INGENIERÍA METALÚRGICA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA MINERA Y METALÚRGICA SECCIÓN DE POSTGRADO APLICACIÓN DE MICROSCOPÍA EN EL PROCESAMIENTO DE MINERALES POR FLOTACIÓN TESIS PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIAS CON MENCIÓN EN INGENIERÍA METALÚRGICA PRESENTADO POR JOSE REMIGIO MANZANEDA CABALA LIMA-PERU 2010

2 2 RESUMEN Desde aproximadamente 1976 la evolución de la microscopia óptica en luz reflejada tuvo un desarrollo importante con la creación del sistema de grado de Liberación propuesto por el Dr. Cesar Cánepa, con el cual se logró hacer estudios sobre el esquema de identificación y cuantificación de especies minerales libres y mixtas en distintos puntos del proceso de flotación, especialmente en productos intermedios del circuito, los mismos que terminan gobernando las cargas circulantes del proceso de flotación. Paralelamente, la estadística básica permitió estudiar la correlación existente entre los valores bi-variables o dos series de datos independientes. La extensión de este concepto consiste en la aplicación de la regresión estadística entre los elementos químicos de un productofinal o intermedio- de flotación permitiendo determinar posibles relaciones mineralógicas según la significancia del estadístico t-student, el cual constituye la antesala del estudio de caracterización y conteo por microscopia óptica. En el presente trabajo de tesis se analizan 8 casos reales de aplicación en procesos metalúrgicos industriales por flotación desarrollados mediante el nuevo esquema denominado Regresión Estadística- Microscopia óptica, estableciendo en cada caso las ventajas de su aplicación y exponiendo como propuesta un nuevo formato de estudio microscópico para mejorar el aprovechamiento de la información contenida en un estudio de microscopia óptica obtenido mediante el sistema de Grado de Liberación.

3 3 ABSTRACT Since approximately 1976, the development of optical microscopy in reflected light has achieved important levels with the creation of the liberation degrees system, proposed by Dr. Cesar Cánepa; this system has made possible studies in an identification scheme and quantification of mineral species, both free and combined, in different stages of the flotation process, specially for intermediate products of the circuit, which will finally govern the circulating loads of the flotation process. Meanwhile, basic statistics achieved good development as well, studying the existing correlation between bi variable values or two series of independent data; the extension of this concept is applying statistical regression among chemical elements of a final or intermediate flotation product, hence allowing determining different mineralogical relationships in accordance to the significance of the t-student statistical parameter. This would then become a previous step for a following characterization study and optical microscopy count. This thesis work analyzes 8 real application case studies for industrial processes on this new optical microscopy statistics regression scheme, analyzing for each one of them the advantages of its application for industrial flotation metallurgy processes, establishing an important format proposal of a microscopy study that will allow taking advantage of the information contained in an optical microscopy report with the liberation degree system.

4 4 TABLA DE CONTENIDOS I. Introducción II. Objetivos Objetivos Generales Objetivos Específicos III. Generalidades del proceso de Flotación El proceso de flotación Controles de los parámetros de Flotación Analizador químico en Línea: Courier Cargas circulantes en molienda y corte de clasificación Factor Metalúrgico y la performance metalúrgica IV. Marco Teórico Introducción Regresión Estadística Microscopia Óptica V. Microscopia y Estadística en procesamiento de minerales Caso uno: Estudio de flotación bulk y remolienda Caso dos: Estudio de Concentrado de Plomo Caso tres: Estudio de un Concentrado de Zinc Caso cuatro: Estudio de un Mineral de cabeza Caso cinco: Estudio de un Relave final Caso seis: Bismuto en un concentrado de Plomo Caso siete: Cinética de Flotación de cobre Mixtos Caso ocho: Cinética de Flotación de cobre Supergeno VI. CONCLUSIONES Conclusiones Generales Conclusiones Específicas VII. BIBLIOGRAFIA

5 5 LISTADO DE CUADROS Cuadro N 1.- Ventana de ingreso principal al paquete Outocal Cuadro N 2.- Counts de energia para las 6 primeras muestras Cuadro N 3.- Analisis Quimico para las 6 primeras muestras Cuadro Nº 4.- Ventana principal de calibración del Outocal Cuadro N 5.- Cuadro de regresión exploratoria Cuadro N 6.- Gráfico con banda de ajuste por regresión... 33

6 6 LISTADO DE TABLAS Tabla N 1.- Factor metalúrgico comparativo Tabla N 2.- Cálculo de la Correlación de Spearman Tabla N 3.- Datos para el cálculo de relación lineal X e Y Tabla N 4.- Datos para regresión en Hoja de Cálculo Tabla N 5.- Datos para Cálculo de Determinación Tabla N 6.- Coeficiente de Determinación con Hoja de Cálculo Tabla N 7.- Análisis granulométrico valorado en flotación bulk Tabla N 8.- Resultado de regresión por pares de elementos químicos Tabla N 9.- Análisis químico en concentrado de plomo Tabla N 10.- Ejemplo de cálculo manual para función Rosin-Rammler Tabla N 11.- Plantilla de diseño hexagonal en variable real Tabla N 12.- Procedimiento de flotación batch Tabla N 13.- Rango de variables para el diseño factorial Tabla N 14.- Plantilla y resultados del diseño factorial Tabla N 15.-Resultados de la regresión del diseño factorial Tabla N 16.- Plantilla con interacciones Tabla N 17.- Resultados de la regresión con interacciones Tabla N 18.- Resumen del estudio microscópico por grado de liberación Tabla N 19.- Análisis valorado flotación bulk Tabla N 20.- Correlación y t-student por elementos Tabla N 21.- Denominación y propiedades de las especies minerales Tabla N 22.- Conversión de vol% a peso% Tabla N 23.- Mixtos y libres por especies % en volumen y % relativo Tabla N 24.- Grado de Liberación de los amarres mixtos dobles (binarios) Tabla N 25.- Resultados metalúrgicos comparativos Tabla N 26.- % de especies minerales de partículas libres y/o mixtas Tabla N 27.- Análisis granulométrico valorado para Concentrado de Plomo Tabla N 28.- Resultado de regresión para Concentrado de Plomo Tabla N 29.- Especies presentes en Concentrado de Plomo Tabla N 30.- % en Peso equivalente para Concentrado de Plomo Tabla N 31.- Grado de Liberación total para Concentrado de Plomo Tabla N 32.- % en volumen de galena Libre y en mixtos Tabla N 33.- Conversión de % en volumen a % en Peso Tabla N 34.- Porcentaje relativo de libres a mixtos Tabla N 35.- Grado de liberación en el mixto gn/py Tabla N 36.- Grado de Liberación de los mixtos más frecuentes Tabla N 37.- Análisis granulométrico valorado del concentrado de zinc Tabla N 38.- Correlación y t-student entre elementos químicos Tabla N 39.- Especies mineralógicas en el concentrado de zinc Tabla N 40.- Porcentaje de malla equivalente en concentrado de zinc Tabla N 41.- Grado de Liberación Total en el concentrado de zinc Tabla N 42.- % en volumen de esfalerita en concentrado de zinc Tabla N 43.- Conversión a % en peso de especies del concentrado de zinc Tabla N 44.- Porcentaje de Libres y mixtos en el concentrado de zinc Tabla N 45: Grado de Liberación del mixto GGs/ef del concentrado de zinc. 131 Tabla N 46.- Grado de liberación de los mixtos del concentrado de zinc Tabla N 47.- Análisis granulométrico valorado de Mineral de Cabeza Tabla N 48.- Correlación y t-student entre elementos

