Caracterización mineralógica en procesamiento de minerales

En el presente documento se hace un desarrollo completo de la primera etapa o Fase I de investigación metalúrgica, esta es la etapa de caracterización de las condiciones mineralógicas más importante, posteriormente será más sencillo planificar la segunda fase de flotación batch, en la misma se hará selección de colectores y determinara tiempos adecuados de acondicionamiento y flotación; finalmente una fase III será de pilotaje para confirmar lo encontrado en las dos fases anteriores de investigación; en el pilotaje se confirmaran los impactos de cargas circulantes en flotación y determinación de etapas de limpieza así como los tiempos de acondicionamiento, también se visualizara la ventaja de hacer remolienda de productos intermedios en la flotación bulk y remolienda de medios (relave de primera limpieza y espumas scavenger) en el circuito de flotación de zinc.

La primera fase es una identificación de las características físicas de la muestra de mineral (densidad aparente, peso específico, dureza e índice de abrasión) , se estudiara por microscopia de barrido (TIMA o QEMSCAN) el mineral de cabeza detectando la condición de las especies minerales económicamente importante así como la presencia de sulfuros no valiosos y el posible impacto en la recuperación de sulfuros valiosos por flotación. Posteriormente se hace una prueba de flotación exploratoria diferencial de plomo y zinc y también se estudian por microscopia de barrido las especies mineralógicas que flotaron en las espumas de plomo, en las espumas de zinc, igualmente se estudian los relaves finales, enfocando las posibles causas de pérdidas de sulfuros valiosos, la depresión de sulfuros de hierro no valioso (pirita y pirrotita) y la composición de las rocas de gangas.

En resumen, con el análisis del comportamiento del mineral en primera fase será posible un mejor desarrollo de la segunda fase de selección de colectores, tiempos de acondicionamiento y flotación en pruebas abiertas y llegando hasta flotación de ciclo cerrado donde se recirculan algunos productos intermedios, la tercera fase que es el pilotaje en circuito continuo de flotación será más fácil de interpretar si se desarrollan correctamente las dos etapas iníciales de investigación metalúrgica.

Estos trabajos de tres fases de investigación se realizaron en el Laboratorio metalúrgico de SGS-Chile.

 EL ESTUDIO

 TRES FASES DE INVESTIGACIÓN METALÚRGICA

Se refiere a un prototipo de mineral denominado A, el mismo que se considera que tiene una muestra representativa de un proyecto en estudio.

 A.3. CARACTERIZACIÓN MINERALÓGICA DE CABEZA POR QEMSCAN

 ANÁLISIS MODAL O DISTRIBUCIÓN DE MINERALES EN PORCENTAJE EN PESO

El cuadro siguiente es el análisis de distribución de las distintas especies mineralógicas.

Respecto de los resultados alcanzados en el análisis modal del mineral de cabeza se puede comentar lo siguiente

a) Los sulfuros valiosos galena esfalerita y calcopirita suman 0.20+3.63+ 9.63 = 13.46% en peso y los sulfuros de hierro no valiosos suman 20.54%, entre ambos representan el 34% de la muestra total como sulfuros, la diferencia 66% en peso serán rocas de gangas de diversos tipos.

b) Respecto de los sulfuros de hierro se observaron mayormente pirrotita y pirita, ambos suman 11.36 + 9.18 = 20.54% en peso; del dato anterior se desprende que de todos los sulfuros de hierro presentes el 55% son pirrotitas y el 45% son piritas; no se encontraron cantidades importantes de arsenopirita.

c). Las gangas pesan 66% en peso y la mayor cantidad de ellos son piroxenos, granates, feldespatos, calcita y cuarzo estos suman 12.84+18.02+9.51+6.15 = 46.5% en peso, se desprende que el 70% abarcan este tipo de rocas y que el 30% restante son rocas de menores contenidos y por lo tanto menos influyentes.

