UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA MINAS PETRÓLEOS Y AMBIENTAL ESCUELA DE MINAS GRADO DE LIBERACIÓN METALURGIA EXTRACTIVA Docente: Ing. Edwin León
Estudiantes: Bravo Carlos Castillo Katherine Jacome Juan Muzo Jefferson Reascos David
Semestres Octavo
Fecha: 2018-05-15
Quito-Ecuador 1
2
.................................................................................................................................................................... 21
3
1. INTRODUCCIÓN En las plantas de tratamiento mineral, la eficiencia por lo general lo evalúan únicamente en base a resultados de análisis químico de los elementos que aparentemente son importantes, pero esto no da información acerca de las partes principales que intervienen en el proceso como son: las especies minerales, la morfología, dimensiones de las partículas, la forma como ellas están asociadas entre sí, estas determinaciones se pueden realizar mediante estudios mineralógicos de microscópicos. Uno de los pasos previos al proceso de tratamiento de minerales es romper los intercrecimientos naturales y obtener el mayor porcentaje de partículas libres. El grado de liberación es una magnitud en que la molienda es capaz de obtener partículas minerales libres, para su determinación solo se logra con estudios microscópicos, siendo un parámetro importante para el diseño de procesos de tratamiento, para aumentar la eficiencia de las plantas que están en operación y para evaluar el rendimiento de molienda lo cual permite reducir costos en estas operaciones
2. METODOLOGÍA La liberación de los minerales es fundamental para la ef iciencia de los procesos de tratamientos y como tal es un tema frecuentemente analizado por los especialistas. Mediante la revisión de literatura de diversos autores se busca obtener información acerca del grado de liberación que sirve previo al diseño de un proceso de tratamiento y realizar una descripción detallada de cómo interviene este grado de liberación en el proceso anteriormente mencionado. Si el estudio está orientado a obtener información previa al diseño de un proceso de tratamiento, una muestra del material, tal como sale de la mina, debe ser fragmentada suficientemente y luego separada mediante tamices con la finalidad de obtener una serie de fracciones granulométricas. Para realizar la descripción, ésta se apoyará en tablas o resultados obtenidos de la investigación de diversos autores en la determinac ión del grado de liberación.
4
3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la importancia del grado de liberación en la producción industrial de elementos a partir de diversos minerales.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar cuantitativamente el comportamiento de especies minerales durante el proceso de molienda.
Identificar los elementos necesarios para que se produzca una buena concentración.
Aprender sobre los equipos empleados en el proceso de liberación desde un mineral específico.
4. MARCO TEÓRICO Varios son los conceptos a considerar al momento de definir y entender el Grado de liberación, asi por ejemplo, conminución, concentración, tenor, liberación, etc. A continuación, se conceptualiza cada uno de ellos.
4.1. GRADO DE LIBERACIÓN La liberación se expresa como la cantidad o porcentaje de mineral de interés que queda libre del material estéril cuando se realiza una determinada reducción de tamaño. Cuando un mineral se fractura existen en el producto mineral liberado, ganga liberada y productos e intermedios, en los cuales está asociado mineral con ganga. Como se logra ver en la imagen siguiente luego de la trituración o molienda se tiene la separación de la mena y la ganga. (911Metallurgist, junio 28,2016) El termino liberación hace referencia en general a la separación de los componentes minerales de la ganga.
5
Figura 1:Liberación real para un mineral, partículas libres de mineral y su ganga Para obtener una buena separación es necesario moler a un tamaño muy pequeño y así asegurar que le mineral de interés se libere lo máximo posible.
Figura 2: Roca constituida por 4 minerales, 1 de ellos de interés y los de más son ganga
4.2. TRITURACIÓN Y CONMINUCIÓN Este término hace referencia a la reducción del tamaño de un material y como se observó en el punto anterior, es un proceso de s uma importancia en la liberación de los minerales de interés. Existen varios equipos para lograr este objetivo, Chancadoras, molinos rotatorios, de impacto y rodillos. Este proceso se divide en etapas:
Voladura
Trituración Primaria
Trituración Secundaria.
