1
TALLER PROYECTOS DE DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESAMIENTO DE MINERALES Ing. Juan Agustín Astudillo Falke Consultor Intercade
III. DESARROLLO DE UNA INGENIERIA CONCEPTUAL DE UNA PLANTA HIDROMETALURGICA DE LIX LIX‐‐SX SX‐‐EW PARA PRODUCIR CATODOS GRADO A
2
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
2
INGENIERIA CONCEPTUAL DEL PROYECTO ALFA
3
COMPA IA MINERA COLO COLO INGENIERIA CONCEPTUAL PLANTA LIX‐ SX‐EW CAPACIDAD 200 [tmf/mes] PROYECTO ALFA OVALLE
4
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
3
CONTENIDO 1. RESUMEN 2. INTRODUCCION 3. CONCEPTUALIZACIONES 3.1 PLANTA DE LIXIVIACION 3.2 PLANTA DE EXTRACCION POR SOLVENTES 3.3 PLANTA DE ELECTROOBTENCION 4. DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES 4.1 PLANTA DE LIXIVIACION 4.2 PLANTA DE EXTRACCION POR SOLVENTES 4.3 PLANTA DE ELECTROOBTENCION 4.4 AREA DE ESTANQUES Y SERVICIOS 5. DESCRIPCION DE LAS OPERACIONES 6. RECURSOS HUMANOS 7. FILOSOFIA DE CONTROL 8. ANTECEDENTES ECONOMICOS ANEXOS A) CRITERIOS DE DISEÑO B) BALANCE DE MATERIALES C) DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS E INSTALACIONES D) PRUEBAS METALÚRGICA E) PLANOS 5
RESUMEN La
Compañía Minera Colo Colo se encuentra estudiando la , extracción por solventes y electroobtención (LIX‐SX‐EW) en una planta de procesamientos de óxidos en Ovalle que se enmarca en el proyecto Alfa, el objetivo principal de esta planta es reemplazar la planta antigua de la compañía minera Colo Colo, que actualmente procesa minerales oxidados de cobre por la vía de lixiviación y precipitación con chatarra de fierro.
6
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
4
Es de interés de Colo Colo que la planta LIX‐SX‐EW del proyecto Alfa considere producir 200 toneladas de cobre fino en forma de cátodos grado “A” por mes. En adelante denominaremos como 200 [tmf/mes].
La metodología empleada en esta ingeniería consideró la visita a terreno para conceptualizar el layout y plot plan de la nueva planta, conocer alternativas de emplazamiento e indicaciones de interés por parte de Colo Colo.
7
Un
antecedente relevante del proyecto se refiere a la intención de Colo Colo de aprovechar al máximo las ingenierías realizada a las plantas de el Salado, Taltal y Vallenar (en construcción) principalmente en su áreas de extracción por solventes y electroobtención, debido a que estas áreas de proceso responden a características similares a la de las plantas mencionadas.
Se
establecieron como parámetros de diseño, una concentración de cobre en el PLS en el rango de 4[g/l] a 6[g/l], una tasa específica de decantación en SX de 50 [l/min./m2], ley del mineral de 1,8% en cobre total, recuperaciones de 75% en cobre total de 85 % en cobre soluble además se conservaron las actuales concentraciones de impurezas en la solución rica. En adelante el “PLS”.
8
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
5
El sector de emplazamiento de las nuevas instalaciones fue definido en la ingeniería básica de la planta de flotación, ubicándose en la ladera noreste de la quebrada rincón de Sauce, con coordenadas centrales N 6.624.500 y E 287.700.
El área SX contempla una configuración 2E+1R+1L, siendo alimentada con solución rica (PLS), proveniente de las pilas de lixiviación primaria, área que se incluye en el proyecto. área de EW contempla una configuración similar a la de las plantas anteriores de Colo Colo. Las instalaciones se , , cátodos, intercambiadores de calor y la instrumentación necesaria para controlar y registrar las variables de proceso.
