PROCESO DE FLOTACIÓN

1.- GENERALIDADES:

Se define la flotación como un proceso de concentración de mineralesen el cual se procura separar las partículas de menas útiles deestériles o gangas, mediante un tratamiento físico químico quemodifica su tensión superficial para lograr que burbujas de airefinamente divididas se adhieran a las primeras y las enriquezcaen una espuma.

En vista de esta última característica, este proceso recibe también elnombre de flotación de espuma (froth flotation). Tiene sobre otrosprocedimientos de concentración, puramente físicos, la ventaja de:

Tener flexibilidad suficiente para concentrar selectivamente, esdecir, con producción de concentrados limpios y de alta ley,todos los sulfurados y la mayoría de los no sulfurados yoxidados. Mediante combinaciones (o formulaciones) adecuadasde aditivos, o reactivos de flotación.

Adaptarse fácilmente al tratamiento en gran escala y con ayudade técnicas automáticas de control y medición, a pulpas demineral con granulometría de amplia gama: entre 48mallas/pulgadas hasta unos pocos micrones.

Integrarse fácilmente con técnicas modernas de molienda yclasificación, así como con medios mecanizados de manejo deproductos, tales como bombeo separación sólido/líquido.

El mecanismo esencial de la flotación comprende la anexión de partículas minerales a las burbujas de aire, de tal modo que dichas partículas son llevadas a la superficie de la pulpa mineral, donde pueden ser removidas. Este proceso abarca las siguientes etapas:

1. El mineral es molido húmedo hasta aproximadamente 48 mallas(297 micrones)

2. La pulpa que se forma, es diluida con agua hasta alcanzar un porcentaje de sólidos en peso entre 25% y 45%.

3. Se adiciona pequeñas cantidades de reactivos, que modifican lasuperficie de determinados minerales.

4. Otro reactivo, específicamente seleccionado, se adiciona para que actúe sobre el mineral que se desea separar por flotación. Este reactivo cubre la superficie del mineral haciéndola aerofílica e hidrofóbica.

5. Luego se adiciona otro reactivo, que ayuda a establecer una espuma estable.

6. La pulpa químicamente tratada en un depósito apropiado, entraen contactos con aire introducido por agitación o por la adición directa de aire a baja presión.

7. El mineral aerofílico, como parte de la espuma, sube a la superficie de donde es extraído. La pulpa empobrecida, pasa a través de una serie de tanques y celdas, con el objetivo de proveer tiempo y oportunidad a las partículas de mineral para contactar burbujas de aire y pueden ser recuperadas en la espuma.

Por lo tanto, podemos señalar que la flotación es un macrofenómeno de hidrofobicidad y de aerofilicidad de la superficie de los minerales, que se desean recuperar.Para que la flotación de minerales sea efectiva, se requiere de los siguientes aspectos:

Reactivos químicos: o Colectores

o Espumantes

o Activadores

o Depresores

o PH

Componentes del equipo

o Diseño de la celda

o Sistema de agitación

o Flujo de aire

o Configuración de los bancos de celdas

o Control de los bancos de celdas

Componentes de la operación

o Velocidad de alimentación

o Mineralogía

o Tamaño de partículas

o Densidad de pulpa

o Temperatura.

En la flotación intervienen los siguientes elementos o factores: 1. Pulpa2. Reactivos

3. Aire

4. Agitación

Figura N.° 1. Diagrama de flujo de flotación

PROCESO DE LIXIVIACIÓN

1.- GENERALIDADES:

La lixiviación metalúrgica es una tecnología de la minería que consiste en el tratamiento de materiales minerales, principalmente oxidados, que contienen metales y que son reducidos en su tamaño para someterse a un proceso húmedo con soluciones ácidas o básicasque disuelven los elementos solubles y los concentran en una solución enriquecida, por lo que se le considera un proceso “hidro-metalúrgico”.

Este proceso permite trabajar “depósitos minerales” clasificados de baja concentración siempre que la operación minera ocurra a una

gran escala que permita reducir los costos de extracción mineral por tonelada y garantizar una rentabilidad por el proceso.

Comparada con las operaciones pirometalúrgicas, la lixiviación es un proceso mucho más sencillo y mucho menos dañino, pues no ocurre contaminación gaseosa.