7 Tabla N 49.- Especies minerales presentes en mineral de Cabeza Tabla N 50.- Malla equivalente en Mineral de cabeza Tabla N 51.- Grado de Liberación Total mineral de Cabeza Tabla N 52.- % en volumen de Libres y Mixtos de esfalerita Tabla N 53.- Conversión a % en Peso de especies de mineral de cabeza Tabla N 54.- % Relativo de libres y mixtos de especies mineralógicas Tabla N 55.- Grado de Liberación en el mixto GGs/ef Tabla N 56.- Grado de liberación de esfalerita en los mixtos más frecuentes. 152 Tabla N 57.- Análisis granulométrico valorado de Relave final Tabla N 58.- Resultados de regresión entre elementos del Relave Tabla N 59.- Especies mineralógicas presentes en Relave Final Tabla N 60.- Porcentaje en peso equivalente en el Relave Final Tabla N 61.- Grado de Liberación Total por especies en Relave final Tabla N 62.- % Volumen de Esfalerita para la muestra total Tabla N 63.- Conversión de % volumétrico a % en peso Tabla N 64.- Libres y Mixtos en Relave final Tabla N 65.- % Vol. y Grado de Liberación mixto GGs/ef del relave final Tabla N 66.- Mixtos frecuentes y grados de liberación en Relave final Tabla N 67.- Cuatro pruebas de flotación batch Tabla N 68.- Regresión entre elementos químicos para cuatro pruebas Tabla N 69.- Primera prueba de flotación batch mineral de bismuto Tabla N 71.- Prueba de flotación Batch No Tabla N 70.- Correlación y t de la primera prueba de flotación batch Tabla N 72: Resultado de correlación y t para la cuarta prueba batch Tabla N 73.- Análisis químico de la cabeza de mineral mixto Tabla N 74.- Análisis químico de las cuatro etapas de flotación Tabla N 75.- Resultado de regresión entre elementos químicos Tabla N 76.- Especies presentes: Espumas de flotación mixto Tabla N 77.- Peso equivalente de cuatro periodos de tiempo de flotación Tabla N 78.- Grado de Liberación ponderado por especie mineralógica Tabla N 79.- Grado de Liberación por especie :-etapa rougher Tabla N 80.- Grado de Liberación por especie : etapa scavenger Tabla N 81.- Porcentaje volumétrico Total para la especie calcopirita Tabla N 82.- % Vol. y conversión a % en Peso para todas las especies Tabla N 83.- Porcentaje relativo de libres y mixtos por especies Tabla N 84.- Grado de Liberación de CuSEC con py y GGs: etapa rougher Tabla N 85.- Grado de Liberación de CuSEC en mixtos con py y GGs Tabla N 86.- Porcentaje en peso de cada especie y por periodo Tabla N 87.- Peso en gramos de cada especie por periodo de tiempo Tabla N 88.- Recuperación relativo de cada especie por periodo de tiempo Tabla N 89.- Análisis químico de la cabeza de mineral Supergeno Tabla N 90.- Análisis químico de las cuatro etapas de flotación Tabla N 91.- Resultado de regresión entre elementos químicos Tabla N 92.- Especies observadas: Espumas de flotación Supergeno Tabla N 93.- Peso equivalente de cuatro periodos de tiempo de flotación Tabla N 94.- Grado de Liberación ponderado por especie mineralógica Tabla N 95.- Grado de Liberación para la etapa rougher Tabla N 96.- Grado de Liberación para la etapa scavenger Tabla N 97.- Porcentaje volumétrico total para la especie cpps Tabla N 98.- Porcentaje volumétrico y conversión a % en Peso por especies 226 Tabla N 99.- Porcentaje relativo de libres y mixtos por especies

8 Tabla N Grado de Liberación de CuSEC con py y GGs: etapa rougher. 229 Tabla N Grado de Liberación de CuSEC en mixtos con py y GGs Tabla N Porcentaje en peso de cada especie y por periodo Tabla N Peso en gramos de cada especie por periodo de tiempo Tabla N Recuperación relativo de cada especie por periodo de tiempo 232 8

9 9 LISTADO DE FIGURAS Figura N 1.- Esquema de un proceso ideal de flotación Figura N 2.- Esquema de instalación del analizador Courier Figura N 3.- Relación de Carga Circulante y corte de clasificación D Figura N 4.- Diagrama de Flotación Flash-Bulk Pb-Cu de Atacocha Figura N 5.- Esquema de remolienda indirecta - modelo Atacocha Figura N 6.- Fotografía y espectrograma del mineral de pb-bi-ag

