Autor: Guenis Gómez/Unidad de Procesos Metalúrgicos. Centro de Tecnología de Materiales (CTM).FIIIDT.
Los metales, tal y como los conocemos en el día a día no se encuentran en la naturaleza, salvo contadas excepciones, de forma elemental, sino asociados a otros elementos y/o compuestos que no son de interés. Es por esto, que una vez superada la etapa de explotación minera es necesario someter al material proveniente del yacimiento (mena) a una serie de operaciones que persiguen el objetivo final de tener un concentrado del mineral de interés para someterlo posteriormente a procesos metalúrgicos de extracción y refinación del metal.
Con el término mena, se define al conjunto natural de minerales del que puede extraerse con beneficio industrial, una cantidad suficiente de mineral útil para justificar su explotación comercial.
En el diagrama de la Figura 1 se presenta un esquema general de las etapas a la que se somete una mena para lograr obtener el metal. En la realidad el esquema detallado de proceso, que llamamos ruta de procesamiento del mineral, es mucho más complejo y es producto de un estudio que debe ser realizado desde el inicio en las etapas de prospección minera y prefactibilidad económica. Este estudio detallado es la caracterización, químico-mineralógica y metalúrgica del mineral (CQMMM) y es fundamental para el correcto procesamiento de la mena a tratar.
A partir del estudio CQMMM se obtiene información valiosa tal como: especies minerales presentes y posibles asociaciones entre ellos, tamaños de grano, tamaño de partícula necesario para lograr la liberación de el (los) mineral(es) de interés, textura de la roca, cuantificación elemental, leyes, identificación de fases, cinética de reactividad, etc. Todas estas características son insumos indispensables que determinan la serie de procesos de beneficio aplicables a la mena (ruta de procesamiento).
Dicho lo anterior podemos definir el Beneficio de minerales es el conjunto de procesos que tienen por objetivo principal separar las partículas de una mena liberada previamente, de acuerdo con su riqueza, recogiendo los útiles (valores) y descartando la ganga o estériles.
Basados en los estudios previos y definido el diagrama de flujo para el tratamiento de la mena el primer paso, como observamos en la Figura 1, es la reducción de tamaño (por trituración y molienda), con el cual se logra la liberación de los granos de mineral útil del mineral de no valor (ganga).
Luego de lograr la liberación y haciendo uso de alguna propiedad intrínseca del mineral (propiedad diferencial) como por ejemplo el peso específico o la susceptibilidad magnética se aplica las operaciones de separación. Recogiendo los útiles (valores) y descartando la ganga o estériles.
Las operaciones de separación pueden efectuarse en seco o en húmedo. La Figura 3 muestra los tipos de operaciones unitarias de concentración más empleados y que pueden separarse en métodos puramente físicos (concentración gravimétrica y magnética), físico-químicos (flotación) o químicos (lixiviación).
Gravimetría. Esta técnica de concentración se basa en hacer recorrer trayectorias distintas en el seño de un fluido a partículas de diferente peso específico. Dichas trayectorias dependen, entre otros factores, de la densidad del fluido y de la dirección y magnitud de su movimiento, por cuyo motivo los métodos de concentración gravimétrica se pueden dividir en:
- Concentración en medios densos.
- Concentración en cribas o por corrientes verticales intermitentes.
- Concentración en mesas y canales o por corrientes de tipo fluvial.
La concentración gravimétrica se emplea actualmente para tratar una gran variedad de materiales que van desde los minerales metálicos (galena, oro, casiterita, cromita, pirita, blenda, etc.) hasta los carbones. Se puede aplicar siempre que exista una cierta diferencia de densidad entre las dos o más fracciones de minerales o rocas que se pretenden separar.
Flotación. Consiste, en esencia, en hacer que los componentes de una mena que ha sido previamente tratada sean susceptibles de separarse aprovechando la diferente aptitud, natural o adquirida. Para ello hay que conseguir que, teniendo el género sumergido en una pulpa, se produzca una unión selectiva entre las burbujas de aire, creada con ese fin, y uno de los componentes de la mena, lográndose la separación de éste del resto. Se sirve, por consiguiente, de las diferencias que sus propiedades físico-químicas superficiales presentan los citados componentes.
