MINERALOGÍA DE PROCESOS PARA METALURGISTAS Goldfields La Cima Lima, mayo 12-16, 2014
César Cánepa
Introducción • Temas a tratar y cronograma: Ver texto • Detalles organizativos cu rso teórico y teórico-práctico – El curso – El Taller de preparación de muestras
• Experiencia previa de participantes participantes
Geometalurgia Geometalurgia o Mineralogía de Procesos? • Conceptos: Lo general y lo específico • Factor fundamental: La caracterización
mineralógica • Factor complementario: La caracterización geometalúrgica
CARACTERIZACIÓN GEOMETALÚRGICA : EL POLIEDRO CONCEPTUAL ANÁLISIS QUÍMICO
(PRUEBAS METALÚRGICAS)
CARACTERIZACIÓN GEOMETALÚRGICA ANÁLISIS MINERALÓGICO
ANÁLISIS FÍSICO-MECÁNICO ANÁLISIS TEXTURAL
(Modificado de, S. Canchaya,
SIMPOSIUM GELOGÍA, UNI, JUNIO 2009)
LA MINERALOGÍA DE PROCESOS y EL PROYECTO MINERO: INTERRELACIÓN DINÁMICA , ESTRUCTURAL Y SECUENCIAL
Día I
TEMA MI Estructura y manejo del microscopio
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: Criterios de selección del método de estudio • Que se adapte a las características del
objeto (mineral) • Que sea eficiente y confiable • Que sea económico y amigable • Que no modifique la morfología de las
partículas del material muestreado.
La granulometría “natural” y la microscopía óptica
MICROSCOPÍA ÓPTICA: Tipos • A) Microscopía en luz trasmitida (para
minerales trasparentes y traslúcidos) • B) Microscopía en luz reflejada (para
minerales opacos y traslúcidos)
INTRODUCCIÓN A LA MICROSCOPÍA ÓPTICA El Sistema de ob serv ación (desc ripc ión) El sistema de observación consiste de:
Muestra : método y calidad de la preparación, propiedades de los minerales por determinar Microscopio: construcción, calidad, accesorios
Ojo y cerebro del observador: razones para la inexactitud
EL MICROSCOPIO • Práctica de ARMADO y DESARMADO del
EQUIPO. Componentes mecánicos y componentes ópticos • Ubicación y funciones de los diversos accesorios • Ajustes y centrados previos • Protección del equipo y del operador
PAUSA
Dia 1
TEMA M II Conceptos de mineralogía teórica y aplicada
HABLEMOS DE MINERALOGÍA • Qué tanto sabemos de mineralogía?; número
de minerales; evolución de la mineralogía expresada en el Glosario • La mineralogía en nuestra formación profesional • La mineralogía en el lenguaje cotidiano de profesionales de la industria minera
Imagino minerales en esta burbuja de flotación?
Imagino minerales en este análisis valorado ? GRANULOMETRÍA FRACCIONES
ENSAYES QUÍMICOS
% PESO
%Cu
%Pb
%Zn
%Fe
Ag oz/TM
+65
20.22
0.16
1.00
5.00
17.80
1.09
+100
23.36
0.18
1.22
5.60
19.00
1.22
+150
9.20
0.23
1.74
7.40
20.20
1.74
+200
6.77
0.24
2.00
8.40
20.00
1.99
+400
10.83
0.28
2.66
10.00
19.40
2.25
-400
29.62
0.26
2.12
8.60
13.90
2.25
TOTAL
100.00
0.22
1.70
7.20
17.47
1.71
0.21
1.66
7.00
17.60
1.74
Ley ensayada
A qué producto corresponde esta muestra?
Mineralogía: Aspectos fundamentales • En el sector de las personas involucradas en actividad minera
metálica el término “metal” domina la terminología coloquial en detrimento del término “mineral”. • Probable resultado de encuesta (“exploración por Cu, Fe, Au, etc.”; “mina de Zn, Ag, Au, etc.” ; “concentrado de Cu, Ag, Pb-Cu, etc.”). • Sin embargo, en exploración, minado y procesamiento metalúrgico
(toda la actividad minera básica), el sujeto fundamental es el mineral (no el metal).
• “Menas” vs. “gangas”. Relatividad conceptual (casos ejemplares:
piritas, pirrotitas, arsenopiritas, óxidos de Ti, estibnita, “minerales oxidados”, “arcillas” ). • El mineral y sus características posibilitan y definen la actividad minera (el mineral no se adapta a la operación minera; es al revés).