Molienda.
6
Las primeras etapas se realizan para facilitar el material proveniente de la mina, en los procesos de trituración y molienda el objetivo es separar el mineral de la ganga. (Ramos W (2010), Procesamiento de Minerales).
Figura 3: Procesos de Conminución. (Short Mining Course USFQ 2018, Dr. Grzegorz GALECKI)
Para estos procesos las características de los minerales son importante, entre las más influyentes esta la naturaleza del mineral, tamaño y la forma.
Figura 4: Forma de lo minerales. (Short Mining Course USFQ 20 18, Dr. Grzegorz GALECKI,)
Figura 5: Diámetro de las partículas. 7
Luego de los procesos de trituración y molienda, un proceso en donde es de importancia el grado de liberación es la concentración.
4.3. CONCENTRACIÓN DE MINERALES En esta operación, en términos generales, se eleva el tenor o concentración de una mena o mineral de interés, se usa equipos de separación sólido-sólido produciéndose una corriente enriquecida en minerales de interés.
Tabla 1: Métodos de Concentración y equipos usados.
4.4. TENOR Este término se asocia al porcentaje de mineral útil respecto a toda la masa de mineral extraído. Se puede definir como la relación que existe entre la cantidad másica de mineral de interés respecto a la cantidad másica o volumétrica en la mena. Se lo expresa en gramos de mineral útil por tonelada de material total o en porcentaje. El grado de liberación guarda una estrecha relación con la granulométrica o diámetro de las partículas luego de la molienda o trituración.
4.5. GRANULOMETRÍA 4.5.1. DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA Es la división las partículas del material en diferentes fracciones, fracciones que se caracterizan por un tamaño máximo y un mínimo.
D80 Hace referencia al tamaño máximo de partículas que constituyen la porción 80% más fina del material triturado. 8
Los diámetros de las partículas pueden ser expresadas en milímetros, micrones o en mallas, en la siguiente tabla se explica la relación entre estas escalas
Tyler Standard Screen Scale Mesh (malla) Micrones (µ)
Milímetro (mm)
Pulgadas (inch)
400
33
0.033
0.0012992
325
43
0.043
0.0016929
270
53
0.053
0.0020866
250
61
0.061
0.0024016
200
74
0.074
0.0029134
170
88
0.088
0.0034646
150
104
0.104
0.0040945
115
121
0.121
0.0047638
100
147
0.147
0.0057874
80
173
0.173
0.0068110
65
208
0.208
0.0081890
60
246
0.246
0.0096850
48
295
0.295
0.0116142
42
351
0.351
0.0138189
35
417
0.417
0.0164173
32
495
0.495
0.0194882
28
589
0.589
0.0231890
24
701
0.701
0.0275984
20
833
0.833
0.0327953
16
991
0.991
0.0390160
14
1168
1.168
0.0459843
12
1397
1.397
0.0550000
10
1651
1.651
0.0650000
9
1981
1.981
0.0779921
9
8
2362
2.362
0.0929921
7
2794
2.794
0.1100000
6
3327
3.327
0.1309843
5
3962
3.962
0.1559843
4
4699
4.699
0.1838543
3.5
5613
5.613
0.2209843
3
6680
6.680
0.2629921
2.5
7925
7.925
0.3120079
Tabla 2: Relación de escalas del tamaño de partículas. Con los conceptos definidos un tema importante a desarrollar es los modelos de distribución de partículas. Funcion de Distribucion Gate-Gaudin-Schuhmann También conocida como la distribución de Schuhmann, e la función matemática más utilizada para representa sistemas de partículas. En general, indica la distribución de tamaños de partículas que existe en una muestra
10
5. DESARROLLO Como ya se definió, El grado de liberación es una expresión cuantitativa de la magnitud en que la molienda es capaz de obtener partículas minerales "libres"; su determinación solo es posible mediante la utilización de estudios microscópicos, y dado que es un parámetro de importancia decisiva tal determinación debe basarse en una metodología técnica y científicamente bien fundamentada. La determinación del grado de liberación puede prestar una ayuda invalorable para diseñar procesos de tratamiento, para incrementar la eficiencia de plantas en operación e incluso, para evaluar el rendimiento de equipo de molienda y / o clasificación.
