Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM

Transcripción

1 Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM Antofagasta, Mayo de 2013 Profesor: Andrés Reghezza I.

2 HidroGeoMetalurgia

3 Hidrometalurgia: Conjunto de procesos que se desarrollan en medio acuoso HidroGeoMetalurgia Gestión de un negocio Hidrometalúrgico, integral: de mina a cátodo. Cumplimiento programas de producción! Calidad del producto! Costos!

4 GESTION DE NEGOCIO Aseguramiento programas de producción. Un antes y después de la Geometalurgia Confianza del dueño Cumplimientos Ambientales Una producción armónica con el medio ambiente

5 La Geometalurgia nos debe alertar respecto al contenido de impurezas en la MENA, y sus impactos en la calidad del producto mañana

6 IMPUREZAS LÍNEA HIDRO: IMPACTO EN LA LINEA PRODUCTIVA Impureza Aglom. Lix. Qca. Biolix. SX EW Cal. Prod. Cl - X X X X NO 3 - X X X X X Al +3 X X X Mn +2 X X X SiO 2 X X S/S X Fe +2 /Fe +3 X X X X

7 Y la calidad del cátodo futuro? Calidad cada vez mas exigente! Nivel de impurezas decreciente : Sí o Sí! Cambio de tecnologías para asegurar calidad del cátodo? Mercados Segmentos: Cu : Un Commoditie? Mañana no gana el que produce más, sino el que produce mejor! Y sólo cátodos?

8 Amenaza Futura TRACCION GRIETAS CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Elemento Pasado Presente Futuro As < 0.1 < 0.1 < 0.1 Bi < 0.1 < 0.1 < 0.1 Sb < 0.1 < 0.1 < 0.1 S Pb POROS INSATISFACCION DEL CLIENTE ELONGACION

9 USO DEL ALAMBRE MERCADO DEL COBRE? Mercado Pigmentos ALTA CONDUCTIVIDAD (OF HC) ALAMBRE ULTRAFINO 0.018mm MINITUARIZACION ALAMBRE PLANO TRANSFORMADORES ALAMBRE FINO ELECTRONICO 0.4mm SPECIALITY? ALAMBRE NORMAL ELECTRICO TOP GRANDE

10 Cantidad de Bacterias Destrucción de Microorganismos Patógenos Cobre puro Acero Inox. Vidrio Aluminio 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+01 En Cu la bacteria no sobrevive 1,E Minutos

11 AYER MAÑANA MEDICINA COMUNICACIÓN ELECTRICIDAD ELECTRÓNICA COBRE CONSTRUCCIÓN ARQUITECTURA ODONTOLOGÍA OTROS?

12 Y los costos H 2 SO 4 Energía Sólo una buena planificación permite un Aguas real control de los costos del proceso. Reactivos...

13 Agua, Energía,..Vida Agua: El problema no es su costo, sino su disponibilidad m 3 /s Chile: Capacidad Acuíferos 255 Solicitada 343 Autorizada 245 Disponible 10 Consumo: Concentración 1.10 m 3 agua/ton. min. Hidros 0.30 m 3 agua/ton. min. Aguas de Mar: Fuente Preferida a Futuro

14 Y Energía? El proceso comienza en la mina, no en la planta. Necesidad de desarrollo de tecnologías para disminuir energías. Tronadura controlada? Fragmentación por plasma? Lixiviar sin chancar?

15 Integración de Procesos PLANTA MINA MINERAL P1 P2 Pn PRODUCTO FINAL MINERAL DE PROPIEDADES VARIABLES NO DEBERÍAN AJUSTARSE LOS PROCESOS DE PLANTA A DICHA CONDICIÓN? POR QUÉ OPERAR DE LA MISMA FORMA? QUE LO JUSTIFICA?

16 Integración de Procesos H 2 SO 4 Agua MINA %Gr/Rc Rs Arcillas, Cons. Acido, Caract. Hidraul. Dist. Impurezas (Cl -, NO 3-, Al +3, Mn +2, s/s, Fe +2, Fe +3, SiO 2 Chancado (Ajustado a condiciones de mineral) Aglomeración f(%cui) Lixiviación PLS Propiedades Físicas Propiedades Químicas SX EW - Continuidad - Orgánico - Unid. Auxiliares - Calidad - Dens. Corriente - Descartes Producto Donde controlar las impurezas? Confinamiento estable! Normas Ambientales Estrictas!

