Balances de Masa, P. Navarro

1

APLICADA DE OROA YMINERALES PLATA ANA LISIS DE PLA NTAS HIDROMETALURGICAS DE ORO Y PLATA : BA LANCES DE M ASA

Dr. Patri cio Navarro Donos o Consultor INTERCADE

2

INDICE 1. INTRODUCCION ............................................................................................. 3 2. PRINCIPALES MINERALES DE ORO Y PLATA.............................................. 9 .

....................................................

4. CIANURACION................................................................................................ 24 5. DIAGRAMAS DE FLUJOS CARACTERISTICOS........................................... 31 6. METODOS DE CIANURACION....................................................................... 37 7. BAL ANCES EN PROCESOS HIDROMETALURGICOS................................. 54 8. ANALI SISYDE ALGUNAS PLANTAS HIDROMETALURGICAS DE ORO PLATA.......................................................................................... 113 8.1. Compañía Minera la Coipa 8.2. Compañía Minera El Refugio 8.3. Compañía Minera Barrick Gold de Chile

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2 3

1.INTRODUCCION A LA HIDROMETALURGIA DEL ORO Y PLATA

hidrometalúrgicos involucra las siguientes etapas: • Reducción de Tamaño. • Lixiviación o Cianuración. • Concentración y Purificación de la solución de oro y plata obtenida: ,

,

.

• Cementación con Cinc. • Electroobtención.

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4

Cuando el oro y plata están presentes o asociados con minerales

refractarios

(refractarios

al

proceso

de

cianuración), se pueden realizar procesos de oxidación anteriores a la cianuración para disminuir la refractariedad de los minerales. Se considera un mineral como refractario cuando la disolución de oro y plata luego de un tiempo prolongado de lixiviación o cianuración da como resultado una baja de recuperación de dichos elementos.



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3 5

Sulfuro

(1) Au era o

Cristales de oro a lo largo

(2)

de grano Sulfuro Sulfuro u otro material Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

6



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4 7


8

DIAGRAMA GENERAL DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE ORO Y PLATA Process Stage (physical processes omited)

Types of Hydrometallurgical Reactions Involved

Ore

Oxidative Pretreatment

Leaching

Purification/ Concentration

s t u d o r P

Recovery

s te a W

Refining

Effluent Treatment

Aqueous oxidation of sulfides Passivation of refractory ore components pH modification Corrosion of gold and complexation Corrosion of other metals and complexation pH modification

Adsorption and desorption onto/off carbon and ion eschange resins

Cementation/precipitation of gold and other metals Electrowinning l i i ofl gold andotherl metals Hydrorefining Electrorefining Detoxification by oxidation of toxic constituents Detoxification by volatilization of toxic constituents Secondary metal recovery - Precipitation -electrolytic

Figure 4.1 Reaction chemistry of gold



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5 9

2. PRINCIPALES MINERALES DE ORO Y PLATA Nativos

Au y Ag

Calaverita Petzita Silvanita Auroestibinita Argentita Cerargirita

AuTe2 Ag3AuTe2 (Au,Ag)Te4 AuSb Ag2S AgCl


10

El oro y la plata se encuentran en la naturaleza fundamentalmente como elementos puros. En general los metales se encuentran en la naturaleza unidos a otros químicamente formando los minerales. Las menas minerales a su vez están formados por mezclas mecánicas de minerales.

Ejemplos de mine rales: -Calcopirita -Galena -Molibdenita

CuFeS 2 PbS 2 MoS 2

-Sílice -Pirita -Otros.

SiO 2 FeS 2



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6 MINERALES MAS COMUNES ASOCIADOS CON METALES PRECIOSOS

11

TABLE 2.8 Com mon and important min erals associated with preci ous metal ores [6,2 3] Elemental Anti mon y

Bismuth

Bi, native bismuth i C, graphite/ amorphous C

Copper

Gold

Ant im oni des

Selenides

Tellurides

Bi Te S, 2 2 tetradymite

Bi 2 S3 , bismuthinite i i i

CoAsS, cobaltite Cu2 S, chalcocite Cu3 AsS4 ,enargite (Cu,Fe)12 Sb S , 12 As4 S13 , 4 13 copper CuS,covellite Cu Fes ,bornite (Cu,Fe) tetrahedrite tennantite 5 4 Cu3 (As,Sb)S4 , CuFeS2 , chalcopyrite famatinite AuSb , Au,native gold 2 aurostibnite Au, Ag, electrum

Cu, native

Iron

FeS, pyrrhotite FeS2 , pyrite, marcasite

Lead

PbS, galena

Mercury

HgS, cinnabar (Fe,Ni)9 S8 , pentlandite

Nickel Silver

Arsenides

AsS, realgar As 2S3,orpiment

Carbon Cobalt

Sul fides Sb2 S3 ,stibnite

Arsen ic

Ag, native silver Ag2 S, argentite Ag, Au, electrum (Pb, Ag) S, argentiferous galena

Zinc

AuTe 2 , krennerite, calaverite

FeAsS, arsenopyrite

Ag2 Se, Ag3 AsS2 , proustite Ag3 SbS3 , Ag Te, hessite 2 naumannite pyrargyrite (Cu,Fe,Ag)12 (Cu,Fe,Ag) As4 S13 , 12 Sb S , argentiferous 4 13 tennantite argentiferous tetrahedrite

ZnS, sphalerite


12

Son muy pocos los elementos que en la naturaleza se encuentran en forma pura o nativa. Cuando esto ocurre, la recuperación de estos elementos depende

fuertemente

de

los

minerales

que

los

acompañan. Algunos de los elementos que se presentan en forma nativa o pura son: Oro, Plata, Platino.



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7 13

Una de las características principales del oro y la plata es su presentación al estado nativo o metálico en las menas minerales, debido a su alta estabilidad química, en los ambientes naturales de la corteza terrestre. Es por esto que el oro y la plata se presentan en pocos minerales comunes, siendo el estado nativo sus formas más importantes.


14

En un mineral los elementos de valor comercial , estar presentes en forma nativa o pura (oro y plata) o a la forma de un mineral (mineral de cobre, mineral de plomo, mineral de hierro, mineral de zinc, otros).

tienen valor comercial constituyen la ganga.



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8 15

LISTADO DE MINERAL ES DE GANGA COMUNES Clase

Nombre

Oxidos

Carbonatos

Cuarzo

SiO2

Bauxita

Al2O3-2H2O

Limonita

Fe2O3-H2O

Calcita

CaCO3

Dolomita

(Ca,Mg)CO3

Siderita

FeCO3

o ocros a Sulfatos

Composición

n

3

Baritina

BaSO4

Yeso

CaSO4 H2O


16

LISTADO DE MINERAL ES DE GANGA COMUNES Clase Silicatos

Nombre

Composición

Feldes ato Granate Rodonita

MnSiO3

Clorita Minerales arcillosos Varios

Fluorita

F2Ca

Apatita

(Fca)(PO4)3Ca4

Pirita

FeS2

Marcasita Pirrotita

FeS2 Fe1-xS

Arsenopirita

FeAsS



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9 17

Dependiendo del tamaño de las partículas de oro y plata presentes en los minerales, serán las formas de .

Cuando el tamaño del oro y plata es gruesa las formas de recuperarlos es por métodos de concentración gravitacional, para producir un concentrado de oro y p a a,

pos er ormen e

recuperar

estos

un r

c o

elementos

concen ra o por

y

procesos

pirometalúrgicos.


18

Cuando el tamaño de las partículas de oro y plata son muy peque as o nas, es os e emen os se recuperan por procesos hidrometalúrgicos. Las colas de un proceso de concentración gravitacional y concentrados de oro y plata obtenidos por flotación (oro y

procesos hidrometalúrgicos.



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10 19

3. EXTRACTANTES PARA EL ORO Y PLATA La selección del método apropiado de tratamiento para un m nera aur ero, es a en unc n e una vers a e parámetros. Algunos de estos parámetros son asociados al oro mismo, pero muchos otros son asociados a los minerales que lo acompañan. Cuando el oro se encuentra libre en forma nativa, el dimensionales del metal.


20

EXTRACTANTES PARA EL ORO 

Cloro



Tiourea.



Agua regia.



Cianuros alcalinos.



Tiosulfato.



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11 21

DIAGRAMA ORO-AGUA 3.0

AuO2

2.5

Au3+

2.0

Au(OH)3 (S)

1.5

2 Eh

Au(OH)5

1.0

O2 0.5

H2O

Au 0.0

-0.5

H2O H2

[Au] = 10 -3 M -1.0 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0


22 3.0 Eh (Volts)

AuO2 Au3+

2.0

Au(OH)3

HAuO

2-

Oxidación con ácido nítrico Oxidación de Sulfuros Bio-Oxidación, Oxidación a Presión

1.0

-

AuCI4

720

Au

600

2.5

1.5

O / 2 H O 2

Lixiviación con Tiurea

2

Au(CN)

0

Cianuración Lixiviación con Tiosulfato Precipitación con Zinc

-1.0

0

2

4

6

pH

8

10

12

14

Diagrama termodi námico p ara la cianuración d e oro y ceme ntación con c inc Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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12 23

2.0 Ag O 2

AgCN (s) 1.0

3

Ag+ 2

Eh

0

-1.0

-2.0

Ag

0

4.0

-4

[Ag] = 10 M -3 [Ag] = 10 M

8.0

12.0

16.0

pH

Diagrama potencial-pH para el sistema de la plata Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

24

4. CIANURACION La cianuración es el proceso más ampli amente usado en la lixiviación de minerales de oro, presentando las siguientes ventajas: • • • •

Tecnología conocida. Química de reacción simple. Bajo consumo de reactivos. Bajos costos operacionales.

Pero por otra parte presenta algunas desventajas, tales como: • Complicaciones de tipo ambiental. • Problemas de tipo cinético. • Problemas de refractabilidad. • Presencia de materias carbonáceas.



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13 25

QUIMICA DE LA CIANURACION DE ORO Y PLATA La ma oría de los investi adores ro on en ue la ma or del oro se disuelve de acuerdo a la siguiente reacción: 2 Au



4CN 

2 H 2O



O2





2 Au

CN 



2



H 2 O2



arte

2OH 

y en menor proporción según: 4 Au



8CN



O2





2 H 2O



4 Au

CN 



2



4OH




26

Reacción anódica 2 Au



4CN



2 Au



CN 



2



2e

Reacción Catódica

O2



2 H 2O



2e



H 2O2



2OH



Reacción Global 2 Au



4CN





O2



2 H 2O



2 Au

CN 



2



H 2O2



2OH





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14 27

soluciones de cianuro y se disuelve de acuerdo a la siguiente reacción:

2A



4CN





O



2H

O  2 A CN





H O



2OH




28

ETAPAS ANTERIORES AL PROCESO DE CIANURACION Dependiendo del tipo de proceso de cianuración a realizar ser n as e apas e re ucc n e ama os prev as. Cianuración en Botaderos: Para el proceso de cianuración en botaderos el tamaño de partículas será el saliente de la mina o a lo más una etapa de chancado. Cianuración en Pilas: La cianuración en pilas requiere de , llegar a tamaños inferiores a una pulgada, a chancado terciario.



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15 29

Cianu ració n po r Ag ita ció n: En este caso además de molienda. Este proceso se realiza a minerales de alta ley, concentrados de oro y/o plata.

Pro ceso CIP y CIL: Estas dos formas modificadas de la de chancado y molienda.


30

Ag lo mer ación : En el proceso de chancado previa a la etapa de cianuración en pilas si se produce un importante , percolabilidad en la pila se requiere aglomerar el mineral antes del proceso de cianuración. Esto se realiza en tambores aglomeradores.

a 6% de partículas finas en la alimentación después de las etapas de chancado.



