UNIVERSIDAD CATOLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS GEOLOGICAS Departamento Departamento de Ingeniería Metalúrg Metalúrgic ica a y Minas
PROCESO DE LIXIVIACION MANTOS BLANCOS INTEGRANTES: Felipe Armijo Rafael Diaz Daniela Santana PROFESOR CATEDRA: Norman Toro ASIGNATURA: Metalurgia Extractiva II CARRERA: Ingeniería Civil de Minas
Antofagasta, Chile 25 de octubre del 2017
Contenido 1.
Introducción......................................................................................................iv
2.
Fundamentos teóricos ...................................................................................... vi 2.2
Tipos de lixiviación .....................................................................................vi
2.2.1
Lixiviación en bateas: ..........................................................................vi
2.2.2
Lixiviación por pilas............................................................................. vii
2.2.3
Pilas ROM. ........................................................................................ viii
2.3
Proceso de aglomerado y curado. ........................................................... viii
2.3.1. Aglomerado .......................................................................................... viii 2.3.2 Curado ....................................................................................................ix 3.
Proceso Mina ................................................................................................... x 3.1 Chancado ...................................................................................................... x 3.1.1 Chancador primario ................................................................................. x 3.1.2 Chancador fino de óxidos ........................................................................xi 3.2
Aglomeración ............................................................................................ xii
3.2 Curado .......................................................................................................... xii 3.3
Lixiviación................................................................................................. xiii
3.3.1 Lixiviación en bateas ............................................................................. xiii 3.3.2 Lixiviación por Pilas ROM. .................................................................... xiv 3.4 4.
Estrategias de control de lixiviación ..........................................................xv
Bibliografía .....................................................................................................xvi
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Resumen La lixiviación ácida es el proceso más utilizado para la recuperación de cobre desde minerales oxidados. La rentabilidad de esta operación va a estar determinada por el consumo de ácido sulfúrico y el grado de extracción de cobre. Se sabe que un aumento en la concentración de ácido en las soluciones lixiviantes impulsa una mayor recuperación de cobre, pero también se produce un elevado consumo de ácido por especies reactivas de la ganga, lo que repercute negativamente en la economía del proceso. Actualmente la división Mantos Blancos, perteneciente a Mantos Copper utiliza el proceso de lixiviación para tratar el mineral oxidado que se explota. La siguiente investigación tiene como objetivos mostrar el proceso de lixiviación utilizado por esta minera, los procesos anteriores a esta etapa como la c onminución del material, y las variables que enfrentan al utilizar este proceso. El procesamiento de minerales oxidados incluye las e tapas de chancado, lixiviación, extracción por solventes y electro-obtención (SX-EW). La lixiviación se realiza en 12 bateas en donde se circulan soluciones ácidas, a través de lechos de mineral para disolver el cobre oxidado (soluble). Además, se lixivia mineral de baja ley de cobre en pilas estáticas y ripios antiguos en pilas dinámicas y estáticas. La solución resultante rica en cobre y de baja acidez (PLS), se conduce por gravedad a la planta de extracción por solventes (SX). En la planta SX, el cobre de la solución es extraído selectivamente por un extractante orgánico líquido, para obtener un electrolito rico en cobre que se envía a electro obtención (EW).
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1. Introducci ón El yacimiento de Mantos Blancos se ubica a 50 kilómetros al noroeste de Antofagasta, sobre el Trópico de Capricornio, y es conocido desde 1913, cuando era explotado a muy pequeña escala. Mantos Blancos comprende una mina a rajo abierto extrayendo minerales sulfurados y oxidados de cobre, que son tratados en plantas de chancado, concentradora, lixiviación, extracción por solventes y electro obtención (Mantos Copper, 2017).
Ilustración 1: Mapa ubicación Mantos Blancos.
