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Procesamiento de minerales, conminución, concentración
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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Subido el 01/10/2023
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CAPITULO I
INTRODUCCIÓN A LA MINERALURGIA
Al concluir el estudio de este capítulo, el lector estará en condiciones de poder definir a la Mineralurgia
dentro del contexto general del Procesamiento de Minerales, delineando su alcance, su justificación
técnica y su justificación económico-social-ambiental, así como tener una visión panorámica de la
mineralurgia peruana.
Todos los minerales o materiales inorgánicos que se emplean para mantener nuestra civilización, se
derivan de la corteza terrestre que comprende una capa delgada de material de sílice hasta una
profundidad de 13 km., donde su distribución no es uniforme, concentrándose unos en una parte y otros
en otra parte de acuerdo al proceso geológico el cual da lugar a los cuerpos o depósitos de mineral
tales como el oro, cobre, plomo, zinc, níquel, molibdeno, la plata, etc. que comúnmente se les denomina
“Yacimientos” los cuales al ser ubicados y evaluados son explotados económicamente y procesados
hasta obtener un producto (concentrado o metal) comerciable. La utilización de tales sustancias, que
es lo que constituye la industria minero-metalúrgica, comprende, no solamente la explotación de los
minerales, es decir, su extracción o arranque de los lugares en que ellos se encuentran formando parte
de la corteza terrestre, sino también su beneficio o mejoramiento de calidad, librándolos de impurezas,
su transformación en productos y artículos u objetos diversos y la obtención y manufactura de los
metales. Estas diferentes actividades de la industria minera se separan en cuatro ramas distintas: La
geología, la minería, la metalurgia y las ciencias ambientales.
La interrelación de estas carreras o profesiones se muestra en este gráfico (Figura 1.0):
Geología
Exploración y cubicación
de los yacimientos
Minerales
Minas
Explotación de los
minerales a cielo abierto
o subterránea
Ciencias
Ambientales
Control medioambienta y
tecnologías más limpias
en este sector minero-
metalúrgico
Metalurgia
Procesmiento de
minerales y obtención y
transformación de
metales
Figura 1.0. Interrelación de la carrera de la ciencia de los minerales
Aquí la “ Ingeniería Geología ” participa con las operaciones comúnmente denominadas “cateo”,
prospección seguida de la exploración que, mediante la perforación de túneles o perforación
diamantina, determina la mineralogía, su génesis y dimensiona el yacimiento a través de la cubicación,
la cual nos proporciona las reservas probadas y probables de mineral valioso. Estos datos nos ayudan
a priori, decidir si el yacimiento es o no explotable económicamente. Con las muestras obtenidas de
este proceso, se ejecutan las pruebas metalúrgicas, para determinar el posible tratamiento de
extracción del mineral valioso o del metal valioso.
La “Ingeniería Minera ” participa en el diseño del sistema de explotación del mineral valioso, de acuerdo
al tipo de mineralización del yacimiento. Si la mineralización es vetas o bolsonadas, se aplicará el
método de minería subterránea de corte y relleno ascendente o descendente o el sistema trackless; o
si la mineralización es diseminada o tipo porfirítico, se aplicará el método de minería a cielo o tajo
abierto (open pit) y sus consiguientes operaciones de acarreo y transporte.
La minería o laboreo de minas, es en consecuencia, la operación que consiste en obtener de las minas
los minerales en estado natural. Incluye las labores de reconocimiento, exploración, análisis químico
de muestras, instalaciones accesorias de toda índole, labores preparatorias, extracción, ventilación,
seguridad, etc.
La Ingeniería Metalúrgica consta generalmente de tres áreas: Procesamiento de minerales y
Procesamiento de metales (Metalurgia de transformación) y Proyectos de inversión, seguridad y
El procesamiento de minerales es una rama de la ciencia y la tecnología metalúrgica que se ocupa del
tratamiento de materiales minerales naturales y sintéticos, así como de los líquidos, soluciones y gases
que los acompañan para proporcionarles las propiedades deseadas. Forma parte de la ciencia de los
minerales y de la tierra, aunque contiene elementos procedentes de otros campos del conocimiento,
especialmente las ciencias naturales.
El procesamiento de minerales se basa en operaciones y procesos de reducción de tamaño y
separación y está involucrado en la realización y descripción de separaciones, así como en su análisis,
evaluación y optimización de procesos extractivos para la obtención del metal valioso. En
consecuencia, está conformado por dos grandes campos de la Ingeniería Metalúrgica que son la
Mineralurgia y la Metalurgia Extractiva.