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16 31

5. DIAGRAMA S DE FLUJOS CARACTERISTICOS Se presentan diagramas de flujos característicos, que nc uyen as s gu en es e apas: • Reducción de tamaño-Cianuración-Carbón ActivadoElectroobtención. • Reducción de tamaño-Cianuración-Precipitación con Cinc. El camino a seguir depende de: tonelaje de las reservas, leyes de oro y/o plata, características de la ganga presente.


32

CHANCADO

REDUCCION DE TAMAÑO CIANURACION EN PILAS O BOTADEROS

RELAVES

CIANURACION EN PILAS O B OTADEROS ADSORCION CON CARB ON

PRECIPITACION Au Zn.

DESORCION

PULPA BARREN

FILTRADO

ELECTRODEPOSICION

REACTIVACION DEL CARBON

FUNDICION METAL DORE

FUNDICION

DIAGRAMAS DE FLUJOS SIMPLIFICADOS Y CARACTERISTICOS Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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17 33

En los diagramas de flujos que se presentan a continuación, el proceso de concentración y purificación de las soluciones obtenidas en cianuración con carbón activado: • CIC: carbón en columna. •

.

• CIL: carbón en lixiviación.


34

CARBON EN COLUMNA 

Carbón en Col um na (CIC). MINERAL AGUA, CAL Y CIANURO

LIXIVIACION EN PILAS Solución de Lixiviación Carbón activado

Solución descargada

CARBON EN COLUMNA Carbón cargado

DESORCION DEL CARBON

SOLUCION DE ELUCION

REGENERACION DEL CARBON Carbón descargado

Solución concentrada

ELECTROOBTENCION DE ORO Oro electrolítico

METAL DORE AL MERCADO



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18 35

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

REGENERACION DEL CARBON

Carbón cargado


SOLUCION DE

Carbón descargado

Solución concentrada ELETROOBTENCION DE ORO Oro electrolítico METAL DORE AL MERCADO


36

CARBON EN LIXIVIACION 

Carbón en Lixiviación (CIL)

MINERAL AGUA, CAL Y CIANURO

CARBON EN LIXIVIACION POR AGITACION

PULPA A DESCARTE

Carbón activado

Carbón cargado


SOLUCION DE ELUCION

Solución concentrada

REGENERACION DEL CARBON

Carbón descargado

ELECTROOBTENCION DE ORO Oro electrolítico METAL DORE AL MERCADO



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19 37

CARACTERISTICAS DE LA CIANURACION EN PILA S Alg un as de las pr incip ales caracter ísti cas del proc eso

•• Tamaño Altura dede la pila: 3 a 6 metros partículas: puede ir desde ¼ de pulgada a 2 pulgadas. • Recuperación de oro: sobre 80%. • . • Ciclo de lixiviación: del orden de 4 a 12 meses. • Tipo de regado: por goteo y/o por aspersión. • Flujo específico de regado: 5 a 20 lt/hr x m2


38

Cuando el mineral que se va a cianurar en pilas luego de las etapas de chancado produce una cantidad de , ser aglomerado previamente para tener una buena percolabilidad en el lecho de partículas que conforman la pila. , agregando agua o lechada de cal hasta alcanzar valores de humedad del orden de 8 a 10%.



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20 39

Tambor Ag lo merador Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

40

CARACTERISTICAS DE LA CIANURACION EN BOTADEROS Al gu nas de las pr in cip ales característic as del pr oceso • Altura del botadero : sobre 10 metros • Tamaño de partículas : puede ir desde 2 pulgadas a 4 pulgadas. • Recuperación de oro : del orden de 70%. • Ciclo de lixiviación : sobre 6 meses. • Tipo de regado : por goteo. • Flujo específico de regado : 5 a 15 lt/hr x m 2



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21 41

CARACTERISTICAS DE LA CIANURACION POR AGITACION Alg un as de las pr incip ales car act erístic as del pr oceso de

de partículas: requiere molienda. •• Tamaño Recuperación de oro: sobre 85%. • Tiempo de lixiviación: 24 a 48 horas. • Tipo de Reactores: agitados con inyección de aire y/o aire enri uecido con oxí eno. • Porcentaje de sólidos en la pulpa: entre 35 a 50%. • Contenido de elementos cianicidas: muy bajo


42

Concentrado y/o mine ral

CIANURACION POR AGITACION

Solución rica

Solución rica de lavado Pul a espesa

Agu a de lavado

…

Pulpa final



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22 43

Lavado de Pulpa en Cont racorr iente El lavado de pulpa en contracorriente se realiza con el ob eto de recu erar el oro di suelto en la sol ución

ue

forma parte de la pulpa que contiene el ripio de cianuración. El proceso se realiza en reactores del tipo espesadores, con flujos en contracorriente, es decir, en una dirección avanza la pulpa a lavar y en la dirección opuesta el agua de lavado.


QW , CW

QL , CL

44

Agua de lavado

Pulpa a lavar

1

2

n

Solución Rica

C1

C2

Pulpa lavada

QW , C1

QL , Cn

QL= flujo de solución en la pulpa a lavar W

CL

= concentración de oro en solución en pulpa a lavar CW= concentración de oro en agua de lavado (normalmente es cero) C1 = concentración de oro en solución a la salida del reactor 1 Ci = concentración de oro a la salida del reactor i Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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23 45

En la medida que la eficiencia de recuperación de oro aumenta el valor de la C n disminuye, calculemos el valor de Cn.

CL



Cn

1



CW 2

RL  RL



n  RL

CW

n = es el número de reactores RL = es la razón de lavado Q W/QL


46

Luego para disminuir el valor de C

n

y por consecuencia

aumentar la eficiencia del proceso, se puede lograr a través de las si uientes acciones: • Aumentar el número de reactores. • Usar un elevado flujo de agua de lavado, es decir, usar una elevada razón de lavado. v en emen e

as acc ones an er ores

analizadas técnicamente, económica.

pero

también

e en ser con

una



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24 47

Efectu emo s un balance de oro del pr oceso : L

L

W

=

W

L

L

W

1

El balance presentado es general para todo el proceso, pero también puede ser realizado para cada reactor involucrado, como por ejemplo para el reactor 1. L

L

W

=

2

L

1

W

1


48

Expresio nes para determinar l a efic iencia de la recupera ción de oro:

C



Cw

QL * C L Si CW = 0 Recu eración =

QW * C1

*

QL * C L Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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25 49

También se pu ede calcu lar la efic iencia en cada reactor, como por ejemplo para el rea cto r 1

Recuperación =

QW * C1  QW C 2 QL

*

100



*C

QW C1  C 2  QL

1

*

100



*C

1

También es posible calcular a través de la siguiente expresión:

Recuperación =

QL * C L



QL * C1

QL * C L



CL



C1

CL

*

100


50

Además, se puede calc ular a p artir de la sig uiente expresión:

Recuperación =

QL * C L



QL * C n

QL * C L

* 100 

CL



Cn

CL

* 100

expresión, son los mismos que ya fueron definidos.



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26 51

6. BALANCES EN PROCESOS HIDROMETALURGICOS Los balances en los procesos productivos se realizan con los siguientes objetivos: • Conocer el comportamiento del sistema. • Determinar la eficiencia de los procesos y recuperación de los elementos valiosos: oro, plata y otros. • Determinar consumo de reactivos e insumos en general. • Conocer las posibilidades de optimización y mejoramiento. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

52

BA LA NCE EN UNA PLANTA DE CIANURACION Se concentra un mineral de oro por flotación, el cual se env a a c anurac n po r ag a c n en

reac ores en

serie, con un tiempo de contacto de 3 horas en cada uno. A la salida del quinto reactor la pulpa es enviada a un espesador para la separación sólido-líquido. Posteriormente la

ul a es esa se envía a un circuito

de lavado en contracorriente para la recuperación del oro.



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27 53

Concentrado de oro

Agua d e lavado Solución rica

Solución rica de lavado u pa espesa

…

Pulpa final


54

CONDICIONES INICIALES: Flujo de concentrado %desólidos Flujo de pulpa concentrado Leydeoro Fino de oro en concentrado

: 75 t/d : 40% : 187,5 t/d (75 t/d 112,5 t/d agua) : 60g/t : 75 t/d x 60 g/t = 4500 g/d

Condiciones de cianuración: 5 reactores en serie Tiempo de contacto: 3 horas en cada reactor



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28 55

A la ent rada del pr im er reacto r: H2O

187,5 t/d

35% sólidos

Concentración de cianuro: 1,2 g/L pH: 11,1 Se debe agregar agua para diluir de 40% a 35% de sólidos en la pulpa


56

Pulpa al 40% de sólidos: 75 t/d de sólido y 112,5 t/d de agua Pulpa al 35% de sólidos: 75 t/d de sólidos y 139 t/d de agua

Luego, se deben agregar: 26,5 t/d de agua al primer reactor Oro en alimentación : 4500 g/d Oro disuelto : 4365 g/d Luego, % de oro disuelto :

4 .365

x100



97 %

4 .500

Concentración de oro en solución :

4365 g / d 139 t / d 



31,4

g/t

31,4 g Au / m3



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29 57

BA LA NCE EN ESPESADOR 75 t/d sóli do

Solución rica ESPESADOR

139 t/d agu a

114 t/d 3

(35% sólidos)

(31,4 g Au/m )

Pulpa espesa 75 t/d sóli do 25 t/d agua (75% sólidos) Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

58

BALANCE EN ETAPAS DE L AVADO DE PULPAS: Número de reactores de lavado: 5

Flujo de agua de lavado: 75 m3/d 75 t/d sóli do

75 t/d sólid o

25 t/d agua

25 t/d agua

31,4 ppm Au

1

2

3

75 t/d soluc ión ri ca

4

5 75 t/d agua



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30 59

Razón de lavado = 3

Qw 25 t



3



/d

Qw



75 t

/d

Ahora determinaremos la concentración de oro en la pulpa lavada o pulpa a descartar:

w = , concen rac n e oro en agua e ava o:


60

CONSUMO DE CIANURO EN EL PROCESO DE LIXIVIACION kg de cianuro consumido

139 

m 3 / d ·1,2 kg / m 3

t de concentrado

 139

75 t

32 

kg / d

75 t

/d



0,43

m 3 / d · 0,97 kg / m 3

/d

kg cianuro t concentrado



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31 61

ADSORCION DE ORO Y PLATA EN CARB ON ACTIVADO

activado puede ser realizado a través de las siguientes alternativas: • Carbón en Columnas (CIC) • Carbón en Pulpa (CIP) •


62

CARB ON ACTIVADO El uso del carbón activado en la metalurgia extractiva del oro ha aumentado fuertemente en las últimas décadas como proceso de concentración y purificación de soluciones obtenidas en la etapa anterior de cianuración. Normalmente luego del proceso de carbón activado, las soluciones

que

se

obtienen

son

tratadas

por

electroobtención para la recuperación de oro y plata.



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32 63

El carbón activado es un material que se caracteriza por tener una elevada superficie específica, medida en (m2/g) de carbón, entre 600 y 2000 m

2/g,

lo que le confiere la

propiedad de adsorber una gran cantidad de materiales. En la metalurgia del oro y plata el carbón activado puede adsorber los complejos cianurados de oro y plata.


64

Debido a su gran superficie específica la adsorción de iones no es muy selectiva, y ésta solo puede lograrse , como: pH, tiempo de residencia o de contacto carbónsolución, concentración de cianuro y concentración de impurezas en la solución proveniente de cianuración



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33 65

Area di spon ibl e al Adso rband o y a la solución Area di spon ible a la Solución y a iones pequeños

Area Disponible Solo R la Solución.

Figura 1. 1 Estructura interna de un carbón activa

do.

Esquema de una Partícula de Carbón Activado. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

66

MATERIA PRIMA DEL CARB ON ACTIVADO Y SU CONTENIDO DE CARBONO Materia Prima

Contenido Aproximado

MaderaBlanda

40

MaderaDura

40

CascaróndeCoco

40

CarbónBituminoso Antracita

75 90



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34 67

PARAMETROS OPERACIONAL ES DEL PROCESO DE CA RBON ACTIVADO Lo s más im porta nte s so n: 

Temperatura.



