XXVIII Convencin Minera Internacional, AIMMGM AC, Veracruz, Ver., 28 al 31 de octubre de 2009

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METALURGIA INTEGRAL APLICACIN EN LAS MINAS DE PEOLES R. ESPINOSA1*, A. URIBE2, J. LIRA3 y A. GUERRA4 1Servicios Industriales Peoles S.A. de C.V., 2CINVESTAVIPN Unidad Saltillo, 3Minera Sabinas S.A. de C.V., 4Facultad de Qumica de la UNAM, (*Rodolfo_Espinosa@penoles.com.mx)

RESUMEN

El presente artculo presenta resultados obtenidos de la aplicacin de la metodologa de Metalurgia Integral a Plantas concentradoras de sulfuros complejos que utilizan el proceso de flotacin. Esta metodologa toma en consideracin varios de los aspectos que afectan los grados y las recuperaciones de los metales de inters, entre otros, la mineraloga del depsito, la calidad del agua de proceso, la qumica de la pulpa que resulta de la interaccin entre las especies mineralgicas y las especies qumicas presentes en el agua, incluyendo aquellas adicionadas deliberadamente (activadores, colectores, depresores, reguladores), como aquellas que ocurren o se forman de manera natural (Ca, Mg, tiosales, sulfato). Se presentan resultados tpicos obtenidos en las Plantas Concentradoras de Peoles.

ABSTRACT This paper presents results of the implementation of the integral metallurgy methodology to complex sulfide concentrators using the flotation process. The above methodology takes into consideration several aspects that affect both grade and recovery of metals of interest, such as the mineralogy of the ore deposit, the process water quality, the chemistry of the pulp that results from the interaction between the mineral species and the chemical species dissolved in the water, including those added deliberately (activators, collectors, depressants, etc.), as well as those that form or occurred naturally (Ca, Mg, thiosalts, sulfates). Typical results of the measurements performed in Peoles Concentrators are presented and discussed in terms of their effect upon metallurgical performance.

INTRODUCTION Breve descripcin del concepto de metalurgia integral El alcance de metalurgia integral es el anlisis, entendimiento, caracterizacin y control de aquellos factores que afectan los grados y recuperaciones de los metales de valor, resultado final de las operaciones de minado y concentracin de los minerales. Entre los factores ms importantes que toma en cuenta estn la mineraloga, la naturaleza y composicin qumica del agua de proceso, y los fenmenos qumicos y electroqumicos que ocurren en la pulpa mineral, englobados en el trmino genrico qumica de la pulpa. Papel de la mineraloga Los factores mineralgicos que afectan el comportamiento metalrgico de las especies minerales, son algunos muy conocidos como los tipos de minerales presentes, sulfuros primarios, sulfuros secundarios, tipo de sulfuro de fierro pirita pirrotita, tipo de pirrotita hexagonal (no magntica) monoclnica (magntica), tipo de ganga no sulfurosa, presencia de material carbonoso, tamao de grano, grado de liberacin y tipo de asociaciones. As como otros menos comunes como son el estado de oxidacin, su capacidad para consumir oxgeno cuando se pulverizan y dispersan en soluciones acuosas y sus propiedades inherentes de hidrofobicidad (e.g., flotabilidad en ausencia de colectores especficos).