La historia del procesamiento de minerales es tan antigua como la del hombre. Cortar piedras, afilar
piedras de pedernal y clasificar fueron una de las primeras actividades de procesamiento de minerales
practicadas por los humanos. Un desarrollo considerable del procesamiento de minerales y su base
fisicoquímica tuvo lugar en los últimos cien años. El procesamiento de minerales útiles se ha convertido
en una rama de la ciencia y la tecnología metalúrgica que coopera estrechamente con la industria
minera y la industria química, así como con otras ramas de la industria, como la ciencia de los
materiales, entre otras.
El objeto del procesamiento de minerales, independientemente de los métodos utilizados, es siempre
el mismo: separar los minerales con los valores en los concentrados y la ganga en los relaves, los dos
indicadores más comunes de la separación son ley y recuperación, que se ocupa la Mineralurgia. Del
concentrado se obtiene el metal puro a través de diferentes procesos que se ocupa la Metalurgia
Extractiva.
En cualquier operación de procesamiento de minerales, el término "beneficios de escala" se usa para
denotar las ventajas económicas significativas que se pueden obtener al tener mayores volúmenes de
producción y al usar barcos más grandes. Las operaciones de mayor tonelaje operan con menos horas
hombre por tonelada, mientras que los costos de capital para máquinas más grandes son menores que
los múltiplos de sus capacidades de producción relativas. Para competir en los mercados mundiales,
los productores de categoría 1 deben considerar los beneficios de la escala.
Geología
Minería
Metalurgia
Procesamiento de
Minerales
Procesamiento de
Metales
Seguridad Industrial
y Medio Ambiente
Proyectos de
inversión
Metalúrgica
Figura 1.3. Esquema de ubicación del área del Procesamiento de Minerales en la Ingeniería Metalúrgica.
En el esquema que se presenta en la Figura 1.3 se muestra en forma general el alcance del
procesamiento de minerales.
La mineralurgia es la primera etapa del procesamiento de minerales (mineral processing) que se ocupa
del tratamiento de las menas extraídas desde las labores mineras(Figura 1.1), a través de un conjunto
de operaciones unitarias físico-mecánicas, que tienen como fin, mediante un proceso de separación
sólido-sólido o concentración sin destruir la identidad química de los minerales, la obtención de uno a
más productos valiosos denominados concentrados - sin cambiar su identidad - que contienen a los
metales o minerales valiosos, por ende constituyen el producto vendible o con valor económico, del
cual se extrae el o los metales valiosos (Metalurgia extractiva), y un producto no valioso denominado
relave o cola que contiene el mineral de ganga o estéril de la mena, el cual será depositado
adecuadamente en canchas de relave, operadas en estricta concordancia con la ley medio ambiental
del país.
El objetivo primordial de la mineralurgia es mediante la aplicación de operaciones físico-mecánicas
(Preparación mecánica de minerales) y de procesos físico-químicos (Concentración de minerales),
lograr convertir una mena de baja ley en un concentrado de mineral de alta ley, el cual reúne las
características físicas y químicas requeridas por el proceso de extracción del metal puro, el cual se
consigue con la aplicación de distintos procesos extractivos, conocidos como metalurgia extractiva de
metales. Por tanto, el campo de estudio y alcance de la mineralurgia como primera etapa del
procesamiento de minerales, es hasta la obtención de un concentrado de alta ley que reúna las
características adecuada para el siguiente proceso (metalurgia extractiva) o para su comercialización.
Conminución de
Minerales
Concentración de
Minerales
Separación Sólido/
Líquido
Muestreo y
Caracterización de
partículas
Chancado
Cribado
Molienda
Clasificación
Liberación de los
minerales de
valor
Flotación de
espumas
Conc. Gravimétrica
Conc. Magnética y
Electromagnética
Conc. Electrostática
Espesamiento
Filtrado
Secado
Deposición de
relaves
Concentrado
Pirometalurgia
Hidrometalurgia
Biometalurgia
Electrometalurgia
Metal
Comercialización de Concentrados y Metales
Figura 1,1. Objetivo y alcance de la mineralurgia
el uso de tecnología específica, las plantas concentradoras deben lograr la recuperación, capacidad,
leyes de concentrado, cumplir con normas ambientales y proveer un lugar de trabajo seguro.
En consecuencia, la Mineralurgia como ciencia y como arte es importante porque permite explotar los
yacimientos mineros de baja ley y hacerlos aptos para la extracción adecuada de los metales a bajos
costos y a altas recuperaciones, el cual se inicia en el laboratorio metalúrgico, planta piloto, para con
estos resultados proyectar la planta a nivel industrial o full escala.