 

COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS EN EL MINERAL DE CABEZA

Según el esquema de reporte de TIMA se distingue el comportamiento o presencia por elementos químicos valiosos importantes:

 Minerales de plomo

Los minerales económicos de plomo presentes en el mineral de cabeza son 100% galena, importante no haber detectado sulfatos (anglesita) ni carbonatos (cerusita) que son “óxidos de plomo” posibles de encontrar por la gran actividad corrosiva de la pirrotita sobre galena.

 Minerales de zinc

Los minerales económicos de zinc presentes en el mineral de cabeza son 99.52 % esfalerita y 0.48% de wurtzita que es una variedad de sulfuro de zinc pero con contenido de cadmio.

Es importante no haber detectado sulfatos (gosslarita) ni carbonatos (smithsonita), ambos son considerados “óxidos de zinc”, posibles de encontrar por la gran actividad de corrosión galvánica de la pirrotita sobre esfalerita y en general sobre todos los sulfuros valiosos.

 ANÁLISIS DE ESPECIES MINERALÓGICAS EN EL MINERAL DE CABEZA

 GALENA :  Liberación de Galena en el mineral de cabeza.

Sobre la liberación de galena en el mineral y cuya información está en el cuadro anterior se comenta lo siguiente:

a) La galena liberada mayor al 70% y que se considera apta para flotación es 52.13%, aproximadamente la mitad del total de galena presente en la muestra.

b) La galena encapsulada y liberada a menos del 10% es 19.91% este tipo de galena no será posible de liberar por lo tanto estará flotando con los mixtos o asociado a otras especies.

c) Entre una liberación de galena en el rango 20 a 60% (que indicarían los productos mixtos) se tienen 27.96% en peso.

 Asociaciones de galena con otras especies en el mineral de cabeza.

El cuadro anterior indica lo siguiente:

a) que las asociaciones más importantes de la galena en el mineral de cabeza son con cuarzo (hard silicates) 25.38% del total de galena, esto es normal porque la molienda de la muestra es relativamente grueso y K80 mayor a 212 micrones.

b) La asociación con sulfuros de hierro pirita y pirrotita representa 2.76+6.84 = 9.6% de la galena total.

c) Un aspecto importante es que a pesar de la granulometría gruesa del mineral estudiado, 44% de galena está completamente libre, morfología de la galena que significa ventaja en la aplicación del esquema de flotación Flash.

 ESFALERITA:  Grado de Liberación de esfalerita en el mineral de cabeza

El cuadro de arriba indica que la morfología de la esfalerita del mineral tiene mejor liberación que la galena, al respecto se puede indicar:

a) Así en las fracciones mayores a grado de liberación 70 en esfalerita se aprecia 71.39% en peso en cambio para galena es 51%.

b) En lo que refiere al porcentaje de minerales encapsulados y de muy poca liberación en el caso de esfalerita es de 6.90%, comparado al valor en galena que es 19.90%.

 Esfalerita y asociaciones más importantes en el mineral de cabeza

 El cuadro de asociaciones importantes de esfalerita indica lo siguiente:

a) Que las asociaciones más importantes de esfalerita en el mineral de cabeza son con cuarzo (hard silicates) 18.89% en peso del total de esfalerita, esto es normal porque la molienda de la muestra es relativamente gruesa y K80 mayor a 212 micrones.

b) La asociación con sulfuros de hierro pirita y pirrotita representa 1.65+7.12 = 9.77% de la esfalerita total, no es muy grande la asociación con sulfuros de hierro por lo tanto la calidad de los concentrados de zinc será definida durante el proceso con el control de activación de pirita y pirrotita con adiciones de cal.

c) Un aspecto importante es que a pesar de la granulometría gruesa del mineral estudiado, 56.34% de esfalerita está completamente libre, morfología importante de la esfalerita.

GRANULOMETRÍA DE LA MUESTRA Y CONTENIDO DE ESFALERITA Y GALENA

 Distribución de tamaños en la cabeza de mineral

 El cuadro de arriba es el análisis granulométrico de la muestra preparada de mineral de cabeza, en la misma se distingue claramente que la fracción mayor a 212 micrones (malla 70 ASTM) es 25.83% por lo que es posible proyectar que el K80 del material en estudio es alrededor de 300 micrones.

