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Es t ad o d el ar t e en el u s o d el ag u a d e m ar pa parr a l a f lo lota taci cio o n de mine mi nerr al es de Cu-Mo-Au Ser gio gi o Cas Cas tro tr o
[email protected] [email protected] “ Ava Avances nces tecnoló tecnológicos gicos en flotación f lotación de minerale minerales” s” (Vii ñ a del Mar (V Mar,, 23-24 23-24 May May o 201 2013) 3)
Defifini nici ción ón de dell pr prob oble lema ma
La falta de fuentes de agua en el Desierto de Atacama ha forzando el empleo de agua de mar en los procesos metalúrgicos
Defifini nici ción ón de dell pr prob oble lema ma
La falta de fuentes de agua en el Desierto de Atacama ha forzando el empleo de agua de mar en los procesos metalúrgicos
Ven t aj as d el u s o d e ag u a d e m ar • El agua de mar es un recurso permanente que puede evitar la disputa de la industria minera con las comunidades locales por fuentes de agua dulce • No tiene costo de adquisición (pero sí una concesión de captación, que debe ser aprobada por la autoridad marítima) • Facilita la obtención de permisos medioambientales • Permite obtener buenos resultados metalúrgicos aplicando la tecnología adecuada
Des v en t aj as d el ag u a d e m ar • Inversión inicial alta (captación, impulsión y almacenamiento del agua de mar) • Necesidad de controlar la corrosión de ductos, bombas y equipos • Eventualmente, la construcción y operación de plantas de desalación, como de osmosis inversa
Contenidos • Capítulo I: Introducción • Capítulo II: Aspectos básicos de la flotación con agua mar • Capítulo III: Aspectos tecnológicos de la flotación con agua de mar
Capítulo I
INTRODUCCIÓN
Consumo de agua en concentradoras • La producción de 1 Kg de Cu requieren alrededor de 100 litros de agua • Consumo total de agua en las concentradoras está en el rango de 1,0 a 2,5 m3/ton de mineral • El consumo de agua fresca está entre 0,4 a 0,8 m3/ton de mineral • Para el agua de mar fresca, se proyecta un consumo de alrededor de 0.6 m3/ton
Calidad del agua de mar en flotación
Es sabido que agua de mar es de mala calidad para la flotación de minerales
En el caso de minerales de Cu-Mo puede dar recuperaciones más bajas de Cu (en 1-2 puntos porcentuales); pero lo más crítico está en los subproductos Mo y Au, donde puede perder 10-30 puntos porcentuales
Las
mayores dificultades tienen lugar en las etapas de limpiezas
Composición típica del agua de mar (salinidad 35‰)
Clasificación de los iones del agua de mar Iones
principales : (86.73%) NaCl
Iones
+K
secundarios : (13.27%) Sulfato:
(7.68%)
Magnesio: Calcio:
(3.68%)
(1.18%)
Potasio:
(1.11%)
Desalar o no desalar ? • Disyuntiva para concentradoras: ¿usar agua de
mar desalada o agua de mar cruda?
• La Osmosis Inversa ofrece una tecnología efectiva para transformar agua de mar en agua dulce. Sin embargo tiene dos grandes problemas: • Alto costo de inversión y operación • Producción de salmueras concentradas que pueden afectar fuertemente el medio ambiente • Observación : aplicar desalación al agua de mar asume que en flotación la salinidad es el problema, pero en realidad no lo es
Capítulo II ASPECTOS BÁSICOS DE LA FLOTACIÓN CON AGUA DE MAR
Estudios de laboratorio Para entender mejor los fenómenos asociados a la flotación con agua de mar, se revisarán los siguientes tópicos: Tamaño de burbuja • Espumación • Consumo de cal en pulpas de • • •
flotación Flotación de minerales de Cu-Mo Depresión de molibdenita en agua de mar
Agua de mar y coalescencia de burbujas El agua de mar es capaz de disminuir el tamaño de burbuja, reemplazando el rol del espumante
Effect of the frother MIBC on bubble size in seawater ( Castro et al., 2010).
Coalescencia de burbujas
Tamaño de burbuja controlado por NaCl y el espumante MIBC
Comparación del tamaño de burbuja entre cloruro de sodio y MIBC (Quinn et al., 2007).