El yacimiento de cobre y plata de Mantos Blancos está encajado en una secuencia de rocas volcánicas ácidas de edad triásica. La mineralización corresponde a cuerpos irregulares de óxidos y sulfuros de cobre con contenidos importantes de plata. Los minerales de cobre oxidado, con predominio de atacamita y crisocola, se presentan comúnmente en la zona superior de los cuerpos de sulfuros o asociados a zonas de fallas y de fracturamiento intenso. Los sulfuros de cob re presentes en el yacimiento son calcosina, bornita, calcopirita y covelina, co n predominio de los dos primeros. Estos se presentan como cuerpos irregulares de forma lenticular subparalelos a la estratificación, con una zona central-superior de alta ley en calcosina y bornita. En su parte inferior-lateral, con dimensiones variables de baja
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ley, se presenta bornita y calcopirita, y en los límites externos de ésta una zona de pirita que ocasionalmente puede estar asociada con calcopirita. La Hidrometalurgia requiere de las siguientes etapas: chancado, molienda, aglomeración, lixiviación, extracción por solventes y electro obtención. El presente trabajo está centrado en el proceso de lixiviación utilizado en Mantos Blancos, del cual se distinguen la lixiviación en bateas y po r agitación. El proceso general de Mantos Blancos consta de una etapa de Chancado Primario, que reduce el mineral a 100% bajo 5”, para posteriormente reducir a 100 % bajo ½”
en una etapa de Chancado Fino. El mineral es aglomerado con ácido sulfúrico y solución antes de lixiviar en bateas. De la etapa de lixiviación de obtiene una solución rica en cobre que alimenta la Planta SX. La etapa de extracción por solventes consta de dos etapas de extracción, dos etapas de re-extracción y una etapa de lavado. El electrolito obtenido pasa a la etapa de electrodepositación, obteniéndose cátodos con 99.99 % Cu.
Ilustración 2: Diagrama general proceso mina
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2. Fundamentos teóricos La lixiviación consiste en la disolución del elemento de interés del mineral, por acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en condiciones apropiadas. Los procesos de lixiviación presentan diferentes sistemas de operación los cuales se seleccionan de acuerdo con factores técnicos y económicos. Algunos de estos son: •
Reservas del mineral.
•
Comportamiento metalúrgico.
•
Caracterización mineralógica y
•
geológica.
•
•
Ley del elemento de interés en recuperar. Capacidad de procesamiento. Costos de operación y capital, entre otros.
2.2 Tipos de lixiv iación 2.2.1 Lix iviación en bateas:
La Lixiviación en bateas consiste en la utilización de una estructura de hormigón con forma de paralelepípedo, en donde se deposita el mineral previamente chancado para posteriormente cubrirlo con las soluciones de lixiviación hasta 1/2 o ·3/4 de su volumen. En la utilización de este método se dispone de una serie de bateas ubicadas en serie una contigua a la otra, donde cada batea está conectada a la siguiente de manera de permitir la circulación de la disolución entre estas, tal que las sucesivas recirculaciones permiten subir el contenido del metal de interés (generalmente cobre), tanto como para poder enviarlas a recuperación electrolítica directa. Dado que las bateas son sistemas de operación muy dinámica, son apropiados solamente para lixiviar minerales que presentan una cinética de disolución muy rápida. El ciclo de lixiviación en bateas es normalmente muy corto del orden de 6 a 12 días. La utilización de este método o torga una mayor rapidez al proceso de lixiviación ya que al estar el mineral total o parcialmente sumergido en la solución facilita la dilución de este. vi
El proceso permite el tratamiento de un volumen considerable de mineral ya que tiene la facilidad de conectar una serie de estas, aumentando la productividad del mismo. Las desventajas del método son su reducido campo de aplicación donde como ya se dijo debido a sus características dinámicas requiere de minerales de rápida cinética de dilución, además de la elevada inversión inicial requerida para la construcción de las bateas junto con la necesidad del tratamiento del mineral. 2.2.2 Lixivi ación por pilas La lixiviación en pilas (o ”heap leaching”) es un proceso hidrometalúrgico que
permite obtener cobre, contactando el mineral oxidado proveniente del chancado, con una solución acidulada, llamada refino, produciendo la disolución parcial o total del cobre, con el objetivo de recuperarlo, son de gran extensión, y en algunos casos de gran altura. El material extraído de la mina que contiene minerales oxidados de cobre es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener mineral de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida. Tipo de riego de acuerdo con ciertas condiciones operacionales y/o ambientales. • •
Riego por Goteo Riego por Aspersión
Una primera clasificación, define dos tipos básicos de sistemas de lixiviación en pilas: •
•
Pila permanente (piso desechable): el mineral es depositado en una pila desde la cual no se retirará el ripio una vez completada la lixiviación. Pila Renovable o dinámicas (piso reutilizable): se retira el ripio al final de la lixiviación y se remplaza por mineral fresco
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2.2.3 Pilas ROM. ROM (Run of Mine), es la pila formada por el mineral que se extrae directamente desde la mina sin un proceso previo de conminación, excepto en determinados casos donde de acuerdo con la ley es económicamente rentable realizar un proceso de chancado primario. Los minerales que se almacenan en estas pilas son de leyes muy bajas y requieren largos tiempos de lixiviación, que pueden ir desde meses incluso hasta años.