 Contenido de esfalerita y galena en la distribución por mallas

 

 

 

 

 

 

 

 

Los dos cuadros de arriba se refieren a la cantidad de galena y esfalerita que está en las distintas fracciones del mineral de cabeza, al respecto se puede indicar lo siguiente:

a) Las fracciones de esfalerita y galena en materiales finos menores a 12 micrones no es alta y es de 1.77% para esfalerita y 2.18% de galena.

b) El contenido de especies valiosas menores a la malla 100 ASTM (<149 micrones) es 58.48% de esfalerita y 52,54% para galena, esta fracción de tamaños es importante porque se trata del material que está en fracción flotable.

c) Respecto a la fracción gruesa (<212 micrones) se encuentra un porcentaje importante de esfalerita (23.07%) y galena (31.84), esto es concordante con el criterio ya especificado sobre la asociación de ambos sulfuros con cuarzo (Hard Silicates).

 Tamaño de partícula de esfalerita y galena en el mineral de cabeza

 

 Los cuadros de arriba expresan una medición de tamaños de grano de esfalerita y galena, este es un dato posible debido a un importante alcance del sistema de análisis de microscopia automatizado (TIMA o QEMSCAN), al respecto se puede anotar lo siguiente:

a) La mayor cantidad de partículas de esfalerita, 68.12% en peso, miden debajo de malla 150 (105 micrones), este porcentaje es menor a la morfología de galena en que se observa que el 90.91% de galena tiene tamaños menores a 150 micras.

b) Respecto al contenido de esfalerita de tamaño muy fino, el porcentaje es de 5.10% en peso; el contenido de galena en el mismo tamaño, el porcentaje es mayor 13.60%, esta diferencia confirma el carácter más friable de la galena.

 PROCESO DE FLOTACIÓN TOTAL DE SULFUROS

Utilizando cinética de flotación (evaluación de extracción en el tiempo) y además se incluye el análisis de microscopia óptica para reconocimiento de sulfuros valiosos y no valiosos, que resultaron en el sistema de flotación batch (Espumas y relaves de cinética de flotación). Permitirá seleccionar los reactivos adecuados de flotación sean colectores, depresores y espumantes. Se hace estudio de microscopia óptica de luz reflejada en cada espuma y relave de flotación.

El mineral A es molido y flotado en condiciones típicas de flotación selectiva plomo-zinc, con parámetros de molienda y reactivos de flotación que den como resultado una espuma de flotación bulk plomo-plata, una segunda espuma de flotación zinc, el tercer producto será un relave final.  El objetivo de esta flotación es acopiar muestra para estudio de microscopia electrónica de barrido (TIMA o QEMSCAN) para confirmar la presencia de pirrotita y pirita, el efecto en flotación de los sulfuros esfalerita- galena y además identificar los minerales de gangas para calificar su presencia identificando algunos importantes que podrían alterar la dureza del mineral.

CARACTERIZACIÓN MINERALÓGICA EN LOS PRODUCTOS DE FLOTACIÓN (TIMA-QMSCAN)

Reconciliación de leyes

La reconversión de especies minerales del análisis de microscopia de barrido e interpretada en función de la formula química de las especies minerales necesita una validación entre el análisis químico y el análisis mineralógico, a esto se refiere la siguiente tabla:

En la tabla de arriba se puede apreciar que hay importante aproximación entre las leyes químicas analizadas por métodos típicos y la deducción de ley química partiendo de las especies minerales de los distintos productos de flotación; a modo de ejemplo, el porcentaje de plomo en el concentrado Ro Pb según el análisis TIMA es 36.05% Pb y el análisis químico de dicho producto es 35.50% Pb, esta es una forma de confirmar y validar el análisis microscópico.

 ANÁLISIS MODAL DE LOS PRODUCTOS DE FLOTACIÓN DE MINERAL A

El cuadro siguiente es el análisis de distribución en peso de las distintas especies mineralógicas, corresponde a los tres productos de flotación exploratoria realizada en el mineral.