El
9
2. INTRODUCCION La
Compañía Minera Colo Colo, a través del Jefe de Proyecto Alfa, solicitó al consultor metalúrgico Juan Agustín Astudillo Falke ‐en adelante JAF‐, Jefe de Proyecto de la Empresa de Ingeniería a c n ‐ a e os serv c os pro es ona es e una ngen er a conceptual con el objetivo de incorporar la tecnología de LIX‐ SX‐ EW en los minerales oxidados de Ovalle que actualmente son tratados en la planta de Colo Colo de la Compañía Minera Panulcillo por la tecnología de LIX ‐CEMENTACION. El producto es cemento de cobre o precipitado de cobre que tiene una calidad intermedia, el cual se derivado a una fundición –refinación; donde . descartes son enviadas a piscinas de evaporación solar, esta metodología la usó planta Colo Colo hasta 5 años atrás; pero al no
contar con superficies disponibles, no se está aplicando; lo que esta redundando en grandes perdidas económicas. 10
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
6
De esta manera
se reemplazaría el precipitado por cátodos de cobre, de mayor valor agregado en el mercado, se optimizarían los costos de producción y se incorporan soluciones tecnológicas limpias y seguras ambientalmente.
A
continuación un resumen de las perdidas económicas y el por qué hay que desarrollar Alfa y cerrar las antiguas instalaciones de la Compañía Minera Colo Colo.
11
Pérdida
acumulada de la planta antigua. ,
moneda de año 2007, ascienden a la suma de KUS$ 10.536 . serie de resultados financieros de para los años 2001 a 2007, se presenta en el siguiente cuadro:
La
12
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
7
Resultado Financiero entre los años 2001 al 2006 Cifras en KUS$ (en Moneda 2006) 2001
2002
2003
2004
2005
2006
- 1.967
- 1.947
- 1.912
- 1.459
- 1.475
- 1.596
El año 2006 se proyectó en base a los resultados del primer semestre.
13
ANTECEDENTES En la actualidad la planta ubicada en Ovalle presenta problemas: De
carácter ambiental, que requieren de importantes inversiones para continuar operando (tranque de relave, riles, material particulado, residuos sólidos, agua y alcantarillado, entre otros).
De
emplazamiento físico, que impiden su ampliación (zona con pendiente, colinda con estero, rodeada de predios agrícolas, con escasez de terrenos para su ampliación).
De
obsolescencia tecnoló ica planta.
ue hace ineficiente la o eración de la
De
carácter financiero, lo que se refleja en resultados operacionales negativos.
14
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
8
Lo anterior, permite concluir que es necesario proceder al cierre de la Planta Ovalle en el corto o mediano plazo.
Por lo señalado, se estimó oportuno concebir el proyecto Alfa
basados en los siguientes aspectos básicos:
Mantener la labor de fomento a la pequeña y mediana minería.
Que la actividad de fomento sea realizada con resultados financieros positivos para Colo Colo .
15
Ello
requiere generar un proyecto que contemple un modelo de negocio, que permita dar seguridad de abastecimiento (con contratos explotación del yacimiento Panulcillo de carácter anticíclico) de tal forma de mantener la labor de fomento en el largo plazo.
Se concibe una sola etapa de producción de 200 [tmf/ mes], capacidad sobre la cual se desarrollaron las estimaciones y cálculos pertinentes, de procesos, hidráulicos y mecánicos, contando con recursos minerales suficientes para soportar tal producción.
Actualmente
la planta de Colo Colo, en su rol de fomento, se abastece de minerales oxidados provenientes del proceso de compra que realiza a terceros; sean estos cualquier proveedor minero, debidamente empadronado en los registros de Colo Colo.
16
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
9
Los
minerales oxidados procesados por la planta actual son comprados y acopiados en las canchas de recepción, el mineral es llevado a las tolvas de alimentación de chancado.
Este
abastecimiento más el que aportará la explotación por terceros de minas propias nos asegura la alimentación a pilas primarias de las 13.312 toneladas métricas de mineral oxidado por mes, con ley promedio de 1,93 % en cobre soluble. Este tonela e nos so orta la roducción de 200 tmf
mes].
17
3. CONCENTUALIZACIONES Las condiciones a nivel conceptual establecidas para la construcción de
una planta de LIX‐ SX‐EW en el proyecto Alfa, IV región siguientes:
son las
La capacidad de producción de esta planta de cátodos de electroobtención (200 [tmf/mes]) se definió en función de los niveles de abastecimiento de los minerales oxidados.