Concentración de cianuro.



pH.



Fuerza Iónica. .



Presión.


68

CARB ON EN PULPA

Cianurar Carbón Fresco Carbón Cargado

Pulpa a Descarte

Inicialmente se realiza el proceso de cianuración y luego la adsorción de oro y plata en el carbón



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35 69

BALANCES DE MASA EN UN PROCESO DE CARBON EN PULPA cianuración, con lo cual podemos hacer el siguiente análisis: Oro fino presente = masa de mineral x ley de oro. Oro disuelto = volumen de solución x concentración de oro disuelto.


70

Recuperación de oro en cianuración = (Oro en ripios/Oro en alimentación) x 100

adsorbido/Masa de carbón activado). Recuperación de oro en Adsorción = (Masa de oro en carbón activado/Masa de oro en alimentación) x 100. El mismo análisis puede ser realizado para la plata u otro e emento presente en e m nera o concentra o.



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36 71

CARBON EN LIXIVIACION Pulpa a Cianurar Carbón Fresco Carbón Cargado

lixiviar, efectuándose simultánea.

Pulpa a Descarte

ambos

procesos

en

forma


72

BALANCES DE MASA EN UN PROCESO DE CARBON EN LIXIVIACION cianuración con el proceso de adsorción de oro en carbón activado. Oro fino presente = (masa de mineral x ley de oro) x 100. Oro fino presente = (masa de oro en la solución acuosa + masa de oro en carbón activado).



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37 73

Recuper. de oro = (oro disuelto/oro fino en alimentación) x 100 En segundo lugar se realiza el proceso de adsorción de oro en el carbón. Oro adsorbido = vólumen de solución x (concentración de oro inicial – concentración de oro a un tiempo t).

carbón).


74

BA LANCES DE MASA EN CIANUR ACION POR PERCOLACION (BOTADEROS Y PILAS) Supongamos tenemos F toneladas de mineral a tratar, cuya , plata es:

Fin o de oro y/o plata = F (to neladas) x f (gr/to neladas) Al final del ciclo cianuración si el tonelaje de ripios que quedan es T y la ley de ripios de oro y/o plata es t, el

Fin o de oro y/o plata = T(to neladas) x t (gr /ton eladas)



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38 75

Se puede calcular la recuperación de oro y plata por balance de sólidos

=

Fxf



Txt

Fxf

*

Supongamos el siguiente esquema de flujos Flujo de solución lixiviante

MINERAL Flujo de PLS Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

76

Flujo específico = flujo/Area =

lt / hr m

Flujo de solución lixiviante =

lt / hr m

Flujo de solución lixiviante =

2

2

lt / hr m

2

* Area transversal

* m2



lt / hr



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39 77

Supongamos, concentración de cianuro en solución E CCN  , concentración de cianuro en solución lixiviante s PLS CCN , concentración de oro y/o plata en solución C Au . Determinemos la recuperación de oro y/o plata

lt =

r

* tiempo * C sAu ( gr / m 3 ) F* f

* 100 


78

Recuperación de oro =

masa de oro disuelto fino de oro en alimentaci ón

* 100 

Determinemos el gasto o consumo de cianuro. Este valor estará dado por el cianuro que ingresa a la pila o botadero menos el cianuro libre contenido en la solución PLS. El consumo de cianuro en un

roceso de cianuración está

determinado fundamentalmente por el consumo, debido a la presencia de elementos cianicidas.



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40 79

Cianuro que ingresa 

lt * tiempo de cianuració n * CECN ( gr / m 3 ) hr

Cianuro libre en PLS 

lt * tiempo de cianuració n * C SCN ( gr / m 3 ) hr

Luego el gasto de cianuro estará dado por la siguiente expresión:

gasto de cianuro 

hr

* tiempo(C ECN



S CCN )


80

Ahora expresaremos el consumo de cianuro en gramos por tonelada de mineral tratado o por kilógramo de oro y/o plata recuperada.

Consumo de cianuro

lt kg cianuro TM



hr



* tiempo CECN

kg de Au recuperado

S

CCN



F lt

kg cianuro





E

hr * tiempo C CN lt



hr



S

CCN

* tiempo C SAu





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41 81

DIAGRAMAS DE FLUJ OS NO TRADICIONALES 

Tratami ento de Minerales co n contenid os de oro

En los diagramas siguientes se presentan esquemas donde se utilizan procesos de concentración gravitacional, concentración por flotación, recuperación or amal amación

cianuración.


82

Run-of-Mine Ore

Crushing

Fines

Size Separation

Coarse

Agglomeration Figure 3.16 (Slurry) Cyanide Heap Leaching

Figure 3.16

FGURE 3.9 Flowsheet options for combined heap leaching and agitated leaching of free - milling and oxidized ores



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42 83 Run-of-Mine or Crushed Ore

Grinding

Gravity Concentration

Tailings

Concentrates Figure 3.14

Flotation

Barren Tailing or Barren Concentrate Disposal

Solid - Liquid Separation Recycle Solution to Grinding

Cyanide Leaching

Figure 3.16 FGURE 3.6 Flowsheet options for grinding a nd agitated leaching of free-milling and oxidiz ed ores


84

Gravity Concentrales

Regrinding

Flotation

Amalgamation

Intensive Cyanidation

Retorting

Smelting To Tailings or Further Treatment


Figure 3.16

Bullion Product

FIGURE 3.14 Flowsheet option s for gravity conc entrates



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43 85

TRATAMIENTO DE MINERALES CONCENTRADOS POR FLOTACION PREVIO A LA CIANURACION La concentración de minerales por flotación se puede realizar cuando las partículas de oro y plata se presentan en tamaños extremadamente pequeños o cuando están inmersos en una matriz de sulfuros. Dependiendo de las leyes que se obtengan el concentrado puede ser tratado por cianuración o simplemente puede ser fundido.


86

En los procesos de concentración por flotación el oro y la plata puede ser recuperados en el concentrado o en las colas del proceso de flotación, dependiendo a que tipos de minerales se encuentran asociados.

Luego los concentrados o las colas pueden ser tratadas por cianuración para la disolución de los elementos valiosos.



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44 87 Run-of-Mine or crushed Ore Grinding Tailings

Gravity Concentration

Figure 3.14 Concentrates

Flotation Tailings

Concentrates

Grinding

Discard to Tailings

Grinding

Preaeration

Figure 3.16 Agitated Cyanide Leaching


FIGURE 3.10 Flowsheet options for flotation of mo

Figure 3.15 Alternative Treatment of Flotation Concentrates

nrefractory sulfid

ic ores


88 Flotation Concentrates

Regrinding Discard Barren Concentrates


Figure 3.16 Smelting

Bullion Product

FIGURE 3.15 Flowsheet options for fl otation con centrates



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45 89

Gravity Concentrales

Regrinding

Flotation

Amalgamation


Retorting

Smelting

To Tailings or Further Treatment


Figure 3.16

Bullion Product

FIGURE 3.14 Flowsheet options for gravity co ncentrates


90 Electrowinning Steel Wool Cathodes

Electrolytic Replating

Zinc Precipitation

Cell Sludge

Precipitate Acid Treatment

Sludge

Melting

Retorting

Roasting/ Calcining

Smelting

Bullion Product

FIGURE 3.17 Flowsheet options f or refini ng

Diagrama s d e flujos de refinación Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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46 91

TRATAMIENTO DE MINERALES CON CONTENIDOS DE MATERIA CARBONACEA La materia carbonacea no permite la disolución del oro y plata, pues tanto el oro y plata son readsorbidos en la materia orgánica presente en estos minerales. La destrucción de la materia orgánica se puede realizar con oxidación previa o con procesos de tostación.


92

Materia carbonácea natural puede reducir la extr acci ón de oro durante el pr oceso de cia nu ració n: • carbonácea. • Oro retenido como resultado de las propiedades adsorbentes de este material. • Adsorción del oro disuelto desde las soluciones de lixiviación.



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47 93

Run-of-Mine or Crushed Ore

Grinding

Solid-Liquid Separation

Roasting

Regrinding


94 Slurry Regrinding

Solids

Agitated Cyanide Leaching

Solid-Liquid Separation S

Products of Other Leaching Processes


Cyanide Heap Leaching

L

Solution L Counter-Current

S

Decantation

Agitated Cyanide Leaching

CIL

S

CIP Solid-Liquid L Separation S L


Tailings

Tailings

CIC

Tailings

s

= = = =

FIGURE 3.16 Flowsheet options for gold r ecovery from leach solutions



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48 95

TRATAMIENTO DE MINERALES CON CONTENIDOS DE MINERALES DE TELURO El tratamiento de minerales de teluro con contenidos de oro y plata requiere de etapas de molienda intensiva, etapas de clorinación y/o tostación previo a la etapa tradicional de cianuración.


96

La causa más común de la refractabilidad es la oclusión o diseminación de finas partículas de oro menores a 1micrón , encapsuladas en los minerales de sulfuros (pirita, arsenopirita, cuarzo y otros), que son matrices insolubles y difíciles de penetrar con soluciones de cianuro.



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49 97

Diagramas para el tratamiento de minerales de Teluro Run-of-Mine or Crushed Ore Grinding


Flotation

Tailings

Concentrates Regrinding

To tailings or Further Treatment (i.e, grinding, p reaeration, cyanide leaching)

Chlorination

Roasting

Neutralization Regrinding



FIGURE 3.13 Flowsheet options f or tellur ide ores


98

CEMENTACION DE ORO Y PLATA CON CINC El proceso de cementación ha sido empleado desde adsorción con carbón activado. Se han introducido modificaciones, que llevaron al proceso a obtener altas eficiencias y menores costos operacionales. Modificaciones o mejoras realizadas en sus comienzos: • Agregado de sales de plomo (acetato, nitrato) • Reemplazo de láminas por polvo de cinc • Desaireación de las soluciones de oro



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50 99

MICROGRAFIA POLVO DE ZINC 2000 AUMENTOS


100

REACCIONES DE CEMENTACION DE ORO Las rea ccio nes prin cipales que ocurr en en el roceso son: Reacción Anódica: Reacció n Catódica: eacc n Global:

Zn  4CN 2 Au

CN 

2 Au







2

CN



2

ZnCN 4

2





2e





2 Au





Zn  2 Au



2e

4CN





Zn CN

2 4



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51 101

CN

Au(CN)

CN

Au(CN) CN CN

Deposited gold

e

e

Zinc particle

CN CN CN

CN Zn(CN)

Fig. 8. 5 – Schematic representation of mechanism of gold

precipitation on zine (4)

Mecanism o del Proceso d e Cementación Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

102

REACCIONES DE CEMENTACION DE PLATA Las reaccione s rinci ales ue ocurren en el roceso son: Reacción Anódica

: Zn + 4CN - = Zn(CN)42- + 2e

Reacción Catódica : 2Ag(CN)2- + 2e = 2Ag + 4CNReacción Global

: 2Ag(CN) 2- + Zn = 2Ag + Zn(CN)42-



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52 103

De acuerdo a las reacciones globales de cementación de oro y plata con cinc se puede concluir lo siguiente: 

Por cada dos moles de oro cementado se consume un mol de cinc, es decir, por 197 x 2 = 394 gramos de oro cementado se consumen 65 gramos de cinc.



Por cada dos moles de plata cementada se consume un mol de cinc, es decir, por 107 x 2 = 214 gramos de plata cementada se consumen 65 gramos de cinc.