Importancia de la escala de observación
COMPOSICIÓN QUÍMICA APLICADA INTRODUCCIÓN A LA QUIMICA MINERAL
Ejemplos: %peso
Calcopirita Cu FeS2 (Se, Ga, In)
P.A. Cu = 63.54………63.54
34.6
P.A. Fe = 55.84……… 55.84 P.A. S = 32.0 x 2…… 64.00 Total……….. 183.38
30.5
Arsenopirita FeAsS
P.A. Fe =
55.8……… 55.84
(Co, Ni, Sb, Au, Ag)
P.A. As =
74.9……… 74.90 32.0……….. 32.00
P.A. S =
Total………
162.74
34.9 100.0
34.3 46,0 19.7 100.0
COMPOSICIÓN QUÍMICA y mineralógica (TEÓRICA vs. REAL) • Esfalerita (Zn, Fe)S a
b
c
Fe 0,37 8,83 18,40 Mn ----1,78 Cd -1,32 0,28 Zn 64,93 56,96 47,50 S 33,94 32,87 32,02 Variaciones Fe/ Zn muy amplias + otros elementos Leyes posibles de concentrados
100
Grano de esfalerita. Posibles resultados : análisis químico; MEB. Resultado útil?
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: variables importantes
• Características de los minerales relevantes
para la Metalurgia: • A) Observables (mensurables) – Composición mineralógica cualitativa (identificación). – Composición mineralógica cuantitativa (Análisis modal) – Intercrecimientos (amarres, tramado) – Tamaño y Grado de liberación – Portabilidad de elementos valiosos
• B) Inferibles – Comportamiento frente a procesos de concentración
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: Técnicas disponibles Técnica
Principios
Objetivos
Microscopía Óptica de Polarización
Luz polarizada interactúa con muestra (sección delgada o pulida); imágenes trasmitidas o reflejadas revelan propiedades ópticas de los minerales.
Identificación de minerales y de características específicas tales como alteración, tamaño de grano, asociaciones, etc. Análisis Modal. Grado de liberación
Difracción de Rayos X
Irradiación con rayos X de una muestra pulverizada produce difracción en planos cristalográficos de los minerales.
Identificación de minerales cristalizados. Análisis modal. (Pulverización de las muestras destruye morfología original)
Microscopía Electrónica de barrido
Haz de electrones bombardea una muestra conductiva. Electrones secundarios y retrodispersos generan imagen. Detectores de espectro de Rayos X (discriminados por la dispersión de la energía o de la longitud de onda) analizan composición química.
Identificación de minerales y de características especiales. Microanálisis cuantitativo de elementos en sectores minúsculos de minerales. Análisis Modal. Grado de liberación
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: Rendimiento de las técnicas disponibles Tarea
Identificación y análisis modal. Grado de liberación
Número de partículas analizadas
Microscopía óptica
MEB
a) Operador directo + programa de cálculo simple.- Depende de experiencia de operador y de tamaño de grano.
Sistema QEM-SCAN.- Utiliza varios tipos y sistemas de procesadores para registrar señales de rayos X; fuerte dependencia de calibración
Sistema CANMET.Utiliza esencialmente imágenes BSE y b) Reflectometría + analizador de ocasionalmente detectores de rayos X; imágenes.Depende de fuerte dependencia de calibración.
hardware y software; menor MLA.- Intermedio entre los dos influencia de tamaño de grano, Sistema primeros trabajo automatizado a) Entre 100 y 1000 partículas/hora
QEM-SCAN.- ~ 2000 partículas/hora CANMET.- ~100,000 partículas/hora
b) En implementación
MLA.- ~10,000 partículas/hora
INTERMEDIO
Dia 1
TEMA III Metodología de la observación e identificación de minerales en luz reflejada
Metodología del estudio microscópico • Manejo del instrumento – Centrado de objetivos – Regulación de iluminación – Calibración • Observación de propiedades: • A) Nícoles paralelos – Color - Forma – Reflectancia – birreflectancia – Dureza de pulido
B) Nícoles cruzados - Anisotropía - Maclas - Reflexiones internas
PAUSA
La identificación de minerales • •
• •
•
Identificación de minerales es logicamente aspecto crítico. Aproximadamente 5000 especies minerales. Pero, en un determinado yacimiento, las especies importantes no pasan de 10 y se presentan en cantidades y tamaños que permiten identificación relativamente fácil con MO. Acciones a tomar en casos difíciles (ocasionalmente ayuda de MEB). Caso de especies muy raras o difíciles de identificar, corresponden generalmente a ocurrencias aisladas, de escasa significación para la metalurgia y generalmente restringidas a ciertos sectores del yacimiento. En muchos casos, no es imprescindible identificar la especie mineral y basta con una determinación genérica (ejemplos, sulfosales de Ag, de Pb, “limonitas”, “ óxidos de Fe”,“cobres grises”)