10 10 LISTADO DE FOTOGRAFÍAS Fotografía N 1.- Calcopirita y esfalerita, un ensamble frecuente Fotografía N 2.- Variedades de sulfuros de cobre Fotografía N 3.- Cobre gris portador de arsénico y antimonio Fotografía N 4.- Sulfuros de hierro: pirita y pirrotita Fotografía N 5.- Galena liberada desde molienda primaria Fotografía N 6.- Mixtos de esfalerita y galena Fotografía N 7.- Bournonita mena de cobre con alto plomo inherente Fotografía N 8.- Concentrado de Plomo: calcopirita y covelita cp Fotografía N 9.- Concentrado de Plomo: esfalerita tipo Fotografía N 10.- Concentrado de plomo: esfalerita tipo Fotografía N 11.- Concentrado de Plomo - Calcopirita invadida por covelita Fotografía N 12.- Concentrado de plomo: Esfalerita tipo Fotografía N 13.- Concentrado de Plomo: sulfuro secundario de cobre Fotografía N 14.- Concentrado de Plomo: esfalerita/galena Fotografía N 15.- Concentrado de Plomo: pirita/galena Fotografía N 16.- Concentrado de Plomo: Mixto de galena con pirrotita Fotografía N 17.- Concentrado de Zinc: Mixto de ef-py-po-cp Fotografía N 18.- Concentrado de Zinc: Esfalerita del tipo Fotografía N 19.- Concentrado de Zinc: Pirita y pirrotita Fotografía N 20.- Concentrado de Zinc: galena libre Fotografía N 21.- Concentrado de Zinc: Calcopirita y esfalerita tipo Fotografía N 22.- Concentrado de Zinc: mixto de galena con esfalerita Fotografía N 23.- Concentrado de Zinc: pirita y pirrotita con esfalerita Fotografía N 24.- Concentrado de Zinc: mixto de pirita con esfalerita Fotografía N 25.- Concentrado de Zinc: mixto de gangas con esfalerita Fotografía N 26.- Mineral de cabeza: Especies varias ef-py-po-ggs Fotografía N 27.- Mineral de cabeza: esfalerita del tipo Fotografía N 28.- Mineral de cabeza: mixto esfalerita/pirrotita/esfalerita Fotografía N 29.- Mineral de cabeza: mixto pirrotita/galena Fotografía N 30.- Mineral de cabeza: mixto esfalerita/gangas Fotografía N 31.- Mineral de cabeza: mixto esfalerita/gangas Fotografía N 32.- Mineral de cabeza: mixto esfalerita con pirita y ganga Fotografía N 33.- Relave final: esfalerita en mixto con gangas Fotografía N 34.- Relave final: esfalerita en mixto con gangas Fotografía N 35.- Relave final: pirrotita con galena Fotografía N 36.- Mineral mixto de cobre: calcopirita cpps Fotografía N 37.- Mineral mixto de cobre: cobres secundarios Fotografía N 38.- Mineral mixto de cobre: pirita tipo pysec Fotografía N 39.- Mineral mixto de cobre: Oro con cpps Fotografía N 40.- Mineral mixto de cobre: Oro con calcopirita (CuFeS 2 ) Fotografía N 41.- Mineral Supergeno de cobre: calcopirita como cpcs Fotografía N 42.- Mineral Supergeno de cobre: cobres secundarios Fotografía N 43.- Mineral Supergeno de cobre: pirita encapsulada pysec Fotografía N 44.- Mineral Supergeno de cobre: pirita como pysec Fotografía N 45.- Mineral Supergeno de cobre: pirita encapsulada pysec

11 11 LISTADO DE GRÁFICOS Gráfico N 1.- Correlación perfecta positiva Gráfico N 2.- Correlación perfecta negativa Gráfico N 3.- Ninguna correlación X e Y Gráfico N 4.- Correlación alta y positiva Gráfico N 5.- Correlación baja y negativa Gráfico N 6.- Tendencia lineal entre X e Y Gráfico N 7.- Distribución de plomo por mallas Gráfico N 8.- Cinética de flotación Mixto por especies Gráfico N 9.- Cinética de flotación Supergeno por especies

12 12 NOMENCLATURA DE ESPECIES MINERÁLOGICAS Nombre Abreviatura Formula Quimica Peso Especifico Arsenopirita apy FeAsS 6.0 Calcopirita cp CuFeS Calcopirita Tipo 2 cpps CuFeS 2- CuS 4.6 Cobre Secundario Cu Sec CuS n 5.7 Cobres-Grises CuGRs CuSbAs,S,Ag 4.8 Covelita cv CuS 4.8 Digenita dg Cu 2 S 4.8 Esfalerita ef ZnS 4.2 Esfalerita tipo 2 ef 2 ZnS-CuFeS Esfalerita tipo 3 ef 3 ZnS-FeSx 4.2 Esfalerita tipo 4 ef 4 ZnS-CuGrs 4.5 Galena gn PbS 7.2 Gangas GGs variado 2.7 Hematita he Fe 3 O Magnetita mt Fe 2 O Pirita py FeS Pirita tipo 2 pysec FeS 2 -CuS n 4.8 Pirrotita po FeS x 5.0

13 13 MICROSCOPIA APLICADA AL PROCESAMIENTO DE MINERALES I. Introducción El presente trabajo de tesis es un resumen de investigaciones realizadas sobre la aplicación de herramientas estadísticas de regresión y el uso de microscopia de opacos en operaciones metalúrgicas relevantes como flotación por espumas. En la parte inicial del trabajo se desarrollan criterios básicos respecto a los principios del proceso de flotación; así como, sobre los conceptos fundamentales de estadística de regresión, filosofía de aplicación de un analizador en línea Courier y la introducción de un nuevo criterio de evaluación metalúrgica denominado Factor Metalúrgico. El nuevo sistema de investigación y aplicación metalúrgica se desarrolla mediante la presentación de ocho casos reales explicados en secuencia lógica, paso a paso, demostrando que su aplicabilidad pueda convertirse en una herramienta de enlace entre la geología y metalurgia apoyando el nuevo concepto de Geometalurgia.

14 14 II. Objetivos 2.1 Objetivos Generales Mostrar la aplicación de la microscopia óptica con el criterio Grado de Liberación como una herramienta importante para la toma de decisiones en las diversas etapas del procesamiento de minerales por flotación. Renovar conceptos alrededor del proceso de flotación industrial y su aplicación práctica en el control de operaciones. Generar nuevas alternativas de investigación en la metalurgia del procesamiento de minerales. 2.2 Objetivos Específicos Mostrar el uso de regresión estadística para correlacionar resultados de análisis químico como etapa previa a la aplicación de la microscopia óptica, a fin de orientar mejor el estudio de las especies mineralógicas y sus relaciones entre ellas. Presentar diversos ejemplos de aplicación práctica en casos reales y desarrollar un esquema de estudio de microscopia óptica que sea aplicado con mejor ventaja en la optimización del proceso de flotación industrial. Desarrollar un esquema de estudio bajo el microscopio óptico que sea considerado útil en el nuevo concepto moderno de geometalurgia.