Los puntos a controlar en la lixiviación son principalmente la posible acidez de los residuos para evitar la toxicidad y monitorear la eficiencia de la operación ya que la temperatura de las reacciones son esenciales para garantizar la rentabilidad de la operación químicade los reactivos.

Existen varios tipos de procesos de lixiviación metalúrgica, por lo general la clasificación depende del tipo de “reagentes” que se utilicen para la operación, que son seleccionados de acuerdo al tipo de mineral o material a ser procesado que en general se pueden identificar como “óxidos” o “sulfuros”

En el caso de la lixiviación de un óxido de zinc, una reacción de lixiviación simple puede ilustrarse en la siguiente fórmula:

ZnO (óxido de zinc) + H2SO4 (ácido sulfúrico) -> ZnSO4 (sulfato dezinc soluble) + H20 (agua).

En el caso del óxido de aluminio, la lixiviación puede ocurrir con soluciones “alcalinas”, por ejemplo, bajo la siguiente fórmula:

Al2O2 (1 molécula de óxido de aluminio) + 3H2O (3 moléculas deagua) + 2NaOH (2 moléculas de hidróxido de sodio) -> 2NaAl (OH)4

(Aluminato de Sodio hidratado)

La lixiviación de metales preciosos como el oro y la plata puede realizarse de una forma muy sencilla con cianuro u ozono bajo condiciones ambientales.

La lixiviación de sulfuros es un proceso más complejo debido a la naturaleza refractaria de los minerales de sulfuro. Se pueden utilizar cámaras presurizadas llamadas “autoclaves”, por ejemplo, en la metalurgia del zinc, por ejemplo en la siguiente reacción:

2ZnS + O2 + 2H2SO4 -> 2ZnSO4 + 2H2O + 2S

Que ocurre a temperaturas arriba del punto de ebullición del agua, creando una presión de vapor dentro del autoclave a presiones de alrededor de 0.6 MPa dentro del autoclave.

Diagrama de flujo de lixviación

PIROMETALURGIA

1.- CONCEPTO:

La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean procesos para obtención y refino o refinación de metales utilizando calor, como en el caso de la fundición.

Es la técnica más antigua para extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus menas, directamente o después de concentradas, por medio de calor. Se trata principalmente de extraer –del mineral– el metal, mediante separación –de la ganga– del mineraly purificación de los metales. El rango de temperaturas suele superar los 950 °C.

Para mantener la temperatura a la que el proceso se lleva a cabo, la mayoría de los procesos pirometalúrgicos requiere aporte de energía. Esta energía la proporciona generalmente la reacción exotérmica de alguna variedad de carbón, como el coque, o la energía eléctrica. Según sea el proceso, se añade un agente reductor, que puede ser el

combustible. Cuando la reacción exotérmica del material de partida es suficiente para mantener la temperatura del proceso (es decir, sin adición de combustible o de electricidad), se dice que el proceso es autógeno.

La pirometalurgia se emplea mucho porque es más rápida y puede procesar grandes cantidades de mineral. Los demerita una desventajaambiental: son altamente contaminantes, pues emiten SO2 (anhídridosulfuroso) y CO2 (anhídrido carbónico).

2.- PIROMETALURGIA DEL COBRE:

El proceso de obtención y refinación del cobre depende de que el mineral sean sulfuros (cuando el cobre se combina con el azufre pasa a llamarser sulfuro de cobre), en cuyo caso se utiliza la vía pirometalúrgica en la que se producen ánodos y cátodos, o que sean óxidos, en cuyo caso se utiliza la vía hidrometalúrgica en la que se producen directamente cátodos, por ahora nos concentraremos en el proceso pirometalúrgico:

El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5-0,2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina, mediante flotación, para su transporte y uso final en la fundición, obteniéndose un concentrado de cobre que contiene entre 20 y 45% de cobre, los otros dos componentes principales son el azufre y el hierro, además de otros metales entre los cuales se encuentran el oroy la plata como positivos y el plomo, arsénico y mercurio como impurezas.

El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya primera etapaindustrial es el Horno de Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1300 º C. En el horno el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro, conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce en el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se extrae delhorno formando parte de un producto que se denomina mata de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.

