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Investigación metalúrgica a nivel de planta piloto

Jorge Castillo Migone

RESUMEN

El presente trabajo aporta los resultados obtenidos en las

primeras pruebas metalúrgicas de flotación de minerales

utilizando la planta piloto automatizada, teniendo como

objetivo ejecutar el proceso de flotación de minerales en

circuito continuo.

La información que se obtiene en los programas de inves-

tigación metalúrgica, contribuye a definir la perfomance

metalúrgica de los minerales al proceso de flotación en

forma más confiable. Se propone una comparación con

los tests en ciclo cerrado de laboratorio que también defi-

nen indirectamente la información requerida con menor

esfuerzo y costo.

El diseño de la investigación metalúrgica dependerá,

tanto del tipo de mineral, como de los procesos a tratar

y su objetivo será determinar la adaptabilidad del mine-

ral en relación con el tipo de planta a instalar, además de

determinar las mejores condiciones a fin de lograr re-

sultados metalúrgicos óptimos. Los procedimientos me-

talúrgicos permiten reproducir y predecir el tratamiento

de los minerales.

Los resultados sugieren que la información que se obtie-

ne en pruebas en planta piloto ofrece mayor grado de

confiabilidad.

ABSTRACT

This document presents the results obtained during the

first flotation tests employing an automatized pilot plant

with the objective of execute a continuous flotation cir-

cuit that let know the adaptability of the ore to the plant

that will be installed. The information obtained will give

the best operative conditions for optimum metallurgical

results.

The information obtained during metallurgical testwork

programs help to define the metallurgical performance

of the ores during a flotation process in trustful way. It’s

proposed a comparison against locked cycle tests that

INVESTIGACIÓN METALÚRGICA A NIVEL DE PLANTA PILOTO

also define indirectly the required information with less

cost and effort.

Results suggest that the information gotten during pilot

tests gives better grade of reliability.

The metallurgical research design will depend of the ore

and the processes involved, and the objective will be de-

termine the adaptability of the ore according to the plant

to build, also it’s possible determine the best conditions

that can give good metallurgical results. The metallur-

gical procedures let reproduce and predict the possible

behaviour of the ores.

The information obtained during metallurgical tests is

used by mining companies to take decisions on several

items such as operational, investment or feasibility.

PALABRAS CLAVES

Yacimiento, Ley de mineral

KEY WORDS

Ore deposit, Mineral grade.

INTRODUCCIÓN

La investigación metalúrgica es de especial impor-

tancia en el diseño del procesamiento de minerales.

Estos trabajos se desarrollan nivel de laboratorio y de

planta piloto.

Los procedimientos metalúrgicos permiten reproducir y

predecir el tratamiento de los minerales. La información

que se genera en los estudios metalúrgicos sirve a las

empresas mineras para la toma de decisiones: operacio-

nal, inversión o factibilidad.

El diseño de la investigación metalúrgica dependerá,

tanto del tipo de mineral, como de los procesos a tratar

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y su objetivo es determinar la adaptabilidad del mineral

con relación al tipo de planta a instalar, además de deter-

minar las condiciones y lograr resultados metalúrgicos

óptimos.

La instalación de una planta concentradora comprende

estudios de ingeniería y viabilidad que implican criterios

de diseño, los que deberán estar basados en la investi-

gación metalúrgica realizada sobre muestras representa-

tivas de mineral.

Es importante que, de acuerdo a experiencias en otros

proyectos, los criterios de diseño contemplen la flexibi-

lidad suficiente en los circuitos propuestos a fin de ase-

gurar los diferentes comportamientos que presentará la

variabilidad del mineral.

Después del arranque de planta, los supervisores sue-

len encontrar dos situaciones extremas. Primero, que la

planta puede haber sido sobredimensionada, lo que ge-

nera altos costos operativos; segundo, que no se repro-

ducen los resultados esperados sobre los que se basó

inicialmente el proyecto, lo que complica el flujo de caja

proyectado. Las diferencias pueden ser por los ratios de

producción, la calidad del concentrado o mayor costo

operativo esperado.

En la actualidad, es frecuente trabajar yacimientos

con leyes más bajas, lo que sumado al riesgo que in-

volucra la variación en el precio de los metales, oca-

sionan un decrecimiento en el rendimiento financie-

ro que trae como consecuencia un menor retorno en

el capital invertido por las empresas mineras. Esto

implica que las empresas mineras asuman una polí-

tica de reducción de costos de inversión en nuevos

proyectos a fin de mantenerse operativas y con már-

genes de ganancia.

La correcta evaluación de un depósito mineral involu-

cra el conocimiento de varias disciplinas, que incluye la

intervención de especialistas en exploración geológica,

ingeniería de minas, procesamiento de minerales, eco-

nomía minera y comercialización.

En las primeras etapas del proyecto pueden ser suficien-

tes la ejecución de pruebas de investigación metalúr-

gica en pequeña escala y de bajo costo. Los resultados

obtenidos son limitados debido a la dificultad de pre-

decir con precisión los efectos de la recirculación de los

productos intermedios de la flotación, lo que causa in-

certidumbre en su aplicación.