Espumación en agua dulce y agua de mar 1600
10 Froth layer thickness (Fresh water) Froth layer thickness (Sea water) Weight of water (Fresh water) Weight of water (Sea water)
1400
9 8 7
g 1200 , r e t a w f 1000 o t h g i e W 800
6 5 4 3
9
1800 Froth layer thickness (Fresh water) Froth layer thickness (Sea water) Weight of water (Fresh water) Weight of water (Sea water)
1600
m c , s1400 s g e , n r k e c t i a h1200 t w f r o e t y a1000 h l g i h t e o W r F 800
8 7 6 5 4 3
2
600
400 8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
pH
11.0
11.5
m c , s s e n k c i h t r e y a l h t o r F
2
1
600
0 12.0
400
1
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
0 12.0
pH
Comparación de altura máxima de espuma con agua dulce y agua de mar O. Ramos, S. Castro and J.S. Laskowski, Copper-molybdenum ores flotation in sea
Consumo de cal y efecto buffer del agua de mar 14 Agua de mar Agua dulce
12 10
l a r e n 8 i m e d 6 g K / l a C 4 r g 2 0
7
8
9
10
11
12
pH
Comparación de consumos de cal (g Cal/Kg mineral) al molino para alcanzar el pH de flotación rougher en agua de mar y agua dulce
Recuperación de Cu y Mo en agua dulce y agua de mar 100
100
90
90
80
80
70
70
% 60 , y r e v 50 o c e R 40
% , 60 y r e v o 50 c e R 40
30
30 %Rec. Cu (Fresh water) %Rec Mo (Fresh water) %Rec. Cu (Sea water) %Rec Mo (Sea water)
20 10
10
0 7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
%Rec. Cu (Fresh water) %Rec Mo (Fresh water) %Rec. Cu (Sea water) %Rec Mo (Sea water)
20
9.5 pH
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
0 6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5
pH
Resultados para dos minerales distintos
Recuperación cleaner de Mo
100
% 95 , y r e 90 v o c e r 85 o M r 80 e n a e l C 75 70 9.0
Fresh water Sea water
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
H
Recuperación cleaner de Mo
Micro-flotación de molibdenita en agua de mar Efecto del pH sobre la flotación de molibdenita en un medio 100% v/v Agua de mar NaOH , CaO 100
80
% , n 60 ó i c a r e p u 40 c e R
NaOH CaO
20
0 8
9
10
11
pH
12
13
14
Depresión de molibdenita en soluciones de NaCl 0.6M 100
% , a t i n e d b i l o m e d n ó i c a r e p u c e R
80
60
40
20
2.810ppm iones sulfato 151ppm iones carbonato 433ppm iones calcio 1.350ppm iones magnesio
0 8
10
12
pH
14
Diagrama de hidrólisis del ión Mg 2+ (1x10-4M).
Mecanismos de depresión de molibdenita • Las especies hidroxi-complejas catiónicas del tipo Mg(OH)+ tienen alta capacidad de adsorberse sobre sitios aniónicos de la superficie mineral y también sobre la superficie de las burbujas confiriéndoles carga positiva (potencial-zeta positivo). • Esta adsorción ocurre sobre los sitios bordes de la estructura cristalina de la molibdenita, donde también se inicia la precipitación del hidróxido de Mg formando un recubrimiento hidrofílico que se extiende a los sitios caras. • También puede ocurrir hetero-coagulación del hidróxido de Mg coloidal cargado positivamente sobre sitios aniónicos de la superficie de la molibdenita
Problema con la depresión de pirita y recuperación de Mo • Problema: Incompatibilidad de la tecnología convencional para depresión de pirita con cal y recuperación de Mo • Solución : uso de nuevos reactivos depresores, entre ellos el MBS y otros sulfoxi-compuestos, que pueden depresar pirita a pH inferior al valor crítico de precipitación del hidróxido de Mg
Capítulo III
ASPECTOS TECNOLÓGICOS DE LA FLOTACIÓN CON AGUA DE MAR
Cómo se resuelven los problemas del agua de mar • Aplicación de distintos procedimientos de purificación de agua de mar • Re-definición de los pH’s de flotación rougher y cleaner • Introducción de nuevos reactivos depresores de pirita (alternativos a la cal)
Los nuevos procesos • Agua de mar desalada por osmosis inversa (O.I.) • Agua de mar cruda aplicando tecnología AMBS (aire-metabisulfito) (Barrick Gold Corporation) • Agua de mar cruda aplicando tecnología MBS (metabisulfito) (Esperanza, Antofagasta Minerals) • Tecnología AMPT, agua de mar depurada usando lechada de cal y remoción de los precipitados formados (U. de Concepción)
El proceso AMBS • AMBS= Aireación-Metabisulfito de Sodio • Barrick Gold Corporation , el 3 de Diciembre 2010 presentó a nivel internacional una solicitud de patente de invención, que lleva el número WO2011/067680 A2, para la separación de minerales de cobre y pirita desde soluciones buffer y/o salinas usando el tratamiento denominado “aire-metabisulfito” ( AMBS). • En USA fue presentada el 4 de Diciembre 2009, n° 61/266,770.
El proceso AMBS • Propone el reemplazo de la cal por un depresor alternativo, preferentemente el ión metabisulfito, o bien otros sulfoxi-depresores, tales como el gas dióxido de azufre (SO2(g)), compuesto que también puede formarse en la pulpa a partir de iones sulfito (SO32-), bisulfito (HSO3-) y tiosulfato (S2O32-). • El elemento innovador de la patente, radica en que la adición de MBS (típicamente 50-300 g/ton) es precedida por una etapa de intensa
aireación y posterior ajuste de pH (pH<8).
