Por orientación de la Dirección Técnica del Grupo Geominsal, se le solicitó al Centro de Investigación para la Industria Minero Metalúrgica (CIPIMM) elaborar 7 piezas de Doré de la planta, a partir de las muestras testigos que se conservan en la División de Caracterización de Materiales del CIPIMM. Para darle cumplimiento a esta tarea se comenzó con la selección de las muestras en dependencia de niveles respetivos de concentración y asociado a satisfacer necesidad de resolver el problema de obtener probetas con características específicas en contenido de Au 10-75%, Ag 4-50 %, Cu 3-55%, Pb 3-25 % y Zn 0.01-0.25 % según las características físico-químicas de los productos existentes como muestras testigos.
La realización del trabajo requería diseñar y construir pequeñas cápsulas de acero inoxidable en correspondencia a volúmenes predeterminados en el orden de 50mm3 y 35mm3 respectivamente, volúmenes dados por experiencias anteriormente acumuladas por investigadores del centro. La atención de los autores estuvo enfocada hacia la obtención de pequeños lingotes obtenidos con el metal fundido y vertido en las cápsulas, y que posteriormente debían ser sometidos a respectivos trabajos de pulido y barrenado para la caracterización del material según NC 1071:2015 Doré-Muestreo.
Los resultados de la caracterización del material en oro y plata, indicados según doré- determinación de oro y plata por copelación (ensayo al fuego - NC 1069:2015) y la determinación de impurezas por ICP, se corresponden con expectativas de la planta productora. El colectivo de autores tuvo la capacidad de realizar la necesaria distribución de las tareas, lo que comenzó con la concepción del proyecto, selección de muestras, desarrollo de procedimientos de cálculo de los volúmenes de las cápsulas, diseño de plantillas, realización de procesos de fundición, vaciado y desmoldeo, realización de pulido, barrenado y determinación de contenido de elementos químicos pre establecidos en los pequeños lingotes.
Para el desarrollo de los procedimientos se emplearon los siguientes equipos y materiales:
Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-OES) modelo Spectroflame de la firma SPECTRO de Alemania, que posee un sistema óptico con transmisión de la luz mediante fibra óptica.
Espectrometría de Absorción Atómica con Llama (EAA), modelo.
Horno de copelación, modelo. Temperatura máxima 1200 0 C.
Micro balanzas analítica.
Balanza analítica, modelo
Copelas, hechas de óxido de magnesio de capacidad 50 g de plomo fundido. Como se recomienda en el ensayo al fuego.
Cristalería de laboratorio certificada.
Laminador de joyería
Agua desionizada (conductividad menor a 0.1 µS/cm).
Ácido clorhídrico 37% (d= 1,18 g/cm3).
Ácido clorhídrico 5M
Ácido clorhídrico 1:10.
Ácido nítrico (HNO3) 65 % (d= 1,42 g/cm3).
Ácido nítrico 5M
Ácido nítrico 1:10
Agua regia ENT#091;HCL (d=1,18 g/cm3) + HNO3 (d= 1,42 g/cm3)ENT#093;
Plomo en láminas, 99,99 % Pb.
Plata metálica, 99,9 % Ag, (máximo 0,001 % Au)
Cobre metálico, 99,9 % Cu.
Copela de magnesita o ceniza de hueso
Solución estándar de Oro de 1000 mg/L, Merck.
Solución estándar de Plata de 1000 mg/L, Merck.
Solución estándar de Cobre de 1000 mg/L, Merck.
Solución estándar de Plomo de 1000 mg/L, Merck.
Solución estándar de Zinc de 1000 mg/L, Merck.
