PRESENTACIÓN NOMBRE DEL CURSO:
PROCESOS, OPERACIÓN Y CONTROL LIXIVIACIÓN- DP 2007. RELATOR:
RAFAEL ARENAS MATURANA PROFESIÓN:
INGENIERO CIVIL METALURGISTA DURACIÓN CURSO:
16 horas Septiembre, 2007
OBJETIVO GENERAL. Analizar las condiciones de operación de la planta hidrometalúrgica sobre la calidad física y química de la solución rica.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Conocer el impacto de la conminución de los minerales sobre la lixiviación. • Conocer la incidencia de la etapa de aglomeración-curado ácido sobre los aspectos hidrodinámicos de la percolación. • Mostrar criterios de diseño y configuración de pilas de lixiviación. • Analizar los rangos ideales de parámetros del proceso de lixiviación. • Analizar el impacto de la calidad total sobre la rentabilidad del proceso y producto final.
CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS HIDROMETALÚRGICOS
Isométrico de una planta de procesos.
Lixiviación de ripios
CRATER MINA
Flujograma de una planta de procesos. AGUA
REFINO OC COALESCEDORES E-1 OSC
PISCINA REFINO
SR
PLS
E-2
REFINO COLUMNAS DE FLOTACIÓN
OD
FILTROS
S-2 ELECTROLITO RICO W
OC LIMPIO
TK. - OC SÓLIDOS-ORGANICO
AD ELECTROLITO POBRE OC
ELECTROOBTENCION TK. - OC
INTERCAMBIADOR DE CALOR
CATODOS ALTA PUREZA
FILTROS
RECIRCULACIÓN ELECTROLITO POBRE
AD
EP
PATIO DE EMBARQUE DE CÁTODOS
Mecanismos de los intercambios
CAPITULO II LIXIVIACIÓN DE MINERAL RICO
Tratamiento de minerales oxidados de cobre por lixiviación. Las especies oxidadas más importantes son la crisocola, atacamita, brochantita, antlerita y malaquita. Otros metales que son nocivos para el proceso, pueden o no estar presentes, y en cantidades variables. Los minerales oxidados se alojan mayoritariamente en fracturas y como impregnación. Por ejemplo, una ley media típica es 0.8% CuT 0.6% CuSol.
Principales minerales oxidados de cobre tratados por lixiviación.
Formula: CuSiO3 x nH2O Dureza:2 - 4 Peso específico: 2,0 - 2,3 Color: verde-azul Color de la raya: blanco verdoso Brillo: vítreo, gaseoso
Crisocola
Principales minerales oxidados de cobre tratados por lixiviación. Formula: Cu2(OH)3Cl / hasta 6% Cu Dureza: 3 - 3,5 Peso específico: 3,76 Color: verde, verde intenso Color de la raya: verde Brillo: vítreo, diamantino Cristales: agujero, prismático
Atacamita
Otros minerales oxidados de cobre tratados por lixiviación. • Fórmula: Cu4(OH)6SO4 • Color verde oscuro zonas ocres y brillo intenso. • Baja dureza. Tiene zonas algo picadas.
Malaquita
Brochantita
• Formula: Cu3 [(OH)4 SO4 • Dureza: 3 •Peso específico: 3,91 - 3,93
Antlerita
•Color: verde oscuro, raya verde pálido •Brillo: vítreo
• Formula: Cu2[(OH)2/CO3] (57% Cu) • Dureza: 3,5 – 4 • Peso específico: 3,9 - 4,1 • Color: verde oscuro • Color de la raya: verde claro • Brillo: vítreo, Cristales:
Reacciones de sulfatación durante el curado ácido. Crisocola: CuSiO3 2 H2O Reacción: Atacamita Reacción:
CuSiO3 2 H2O + H2SO4 Æ CuSO4 + SiO2 + 3 H2O : Cu4 Cl2 (OH)6 Cu4Cl2(OH)6 + 4 H2SO4 Æ 4CuSO4 + 2HCI + 6 H2O
Conminución de minerales.
