Tratamiento y Beneficio de un mineral sulfurado de Cu-Mo

Para el tratamiento del mineral de sulfuro Cu-Mo se utilizo un mineral que fue entregado por el laboratorio del departamento de metalurgia y minas de la Universidad Católica del Norte, Antofagasta. El mineral en custodia presenta leyes de cobre y hierro total de 1,62% y 19,53% respectivamente; 0,04% como ley de cobre soluble y 0,02 % de molibdeno. Con respecto al análisis mineralógico en la muestra mineral se apreciaron en su mayor composición por calcopirita, pirita, magnética, molibdenita y otros en mucho menor proporción.

Los reactivos utilizados para las pruebas de flotación fueron los colectores Hostaflot x-23 y Aero 3477 Promoter, el espumante DF- 250 y como regulador o modificador de pH de la pulpa se utilizó cal en lechada.

Las pruebas de flotación se realizaron en una celda convencional Denver, con el uso de un rotor agitador y un sistema de aireación que es alimentado desde el sistema de flujos de aire del departamento y laboratorios de metalurgia de UCN.

El mineral sulfurado de Cu-Mo tiene una granulometría bajo la malla - # 10 (1,77 mm) Ty y una masa de 61,24 Kg. Este tamaño de mineral permite homogenizar la muestra sin tener etapas previas de chancado, así basto homogenizar la muestra con un cortador de rifle y posterior cortador giratorio para poder obtener 40 muestras representativas de 1 kilogramo, las cuales son usadas para los siguientes métodos.

A través de un cortador de Riffle se dividen una muestra de 1 Kg, hasta conseguir 300 g de mineral homogenizado para llevarlo al pulverizador. Se masan 100 g de el material pulverizado y se envía a posterior análisis químico, análogamente se realiza de igual manera para el análisis mineralógico.

Para determinar el contenido de agua de la muestra, se lleva una muestra de 1 Kg en base húmeda y se lleva por 24 horas a un horno en un rango de 80 -100°C. Luego del tiempo mencionado se masa la muestra y mediante la ecuación de humedad (ec. 1) se obtiene el porcentaje de humedad que tiene la muestra.

Para este parámetro se necesita de un picnómetro el cual es un aparato que permite calcular, mediante una serie de pasos, la densidad de un mineral mediante la ecuación 2.

Las pruebas de molienda se llevaron a cabo con una carga que contenía 1 Kg de mineral, 538 ml de agua para obtener la pulpa, cuyo volumen se determinó en base a concentración en peso y densidad del mineral. Se realizaron pruebas de molienda para 10, 15 y 20 minutos para determinar el tiempo necesario para obtener el 60% del mineral bajo la malla #200 Ty.

En primer lugar se realizaron pruebas a 3 dosificaciones distintas de espumantes DF - 250 y Aerofroth 70. Una vez escogido el espumante a utilizar según parámetros visuales (colchón de espumas) se procede a hacer las pruebas de forma análoga a la de los espumantes con 3 dosificaciones distintas de colector Hostaflot x-23 (tionocarbamato), Aero 3477 Promoter (ditiofosfato) y SF-632. Se procede a realizar los posteriores análisis químicos para ver los resultados de recuperaciones.

Las condiciones de pruebas de flotación y reactivos se datan en la siguiente tabla.

Tras probar los reactivos y según su recuperación, se procede a hacer una cinética de flotación, la cual permitirá obtener el tiempo óptimo de residencia de la pulpa en la celda. De esta forma, la flotación se realiza con 30 g/T de colector primario Aero 3477 Promoter, 30 g/T de colector secundario Hostaflot x-23 y 30 g/T de espumante DF-250.

Para efectuar la cinética, se flota por un periodo más largo, de 32 minutos y se retiran las bandejas con concentrados a los tiempos 1, 2, 4, 8, 12, 16, 24 y 32 minutos, lo cuales luego son filtrados, secados y enviados a análisis químico. De este último, se obtienen las leyes de cobre parciales por tiempo, que permiten probar los modelos cinéticos para tener un perfil de la recuperación en el tiempo y luego utilizar los criterios de Agar obteniendo así, el tiempo de flotación apropiado.

En la tabla 2 se encuentran los resultados obtenidos de la prueba de humedad, después de las 24 horas de secado a 100°C.

Saber la humedad del mineral permite, por una parte, establecer una planificación de las pruebas posteriores de molienda y flotación, en las cuales se puede saber la cantidad de agua a utilizar en el proceso. Por otro lado, obtener una cantidad de humedad puede dar una propiedad de la mineralogía, de modo que podría tratarse de la presencia de arcillas, las cuales, además de traer cierta complejidad a los posteriores procesos, tienen una atracción natural a las moléculas de agua, absorbiendo y aumentando el porcentaje de humedad (García, E., s.f.). Por otro lado, se sabe que gran parte de las arcillas se encuentran en minerales oxidados, específicamente se pueden hallar en una mayor cantidad con la crisocola Cu₂H₂Si₂O₅(OH)₄. (Rojas, F., 2010). Al tener una humedad del 0,27%, lo cual puede ser muy poco probable encontrar una abundancia en mineral arcilloso.