104

Los valores anteriores constituyen los consumos estequiométricos, los cuales pueden ser expresados de la siguiente manera: x

= , x

-

gr e n gr e u

65/2 x 107,8 = 5,6x10-3 gr de Zn/gr de Ag

En los procesos industriales ocurren otras reacciones, que son llamadas reacciones parasitarias, que pueden consumo estquiométrico. El consumo de cinc constituye uno de los costos operacionales importantes. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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53 105

BALANCE DE MASA EN CEMENTACION Supongamos que el flujo de solución a cementar está dado en m3/hr y la concentración de oro en gr/m3. Luego el flujo másico de oro entrante es: m3/hr x gr/m3, se obtienen los gramos de oro que entran por m 3 de solución a tratar. Del mismo modo se puede obtener el flujo másico de oro en la solución empobrecida en oro después del proceso de cemen ac n. Cantidad de oro cementado = Flujo másico a la entrada – flujo másico a la salida.


106

De esta forma podemos obtener la eficiencia del proceso de cementación. Eficiencia = (Oro cementado/Oro alimentado)x100 De igual forma podemos repetir el procedimiento para la plata y obtener la eficiencia de cementación de la plata

Eficiencia = (Plata cementada/Plata alimentada)x100



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54 107

PRINCIPALES PARAMETROS DEL PROCESO DE CEMENTACION Los arámetr os más relevantes so n: • PH • Concentración de oro y cianuro. • Presencia de Impurezas. • Cantidad de zinc y tamaño de partículas. • Concentración de Oxígeno.


108

7. ANALISIS DE ALGUNAS PLANTAS ORO Y PLATA .

ompa a

nera a o pa



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55 109

DESCRIPCION DEL PROCESO METALURGICO DE LA COIPA A continuación se describen las operaciones unitarias que integran el diagrama de flujos del proceso de la planta La Coipa, correspondientes a los procesos unitarios de chancado, molienda, lixiviación por agitación, filtración, depositación de relaves, precipitación, calcinación y fusión. El producto final de la planta es metal doré, obteniéndose como sub-producto mercurio. Ley de Ag : 900 gr/ton Ley de Au : 12 gr/ton Capacidad de tratamiento : 15.000 ton/día


Diagrama de flu jo s del pro ceso de la plant a de La C oi pa Cal

CiclonesD26

Harnero (1) Pila de Acoplo

Floculante Molino SAG 28`X14`

Espesador 18`

Harnero de Pebbles(2) Mandil Aliment ador

110

Solución Estéril a Circuito de Molienda

Aliment adores Vibratorios

Chancador Giratorio Fuiler Taylor 42”x65”

Cianuro Molino de Bola (2) 16`x24,5`

Chancador de Cono Symons 5,5`

Cajones de bombeo de solución Chancador de Pebble Omnicone1560

Estanque de Lixiviación (8)

Fundentes

Coagulante

Horno de Reverbero(2)

Solución impregnada

Calcinas Torre de Desalereación Al vacio (2)

Escoria Barras de Metal Doré

Floculante

Solución Estéril a CCD Solución Estéril a Planta de Filtros

Borax Ceniza de soda Acite + O 2

Retorta de Mercurio (8)

Clasificador De discos(2) Filtro de Banda (12) Zinc en polvo Filtro de Prensa (4) Vacio

Precipitado

Espesador de lavado (3)

Filtro U.S.(4)

Solución Estéril a Circuito de Molienda

Ayuda fi ltro Agua Indus trial

Staker de Emergencia

Cinta Transportadora Soplador

Staker Móvil de Colas, Rahco



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56 111

El oro se presenta como oro nativo Au°, y como electrum (Au, Ag).

La mineralización de oro ocurre generalmente

asociada con alunita, KAI3(SO4)2(OH)6, distribuida a lo largo de estructuras de Jarosita, KFe 3(SO4)2(OH)6, y escorodita, FeAsO4 x 2H2O. A mayor profundidad en la zona primaria existen: bornita, Cu5FeS4,

calcopirita, ,

CuFeS 2, ,

enargita,

,,

Cu 3AsS4,

,

galena, PbS, y esfalerita (Zn, Fe)S.


112

AREA DE LIXIVIACION La pulpa espesada en el espesador de molienda se alimenta primero de 8 estanques de lixiviación agitada. Estos reac ores correspon en a un es anque c n r co e de diámetro y 14,3 m de alto con 3000

m3

, m

de capacidad.

La concentración de cianuro se mueve entre 0,8 y 1,0 gramos por litro de cianuro libre y el pH se mantiene en 11,5 mediante la adición de cal en el molino. En los estanque de lixiviación se inyecta aire con un soplador para proveer el oxígeno necesario.



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57 113

El aire se debe controlar cuidadosamente, dado que una aireación excesiva generalmente lleva a un mayor consumo de cianuro y cal y a partir de un cierto punto, no se incrementa la extracción. El tiempo de residencia del mineral en esta etapa es de 24 horas con una recuperación del orden de 85% de oro y e p ata.


114

Vista de los Estanques Agitados para la Lixivi

ación con Cianuro



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58 115

CIRCUITO DE LAVADO EN CONTRA CORRIENTE El principio del circuito de espesadores CCD consiste en contactar en contracorriente la pulpa con una solución de , , , sobre la pulpa más débil en solubles a medida que la pulpa avanza en las diferentes etapas de los espesadores. El circuito está conformado de 3 espesadores de alta capacidad, que operan recibiendo una soluc ión de lavado del área de refinería, llamada solución estéril. n os espesa ores se e e m an ener una a u ra e qu o claro de 20 a 50 cm. El porcentaje de sólidos en la descarga varía entre un 50 a un 60%. Se adiciona floculante a cada espesador para acelerar la decantación de los sólidos.


116

AREA DE PRECIPITACION La solución rica que se obtiene del circuito DCC y del filtrado, conteniendo oro y plata disueltos es enviada al circuito de recuperación mediante polvo de zinc, proceso MERRIL CROWE. Como primer paso para la precipitación la solución es clarificada y se le remueve el oxígeno disuelto pasándola por una torre de relleno sometida al vacío, para luego ponerla en contacto con el polvo de zinc que finalmente reci it a el oro la lata. El zinc en polvo es agregado en cantidades de 0,6 a 1,5 partes en peso de Zn por parte de Au ó Ag. La mezcla con el precipitado es impulsada al sistema de filtración.



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59 117

El precipitado cosechado tiene alrededor de 60% a 70% de plata; 0,1% a 0,2% de oro y entre 5% y 20% de mercurio, valores que dependen de las leyes de cabeza y del tipo de . La solución filtrada producida es llamada solución estéril, debido a sus bajos contenidos de oro y plata. Esta solución es usada principalmente: • Para lavar la tela de los filtros de banda. • n e c rcu o

como agua e

uc n.

• En las bombas de proceso como agua para el sello..


118

AREA DE REFINERIA El precipitado obtenido en la etapa anterior se seca y se calcina en retortas en paralelo, para separar y eliminar primero el contenido de mercurio desde los precipitados, mediante sublimación, lo que es conocido como proceso de retorteo. El mercurio es almacenado en recipientes sellados para su venta.

metal do re. La calcina es refinada a fuego para obtener Para ello se mezcla con escorificantes y fundentes, ceniza de soda bórax sílice las ue varían de acuerdo a las impurezas acompañantes. Se funde en hornos reverberos, con una capacidad de 200 kg/h de precipitados. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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60 119

Cada horno opera con un depurador para el lavado de los gases provenientes de la combustión y así evitar la contaminación ambiental. La escoria del proceso de fundición se recircula al área de chancado. Las barras de metal doré pesan alrededor de 200 kg cada una y tienen una ley de 980 a 985 g de Ag/kg y de 3 a 5 g de oro g.


120

7. ANALISIS DE ALGUNAS PLANTAS HIDROMETALURGICAS DE ORO Y PLATA .



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61 121

SINTESIS DEL PROCESO PROPUESTO PARA REFUGIO El desarrollo del proyecto de explotación de los yacimientos de Refugio considera que el mineral se procesa a razón de 30.000 ton/día. Así, el Caso Base se diseñó para producir un promedio de 233.000 onzas de oro por año, por un período de 9,4 años. En la situación del Caso Base Expandido la producción promedio anual se proyectó con 200.000 onzas de oro al año, por un período de 17,2 años de vida útil para la mina.


122

COMPAÑIA MINERA REFUGIO Ubicación del Yacimi ento El depósito de oro Verde es uno de una serie de cuerpos porfíricos de oro diseminado que descubrió la Compañía Minera Refugio en el norte de Chile. Está ubicado en el distrito aurífero de Maricunga, a 120 km al este de la ciudad de Copiapó, a una altura entre los 4.200 y 4.500 metros sobre el nivel del mar, en un clima semi-árido. .



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62 123

Las pilas de lixiviación son del tipo permanente, es decir, el mineral no se remueve de ellas al término del proceso, sino que se coloca una nueva capa encima. Las pilas se construyen usando capas de 5 m de altura y el máximo de altura que se utilizará es de 40 m, es decir, hasta 8 capas consecutivas en carácter de pila permanente. Para la distribución de las soluciones en la lixiviación se ,

,

2

.

lograrlo, los goteros están colocados en una malla con una densidad correspondiente a 1,33 unidades por m2.


124

Se usan dos ciclos de lixiviación para enriquecer la solución rica y así disminuir los volúmenes y minimizar el tamaño de la planta de recuperación por carbón activado. En la lixiviación se estiman pérdidas de solución de 5% respecto del peso del mineral, por impregnación inicial del mineral seco, que al final permanece en los ripios y de 5% respecto de los caudales de solución irrigados, por efecto de la evaporación superficial, tanto sobre las pilas como en las canaletas y piscinas de recolección. La reposición estimada de agua en todo el sistema de lixiviación es de una media del orden de unos 200 m3/h. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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63 125

Los consumos de cianuro con el mineral oxidado son de 0,72 kg de NaCN por tonelada de mineral y para los ,

.

se mantiene en el rango de 10,5 a 11,0. La solución rica contiene en promedio 0,55 ppm de oro y se bombea en dos trenes en paralelo de columnas .


126

CARBON ACTIVADO Cada una de las columnas tiene 3,3 m de diámetro y 3 mt. de altura. Cada columna se carga con unas 4 ton. de carbón activado de cáscaras de coco -6 y +12 mallas. Cada tren recibe unos 700 a 750 m

3/h

de solución, los

que circulan a través de 5 etapas en serie. En cada unidad, la solución se inyecta en flujo ascendente para fluidizar y expandir el lecho de carbón, a razón de unos 1200l/min/m2. El carbón circula por el circuito a razón de unas 4 ton/día y por tren.



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64 127

El nivel de carga del carbón es del orden de 2,5 a 3,5 kg/ton de carbón. La solución estéril o de refino fluye por gravedad a la piscina de recolección, donde se le agrega el cianuro antes promedio de 0,02 ppm de oro residual, o sea la recuperación del sistema de carbón activado es de 97%. Una vez cargado, el carbón activado se enjuaga con agua por 20 minutos para quitarle el cianuro residual y luego se lava durante 90 minutos con una solución de 3% de ácido clorhídrico para retirarle el cobre que pudiese haberse cargado. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

128

Finalmente se vuelve a lavar con agua por otros 90 minutos, quedando listo para su descarga y regeneración. En la descar a del oro desde el carbón se utiliza un sistema a presión conocido como Anglo American a presión, consistente en un pretratamiento o remojo con una solución concentrada de NaCN y NaOH de 3,5-5% y de 12%, respectivamente durante unos 20 minutos, seguida de elución propiamente tal con agua, durante 180 minutos, con lo cual el carbón disminuye su carga a menos de 180 gr/ton.