Con
respecto al abastecimiento a la planta actual cuando el precio del
últimos meses donde no hay restricción de planta de chancado y por ende la agencia de compra recibe y liquida todo en forma normal, tenemos los siguientes antecedentes entregados por el jefe de operaciones de planta. 18
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
10
Entre
los meses de Noviembre y Diciembre del 2006 tenemos un promedio de 40.000[TMS/MES] con una ley media de 1,75 % en cobre soluble. Si consideramos que tenemos planta de LIX‐SX‐EW po r amos pro ucir 550 tone a as m tricas e cátodo grado “A” por mes ( tmf/mes).
Estos antecedentes son de alta importancia, debido al abastecimiento mayor que debe ser comprado y chancado, por ende la planta de chancado de mineros varios deberá ser diseñada para 60.000 [TMS/MES] en dos turnos de operación (esto incluye los sulfuros de mineros varios).
19
También
son importantes las capacidades de las operaciones unitarias al diseñar la planta de LIX‐SX‐EW, debido a la posibilidad de producir entre 500 [tmf/mes] y 600 [tmf/mes]. Por ejemplo el área aglomeración debe ser diseñado para un turno; las demás áreas tienen un crecimiento modular; lo importante es dejar los espacios disponibles para futuras ampliaciones.
La a encia de com ra el chancado del mineral fresco oxidado se encuentra físicamente en la planta concentradora por flotación. El producto es un material reducido 100 % ‐ ½”.
20
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
11
La
planta de Aglomeración y Lixiviación se encuentra ubicada en la Planta de LIX‐SX‐EW y son las primeras operaciones unitarias de esta. un ciclo de lixiviación total de 45 días de acuerdo a resultados metalúrgicos es posible recuperar el 75 % del cobre soluble en la Lixiviación primaria o pilas dinámicas. Dependiendo de las variables precio del cobre y precio del ácido , es decir ; considerar el punto de quiebre económico , es posible recuperar cobre a lo menos un 8 % en las pilas secundarias o permanentes ;lo que nos asegura una recuperación global de a lo menos 83 % en cobre soluble . No obstante lo anterior, también se puede conceptualizar solamente la lixiviación
En
decir,60 días ,con una recuperación esperada similar a la anterior ,del orden de 83 % en cobre.
21
Las
pilas de lixiviación son de tipo dinámicas ‐permanentes; y considera el tratamiento de dos tipos de materiales: mineral y ripios. a a men ac n e a p an a e correspon e a so uc ones r cas e lixiviación (PLS) transferidas desde las pilas primarias de la planta de lixiviación (LIX), con capacidad suficiente para sustentar la producción requerida.
Se
definió la conceptualización de una planta que combinara aspectos tecnológicos avanzados y conceptos de economías de inversión junto con aprovechar la ingenierías realizadas a las plantas de el Salado, Taltal Vallenar en su áreas SX‐ EW or lo ue estas áreas del proyecto se encuentran definida principalmente por lo realizado en dichos proyectos, y aproximadamente el 50 % de la inversión se concentra en estas áreas.
22
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
12
Se
prevé usar una planta de osmosis inversa para tratar el agua que se empleará en reposiciones al electrolito.
Otro
antecedente a considerar respecto a los proyecto, en las áreas de extracción por solventes y electroobtención de las plantas de el Salado y Taltal, es rescatar las mejoras actuales e integrarlas a la nueva planta de LIX‐SX‐EW del proyecto Alfa.
El área de emplazamiento de las nuevas áreas productivas fue
definida por Colo Colo en visita realizada a los terrenos disponibles.
23
3.1 PLANTA DE LIXIVIACION Las
pilas de lixiviación son de tipo dinámicas ‐permanentes; y considera el tratamiento de dos tipos de materiales: mineral resco y ripios rescos. Los ripios ser n irriga os con so uci n de refino, el efluente de los ripios drenará hacia la piscina de solución intermedia N°1 (ILS N°1) Desde esta piscina de solución intermedia se irrigaran las pilas primarias que están formadas por mineral fresco. El efluente de las pilas primarias drenara hacia la piscinas de solución intermedia N°2 (ILS N°2) y hacia la piscina de solución rica (PLS); la dirección la define el agotamiento de los sectores, que se controla a través de la concentración de cobre en el efluente.