En este escenario, es necesario ejecutar pruebas en

circuito continuo con el uso de plantas pilotos con-

vencionales. De esta manera se genera información

que la ingeniería de detalle requiera para desarrollar

los respectivos flow sheets de los circuitos y el dimen-

sionamiento de los equipos en forma confiable.

La ejecución de pruebas a nivel piloto tiene la desventaja

de requerir mayor mano de obra, con el consiguiente ma-

yor costo de su ejecución y solamente podrían ser viables

en caso de grandes proyectos mineros.

En la tabla 1 se presentan algunas opciones comparativas.

Tabla 1 - Datos referenciales de pruebas a nivel batch y a nivel continuo en planta piloto.

Item

Cantidad de mineral

Costo de operación y análisis.

Personal

Información

Limitaciones

Ventaja

Nivel batch

50-100 kg/programa de pruebas

US$ 150 /test

1 ingeniero y 1 técnico

Caracterización del mineral

Etapas y cinética de flotación

Dosificación de reactivos

No permite la evaluación en

circuito continuo

Simple y barato

Nivel planta piloto

50 kg/hora de prueba

US$ 1000/día de operación

1 ingeniero y 4 técnicos

Balance de materia

Balance metalúrgico y agua

Información para la ingeniería de detalle

Demanda mayor cantidad de mineral

Mayor costo

Genera relaves

Permite evaluación en flujo continuo

Proporciona datos fiables para escalamien-

to industrial

Genera suficiente cantidad de concentrado

para pruebas de lixiviación/fundición

INVESTIGACIÓN METALÚRGICA A NIVEL DE PLANTA PILOTO

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De otro lado, las pruebas en ciclo cerrado es la meto-

dología utilizado para obtener estimaciones prelimi-

nares de cargas circulantes, aunque recientes trabajos

de investigación discuten la dificultad de conocer la

etapa en que se alcanza el estado de equilibrio y la

dificultad en la interpretación de resultados con la

precisión requerida.

Este trabajo evalúa los resultados de pruebas ejecutadas

en circuito continuo en planta piloto y los obtenidos a nivel

laboratorio en ciclo cerrado sobre un mineral de cobre. En

el contexto planteado, podemos seleccionar ciertas interro-

gantes, tales como:

¿Qué grado de confiabilidad ofrecen las pruebas de inves-

tigación metalúrgica a nivel piloto?

¿Qué información genera la evaluación de un test de ciclo

cerrado en un mineral y cuál es su relación con el tratamien-

to continuo a nivel piloto?

¿Qué calidad de concentrados y qué grados de recupera-

ción es posible obtener a nivel continuo y a nivel batch para

un mineral de cobre?

Las respuestas esperadas relevan la importancia de ejecutar

una evaluación total del circuito de flotación que proporcio-

ne datos confiables comparando ambos procedimientos.

PLANTA PILOTO DE FLOTACIÓN

La planta piloto de flotación continua procesa alrede-

dor de 60 kg/hora de mineral y cuenta con tres circuitos:

molienda - clasificación, flotación y separación sólido

- líquido.

El circuito de flotación consta de dos bancos de 4 y 6 cel-

das con capacidad de 15 litros de pulpa cada una. Las

etapas de limpieza se realizan en una primera fase en un

banco de dos celdas y el recleaner en una celda columna

de acrílico transparente. Los concentrados y relaves son

transferidos de celda a celda por gravedad y con bombas

peristálticas. (Ver figura 1).

La automatización de la planta incluye sistemas de con-

trol de nivel de pulpa en las celdas, control de flujo de pul-

pa y densidad de pulpa. Además, incluye el control sobre

la dosificación de reactivos y monitoreo del pH. La cel-

da columna es totalmente automatizada, destacándose

control de flujo de pulpa, aire y agua de lavado. Este alto

nivel de automatización permite replicar las condiciones

operativas en todas las pruebas ejecutadas.

La flexibilidad en el diseño de los circuitos en la planta pi-

loto permite poder ser modificada a fin de adaptarse al

procedimiento metalúrgico para cada mineral específico

Las etapas y operaciones de las pruebas son:

• Molienda hasta obtener un P80 igual a 240 micras

• Flotación rougher

• Remolienda del concentrado rougher

• Limpieza del producto molido

• Relimpieza del concentrado cleaner

• Scavenger de las colas del cleaner

La figura 2 presenta el flow sheet aplicado durante las

pruebas.

PRUEBAS TIPO BATCH

Se ejecutó pruebas preliminares discontinuas en circuito

abierto a fin de establecer las condiciones de base para el

test de ciclo cerrado y las pruebas en flujo continuo. De este

modo se estableció el grado de molienda y remolienda, así

como los tipos de reactivos y dosificación requeridos.

Las pruebas de flotación a escala batch y en ciclo cerrado

se efectuaron en celdas de laboratorio Denver con depó-

sitos de volumen variable y autoaeración. La molienda se

realizó en el molino de bolas de 12” x 12” y la remolienda

en forma de lotes con molino de 1 kg de capacidad.