Metodología de la observación e identificación microscópica • Diferenciación entre minerales opacos y gangas • Registro de propiedades • Uso de tablas de identificación • Consulta de textos especializados
INTERMEDIO
Día 3
TEMA M IV Selección de puntos de muestreo y metodología de toma de muestras. Protocolos de Goldfields
Tipos de muestreo • Relación entre el tipo de muestreo y la etapa
de desarrollo del proceso minero • Pautas metodológicas en las diversas etapas: – Exploración inicial – Exploración avanzada – Prefactibilidad (pruebas metalúrgicas, cálculo de
reservas) – Factibilidad (planta piloto, diseño de minado) – Producción – Plan de cierre de mina
ASPECTOS METODOLÓGICOS GENERALES – La selección de las muestras (varía según etapa del proyecto –
–
–
–
y tipo de problema) Escasa información en muestras sin fragmentar. Muestras fragmentadas representan mas fielmente probable comportamiento de minerales durante proceso. Respetar granulometría real del problema; caso de muestras para investigación preliminar (fragmentación simulada, uso de preconcentración cuando ley es baja). En monitoreo de operaciones, selección del número y ubicación de muestras requiere cuidadoso análisis. Importancia de la información histórica Selección de fracciones granulométricas (objetivo: poblaciones granulométricas homogéneas); número adecuado de fracciones (costos!). Control indirecto del tamizado
Criterios de toma de muestras y selección de fracciones • La representatividad de la muestra • Tiempo y espacio para la toma de muestras – Variabilidad “natural” y variabilidad “anómala” en
la eficiencia de los procesos
• Análisis granulométricos y químicos – Cuidados previos, metodologías recomendables
• Ejemplos de selección de fracciones a estudiar
Estudios mineralógicos en etapa de producción • Puntos de muestreo • Periodicidad • Tipo de muestreo • Aplicación del análisis valorado por mallas en
la selección del número y tipo de fracciones granulométricas a estudiar. • Ejemplos
Caso real: Planta de flotación (compósito mensual)
Tipos de estudios y fracciones seleccionadas
Evaluación de la Metodología utilizada en Goldfields • Puntos de muestreo • Periodicidad • Tipo de muestreo • Criterios para la selección del número y tipo
de fracciones granulométricas a estudiar.
PAUSA
Día 3 TEMA M V Definición de partículas libres y mixtas; teoría y práctica del análisis modal
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: El caso de las muestras sin fragmentar
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: El caso de las muestras sin fragmentar
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: El caso de las muestras fragmentadas
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL: El caso de las muestras fragmentadas
Secciones delgadas.muestras sin fragmentar
Partículas libres y mixtas • Definición • Partículas “pseudomixtas” • La partícula mixta individual y el conjunto de
ellas en una determinada fracción granulométrica • Metodología de registro y cálculo
Análisis modal • Estimación (medición) de porcentajes de área
en partículas mixtas • Cálculo de porcentajes (volumen %) de las especies minerales presentes bajo la forma de partículas libres y/o mixtas. • Presentación de resultados
INTERMEDIO
Día 3
TEMA M VI Parte I.- Metodología de diferenciación entre partículas libres y mixtas
Pausa
Día 3
TEMA M VI Parte II.- Metodología de diferenciación entre partículas libres y mixtas y su registro cuantitativo manual
INTERMEDIO
Día 5
TEMA M VII
Grado de liberación • Marco conceptual • Cuán libre es una partícula (efecto del % de
volumen y del % de periferia) • Grado de liberación parcial • Grado de liberación total
Determinación del G.L. • Observación y forma de registro de las
partículas
• Práctica de observación y registro
Cálculo de G.L. • Cálculos manuales • Programa de cálculo • Tablas de presentación de resultados
Tabla final de resultados
El método cuantitativo: Análisis digital de imágenes en Microscopía LIMITACIONES históricas del Método cualitativo: -Minerales: sustancias anisótropas -Dificultad de cuantificar eficazmente el color -Problemas físicos e instrumentales -Problemas de infraestructura -Escasa conciencia de las limitaciones del método
Información existente en el Atlas de Datos Cuantitativos del COM • Innovaciones tecnológicas en electrónica y óptica
permiten medidas más precisas y variadas. Medidas multiespectrales
• Capacidad para identificación de menas infrautilizada
Figura 6
¿UV?
