PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PLAN DE TRABAJO

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1 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PLAN DE TRABAJO 1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: Este proyecto de investigación desarrollara las bases de la geometalurgia, en las que se basa para realizar el proceso de extracción minera, a nivel de la metalurgia extractiva, al igual que sistematizar varios de los conceptos de mayor complejidad en la Geología, Operaciones Mineras, Procesamiento de Minerales y Metalurgia y conseguir una explotación minera favorablemente económica para la empresa a cargo. Las mismas que requieren de profesionales y técnicos que son muy requeridos en este campo de la metalurgia extractiva. Es así que este proyecto busca incentivar en lo ingenieros metalurgistas, el uso de esta excelente herramienta multidisciplinaria y conseguir profesionales capaces de manejar y conocer conceptos que son de gran importancia para la explotación minera, al igual que impulsar a profesionales a desarrollar tecnologías que sean parte de la evolución de la metalurgia, para producir material de calidad y económicamente favorable para la futura exportación. 1.1 LA GEOMETALURGIA: UNA EXCELENTE HERRAMIENTA MULTIDISCIPLINARIA PARA EL DESARROLLO DE LA MINERIA 1.2 Planteamiento del Problema La Geometalurgia es una herramienta utilizada en el campo de la metalurgia extractiva, que es de gran importancia para un buen desarrollo de la empresa minera, es así que este proyecto de investigación propone en los ingenieros metalurgistas desarrollar esta herramienta en su vocación profesional, ya que este cargo es requerido en empresas mineras, de igual manera que son económicamente bien remuneradas

2 1.3 Objetivos Generales La Geometalurgia es una disciplina transversal dentro de las actividades mineras, que tiene el objetivo de sistematizar varias de las complejidades asociadas a la determinación del valor del recurso y consecuentemente su explotación económicamente favorable. Al integrar la Geología, Operaciones Mineras, Procesamiento de Minerales y Metalurgia, la Geometalurgia pretende mejorar el proceso de evaluación de los recursos económicos y hacerla mucho más efectiva en términos técnicos y económicos. Además, la Geometalurgia es totalmente aplicable, tanto en los estudios de factibilidad como en las etapas de operación. Es evidente, por tanto, que la aplicación efectiva de la Geometalurgia, requiere brindar la educación y capacitación adecuada en esas áreas de la ingeniería para habilitar al profesional minero en el manejo integral de esta nueva disciplina. El objetivo general de la Geometalurgia es el de incorporar los aspectos de planificación integral de la actividad minera, desde la fase de exploración mineral, incluyendo los planes de minado e identificando los niveles de producción que dependen de la dureza, moliendabilidad, la recuperación (función de la liberación, forma y textura mineral, etc.) y la calidad del concentrado, etc. Metodológicamente, se deberá obtener información a nivel micro y macroscópico. Las variables geometalúrgicas son elementos importantísimos en el momento de determinar costos y utilidades de la actividad minera. 1.4 Objetivos Específicos Dar a conocer esta herramienta de gran importancia en la industria minero metalúrgica, hacia profesionales y técnicos en el campo de la metalurgia extractiva Incentivar y proponer el desarrollo de esta herramienta en los ingenieros metalurgistas Ocupar los cargos disponibles en empresas mineras, de profesionales y técnicos en la geometalurgia

3 1.5 Importancia del Proyecto Este proyecto es de vital importancia, ya que es una gran herramienta utilizada por las empresas mineras metalúrgica, resaltando, la geometalurgia, en los siguientes aspectos: Los bancos cada vez son mas exigentes en los estudios geometalúrgicos antes de aprobar una inversión Clasificación errónea de los tipos de mineral Efecto de la secuencia paragenetica sobre la recuperación de minerales valiosos Cultura de cuanto perdemos y no de cuanto ganamos Las gangas son los principales causantes de la mayoría de problemas La planificación económica no considera componentes mineralógicos Los modelos geológicos y logueos no son suficientes Cuantificación mineralógica y textual Mayor control y capacidad para producir los pronósticos de producción Es mas barato planificar que estar expuestos a emergencias Recuperación económica de un bloque de mineral Cumplimiento del plan minado Mayor confianza en la imagen dela empresa Mayor atracción bancaria Hipótesis La geometalurgia es una herramienta que involucra a especialistas en el campo de la geología, la microscopía, la minería y la metalurgia extractiva para optimizar los procesos de explotación y beneficio de los minerales. Dicha herramienta ha tomado auge en el mundo en los últimos años, gracias a la comprensión de que las menas son combinaciones de minerales, no de elementos químicos y, puesto que todos los procesos tratan con minerales, son las características fisicoquímicas de éstos las que determinan las condiciones de un proceso de recuperación industrial. Se debe considerar también el gran auge que tiene, tanto la minería, en el campo de la geometalurgia, requiriendo de profesionales y técnicos especialistas en este campo de la metalurgia.