15 15 III. Generalidades del proceso de Flotación 3.1 El proceso de flotación La flotación hace posible la recuperación económica de recursos minerales de baja ley, siendo, posiblemente, la tecnología más importante desarrollada para el tratamiento de los minerales. Siempre se pensó que era un arte lograr que una partícula mineralizada se vuelva hidrofóbica, se junte a una burbuja de aire y, formando un conjunto de menor densidad que el agua, flote hacia la superficie. La selectividad y el desarrollo logrado finalmente en la flotación hasta nuestros días (indistintamente del tipo de celdas), hacen que estos conceptos se expliquen cada vez mejor. Ahora, en el tercer milenio, podríamos afirmar que flotar no es un arte porque para tener éxito en flotación es necesario controlar desde la calidad del mineral en mina, el producto chancado a molienda, la liberación de los valiosos y posible aplicación de flotación flash, densidades de pulpa en las etapas de flotación, calidad y dosificación automática de reactivos, control de cargas circulantes y remolienda de medios de flotación, automatización de equipos en control de nivel de pulpa, control automático de ph, uso de analizador químico en línea como apoyo importante a las decisiones de flotación y, además, estar preparados para el esquema de futuro para plantas concentradoras por flotación como se ve en el diagrama siguiente:

16 16 SALA DE CONTROL PSI Courier Froth control Ore Silos FT FC Variable Speed Belt FT FC DT DC A Reagent setpoint Air setpoint Cell level setpoint Reagent FT Air FT FC FC Lc Cell Level ph LT LT A JT LC A A Variable Speed pump A A Analysis Sample Points Figura N 1.- Esquema de un proceso ideal de flotación En la figura anterior, se aprecia un esquema del proceso ideal de flotación. El mismo se controlará desde una sala de mando que estabilizará la relación agua/mineral en molienda y el producto de clasificación -alimento final a flotación- será monitoreado por un analizador de tamaño de partículas PSI, si el producto es grueso bajará ligeramente el tonelaje de las fajas alimentadoras al molino; y, si es fino incrementará el mismo. Las válvulas y flujómetros de agua obedecerán a estos cambios para mantener el equilibrio del sistema de molienda y alimentar a flotación un mineral valioso liberado y con un porcentaje de sólidos estable. Luego, la pulpa que ingresa al circuito de flotación tendrá varios puntos de ensaye químico instantáneo con un analizador en línea el más conocido es el COURIER de OUTOTEC- y también se instalarán sensores de tamaño de burbuja (FROTH MASTER) que tomen decisiones sobre la cantidad de aire a la celda y el nivel de pulpa según el tamaño y velocidad de las burbujas mineralizadas. Lo que aún no se puede lograr ni en plantas de solo flotación de cobre (que son las más simples) es que la dosificación de reactivos sea controlada por un sistema experto o automático. Es aquí, donde interviene la mineralogía de la mena. Por

17 17 ejemplo, una ley química de cobre en un mineral de cabeza - entregada por el analizador químico en línea- difícilmente podrá explicar si se trata de calcopirita, cobres secundarios(covelita, calcosita, bornita, digenita) o cobres grises (tetrahedrita típico portador de plata). Por eso, es que el desarrollo de la microscopia y la aplicación de diseño experimental se tornan importantes para la investigación metalúrgica por lo que el progreso que se logre en estas investigaciones justifica la permanente participación del factor humano como elemento decisivo en la conducción del proceso de flotación. La flotación difícilmente será reemplazada en los próximos años, su relevancia en el procesamiento de los minerales aún no ha sido medida en su verdadera magnitud. Este proceso tiene gran influencia en la metalurgia extractiva ya que sin él difícilmente hubiera podido desarrollarse sistemas posteriores, como los de tostación, conversión, fusión y refinación para obtener metales de consumo; y, en general, la minería no mostraría los niveles actuales de desarrollo, que permiten elevar el volumen de reservas minerales abriendo la posibilidad de flotar minerales de contenido químico valioso más bajo. 3.2 Controles de los parámetros de Flotación Para operar eficientemente un proceso de flotación se requiere considerar los siguientes aspectos básicos: a. Los reactivos (colectores, espumantes, modificadores) deben ser de calidad y pureza reconocida controlados en cantidad con un adecuado sistema dosificador. Asimismo, las concentraciones de preparación deben ser verificadas con densímetros de vidrio.

18 18 b. En lo posible, no se deberá agregar depresores y colectores en un mismo punto; menos, si son depresores incompatibles como el Cianuro de sodio y Bisulfito de sodio. c. Los relaves de la etapa de limpieza requieren generalmente, remolienda; y, para estabilizar circuitos este remolido deberá ser recirculado a la cabeza CERRANDO CIRCUITO. No hay peor evento que el recircular productos intermedios sin generar otro tipo de superficies, como ocurre en remolienda; y, será mejor acondicionar previamente. d. Si existe circuito ABIERTO se deberá cuidar ese remolido ya que generalmente es de alta ley que puede desestabilizar el relave final; salvo, se instale un nuevo circuito de agotamiento previo. En términos simples, no se debe abrir un circuito si no hay disponibilidad de un banco de flotación que agote este nuevo flujo remolido antes de hacer un descarte a relaves finales. e. De ser posible, se deberá elegir un solo colector principal. Hay que considerar que el 80% de la flotación mundial usa xantato isopropilico o Z11, típico para su operación: A31 para Uchucchaccua; Z11 para Brocal; A125 para Milpo; A238 para Condestable; Z11 para Raura y Atacocha. Se recomienda no usar productos que tengan como base el ácido cresílico por ser un producto dañino para la salud y, porque además, tiene comportamiento inestable en flotación. Se conoce que el ácido cresílico no siempre tiene el mismo contenido de cresoles, fenoles y xilenoles. Es amorfo y su composición es indefinida. f. Investigar y probar a nivel industrial mezclas de reactivos auxiliares. Ejemplos: en Huarón es 208/A31, en Huanzalá es MIBC/A208; en

