Procesamiento de Minerales

5/20/2018 Procesamiento de Minerales

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INGENIERA DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA MINERA

Relator: Hernn Barros. 27 de Junio, 2014

Lixiviacin en Pilas Permanentes. Anglo American Chile D ivisin Mantoverde, 2003.


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1 Introduccin

2 Yacimientos Mineros

CONTENIDO

4 Procesamiento de Minerales

5 Hidrometalurgia


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INTRODUCCINIngeniera de Procesos

En la industria minera, la Ingeniera de Procesos desarrolla, evala y

disea los procesos productivos relacionados con Plantas de Procesamientode Minerales.

Estos procesos consisten en una serie de tratamientos fsico-qumicos y/obiotecnolgicos para extraer las especies de valor, y que varan de acuerdoal tipo de mineral, a la forma en que se encuentra asociado con otrosminerales, y al proceso de explotacin.

Por lo tanto, para comprender la naturaleza de las diferentes tecnologas deprocesamiento de minerales, se debe revisar con antelacin el concepto demineral, la formacin de yacimientos, y los mtodos de minera.


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Definicin de los Minerales

YACIMIENTOS MINEROS

Los minerales son compuestos slidos naturales de origen inorgnico,

homogneos, de composicin qumica definida, y que normalmentepresentan una estructura de cristal. Los minerales constituyen la principalfuente de obtencin de los diferentes metales.

Pirita (FeS2)Brochantita y Azurita

Cu4SO4(OH)6y Cu3(CO3)2(OH)2Cuarzo (SiO2)

Ejemplos de minerales y sus frmulas qumicas.


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Yacimientos Minerales

YACIMIENTOS MINEROS

Pero los minerales estn dispersos, por lo que para que sean extrables, se

necesita encontrarlos en concentraciones que slo aparecen de maneraexcepcional. A estas formaciones con una concentracin estadsticamenteanmala de minerales, se le denomina yacimiento mineral o depsitomineral.

Cuando los depsitos ocurren en cantidad y calidad que permite laexplotacin y procesamiento econmicamente rentable con las tecnologas

actua es, se es enom na yac m entos m neros.

Izq.: Mineralizacin de xidos de cobre, afloramiento superficial. Der.: Yacimiento minero La Escondida, de propiedad de BHP Billiton.


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Ley de Mineral

YACIMIENTOS MINEROS

A esta concentracin de un metal o mineral econmico en un yacimiento

minero se le denomina Ley de Mineral, y se expresa como % en peso (paralos metales bsicos), o como gramos u onzas por tonelada (para los metalesnobles).

Por ejemplo, una ley de 1% de Cobre significa que de 1.000 Kg de rocaslo 10 Kg son de cobre.

Asimismo, una ley de 5 g/ton de Oro significa que de 1.000.000 gr deroca solo 5 gr son de oro.

Desde una perspectiva de explotacin minera y posterior procesamiento

metalrgico, se hace evidente que el mineral que alimenta a una plantade beneficio consistir de dos partes: una parte valiosa, y una parte novaliosa.


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Conceptos de Mena y Ganga

YACIMIENTOS MINEROS

La parte valiosa se denomina mena y corresponde a los minerales cuyos

valores metlicos son susceptibles de ser recuperados metalrgicamente.La parte no valiosa se denomina ganga y corresponde al mineralsecundario que acompaa al metal que se desea explotar.

Mena: Oro NativoMena: Galena (PbS)

Las caractersticas de un yacimiento tales como su tamao, especiesmineralgicas y ley de mineral, dependern de cmo se form el dicho

yacimiento.

Ganga: GranitoGanga: Cuarzo


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La corteza terrestre est dividida en las denominadas placas tectnicas,

las cuales estn en permanente desplazamiento (Deriva Continental). Enlas zonas de placas contiguas se concentran el vulcanismo, la orognesis(formacin de montaas) y la sismicidad.

Cuando una placa se pliega y se introduce bajo otra placa, se denominasubduccin. Los depsitos minerales se forman principalmente en estaszonas de subduccin, pero tambin en costuras ocenicas.

Tectnica de Placas

YACIMIENTOS MINEROS

Freie Universitat, Berlin. http://www.cms.fu-berlin.de/geo/fb/e-learning/geolearning/en/mountain_building/plate_tectonics/


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Formacin de Yacimientos

YACIMIENTOS MINEROS

Segn su origen, los yacimientos mineros se agrupan en Magmticos

(cristalizacin de minerales), hidrotermales (escape de fluidos calientes),sedimentarios (precipitacin de minerales a partir de un lago u ocano),placeres (decantacin de minerales en ros) y residuales (mineralesmeteorizados por la accin del clima y/o micro-organismos).