La mineralurgia también se ocupa de la utilización de desechos industriales y municipales. Los
productos fabricados por mineralurgistas son utilizados por la industria metalúrgica, ingeniería química,
de ingeniería civil y de protección ambiental.
Laboratorio metalúrgico Planta piloto Planta industrial
La geometalurgia es considerada como una nueva ciencia en el área de extracción económica de
minerales. Es difícil saber cuándo surgió exactamente la geometalurgia y cuándo se formuló el término
por primera vez, pero ciertamente parece haber evolucionado a fines de los años ochenta o principios
de los noventa. Sin embargo, la aparición real del estudio de la geometalurgia data principalmente del
año 2000 en adelante. Hay varias, pero esencialmente las mismas definiciones de geometalurgia, como
sigue:
un yacimiento y cuantifica el impacto de la geología (rocas huésped, alteración y estructura) y la
mineralogía en los procesos de molienda, respuesta metalúrgica y recuperación de metales. Es
una herramienta importante para reducir el riesgo técnico asociado con los nuevos desarrollos o
expansiones de la mina.
parámetros metalúrgicos y la distribución de estos parámetros a través de un yacimiento utilizando
una técnica geoestadística aceptada para apoyar el modelado del proceso metalúrgico.
geometalúrgica.
características geológicas y mineralógicas intrínsecas.
procesamiento se analizan conjuntamente para generar información y conocimiento útiles para
optimizar la rentabilidad de los recursos.
mineralógicas con el rendimiento metalúrgico de un yacimiento. Es un marco y una metodología
para el diseño de procesos, planificación de minas y optimización de plantas.
Los cuerpos mineralizados son fenómenos naturales con poca consistencia y similitud entre diferentes
ubicaciones y tipos de minerales. Incluso dentro de un mismo yacimiento, los tipos de rocas, la ley del
mineral, la química, la mineralogía, la alteración y el comportamiento de los metales pagables y
elementos nocivos a menudo cambian vertical y lateralmente, lo que causa problemas durante el
procesamiento del mineral.
El objetivo de la geometalurgia es identificar y comprender la variabilidad del yacimiento y caracterizar
su rendimiento metalúrgico, incluidos factores como la conminución, la gravimetría, los parámetros de
flotación y lixiviación, y las recuperaciones de metales, y construir un modelo geometalúrgico que pueda
usarse para reducir el riesgo técnico en las diversas etapas de un proyecto minero-metalúrgico.
En general, la geometalurgia incorpora los principios de la mineralogía de procesos y la caracterización
de materiales como una herramienta para la metalurgia predictiva. Complementa, pero no reemplaza,
el enfoque metalúrgico tradicional durante el desarrollo del proyecto y la operación de la mina. Se centra
principalmente en el muestreo, la planificación del trabajo de pruebas y la integración de datos.
La preparación mecánica o conminución de minerales es la primera etapa de la mineralurgia que
abarca el estudio de las operaciones de muestreo, caracterización del tamaño de partículas, reducción
de tamaño o conminución (trituración y molienda), y la separación por tamaños o clasificación,
encargadas de preparar la mena liberando el mineral valioso para un posterior proceso de extracción,
separación y/o concentración.
Para esta primera parte de la Mineralurgia se emplearán los siguientes términos.
También denominado depósito mineral, es cualquier masa valiosa de mineral. Es una concentración
de minerales o metales útiles de suficiente tamaño y ley, en la corteza terrestre, que pueden ser
explotables económicamente, bajo la tecnología y las condiciones económicas prevalecientes. Estos
yacimientos pueden ser:
el borde de la cámara magmática.
tipo de roca.
líquidos residuales del magma. Estos pueden ser a su vez:
sulfuro y óxidos de cobre, plata, cinc, cadmio, mercurio, galio, indio, talio, germanio, estaño, plomo,
arsénico, antimonio, bismuto, fósforo, azufre, selenio y telurio. Litófilo : formación de la corteza terrestre
de unos 90 Km de esfera. Formación de las rocas a través de cristalización fraccionaria, comenzando
con la solidificación a temperaturas superiores a los 1200° C de los óxidos metálicos más pesados de
naturaleza refractaria.
Segunda etapa: La cristalización se realiza cuando la temperatura desciende de los 1200°C a 500 °C,
siendo la sílice el disolvente de todos los minerales que cristalizaron en este período. La última
cristalización se realiza a temperaturas inferiores de 500°C, formándose minerales que contienen
cationes demasiado pequeños o demasiado grandes para ser aceptados en las redes de silicatos.