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Calidad del agua de proceso La composicin qumica del agua en que se dispersan y transportan las partculas minerales juega un papel determinante en el acondicionamiento e hidrofobizacin selectiva de las especies mineralgicas de inters. En general, el agua de proceso es una mezcla de aguas recicladas complementada con agua fresca disponible y por lo tanto contiene concentraciones importantes de especies no metlicas tales como sulfatos, tiosales (constituidas principalmente por tiosulfato), carbonatos, cloruros, en algunos casos cianuros y cianatos, as como de especies metlicas tales como cationes y complejos hidroxo de metales pesados (Pb, Fe, Cu, Zn), y de metales alcalinotrreos (Ca y Mg) y alcalinos (Na y K). Estas especies pueden actuar como depresores de minerales especficos (e.g., el sulfato y el calcio precipitan como yeso disminuyendo la flotabilidad de la galena), o bien, dependiendo del pH resultante de la mezcla de aguas, como activadores no deseados (e.g., activacin de ZnS y FeS2 con Cu o Pb). Es por lo tanto importante conocer la naturaleza y composicin qumica del agua empleada en el proceso, para poder determinar con certeza las acciones adecuadas para evitar reacciones qumicas que afecten adversamente a la flotacin selectiva de las especies minerales de valor. Qumica de la pulpa La qumica de la pulpa engloba a todas aquellas reacciones qumicas y electroqumicas que ocurren entre el agua, las especies qumicas presentes en el agua, las diferentes especies minerales que constituyen las partculas, el medio moledor (bola de acero vs. bola de acero al alto cromo) as como a las especies que se disuelven como resultado de dicha interaccin. Como es de esperar, la qumica de la pulpa es funcin de la naturaleza y composicin del mineral y del agua de proceso empleada, y cambia cuando el mineral o el agua cambian. Entre los parmetros que definen la qumica de la pulpa estn el pH, la temperatura, el potencial redox (Eh), el oxgeno disuelto (OD), la demanda de oxgeno disuelto (DOD) (Spira y Rosenblum, 1974) y el grado de oxidacin del mineral (Rumball y Richmond, 1996). El conocimiento de la evolucin de estos parmetros a lo largo de la molienda y la flotacin permite discernir las reacciones que sufren los minerales a su paso por dichos circuitos, y tomar acciones tendientes a promoverlas o eliminarlas, dependiendo de su efecto sobre el comportamiento metalrgico de los minerales de inters. ANTECEDENTES La implementacin de proyectos de metalurgia integral en Plantas Concentradoras de compaas mineras de prestigio internacional a redundado en beneficios econmicos como resultado de mejoras en las etapas de molienda y concentracin (Pietrobon y col., 2004). Un ejemplo claro de acciones tomadas en base al conocimiento del efecto de la qumica del agua sobre la hidrofobizacin selectiva de los minerales valor, es la adicin de carbonato de sodio a puntos estratgicos del circuito tales como molinos y acondicionadores, con el objetivo de limpiar las superficies de las partculas minerales del calcio y sulfato precipitados en forma de yeso (CaSO42H2O), dado que este posee un efecto depresor sobre la galena y esfalerita (Grano y col., 1995). La ausencia de supervisin y control en la qumica del agua de proceso puede traer las siguientes consecuencias sobre la metalurgia del proceso (Levay y col., 2001): Bajas recuperaciones debido al recubrimiento de los minerales valiosos con precipitados hidroflicos, competencia entre los activadores y colectores con otras especies por los sitios de adsorcin sobre la superficie de las partculas, activacin inadvertida de minerales no deseados, entre otros. Bajos grados debido a adsorcin no selectiva de activadores y colectores sobre minerales valiosos y ganga, activacin no efectiva, entre otros. El tratamiento adecuado al agua de proceso ha demostrado que estos efectos pueden ser eliminados o al menos minimizados, empleando esquemas de tratamiento adecuado (Levay y col., 2001).

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El proyecto de Metalurgia Integral est siendo implementado en varias de las Unidades operativas de Peoles, a la fecha ya se cuenta con resultados de las siguientes acciones:

a) Evaluacin del efecto benfico de la adicin de carbonato de sodio en el molino, en los grados y recuperaciones de los metales de valor.

b) Inventario de la calidad de las aguas de proceso, para identificar especies presentes con concentraciones que pueden representar un problema (depresin, activacin) en el proceso.

c) Tratamiento en la pulpa del agua de alimentacin al molino con carbonato de sodio, con el objeto de precipitar carbonatos de Ca y Mg en lugar de yeso (CaSO42H2O) e hidrxido de magnesio en el circuito de zinc (e.g., provoca la depresin de la esfalerita (Grano y col., 1995; Lascelles y col., 2003).

d) Muestreos de la qumica de la pulpa para identificar las etapas de los circuitos en donde ocurren reacciones redox, que demandan ms oxgeno.