Solución estándar de Níquel de 1000 mg/L, Merck
Solución estándar de Berilio de 1000 mg/L, Merck
Solución estándar de Aluminio de 1000 mg/L, Merck
Solución de referencia certificada
Solución de partida para curvas de calibración para contenidos de Ag < 20% (400 µg/ml de Au y Cu, 50 µg/ml de Al, Be y Ni y 200 µg/ml de Ag, Pb y Zn).- En volumétrico de 100 ml añada 30 ml de HCl 2.1 y a continuación añada 40 ml de la solución estándar primario (1 ml =1 mg) de Au y Cu, 20 mL de la solución estándar primario (1 ml=1 mg) de Ag, Pb y Zn y 5 ml de la solución estándar primario (1 ml=1 mg) Al 2.13, Be 2.14 y Ni 2.16. Llevará la marca con agua destilada.
Solución de partida para curvas de calibración para contenidos de Ag > 20%(400 µg/ml de Au y Cu, 50 µg/ml de Al, Be y Ni y 200 µg/ml de Pb y Zn).- En volumétrico de 100 ml añada 5 ml de HCl 2.1 y a continuación añada 40 ml de la solución estándar primario (1 ml=1 mg) de Au y Cu, 20 ml de la solución estándar primario (1 ml=1 mg) de Pb y Zn y 5 ml de la solución estándar primario (1 ml=1 mg) Al 2.13, Be 2.14 y Ni 2.16. Llevará la marca con agua destilada.
Condiciones instrumentales: En Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-OES) las condiciones instrumentales fueron de acuerdo a las recomendaciones del fabricante para garantizar la mejor relación señal/ruido. Seleccionándose finalmente la descrita.
Potencia -1200w
Flujo de nebulización -1,2 L/min Ar
Presión de nebulización-3,8 bar.
Flujo auxiliar-1,2 L/min Ar
Flujo de enfriamiento -18,8 L/min Ar
Altura de observación 15 mm por encima de la bobina.
Las soluciones de partidas de calibración ICP-OES se prepararon como se muestra en la Tabla 1 siguiente:
Método A: En volumétrico de 200 ml añada 60 ml de HCl, enrace con agua desionizada y homogenice.
Método B: En volumétrico de 200 ml añada 10 ml de HCl, enrace con agua desionizada y homogenice.
Selección de líneas analíticas: Teniendo en cuenta los contenidos de los elementos a determinar se seleccionaron las líneas analíticas en Tabla 2 según lo siguiente:
Se realizaron varias selecciones de muestras testigos con el objetivo de confeccionar las piezas de doré, las que se codificaron como Muestra# 1, Muestra# 3, Muestra# 4, Muestra# 5, Muestra# 6, Muestra# 7 y Muestra# 8. En la Tabla 3 se muestra la relación de las muestras seleccionadas.
Según el contenido en gramos de la muestras testigo y el % de Au, Ag, Cu, Pb y Zn, se calculó el contenido en gramo, el contenido ponderado y con las densidades Au 19.32 g/ cm3; Ag 10.50 g/ cm3; Cu 8.96 g/ cm3; Pb 11.35 g/ cm3; Zn 7.133 g/ cm3, se calculó los volúmenes de las mismas como se observan en la Tabla 4:
Una vez seleccionadas las muestras testigos así como realizado el trabajo de caracterización según peso y porcentajes de los elementos de la composición química se procedió a construir las cápsulas de acero inoxidable. Para ello se pre establecieron respectivos volúmenes estimados de 50 (mm3) y 35(mm3), y entonces determinar las dimensiones de cápsulas, construir las plantillas y conformar los respectivos cuerpos.
Las cápsulas se requerían de base rectangular y con determinada conicidad. Para conseguir estas cápsulas se diseñaron las dos plantillas mediante el desarrollo de un prisma de base rectangular con dos extensiones en cada una de las caras laterales, todas las extensiones iguales, y de forma tal que el cálculo del volumen resultara ser una aproximación del pre establecido. El desarrollo geométrico del que resultó la plantilla y el cuerpo es el de la figura 1:
Este cuerpo está formado por un prisma recto de base rectangular, 4 prismas rectos de base triangular que definen las respetivas inclinaciones de las caras y 4 pirámides oblicuas de bases cuadradas. Las vistas se muestran en las figuras 3 son las siguientes:
El modelo físico - matemático desarrollado para el cálculo del volumen es el siguiente:
X
- altura del prisma
Y,Z
- Dimensiones de la base del prisma sin las extensiones.