IRC
PIRITA
Rueda de filtros Monitor
Microsc. Motorizado Leica DM6000M
Camara B/N
Micr. Leitz Orthoplan
Espectrómetro Hamamatsu
Microfotómetro espectral HJ Bernhardt (2007)
INNOVACIONES METODOLÓGICAS PROYECTO CAMEVA: INFORMACIÓN MULTI-ESPECTRAL / IRC Espectros de reflexi ón de minerales 60 50 a i c 40 n a t c e 30 l f e R %20
10
nuevo 0 350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
Longitud de onda Bornita
Calcopirita
Calcosina
Magnetita
Molibdenita
Pirita
Covellina
Hematites
950
1000
METODOLOGÍA DE TRABAJO
Definición de la malla de muestreo y adquisición de imágenes
METODOLOGÍA DE TRABAJO Segmentación de imágenes
GALENA
ESFALERITA
PIRITA
TETRAEDRITA
METODOLOGÍA DE TRABAJO OBJETOS PIRITA
PIRITA
Procesamiento de imágenes para extraer parámetros morfológicos.
Medida de Parámetros Morfológicos DATOS Área Perímetro Feret máximo Feret Mínimo Etc.
Interpretación y Análisis estadístico
Análisis Modal
Análisis de Liberación
Análisis Granulométrico
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0 0.1-10
0 0
0
1
10
20-30
40-50
60-70
80-90
100
MINERAL ASOCIACIÓN Ccp Ln Pn Po Py Mag Mar Apy Cv 26.44 Ccp 0.00 Ln S Pn 5.62 O 5.66 D Po A 26.81 R Py E Mag 0.10 B I 0.01 L Mar 0.00 Apy 0.01 Cv 0.41 0.40 Ccp-Pn 0.04 0.02 Ccp-Po Ccp-Py 0.45 5.20 Ccp-Ln Ccp-Pn-Po 1.11 0.60 0.11 Ccp-Pn-Py 0.25 0.10 0.12 Ccp-Po-Py 0.08 0.03 1.19 Ccp-Pn-ln Ccp-Po-Ln Ccp-Py-Ln Ccp-Pn-Po-Ln 0.01 0.00 Ccp-Ln-Pn-Py Ccp-Pn-Po-Py 0.03 0.50 0.13 0.20 Ccp-Pn-Po-Py-Ln S 7.14 4.44 O Pn-Po D Pn-Py 0.25 0.11 A R Pn-Po-Py 1.58 1.79 0.24 E B Pn-Ln I L Pn-Ln-Po 0.12 0.17 0.77 O 1.93 3.99 Po-Py N 0.02 0.08 Po-Ln 0.00 0.00 0.02 Po-Py-Ln 0.08 0.01 0.51 0.00 Po-Pn-Py-ln Ln-Py Ln-Pn-Py 0.25 0.08 Py-Mar 0.01 0.06 0.02 Ccp-Py-Mar 0.01 0.09 0.03 Mar-Po-Py 0.00 0.04 0.00 Ccp-Mar-Po-Py Mar-Pn-Po-Py 0.00 0.11 0.08 0.00 Ccp-Mar-Pn-Po-Py 0.00 0.02 0.02 0.23 0.03 Apy-Mar-Py 0.00 0.00 Apy-Mar 0 00 0 00
Tabla de datos: % en peso de minerales liberados y no liberados (éstos dados según asociación mineral)
Ccp: Calcopirita Ln: Linneita Pn: Pentlandita Po: Pirrotina Py: Pirita Mag: Magnetita Mar: Marcasita Apy: Arsenopirita Cv: Covellina
Pausa
Día 5
TEMA M VIII Parte I.- Cálculo de los grados de liberación parcial y total. Método manual
Intermedio
Día 5
TEMA M VIII Parte II.- Cálculo de los grados de liberación parcial y total. Método computarizado
• Cálculo de porcentajes de ocurrencia (análisis
modal) de partículas libres y/o mixtas • Presentación de resultados
PAUSA
Día 5 Tema IX Interpretación de los resultados de estudios microscópicos
Lectura e interpretación de resultados • Importancia del análisis químico (ANAVA) – Revisión de la información histórica (en caso de operaciones en
marcha). – Anisotropía intrínseca de los yacimientos (impacto usualmente mínimo en Gran Minería; frecuentemente significativo en Mediana y Pequeña Minería) – Información química previa al estudio microscópico: orientación invalorable (tratamiento estadístico en pares de elementos) – Análisis químicos vs. cálculo retroactivo basado en mineralogía (alcances y limitaciones); leyes de concentrados y mineralogía estimada; verificación mutua de eficiencias
Lectura e interpretación de resultados • Variaciones de los análisis modales en función • • • •
de la granulometría. Correlación de análisis modales y análisis y químicos Variación del G.L. parcial y total en función de la granulometría; ajustes de la molienda Discusión final. Estación de preguntas
Revisión de un informe real