Los prfidos cuprferos (yacimientos de gran extensin y baja ley) seforman a partir de sistemas hidrotermales.

Izq.: Intrusin de Magma. Der.: Sistema Hidrotermal.


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YACIMIENTOS MINEROSSistema Hidrotermal

La alteracin hidrotermal es un proceso geolgico en donde las rocas

sufren los efectos de la circulacin de fluidos de agua a altas temperaturasque son qumicamente activos, dando origen a cuatro zonas mineralizadas:

1) Cubierta lixiviada (Zona de contacto con la superficie, oxidacin intensa)2) Zona de oxidacin (Cobre se estabiliza en la forma de minerales oxidados)3) Zona de cementacin (Bajo el nivel fretico, formacin de sulfuros secundarios)4) Zona primaria (Mineralizacin inalterada de slfuros de origen hidrotermal)

Figura obtenida del Curso Geologa para Metalurgistas, Dr. Marcos Pincheira, Universidad de Concepcin, 2003.

Para efectos de procesamiento metalrgico, los minerales presentes en unprfido cuprfero se clasifican en dos grupos principales denominadosxidos y slfuros.


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YACIMIENTOS MINEROSMenas Solubles de Cobre

En el caso de los minerales xidos, la especie de inters est asociada a un

tomo de oxgeno y se caracteriza por su solubilidad en agua odeterminados reactivos qumicos (sulfatos y carbonatos de cobre seincluyen en esta categora).

Crisocola ((Cu,Al)4H4(OH)8Si4O10nH2O)

Cuprita (Cu2O)

Atacamita (Cu2Cl (OH)3)


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Covelina (CuS)

YACIMIENTOS MINEROSMenas Insolubles de Cobre

Calcopirita (CuFeS2) Bornita (Cu5FeS4)

En el caso de los minerales sulfurados, la especie de inters est asociada

a un tomo de Azufre y se caracteriza por su hidrofobicidad y bajasolubilidad en agentes qumicos.

Debido a las propiedades sealadas, los minerales sulfurados sonsometidos a procesos de concentracin fsica para posterior obtencin de

metales mediante tcnicas pirometalrgicas.

En resumen, los xidos y minerales solubles de Cu de un prfido cuprferose lixivian, mientras los sulfuros de Cu se concentran.


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Procesamiento de Menas de Cobre

PirometalurgiaSlfuros -Concentracin

xidos -Hidrometalurgia

YACIMIENTOS MINEROS


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De esta forma, durante la explotacin de los yacimientos mineros del tipo

prfido cuprfero, se generan inicialmente xidos y posteriormente slfuros,como podemos apreciar esquemticamente en este caso de la mina LaEscondida de BHP Billiton, y sus diversas fases de expansin.

YACIMIENTOS MINEROSMinera a Rajo Abierto

Fases de Expansin de mina La Escondida de BHP Billiton.


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Otro ejemplo es el caso de la mina Chuquicamata de CODELCO Chile, la que

tambin conlleva al procesamiento por separado de xidos y slfuros.

YACIMIENTOS MINEROSMinera a Rajo Abierto

Izq: Geologa de Chuquicamata. Sebastin valos, Cristian Castro y Yerko Yvar. Universidad de Chile, 2009


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YACIMIENTOS MINEROSChuquicamata Ayer

Presentacin Chiquicamata Histrico. Fotografa: E. de Bruyne.


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YACIMIENTOS MINEROSChuquicamata Hoy

Presentacin Chiquicamata Histrico. Fotografa: E. de Bruyne.


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La minera subterrnea se realiza en determinados yacimientos por sus

caractersticas (tipo de yacimiento, profundidad, cantidad). El minadosubterrneo es ms complejo y costoso que el minado por rajo abierto, yaque hay que identificar, disear y operar sistemas ms complicados deseguridad, acceso, sostenimiento, ventilacin y transporte.

YACIMIENTOS MINEROSMinera Subterrnea

Izq: Esquema Generalde Explotacin Subterrnea. Der: Modelamiento Explotacin Subterrnea Mina Cinabrio (Tamaya Resources), 2008.


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YACIMIENTOS MINEROSTransicin de Rajo Abierto a Subterrnea

Es habitual encontrarse con casos en que la mina se explot inicialmente de

manera subterrnea para luego pasar a rajo abierto. Tambin se da el casoinverso, como lo que ocurre actualmente en Chuquicamata que est pasandode rajo abierto a subterrnea.