En el contexto anterior, el objetivo del presente artculo es presentar los resultados obtenidos en los distintos componentes del proyecto de metalurgia Integral y en discutir su significado y relacin con el comportamiento metalrgico de los minerales en los circuitos de molienda y flotacin. METODOLOGA Inventario de la calidad de las aguas de proceso Consiste en el muestreo de las diferentes corrientes que entran y salen de la Planta, as como en la determinacin de su composicin qumica. Un balance de agua proporcionar el pH y composicin qumica del agua empleada en la alimentacin al molino y en la dilucin del cicln. El muestreo se realiza siguiendo procedimientos que aseguren el filtrado de partculas coloidales suspendidas, la conservacin de las especies metlicas en la solucin (e.g., adicionando HNO3 a pH10. Las muestras se mantienen en refrigeracin hasta ser analizadas. Tratamiento en la pulpa del agua de proceso con carbonato de sodio La adicin de carbonato de sodio en el molino permite la generacin de nueva superficie libre de precipitados de sulfato de calcio (e.g., yeso), el cual se forma debido a la reaccin entre el calcio y el sulfato, ya presente en el agua y formado durante la molienda debido a la oxidacin de los sulfuros. El carbonato de sodio se agrega al molino en una suspensin del 14% en peso de Na2CO3, con un flujo volumtrico tal que asegure la adicin de alrededor de 1 kg de carbonato de sodio por tonelada de mineral. Muestreos de la qumica de la pulpa en los circuitos de molienda y flotacin Se miden los parmetros que definen la qumica de la pulpa (T, pH, Eh, OD, DOD, metales oxidados), en aquellos puntos del circuito en donde se considera ocurren cambios importantes tales como la descarga del molino, los finos del cicln, los tanque acondicionadores, y las cabezas y colas de flotacin, principalmente. Se emplean multmetros con sensores previamente calibrados con soluciones estndar y procedimientos estandarizados para medir la demanda de oxgeno disuelto (DOD) y la cantidad de metales oxidados (extraccin con EDTA). RESULTADOS Y DISCUSIN Inventario de la calidad de las aguas La Tabla 1 presenta un resumen de los anlisis qumicos tpicos obtenidos en muestreos de las aguas de una Unidad minera, en los que se observan valores que pueden ser una fuente de problemas en el proceso. Es de particular inters identificar aquellas especies presentes con concentraciones que

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pudieran causar problemas en la molienda y flotacin, entre otras, Ca y SO4 total, ya que estas especies provocan precipitacin de yeso y depresin de galena y esfalerita; el Fe provoca depresin debido a la precipitacin de hidrxidos frricos; el Cu y Pb provocan activacin de esfalerita y ganga no sulfurosa en el circuito de plomo; el Zn provoca depresin de esfalerita en el circuito de zinc.

Tabla 1. Resumen de los anlisis qumicos tpicos obtenidos en muestreos de la calidad de las aguas de una Unidad minera, que muestra las especies metlicas y no metlicas ms relevantes al proceso.

Tratamiento del agua en la pulpa Resultados de laboratorio mostraron los beneficios asociados con la adicin de carbonato de sodio en la etapa de molienda de un mineral Cu-Pb-Zn. La Figura 1 presenta las curvas grado vs. recuperacin de Cu (el metal valor), grado vs. recuperacin de Fe (ganga sulfurosa), en donde se observa que la curva de separacin del Cu se mejora de manera significativa con la adicin de carbonato de sodio (e.g., para la misma recuperacin, la ley de Cu en el concentrado se incrementa conforme se incremente la adicin de carbonato de 1.5 kg/ton a 3 kg/ton). Asimismo, en la figura se observa que tanto la recuperacin como el contenido de Fe del concentrado disminuyen con la adicin de carbonato, lo que en trminos prcticos significa que los concentrados de Cu que se obtienen estn menos contaminados con Fe.

Figura 1. Curvas grado vs. recuperacin para Cu (metal de valor) y Fe (ganga sulfurosa) para diferentes adiciones de Na2CO3 durante la molienda, que muestran el papel benfico de la adicin de carbonato sobre las leyes

y recuperaciones del cobre, al mismo tiempo que se provoca la depresin de la pirrotita que se refleja por el menor grado de fierro.

Respecto a la adicin de carbonato de sodio en el molino con el objeto de asegurar la obtencin de partculas libres de yeso durante la molienda, la Figura 2(a) muestra que la adicin de alrededor de 1 kg/ton se refleja en una disminucin en la concentracin de Ca y Mg en los finos del cicln. Es bien conocido que el yeso precipita en forma de partculas coloidales que se adsorben sobre la superficie de los sulfuros mediante un mecanismo de heterocoagulacin, dificultando la adsorcin posterior del colector y afectando adversamente la recuperacin.