17 II.- Potencial Lixiviable

18 Experiencias a no olvidar Caso N Compañía País Problema Lección 1 CMP Romeral (A lo largo de su explotación) Chile Fe Elemento de Valor V: Impureza Se jugó mal el partido? Comparar P.E.M. Donde quedo el Vanadio? 2 Cia. Minera Exótica (1974) Chile Deficiente caracterización mineralógica y física del recurso Era el proceso? 3 Lix. In Situ (Década de lo 80 ) EE.UU. Altas perdidas Generan un proceso no rentable por no caracterización de arcillas Y porque no antes? Una estrategia diferente? 4 CODELCO Proyecto RAMS (1997) Chile Deficiente caracterización Geometalurgia del recurso y operación con flujos indebidos Caracterizar hidráulicamente el recurso a tratar vía Lix. en pilas

19 Definición de Procesos En medio sulfúrico se tiene: Cu T = Cu Sol + Cu Insol preliminarmente; Rs = Cu Sol Cu T Si Rs Lixiviación Si Rs Flotación Todo es cierto, si Cu insoluble es Sulfuro Pueden ser Óxidos Refractarios, de naturaleza compleja (Cobres Negros) y de lenta cinética disolutiva Cobres Verdes, muy solubles en acido

20 Para asegurar tal definición: Análisis Secuencial Cu T = Cu ox. verdes + Cu ox. negros + Cu s. sec + Cu s. prim (1) (2) (3) (4) (5) (1) Cu T : En medio HNO 3 + HClO 4 + H 2 SO 4 (3:1:1, en volumen) (2) Cu ox. verdes : Cobre soluble en medio sulfúrico (3) Cu ox. Negros : Cobre soluble en medio Sulfúrico y Reductor, y en tiempos mas prolongados (4) Cu s. sec : Cobre soluble en NaCN (5) Cu s. prim : Cobre no Lixiviable en condiciones del ensayo

21 (2) + (3) + (4) Máximo Potencial Lixiviable del recurso (I L ) (1) (5) Da cuenta de los Sulfuros Primarios (Calcopirita y otros) %Rs = Cu soluble en H + CuT x 100 % I L = Cu soluble en H + / FeII + Cu soluble (NaCN) Cu T x 100 I L R s

22 Disolución de Minerales de Cobre en Diferentes Medios ESPECIE MINERAL COMPOSICION H 2 SO 4 NaCN (23ºC) NaCN (45 ºC) ACIDO FERRICO (ACIDO FERROSO) OXIDOS VERDES AZURITA MALAQUITA CRISOCOLA ATACAMITA ANTLERITA BROCHANTITA DIOPTASA 2CuCO 3 *Cu(OH) 2 CuCO 3 *Cu(OH) 2 CuSiO 3 *2H 2 O CuCl 2 *3Cu(OH) 2 CuSO 4 *2Cu(OH) 2 CuSO 4 *3Cu(OH) 2 Cu 6 (Si 6 O 18 ) * 6H 2 O * > > OTROS OXIDOS CUPRITA TENORITA PARAMELACONITA COPPER WAD COBRE NATIVO SULF. SECUNDARIOS CALCOSINA COVELINA BORNITA ENARGITA SULF. PRIMARIOS CALCOPIRITA TETRAHEDRITA Cu 2 O CuO Cu 4 O 3 CuOMnO 2 *7H 2 O Cu Cu 2 S CuS Cu 5 FeS 4 Cu 3 AsS CuFeS Cu 3 SbS *** Observaciones: H 2 SO 4 : 100%-100m, Tamb, t:1h, H 2 SO 4 5% *(Dioptasa: -10m, en 37d) NaCN : 0.1%NaCN, t:24h, razon L/S: 10/1, -100mTy Acido - FeIII: Cuprita: 100% disolución, en 6h > 90 (75) ** 70.0 ** 95.0 ** 3 ** 2 4 ** ---

23 Química de Cobres Negros I.- Oxidos Simples Cu x O y Tenorita, Melaconita: CuO + 2H + Cu ++ + H 2 O Paramelaconita: Cu 4 O 3 + 2Fe H + 4 Cu Fe H 2 O Especie Formula Color Sist. Crist Tamaño Lix T C t(h) %RCu Tenorita CuO Negro Tricl H Melaconita CuO Negro Cúbica H + amb H + amb H Paramelaconita Cu 4 O 3 Negro Tetra H + amb H + /Fe +3 amb 4 95

24 II.- Familia del WAD Cu x Mn y O z *wh 2 O Copper WAD (Cu:Mn = 1:1) CuO*MnO 2 *7H 2 O+6H + +2Fe +2 Cu +2 + Mn +2 +2Fe H 2 O Diamangano Cúprico (Cu:Mn=1:2) CuO*2MnO 2 *3H 2 O+10H + +4Fe +2 Cu Mn +2 +4Fe +3 +8H 2 O Trimangano Cúprico (Cu:Mn=1:3) CuO*3MnO 2 *4H 2 O+14H + +6Fe +2 Cu Mn +2 +6Fe H 2 O