CODELCO Chile - Proyecto Mina Chuquicamata Subterrnea. Expomin 2010.


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Prospeccin

OPERACIONES DE MINERA

Las operaciones mineras se agrupan en prospeccin, exploracin, explotacin

y cierre.

La prospeccin comienza con la identificacin de los blancos a buscar y seutilizan mtodos geolgicos (levantamiento o mapeo), geoqumicos (anlisisqumico de muestras) y Geofsico (identificacin de anomalas magnticas).

Mapeo con sistema Spectrem de Anglo American PLC. Presentacin Anglo Group Strategy, Paul Dempsey, 2005.


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Una provincia metalognica es

un rea caracterizada por unaagrupacin de depsitosminerales o por uno o mstipos caractersticos dedepsitos, y puede contenerms de un episodio demineralizacin.

OPERACIONES DE MINERAFranjas Metalognicas

El propsito de los mapasmetalognicos es proveer unabase o punto de partida slidopara exploraciones minerasregionales.

Franjas Metalognicas en Chile. Extrado de METMINCO Project Review, Mining Journal Magazine UK, 2011.


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OPERACIONES DE MINERAFranjas Metalognicas


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Sondaje Diamantino


En la perforacin de sondaje se puede definir dos mtodos principales:

Perforacin diamantina y circulacin reversa. Con el sondaje diamantino seextrae es un testigo de roca al utilizar un sistema de brocas y barrenas.

Izq.: Esquema Sondaje Diamantino. Der Sup.: Brocas de Perforacin. Der. Inf.: Oro nativo en matriz de cuarzo en un testido de sondaje diamantino (Mining Journal Magazine, UK)


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Sondaje de Aire Reverso


En la perforacin de aire reverso, la roca es destruida (casi pulverizada) por

una broca tipo Tricono generando un detrito el cual es extrado mediante lainyeccin de aire.

Izq.: Esquema Sondaje Aire Reverso. Der.: Tricono de Perforacin.


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OPERACIONES DE MINERASondaje de Aire Reverso

Perforacin de Aire Reverso (CABO Drilling Co., website).


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Modelacin de Yacimientos

Los sondajes intersectan zonas mineralizadas lo que permite

posteriormente en base a la informacin, generar un modelo de lamineralizacin y de explotacin



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Perforacin y Tronadura


En minera a rajo abierto se usa perforacin diamantina o aire reverso. En

minera subterrnea se usan perforadoras Jumbo.

Izq Sup.: Perforadora en Quebrada Blanca (TECK). Izq. Inf.: Tronadura en Rajo Lince, AMSA (Actual Michilla).


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OPERACIONES DE MINERACarguo y Transporte

En minera a rajo abierto se usan palas o cargadores frontales de gran

capacidad para cargar camiones.

En las minas subterrneas se utilizan cargadores de bajo perfil (Scoop) quealimentan piques o sistemas de trenes.

Izq.: Operacin de Carguo en Mina Collahuasi (Anglo American Chile + Glencore Xtrata). Carguo con Cargador Frontal en Mina Mantoverde de Anglo American Chile, 2002.


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OPERACIONES DE MINERACarguo y Transporte

Extrado de Mtodos de Explotacin de Minera Subterrnea. www.Aulados.net.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESIntroduccin

El procesamiento de minerales se inicia con las etapas de conminucin, que

es el trmino que se utiliza para designar los procesos de reduccin detamao. El objetivo principal es liberar la mena de la ganga.

Las etapas de la conminucin son el Chancado y la Molienda. Existe unlmite para el cual los chancadores son eficientes y, pasado ste, se utilizanlos molinos, los que realizan la reduccin de material para tamaos msfinos.

EL chancado es una operacin unitaria de reduccin de tamao mediante laaplicacin de fuerzas de compresin, mientras la molienda se caracterizaprincipalmente por las fuerzas de impacto y abrasin.


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Equipos de Chancado

Giratorio Mandbulas Cono

PROCESAMIENTO DE MINERALES


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Molinos SAG


El objetivo de la molienda es reducir el material al tamao ptimo para el

proceso siguiente (flotacin o lixiviacin). Existen molinos de barras, bolas ysemiautgenos (SAG). Se realiza por lo general cuando el material est enuna pulpa con agua.

Izq.: Molino SAG. Der.: Molino de Bolas.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESCircuito de Molienda

Planta de Molienda Minera San Cristbal S.A. (Potos, Bolivia). Publicado en minerasancristobal.com, 2011.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESRodillos de Alta Presin (HPGR)

En el sistema de rodillos abrasivos de altapresin, a diferencia de los rodillostrituradores convencionales, las partculasse rompen por compresin en una base departculas empaquetada.