•
Se entiende por conminución de un mineral, a la reducción de tamaño de las partículas de un mineral, con el objetivo de lograr el grado de liberación necesario y de esta forma poder recuperar las especies valiosas con mayor facilidad en los procesos posteriores del tratamiento de una mena de mineral.
•
La conminución se realiza en chancadores conformados en circuitos de chancado, donde se tritura el mineral hasta un tamaño predefinido.
•
En este proceso, se debe controlar tanto la generación de finos, que en muchos casos depende de la litología del mineral, como también de partículas de un tamaño mayor al definido como tamaño de corte.
DIAGRAMA GENERAL DEL PROCESO DE CHANCADO ROSARIO
Stock Pile
I M A G E N
TORRE DE SERVICIO
AREA DE TRANSFERENCIA Nº 1
.
PICADOR DE ROCAS ¾El chancador primario también cuenta con un rompedor de rocas accionado hidráulicamente (martillo hidráulico), montado en una pluma hidráulica. La pluma del rompedor de .rocas está montada en un pedestal rotatorio que, a su vez, está montado en la estructura de soporte del chancador primario. El martillo y la pluma del rompedor de rocas son activados por una unidad de energía hidráulica común de 75-kW. ¾El rompedor de rocas (pica rocas, permite al operador romper las rocas que son demasiado grandes como para entrar en la cavidad del chancador. El rompedor de rocas consta de: (1) un conjunto de pluma, montado en un cojinete oscilatorio (2) un piñón accionado por motor hidráulico y un accionamiento de oscilación del engranaje rotatorio, y (3) un martillo operado hidráulicamente para romper rocas. La pluma y el martillo se operan desde una consola de control portátil mediante palancas de control. ¾Las estructuras de la pluma y del brazo del rompedor de rocas no fueron diseñadas para carga lateral. Los lados del martillo, del brazo o de la pluma no deben utilizarse como un martillo de impacto mientras se usa el accionamiento oscilatorio como fuente de energía. El rompedor de rocas no debe utilizarse para empujar o tirar rocas hacia los lados usando la fuerza del accionamiento oscilatorio de la pluma. Se producirán daños. El accionamiento oscilatorio se debe usar, exclusivamente, para posicionar el martillo.
CHANCADOR GIRATORIO FULLER-TRAYLOR
¾El circuito de chancado primario utiliza un chancador giratorio que funciona en circuito abierto. El chancador reduce la roca extraída . de la mina desde trozos de hasta 2.000 mm a un tamaño de 100% menor que 280 mm y 80% menor que 102 mm. El mineral grueso se transporta por medio de un transportador de correa. ¾El producto extraído de la mina es descargado en la boca de vaciado de camiones de la mina por camiones de carga con capacidad variable dependiendo de la faena. ¾El vaciado de minerales es regulado por el operador del chancador, quien enciende las luces Vaciar (Dump) y No Vaciar (No Dump) para controlar la velocidad de vaciado en el chancador y, a la vez, mantener los niveles correctos en el tazón del chancador y en el buzón de almacenamiento. ¾Cuando el conductor del camión ve una indicación roja, no se permite vaciar. Una luz verde autoriza una operación continua. Además, las luces rojas No vaciar (No Dump) son encendidas por los enclavamientos que impiden el vaciado si el chancador primario no está funcionando, si el nivel del chute de descarga del chancador primario está alto - alto o si la correa transportadora de descarga del chancador primario no esta funcionando.
ALIMENTADORES DE CORREA
Aglomeración, Curado y Apilamiento. •
La aglomeración se realiza en tambores rotarios con una cierta inclinación, donde se le adiciona agua para lograr una humedad óptima del glómero. En esta etapa es importante controlar este factor, que determina la calidad del glómero y las características de permeabilidad que tendrá a futuro, la pila de lixiviación.