19 19 SIMSA es A1404/Z11, en Atacocha es MIBC/tionocarbamato. En Condestable A238 con Aerophine 3418 g. Considerar que el mineral abastecido es fundamental. Si hay óxidos, los relaves serán altos. Si en flotación polimetálica hay sales solubles de cobre, los desplazamientos de zinc al concentrado de plomo serán mayores a lo normal. Será importante conocer la mineralización de valiosos y ganga que se procesarán por flotación, en el día a día, mes a mes y la proyección por lo menos del año. h. El reactivo apropiado para neutralizar las sales solubles de cobre es la Cal; pero, el más enérgico y, posiblemente el más efectivo es la soda cáustica. Pero, sí, como es común, no se puede controlar la acción de las sales solubles de cobre, será necesario preparar una mezcla adecuada o blending de tipos de minerales a fin de atenuar el problema. i. Definir adecuadamente granulometría de molienda a la cual ya estén liberados los valores de las gangas. Este último, por Microscopía de Opacos en la descarga de molienda primaria. Estas cargas circulantes y corte de clasificación deberán proveer a la flotación partículas minerales valiosas suficientemente liberadas. j. Definir también necesidades de remolienda; y si es de espuma scavenger, remoler relaves de limpieza o una mezcla de ambos, las cuales se denominan mixtos de flotación. También puede ser importante remoler espumas de la primera etapa de flotación. En general, el remolido de espumas de flotación rougher se aplica en la gran minería del cobre. k. Definir el ph en las etapas de flotación. En lo posible regular con lechada de cal en circuito cerrado y control automático. Por razones de seguridad y cuidado de la salud la cal sólida deberá ser hidratada

20 20 y no debe manipularse cal viva. Cuando la cal no es de calidad reconocida presenta residuos de carbón que consumirán Xantato desestabilizando frecuentemente los consumos de este colector. El ph de la cal tiene un límite máximo. Considerar que la adición de soda caustica en una relación en peso de 20:1 cuando se prepara lechada de cal permite obtener un producto que maneja mejor el control y el resultado de los concentrados a un menor consumo relativo de cal l. Recuperar el agua de concentrados y relaves buscando el punto más adecuado para recircularlas por su contenido de iones y su ph. La relación de uso de agua en los procesos de flotación es muy alta (4TM de agua por 1TM de mineral). No siempre hay disponibilidad de agua fresca por lo que la re-utilización de aguas industriales se torna en una necesidad cada vez más importante en minería. La separación del agua y el mineral depende de un floculante adecuado que sedimente sólidos hasta que las aguas recuperadas tengan no más de 20 ppm de sólidos. Este concepto constituye una forma práctica de evitar excesos en el uso de reactivos de flotación y recuperar la mayor cantidad de agua para volverla a usar en el proceso. m. Si el circuito de flotación de desbaste (rougher) recibe más carga de lo establecido según determinado tiempo de flotación, las etapas de limpieza también deben crecer en volumen para incrementar el tiempo de retención efectiva por celda y evitar que las cargas circulantes se hagan incontrolables. n. Para disminuir el contenido de insoluble en concentrados es necesario instalar celdas columna como limpiadoras. Los chisguetes de agua bien suministrados sobre una etapa de limpieza de celdas comunes también pueden resultar efectivos como parte inicial de

21 21 una prueba industrial o aplicar reactivos orgánicos (CMC,Dextrina) solas o en mezcla con silicato de sodio.. Las celdas columna se usan en limpieza de flotación de minerales de cobre para disminuir el contenido de insolubles. Para limpiar sulfuros de hierro (piritapirrotita) en concentrados polimetálicos normalmente se prefiere utilizar celdas tradicionales con rotor-impulsor y aire externo Filosofía de la Flotación Bulk y Separación de Plomo-Cobre por flotación a. Siempre será mejor el resultado de dos concentrados adecuadamente separados que una flotación bulk Pb-Cu, porque el cobre no se paga en un concentrado de plomo. Además, el concentrado de cobre normalmente tiene altas leyes de plata-oro que son mejor pagadas en un concentrado de cobre que en un bulk Pb-Cu. b. El único modo posible de equilibrar una operación de separación de Pb-Cu por flotación es descabezando al máximo el plomo antes de lograr un concentrado bulk que irá a separación. Sí esto no se hace, la activación de plomo será incontrolable afectando los grados de Cu- Ag en el concentrado de cobre. c. Si la ley de Plomo es originalmente baja en el mineral de cabeza posiblemente no sea necesario descabezar con flotación flash desde molienda d. La mejor extracción de plomo se logra en los valores gruesos de molienda evitando así que una gran parte de la galena sea sobremolida porque el plomo fino se perderá en concentrado de zinc y también en relaves finales.

22 22 e. Hay dos caminos para extraer plomo grueso desde molienda, ambas opciones en la descarga de los molinos primarios. El más antiguo es aplicando celdas unitarias DENVER sub-a. El más moderno es aplicando celdas flash. La diferencia está en que las celdas DENVER no tienen automatizadas la descarga, mientras que la celda flash tiene el control de nivel enlazado a una válvula actuadora en la descarga de la celda. f. La aplicación de las celdas unitarias de flotación para extraer valores de plomo grueso tiene su historia en las discusiones entre DENVER y OUTOTEC, cada uno con sus razones. DENVER sustentaba su teoría aplicando celdas unitarias en la descarga del molino; en tanto que OUTOTEC proponía la extracción desde los gruesos de los ciclones. Se demostró que la teoría de DENVER era razonable y la de OUTOTEC era errada porque en las arenas de los ciclones se tienen elevadas densidades de pulpa que no pueden cumplir con el requisito de que la mejor flotación unitaria ocurre entre densidades de pulpa 1750 a 1850 gr/lt. g. El reactivo para deprimir plomo en una flotación bulk Pb-Cu es una mezcla de Bicromato, CMC y Fosfato monosódico en la proporción 60:20:20. Previamente, se deberá eliminar los reactivos colectores y espumantes mediante un acondicionamiento de carbón activado en cantidades aproximadas de 500 a 800 gramos/tonelada de bulk Pb- Cu El arranque de flotación de cobre será con pequeñas dosis de espumante MIBC y colector Tionocarbamato AP 3894 o AP 5100 h. En el caso inverso, para deprimir cobre y flotar plomo será necesario acondicionar previamente el ajuste del ph, entre 10 y Luego del cual recién se aplicará una solución de Cianuro de Sodio o una mezcla de Oxido de Zinc con Cianuro (2:1) denominada MIXC. El arranque de la flotación de plomo será con cantidades pequeñas de