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La adicin de carbonato provoca la precipitacin del calcio en forma de carbonato (de naturaleza cristalina y compacta) en el seno de la solucin acuosa en lugar de sobre la superficie de las partculas; la disminucin en la concentracin de calcio indirectamente evita su precipitacin en forma de yeso. Cabe mencionar que la adicin de carbonato de sodio tambin juega el papel de disolver el yeso ya presente sobre la superficie de los minerales, por lo que se recomienda su empleo en etapas de acondicionamiento previas a la adicin de colectores. La Figura 2(b) presenta el diagrama de especiacin de una solucin acuosa conteniendo 800 y 480 mg/L de Ca y Mg, respectivamente, concentraciones tpicas encontradas en las aguas de proceso de una planta concentradora, la cual posee un pH de 5.6 y a la que se le agrega poco a poco 5 g de Na2CO3 por litro de solucin, observndose que el pH se incrementa hasta 9.7 y que los metales precipitan en forma de carbonatos a pH 7.6 el Ca y 9.1 el Mg. En la figura se observa que el MgCO3 se disolver si el pH de la suspensin disminuye por debajo de 9, lo cual puede ocurrir debido a la oxidacin de las tiosales (e.g., tiosulfato) que se generan de manera natural en la molienda y flotacin.

Figura 2. (a) Efecto del pH sobre la concentracin de Ca en solucin en la alimentacin al molino y los finos del cicln. La adicin

de carbonato provoca un incremento en el pH y por lo tanto, una disminucin en el contenido de Ca, y (b) Diagrama de

especiacin que muestra la precipitacin de Ca2+

y Mg2+

en forma de carbonatos a pH 7.6 y 9.1, respectivamente, debido a la adicin de 5 g de Na2CO3 a 1 litro de solucin acuosa de pH inicial 5.7. Las concentraciones de Ca

2+ y Mg

2+, son tpicas de

aguas de una de las Unidades Mineras. La precipitacin de los carbonatos se denota con lneas gruesas.

Muestreo de la qumica de la pulpa La Figura 3 muestra la evolucin del potencial redox en molienda y flotacin Cu/Pb y Zn (Cu 1.09 %, Pb 0.59 %, Zn 3.96 %, Fe 6.26 %, As 0.70 %), observndose que el potencial crece a medida que la pulpa se airea en el cicln (finos y gruesos) y en la flotacin Cu/Pb, alcanzando valores de equilibrio (alrededor de 180 mV); en el circuito de Zn el potencial disminuye por efecto del incremento de pH a de 8 a 10. La diferencia en Eh que se observa entre el Molino 1 y el 2 puede deberse a diferencias en las cargas (bola de alto cromo) de ambos molinos (40% en Molino 1 y 42% en Molino 2) y a diferencias en el pH de la descarga: el Molino 1 presenta un pH de 8.8 mientras que el del Molino 2 es de 7.7, lo que se ve reflejado en un valor de potencial menor.

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File: C:\aus2002\Nuev a\Tizapa\CaH2O(1).OGI

pH

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pH

Ca(+2a) Mg(+2a)

CaCO3

MgCO3

HCO3(-a)

CO3(-2a)

H2CO3(a)

CaOH(+a)

Lo

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[Ca]=800 mg/L

[Mg]=480 mg/L

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[Ca]=800 mg/L

[Mg]=480 mg/L

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Figura 3. Evolucin de potencial redox Eh (vs. SHE) en el circuito de molienda y flotacin de Unidad Sabinas, mostrando el efecto del medio de molienda, de la aireacin en los bancos de flotacin y del pH (alrededor de 8 en molienda y flotacin Cu/Pb

y alrededor de 10 en flotacin Zn). La Figura 4 presenta la evolucin del oxgeno disuelto (OD) en molienda y flotacin, observndose que en molienda el OD es bajo debido a que las superficies que se estn creando por efecto de la molienda sufren reacciones de oxidacin que consumen el oxgeno disponible. El OD se incrementa a medida que la pulpa circula por etapas del proceso en que se airea, como es el caso de la clasificacin en los ciclones y la flotacin. Es interesante notar que el Molino 2 muestra un valor de OD menor que el Molino 1, lo que significa que la carga del Molino 2 (mineral y bolas de molienda), lo consume ms rpidamente que la carga del Molino 1. Este menor valor de OD se refleja en un valor menor de potencial redox (ORP) para el Mollino 2, como se observa en la Figura 4. El oxgeno disuelto est ntimamente relacionado con el ORP, ya que cuando se incrementarse OD, se incrementa el ORP. En flotacin, se desea tener presente oxgeno disuelto ya que este es necesario para favorecer la reaccin entre las partculas minerales y los colectores.