4 1.6 Antecedentes Las universidades cuentan con tesis publicadas en el campo minero metalúrgico en la UNMSM se cuenta con mas de 130 títulos profesionales de ingenieros metalúrgicos, el colegio de ingenieros, la sociedad de minas y petróleo del Perú, al igual que el INGEMENT publica información del campo minero metalúrgico regularmente. El mayor trabajo de investigación en geometalurgia se hace actualmente en algunas universidades australianas, donde se cuentan numerosas tesis de doctorado sobre este tema, incluyendo el desarrollo de software especializado del tipo de Mineral adaptado al microscopio electrónico de barrido (MEB-EDS). De esa manera se cuenta con tesis, doctorados, proyectos de investigación, etc. Que están al alcance de estudiantes de pregrado al igual que profesionistas en el campo minero metalúrgico, con el fin de contribuir a los jóvenes a despertara ese habito de la investigación en su formación académica y profesional. 1.7 Marco teórico conceptual: LA GEOMETALURGIA, PRINCIPIOS Y BASE CIENTIFICA 1. Definición: La Geometalurgia es una disciplina que integra básicamente a la Geología y la Metalurgia extractiva. Es así que, la Geometalurgia se ocupa de clasificar los minerales dentro de un yacimiento según deba ser su comportamiento frente a un tratamiento metalúrgico.

5 Figura 1: Mina, a tajo abierto La Geometalurgia es una disciplina transversal dentro de las actividades mineras, que tiene el objetivo de sistematizar varias de las complejidades asociadas a la determinación del valor del recurso y consecuentemente su explotación económica. Al integrar la Geología, Operaciones Mineras, Procesamiento de Minerales y Metalurgia, la Geometalurgia pretende mejorar el proceso de evaluación de los recursos económicos y hacerla mucho más valedera. Además, la Geometalurgia es totalmente aplicable, tanto en los estudios de factibilidad como en las etapas de operación. La estrategia geometalúrgica en el planeamiento minero y el diseño de planta se basa en identificar las diversas propiedades del mineral que contribuyen a establecer más acertadamente el valor de un recurso. Esto incluye los atributos tradicionales tales como la ley económica de los elementos constituyentes y variables menos tradicionales como:

6 Concentración de elementos perjudiciales; Dureza Moliendabilidad, Especies minerales; Liberación del mineral; Recuperación metalúrgica; Recuperación minera; Perforabilidad; Fragmentación; Consumo de reactivos; Características de fusión. En la etapa de los estudios de factibilidad, la adecuada caracterización de minerales combinado con el modelamiento espacial de características físicas críticas del mineral en el yacimiento, proporcionan elementos mucho más valiosos para establecer el diseño de planta. Esto reduce los riesgos asociados al desarrollo de operaciones nuevas o el diseño de ampliaciones. Identificar plenamente el cuerpo mineral permite identificar deficiencias en los productos y encontrar oportunidades de bajo costo y/o alto valor. Figura 2: GEOMETALURGIA: Interrelación dinámica, estructural y secuencial En las etapas de operación de planta, la Geometalurgia permite mejorar la comunicación entre geólogos, planificadores mineros y metalurgistas. Todas las disciplinas trabajando juntas para comprender el valor del depósito y efectuar mejor programación de la extracción de los diversos tipos de materiales. Con ello se reduce el riesgo e incertidumbre del control de ley, minado y procesamiento.