25 III.- Silicatoides (Cu,Fe,Mn)SiO 3 *nh 2 O (Al) Mas Ricos en Mn que Fe CuMn*0.4(Si,Fe,Al)O 5 *4H 2 O+8.4H + +2Fe +2 Cu +2 + Mn Fe H 4 SiO Al H 2 O Neotocita 3 (Cu,Fe,Mn)SiO3*H 2 O +6H + Cu +2 + Mn +2 +Fe +2 +8H 2 O + 3H 4 SiO 4 Copper Pitch CuO(MnO) 2 SiO 2 *H 2 O+6H + Cu Mn +2 +H 4 SiO 4 +2H 2 O

26 Mas ricos en Fe que en Mn Limonitas con Cobre (Cu,Fe,Si,Al)O x OH y *nh 2 O CuO*SiO 2 *FeOOH*Al 2 O 3 *2H 2 O+11H + Cu +2 + Fe +3 +2Al +3 +H 4 SiO 4 +6H 2 O IV.- Oxidos Dobles Cu,Fe,Ox Delafosita CuFeO 2 + 4H + Cu +2 + Fe H 2 O Cupriferrita CuFe 2 O 4 + 8H + Cu Fe H 2 O Especie gpl H + T C %R Cu %R Fe DFS CFT

27 Flotabilidad y Lixiviabilidad de Sulfuros Metálicos ESPECIE FÓRMULA REC. FLOT. COLEC (1) (%) REC. PILAS (2) (%) Calcosita Cu 2 S Covelita Cu S Calcopirita CuFeS Bornita Cu 5 FeS Enargita Cu 3 As S Digenita Cu 1,8 S Cubanita CuFe 2 S 3 S/I Idaita Cu 3 FeS 4 S/I Nukundamita Cu 3,38 Fe 0,62 S 4 S/I Tennantita (Cu,Fe) 12 As 4 S 13 S/I 8-12 Molibdenita MoS Mo < 0,030% Mo < 0,040% Mo < 0,045% Pirita FeS 2 Py - Cpy: 20 a ph:10,5 < 10,0 Py - Cc: 50 a ph:10,5 Py - Cv: 50 a ph:10,5 Pirrotita FeS S/I > 60,0 (1) : Flotación Colectiva: 30% +65#, 26', ph:10,5, %Sol:40. (Chuquicamata) (2) : Lixiviación pilas, -1/2" m. altura, 300 a 500 d, lix. férrica bacterial, con aireación basal S/I: Sin información

28 Opciones de Proceso a) Cu T, I L I L (H + /FeII) I L (CN - ) Pilas Pilas Flotación b) Cu T, I L Dump c) Cu T, I L Flotación (sujeto a chequeo mineralógico) d) Cu T, I L Dump. por ahora, Flotación a Futuro?

29 Caracterización del Recurso Química Mineralógica Roca (Ganga) Metalúrgica Hidráulica Geológica

30 Minerales Asociados al Elemento Arcillas Ganga MINERALOGIA HIDRAÚLICA QUÍMICA FÍSICA

31 EJEMPLO: IMPACTO DE LAS ARCILLAS EN LA RECUPERACION DE COBRE Cu +2 : 1.8 gpl ph : 2.5 Cu T : 0.20 % Arcillas : 10 % gpl Al, Ca, Mg : variable TIPO ARCILLA Al Ca Mg Cu EC Calc. (meq/100 g. Arc) Perd. Cu (meq/100 g. Min) Perd. Cu % Ca MONTMORILLONITA Na MONTMORILLONITA ATAPULGITA

32 Capacidad de Intercambio de Cobre de la Ca - Montmorillonita en función de Iones de Competencia Cu EC (meq/100 g) O K Zn Fe Mn Mg Fe/Mg Mg Al, Mg Al, K Al, Zn Al, Mn Al Al, Fe (M, gpl)

33 Conclusiones Ojo con las arcillas. Deben ser caracterizadas en el desarrollo de un proyecto metalúrgico y no después. Pueden definir la viabilidad de un proyecto.