24
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
13
3.2 PLANTA DE EXTRACCION POR SOLVENTES
El dimensionamiento de los equipos se efectúa a partir de consideraciones res ecto del ma or caudal circulante or la planta de capacidad 200 [tmf/mes]; además, en este caso se agrega un nuevo antecedente que tiene que ver con la concentración de cobre en la solución rica (menores a 6[g/l]) y con la concentración de extractante en la fase orgánica (bajo un nivel convencional de 21%), agregado a una baja tasa de decantación, hacen que los equipos sean de dimensiones mayores a los que actualmente se emplean en el Salado, Taltal y similares a Vallenar, presentando holguras que permiten una mayor concentración en el PLS con el consiguiente aumento de extractante, para obtener mayores cortes de cobre en un futuro lo que permitirían aumentos en la capacidad de producción .
25
Los
traspasos de cobre corresponden a combinaciones de caudal y de concentración de cobre, o de su transferencia entre extracción y re‐ extracción en el caso del orgánico.
En una primera etapa, a partir de soluciones ricas con una concentración de 6,0 [g/l] de cobre y una concentración de reactivo del orden de 20% en vo umen correspon en rans erenc as e , g con o que se ogra a producción deseada de 200 [tmf/mes] .
Dado que la lixiviación de planta Ovalle está orientada a la producción de soluciones para precipitación, con concentraciones iguales o superiores a 20 gramos de cobre por litro, largamente superior a la transferencia posible en el orgánico a la máxima concentración de reactivo indicada, resulta ser el caudal del orgánico el que fija el tamaño de los equipos para cualquier capacidad de producción.
Por
efectos de configuración, la mejor manera de usar las capacidades de transferencia del orgánico en una planta cuya capacidad se desea ampliar por etapas discretas, corresponde a una del tipo 2E + 1R+ 1L.
26
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
14
3.3 PLANTA DE ELECTRO‐OBTENCION La
capacidad de depositación de cada celda es directamente proporcional a la cantidad de cátodos que contenga.
La cantidad de cátodos por celda determina la corriente a entregar por el rectificador, a partir de la densidad de corriente que se elija para el sistema, y en este caso se consideró la capacidad de las celdas empleadas en los proyectos anteriores.
A
sugerencia de Colo Colo se emplearán cátodos permanentes y la adopción de sistemas semiautomáticos de despegue de cátodos.
27
El
costo de un rectificador es directamente proporcional a la corriente y poco variable en función del voltaje; según estas proporcionalidades, resulta económicamente(será cuantificado en la ingeniería básica) más conveniente adoptar un rectificador de menor corriente (esto es, asociado a celdas de pocos cátodos) y de mayor tensión (esto es, con un voltaje capaz de alimentar a varias celdas en serie), para lograr la capacidad total de producción a través de una mayor cantidad de celdas pequeñas en vez de hacerlo a través de pocas celdas .
28
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
15
4. DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES 4.1 Planta de Aglomeración y Lixiviación El mineral recibido desde planta de chancado se alimentará a
un silo, este silo descarga a una correa trasportadora, la cual alimentara en forma uniforme al tambor aglomerador de 1,6[m] de diámetro por 4,8[m] de largo donde se le adicionará ácido concentrado y agua. El tambor descarga el mineral aglomerado a un stacker que gira en 180°, el cual . acercan el mineral ya aglomerado al módulo de la pila primaria que se esta formando.
29
Este aglomerado cumple dos objetivos: El
objetivo físico es uniformar el tamaño de las partículas, ligando
los finos a los gruesos de tal manera de optimizar la percolabilidad del lecho posterior en pilas. El
objetivo químico es producir una transformación parcial o total
de los minerales de cobre oxidados presentes en la mena mineral en especies sulfatadas de cobre de fácil disolución en agua o soluciones ácidas diluidas; esta transformación ocurre en el estado sólido. El hecho de sulfatar en esta etapa da ventajas cinéticas de disolución, es decir, se acortan los ciclos de lixiviación en pilas.
30
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
16
el área que tiene como objetivo recuperar el máximo de cobre de los materiales con la mínima disolución de impureza s y el mínimo consumo de ácido. Es la encargada de suministrar las soluciones ricas o PLS con las concentraciones adecuadas y en los caudales determinados a extracción .
Es
producirán dos soluciones intermedias; la N°1 que es el drenaje de la lixiviación de ripios o secundaria y la N°2 que es el drenaje de la lixiviación de ciertos sectores mas agotados de la lixiviación primarias o de los minerales frescos.
Se
La
alimentación desde piscinas de PLS de la lixiviación a SX , se realizará . .
refino de la planta SX se retornará por bombeo desde la piscina de refino hacia la lixiviación secundaria o de ripios. Controlada por válvula y flujómetro.