Permite hasta un 10% de humedad del

, , .

Diagrama y Equipo HPGR (Weir Minerals). Gentileza : Felipe Navarrete.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESEquipos de Clasificacin

El objetivo de la clasificacin es separar el material que est apto para la

siguiente etapa de procesamiento, del que an requiere ser reducido detamao.

Izq.: Harnero para clasificacin de mineral seco. Der.: Hidrocicln para clasificacin de pulpa.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESEquipos de Clasificacin

Batera de Hidrociclones Minera San Cristbal S.A. (Potos, Bolivia). Publicado en minerasancristobal.com, 2011.


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Es un proceso de concentracin de las especies de inters por medio de untratamiento fsico qumico, que consiste en la adicin de reactivos quecrean las condiciones de adherencia de las partculas de mineral a lasburbujas de aire.

PROCESAMIENTO DE MINERALESCeldas de Flotacin

Esquema publicado en procesaminerales.blogspot.com. Original de Encyclopaedia Britannica Inc, 1999.

Fotografa Planta Flotacin Minera San Cristbal S.A. (Potos, Bolivia). Publicado en minerasancristobal.com, 2011.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESFlotacin


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El espesaje de una pulpa mineral es un mecanismo fsico de separacinslido/lquido, en el cual se dan las condiciones, reactivos y el tiemponecesario para que las partculas sedimenten por efecto de la gravedad,obteniendo una pulpa densa en la descarga y un lquido claro en el rebose.

PROCESAMIENTO DE MINERALESEspesamiento

Esquema publicado por Endress+Hauser Australia PTY Ltd. en www.sustainabilitymatters.net.au.


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Filtro Banda Filtro Larox Filtro Prensa

PROCESAMIENTO DE MINERALESFiltrado

El filtrado es un mtodo de separacin slido/lquido donde se aplican

fuerzas externas como la compresin, la succin y/o el soplado paraproducir la separacin. Se obtiene un slido de baja humedad y un lquidocon bajos contenidos de slidos.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESFiltrado

Concentrado de Cobre en bodegas portuarias (Nanjing, China) de la Nanjing Huining Wharfs Co. Ltd Publicado por bloomberg.com, 2010.


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PROCESAMIENTO DE MINERALESTranque de Relaves

El relave es la roca finamente molida sin valor comercial. Se compone de

partculas menores a 0.1 mm de dimetro (arena y lamas).

Los relaves se disponen en relaves hmedos en pulpa, relaves espesados yen pasta, dependiendo de su humedad residual.


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El principal objetivo de la fundicin y la refinacin es procesar el

concentrado y mediante procesos de oxidacin y/o reduccin, elevar elcontenido de metal.

Fusin y Conversin



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Electro Refinacin

Mediante la fundicin, el contenido de cobre en un concentrado que

tpicamente es 30% puede elevarse a 95%-98%. La refinacin puedeelevar el contenido a 99.999% en el mejor de los casos.



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HIDROMETALURGIAIntroduccin

Hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que comprende losprocesos de extraccin selectiva de los elementos de inters y suposterior recuperacin de la solucin por diferentes mtodos.

A este proceso se le denomina lixiviacin y corresponde a la disolucinde los elementos desde un slido por medio de agentes qumicos como elcido sulfrico o el cianuro (cobre y oro respectivamente).

Existe una variedad de mtodos de lixiviacin, que dependenfundamentalmente de las caractersticas del mineral. Los procesos mshabituales son la lixiviacin en pilas y botaderos, pero tambin se tienela lixiviacin en bateas, lixiviacin por agitacin y la lixiviacinbacteriana de slfuros de baja ley, entre otros.


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HIDROMETALURGIAEsquema General de Procesos

MineralChancadoAglomerado o

directo desde lamina

Nave deElectro-

obtencin

Piscinas deSoluciones

cidas

Etapa de Re-extraccin

Etapa de Extraccin


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HIDROMETALURGIAMtodos de Lixiviacin


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Lixiviacin por Percolacin (Bateas)

HIDROMETALURGIA

Lixiviacin en bateas (o por percolacin) consiste en una solucin de

riego que circula a travs de un lecho de mineral que se depositapreviamente en depsitos de hormign.

Este proceso debe ser alimentado con minerales de ley alta-media, paraque el proceso de lixiviacin sea en perodos razonablemente cortos, conel objetivo de amortizar rpidamente la gran inversin inicial.