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Junto al agua, se agrega ácido, generalmente sulfúrico, que ayuda a aumentar la cinética de extracción de la especie valiosa (cobre), en la posterior etapa de lixiviación.
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El mineral aglomerado es transportado hasta el área de apilamiento. El transporte debe ser de tal forma que el glómero producido sea capaz de resistir sin afectar la cohesión de las partículas finas y gruesas, dando como resultado, una disminución de la permeabilidad de la pila de lixiviación.
•
El apilamiento es otro factor que se debe controlar minuciosamente, se debe verificar que la humedad del glómero formado que está llegando a la pila de lixiviación tenga las características adecuadas, como asimismo, la superficie de la corona de la pila, debe ser lo más pareja y homogénea posible, para facilitar el sembrado y posterior escurrimiento de la solución lixiviante al interior de la pila.
Superficie de pila óptima
Aspectos básicos de la Lixiviación en pilas Definición del concepto de lixiviación: Es la disolución total o parcial de un sólido con el propósito de recuperar especies valiosas contenidas en él. La cinética de lixiviación depende de las características del mineral y pretratamiento, puede alcanzar días a meses.
Cu2S
Transferencia de masa “Difusión”
Lixiviación en pilas-parámetros. •
Mineral: tipo, ley de cobre lixiviable, granulometría, contenidos de arcillas y finos (-100 mallas Tyler).
•
Aglomeración: porcentaje de humedad, adición de ácido, velocidad de rotación del tambor, tiempo de retención del mineral y tiempo de curado del mineral.
•
Irrigación: tasa de riego, uniformidad en la distribución de riego y piscina de solución intermedia (ILS).
•
Otros: diferencia de temperatura, ácido en refino o solución lixiviante, altura de pila y tiempo de lixiviación.
Lixiviación en pilas-parámetros.
•
Los parámetros anteriores conducen a dos consecuencias: –
Resultados intermedios, en los que se tiene: • • •
–
la permeabilidad de la pila Nivel freático de la pila Fierro total en el PLS
Resultados finales: • • • •
Cu2+ contenido en el PLS Cu2+ en la solución de riego Sólidos en suspensión en el PLS Recuperación metalúrgica en la lixiviación
Lixiviación en pilas
H+ H2O CuO
Cu+2
H+ =SO4
Cinética de lixiviación. Aspectos cinéticos de la lixiviación: -Difusión homogénea -Reacción química -Difusión en sólidos H+ H2O CuO Cu+2
H+ =SO4
Tipos y condiciones de riego. Depende principalmente de las condiciones ambientales. 1. Velocidad de los vientos. 2. Tasa de evaporación solar. 3. Diferencia de temperatura entre día y noche. 4. Estacionalidad. RIEGO POR GOTEO
RIEGO POR ASPERSIÓN
1. Recurso agua escaso. 2. pH de trabajo no permite precipitación de las durezas del agua. 3.- Peligro de congelamiento. 4.- Régimen de vientos fuertes y permanentes.
1. Mayor disponibilidad del recurso agua. 2. Aguas muy duras y peligro de precipitaciones de carbonatos. 3. Condiciones climáticas favorables. 4. Régimen de vientos moderados o intermitentes.
Sistema de riego. Entre los factores que debe asegurar lixiviación son: la aglomeración-curado y apilamiento para asegurar la permeabilidad del lecho a lixiviar, de manera que el líquido lixiviante impregne y percole de manera homogénea todo el material. Condiciones: • Localización de los minerales a disolver • Volumen del material y distribución de tamaños: 9 Área expuesta 9 Superficie específica 9 Tamaño de partículas 9 Porosidad 9 Presión capilar 9 Rugosidad o aspereza de las superficies.