Ilustración 3: Simulación patio de lixiviación
2.3 Proc eso de aglomerado y c urado. 2.3.1. Aglom erado El proceso de aglomeración consiste en mezclar el material chancado con agua y ácido sulfúrico, de tal manera que las partículas finas se adhieran entre ellas y con las partículas más gruesas, formando lo que se con oce como glómeros. La cantidad de agua y ácido que se utiliza en el proceso de aglomerado s on factores que influyen en conseguir un proceso óptimo. El agua agregada en el proceso de aglomeración provee al material de una cohesión aparente, la cual ayudará a ligar el material fino con el grueso, formando un glómero, que, si bien no tiene una gran consistencia mecánica, sí es adecuado para el proceso productivo. La cantidad de agua que se debe agregar depende fuertemente de las características del mineral: contenido de finos, plasticidad de los finos, tamaño máximo de partículas, etc.
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2.3.2 Curado El concepto de curado consiste en agregar acido concentrado durante el proceso de aglomeración. Es un pre-tratamiento químico que mejora la respuesta cinética de disolución del cobre. Además, inhibe la disolución de sílice. En él se produce la sulfatación de los óxidos y algunos sulfuros al reaccionar con el ácido sulfúrico concentrado. Esta etapa se contempla con un reposo de uno a tres días que asegura la reacción del ácido presente, para luego comenzar la lixiviación del mineral. Para la distribución uniforme con ácido se podría usar un sistema de regadores dispuesto sobre la correa transportadora que taren los minerales hacia las pilas. Sin embargo, esta ventaja de carácter químico se ha incorporado en conjunto con otro desarrollo destinado a mejorar la permeabilidad de los lechos de mineral, mediante una modalidad de aglomeración de las partículas finas en torno a las más gruesas. Por esta razón, finalmente se ha concluido en la conveniencia generalizada de realizar ambas operaciones en una misma unidad mezcladora, consistente en un tambor rotatorio dentro del cual se adiciona tanto el agua para la aglomeración, como el ácido concentrado para el acondicionamiento uniforme del lecho del mineral.
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3. Proceso Mina Mantos Blancos comprende una mina a rajo abierto extrayendo minerales sulfurados y oxidados de cobre, que son tratados en plantas de chancado, concentradora, lixiviación, extracción por solventes y electro obtención (Mantos Copper, 2017).
3.1 Chancado 3.1.1 Chancador primario El mineral oxidado proveniente de la Mina es transportado por camiones de 175 toneladas de capacidad, los cuales descargan directamente en la taza del chancador giratorio Allis Chalmers de 42” x 65” (42” corresponde a la abertura superior de alimentación y 65” al diámet ro inferior del manto), con una potencia
instalada de 400 HP y una abertura de descarga de 3 ½”. El mineral chancado pasa a la recámara inferior para ser depositado uniformemente en el alimentador de las correas transportadoras. El alimentador es de zapatas, cuyas dimensiones son 72” x 9.5 metros, con una potencia de 40 HP. Estos
alimentadores van montados sobre rieles, los cuales cumplen dos funciones: facilitar la mantención del alimentador y a su vez, alimentar el circuito sulfuros independientemente. El mineral es trasportado mediante correas hasta el stockpile de gruesos, con capacidad de 45.000 toneladas. El Chancado Primario cuenta con sistema de control por PLC, el cual registra las señales de sensores de terreno y su estrategia de control está dirigido a proteger los equipos cuando las variables salen de su rango normal. Ilustración 4: Chancador Mantos Blancos
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3.1.2 Chancador f ino de óxi dos El mineral sale del stockpile por medio de dos alimentadores metálicos tipo Apron Feeders de 30” con velocidad variable, los cuales descargan el mineral a una faja la cual alimenta un harnero vibratorio Nordberg de 6’ x 12’.