23 23 xantato Z11 y espumante MIBC. Considerando que el xantato Z11 es el único reactivo que flota galena por reacción superficial, en esta separación no debe agregarse carbón activado, ya que este reactivo destruye fácilmente la acción favorable del xantato sobre la galena. i. Los reactivos se agregan con sistemas de dosificación para controlar las cantidades necesarias; por ello, será importante contar con bombas dosificadoras o con electroválvulas de doble tanque (Primario de preparación y secundario de dosificación a un nivel constante). Se debe descartar el procedimiento manual porque no hay forma de controlar las variaciones. j. Si se hace flotación bulk Pb-Cu para deprimir cobre; se deberá considerar el ph, es generalmente cercano a 8, y en la etapa de separación 10 a En este caso, la dosificación de cal deberá ser de manera automática con un sistema en loop y controladores de ph con válvulas automáticas. No será adecuado la alimentación manual de cal También se deberá considerar que la mejor cal a utilizar es la hidratada por razones de seguridad del personal en contacto con este reactivo.. k. Los reactivos deben ser de marca y calidad reconocida. El xantato de preferencia deberá ser fresco y fabricación local; mientras que los otros reactivos líquidos deberán ser de constituyentes reconocidos, evitando aquellos que tienen acido cresílico en su composición (A25- A31-A242, etc.). l. El único reactivo que es indiscutible en flotación polimetálica es el Aerophine 3418 A de CYTEC. A pesar de su alto costo es un reactivo muy selectivo a la flotación de zinc en un bulk Pb-Cu. Para alcanzar efectividad se debe usar en solución de agua. Es un gran colector de valores de plata en cobres grises o tetraedrita. A pesar de importantes

24 24 esfuerzos de otras marcas aún no se ha logrado encontrar un equivalente que cumpla con su descripción tiene la fuerza de un xantato y la selectividad de un aerofloat o ditiofosfato. m. Para activar galena se deberá usar Cianuro de Sodio. La mejor calidad es la marca DUPONT comercializada por Mercantil. Para deprimir el zinc se deberá usar Sulfato de Zinc, el cual deberá ser de calidad mayor a 98% como sulfato y con ph mayor a 4 en solución al 10% en peso. En este caso, el mejor Sulfato de Zinc en el Perú es el producido por la fábrica IC-Industrial. Ambos reactivos deberán ser usados desde la molienda primaria para lograr el mejor efecto combinado. Se recuerda que el cianuro debe ser considerado como activador de galena y no sólo como depresor de zinc y hierro. n. Sí la activación del zinc es excesiva en las limpiezas de flotación bulk será infructuoso corregir con sulfato de zinc en esta etapa. Este depresor deberá ser agregado preferentemente, y en mayor cantidad en molienda primaria, al ingreso de la carga fresca Filosofía de la flotación Flash a. La flotación en celda flash se aplica para extraer concentrados gruesos y limpios de plomo desde el circuito de molienda. Sí en dicha celda se obtiene una espuma bulk de Pb-Cu-Zn no será efectiva su aplicación. b. Sí la cabeza fresca tiene 2% a 3%Pb será una condición óptima para una aplicación de celda flash. Sí la cabeza disminuye hasta menos de 1%Pb también será posible seguir extrayendo plomo grueso, pero, con mayores adiciones de cianuro de sodio. Por lo anterior se deduce que las dosis de cianuro son inversamente proporcionales a la ley de

25 25 cabeza en plomo. Mientras más altas son las leyes de plomo en cabeza mejor será la aplicación de la celda flash. c. La mejor aplicación de las celdas flash se encuentra en las pulpas de descarga del molino primario, junto a las recirculaciones de la molienda secundaria que remolió las arenas de los ciclones. El relave de la celda flash será la alimentación a clasificación en ciclones, quedando cerrado el circuito de molienda -clasificación. d. Los reactivos depresores que se agregan al molino antes de hacer una flotación flash son Cianuro de Sodio y Sulfato de Zinc, estos controlarán la flotación de Fe-Zn-Cu posibilitando una buena flotación de galena gruesa. e. Sí se usa exceso de cianuro para flotar galena en la celda flash, este, como es normal, deprimirá fuertemente los valores de cobre. Dicha acción se revierte con adiciones de bisulfito de sodio en la etapa de acondicionamiento de flotación bulk para neutralizará el exceso de cianuro citado y recuperar la activación de valores de cobre. f. El colector adecuado para flotar galena gruesa en la flotación flash es el xantato isopropílico de sodio Z-11 y el espumante ideal es MIBC. En el mercado hay muchas calidades de este espumante siendo el mejor el de marca Unión Carbide comercializado actualmente por Molycop. La adición de estos reactivos se realizará justo al ingreso de la pulpa alimentada en la celda flash. g. La celda flash debe tener descarga automática mediante una válvula actuadora relacionada a un sensor de nivel de pulpa, de manera que la celda recibe un flujo de pulpa constante.

26 26 h. Una celda SK240 tiene capacidad de tratamiento de 240 toneladas/hora de mineral, en un flujo concordante a densidades de pulpa de 1750 a 1850 gr/lt. Esta capacidad incluye el tonelaje fresco y la carga circulante de los molinos secundarios. Sí sólo procesa carga fresca quedará muy grande y fuera de diseño. i. La celda flash deberá tener un cajón de alimentación que permita estabilizar el flujo de pulpa que alimenta a la celda. El cajón de preferencia deberá ser cilíndrico con un volumen suficiente que permita tener un nivel de pulpa por encima del labio de la celda. De esta forma se logrará una operación regular y sin fluctuaciones en la celda flash porque tendría volumen suficiente para atenuar la variación en las cargas circulantes. j. Como la densidad de pulpa es un parámetro importante en la flotación flash, la molienda primaria deberá tener balanza de peso de mineral fresco enlazada con una válvula de control de agua para mantener constante la densidad de pulpa en molienda. 3.3 Analizador químico en Línea: Courier La herramienta más importante para la toma de decisiones en operaciones de flotación en plantas metalúrgicas lo constituye el analizador químico COURIER de fabricación Outotec. El equipo deberá ser calibrado con criterio estadístico-metalúrgico, en el cual interviene principalmente el valor estadístico t-student. Los aspectos generales de operación del equipo Courier son:

27 (1) La toma de muestras se deberá realizar con cortadores de flujo, los cuales son de diversos tipos. El diseño elegido será importante porque marcará un flujo adecuado que recirculará permanentemente entre el equipo Courier con el punto donde se tomó la muestra, como se aprecia en la Figura N 2. Process flow by gravity LSA sampler Multiplexer Composite sampling Probe Control Set Analyzer Probe Courier 6 PSA sampler Process flow by pressure De-multiplexer 5000 Figura N 2.- Esquema de instalación del analizador Courier (2) El punto donde llegan las muestras se llama Multiplexor, en el cual se hace cortes de muestreo, tanto para el analizador, como para recolectar muestra para el laboratorio químico. (3) Cuando corresponda analizar un flujo determinado, la muestra de pulpa deberá ser enviada hacia el punto de fuente de rayos X. Terminada la medición se descargará automáticamente la pulpa, retornando a su punto de origen.

28 28 (4) Terminada la medición de niveles de energía, los datos son transmitidos al PCS donde se realiza la conversión a leyes % de acuerdo a ecuaciones de calibración que están en la memoria del equipo Calibración del analizador en línea Courier La calibración conlleva los siguientes pasos: Toma de datos para la Calibración La sonda analizadora está equipada con una fuente de rayos X, el cual usa voltajes de 50KV que permite emitir una luz para dirigirla hacia la briqueta y al flujo que se desea analizar en forma de energía expresada en CUANTOS. La medición de energía tiene equivalente en leyes o ensaye químico por lo que el ajuste por regresión a muchas mediciones, cada una de ellas relacionada con un ensaye de laboratorio químico, tiene como resultado una formula denominada ECUACIÓN DE CALIBRACIÓN. Manteniendo la Calibración Una vez encontrada la ecuación de calibración, usando un número suficiente de muestras, se procede con el mantenimiento de la formula o ecuación. En general, en este punto, la forma de la ecuación no cambia, sólo se modifica el término constante. Muestras de turno Frecuentemente se reduce en forma drástica la toma de muestras de calibración, para disminuir el número de determinaciones de laboratorio, utilizando en su lugar las muestras de turno para sintonizar la calibración. Es decir, el promedio del ensaye que reporta el equipo deberá ser contrastado diariamente con las leyes por guardia que

29 29 reporta el laboratorio químico. Si hay mucha diferencia deberá ser ajustada la ecuación con pequeñas variaciones proporcionales en los coeficientes. Corrimientos de nivel Si varias muestras consecutivas de turno indican un sesgo comparado con el promedio de los turnos de las leyes del analizador se deberá cambiar la constante de la ecuación de calibración para remover el sesgo. Este procedimiento no cambia las tendencias detectadas por el analizador. Cambiar los coeficientes de intensidad Generalmente no se recomienda cambiar los coeficientes de las intensidades en la fórmula de calibración es mejor cambiar el termino constante y ajustar la ecuación en base a las leyes de muestras especiales. Muestras de calibración Se recomienda continuar ocasionalmente con la toma de muestra de calibración para analizarlas en el laboratorio. Se puede analizar la ecuación de calibración de dos maneras. La primera, se aplica en un cambio lento y paulatino de las características del flujo; y, la segunda, basada en los análisis de errores de los datos recientes que muestran los cambios más bruscos. Recalibración después de un cambio importante en el equipo Cuando se cambia en el analizador un tubo de rayos X, espectrómetro, detector, etc., se efectúa una nueva normalización del analizador de la manera señalada en su manual. Después, deberá aplicárseles antiguas ecuaciones de calibración. Sin embargo, si a

30 30 pesar de las piezas cambiadas, persiste las desviaciones, entonces de deberá hacer una nueva la calibración. Pantallas principales de calibración del analizador Courier 6SL La pantalla mostrada a continuación es la ventana de ingreso principal al sistema de calibración del paquete estadístico OUTOCAL. En el ejemplo se aprecia 26 muestras de un concentrado de Plomo Estándar las que se encuentran disponibles para calibrar: Cuadro N 1.- Ventana de ingreso principal al paquete Outocal Cuando en el menú principal de esta ventana se activa el botón ½, aparece una nueva ventana en la que se leerán datos de los counts de energía registrados por el equipo para cada una de las 26 muestras identificando la fecha y hora de medición de cada una de las muestras

31 31 Cuadro N 2.- Counts de energía para las 6 primeras muestras Sí en el menú de la ventana anterior se marca Assay, en lugar de Counts, aparecen los elementos analizados en el Laboratorio Químico para cada una de las mismas 26 muestras, como se muestra en el Cuadro N 3. Cuadro N 3.- Análisis químico para las 6 primeras muestras

32 32 La ecuación de calibración resultará de hacer correlaciones por regresión de los valores de energía counts medidos por el equipo de rayos X con los resultados de los correspondientes ensayes químicos Assay para el conjunto de las 26 muestras. Criterios de calibración de courier A la derecha del botón ½ del menú se encuentra el botón para calibración que al activarlo aparecerá la ventana principal de calibración, como se muestra en el Cuadro N 4. Cuadro N 4 Ventana principal de calibración del Outocal Antes de la selección de variables, cuyos coeficientes deben ser determinados, se deberá aplicar la función correlation en la ventana principal. Al activar la función Compute se hace una regresión exploratoria donde aparecen unos coeficientes para cada una de las variables, cuya significancia es provisional. En esta etapa se escogen los coeficientes más altos, en valor absoluto, las cuales serán las variables de inicio para comenzar el trabajo de calibración.

