORO Y/O PLATA Oro electrolítico



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CARBON EN PULPA

Pulpa a Cianurar Carbón Fresco Carbón Cargado

Pulpa a Descarte



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CARBON EN LIXIVIACION

Pulpa a Cianurar

Carbón Fresco

Carbón Cargado

Pulpa a Descarte


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CIRCUITOS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE COBRE VIA HIDROMETALURGIA Generalmente, la hidrometalurgia del cobre se desarrolla en tres etapas sucesivas:  La

primera etapa es conocida como lixiviación y consiste en la disolución selectiva del cobre en una solución ácida, desde los minerales que los contienen.



En la segunda etapa, se realiza la purificación y concentración de la solución.



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

En la tercera etapa, se recupera selectivamente el cobre disuelto en el medio acuoso, generado por la elevada concentración de ácido sulfúrico. En el caso del cobre, a través de electroobtención.



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