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65 129

La elusión se realiza a 110ºC bajo una presión de trabajo de 5 atmósferas. El carbón es regenerado en un horno rotatorio de tipo or zon a cuya empera ura

e ra a o es

e a re e or

e

700ºC. A la salida del horno el carbón es enfriado en un tanque con agua y luego se controla su granulometría con un harnero vibratorio de 0,6 mm. de calibre. La tasa diaria de reposición de carbón es de 300 kgs, equivalente a 0,01 kg por tonelada de mineral tratado por la planta. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

130

REGENERACION DEL CARBON La acción adsorbente del carbón activado no se limita a los complejos cianurados de oro y plata, sino que también incluye solución, compitiendo así con aquellos por los sitios activos del carbón. El carbón activado es capaz de adsorb er, además, una gran variedad de sustancias orgánicas (grasas y aceites) y constituyentes inorgánicos tales como carbonato de calcio y ,

,

contaminándolo, ocasionando una pérdida en su actividad.



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66 131

ELECTROOBTENCION DEL ORO La solución de eluído cargado pasa a la etapa de recuperación por electroobtención, se realiza en 4 celdas . de corriente independiente capaz de producir corriente continua en todo el rango entre 0 y 9 volts. Cada celda cuenta con 11 ánodos y 10 cátodos formados por un canastillo rectangular con 1,5 kgs. De lana de acero (virutilla) contenida en cada cátodo. La velocidad de circulación del electrolito es de 15 m 3/h/celda, con un caudal total de 60 m3/h. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

132

La temperatura del baño se mantiene en 60ºC y la solución pasa unas 4 veces, lo que totaliza 4 horas para bajar la concentración de oro del electrolito pobre a unos 5 ppm. Los cátodos finalmente son fundidos en un horno de crisol basculante, calentado por gas propano, para producir las barras de metal doré, nominalmente de 1000 onzas, es decir, unos 30 kgs. por cada barra.

de 63% y en el mineral oxidado se espera poder mantenerla en el orden del 75%.



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67 133

7. ANAL ISIS DE ALGUNAS PLANTAS HIDROMETALURGICAS

7.3 Com pañía Minera Barr ic k o e e


134

COMPAÑÍA MINERA BARRICK GOLD DE CHILE PROCESO PRODUCTIVO EN EL INDIO El proceso productivo primario de la planta de ”El Indio” consiste en una planta concentradora convencional por flotación, que produce un concentrado de cobre, y una planta de tostación que remueve el arsénico y el antimonio de los concentrados. Los relaves de la flotación son tratados en una lanta de l ixiviación con ci anuro osterior recuperación del oro mediante el uso del carbón activado (carbón en pulpa)CIP.



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68 135

Vista aérea del sector de El Indio con su mina y planta de procesos Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

136 Chancador secundario

Chancador terciario

Tolva de finos

Chancador primario

Ciclones Flotación scavenger

Celda de flotación flash Flotación de limpieza

Molinos de bolas

Filtros prensa

Molino de remolienda

Espesador de concentrado

Almacenamiento De relaves Espesador de relaves chimenea

Filtro prensa Tolva Concentrado verde

Ciclones

Piscina de relaves Piscina de agua Cámara de Post-combustión

Tolvas de envasado Precipitador electrostático

Tostadores Al mercado A fundición

Almacenamiento de producto

Empaque del trióxido de arsénico

Diagrama esquemático de flujos de la planta de procesos de “El Indio” Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade


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69 137

CONCENTRACION POR FLOTACION El mineral es mezclado en el sector de la pila de acopio mediante un cargador frontal, antes de su ingreso al . , una tolva de 150 ton. de capacidad. El chancador primario es un chancador de mandíbula de 36” x 42” (914 mm x 1.067 mm), alimentado por un alimentador a razón de 300 ton /h. El resto de los equipos del circuito de chancado son: •

, estándar, de 150 kW de potencia instalada.

.

,

• 2 chancadores terciarios de cono, tipo Hidrofine 3-60, de cabeza corta de 224 kW. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

138



1 chancador terciario de cono, tipo Hidrofin e 4-60 de cabeza corta de 224 kW.



1 harnero vibratorio de 1.53 x 4.27 m (5’ x 14’) , que antecede al cono secundario.



2 harneros vibratorios de 1,83 m por 4,88 m (6’ x 16’), que anteceden en circuito cerrado a los chancadores .



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70 139

El P 80 final del circuito de chancado es 9,5 mm, que es el ma er a con q ue s e a men a e mo no.

ma er a

chancado se traslada a un silo de almacenamiento de mineral fino, de 1.800 ton. de capacidad, ubicado en el mismo edificio del molino.


140

La pulpa que sale de cada molino es bombeada a un circuito de hidrociclones para su clasificación. “

El

”

harneros tipo banana y su bajo tamaño circula a seis celdas de flotación flash, que trabajan con 65% de sólidos. En la flotación flash, se obtiene un concentrado final de alta ley en oro y cobre. Tanto las col as de la flotación flash como el sobretamaño del harneado vuelven al circuito de molienda.



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71 141

El bajo tamaño (“overflow”, o rebose) de los ciclones, con un P75 de 76 micrones y una concentración de pulpa de , flotación.

Cada banco est á conformado por 2 celdas de

pre-desbaste (“pre-rougher”) de 28.3 m 3, 4 celdas de desbaste (“rougher”) de 8.5 m 3 y 3 celdas para limpieza de 8.5 m 3. Las colas de las celdas de flotación de repaso se bombean

a

un

circuito

de

hidrociclones

para

su

clasificación.


142

Las colas finales de la molienda son espesadas hasta un rango entre un 50% y un 60% de sólidos en 2 espesadores de 30.5 m de diámetro. Aproximadamente un 50% de las colas espesa as se

ran en

ros e prensa.

queque

ra o,

conteniendo aproximadamente entre un 18% y 22% de humedad, se traslada mediante correas transportadoras a módulos de depositación donde se estabiliza compactándolo. Una cantidad mínima de las colas finales que no se filtran, caen por gravedad a un tranque. El agua que se extrae del tranque y la solución clara de rebose del espesador se bombean a un estanque para re-usarlos en la molienda.



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72 143

PLANTA DE TOSTACION PARA LOS CONCENTRADOS El concentrado filtrado de flotación (conocido como transportadoras y se deposita en tolvas ubicadas encima de tres hornos de tostación o calcinadores. Los tostadores tienen 14 cámaras o piso, de tipo NicolsHerreshoff de 6.5 m de diámetro. Cada horno es a men a o me an e una correa con pes me ro que traslada el material a través de compuertas dobles selladas, colocadas en el tope de cada calcinador. La alimentación a cada uno es entre 6.5 y 7 ton./h. Dr. Patricio Navarro Donoso - [email protected] - Consultor Intercade

144

Las cámaras o piso son calentados por quemadores a petróleo

diesel,

y

el

concentrado

alternativamente hacia adentro

es

removido

hacia fuera, de

iso en

piso, mediante un eje central refrigerado por aire que posee dos brazos con rast rillos en cada pis o. En los seis pi sos superiores se inyecta aire de proceso, para permitir una leve oxidación, resultando en una reacción exotérmica por . rango entre 550°C y 760°C desde el piso #1 al #14.



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73 145

En los pisos inferiores (#7 al #14), la atmósfera se mantiene en condiciones reductoras, por lo que se producen humos de súlfuros de arsénico, AsS5, y de antimonio, SbS5. Los gases que salen de los hornos tostadores de piso se pasan a través de ciclones para la captación de polvo, y luego se arrastran hacia fuera a través de una cámara de post-combustión (PCC). Se agrega aire al PCC para convertir el arsénico, el antimonio y los súlfuros a sus formas oxidadas a una temperatura de trabajo de 760°C. Estos gases que salen del PCC, son enfriados en un intercambiador de calor hasta 350°C, aproximadamente.


146

Los polvos remanentes son removidos en un precipitador electrostático. El polvo recogido en el ESP es enfriado, humedecido y embarcado a refinerías. El gas limpio descargado del ESP es posteriormente enfriado a 120°C con aire frío para precipitar (por sublimación) trióxido de arsénico, el cual es separado y posteriormente empaquetado, para su comercialización .El

chimenea ubicada aproximadamente a 100 m. de la planta, arriba de una colina.



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74 147

TRATAMIENTO DE LOS RELAVES POR CIANURACION A GITADA , pueden ensuciar el carbón activado en la etapa de adsorción, son sometidos a una lixiviación cianurante por agitación con aire, en reactores de tipo pachuca, de 20 m. de alto por 10 m. de diáme tro. Este proceso corresponde , conoce como “proceso CIP”, o de “carbón-en-pulpa”.


148

La presencia de abundantes iones de cobre como impureza, representa una experiencia novedosa para el proceso CIP frente a lo que existe en la mayoría de las demás plantas a nivel mundial, lo que obligó a efectuar sucesivos cambios en la modalidad operativa. Por ejemplo, el diseño original consideraba mantener un alto cianuro libre para inhibir la depositación del Cu sobre el carbón, sin embargo, esta ráctica tuvo

ue de arse de lado

or

roblemas de

contaminación ambiental en los relaves residuales.



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75 149

Para el proceso de desorción, en El Indio se utiliza el sistema de Zadra modificado, que se realiza a alta temperatura, 130° ,

,

,

,

solución eluyente, preparada en base de cianuro de sodio con hidróxido de sodio. Con posterioridad a la desorción, el carbón descargado se regenera y reactiva en un horno rotatorio con calentamiento indirecto.


150

Finalmente, la elecrodepositación (EW) se efectúa en celdas de tipo Zadra. Se trata de celdas cilíndricas que tienen un ánodo insoluble periférico, concéntrico y cercano al manto exterior del cilindro.

El cátodo

corresponde a una estructura de canastillo, también cilíndrico, relleno con lana de acero, a través del cual .



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1

TALLER ANALISIS DE PLANTAS HIDROMETALURGICAS BA LANCES DE MASA Dr. Patricio Navarro Donoso Consultor Intercade

2

ANALISIS DE LA CIANURACION DE UN CONCENTRADO Analizaremos los resultados ex erimentales obtenidos de pruebas pilotos a lixiviación de concentrados de oro, obtenidos por flotación.

Los

parámetros

estudiados

fueron:

diferentes

concentraciones de cianuro y reactores agitados con y sin inyección de aire.

Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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2 3

Las principales especies mineralógicas presentes en el concentrado son sulfuros de cobre y hierro. Las ex eriencias de lixiviación o cianuración se efectuaron en reactores de 100 litros de capacidad, el cual tenía agitación mecánica e inyección de aire a través de una lanza. Se trabajó a temperatura ambiente 20 a 25ºC, con un porcentaje de sólidos en la pulpa de 35%. Las experiencias duraron 48 horas, muestreándose la fase acuosa a diferentes tiempos para determinar la eficiencia del proceso en función del tiempo. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

4

La caracterización química del concentrado entregó los ,

,

,

Cu 2,65%.

Se realizaron experiencias a nivel piloto para la cianuración

de

oro

bajo

diferentes

condiciones

experimentales.



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3 5


6

En la figura siguiente se muestra las cinéticas de extracción de oro, para una dosificación de 6.4 kg NaCN/ton con y sin inyección de aire. El aire fue inyectado a través de una tobera o lanza y en ambos casos los reactores estaban abiertos a la atmósfera. El buen diseño de la tobera o lanza influye en la eficiencia del proceso cuando se inyecta aire.



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4 7


8

En la figura siguiente, se muestran las cinéticas de , cianuro y sin inyección de aire. Debido a que el reactor estaba abierto a la atmósfera y agitado en forma enérgica, se produce redisolución de oxígeno disuelto a la solución lixiviante.