5.1. IMPORTANCIA DE LA CARACTERIZACIÓN DE LOS MINERALES En general, una asociación (intercrecida) mineral contiene una o varias especies minerales aprovechadas (menas) y un número igual o mayor de especies minerales estériles e incluso hasta indeséables (gangas), de tal manera que cualquier intento de agrupar selectivamente (concentrar) a las primeras requiere, como condición previa, de tratar de separarlas (liberarl as) lo mejor posible de otras menas y/o de las gangas, resulta por demás evidentemente que cualquier intento en esa dirección presupone conocer suficientemente la identidad de las especies minerales involucradas así como los tipos y grado de complejidad de los intercambios entre ellas. Para tal fin, las observaciones a simple vista y aun con ayuda de una lupa no definitivamente insuficiente y solo el estudio microscópico es capaz de revelar detalles verdaderamente significativos. (Paitan, 2012)
5.2. ANÁLISIS MODAL El análisis modal es el proceso por el que se obtienen el volumen porcentual, grado de liberación y los entrelazamientos de los minerales presentes en las muestras de concentrado.
11
Su determinación solo es posible mediante la utilización de estudios microscópicos
Esquema de Obtención de las muestras
Cabeza (Etapa Entrada)
•muetra del mineral tal como sale de la mina Molienda
•Muestra fragmentada suficientemente Concentrado (durante el proceso)
•Obtención del producto rico en metales el material que pasa es clasificado utilizando las mallas 20,48,65,100,190,270,400
METODOLOGÍA Es necesaria la preparación de muestras en sección pulida Se utiliza un contador de puntos, el cual se monta en la platina del microscopio
La muestra administra en una lámina delgada
Se observa a través del miscroscópio
Se miden líneas o puntos
12
Figura 6: Micrografias del grado de liberación de oro contenido en piritas, Paitan, 2012
5.3. CONTEO MICROSCÓPICO DE PARTÍCULAS Durante el desplazamiento de la sección pulida Sobre la platina de microscopio con espaciamiento constante sentido horizontal y vertical, se registra el tipo y características de las partículas minerales presentes en el campo de observación. De acuerdo al número de especies minerales que las constituyen, las partículas son clasificadas en libres (momominerales) o mixtas (poliminerales). Estas clasificación no está exenta de dificultades, dada la gran variedad geométrica que suelen presentar las asociaciones (intercrecimientos) minerales y dada también la eventual dificultad de estimar visual e incluso instrumentalmente el porcentaje de participación de los diversos constituyentes en el á rea total de la partícula para el caso de registro cuantitativo, es conveniente est ablecer un límite mínimo del área ocupada por cada una de las especies minerales participantes, a efectos de distinguir entre partícula libre y mixta. (Paitan, et al)
OBTENCIÓN DE VOLUMEN PORCENTUAL
Figura 7: Esquemas de estudio en microscopio, Paitan, 2012
13
El número de puntos es variable, pero en general se cuentan 1000 puntos
5.3.1. ESTUDIO EN EL MICROSCOPIO SIN FRAGMENTACIÓN PREVIA Los resultados de un estudio microscópico sobre nuestras representativas de la mineralización, sin fragmentación previa, permitirán identificar las especies minerales presentes y caracterizar las particularidades geométricas de sus intercrecimientos; contando con tal información será posible predecir cuales elementos químicos podrían ser aprovechados, cuales podrían interferir, que posibilidades y limitaciones existirán para conseguir liberar unas especies de otras y cual proceso o procesos de tratamiento resultarían apropiadas. Adicionalmente varios especialistas han pretendido utilizar este tipo de estudios microscópicos para predecir cuantitativamente el comportamiento de algunas especies minerales presentes, durante el proceso de molienda; para ellos, han desarrollado modelos orientados a formular una respuesta a la pregunta básica: cuan fino debe ser molido un material para liberar una fracción prescrita de determinada mena. (Rosero, 2016) Desde el modelo inicial de GAUDIN (1939), posteriormente perfeccionado (WIEGEL y LI, 1967), hasta el más reciente de KING (1979) todos ellos utilizan premisas bastantes irreales y forzadas, que representan una extremada simplificación del problema, si bien el modelo de KING (1979) aparece como muy elaborada desde el punto de vist a matemático requiere de un soporte instrumental muy sofisticado (analizador automático de imágenes con registro computarizado de las señales), que puede ser efectiva en el caso