Sistema de riego. Condiciones: • Malla de riego •Tasa de riego •Distribución de la solución en el mineral •Uniformidad de riego: 9distribución de presión en líneas. 9de la superficie de la pila. 9Tipo y calidad de goteros 9Taponamiento de los goteros. 9Fuga de soluciones (rompimiento y/o desprendimiento de líneas de riego)
Existe una condición óptima de uniformidad y que es función del comportamiento hidrodinámico del lecho de lixiviación.
Deterioro de la superficie en una pila. •
Asentamiento diferencial
•
Agrietamiento perimetral
•
Heterogeneidad en las características del material depositado en la pila
•
Desuniformidad en la distribución de riego
Recolección y transporte de soluciones. Las canaletas transportan por gravedad las soluciones: refino, intermedia y PLS. Las soluciones, generalmente, recolectadas son llevadas primero a piscinas desarenadoras. Piscina de solución rica (PLS), que tiene una dimensión tal que permite conocer el tiempo de retención de la solución. Piscina de solución intermedia (ILS), que se utiliza para regar el aglomerado fresco y generar así PLS, según corresponda. Piscina de refino para alimentar la línea de riego de sectores de pilas agotadas y generar el ILS.
Características de las soluciones.
Item Cu Acido FeT Cl Mn NO3
PLS 3-8 pH:1.5-2.0 2-5 50-150 0-100 0-10
Refino 0.1-0.5 5-14 4-6 20-100 0-30 0-10
Unidad gpl gpl gpl ppm ppm ppm
Pilas Dinámicas Pilas dinámicas denominadas también de tipo "on-off", en las que el mineral se remueve, se envía a botadero después de la lixiviación y la base de la pila se puede reutilizar. Para las pilas dinámicas, se puede elegir cualquier configuración que sea aceptable para la operación de los equipos de carga y descarga, pero generalmente, se prefiere un rectángulo alargado. En el caso particular de las operaciones mayores, que presentan ciertas rigidez con los equipos de transferencia de minerales, se ha preferido una configuración rectangular doble (dos rectángulos paralelos y adyacentes) con semicírculos en los extremos, donde se forma la pista de giro de los equipos de carguío y de descarga.
Comparación de tipos de pila. UNITARIA
DINÁMICA
1. Carga de una vez la totalidad de la pila y la descarga de una vez al término del ciclo de tratamiento.
1. En cada período que puede ser diario o múltiplo de la alimentación diaria, descarga de un módulo y carga otro módulo, los cuales además van directamente adosados a sus respectivos sectores de la pila, con la condición que no haya contacto entre la mena fresca y el ripio agotado. De esta forma la camada queda formada por “Subpilas” internas.
2. Ventajosa para plantas de baja capacidad. 3. Operación más simple
2. Menor inversión unitaria por mejor aprovechamiento de piso impermeable. 3. Ciclos de operación muy regulares. 4. Concentraciones muy estables y regulables de las soluciones de proceso. 5. Menor capital de trabajo
Dimensionamiento de pilas. UNITARIAS O DINAMICAS Parámetros operacionales:
Tonelaje a tratar en la pila. Angulo de reposo del material. Altura de la pila. Peso específico aparente. Tasa de riego. Acidez de la solución de refino. Distribución homogénea de la solución lixiviante. Duración del ciclo de tratamiento y capacidad de tratamiento periódico.