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5 9


10

RESUMEN DE RESULTADOS PARA CIANURACION DE CONCENTRADO ROUGHER Extracción Au % (48 horas)

Extracción Ag % (48 horas)

85.53

31.08

Extracción Cu % (48 horas) 2.42

Consumo NaCN Kg/Ton 3.63

R1

86.52

28.07

2.57

3.6

R2

69.17

23.81

1.65

2.77

R3

72.69

28.37

1.33

2.46

R4

74.92

26.26

1.62

2.80

R5

86.63

31.11

2.17

3.79

R6



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6 11

Para las condiciones anteriormente mencionadas, se obtuvieron

soluciones

ricas

con

los

siguientes

concentraciones: Oro

:

21,3ppm

Plata

:

18,8 ppm

Cobre

:

418 ppm

NaCN

:

1,54 gpl


12

PURIFICACION Y SOLUCIONES DE ORO EN MEDIO AMONIACOTIOSULFATO CON RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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7 13

INTRODUCCION La lixiviación de oro desde minerales y/o concentrados por siempre se ha realizado usando el cianuro como agente x v an e.

s a a erna va ecno g ca presen a c er as

ventajas, tales como: facilidad de operación, bajo costo de reactivos y diferentes alternativas para recuperar el oro desde la solución rica. Del mismo modo presenta ciertas desventajas tales como: reactivo tóxico, baja selectividad, bajas velocidades de disolución.


14

En las últimas décadas se han estudiado diferentes ,

,

,

tiosulfato entre los principales. La lixiviación de oro usando soluciones de tiosulfato ha sido ampliamente estudiada en las últimas décadas por ser una alternativa al cianuro que presenta mayores posibilidades de llegar a la aplicación industrial.



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8 15

Un posible mecanismo químico para la reacción de li xi vi aci ón de or o co n ti osulfato es el si gu iente:

Au  Cu( NH ) 2





3 4

Cu( S 2 O3 )23





O2

4S O 2 2





Au( S O )3

3

2 H 2 O  16 NH 3

2







Cu( S O )3

3 2

4Cu( NH 3 )42

2







4 NH

3 2

3

8S 2 O32 



4OH 


16

Los métodos para recupera r el oro desde las soluciones ricas pueden ser: extracción por solventes, carbón activado, intercambio iónico y cementación con zinc o co re. e a encontra o que e comp e o oro-t osu ato no es adsorbido eficientemente en carbón activado, la cementación con zinc o cobre adolece de elevados consumos de zinc o de pasivación por formación de sulfuro de cobre en la su erficie cementante de cobre. Las alterativas de extracción por solventes e intercambio iónico han sido poco estudiadas.



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9 17

El objetivo de este trabajo fue estudiar a nivel laboratorio el uso de la resina de intercambio iónico DOWEX 550A en purificación de estas soluciones ricas en oro.

Las experiencias se desarrollaron en reactores agitados, bajo diferentes condiciones experimentales de pH de la solución, razón resina/solución, concentración de tiosulfato y amoníaco.


18

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Las

experiencias

perfectamente

fueron

agitado,

realizadas manteniendo

en

un

reactor

constante

la

º , solución/masa de carbón) de 750 lt/kg en la etapa de adsorción y de 200 lt/kg en la etapa de desorción, durante un tiempo de contacto de 3 horas en ambos casos. En la etapa de adsorción se evaluó el % de oro adsorbido y la carga de oro en la resina (g de Au/ kg de resina) en función del tiempo y en la etapa de desorción se evaluó el % de oro desorbido en función del tiempo. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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10 19

Tabla 1. Variables estu diadas y rangos de experimentación

Ads orción Concentracióndetiosulfato Concentracióndeamoniaco Concentracióndecobre pH

0-0,2y0,5M 0-0,1-0,3y0,5M 100-250y500ppm y 9

11 Desorción

Concentración desulfito de sodio Concentración de perclorato de sodio Concentración detetrationato pH

0,2-0,5 y 1 (M) 0,2-0,5 y 1 (M) 0,02-0,05 y 0,1 (M) 11 y 9,5


20

RESULTADOS Y DISCUSION Etapa de adso rci ón Efecto d e la concentración de tiosul 0

30

60

90

120

150

180

pH=9

90 80

15 ) % ( u A e d n ó i c r o s d A

fato.

70

0M S2O3

60 50

2-

0,2M S 2O3

2-

0,5M S 2O3

2-

10

40 30 5 20 10 0

C a r g a d e o r o e n r e s in a ( g

A u / k g r e s in a )

0 0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

Figura 1. E fecto de la con centración de tio sulfato en la adsorción y carga de oro en la resina. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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11 21

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE AMONIACO. 0

30

60

90

120

150

180

100

20

pH=9 80 15

) (%

0M NH3 0,1M NH3

u 60 A e d n ó i 40 rc o s d A

0,3M NH3 0,5M NH3

10

rn e s i n a (g A u / k g r e s in a )

5

20

0

a r g a d e o r o e

0

0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

Figura 2. Efe cto d e la concentración de amoniaco en la adsorción y carga de oro en la resina. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

22

Efecto de la concentració n de cobre.

0

30

60

90

120

180 20

pH=9

100 ppm Cu 250 ppm Cu 500 ppm Cu

50

0,1M de ti os ulfato de amonio(ATS) y 0,1M de NH3 pr od uc e un efecto muy negati vo en el pr oc eso de ads or ci ón de oro, ya que no solo se observa una disminución en la carga, sino que a partir de los 60 minutos de contacto ocurre un efecto de desorción parcial de oro. En la condic ió n ex erimental lant eada se produce formación del complejo

150

60

C a r g a

15 ) 40 (% u A e d 30 n ó i rc o s 20 d A

10

5

10

0

e o r o e n r e s in a (g A u / k g r e s in a )

0 0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

3-

Cu(S 2O3)2 , a través de la siguiente reacción: 2Cu( NH 3 )42 



6S 2O32



S 4 O62 



2Cu( S 2O3 )23



Figura 3. Efecto de la concentración de cobre en la adsorción y carga de oro en la resina a pH 9.

8 NH 3



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12 23

100

0

Al trabajar a pH 11 se mini miza . Se mantiene un efecto de competencia entre los 2 3 23complejos 3-O ) y Cu(SAu(S 2O3)2 .

30

60

90

120

150

180

20

pH=11

90

C a rg a d e o r o e n re s i n a (g A u / k g r e s i n a )

80 15 ) 70 % ( u 60 A e d 50 n ó i 40 rc o s d 30 A

100 ppm Cu 250 ppm Cu

10

500 ppm Cu 5

20 10 0

0 0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

Figura 4. E fecto de la con centración de cobre en la adsorci ón y carga de oro en l a resina a pH 11.


24

Etapa de desor ción

50

(SO 32-).

40

Efecto del ion sul fito

En fi gura 5 se muestra el efecto del con en o es u oe ne e desor ció n de or o. Es evid ent e que 2al aumentar el contenido de SO3 aumenta la desorción hasta una conc ent ración máxima de 0,5M de SO32-, llegando a un valor de alr ededo r de 45%. La pr esenc ia de tio sul fato en la sol uci ón desor bente provoca claramente un efecto nega vo.

pH=11

% ( u 30 A e d n ió 20 c r o s e D

0,2M SO3

10

0,5M SO3

22-

2-

1M S03

2-

2-

1M SO3 + 0,5M S2O3 0 0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

Figura 5. Efecto del contenido de sul fito en la desorción de oro desde la resina.



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13 25

Efecto del io n perclo rato (ClO 4-).

100

pH=11

90 80

La presencia de ClO4- en solu ción produce un fuerte efect o positi vo en la desorción de oro, lográndose alrededor de un 75% luego de 3 horas de contacto. De igual forma la presencia de tiosulfato en la solución desorbente produce un efect o negati vo. Las solu ciones de ClO 4- se muestran como un agente de desorción más efecti vo que las sol uci ones de SO32-.

) 70 % ( u 60 A e d 50 n ió 40 c ro s e 30 D

0,2M ClO 4

20

0,5M ClO 4

-

-

1M ClO 4 -

10

2-

0,5M ClO + 0,5M S2O3 4

0 0

30

60

90

120

150

180

Figura 6. E fecto del con tenido de p erclorato en la desorción de oro desde la resina.


26

Efectodel tetrationato(S 4O62-).

100 2-

0,02M S O 4 6

90

2-

0,05M S O 4 6 2-

0,1M S O 4 6

80

2-

, alr ededo r de 25% en cambio con 0,05M se llegó a alrededor de 65% de desorción de oro, luego de 3 horas de contacto. Es evidente que si se aument a el tiempo de con tacto esto s valo res aum ent arían, ya qu e se estaba lejos de alcanzar una condición de equilibrio. Como en los casos anteri or es , la resenc ia de ti os ul fato no pr od uj o una mejo ra en la desorc ión de

) ( u A e d n ó i rc o s e D

2-

2-

0,25M S O + 0,25M SO + 0,5M S O 4 6 3 2 3

70

pH=9,5

60 50 40 30 20 10 0 0

30

60

90

120

150

180

Tiempo (h)

oro. Figura 7 . Efecto del contenido de tetrationato en la desorción de oro desde la resina.

Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Intercad e


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14 27

CONCLUSIONES El oro puede ser adsorbido en forma rápida desde soluciones de tiosulfato, alcanzando elevadas concentraciones en la resina DOWEX 550A. En presencia de cobre se limita la efectividad operacional de la resina debido a la inestabilidad de las soluciones de tiosulfato y a la posible formación de tetrationato y politionatos. Lo anterior hace necesario operar a pH 11. La elusión de oro desde la resina DOWEX 550A puede ser efectuada con una variedad de soluciones eluyentes tales como: sulfito, perclorato y tetrationato; y se debe estudiar el efecto del cloruro de sodio. Para la resina en estudio resultan ser más eficientes las soluciones de perclorato y tetrationato y en un menor grado las de sulfito.


28

“ ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO”



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15 29

TEMARIO 

Historia del Carbón Activado (C.A).



Características del Carbón Activado.



Fabricación del Carbón Activado.





Aplicaciones Industriales del Adsorción de Oro.

Carbón Activado en la

Antecedentes Termodinámicos y Mecanísticos del proceso .

 Aspectos

Cinéticos de la Adsorción de Oro en Carbón

Activado.


30

HISTORIA DEL CARBON ACTI VADO (C.A) 

En 1880 se utiliza por primera vez el C.A en un sistema . El oro era solubilizado en la forma AuCl 4-, filtrado a través de carbón, recuperando el oro por fusión.



En 1890 se introduce la cianuración como alternativa al tratamiento de minerales de oro. La disolución de oro y plata se logra mediante una solución de NaCN.



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16 31

HISTORIA DEL CARBON A CTIVADO Este proceso se convirtió en un fuerte competidor del proceso Merril-Crowe, pero su uso industrial se vio restrin ido hasta el año 1952. En esta época se plantearon las siguientes situaciones industriales: 

Elevado consumo de zinc en la precipitación. Desarrollo de métodos de elusión de oro desde el carbón activado y electro-deposición.  Posibilidad de regenerar y reciclar el carbón.  Introducción de la técnica de carbón en pulpa. 


32

HISTORIA DEL CARBON A CTIVADO 

Desde entonces, se ha perfeccionado este método y se han desarrollado otros métodos altamente eficientes, volviendo al uso de C.A, entre los que se destacan los procesos CIC, CIP, CIL.



La aplicación del carbón activado ha permitido explotar acimientos de ba a le

em lea ndo métodos de ba o

costo de lixiviación, como es la lixiviación en pilas o para tratar pulpas provenientes de agitación sin utilizar lavado en contracorriente. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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17 33

CARACTERISTICAS DEL CARBON ACTIVADO

interna (400 a 1500 m 2/g).

El C.A es un adsorbente muy versátil, ya que el tamaño, como la distribución de los poros, y forma del carbón, pue en ser con ro a os seg n as neces a es espec cas.


34

Los poros de un carbón se clasifican generalmente en términos de sus diámetros:

la mayor parte de la adsorción tiene lugar en los microporos que corresponden al 90% de la sup. especifica.

macro y mesoporos facilitan el acceso de las especies a adsorber al interior de la partícula y en los microporos.



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18 35

CARACTERISTICAS DEL CARBON ACTIVADO

para la extracción de oro son: 

Capacidad de adsorción.



Velocidad de adsorción.



Resistencia mecánica y al desgaste.