14
Los modelos predictivos de los distintos autores están exclusivamente orientados a establecer las características del material que alimenta una planta y tienen poca o nula aplicación en problema relacionados con las otras etapas del proceso de tratamiento. (Paitan, et al)
Figura 8: Comparación entre la predicción teórica y la determinación experimental de la fracción liberada a diversos tamaños de grano. La concordancia con el modelo de King es algo mejor, con excepto de los tamaños por debajo de 100 y encima de 400 micrones (según King, 1979)
Figura 9: Partículas libres y mixtas producidas durante la fragmentación de una muestra en la que ocurren los especies minerales X, Y y Z. Se observa variedad de proporciones y arreglos geométrica en las partículas mixtas.
15
En una población como la mostrada en la figura anterior no existe mayor problema en considerar las partículas monominerales como perfectamente (mixtas) es necesario seguiremos reduciendo el tamaño de las partículas poliminerales (mixtas) es necesario asignarles una cierta magnitud de liberación. En efecto, es evidente que si seguiremos reduciendo el tamaño de las partículas más grandes de destinadas especies minerales tendrían a quedar libres: de modo que frente a una concepción dinámica del proceso de reducción de tamaño de granos, las partículas mixtas representan las condiciones correspondientes a un momento dado en el cual cada una de las especies minerales constituyentes han alcanzado un cierto porcentaje de liberación (> 0% < 100%)
16
Figura 10: Diversas etapas sucesivas durante la reducción de tamaño de una partícula mixta constituida por las especies minerales X e Y. Blanco = minera Y. Negro = mineral Líneas segmentadas = Dirección de esfuerzos de rotura
En la figura se observa el comportamiento hipotético y simplificado de una partícula mixta frente a sucesivas reducciones de tamaño provocadas por el agente externo (chancado y/o molienda). Es evidente que tal comportamiento dependerá tanto de:
las características intrínsecas de la partícula (composición, dimensiones, grado de cristalinidad.
De las especies minerales constituyentes
características geométricas del incremento características físico – mecánicas del agente externo
En las diversas etapas de evolución de partículas, mostradas (I, II.III, IV) hay que caracterizar la liberación para cada partícula y para cada etapa. Si se considera que en cada etapa se generan partículas prácticamente equidimencionadas y que sin embargo la liberación mostrada por cada partícula es diferente que a un determinado tamaño de grano las diferentes partículas presentan variadas magnitudes de liberación: por tanto es conceptualmente incorrecto utilizar el término “tamaño de liberación” en sentidos predictivo queriendo significar que si muele a determinado tamaño de grano todas las partículas alcanzaran una determinada liberación porque en realidad lo que resulta es una población heterogénea donde hay que calcular el promedio de las variadas magnitudes deliberación alcanzándolas por cada especie mineral. (Paitan, et al)
17
5.4. DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE LA LIBERACIÓN Si pasamos ahora a la determinación cuantitativa de la liberación alcanzada por cada especie mineral en el caso de partículas poliminerales o mixtas, es conveniente de acuerdo a la propuesta poliminerales o mixtas, establecer tanto el porcentaje de área que ocupa cada uno de los constituyentes como el porcentaje de superficie expuesta (periferia) que le corresponde.