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Lixiviacin por Agitacin

HIDROMETALURGIA

La lixiviacin por agitacin (en comparacin con otros mtodos de

lixiviacin), da las mejores recuperaciones en menor perodo de tiempo.Se utiliza preferiblemente para el mineral no poroso o mineral que liberademasiado fino, o con mayor contenido de arcilla.

En este mtodo, el mineral pasa por un proceso de molienda paraformar una pulpa, que se trata en estanques de agitacin.


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En las minas a rajo abierto, la lixiviacin ROM (Run Of Mine) se aplica aminerales bajo la ley de corte que de otra forma se apilan como estril.

En la lixiviacin ROM los minerales son tratados directamente de latronadura (sin chancado o aglomeracin) en un rea impermeabilizada paratal fin. La inversin est asociada principalmente a la plataforma delixiviacin.

HIDROMETALURGIALixiviacin en Botaderos

Dump Sur Mantoverde (AAChile) ROM Esperanza (AMSA)


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HIDROMETALURGIAAglomeracin

El mineral chancado es aglomerado en un tambor rotatorio con cido y refino(o agua) con dos objetivos principales: mejorar la permeabilidad de la pila alligar las partculas finas a las ms gruesas; y provocar la sulfatacin delxido de cobre para as mejorar la recuperacin en la lixiviacin.


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El proceso de lixiviacin en pilas se define como el apilamiento programado

de mineral chancado y aglomerado con el propsito de lixiviarlo a bajo costo.Estas pilas pueden ser permanentes o dinmicas. En las pilas permanentesse carga mineral fresco sobre pilas abandonadas. En la pila dinmica, seretira el ripio a un botadero.

Las pilas permanentes se construyen con sistemas mecanizados de correas

Lixiviacin en Pilas

HIDROMETALURGIA

.


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Pilas Permanentes

HIDROMETALURGIA


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En las pilas dinmicas el mineral no es abandonado en el lugar sino que es

retirado por camiones o rotopalas, para luego enviar el ripio a un botadero yas aprovechar la superficie generada para cargar una nueva pila.

El esquema ms utilizado es el tipo hipdromo, aunque tambin se utilizancamiones o correas portables.

Pilas Dinmicas

HIDROMETALURGIA


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Lixiviacin en Pilas Dinmicas

HIDROMETALURGIA


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Lixiviacin en Pilas Dinmicas

HIDROMETALURGIA

Rotopala en Faena Minera Mantoverde de Anglo American Chile, 2005.

T


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Botadero de Ripios

HIDROMETALURGIA

El procesamiento de mineral en pilas dinmicas requiere de un botadero de

ripios. En la imagen se aprecia la pila dinmica y botadero de la faenaRadomiro Tomic de CODELCO Chile.

HIDROMETALURGIA


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Botadero de Ripios

HIDROMETALURGIA

La construccin de los botaderos de ripio se realiza regularmente con

sistemas de correas transportadoras y equipos mecanizados montadossobre orugas (tambin puede ser con camiones).

Al equipo apilador de ripios se le llama Esparcidor de Ripios o Spreader.

HIDROMETALURGIA


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Extraccin por Solventes

RefinoOrgnico

DescargadoElectrolito

PobreProduccin

Es el proceso selectivo de transferencia, concentracin y depositacin de

un metal contenido en una solucin acuosa, para producir una lminametlica (Ctodo).

HIDROMETALURGIA

LIX

PLS Orgnico

CargadoElectrolito

Rico

Extraccin Re-Extraccin

MineralChancado yAglomerado

Ctodos

HIDROMETALURGIA


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Extraccin por Solventes

HIDROMETALURGIA

Izq.: Principio de Funcionamiento de un Mezclador-Decantador tradicional. Der. Sup. Mezclador. Der. Inf.: Decantador.

HIDROMETALURGIA


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HIDROMETALURGIAElectro-Obtencin

El proceso de electro-obtencin o EW tiene por objeto captar los iones decobre que se encuentran en la solucin acuosa (electrolito) proveniente deSX y depositarlos como cobre de alta pureza mediante la aplicacin decorriente. Con el proceso SX/EW se puede producir cobre de hasta99,999% de pureza.

Cosecha de Ctodos en Divisin Mantoverde de Anglo American Chile, 2005.

PREGUNTAS?


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Hernn Barros [email protected]

56-2-298117859-88323197

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INGENIERA DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA MINERA

Relator: Hernn Barros. Junio, 2014

Lixiviacin en Pilas Permanentes. Anglo American Chile D ivisin Mantoverde, 2003.

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