En la Figura 4 se muestra el tipo de celda más clásico, el cual comprende de un recipiente de tipo cilíndrico en el cual al centro se ubica un sistema de agitación por turbina que produce un movimiento centrífugo para la dispersión sólido-líquido. Adicionalmente es inyectado aire, que en conjunto con el movimiento del eje forma burbujas que se encargan de colectar aquellas partículas con carácter hidrofóbicas, dichas burbujas “cargadas” tienden a subir a la superficie y colectarse. Este procedimiento suele repetirse en lo que se llaman circuitos de celdas de flotación.
La flotación es en la actualidad el método más importante de concentración ya que permite explotar yacimientos pobres y complejos.
Separación magnética. Es un proceso en el que se aprovecha las diferencias en las propiedades magnéticas de los minerales componentes de las menas.
De acuerdo con su propiedad magnética los minerales pueden ser clasificado como:
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Paramagnéticos: Son materiales que experimentan magnetización ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son: Imenita (FeTiO3), Hematita (Fe2O3), Pirrotita (Fe11S12). Los materiales paramagnéticos se pueden concentrar en los separadores magnéticos de alta intensidad. |
Ferromagnéticos: Son materiales que experimentan alto paramagnetismo ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son el Fe y la magnetita (Fe3O4). El ferromagnetismo se considera como un caso especial de paramagnetismo. Estos materiales se pueden concentrar en los separadores magnéticos de baja intensidad. |
Diamagnéticos: Son materiales que repelen el campo magnético, algunos de ellos son el cuarzo (SiO2), Feldespatos (K2O.Al2O3.6SiO2) y dolomitas (Mg,Ca(CO3)). Los diamagnéticos se repelen a lo largo de las líneas de fuerza magnética, hasta el punto donde la intensidad de campo ya es muy leve. Las sustancias diamagnéticas no se pueden concentrar magnéticamente. |
Los principales usos de la separación magnética son:
- Eliminación o separación de fragmentos metálicos
- Procesos de concentración purificación magnética.
Lixiviación. Es un proceso de disolución selectiva de los metales desde los sólidos que los contienen mediante una solución acuosa. En la lixiviación intervienen, además del material sólido de origen, un agente lixiviante (disolvente) que normalmente está disuelto en la solución acuosa y, ocasionalmente, un agente externo que actúa como oxidante o reductor y participa en la disolución del metal de interés mediante un cambio en los potenciales de óxido-reducción de la solución lixiviante.
Un ejemplo importante de su aplicabilidad lo constituye el método Bayer para el tratamiento directo de la bauxita mediante lixiviación alcalina con aplicación de presión y temperatura, permitiendo obtener un precipitado de Al(OH)3 de alta pureza, paso intermedio para pasar a la electrólisis en medio de sales fundidas para obtener finalmente aluminio puro.
El proceso de lixiviación en la minería se lleva a cabo como lixiviación in situ, en botaderos, en pilas, en bateas o por agitación.
En resumen, la ruta de procesamiento del mineral, respecto al proceso de concentración para su beneficio, es altamente dependiente de las características de la mena, estando, en la mayoría de los casos bien documentada para menas comunes, sin embargo al querer explotarse una mena en un sector inexplorado un estudio completo de caracterización, químico-mineralógica y metalúrgica del mineral es fundamental para el correcto desarrollo y éxito del proyecto.
En el Centro de tecnología de Materiales, a través de la Unidad de Procesos Metalúrgicos y la Unidad de Química y Ambiente, estamos capacitados para brindar soporte a la industria en el área de caracterización y diseño de la ruta de procesamiento del mineral.
Bibliografía
- Apuntes del Prof. Guenis Gómez, Cátedra de Metalurgia Extractiva, Escuela de ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Universidad Central de Venezuela.
- KELLY, E. G. y SPOTTISWOOD, D.J. (1990) «Introducción al Procesamiento de Minerales» LIMUSA México. 530 p.
- Eduardo Pelaez, Preparación y Concentración de Menas, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela.
- Esteban Domic, (2001) Hidrometalurgia Fundamentos, Procesos y Aplicaciones. 941 p
Contacto: guenisgomezr@gmail.com