Ambos valores pueden ser determinados microscópicamente mediante método automatizado o mediante métodos de estimación visual en casos muy particulares pero en el caso de mineralizaciones complejas y con reflectancias y colores muy similares entre las diferentes especies minerales, es preferible la estimación visual.
El porcentaje de área ocupada por cada una de las especies minerales, constituyentes puede ser estimado con una aproximación del 5% y de acuerdo a principios estadísticos conocidos, tal porcentaje de área son equivalente a porcentaje del volumen
Pero si bien la liberación perfecta es su utópica para la efectividad de los procesos de tratamientos es suficiente que las especies minerales alcancen un cierto grado de liberación al ver que corresponde al máximo rendimiento económico del proceso. Desde este punto de vista, dado que para cierto tamaño de grano una determinada especie mineral puede ocurrir tanto como la forma de partículas monominerales (libres) como poliminerales (mixtas), no es suficiente establecer en ciertas partículas aparecen totalmente libres, sino que es necesario caracterizar cuan libre puede ser considerado dicho mineral en las partículas mixtas en que participa. (Paitan, et al)
18
5.5. LA IMPORTANCIA DEL GRADO DE LA LIBERACIÓN EN LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DEL COBRE A PARTIR DE LA CALCOPIRITA La molienda requiere cantidades considerables de energía eléctrica y tiempo; lo mejor es evitar moler más de lo necesario para obtener una recuperación satisfactoria de cobre. Las operaciones industriales de reducción de tamaño de partícula de costo mínimo, el cual es ligeramente más grande que el de la recuperación máxima. La reducción de tamaño se realiza teniendo en cuenta:
Molienda en húmedo de las partículas trituradas en molino de bolas, mediante los cuales todas las fuerzas de abrasión, impacto y compresión contribuyen a quebrar la mena.
Una etapa importante en la molienda es tener certeza de que la descarga final del circuito de molienda sea de un tamaño de partícula suficientemente fino para lograr una concentración máxima. El material más grueso debe ser separado y regresado para que se vuelva a someter a molienda.
Es en ese sentido que la clasificación se denomina a la separación de un conjunto de partículas de tamaños heterogéneos en dos porciones; es decir finos y gruesos. La clasificación por tamaños se efectúa mediante el empleo de una serie de tamices, que permiten determinar en qué malla se logró la mayor liberación de mineral de calcopirita (Romero, Flores, & Arévalo , 2010)
La calcopirita se somete a un procesamiento del mineral: chancado, molienda y análisis granulométrico durante tiempos de molienda de 4, 8 y 12 minutos, con la finalidad de estudiar la cinética de molienda y ver el mayor grado de liberación que se dé en la malla.
19
EQUIPOS
Chancadora de quijada. Es el equipo que permite la primera etapa de reducción de tamaño de la partícula del mineral en el rango de 3/8”.
Molino de bolas. Es el equipo que permite la segunda etapa de reducción de tamaño de partícula de mineral en el rango de tamaño de malla -10.
Mufla. Es el equipo que permite el secado de la pulpa de mineral obtenida, luego de la descarga del molino de bolas.
Rot up. Es el nido de tamices, que permite la clasificación de tamaño de partículas de mineral molido según tamaño de abertura de los tamices empleados.
MATERIALES
Mineral: Sulfurado de cobre. Denominada también calcopirita.