El chancador secundario corresponde a un Symons Cono Estándar de 5 ½’, accionado con un motor de 194 HP y con una abertura de descarga de 13/16”.
El mineral grueso pasa a un harnero intermedio. El harnero corresponde a un Nordberg de 6’ x 12’, de doble deck. El primer deck con mallas de 1 ½” x 1 ½” y el segundo con 2 paños de 3/8” x 3/8” y el tercero de 3/8” x 3”. El producto fino del
harnero intermedio sale como producto final. El sobre tamaño pasa otro chancador intermedio. Este chancador intermedio corresponde a un Symons Cono Estándar de 5 ½’, accionado con un motor de 145 HP y con una abertura de descarga de 5/16”.
La tercera etapa de chancado, denominada terciaria, se realiza a través de cuatro chancadores de tipo Symons Cono Cabeza Corta (Short Head) de 5 ½”, los cuales son accionados por motores de 200 HP cada una, con una abertura de descarga de 3/16”. Desde la t olva intermedia de alimenta 8 harneros vibratorios Simplicity de 6” x 12” (2 por chancador terciario) de doble de ck. El primer deck tiene un paño de 1 ¼” x 5/8” y dos paños de 5/8” x 5/8”. El segundo deck cuenta con tres paños de 3/8” x 3/8”.
El mineral que pasa por el segundo deck es producto final. El rechazo del primer y segundo deck es recirculado a la tolva intermedia. La carga circulante bo rdea el 150 %. El mineral fino pasa a la etapa de aglomeración con una humedad de 1.5 % debido a la adición de agua a través del sistema supresor de polvo, con instalación de boquillas en todos los buzones de traspaso y tolva intermedia.
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3.2 Aglomeración
El mineral chancado pasa a una tolva para distribuir la alimentación hacia dos tambores aglomeradores mediante alimentadores de velocidad variable, los cuales descargan el mineral a una faja con pesómetro (Gacés, 2010). La adición de ácido sulfúrico y la solución refino se efectúa mediante control automático de válvulas en cada aglomerador, que actúan en lazo cerrado con la lectura de cada pesómetro. Los dos tambores aglomeradores actúan en paralelo presentan dimensiones de 8.5 metros de largo y 2.7 metros de diámetro, que operan con una inclinación de 5º con respecto a la horizontal y giran a una velocidad de 6.4 rpm, con un tiempo de residencia de 10 segundos y capacidad de beneficio de 375 TMS/Hr cada tambor. La solución de refino se adiciona a una tasa de 30 lts/tms y el ácido de acuerdo con el contenido de carbonato en el mineral, el cual es indirectamente controlado mediante la determinación de ácido residual en el mineral aglomerado y en el ácido residual en la solución del primer rebalse de cada batea. Ilustración 5: Planta de aglomerado
3.2 Curado 3.2.1 Curado en bateas El curado para las bateas se realiza de manera inmediata en los tambores aglomerador, se le adiciona agua y ácido al mineral a una taza de 8 kg/ton, luego de esto pasa a las bateas para ser cargado. 3.2.2 Curado en pilas ROM El curado en las pilas ROM es realizado durante 22 días, en los cuales la pila será regada por medio de aspersores, con una solución acido de 180 g/l. El riego se hará por 12 horas diarias en ciclos de 6 horas con regad ío y 6 horas sin regadío, conocido como riego a pulso. Se utiliza una dosis de 9,5 kg/ton y se riega a una taza de 7,5 l*h/m2. xii
3.3 Lixiv iación 3.3.1 Lix iviación en bateas La lixiviación en bateas consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acidulada que percola e inunda la batea. El flujo de la solución puede ser descendente o ascendente. Los minerales a tratar por este método deben presentar ciertas características para este proceso batch con ciclos de 3 o más días por batea. a) b) c) d)
Ley de cobre relativamente alto y mineralización expuesta Presentar porosidad para favorecer el ataque Generación de pocos finos durante la etapa de chancado y el ataque químico. Baja retención de humedad para mínima compactación del lecho
La lixiviación en bateas presenta una alta flexibilidad de operación, existiendo una amplia variedad de procedimientos de carguío, ataque ácido y lavados conforme a las características físicas y químicas del mineral. La percolación es un proceso dependiente del flujo a través del lecho y la transferencia de masa. La permeabilidad del lecho es el factor más influyente sobre la velocidad de percolación de la solución, en especial cuando se opera con flujo descendente. La técnica de cargar la batea afecta fuertemente a la permeabilidad, para esto debe evitarse la segregación por tamaño. Este efecto disminuye al aglomerar previamente el mineral, al cargar por capas delgadas, y al efectuar una cobertura inicial ascendente. En Mantos Blancos, las especies mineralógicas de óxidos de cobre que predominan en el mineral son la atacamita y la crisocola. La lixiviación se realiza en 12 bateas, cuyas dimensiones son 20mt de largo, 20 mt de ancho y 7.5 mt de altura útil, con una capacidad de 4.250 tms cada una. Las bateas están revestidas con capas de 5 mm (2 capas externas) y 3 mm (capa interna). xiii
Cada batea tiene un fondo filtrante de madera el cual permite la distribución de la solución entrante y soporta el lecho de mineral. El fondo falso lo constituyen principalmente tablas y vigas de ciprés y alerce, además de telas de polipropileno como medio filtrante. El ciclo promedio por batea es el siguiente: Carguío de batea
7.5 hrs.