7 El conocimiento completo del yacimiento que permite definir el valor real del mineral, en términos del producto a obtener y su costo de producción, define por completo el plan de minado. Al identificar los tipos de material, sus asociaciones espaciales y sus variables de proceso, se mejora la planificación de las operaciones y la producción. Un mejor conocimiento origina menor incertidumbre y menos necesidades de modificación de planes ante eventos inesperados. Se han identificado una serie de factores que necesitan concretarse para que el tratamiento geometalúrgico sea efectivo. El primero y más importante factor para el éxito, es el de romper las tradicionales barreras entre las disciplinas profesionales: geólogos, mineros y metalurgistas relacionados a un proyecto minero deben trabajar en conjunto con un objetivo común y valorar los aportes de cada uno en el proceso integral. Ninguna de estas disciplinas individualmente tiene todas las respuestas. Por lo tanto debe establecerse el concepto de comunicación multi lingual ; es decir, todos los profesionales involucrados deben comunicarse y entenderse en términos geológicos, metalúrgicos y de negocios. En segundo término, los equipos de proyectos deben pensar explícitamente y constantemente en términos de incertidumbre y riesgo. Esta suerte de simbiosis de disciplinas mineras, debe conducir a la elaboración de modelos de recuperación, los cuales pueden estar basados en pruebas de laboratorio o piloto. Es muy recomendable que las variables metalúrgicas sean medidas en la etapa de exploración y mapeo. 2. Bases de la geometalurgia La importancia de la geometalurgia basa su principio en la comprensión de que las menas son combinaciones de minerales, no de elementos químicos y, puesto que todos los procesos tratan con minerales, son las características fisicoquímicas de éstos las que determinan las condiciones de un proceso de recuperación industrial. De una manera más específica, a continuación se mencionan algunas de las bases que sustentan la geometalurgia: Las menas son combinaciones de minerales. Son entonces las características de éstos las que determinan las condiciones de los procesos industriales. La determinación y control de procesos basada sólo en una química general puede ser engañosa.

8 Los depósitos minerales están formados por más de un tipo de mena. Los minerales de ganga son mucho más abundantes que los de mena. Estos minerales pueden determinar, por ellos mismos, condiciones de procesos de minado, quebrado, molienda, flotación, etcétera. En algunas menas el metal importante ocurre en más de un mineral. Los minerales tienden a presentar diferente comportamiento durante los procesos; las recuperaciones de un elemento pueden ser diferentes para diferentes minerales. Por otra parte, es el tipo de mineral de mena recuperado el que determina por ejemplo, la ley de un concentrado que alimenta a una fundición. No reconocer las aseveraciones previas, implica problemas en los procesos. De donde las mezclas de menas de diferentes unidades geometalúrgicas, pueden ser la solución adecuada durante la vida de una mina. El modelo geometalúrgico es el resultado del conocimiento global del depósito mineral en lo referente a su mineralogía, química, comportamiento a los procesos y recuperación. Esto significa que no deberían ocurrir sorpresas significativas durante la vida de una mina. 3. Planificación Geometalurgica La evaluación geometalúrgica implica cambios en los procedimientos tradicionales de core logging. En estas se debe introducir técnicas de evaluaciones mineralógicas asociadas a los procesos metalúrgicos, respuestas de las diversas variables metalúrgicas e introducción de esas respuestas en la definición de bloques Geometalúrgicos, Figura 3 Un bloque Geometalúrgico es una porción tridimensional de mineral de yacimiento el cual ha sido caracterizado en cuanto sus diversas propiedades, tanto Geológicas como Metalúrgicas. Ello permite tener el registro completo del yacimiento de modo que el rendimiento metalúrgico y su valor económico quedan determinados mucho antes de que el mineral ingrese a la Planta Metalúrgica. Para el metalurgista es importante conocer la distribución de materiales en el yacimiento, su variabilidad, las asociaciones mineral valioso-ganga, intensidad de alteraciones del mineral con una perspectiva espacial de tres dimensiones, situaciones que son bien conocidas por el geólogo.