Etapas del ciclo de Lixiviación. PRIMERA ENTRANTE O ATAQUE: Es la entrada de la primera solución lixiviante la pila de lixiviación en este caso, la solución entra por la superficie de ella según una tasa de riego predeterminada que permita que no se desmorone la pila. Acá existe un lecho de mineral parcialmente inundado. AVANCE O SALIENTE: Comprobado que la solución lixiviante tiene baja concentración de ácido libre o alta concentración de cobre o que el mineral de la pila se ha "agotado", se procede a sacar dicha solución de la pila, recibiendo el nombre de avance o saliente. LAVADO ( ETAPA DE DESIMPREGNACION): Una vez que el mineral se ha "agotado", se retira la última saliente en las condiciones de concentración en que se encuentre y se procede a lavar el mineral que ha quedado impregnado de solución, la cual se trata de recuperar al máximo. El "agua" de lavado es del orden del 30 a 35% en peso del mineral cargado. DESCARGA DE LAS PILAS: Se procede a desechar el mineral agotado (ripio)
Aspectos constructivos de las pilas. • Apilador: Capacidad de 10.500 t/h. • Requerimientos: Patio, o superficie de apoyo de la pila. 9Preparación de superficie e impermeabilización 9Geomembrana impermeable 9Material reutilizado: Patio recuperado para reutilizarlo con nuevo material se trata de lixiviación en depósitos o sustratos 9Material no reutilizado: Patio no es recuperado y el mineral agotado queda en la pila como vertedero que se restaura.
Aspectos constructivos de las pilas. • Una vez preparado el material, se deposita en montones de sección trapezoidal y altura calculada (pilas) para proceder a su riego con una solución preparada. • Las Pilas de lixiviación de poseen dimensiones variables en cuanto a largo y ancho, con un apilamiento de altura relativa y un ángulo de reposo del material cercano a 45°.
Sistema de descarga de Pilas • Cuando se requiere mover el material ya lixiviado desde las pilas, por ser un sistema de pilas dinámicas, normalmente se utilizan recolectores tipo pala de rueda con capachos, conocidos como "rotopala" o "bucketwheel". • En estos casos de faenas mayores, se ha preferido en general el sistema de canchas de lixiviación dinámicas por el excesivo tonelaje de mineral, puesto que obligaría a un complicado movimiento permanente de avance de las correas alimentadoras, si se quisiera operar en pilas permanentes con avance continuo.
Controles operacionales en Lixiviación. Verificación de dispositivos, módulos de riego, líneas matrices Verificación de superficie de riego ( corona) y taludes Verificación de canaletas recolectoras de efluente Verificación de funcionamiento de bombas alimentación y recirculación Verificación de llenado de líneas y bombas Lectura de totalizadores de flujometros Purga de orgánico por arrastre Medición de tasa de riego Ajuste de presiones en manómetros Medición de amperajes de bombas Muestreo de soluciones Medición de niveles de piscinas
Fallas operacionales pilas Problemas principales : Riego deficiente
Obstrucción de goteros y aspersores
Mala distribución de presiones en circuitos de riego
Sobre tasa de riego
Riego heterogéneo
Pérdida de riego por arrastre por viento y evaporación.
Fallas operacionales pilas. Problemas principales : Recuperación incompleta
Gran área
Canalizaciones
Anegaciones
Reprecipitaciones
Evaporación de soluciones diluidas
Pérdida de soluciones
Desmoronamiento de taludes
Calidad total en área de lixiviación.
Como todo proceso industrial, la lixiviación trae consigo riesgos y responsabilidades que todos debemos adquirir y enfrentar. Es importante señalar que los recursos son escasos y limitados, por lo tanto, debemos hacer un uso racional de estos, de manera que puedan coexistir en equilibrio nuestro entorno industrial con el medio ambiente.
Calidad total en área de lixiviación.
La lixiviación como todo proceso, tiene sus riesgos, fallas operacionales, y condiciones sub-estándar, los cuales se deben minimizar y poner especial énfasis en estos, debido a que no sólo pueden repercutir en las personas, sino también en el medio ambiente y costos de producción, lo cual hace menos competitiva a la empresa en el mercado.
Calidad total en área de lixiviación.
Al realizar cualquier trabajo debemos estar atentos al medio y a los posibles riesgos a que están sometidos, la motivación y el seguir Normas y Procedimientos de Trabajo y en muchos casos, la experiencia adquirida ayuda enormemente a que la labor a realizar se efectúe en el menor tiempo posible y con éxito.