De un total de 10 pruebas de picnometría hechas, se hicieron los análisis para poder establecer el valor de la densidad del mineral. Es importante destacar que en las pruebas no se logró establecer una moda, de tal forma que se hizo un breve análisis. Dentro de un mínimo de 3,00 g/mL a un máximo de 3,13 g/mL se considera una mediana de 3,08 g/mL, sin embargo, al tener gran parte de los datos dentro de un rango similar tal como se detalla en el anexo, tabla 28, se decide tomar el valor de la media, de 3,06 g/mL, la cual se mantiene como el valor a utilizar en los procesos posteriores.

Como se ha mencionado en la teoría, realizar una caracterización granulométrica del material a tratar resulta fundamental para determinar los procesos posteriores a aplicar en beneficio del mineral. De esta forma, se realizó un análisis granulométrico de cabeza, ingresando una muestra representativa de 500 gramos al RO-TAP por un tiempo de 12 minutos.

Al contrastar los resultados obtenidos con la teoría planteada por Cárcamo (2003), se establece que el mineral a tratar tiene un tamaño de grano medio y que posiblemente un porcentaje de este tenga granulometría fina (menores a 75 µm). Además, el F80 obtenido indica que el 80% del material particulado tiene una granulometría inferior a 1258,56 µm, lo que corrobora que es necesario realizar un proceso de conminución adicional, específicamente molienda, para lograr que el diámetro de grano disminuya a valores inferiores a 75 µm y así, el mineral se encuentre en un tamaño adecuado para ingresar al proceso de flotación.

Al observar el Gráfico, que muestra la relación entre la cantidad de mineral pasante en porcentaje y el tamaño de partícula correspondiente, se corrobora lo descrito en el párrafo anterior, ya que establece de manera visual que la totalidad del mineral tiene un tamaño inferior a 2000 µm. También, permite aseverar que la función que mejor se ajusta a la distribución de tamaño obtenida es la de Gaudin-Schumann, lo que guarda estricta relación con la teoría que plantea que esta función se usa comúnmente para partículas más finas.

En la Tabla 4 se observa que, para un tiempo de 15, 20 y 25 minutos se obtiene un pasante -200#Ty de 54,36%, 65,14% y 75,02%, respectivamente. Los resultados guardan relación con la teoría que indica que mientras mayor es el tiempo de molienda, más conminuido queda el material alimentado al proceso, debido a esto el porcentaje pasante se incrementa. (Concha, 2015).

Así, para encontrar el tiempo exacto en el cual el 60% del mineral tiene una granulometría inferior a #200Ty, se realiza una interpolación simple entre los datos de los tiempos de 15 y 20 minutos. Según lo mostrado en la tabla 5, para alcanzar el tamaño de partícula indicado, el tiempo de molienda corresponde a 17,62 minutos (Tabla 5).

Según los datos obtenidos por la prueba de cinética, el modelo matemático de Klimpel, es el que mejor se ajusta a los valores experimentales, expresado en el siguiente gráfico.

Además de lo mostrado visualmente, este modelo es el que presenta el menor error cuadrático de 0,79, como se muestra en la tabla 6, en comparación a los otros modelos sin el ajuste matemático, la recuperación acumulada es de 81,13%, levemente más baja que la entregada por Klimpel, de 81,27%. Debido a lo anterior, se le considera a este modelo como ideal para efectuar los siguientes pasos, que corresponden a la aplicación de los criterios de Agar.

En el gráfico anterior, se observa que la eficiencia de separación aumenta en los primero minutos para luego sufrir muy leves variaciones, ya que la curva se vuelve prácticamente asíntota. Sin embargo, este criterio busca el tiempo en el cual el valor de la eficiencia de separación (E. S) es máximo y para encontrarlo se hace uso de la herramienta solver, obteniéndose que a 7,25 minutos, la recuperación de cobre en el concentrado y en la ganga es de 78,07% y 8,55%, con la más alta ES de 69,51%.

De esta forma, en la Tabla 7, se observan los tiempos obtenidos para los tres criterios de Agar a nivel laboratorio. Al realizar una resta simple entre ellos, con el fin de compararlos, se obtiene que la variación entre el 1° y el 2° es 1,48; mientras que entre el 2° y el 3° es de 1,46, razón por la cual no se descarta ningún criterio, ya que lo valores no representan diferencias significativas. Así, el valor adecuado de tiempo de residencia para el mineral tratado según los criterios de Agar, corresponde a un promedio de los tres tiempos, siendo de 8,71 minutos. Al escalar este valor a nivel industrial, utilizando un factor igual a 2, se obtiene un tiempo de 17,41 minutos, como se muestra en la Tabla 7.

Se plantea una propuesta técnica evaluando cada parámetro y resultado dado para tratar el mineral sulfurado de Cu-Mo mediante concentración colectiva y selectiva del mineral para la recuperación de cobre y molibdeno en primera instancia y luego una concentración selectiva de cada mineral valioso por separado.

La propuesta técnica fue dimensionada por el software METSIM, el cual se llevo con todos los análisis de los resultados planteados. El modelamiento y configuración de celdas y bancos de flotacion para el tratamiento y beneficio del mineral queda planteado en la siguiente esquematización que diseño el software.