9 Figura 3: Bloques Geometalúrgicos. El trabajo Geometalúrgico se realiza mejor cuando el geólogo examina sus muestras de perforación, identifica las características minerales y con ello determina las variables de potencial significancia en el procesamiento del mineral. Las características metalúrgicas se deben asociar con el mineral y sus características litológicas, e incorporar todo ello en los modelos Geometalúrgicos tridimensionales. En última instancia, un modelo Geometalúrgico debe conducir a la creación de una matriz que incluya la geología, mineralogía, condiciones de extracción de mina y parámetros metalúrgicos que se utilizarán en el planeamiento minero y diseño de procesos. Esta última situación, conduce a su vez a definir un plan de minado con la perspectiva de remover hacia la Planta Metalúrgica los minerales susceptibles de un tratamiento rentable. Por ejemplo considérese dos parcelas de mineral, ambas con la misma cantidad de mineral, Figura 4. De la primera parcela se puede procesar 100 ton/hr con una recuperación metalúrgica del 75 %. De la segunda parcela se puede procesar 110 ton/hr con una recuperación metalúrgica del 72 %.Ambas parcelas son 6 rentables; es decir, cubren todo el costo de procesamiento mineral, administración y comercialización. Desde una perspectiva de tiempo-valor, la segunda parcela proporciona mayor valor en tanto que consigue mayor cantidad de tratamiento aunque la recuperación sea menor.

10 Figura 4: Plan Geometalúrgico y su puesta en marcha. Esta estrategia, que considera fundamentalmente la maximización de la recuperación del metal valioso por unidad de tiempo, es la base de los esquemas de optimización y que hace uso del concepto Geometalurgico. En la Tabla 1 y Figura 5 se sintetiza algunos de los aportes de cada una de las disciplinas que participan en la actividad minera. El éxito de un modelo geometalurgico implica la creación de una matriz que incluya las variaciones geológicas, mineralógicas y pruebas de rendimiento, información que será utilizada en el planeamiento de minado y el diseño general. En términos generales, la caracterización del mineral es la cuantificación de la información física obtenida de muestras que representan un cuerpo mineralizado. La información recopilada como parte de un programa de caracterización de mineral proporciona la base objetiva para el abordaje del mapeo geometalúrgico. La planificación exitosa de una mina requiere información proveniente de varias disciplinas diferentes (geología, química, mineralogía) o de parámetros (propiedades físicas, respuesta metalúrgica y mediciones geotécnicas), Figura 5.

11 Tabla 1: Aportes de las diversas disciplinas en el desarrollo del Modelo Geometalúrgico. Figura 5: Disciplinas y su interacción en la caracterización Geometalúrgica

12 4. Componentes de la geometalurgia Como se aprecia en la Figura 6, la geometalurgia consiste de diversas actividades incluyendo: Muestreo Recolección de datos relacionados y correlaciones Adición de datos en un modelo de bloques o plan de mina Manejo geoestadístico de datos Modelamiento de procesos Pruebas de variabilidad, usando pruebas estandarizadas de bajo costo que requieren un pequeño volumen de muestras Figura 6: Componentes de la geometalurgia

13 5. Algunas consideraciones importantes para una exitosa aplicación de la geometalurgia 5.1. Lenguaje normalizado Es necesario adoptar un lenguaje normalizado aceptable para los profesionales de las diferentes áreas y de todas las fases operativas, desde la mina hasta el producto final (mina; beneficio del mineral; aglomeración, plantas siderúrgicas) Equipos de Proyecto Los equipos de proyecto deben tener una mente abierta y pensar de forma explícita (y constantemente) en términos de incertidumbre, riesgos, oportunidades, valor de uso, variabilidad, costos, innovaciones tecnológicas, cuestiones ambientales, diseño de equipos, etc. en cada etapa del proceso Conocimiento geometalurgico del yacimiento mineral Es necesario conocer en detalle el cuerpo del mineral a través de una adecuada investigación de minerales para construir un modelo espacial. El modelo está diseñado para ofrecer un efectivo conocimientode geometalurgia teniendo en cuenta aspectos esenciales en todas las fases operativas de la producción de acero, desde la producción en bruto del yacimiento hasta el producto final, centrándose en la mina, el procesamiento de minerales, la aglomeración y las plantas siderúrgicas. Además de la caracterización química, se deben llevar a cabo estudios mineralógicos y microestructurales de la extracción de testigos mediante microscopia óptica principalmente y otras técnicas auxiliares de análisis. Como una primera aproximación a una clasificación industrial de minerales de hierro, se sugiere una nomenclatura basada en la mineralogía dominante. También es esencial desarrollar una caracterización tecnológica en escala de laboratorio y, a veces incluso a escala piloto (muestras de mezclas) de las muestras de extracción de testigos. El uso adecuado de herramientas 3D y un conocimiento avanzado de geoestadística es esencial para obtener un eficaz modelo geometalúrgico del cuerpo del mineral. Los atributos geometalúrgicos clave deben ser espacialmente modelados utilizando estimaciones válidas de estos parámetros con el fin de extraer el valor total de cada bloque y así construir el conocimiento geometalúrgico del yacimiento de mineral.