33 33 Cuadro N 5.- Cuadro de regresión exploratoria Pantalla Principal del Outocal y gráfica de banda de ajuste Al activar la tecla plots de la pantalla principal de calibración, aparece una grafica de banda de ajuste que representa la estadística de la regresión como se muestra en el Cuadro N 6. Cuadro N 6.- Gráfico con banda de ajuste por regresión En esta gráfica se pueden eliminar directamente con el cursor los puntos que estén fuera de la banda de ajuste. El control se verá reflejado luego de hacer una nueva regresión (Botón Reg. de la

34 34 pantalla principal de calibración). Los resultados estadísticos, encerrados en el círculo rojo del Cuadro N 4, aparecerá nuevos datos como valores estadísticos New que se compararán con los datos estadísticos anteriores Old. En la pantalla principal muestra los datos estadísticos que se comparan en base a la correlación que cada vez debería ser más alta y cerca al 98%. Por ejemplo, en el mismo cuadro se aprecia que la correlación anterior es , eliminando un punto la nueva regresión cambia a Este progreso en la correlación de regresión debe estar justificado con el incremento del valor estadístico F. En el mismo cuadro, el valor F anterior es y el nuevo es , pero esto no es suficiente. A la izquierda aparecen una serie de coeficientes para las variables en regresión que es necesario comprobar sí, en valor absoluto, tienen valor estadístico t- student mayor a 2, para todos los coeficientes incluido el término independiente de la ecuación. En el recuadro central del Cuadro N 4 se aprecia que todos los valores de t-student cumplen con este requisito, siendo la ecuación de calibración la siguiente: %Pb = (ZnKa) E-2 (PbLb) E-2(WDAg) E-3 (WDMoCnK) Donde: ZnKa = niveles de energía para zinc; PbLb = niveles de energía para plomo; WDAg,= espectrometría de plata; y, WDMoCnK = porcentaje de sólidos de la muestra de pulpa analizada. Es importante anotar que en toda ecuación de calibración del Courier, el término que no debe faltar es justamente el % de sólidos. Estadísticamente se pueden encontrar diversas ecuaciones de calibración, donde el criterio mineralógico con el de operación

35 35 metalúrgica se explica en el signo de los coeficientes. Por ejemplo, sí en el análisis de Cu del concentrado de Cobre se encuentra presencia significativa de Plata con signo negativo, será descartada la ecuación sí el cobre, según mineralogía, es del tipo Cobres-Grises (CuSbAsAgS). En este caso, se deberá seguir buscando una ecuación en donde el signo de la Plata sea positiva y mayor de 2; y, así sucesivamente se deberá imponer el criterio metalúrgico de los signos, en lugar de aceptar fríamente los resultados de la regresión estadística pura. También para la ecuación de nuestro ejemplo, el análisis de Plomo en un concentrado de Plomo es obvio, el cual disminuye cuando el desplazamiento de zinc es mayor, por ello, el signo negativo del coeficiente ZnKa es válido por el criterio metalúrgico. En resumen, la experiencia operacional y la mineralogía establecen criterios que permiten encontrar una ecuación de calibración que justifique la operación del analizador en línea. En este proceso, el paquete OUTOCAL permite crear muchas ecuaciones con los mismos datos, en forma veloz y eficaz. La ecuación más próxima a la realidad operativa y mineralógica será la elegida como ecuación de calibración, la cual se incorporará a la memoria del equipo a fin de iniciar el proceso del analizador Courier Criterio de relaciones mineralógicas En metalurgia se ha establecido el siguiente concepto que tiene verdad absoluta: El procesamiento de minerales es sobre especies mineralógicas y no sobre elementos químicos. Sin embargo, a continuación se esbozan siete casos comunes que se presentan en el procesamiento de minerales por flotación que pueden mejorar el criterio en la selección de variables y signo adecuado de los coeficientes de las ecuaciones de calibración Courier.

36 36 Caso 1: Desplazamiento de cobre al concentrado de zinc Fotografía N 1.- Calcopirita y esfalerita, un ensamble frecuente El desplazamiento indebido de calcopirita al concentrado de zinc es distinto si hay cp libre o inclusiones de esta especie en la esfalerita conocido como ef2. La ley de cobre no ayuda a tomar decisiones en concentrado de zinc, en tanto que la microscopia sí. Por ejemplo, si se observa muchas cp libres debería mejorar las condiciones de la previa flotación bulk. Por el contrario, si hay ef2 difícilmente podrá evitarse una alta ley de Cu en concentrado de zinc. Además, si la especie de cobre presente es calcopirita no habrá mucha Plata desplazada en el concentrado de zinc. Si en un concentrado de zinc se observa cobre gris es posible que la ley de Plata sea alta. Esta observación orientara mejor los esfuerzos del metalurgista para colectar cobre-plata, en la etapa anterior a la flotación de zinc

37 37 Caso 2: Tipos de cobre en un concentrado de Cu Fotografía N 2.- Variedades de sulfuros de cobre El análisis de %Cu en microscopia tiene varios significados. Por ejemplo, la presencia de covelita (cv) indicará que la presencia de cobres secundarios provienen de zonas alteradas a partir de los cobres primarios (cp). Ambos, no tendrían contenidos importantes de plata ni de arsénico-antimonio como es el caso de los cobres Grises (tetrahedrita-tennantita). Pero, los cobres secundarios pueden seguir oxidándose hasta llegar a sulfato de cobre natural o Calcantita. Se afirma que la calcopirita se oxida a bornita y está, en solo 15 días de almacenamiento en una cancha de minerales, se transforma en calcantita o sulfato de cobre natural, por lo que su presencia significará elevados consumos de sulfato de zinc para evitar activaciones indebidas de zinc en la flotación Bulk Pb-Cu. Por ello, el analista químico de la ley de cobre no será suficiente, se requiere caracterizar las especies mineralógicas para un mejor criterio metalúrgico.

38 38 Caso 3: Arsénico-antimonio en Concentrado Cu Fotografía N 3.- Cobre gris portador de arsénico y antimonio La Contaminación de arsénico y antimonio en concentrados de cobre, que tuvieran cobres grises, normalmente viene acompañada de un alto contenido de plata. Generalmente, eliminar las contaminaciones de As- Sb por lixiviación conlleva pérdidas de elementos valiosos. En cambio, si en el As hay presencia de Arsenopirita, los contaminantes se pueden eliminar por tostación. No es raro que en los concentrados de cobre muchos cobres primarios (calcopirita) o secundarios (bornita, calcosita, covelita) se encuentre poco contenido de plata y a la vez se encuentre arsénico ocasionalmente por presencia de arsenopirita. En este caso, para que las plantas sean económicamente rentables deben ser de gran volumen de tratamiento. En las minas pequeñas será rentable sí el cobre presente es Cobre-Gris, aún con altos contenidos de As y Sb, por la plata presente se logrará concentrado de cobre de alto valor.