Proceso MBS (Esperanza) • MBS= Metabisulfito de Sodio • El concentrador de Esperanza pertenece a la Compañía Antofagasta Minerals S.A. y en la actualidad es la única planta en Chile que está operando a gran escala con agua de mar cruda y usando la tecnología del metabisulfito de sodio. • Bajo este esquema ha logrado buenas recuperaciones de Cu, Mo y Au en las etapas de limpiezas operando alrededor de pH neutro, lo cual le permite obtener altas leyes de Cu en concentrado final, especialmente para minerales con bajos contenidos en pirita.
Proceso AMPT (agua de mar pre-tratada) • La Universidad de Concepción presentó al INAPI el 12 de Mayo del 2010 la solicitud de patente provisional de invención n° 00475 denominada “Proceso para pretratar agua de mar y otras aguas salinas para su utilización en procesos industriales” .
Proceso AMPT (agua de mar pre-tratada) • La tecnología de pre-tratamiento del agua de mar ( AMPT) consiste en aplicar una etapa de depuración química parcial del agua de mar con remoción de sus principales iones secundarios. • Los iones sulfato, carbonato, bicarbonato, magnesio, calcio, etc., se precipitan con lechada de cal y enseguida se realiza una separación sólido/líquido. La salinidad se ve poco afectada.
Agua de mar pre-tratada por precipitación con cal Ca(OH)2 + Mg 2+
Ca
2+
2+
€ Mg (OH) + Ca 2
-
+ 2OH € Ca(OH)
2
2-
-
Ca(OH)2 + SO4 + 2H2O € CaSO4 ∙2H2O + 2OH 2-
-
Mg (OH)2 + SO4 € MgSO4 + 2OH 2-
-
Ca(OH)2 + CO3 € CaCO3 + 2OH 2-
-
Mg (OH)2 + CO3 € MgCO3 + 2OH
p cons an e uran e a precipitación 5.0
g , o d a t i p i c e r p e d a s a M
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0 9.0
9.5
10.0
10.5
H
11.0
11.5
12.0
12.5
romedio
Precipitados en 1 L de agua de mar tratada con NaOH y pH final
Plantas de flotación operando con agua de mar • Planta Las Luces (Grupo Minero Las Cenizas) con capacidad aprox. 2.500 TPD. • Concentrador Esperanza ( Antofagasta Minerals), con capacidad aprox. 97.500 TPD.
Captación e impulsión de agua de mar Planta Las Luces El sistema de abastecimiento de agua de mar está compuesto por 3 etapas: una de captación y dos de impulsión.
Impulsión: 7 Km hasta la planta.
Captación en Punta García de 2.200 m3/día (40.7 l/s por 15h/día). Planta Las Luces Pozo de succión y estaciones de bombeo. La estación elevadora se complementa con estanques desarenadores, antes de la impulsión.
Manejo de agua de mar Planta Las Luces 2 piscinas almacenadoras de agua, una de 2600 m 3 que recibe agua fresca de mar; y otra de 4000 m3 para aguas recicladas del tranque de relaves.
Consumo de agua fresca de mar: 1.1 m 3/ton Razón de volumen de las piscinas: 1,54
Planta Las Luces: Consumo de agua 6.100 m3/día (70.6 l/s): (36% agua de mar fresca y 64% agua de mar reciclada)
Equipos planta Las Luces
Planta Esperanza (AMSA) • Planta Esperanza (70% Antofagasta Minerals S.A., AMSA; 30% Marubeni Corporation). • Yacimiento de cobre-oro de baja ley (mineral 0.54%Cu y 0.22 g Au/ton; 0.012%Mo). • Capacidad: 95.000 TPD. • Ubicación: 32 km. al Este de Sierra Gorda, en la II Región.
Impulsión de agua de mar • El agua de mar es bombeada a través de un acueducto de 145 Km desde Caleta Michilla, cercana a Mejillones y a 2.300 m.s.n.m. • Dispone de 4 estaciones de bombeo ubicadas en el desierto, que pueden operar en forma remota. • El sistema de bombeo tiene instalado 33.600 HP y cuenta con 16 bombas multi-etapas (modelo 3600 Goulds de ITT). • Al máximo de su capacidad, el sistema puede suministrar hasta 870 l/s de agua a la faena.
Equipos planta Esperanza
Vista aérea de las instalaciones de esperanza
Piscina para agua de mar fresca de 60.000 m3.
Piscina para agua de proceso de 100.000 m3. Razón de volumen de las piscinas: 1,67
Espesador de Concentrados y piscinas
Vista de espesador de concentrado y piscinas de agua de mar fresca y agua de proceso
Tecnología de relaves espesados
Vista del sistema de relaves espesados en planta Esperanza