La mata de cobre pasa a la sección de convertidores, para incrementar la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a una gran oxidación adicional en un proceso discontinuo “batch”, consiguiendo un producto intermedio denominado blister con un contenido en cobre del 99%, gases ricos en SO 2 que se unen a los gases anteriores del horno y escorias con un contenido del 6% de cobre.

El blister pasa al horno de afino donde incrementa su contenido en cobre hasta el 99,6% y posteriormente a la rueda de moldeo de ánodos, donde se da a los ánodos la forma geométrica, semejante a una camiseta de mangas cortas extendidas, necesaria para su utilización en la Refinería.

Los gases de SO2 producidos en el horno y convertidores se recogen, se oxidan y se convierten en ácido sulfúrico en una planta de doble absorción, mientras que las escorias, después de tratarlas en un horno eléctrico para recuperar todo el cobre que contienen, se enfríany granulan para su posterior utilización como material estéril.

Como regla general una Fundición que produzca 310.000 Tm/año de ánodos consume 1.000.000 Tm/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 Tm/año de ácido sulfúrico y 300.000 Tm/año de escorias.

El proceso utilizado es el electrorefino de los ánodos, que consiste en disponer en celdas (balsas) los ánodos que actúan como electrodo positivo, separados por una placa inerte que actúa como electrodo negativo, sumergidos en una disolución de sulfato de cobre denominada electrolito y utilizar una corriente eléctrica de bajo voltaje, que al ser selectiva para el cobre disuelve los ánodos en el electrolito y los iones de cobre resultante se depositan sobre la placa inerte obteniendo los cátodos que son unas planchas de 1 m ² de superficie y un peso de 55 kg.

3.- PIROMETALURGIA DEL ZINC:

La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida porconcentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas.Además de los concentrados sulfurados de zinc.

En la fase de tostación, el concentrado se tuesta con aire, formándoseóxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso(SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4)una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos detostación. En la lixiviación el zinc y los otros metales contenidos en la calcinese disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación:lixiviación neutra y lixiviación ácida. En la etapa de lixiviación neutrase disuelve la mayor parte de la calcine, excepto las ferritas de zinc(óxido de hierro y zinc) en ella contenidas. Mediante la utilización deespesadores se separan los sólidos no disueltos de la disolución desulfato de zinc. La disolución clarificada se envía a la etapa depurificación, mientras que los sólidos no disueltos se someten a laetapa de lixiviación ácida.La lixiviación ácida se realiza a una temperatura próxima a la deebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto losque forman compuesto insoluble en medio sulfúrico, como el plomo,calcio y sílice. La disolución así obtenida se somete a un proceso dehidrólisis, tras el que se forma un sulfato básico de hierro insolublellamado Jarosita, que en unión de los metales no disueltos en estasegunda etapa constituyen el residuo final del proceso. Este residuo,después de una decantación en espesadores y posterior filtración, esenviado por bombeo a la balsa de residuos.Una vez realizada la filtración, la disolución de sulfato de zinc seenfría mediante torres de refrigeración y se bombea al tanque dealmacenamiento de electrolito.En la electrolisis, se produce el paso de una corriente eléctrica através de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose elzinc metálico puro, que se deposita sobre láminas de zinc resultantesse arrancan automáticamente y son transportadas para su fusión ycolado.Una vez fundido el zinc, se envía a las máquinas de colada con elobjeto de producir las diversas formas comerciales de lingote que

requiere el mercado.

4.- PIROMETALURGIA DEL PLOMO:

En el Perú, el mineral que se emplea para extraer el plomo se llama galena, el yacimiento del plomo se encuentre en la Oroya (Cerro de Pasco), Atococha, Milpo, etc.. La mena del plomo se somete a tostación moderada en hornos especiales y se transforma en una mezcla sólida de PbO y PbSO4 , según la ecuación:

3PbS(s) + 5O2(g) → 2PbO(s) + PbSO4(g) + 2SO2(g)

En seguida, al producto de tostación se adiciona a 2/5 partes restantes del mineral y el conjunto se calienta a altas temperaturas en un horno, obteniéndose finalmente el plomo metalúrgico impuro de 94 á 95% de pureza según la ecuación:

2PbS(s) + 2PbO(s) + PbSO4(g) → 5Pb(s) + 3SO2(g)

La refinación electrolítico del plomo metalúrgico permite obtener Pb con una pureza de 99,99%, el cual se deposita el cátodo, el iodo anódico está formado por bismuto, zinc, cobre.