Δa
- Longitud de la extensión de los lados de la base del prisma.
Vprima1
- Volumen de prisma de base rectangular que se forma en cada cara por la conicidad concebida.
Vprisma 2
- Volumen de prisma de base rectangular que se forma en cada cara por la conicidad concebida.
Vpir
- Volumen de la pirámide de base cuadrada que se forma en cada una de las esquinas del prisma.
Se tomó:
x=y; z =2x ; ángulo de inclinación α dado por Tan α = b/x . Para α = 10o se obtiene una extensión de longitud b= 0,45cm.
Se muestran en la figura 3 las capsulas de aceros inoxidables.
Todas las muestras testigos seleccionadas fueron homogenizadas y se vertieron en el crisol de chamota, sin adición de bórax, para después introducirlas en el horno de copelación. Cada muestra se trabajó bajo las condiciones que se muestran en la Tabla 5.
Una vez obtenidas las 4 primeras piezas, dos de ellas quedaron con dificultades, lo que llevó a la toma de 3 nuevos grupos a partir de las muestras testigos para conformar otras tres piezas entonces de ahí surgen las muestras #6, #7 y #8.Una vez obtenida las piezas después de fundidas, se dejaron enfriar para luego pesarlas, donde los pesos obtenidos son los que se muestran en la Tabla 6.
Una de las muestras obtenida se puede apreciar en la figura 5, según los cálculos de los volúmenes de cada una de las muestras cómo fue supuesto.
La Muestra #3 quedó con algunas deformaciones.
La Muestra #4 se obtuvo con imperfecciones considerables, presentando aglomeraciones aumentadas, lo cual llevó a la determinación de refundirla una vez más.
El resto de las piezas obtenidas (muestra #1, #5, #6, #7, #8) quedaron sin problemas. Las piezas (muestra #1, #5, #6, #7, #8) se les siguió con todo el proceso de muestro y caracterización química y a las piezas (muestra #3, #4) están guardadas en la caja fuerte del DCM.
Muestreo: El muestreo de los doré se realizó según NC-1071:2015, acápite 4.3.2 muestro por barrenado se puede mostrar en las figuras los puntos de muestros en los lingotes. Estas son las figuras 6 y 7 de las probetas obtenidas después de fundidas, pulidas y barrenadas.
Dadas las características de las piezas obtenidas después de la fundición se decidió muestrear solamente las piezas (muestras #1, #5, #6, #7, #8).Después de barrenadas, las piezas quedaron con el peso final que se muestra en la Tabla 7.
Los pesos de las muestras que se tomaron para el análisis químico a partir del barrenado se presentan en la Tabla 8.
Las muestras fueron determinadas por Doré ─ determinación de oro y plata por copelación (ensayo al fuego). (NC 1069:2015) y la determinación de impurezas por Espectroscopia de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-AES).
Estos fueron los resultados obtenidos de los ensayos químicos que dieron según lo esperados en % Au, Ag, Cu, Pb, Zn se muestran en la Tabla 9.
Además de los análisis de rutina que se le hace al doré se le realizó un barrido que se muestra en la Tabla 10.
Las muestras testigos que fueron seleccionadas bajo el criterio de sus respectivos contenidos específicos en Au, Ag, Cu, Pb, Zn, fueron calculados los volúmenes respectivos a obtener en cada una de las probetas.
Fueron confeccionadas las cápsulas de aceros inoxidables AISI 310, según las plantillas que fueron calculadas a partir de los volúmenes respectivos diseñados previamente según las probetas.
Las muestras testigos fueron fundidas y se obtuvieron las probetas en correspondencia a la especificación de la solicitud de la planta.
A las probetas se le realizaron los ensayos analíticos Doré- Au y Ag por copelación ensayo al fuego y Doré- Impurezas por Espectroscopia de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-AES), lo que permitió obtener los rangos solicitados por la planta