Figura 4. Evolucin del oxgeno disuelto (OD) en los circuitos de molienda y flotacin. Este se incrementa a medida que la pulpa se airea en las celdas de los circuitos de Cu/Pb y Zn.

La Figura 5 presente la demanda de oxgeno disuelto a lo largo de los circuitos de molienda y flotacin, mostrando que las partculas minerales demandan ms oxgeno en el momento de que sus superficies son creadas (e.g., en el molino), y que a medida que se oxidan dicha demanda va disminuyendo como resultado de una disminucin en la cintica de la reaccin de oxidacin, la cual finalmente alcanzar el equilibrio (e.g., nulo consumo de oxgeno). En la figura se observa que la carga del Molino 2 demanda (e.g., consume) ms oxgeno, por lo que permite menores concentraciones de oxgeno disuelto (Figura 4).

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Figura 5. Demanda de oxgeno disuelto (DOD) en los circuitos de molienda y flotacin Cu/Pb y Zn. A medida que la pulpa

avanza en el circuito, la superficie de las partculas minerales se va oxidando y cada vez reacciona menos con el oxgeno, por lo que la DOD disminuye.

Extraccin con EDTA de especies metlicas oxidadas La Figura 6 presenta la evolucin de la oxidacin de las distintas especies minerales a su paso por los circuitos de molienda y flotacin. Se observa claramente que la galena es la especie ms susceptible a sufrir oxidacin (e.g. en el agotativo de Zn, ms del 50% del Pb presente en las partculas de galena est en forma de especies oxidadas tales como Pb(OH)2, PbSO4, PbCO3, etc.). Tambin se observa que el Cu sufre oxidacin importante en el agotativo Cu/Pb, lo que eventualmente puede crear problemas de activacin inadvertida de esfalerita, con la consecuente prdida de recuperacin en el circuito de Zn y contaminacin del concentrado agotativo Cu/Pb. Es importante aclarar que estas especies oxidadas, aunque estn en fase slida, guardan equilibrios con especies en solucin, por ejemplo, el Cu(OH)2 est en equilibrio con sus complejos hidroxo CuOH+, quienes son sumamente afines a la superficie de esfalerita.

Figura 6. Evolucin de la oxidacin de las especies minerales a su paso por los circuitos de molienda y flotacin. En el eje y se

grafica el porcentaje de metal presente en su mineral que est en forma de alguna especie oxidada (MO, M(OH)2, MSO4, MCO3, etc.).

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COMENTARIOS FINALES La estrategia de la metodologa de Metalurgia Integral permite conocer los diferentes aspectos que afectan la recuperacin de los minerales de valor, as como identificar las variables que ms efecto tienen sobre el proceso, posibilitando la toma de decisiones y acciones encaminadas a eliminar y controlar sus efectos adversos. RECONOCIMIENTOS Los autores desean expresar su gratitud a los Directivos de Industrias Peoles, S.A. de C.V. y de Fresnillo Plc por permitirles publicar esta informacin. Tambin reconocen y admiran la colaboracin plena del personal de las Plantas Concentradoras involucrados en los proyectos. BIBLIOGRAFA Grano, S.R., P.L.M. Wong, W. Skinner, N.W. Johnson, J. Ralston, 1995. Detection and control of

calcium sulfate precipitation in the lead circuit of the Hilton concentrator of Mount Isa Mines Limited, Australia. Memorias del XIX International Mineral Processing Congress, San Francisco, USA, Vol. 3, pp. 171-179.

Lascelles, D., J.A. Finch, C. Sui, 2003. Depressant action of Ca and Mg on flotation of Cu activated sphalerite. Can. Met. Quart. 42(2): 133-140.

Levay,G., R.St.C. Smart, W.M. Skinner, 2001. The impact of water quality on flotation performance. Jour. South African Inst. Min. Met., Marzo/Abril. pp. 69-75.

Pietrobon, M.C., S.R. Grano, C. Greet, 2004. Matching laboratory and plant performance a case study of the Elura lead circuit, Pasminco Australia Limited. Miner. Engng 17: 811-824.

Rumball, J.A., G.D. Richmond, 1996. Measurement of oxidation in a base metal flotation circuit by selective leaching with EDTA. Int. J. Miner. Process. 48: 1-20.

Spira, P., F. Rosenblum, 1974. The oxygen demand of flotation pulps. Memorias del 6th Annual Meeting of CMP, Ottawa, Canad. Pp. 74-106.