El análisis de resultados interpretado desde la distribución modal indica lo siguiente:

a) La determinación de cabeza calculada para cada especie mineralógica se determina usando los factores de porcentaje en peso 8.8 para concentrado Ro. Pb; 17.6 para concentrado Ro Zn y 73.6 para el contenido en el relave, así es como se calculan los valores de cabeza que están en la última columna de la tabla anterior.

b) Los valores de cabeza calculada indican que los sulfuros totales, entre valiosos y no valiosos, en el mineral A, suman 0.33+9.90+5.52+11.79+3.93+0.01+0.02 = 31.5% del peso total.

c) Los sulfuros valiosos en la cabeza calculada representan 11.79+3.93 = 15.72%, se confirma que el contenido de esfalerita es mayor a galena.

d) En lo respecta a sulfuros de hierro se recalcularon 9.90% como pirrotita y 5.52% como pirita, entonces el total es 15.42% y se desprende que la mayor parte es pirrotita que pirita, 64% de los sulfuros de hierro son pirrotita y solo 36% son pirita. Si consideramos el análisis TIMA (QEMSCAN), en la muestra de cabeza se determinó que 55% eran pirrotitas y 45% serian piritas, creo que en razón a un promedio se puede expresar que en el mineral, del total de sulfuros de hierro, 60% son pirrotitas y 40% piritas.

e) El contenido de arsenopirita es bajo, 0.01% en peso de la muestra total y no será una especie mineralógica

que impacte en el control de la alcalinidad en flotación. Cuando en un mineral de prueba de flotación batch se agrega cal y el pH no se altera hasta agregar grandes dosis coincide con la presencia de arsenopirita en cantidades importantes; el caso dl mineral investigado está libre de este problema y es un factor importante porque se necesitara cal para deprimir el alto contenido de sulfuros de hierro.

f) En lo que se refiere a espumas de flotación Ro. Pb se observa que floto 41.63% en peso de galena, pero esta espuma tiene alto contenido de sulfuros de hierro 16.64+7.91= 24.55%, también es alto el desplazamiento de esfalerita que señala 12.46%, en total los sulfuros indebidamente presentes en el concentrado Ro.Pb representan 12.46+24.55 = 37.01% en peso. Es un concentrado no tan limpio, fue una etapa de desbaste sin limpiezas y sobre todo no se agregó sulfato de zinc, con este resultado se estaría confirmando la necesidad de uso del depresor nombrado.

g) En cuanto a los insolubles que flotaron en la primera etapa de flotación Ro. Pb el más destacado es el tipo piroxeno con 8.63% en peso.

h) En la flotación Ro. Zn flotaron 57.11% en peso de esfalerita, los sulfuros de hierro que contaminaron la espuma suman 11.61+15.70 = 27.31%, alto contenido de pirrotita y pirita, la diferencia de 100 sobre la suma total de sulfuros, 15.58% corresponden al contenido de gangas en la espuma de zinc.

COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS VALIOSOS EN PRODUCTOS DE FLOTACIÓN EXPLORATORIA

 Minerales de plomo

Del siguiente cuadro se desprende que todo el elemento plomo está conformado por galena, no hay otra especie ni en espumas de flotación ni en relave.

Sobre los datos de la tabla anterior se determina lo siguiente:

a) En la celda en amarillo se hace un cálculo de recuperación por galena sumando el contenido de esta especie mineralógica en espumas Ro.Pb y Ro.Zn, dividiendo entre la suma del contenido total de galena en los tres productos, se comprueba la flotabilidad en el siguiente calculo (36.05+0.54)*100/ (36.05+0.54+0.18) = 99.51%, se comprueba una buena respuesta de la especie galena a la fórmula de reactivos de flotación.

b) La flotabilidad de la galena en la etapa Ro.Pb es interesante y se determina por 36.05*100/(36.05+0.54) = 98%, es decir que la mayor parte de la flotación de galena ocurrió en la primera espuma Ro.Pb, esto es favorable.

Autor:  JOSÉ MANZANEDA CABALA . Escuela de Posgrado – Universidad Nacional de Ingeniería

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