14 5.4. Metodología de la caracterización de materiales mineralógicos, microestructurales y tecnológicos Es útil desarrollar una adecuada metodología de caracterización mineralógica y microestructural cualitativa y cuantitativa de partículas de minerales y aglomerados (desde la producción en bruto del yacimiento, finos de mineral de hierro naturales, concentrados, finos para sinterización, finos para peletización, mineral de hierro calibrado, pélets cocidos y sinter) que es la base para la caracterización geometalúrgica de estos materiales. Además, todos los procedimientos experimentales de los ensayos tecnológicos en escala de laboratorio y en escala piloto deben definirse para cada fase operativa (molienda, flotación, aglomeración fría y caliente, procedimientos físicos, químicos y metalúrgicos, etc.) 5.5. Factores críticos dentro de las plantas industriales Dentro de las plantas industriales, se recomienda especial atención a los siguientes factores críticos: tamizado de minerales, clasificación granulométrica del fino de mineral de hierro, distribución de la carga, segregación granulométrica, sistemas de pesaje de las materias primas, métodos de operación, automatización del proceso, exactitud de la base de datos, equipos de diseño, sistema integrado de supervisión de procesos y balance de masa, etc 5.6. Cooperación técnica entre industrias y universidades Se recomienda una estrecha cooperación técnica entre las industrias y las universidades sobre los estudios geometalúrgicos, que involucre cursos de posgrado, servicios técnicos, investigaciones científicas, capacitación continua, campo de trabajo de los cursos de grado, estudios de iniciación científicos para estudiantes de grado, laboratorios de usos múltiples y cooperación internacional. 6. Información que puede aportar la geometalurgia Toda la información que se deriva de un estudio geometalúrgico se puede utilizar en procesos relacionados con la evaluación de recursos, los métodos de explotación y los métodos de beneficio de un mineral. A continuación se mencionan algunas de estas posibilidades de información:

15 Relación de especies minerales, características texturales entre ellas, Figura 7, Figura 7. Concentrado de pirita. Fotografía al microscopio mineragráfico Relaciones entre minerales de mena y ganga. Figura 8 Concentración de elementos deseables o indeseables durante un proceso. Figura 8. Imagen al microscopio electrónico de barrido (MEB) del mismo grano de pirita

16 Dureza del material (facilidad de molienda). Conocimiento de la mejor malla de liberación de las partículas minerales (Figura 9). Figura 9. Diferentes grados de liberación de una partícula (negro). Recuperación metalúrgica. Características de productos de desecho (terreros y jales de plantas de beneficio, escorias y polvos de fundiciones). Relaciones de la mena con el consumo de reactivos. Facilidades para la perforación durante la explotación o exploración. Facilidades para la fragmentación durante la explotación. Características de productos de fundición.

17 7. Beneficios de la geometalurgia La geometalurgia reduce significativamente el impacto de incertidumbre espacial en el planeamiento de la mina, debido a que documenta la variabilidad en un depósito. Esto minimiza el riesgo del proyecto al permitir lo siguiente: Documentación rigurosa del impacto geológico y mineralógico en el rendimiento metalúrgico y de molienda Diseño de planta que reconoce la variabilidad inherente al depósito Pronóstico de los parámetros de producción tales como capacidad de procesamiento de la planta, ley, recuperación, P80 y ley del concentrado trimestral o anualmente, con un intervalo de confianza estadístico Optimización del rendimiento de planta con respecto a la variabilidad del mineral Minería efectiva del mineral a lo largo de la vida de la mina Recurso de mina y rendimiento de planta optimizados Figura 10: Minerales de diferentes minas (o incluso de la misma mina) poseen diferentes componentes mineralógicos y microestructuras debido al metamorfismo, tectonismo y erosión durante los tiempos geológicos.