Características de reactivación.



Distribución de tamaño de partículas.


36

FABRICACION DEL CA RBON ACTIVADO

Material orgánico rico en C: Carbón mineral, huesos, cáscaras, etc.

Calentamiento a 500º C Ausen ci a de air e y pr esenc ia de agente s deshidratantes

Area super fi cial 10 - 500 [m2/g] Act ivac ión Físic a o Química



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19 37

FAB RICACION DEL CARBON A CTIVADO 

La activación es la etapa mas importante, consiste en mu p car a can a

e poros e un car

n an o

como resultado una estructura extremadamente porosa de gran área superficial disponible para llevar a cabo el proceso de adsorción.


38

FAB RICACION DEL CARBON A CTIVADO  Ac ti vación

Físi ca:

Esta se lleva a cabo en dos eta as: 1. Carbonización del precursor. 2. Gasificación controlada del carbonizado. En la etapa 2, se expone el material carbonizado en una atmósfera oxidante va or de H O CO a una Tº ue varia entre los 700 y 1000 ºC, aumentando la superficie especifica.



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20 39

FAB RICACION DEL CARBON A CTIVADO 

Ac tiv ación Quím ica: Este proceso consta de una sola etapa. El material es impregnado con ácido fosfórico (cloruro de zinc o ácido sulfúrico) y se calienta entre los 500 y 900 ºC, en ausencia de O2.

El carbón resultante se lava para eliminar los restos del agente químico usado en la impregnación.


40

APLICACIONES INDUSTRIALES DEL CARBON ACTIVADO EN LA ADSORCION DE ORO. 

Carbón en Columna (CIC).



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21 41


Carbón en Pulpa (CIP)

Se Requiere un C.A relativamente duro y resistente a la abrasión, además debe ser la separación pulpacarbón por harneado.


42


Carbón en Lixiviación (CIL)



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22 43

ANTECEDENTES TERMODINAMICOS Y MECANISTICOS DEL PROCESO DE ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO. 

La adsorción ocurre cuando una molécula puede llegar a la superficie interna de la partícula del carbón por difusión dentro de los poros, como resultado, la estructura porosa puede tener una marcada influencia .

 Adsorción Física:

Reversible (enlaces debiles de Van

der Waals, interacciones dipolo-dipolo, puentes de hidrogeno). Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

44



Adsorción Química: Irreversible (fuerzas homopolares, en aces

 En

n cos y cova en es .

la mayoría de los casos la adsorción puede

clasificarse como física por naturaleza.



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23 45

 Antecedentes

Termodinámicos :

La Ca acidad de Car a aumenta con la concentración de cationes.

Ca+2> M +2> H+> Li+> Na+> K+

La Capacidad de Carga disminuye con la concentración de aniones.

CN-> S-2> SCN-> SO3-2> OH-> Cl-> NO3-


46

Cationes como Ca+2, Mg+2 y Na+ son adsorbidos en presencia 2 , 2 . La adsorción de Ca +2, Mg+2, Na+ y K+ aumenta con el incremento del pH y disminuye para Au(CN)2-. La capacidad de carga del carbón aumenta con soluciones aireadas u oxigenadas.



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24 47

MECANISMOS DE ADSORCION DE AU(CN)2- EN CARBON A CTIVADO: .

sorc n s n cam o qu m co, es ec r, a sorc n con formación de un par iónico M

n+[Au(CN) -] 2 n

o a través

de intercambio de iones.


48

ASPECTOS CINETICOS DE LA ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO

la superficies de los microporos, después de una lenta difusión a través de los poros.



La adsorción es muy dependiente de factores físicos y químicos, afectando la cinética de adsorción y la capacidad de carga del carbón.



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25 49



La velocidad inicial de adsorción es alta.

 Posteriormente

el oro sigue adsorbiéndose en forma

lenta. 

La constante cinética referida a una reacción de primer orden toma lugar en las etapas iniciales de la adsorción le os del e uilibrio .


50

FACTORES FISICOS QUE AFECTAN L A ADSORCION DE ORO:

método de obtención, afectan la velocidad y la capacidad de carga. 

Tamaño de Partículas de Carbón: Partículas mas finas captan rápidamente mayores cantidades de oro que las mas gruesas.



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26 51

 Eficiencia

de Mezclado: La velocidad de agitación

produce un aumento en la velocidad de adsorción, debido al aumento de la constante cinética, hasta un cierto valor limite en la cual ya no es significativa.

 Densidad

de la Pul a: La velocidad de adsorción

disminuye con el aumento de la densidad de la pulpa.


ASPECTOS CINETICOS DE LA ADSORCION DE ORO EN CARBON ACTIVADO

52

Factores Químicos que afe ctan la Adso rción de Oro: Velocidadd e Adsorción

Ca acidadd eC ar a

Aumento T°

p

q

Disminución pH

p

p

Aumento [Au]

p

p

Aumento [CN]

q

q

Aumento Fuerza Iónica

p

p

Efecto O 2

p

p



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27 53

LA ADSORCION DE ORO CON CARBON ACTIVADO


54

INTRODUCCION 

Carbón A ctiv ado • Utilizado desde 1880 como adsorbente. • Desde 1952 se utiliza a gran escala:



Proceso

CIP.

Proceso

CIL.

Características • Se elabora de material carbonáceo. • Alta superficie especifica (800 – 2500 m2/g).



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28 55

USOS DEL CA RBON A CTIVADO 

En los 60 se plantearon las siguientes situaciones: • Elevado consumo de Zn. • Reacciones susceptibles a presencia de impurezas. • Desarrollo de métodos de elusión. • Posibilidad de regenerar el carbón. • n ro ucc n e a

cn ca

.


56

CIP VERSUS ZN 

Facilidad de adsorber complejo Au(CN)

2,

no afectada

. 

Se evitan proceso de filtración y clarificación.

 Menores

pérdidas económicas (mayor recuperación y

menor costo).



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29 57

MECANISMOS DE ADSORCION 

Tipo par iónico, de la forma M n+[Au(CN)2]n



Tipo Intercambio Iónico,

Redución de O2

O2



O2



4e

2e





2 H 2O  4OH

2 H 2O  2OH







H 2O2

Oxidación Cromeno

Ion Carbonio


58

CINETICA DE ADSORCION



Velocidad inicial rápida controlada por difusión de oro en superficie del carbón.



Velocidad de adsorción lenta controlada por difusión en .



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30 59

INFLUENCIA DEL O 2 EN CINETICA


60

INFLUENCIA DEL O 2 EN MECANISMO 

Solución de Baja Fuerza Iónica (6x10 -4 M de K+) Mecanismos: Par iónico e Intercambio de Iones



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31 61

INFLUENCIA DEL O 2 EN MECANISMO  Solución

de Alta Fuerza Iónica 0 5 M de K+ Mecanismo: Par iónico


62


Diferentes pH ([K+]=0,5M) Mecanismo: Par iónico

solución oxigenada

solución desoxigenada



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32 63


Diferentes pH ([K+]=0,5M) (Cont.) Mecanismo: Par iónico

solución oxigenada

solución desoxigenada


64


Diferente Conc. Inicial (6x10-4 M de K+)



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33 65

CONCLUSIONES 

La influencia del oxígeno ayuda considerablemente a la adsorción de oro en carbón activado desde soluciones cianuradas, mejorando tanto, su cantidad de adsorción como su velocidad.

, que se mezclen los mecanismos de adsorción del tipo par iónico y de intercambio de iones.


66

CONCLUSIONES 

En soluciones de alta fuerza iónica, el oxígeno no influye preponderante es el del tipo par iónico.



Con soluciones a diferentes pH y de alta fuerza iónica, el oxígeno sólo produce un incremento en la adsorción de oro desde las soluciones, ya que no modifica el mecanismo de adsorción.



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34 67

ecuperac n e oro es e me os cianurados co n resinas de intercambio iónico


68

INTRODUCCIoN • Obtención de oro desde minerales Mina

Conminución

Lixiviación Conc. Y Purificación

Cementación

Electro obtención Cátodos

Metaldoré

, • Innovación en procesos de concentración • Resinas de intercambio iónico



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35 69

OBJETIVOS  

Objetivo General

Prefactibilidad técnica de la concentración resinas de intercambio iónico. 

Obje tivos Espe cíficos



Condiciones operacionales óptimas.



Simulación proceso en etapas


70

PLA NTEAMIENTO DEL PROBL EMA

, • Optimiza ción y eficiencia

. Resinas.

• Factores determinantes.



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36 71

MARCO TEORICO • Cianuración reacción esquemática. Complejo

cianurado de oro. 





4Au8CN O2 2H2O4Au(CN)2 4OH • Purificación y conc entración de soluc iones. • Resin as de base fuerte.

R OH  Au(CN)





R Au(CN)





OH



( ac

• Proceso en ‘pul pa’. • Ventajas d e las resin as. • Mecanismo contro lante, difusión en capa lí mite. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

72

DISEÑO PRUEBA S Mecanismo Controlante

Condiciones Operacionales

Temperatura

pH

Concentración Au

Energía Act iv ación

Pruebas Columna

Carga Máxima

Razón volumen solución/ masa resina Simulación proceso etapas

Pruebas Batch



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37 73

CARACTERISTICAS GENERALES 

Resina utilizada •

,

.

Análisi s quím icos:

Absorción atómica, soluciones.

Carga de oro: Balance de oro, resina.


74

PRUEBAS BATCH Condiciones operaciona les: • pH Energía Activación • T

CARGA MAXIMA Contacto sucesivo resina con solución fresca

• • Razón volumen sol ución

/masa de resina.

Prueba s Batch Temperatura pH

25 (ºC) 11

Concentracióndeoro

7(ppm)

Razón vol umen de sol ución / masa de resina Velocidaddeagitación

833,33 (lt/kg) 550(rpm)

Tiempodecontacto

2(h)



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38 75

PRUEBAS CONTINUAS Velocidad de Flujo Variables

Mecanismo Controlante (Coeficientes de transferencia de masa)

Rangos de trabajo

Flujo de solución (BV/h) Flujo de solución (mL/min)

40

80

3,08

6,16

Condiciones de trabajo (Columna ) Temperatura

25(ºC)

pH

11

Concentración de oro

9 (ppm)

VolumenLecho

4,62cm

Diámetrocolumna

1,6cm

Altura de lecho

3

2 cm

BV: volumen de soluci ón pasada sobre e l volumen del lecho Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

76

Dentro de un estudio cinético, un objetivo a seguir es la determinación de la etapa controlante o etapa más lenta. En el proceso de adsorción de oro en una resina de intercambio iónico, las etapas que conforman el mecanismo de adsorción son: •

.

•Difusión o transporte al interior de la partícula de resina. •Reacción química.



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39 77

Cuando se conoce la etapa controlante, se conocen los parámetros industriales que pueden ser modificados para aumentar la velocidad del proceso. Cuando la etapa controlante es la difusión en el film los par metros operac ona es mportantes son: ve oc a e agitación del reactor si es un sistema agitado, concentración de oro en la solución acuosa. Cuando la etapa controlante es la difusión al interior de la partícula de resina, los parámetros importantes son: porosidad de la resina, tamaño de artículas de resina, concentración de oro en la solución acuosa Cuando la etapa controlante es la reacción química, los parámetros importantes son: temperatura, concentración de oro disuelto, características de la resina. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

78

SIMULACION OPERACION EN ETAPAS 

En base a las experiencias de razón volumen de solución / masa de resina.