Tercera Etapa: Extracción de elementos químicos de rocas ígneas mediante el agua, dióxido de
carbono, azufres, ácidos húmicos, clorhídrico. También se presenta la disolución de compuestos de
calcio, ferrosos, magnésicos y sódicos, y en la solubilización o precipitación de óxidos férricos, titanio
y de silicio. Las especies de interés se extraen de sus menas mediante diferentes procedimientos
metalúrgicos, los cuales pueden ser modificados según las condiciones de las materias disponibles. La
extracción de la especie se realiza mediante un número limitado de operaciones.
Las partes de una mena son:
Un mineral es un "elemento o compuesto inorgánico, homogéneo que ocurre naturalmente, con una
composición química definida y una disposición atómica ordenada". La mayoría de los minerales tienen
un hábito cristalino distintivo y pueden ocurrir en cristales bien formados o agregados cristalinos, pero
algunas especies son característicamente no cristalinos/amorfos. Los minerales pueden ser metálicos
(oro, plata, cobre) o no metálicos (halita, baritina, yeso, caolín), que le da el valor comercial a la mena
y comúnmente se le conoce con el nombre de “mineral valioso”.
La clasificación de un mineral se basa en la composición química y en la estructura interna, teniendo
como resultado una amplia gama de clasificaciones, las cuales a su vez se dividen en familias (según
clasificación química), que a su vez se subdividen en grupos (clasificación cristalográfica y estructural),
los mismos se pueden clasificar por su especie (misma estructura, pero distinta composición química)
para finalmente subdividirse en variedades (composición química no usuales). De todos estas
características físicas, químicas y cristalográficas, va a depender el método a utilizar para su
procesamiento metalúrgico y para su control ambiental.
Clasificación de menas para procesamiento
Elementos Nativos Sulfuros Sulfosales
Óxidos Haluros Carbonatos
Nitratos Boratos Fosfatos
Sulfatos Wolframatos Silicatos
Dentro de esta clasificación (Figura 1.5) se pueden diferenciar 2 grupos de interés, los minerales
metálicos y los minerales industriales (o no metálicos).
Como los productos que se pueden considerar de origen no metálico son muy diversos tanto en la
naturaleza como en los usos, se clasifican en grupos considerando la importancia económica y
características del mercado.
Minerales
Metálicos
No Metálicos
(Indusrtriales)
Industria química
Materiales de
construcción
Fertilizantes
(Fosfatos)
Combustibles
(Carbones)
Metales
Figura 1.5. Esquema de la clasificación de minerales.
Ganga. O mineral estéril que está constituido por una serie de minerales calco-silicosos, óxidos y
sulfuros que carecen de valor económico, por lo tanto, separados del mineral valioso. Generalmente
constituye la mayor cantidad de material que después del tratamiento, debe ser descartado y
depositado adecuadamente en depósitos o canchas de relaves bien diseñadas y construidas. Debemos
recordar que cuando se realicen las pruebas metalúrgicas preliminares, se debe tener en cuenta en
forma especial porque pueden ser los causantes de la incompatibilidad del proceso. Esto se aprecia en
la figura 1.4.
Las menas por el mineral que les da el valor económico pueden ser:
Menas nativas , donde el metal está en forma elemental, tal como el Au, Ag, Cu, etc.
Menas sulfuros que contienen al metal como sulfuro, tales como la galena (PbS) → Pb; La
calcopirita (CuFeS 2 ) → Cu; la esfalerita (ZnS) → Zn; etc...
Menas óxidos donde el mineral valioso puede estar presente como óxido, sulfato, silicato,
carbonato o alguna forma hidratada de los mismos. De Cu son: Cuprita, chalcantita, crisocola,
malaquita, atacamita; de Pb son la Cerucita, la Anglesita, etc. de Zn son la Zincita, Willemita,
Hemimorfita y la Smithsonita, etc.
inmediatos. Entre ellos tenemos al azufre, carbón, talco, caolín, halita, fluorita, cuarzo, alúmina,
bentonita, feldespato, etc...
Las menas por la cantidad de minerales valiosos que contienen, pueden ser:
oro, etc.
Zn-Ag; Cu-Mo; Pb(Ag)-Zn, FeS 2
(Au), Cu-Zn, etc.
Roca. Una roca es un material que se encuentra naturalmente compuesto de un agregado de granos
o cristal de uno o más minerales. Algunas rocas pueden ser monominerálicas; la piedra caliza se
compone principalmente de calcita mineral y muchas areniscas son predominantemente cuarzo. La
mayoría de las variedades de rocas contienen varias especies minerales y su clasificación depende de
los minerales presentes, su abundancia relativa, etc.