Aplicaciones del plomo: en la construcción de cañerías para agua ygas, en aleaciones para tipos de imprenta. Fabricación de municiones y acumuladores. El plomo tetraetilo se usa como antidetonante en la gasolina. Derivados del plomo se usan en la fabricación de pinturas.

5.- METALURGIA DEL ORO:

El oro es un metal inactivo, por lo que se encuentra en su mayor parte en estado natural. En ocasionesse encuentra como telururo de oro. Debido a su alta densidad, el oro metálico puede concentrarse encharolas. En esta operación, la arena y la grava que contienen oro se agitan con agua en una charola.Las partículas más ligeras se derraman y las densas pepas de oro permanecen en el fondo. El oro seconcentra filtrando grava molida en una corriente de agua sobre una mesa de agitación ligeramenteinclinada que contiene diversas barreras bajas. Estas impiden el descenso de las partículas de oro maspesadas pero permiten el paso de las partículas más ligeras. A continuación, se forma una aleación deoro con mercurio y se retira. En la etapa posterior se destila el mercurio dejando atrás el oro puro.El oro también se recupera de los lodos anódicos por purificaciónelectrolítica del cobre. El oro es tanescaso que también se obtiene de minerales de bajo grado por el proceso de cianuro. Se hace burbujearaire a través de una mezcla agitada del mineral con una solución de NaCN. Esto ocasiona la oxidaciónlenta del metal y la formación de un complejo soluble:

4Au(s) + 8 CN - (ac) + O2(g) + 2 H2O(l) 4[Au (CN)2] - (ac) + 4 OH-(ac)

El oro libre puede regenerarse a continuación por reducción de [Au (CN)2] - con zinc después defiltración o por reducción catalítica.

El proceso de extracción de oro comprende el acarreo del mineral demina al pad delixiviación, lugar donde es depositado formando nivelesde 8 metros de altura(llamados lifts). Este mineral es regado con unasolución cianurada, la cual vadisolviendo el oro contenido en éste, ensu descenso de lift a lift. Para este proceso seutiliza cal para mantener

un pH que impida la formación de ácido cianhídrico (HCN).El mineralpuesto en el pad (mineral del tipo sílice oxidada, coluviales, cuarzoalunita ymixtos) no presentaba mayores problemas en la percolacióndesde su inicio, utilizandoel proceso anteriormente descrito. A partirdel mes de marzo del año 2000, se tuvo problemas con la extracciónde oro, ya que la solución cianurada de regado no percolaba igual queen el mineral inicial, trayendo como consecuencia la disminuciónen larecuperación de oro en el pad. Por tanto se procedió a realizarpruebasmetalúrgicas para solucionar el problema, llegando adeterminar que el método másapropiado para este nuevo tipo demineral por lixiviar al que nos enfrentábamos (conalto contenido dearcilla y abundante cantidad de agua) era aglomerándolo.

Se halla en la naturaleza en una proporcion bajisima, el 0,0000005 % en peso.Es un metal de color amarillo caracteristico, que es blando, muy ductil y maleable. El oro se presenta enla naturaleza bajo formasdiversas: en filones de rocas auríferas, asociado a otros metales (por ejemploel cobre) y en forma de polvo o de granulos redondeados o achatados conocidos como pepitas; endepósitos de arena y lechos fluviales (placeres auríferos). Para extraer el metal que se encuentra endichos depósitos se procede en primer lugar al lavado (levigacion) y cribado de las tierras con un tamiz,instrumento compuesto por un aro o armazón con una tela o una malla muy tupida, que sirve paraseparar las partículas del metal precioso. Luego estas son sometidas a diversos procesos (por lo general,amalgamación con mercurio y posterior destilación de la amalgama) hasta obtener oro puro. Cuando elmetal se halla en un yacimiento, antes del lavado es preciso el desmenuzamiento de las rocas auríferas.