Balance global:



Criterios aplicados:

LSol X 

Carga de la resina Concentración de oro en la alimentación Eficienciadelproceso Tiemposdecontacto Flujo de solución

X

 FY Y

0 n

 n1

80% C

1



equilibrio

6 (ppm) 95% 30min,1hora,2horas 100 (m

3

/h)



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40 79

EFECTO pH 100

20

90

18

80 o r o n ó i rc o s d A

16

70

pH = 10,5

14

60

pH = 11

12

50

pH = 11,5

10

40

8

% 30

6

20

4

10

2

0

0

C a r g a d e r o ( K g o r / o t o n r e s in a )

t (min)

EFECTO MENOR, DENTRO RANGO PERMITIDO Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

80

EFECTO TEMPERATURA 100 14

90 80

12

70

10

o r o 60 n ió c r 50 o s d 40 A %

5ºC 25ºC 40ºC

30

8 6 4

20

C a r g a d o ro (k g o ro / t re s i n a )

2

10 0

0

t (min)

T > 20ºC, EFECTO PEQUEÑO, NO COMPENSA EL GASTO ENERGETICO Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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41 81

EFECTO TEMPERATURA 

Ensayo cinético Orden de reacción: 1  Ec. Arrhenius 

• EA=3,492 Kcal/mol 1/T (K-1)

0,0031

0,0032

0,0033

0,0034

0,0035

0,0036

0,0037

0 y = -1757,3x + 2,8538 R2 = 0,9764

-0,5 -1 -1,5 k ln

-2,5 -3 -3,5 -4


82

EFECTO CONCENTRACION A u 100

40

90

35

80

o r O n ió rc o s d A %

3 ppm

30

6 ppm 60

15 ppm

50

25 20

40

15

30 10 20 5

10 0

C a rg a d e o ro (K g o ro / t re s in a )

0 0

20

40

60

80

100

12 0

14 0

m n

Concentraciones mayores mejoran adsorción (gradientes) Cargas mayores en l a resina Variable no controlable Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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42 83

EFECTO RAZON VOLUMEN SOLUCION / MASA RESINA 100

40

90

35

80 30 70 ro o n 60 ió c r 50 o s d 40 A

25 R = 1600 mL/g

%

R = 833,33 mL/g

20

R = 533,33 mL/g R = 400 mL/g

15

30 10 20

C a rg

d e o r o

( K g r o o / t re s i n a )

5

10 0

0 t (min)

Variable significativa, costos operacionales Razones bajas (más resina) presenta velocid ades visibl emente mejores pero deriva en cargas menores. Criterio económico Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

84

CARGA MA XIMA 200

) a in 160 s e r t/ g 120 K ( a in s 80 e r ro o 40 a g r a 0 C

0

5

10

15

20

25

30

35

Nº de cargas

33 CONTACTOS (66 HORAS) Se observa que en la carga 30 aporx. Inicia la saturación. Carga alcanzada 168 Kg oro/ t resina (Carbón activado 63 kg/t) Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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43 85

COLUMNA DE A DSORCION

columna: (A)Solución de oro previ a arica etapa de adsorción (B)Bomba peristáltica o umna e a a sorc n (D)Soluc ión agotada de oro .


86

EFECTO VELOCIDAD FLUJO n o /t o r o g k ( ro o e d a g r a C

100 80 ) 60 a n i s e r 40

40 BV/h 80 BV/h

20 0 0

20

40

60

80

100

t (h)



Mayor velocidad de flujo, más rapidez de adsorción No se alcanza la carga máxima  No inundar la columna, o disminuir demasiado el tiempo de contacto.  Se adsorbe oro durante todo el tiempo de operación. 



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44 87

EFECTO VELOCIDAD FLUJO 50 45 ) a in s e r 35 n to / 30 o r o g 25 (k 20 o r o e 15 d a rg 10 a C

80 BV/h 40 BV/h

5 0 18

27

36

45

t (h)



Mayor velocidad de flujo, más rapidez de adsorción No se alcanza la carga máxima  No inundar la columna, o disminuir demasiado el tiempo de contacto.  Se adsorbe oro durante todo el tiempo de operación. 


88

SIMULACION PROCESO EN ETAPA S



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45 89

CONCLUSIONES 

Capacidades y velocidades superiores al carbón activado.



El H no es un factor determinante.



Independiente de la temperatura en condiciones normales.

 Se

descarta control químico, el valor de la energía de activación fue 3,5 Kcal/mol.



Razón volumen de solución / masa de resina factor de gran mpor anc a.


90

CONCLUSIONES 

Carga máxima 168 kg/t , velocidad de adsorción.



La resina no alcanza su carga máxima.



Etapa controlante: difusión en capa límite.



Para un proceso continuo se obtuvieron dos etapas, de acuerdo al tiempo varía la línea de operación, por lo tanto la masa de resina.



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46 91

PROBLEMAS En una planta de cianuración de concentrados de oro se envían 4m3/hr de pulpa a un proceso CIL, con 6 reactores en serie.

La pulp a contiene 35% de sólidos, sie ndo la

densidad de la pulpa de 3,4 gr/cc y la ley del concentrado de 24 gr de oro/TM. En contracorriente se agrega un fluj o de 7 kg de carbón por tonelada de mineral. La eficiencia de cianuración es de 96% y la adsorción de oro en el carbón de 98%.


92

a) Determ in emo s la carg a de oro en el carb ón. Flujo de pulpa: 4m3/hr (flujo volumétrico) Densidad de ul a: 3 4 r/cc

• Luego flujo másico de pulpa:

3,4 Ton/m3 = 3,4 Ton / m 3

X

Ton  13,6



X Ton hr 4m

hr

hr



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47 93

Luego flujo másico de sólido 13,6 ton/hr x 0,35 = 4,76 ton/hr • Fino de oro en alimentación:

4,76

Ton hr



24

gr Au



114,24

gr Au

Ton

hr

• Determinemos flujo de agua en la pulpa Flu o de ul a másico de ul a : 13 6 ton/hr Flujo de sólidos: 4,76 ton/hr Flujo de agua : 13,6 – 4,76 = 8,84 ton/hr si suponemos densidad 1 = 8,84 m3/hr Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

94

Luego, flujo agua en pulpa: 8,84 m 3/hr

• Determi nemos canti dad de oro dis uelto

Fino en alimentación = 114,24 gr Au/hr % oro disuelto = 96% Fino disuelto = 114,24 x 0.96 = 109,67 gr Au/hr



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48 95

• Determinemos cantidad de oro adsorbido Oro adsorbido = 109,67 gr Au/hr x 0.98 = 107,48 gr Au/hr • Calc ulemo s la carg a de or o en el carb ón Para calcular la carga de oro en el carbón, primero debemos determinar el flujo de carbón activado. Flujo de carbón = 7 kg/TM uo e s

os = ,

ton r

Flujo de carbón = 7 kg/TM x 4,76 ton/hr = 33,3 kg/hr


96

Carg a de or o en Carb ón acti vado : 

masa de oro adsorbido

gr Au hr  kgC 33,3 h hr gr Au  3, 23 kgC 107,48



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49 97

b) Determinemos la ley de oro en el ripio

Masa de oro en alimentación: 114,24 gr Au/hr

Oro disuelto: 109,67 gr Au/hr Oro en ripios: 114,24-109,67 = 4,57 gr Au/hr , Supongamos 5% de pérdida total de masa: 4,76 x 0.05 = 0,2375 Ton/hr (pérdida de masa)


98

Flujo de sólidos en ripios = 4,76 – 0,2375 = 4,53 Ton/hr

Ley de oro en ripios =

4,57 gr Au / hr 4,53 Ton / hr



1,00

gr TM



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50 99

2.- En el problema anteriormente planteado el carbón cargado se envía a un proceso de elusión con 1,5 m3 de solución por hora, y la eficiencia de elusión es de 98%, determinemos la concentración de oro en la solución rica

Flujo de solución eluyente = 1,5 m 3/hr

Flujo másico de carbón = 33,3 kg/hr

Fino de oro en carbón = 33,3

kg



hr

12,24

grAu hgC



407,6

grAu hr

Eficiencia de elusión = 98% Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de

100

Masa de oro eluído =

407,6

grAu hr

x 0,98  399,5

Concentración de oro en solución rica

grAu



grAu hr m 1,5 hr

volumen de solución

399,5 

hr



266,3

grAu m



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51 101

Determinemos la carga residual de oro que queda en el carbón

Carga de oro en carbón : 12,24 gr Au/kgC

Eficiencia de elusión : 98%

arga res ua

e oro :

,

grAu

.

kgc



.

grAu kgC


102

De un proceso de cianuración por agitación, se obtiene un flujo de solución rica de 14,5 m 3/hr con una concentración de oro disuelto de 3,2 gr/m 3. La solución se somete a un proceso de cementación con cinc, alcanzándose una eficiencia de 99 5%. El consumo de cinc alcanza un valor de 80 veces el estequíométrico • Determinemos el consumo diario de cinc

Fino de oro a cementar = 14,5

m3 r

x3,2

gr m



46,4

grAu r

Eficiencia de cementación = 99,5%



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52 103

Oro cementado = 46,4

grAu hr

x0,995  46,17

Consumo estequiométrico de cinc



0,165

grAu hr

gr n grAu

Consumo real de cinc = 0,165 x80



612,08

grZn grAu

x 46,37

grAu hr

grZn hr


104

Consumo diario de Zn  612,08 x 24



14,7



14.690

grZn día

KgZn día

El elevado consumo de cinc en relación al estequiométrico tiene relación con las reacciones parasitarias que ocurren, es por esto que es muy importante saber las impurezas presentes para determinar la aplicabilidad del proceso de cementación con cinc. Dr. Patricio Navarr o Donoso - [email protected] - Consultor Interca de


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53 105

• Determinemos la producción diaria de cemento de oro

45% de oro, y como el oro cementado es

46,6

grAu hr

x 24  1118,4

Cemento de oro producido



1118,4 0.45



grAu día



2.485,3

gr. de cemento día

2,5 kg de cemento / día


106

2.- En el problema anteriormente el carbón cargado se envía a un proceso de elusión con 1,5 m 3 de solución por hora, y la eficiencia de elusión es de 98%, determinemos la concentración de oro en la solución rica que puede ser env a a a un proceso e e ectro epos tac n. Flujo de solución eluyente = 1,5 m 3/hr Flujo másico de carbón = 33,32 kg/hr Fino de oro en carbón = 33,32kgC/hr x 3grAu/kgC = 99,96 kgAu/hr.

Eficiencia de elusión = 98%



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54 107

Masa de oro eluído = 99,96kgAu/hr x 0,98 = 97,96 kgAu/hr

Concentración de oro en solución rica



volumen de solución =

97,96kgAu/hr/1,5m3/hr = 65,3 kgAu/m3


108

Determinemos la carga residual de oro que queda en el carbón: Carga de oro en carbón : 3,2 gr Au/kgC Eficiencia de elusión : 98% Carga residual de oro : 3,2 x 0,02 = 0,064grAu/kgC

Este valor de carga de oro residual recircula a la etapa de , , disminuir la eficiencia de adsorción en dicha etapa.



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55 109

3.- De un proceso de cianuración por agitación, se obtiene un flujo de solución rica de 14,5 m 3/hr con una concentración de oro disuelto de 3,2gr/m3. Esta solución obtenida se envía a cementación con cinc, alcanzándose una eficiencia de 99 5%. El consumo de cinc alcanza un valor de 80 veces el estequíométrico, determinemos la cantidad de cinc consumida en el proceso. • Determinemos el consumo diario de cinc

Fino de oro a cementar = 14,5

m hr

x3,2

gr m3



46,6

grAu hr

Eficiencia de cementación = 99,5%


110

Oro cementado =

46,6

grAu hr

x0,995  46,37

Consumo estequiométrico de cinc



0,165

grAu hr

grZn grAu

Este valor esta dado por la relación de moles en la estequiometría de la reacción.

Consumo real de cinc = 0,165 x 46,37 : 7,65 grZn/hr 7,65 x 80 = 612



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56 111

Consumo diario de Zn = 612 x 24 = 14.688 gr de Zn

De acuerdo al valor encontrado podemos dimensionar el efecto del consumo de cinc en los costos operacionales del proceso.



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Balances de Masa, P. Navarro

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