18 8. Conclusiones Como toda actividad de investigación que trabaja con muestras, lo más importante es la representatividad de la muestra que, en este caso, debe ser extrapolable a decenas o centenas de miles de toneladas de mineral. Por lo tanto, quienes se involucran en un estudio geometalúrgico participan activamente desde la selección y toma de muestras, hasta un reporte final. Las técnicas de trabajo van desde la escala hectométrica hasta la escala microscópica. Una metodología general involucra los siguientes aspectos: Reconocimiento de litología,( tipos y grados de alteración, tipos y grados de mineralización). Descripción detallada de núcleos de barrenos de diamante (Reconocimiento de los mismos parámetros anteriores y selección de tramos para muestreo). Muestreo de rocas mineralizadas representativas y de tipos de mineral para compósitos (Con el objeto de definir unidades geometalúrgicas y realizar trabajo de detalle al microscopio). Estudio de láminas delgadas y secciones pulidas al microscopio polarizante (Definición de las características mineralógicas, litológicas y texturales al microscopio) Estudios de difracción de rayos X, principalmente método Rietveld (Composición de minerales específicos, principalmente arcillas y proporciones generales no identificadas al microscopio petrográfico). Estudios al microscopio electrónico de barrido (MEB) con EDS (Energy Dispersive System) (Composición específica de los minerales y texturas a esta escala). Utilización de un programa informático Es así que este proyecto de investigación, se puede concluir de forma veraz los siguientes aspectos La metalurgia empieza desde la mina, el lenguaje del geólogo es diferente del metalurgista Cada tipo de mineral tiene diferente flotabilidad en función de la composición dela ganga

19 Siempre es más barato la geometalurgia comparada a procesos alterno Se debe buscar zonas donde el mineral problema se encuentra ocluido en matrices de gangas El conocimiento geológico tiene un serio impacto sobre el negocio minero El plan geometalurgico debe ser una decisión de la empresa y no de área La geometalurgia promueve el trabajo en equipo, ya que genera una conciencia de los problemas generales de la empresa.

20 Referencias Bibliográficas C., J. A. (s.f.). GEOMETALURGIA:Minerales que perjudican al tratamiento metalurgico. COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERÚ. EFRÉN PÉREZ SEGURA, J. C. (s.f.). LA GEOMETALURGIA: UNA EXCELENTE HERRAMIENTA MULTIDISCIPLINARIA PARA LA VINCULACIÓN UNIVERSIDAD-INDUSTRIA. EPISTEMUS. F., A. A. (s.f.). GEOMETALURGIA: UN NUEVO CAMPO PARA EL METALURGISTA. JEFE PROYECTOS HIDROMET. Ing. Edmundo Alfaro Delgado, P. D. (s.f.). LA GEOMETALURGIA: PROSOPECTIVA EN MINERÍA Y FORMACIÓN ACADEMICA DE ESPECIALISTAS. Pontificia Universidad Católica del Perú- Sección Minas, Área - Metalurgia. N, J. C. (s.f.). METALURGIA EXTRACTIVA Y PROCESOS MINERALÓGICOS. UNIVERSIDAD DE ACONCAGUA. Rubén Zevallos, J. P. (s.f.). ESTRATEGIA GEOMETALURGICA EN LA OPTIMIZACION DE LA FLOTACION. COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU

21 2. CRONOGRAMA DEL PROYECTO ETAPAS INICIO FINAL Investigación teórica Redacción Conclusión Acabado 3. PRESUPUESTO Y FINANCIACIÓN 3.1 Recursos Humanos NOMBRE León Mamani Víctor Aguilar Gutiérrez Joseph Colque Escobedo Shinder LABOR Investigador Investigador Investigador Materiales: Diapositivas Libros Conferencias Proyectos de investigación Tesis Revistas Paginas Webs

22 Arequipa, 2015 Setiembre 4 Firma Responsable