El
31
La solución intermedia N°1 que es el drenaje de las pilas secundarias se retornará por bombeo desde la piscina de solución intermedia N°1 hacia la lixiviación primaria o lixiviación dinámica. Controlada por válvula y flujómetro. solución intermedia N°2 que es el drenaje de ciertos sectores agotados de las pilas primarias se retornará por bombeo desde la piscina de solución intermedia N°2 hacia los sectores menos agotados o de mejor ley en cobre de la lixiviación primaria o lixiviación dinámica. Controlada por válvula y flujómetro.
La
Los
ajustes en lixiviación se determinarán por cálculos en base a las concentraciones determinadas y a la producción deseada.
32
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
17
Esta planta incluye: Las
pilas primarias instaladas en una superficie mejorada para cumplir su función. Su área es de 20.000 [m2] y sus dimensiones 40 [m] x 500 [m], con una altura promedio de 2,5 [m]. Se divide
por sectores para el manejo de las soluciones y el destino final de estas son las piscinas de solución intermedia N°2 (ILS N°2) y la de la solución rica (PLS), el criterio es la concentración de cobre en las soluciones drenantes. Se construirán de un revestimiento de HDPE de 1,5 [mm] de espesor y debajo de este revestimiento se compactara con áridos gruesos, r os nos y arc as. Se e e cons erar un s stema detector de fugas.
33
Las
pilas secundarias instaladas en una superficie mejorada para cumplir su función. Su área basal en la terraza N°1 es de 210.000 [m2] y sus dimensiones 300 [m] x 700 [m], con una altura promedio de 2,5 [m]. Se construye por sectores hasta completar el área basal; en forma ripios que lo define el punto de equilibrio económico . El drenaje de estas pilas se denominan solución intermedia N°1 (ILS N°1) y su destino final es la piscina de ILS N°1.Desde esta piscina se irrigara los sectores mas agotados de las pilas primarias. construirán de un revestimiento de HDPE de 0,2 [mm] a 0,4 [mm] de espesor y debajo de este revestimiento se compactara con áridos gruesos, áridos finos y arcillas. Se debe considerar un sistema detector de fugas.
Se
34
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
18
Las
piscinas instaladas alrededor de las pilas. Se cuenta con 6 piscinas de las mismas dimensiones de forma tronco ‐ piramidal invertida que se construyen bajo la superficie; la capacidad de cada una es de 1.900 [m3].
La distribución es la siguiente:
• Una para la solución de refino proveniente de la planta de SX e irrigaran por bombeo las pilas secundarias. • Una para la solución intermedia Nº 1 proveniente del drenaje de la pila secundaria e irrigaran por bombeo los sectores más agotados en cobre de las pilas primarias. • Una para la solución intermedia Nº 2 proveniente del drenaje de los sec ores m s ago a os en co re e a p a pr mar a e rr garan por bombeo los sectores más ricos en cobre de las pilas primarias. El drenaje de estos sectores es la solución rica o PLS.
35
Una para la solución rica o PLS proveniente del drenaje de los sectores más rico en cobre de la pila primaria y desde aquí se bombea a la planta de SX.
Dos piscinas quedan como sumideros de emergencia.
36
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
19
4.2 PLANTA DE EXTRACCION POR SOLVENTES como objetivo generar los electrolitos ricos y limpios de concentración adecuada para electroobtención, a partir del
Tiene
extracción y reextracción por el orgánico al contactarse con un electrolito pobre en cobre y fuertemente ácido procedente de EW.
Esta planta incluye: Los
equipos mezcladores decantadores instalados en secuencia
para las etapas de extracción y reextracción, y corresponden a diseños probados de la ingeniería e instalados en diversas plantas del país.
37
construirán en FRP, con diseño modular para facilitar su montaje y mantenimiento, montado sobre estructuras metálicas.
Se
Cada
uno de ellos está configurado por mezcladores de dos cajas, de bombeo con rodete de succión de soluciones y de mezcla con agitador tipo hélice de tres aspas para mantener la suspensión. Tanto las cajas como los rodetes están diseñados para obtener altas eficiencias de mezclado y evitar la formación de sus ensiones ca aces de formar borras. Cuentan con variadores de frecuencia y sistemas de regulación de altura de los rodetes.
38
INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