Mallas: 42,50,80,100,150,200,325,-325. Son los tamices que se emplearán para la clasificación del mineral, una vez que se haya realizado la molienda y el secado de la pulpa de descarga del molino. (Romero, Flores, & Arévalo , 2010) Número de Malla Abertura (mm) Abertura (pulg) 45 0.354 0.0139 50 0.297 0.0117 80 0.177 0.0070 100 0.149 0.0059 200 0.074 0.0029 325 0.044 0.0017 Tabla 3: Dimensionamiento de la abertura de las mallas (Romero, Flores, & Arévalo , 2010)
5.6. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE MINERAL DE CALCOPIRITA PARA DETERMINAR LA LIBERACIÓN DE COBRE DURANTE 4, 8 Y 12 MINUTOS
20
MOLIENDA PARA 4 MINUTOS
Tabla 4: Análisis de Granulometría para 4 minutos (Ro mero, Flores, & Arévalo , 2010) Según el análisis granulométrico de mineral de calcopirita, el %Ac(+), es decir, porcentaje de acumulado retenido en las mallas, el que presenta mayor valor es el de la malla 325, cuyo valor es 96.24%.Por otra parte, el %Ac(-), es decir el porcentaje de pasante acumulado en las mallas, que presenta mayor valor es el de la malla 42. No obstante, el rango de liberación de mineral durante la molienda está en el rango de malla -100 Es en ese sentido que el %Ac(-) se dará en la malla Nº 150, cuyo valor será de 42.2%.
MOLIENDA PARA 8 MINUTOS
Tabla 5: Análisis de Granulometría para 8 minutos (Romero, Flores, & Arévalo , 2010)
21
Según el análisis granulométrico de mineral de calcopirita, el %Ac(+), es decir porcentaje de acumulado retenido en las mallas, el que presenta mayor valor es el de la malla 325, cuyo valor es 97.56%.Por otra parte, el %Ac(-), es decir el porcentaje de pasante acumulado en las mallas, que presenta mayor valor es el de la malla 50. No obstante, el rango de liberación de mineral durante la molienda está en el rango de malla 100.Es en ese sentido, que el %Ac(-) se dará en la malla 100, cuyo valor será de 46.46% (Romero, Flores, & Arévalo , 2010)
MOLIENDA PARA 12 MINUTOS
Tabla 6: Análisis de Granulometría para 12 minutos (Romero, Flores, & Arévalo , 2010) Según el análisis granulométrico de mineral de calcopirita, el % Ac(+), es decir porcentaje de acumulado retenido en las mallas, el que presenta mayor valor es el de la malla 325, cuyo valor es 96.44%. Por otra parte, el % Ac(-), es decir el porcentaje de pasante acumulado en las mallas, que presenta mayor valor es el de la malla 42. No obstante, el rango de liberación de mineral durante la molienda está en el rango de malla 100. Es en ese sentido que el % Ac(-) se dará en la malla -100, cuyo valor será de 57.18% Como se observa en el diseño experimental, la granulometría más adecuada para la recuperación óptima de cobre del mineral denominado calcopirita es de 56% Ac (-), donde la malla es de -150 y el tiempo adecuado de molienda es de 12 minutos, cuyos datos deben tenerse en cuenta al momento de diseñar los equipos industriales de producción continua del cobre a partir de la calcopirita.
22
6. CONCLUSIONES
Los resultados de un diseño experimental sobre muestras representativas de la mineralización permitirán identificar los parámetros adecuados para una recuperación óptima.
Los cambios en la mineralización de yacimientos hacen necesario el uso de microscopia como herramienta estratégica para tener mejoras metalúrgicas en un proceso.
La molienda está precedida de una sección de trituración y, por lo tanto, generalmente la granulometría de los minerales que entran a la sección de molienda es casi uniforme.
7. BIBLIOGRAFÍA Romero, A., Flores, S., & Arévalo , W. (2010). Análisis granulométrico para la producción indus trial del cobre a través de la calcopirita. Revista de Ingeniería Industrial , 1-6. Paitan, A. (2012). Determinación del grado de liberación mineral, Universidad Nacional del Centro del Perú Rosero,D (2016). Flotación de minerales, Mexico https://www.911metallurgist.com/metalurgia/grado-de-liberacion-de-particulas/ https://es.scribd.com/doc/59420970/D80 http://taninos.tripod.com/mallas.htm http://wramos18.blogspot.com/2010/06/conminucion-de-minerales.html Short Mining Course USFQ, 2018 (MISSOURI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY).
23
24