34 III.- Futuro de la Hidrometalurgia

35 Que nos espera? son compatibles las tecnologías de hoy con las reservas futuras de cobre? Sobre el 90% de las reservas futuras de cobre son sulfuros! De estas, mas del 80% es calcopirita, una de las especies mas difíciles de lixiviar en condiciones normales de proceso. El 10% restante son óxidos, y de estos, un 40% a 60% corresponden a óxidos complejos de difícil y lenta solubilidad en medio sulfúrico convencional

36 ROM: El proceso del mañana para óxidos SINERGIA EN PROCESOS!

37 Cu ++ OXIDOS NEGROS Fe III Fe II RECURSOS SULFURADOS Cu ++ Sinergia : = 5

38 MINERALES OXIDADOS DE BAJA LEY. ESTRATEGIA DE PROCESOS Minerales de Baja Ley DUMP ROM Clasificación, Chancado Primario Tronadura Controlada In Place Leaching (In Situ) (A Desarrollar)

39 RECOVERY LOW OXIDE ORES

40 RECOVERY LOW SULFIDE ORES

41 Visión de Procesos e Innovaciones GEOMETALURGIA CHANCADO AGLOMERACION LIXIVIACION SX EW - PRODUCTO P R O MINERIA TRONADURA CONTROLADA CLASIFICAR MAS QUE CHANCAR DISCO EN VEZ DE TAMBOR? MEDIO CLORHIDRICO - SULFURICO LIX. SALINA? NUEVO TIPOS DE CELDAS ELECTRODOS ROTATORIOS POLIMERIZADOS C E S O FRAGMENTACION POR PLASMA? DESARROLLO PERMANENTE DE LA GEOMETALURGIA DISMINUIR PERDIDAS AGUA OTRAS TEGNOLOGIAS NUEVAS TEGNOLOGIAS AIREACION BASAL? CU + S SOLO CATODOS? AGUA X X X X ENERGIA X X X X X X AMBIENTE MP MP AA Evaporac. Infiltrac. AA AA GASES?

42 Algunos comentarios: Nuevas tecnologías? Gran nivel de recurso, de baja ley (< 0.4% Cu T ) y una profundidad ( m). Lixiviación in situ : una tecnología viable? Toda nueva tecnología debe apuntar a ahorrar Energía y Agua. Lixiviar sin chancar? Compatibilizar el uso de Agua de Mar con la Biolixiviación. Tratamiento de Minerales Calcopiríticos: Vía Química o Biolixiviación?

43 Cut Extraction (%) Biolixiviación de Calcopirita 100% 90% 80% Bioleaching Results BioSigma LB Quell-Coll 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Cu as Cpy (%)

44 Estudio de Casos: 1.- RELAVES DE FLOTACIÓN Tratamiento fracción gruesa relaves flotación. Características del recurso TPD + 48 m : % CuT : 0, % Cu S : % Mo : Opciones de Tratamiento :Biolixiviación SX EW Remolienda - Flotación Mineralogía : Calcosina : Digenita : Covelina : Calcopirita : 0.07 Bornita :

45 % Cu DISTRIBUCION DE COBRE EN RELAVES 0,4 #48 ARENAS DE RELAVES FRESCOS LEY DE CU MALLA RETENIDA ,3 0,2 - Cy5 0,1 #65 #100 #150 #200 #270 #400 Cy2 Cy3 Cy4 Cy5 0, Fracción granulométrica Micrones

46 Y otros warnings tecnológicos Cu Y que pasará con el H 2 SO 4 cuando no se tenga óxidos? Amenazas al producto final. sólo cátodos? Son competitivos los procesos Hidros para Concentrados de Cobre? Procesos sólo orientados al Cobre?

47 Analicemos algunos temas. y que pasara con el acido sulfúrico? Recordemos: 1 ton S genera 3 ton H 2 SO 4 Equilibrio Hidro Piro CONSUME NO GENERA GENERA NO CONSUME Líneas de Investigación SO 2 gas S elemental Producción de Acido Fosfórito Producción de otros compuestos? INDUSTRIA DE FERTILIZANTES

48 Son competitivos los procesos Hidros para Concentrados de Cobre? Gran variedad de procesos Su opción se favorece si: Existe capacidad disponible SX-EW Existen otras especies de valor además de cobre o metales preciosos (GMP), en el concentrado. Existe un potencial uso del acido débil que puede generarse en el sistema Mas favorable para Concentrados Complejos?

49 Y que pasa con otros Elementos y Recursos? Lixiviados U,Mo, Co. Polvos de Fundición Cu, Mo, Ge, Zn. Relaves de Flotación Cu, Mo, TiO 2 Escorias Metalúrgicas Cu, Mo, Fe 2 O 3, Zn, SiO 2 Barro Anódico Au, Ag, Se, Te, Pd, Rh Residuos de Lixiviación??

50 Reflexiones No pretendamos que las cosas cambien si siempre hacemos lo mismo (A. Einstein). El cambio no esta afuera ni es lejano esta en nuestras propias conciencias. Es mas digno aquel que se equivoca atreviéndose que el que se vanagloria con lo que terceros han intentado

51 Universidad Católica del Norte Escuela de Negocios Mineros Magister en Gestión Minera Análisis de Procesos Mineros VI versión MGM Antofagasta, Mayo de 2013 Profesor: Andrés Reghezza