A continuación, se da una serie de minerales que se encuentra en casi todo el mundo.
Almadina
Analcita
Tirol (Austria) Brazil Tura (Siberia) Touissit (Morocco) Lake Baikal (Russia)
Cubico Romboedrico Cubico Rombico Hexagonal
Cavein Rock (Illinois) Maglad (Bulgaria) Bilbao (Spain) Conahuila (Mexico) Zaragoza (Spain)
Cubico Cubico Rombico Cubico Monoclinico
Alicante (Spain) L.Searles (California) Mapimi (Mexico) Pasto Bueno (Peru) Santander (Spain)
Cubico Hexagonal Rombico Monoclinico Monoclinico
Minas Geraes (Brazil) Brazil Van Ghizz (S.Africa) South Africa Kolwezi (Zaire)
Monoclinico Monoclinico Rombico Cubico Monoclinico
Reocín (Spain) Gibeon (Namibia) Mapimi (Mexico) Conahuila (Mexico) France
Rombico Cubico Hexagonal Hexagonal Monoclinico
Poona (India) Poona (India) Lanzarote (Spain) Oregon (EEUU) El Negratín (Spain)
Rombico Triclinico Rombico Amorfo Triclinico
Navajún (Spain) Mazarrón (Spain) Dalnegorsk (Rusia) Brazil Argentina
Cubico Tetragonal Hexagonal Romboedrico Romboedrico
Turkey Poona (India) Australia S.Almagrera (Spain) Bou-Azzer (Morocco)
Monoclinico Monoclinico Monoclinico Romboedrico Cubico
France Minas Gerais (Brasil) Santander (Spain) Italia Poona (India)
Romboedrico Cubico Cubico Rombico Monoclinico
Máchow (Poland) Huaron (Peru) Minas Geraes (Brazil) Morocco Touissit (Morocco)
Rombico Cubico Rombico Hexagonal Tetragonal
Figura 1.4 a. Minerales de distintos lugares del mundo
La ley o grado es una medida de la calidad de cualquier flujo de mineral o pulpa, la cual se define por:
En forma general se puede establecer la siguiente relación matemática:
alimentación.
𝑾
G. Razón de concentración : Es la relación del peso de la alimentación al peso de los concentrados.
Es un número que expresa la cantidad de toneladas de mineral de cabeza (alimento) que se
necesita para obtener 1 tonelada de concentrado.
𝒄
H. Razón de enriquecimiento : Es la relación de la ley de concentrado a la ley de cabeza y está
relacionada con la eficiencia del proceso de concentración:
𝒆
Ejemplo 1.
Una Planta Concentradora trata 1000 t/día de un mineral de cabeza que ensaya 10 % de PbS. Esta
produce 122.9 t/día de concentrado con una ley de 80 % de PbS y el relave analiza 0,19 % de PbS.
¿Determine cuál es la recuperación del PbS?
Solución.
1****. Sea el siguiente diagrama :
PLANTA
CONCENTRADORA
Alimento; F = 1000 t/d
f = 10 % PbS
Conc. PbS
C = 122,9 t/d
c = 80 % PbS
Relave
T =?
t = 0,19 % PbS
2. Cálculo de la recuperación.
Empleando la fórmula de recuperación antes mencionada y reemplazando valores, se tiene:
PbS
PbS
Concentradora.
Ejemplo 2
Una Planta Concentradora procesa 10 000 t/d de un mineral con ley de 0,92 % Cu. La ley del
concentrado de cobre es de 26,2 % Cu y el relave tiene una ley de 0,92 % Cu. Determine R, R w
C
y
Solución
Sea el diagrama siguiente
Para resolver este problema, lo primero que se hace, es definir el sistema de ecuaciones del balance
de materiales y el balance del metal valioso o contenido fino.
Balance de materiales
Balance del metal valioso (Cu)
Al desarrollar las dos ecuaciones se obtiene:
Esta expresión permite determinar el flujo másico de concentrado, al despejar C. Esto es:
𝐶𝑢
Reemplazando datos numéricos en la expresión se obtiene:
𝐶𝑢
a. Cálculo de la recuperación metalúrgica
Reemplazando datos, se obtiene:
O También se puede calcular usando las leyes de cada flujo, para obtener
b. Cálculo de la recuperación en peso
Reemplazando datos en la expresión se obtiene:
𝑤
c. Cálculo de la razón de concentración