Término de cobertura
0.5 hr.
Lixiviación primaria
35.0 hrs.
Lixiviación secundaria
35.0 hrs.
Drenaje de batea
5.0 hrs.
Descarga de batea
11.5 hrs.
Mantención
3.5 hrs.
Tiempo Total
98.0 hrs.
Tabla 1: Ciclo promedio por batea
3.3.2 Lix iviación por Pilas ROM. La lixiviación en Pilas de Mantos Blancos consiste pilas estáticas, a través de módulos con una dimensión de 100m * 50m, cada uno de estos módulos contiene 200000 toneladas de material. Las pilas son regadas por aspersores con una solución de ILS de 15 g/l a una taza de 7,5 l*h/m 2.
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3.4 Estrategias de con trol de lixivi ación El área de Lixiviación está dotada de un sistema de operación PLC para el control automático del puente de carga y el manejo de soluciones, operación remota de bombas y válvulas. La Sala de Control cuenta con dos estaciones de operación (pantallas) y dos pantallas de video para tres cámaras instaladas en el puente de carga El puente de carga opera automáticamente durante trece capas. Al llegar a la capa trece, genera una alarma sonora que indica que operador debe operar en forma remota o desde terreno para efectuar el remate del carguío En la pantalla se monitorea el número de capa, el nivel de llenado de la batea, velocidad de desplazamiento, velocidad de desplazamiento del puente (puede operar con dos velocidades). Con respecto al manejo de soluciones y demás equipos, desde las estaciones de operación se monitorean y controlan los siguientes parámetros: •
• • •
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• •
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•
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Flujo de alimentación de cada batea con un valor de referencia fijado por el operador. Status de válvulas de alimentación de solución refino. Status de motor de circulación de cada batea Elección de lixiviación primaria o secundaria de cada batea. Al elegir cualquiera de estas dos opciones de abren y cierran las válvulas automáticamente, de tal forma de alimentar con la solución correspondiente y enviar la solución de rebose a clarificadores o estanques de solución intermedia Operación remota de bombas de refino, con monitoreo de presión de descarga de cada bomba y status de válvulas de salida y motores. Operación remota de bombas de solución intermedia Monitoreo de los niveles de llenado de los estanques de solución intermedia y operación remota de las válvulas de alimentación y descarga de cada estanque Flujo de alimentación a cada clarificador con un valor de referencia fijado por el operador o por porcentaje de abertura de válvula. Ademá s de la operación remota de turbinas y rastras. Monitoreo de nivel de llenado de los estanques de almacenamiento de ácido sulfúrico. Operación remota de las bombas de traspaso de ácido y válvulas de alimentación a cada estanque. Monitoreo de los niveles de llenado de las piscinas de solución refino y PLS.
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4. Bibliogr afía
Mantos Copper, 2017. Operaciones. http://www.mantoscopper.org/mantos-blancos [En Línea]. GACES, Ingrid. Informe técnico Mantos Blancos, 2010. GUIACHETI, Diego. 2011. Consumo de ácido sulfúrico y cinética de lixiviación de un mineral oxidado de cobre. Universidad de Chile.
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