PRUEBAS EN CICLO CERRADO

Los tests en ciclo cerrado comprende una secuencia de

pruebas de flotación en que los productos intermedios son

INVESTIGACIÓN METALÚRGICA A NIVEL DE PLANTA PILOTO

Figura 1 - Planta piloto por flotación de minerales.

Figura 2 - Diagrama de flujo del proceso.

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adicionados a una etapa apropiada del ciclo siguiente.

Por consiguiente, la recirculación del concentrado scaven-

ger hacia el primer cleaner es llevado a cabo por la adición

del concentrado scavenger en la prueba (n-1) a la alimen-

tación de la prueba cleaner (n). La serie de pruebas culmi-

na cuando el circuito es estabilizado tal como se verifica

por el peso y la ley de los productos finales. Estos valores

deben permanecer constantes entre ciclos sucesivos y sus

balances deberán coincidir con la muestra inicial.

Cada prueba rougher utilizó 3 kg. de muestra mineral con

32 % de sólidos aproximadamente. Tal como se observa en

la figura 2, el concentrado rougher fue remolido y reflotado

simulando el circuito. Se adicionaron reactivos de flotación

desde la molienda, en las celdas rougher y las etapas scaven-

ger.

PRUEBAS EN PLANTA PILOTO

La prueba a nivel de planta piloto se inició con mineral a

granulometría 100% menos ½” y alimentación al molino

de bolas a razón de 1 kg/minuto y con 67% de sólidos. El

over-flow del clasificador se transfirió a un acondiciona-

dor de pulpa y luego al circuito de flotación. Las pruebas

fueron ejecutadas utilizando la configuración mostrada

en la figura 2.

La duración de las pruebas fue 14 horas. Después de 6 horas

el circuito alcanzó el estado de equilibrio, se realizó la toma

de muestras por espacio de 3 horas y cada 15 minutos. Las

muestras en forma de pulpa fueron compositadas, secadas,

y cuarteadas a fin de tener porciones representativas para

análisis de pesos y leyes de cobre.

RESULTADOS

La tabla 2 presenta los resultados comparativos obtenidos

para el análisis de pruebas en la planta piloto y el test en

ciclo cerrado ejecutados sobre el mineral de cobre.

Se observa, en ambos procedimientos, similares resulta-

dos en la recuperación metalúrgica de cobre en todas las

etapas de limpieza; sin embargo los balances metalúrgi-

cos en las etapas de limpieza son diferentes.

La recuperación metalúrgica en la etapa cleaner 1 es

más alta en el test en ciclo cerrado respecto a los obte-

nidos a nivel piloto. La razón puede ser el hecho que en

pruebas discontinuas el operador puede extraer en for-

ma muy cuidadosa mayor cantidad de espuma respecto

a la acción de las paletas automáticas en celdas de

flujo continuo de la planta piloto. Debido a esto, en las

celdas en discontinuo, una pequeña cantidad de cobre

se queda en la celda para intentar flotar en la etapa sca-

venger, lo cual explica su menor recuperación.

Por haber obtenido menor recuperación de cobre en el

concentrado cleaner 2 sería por la intención de elevar la

ley del concentrado, por parte del operador, con el sacri-

ficio de dejar mayor contenido de cobre en la celda. Esto

podría interpretarse como una manipulación involuntaria

del operador sobre los resultados, lo que no sucede en

pruebas en flujo continuo.

Producto

% Cabeza alimento

% Cu en rougher

% Cobre en cleaner 1

% en peso

% Recuperación Cleaner 1

% Cobre cleaner 2

Recuperación cleaner 2

% Cu en concentrado Scv.

Peso

% Recuperación Cu Scv.

% Total cobre en concentrado

Total recuperación Cu

Planta Piloto

1.41

18.68

20.17

10.33

75.6

23.54

82.10

5.80

7.90

88.90

23.74

90.50

Ciclo Test

1.43

-

12.45

16.70

86.5

22.62

72.7

2.78

7.30

74.10

22.08

90.10

Tabla 2 - Comparación de resultados en pruebas a nivel planta piloto y tests en ciclo cerrado.

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DISCUSIÓN

Las simulaciones en planta piloto resultan con mayor

aproximación a las encontradas en la operación industrial

respecto al test en ciclo cerrado.

Se puede afirmar también que el concentrado de las prue-

bas en ciclo cerrado tiene menor contenido de contami-

nantes que el concentrado de las pruebas piloto, debido

posiblemente a que partículas finas de contaminantes

son arrastradas al concentrado junto con el agua. Si con-

sideramos que el circuito de limpieza en el ciclo cerrado

tiende a ser más diluido que las celdas en planta piloto, el

lavado de espumas en el ciclo cerrado es más efectivo, lo

que justificaría esta diferencia.

El empleo de celda columna en la flotación re-cleaner

contribuye a mejorar la calidad del concentrado cleaner

2 con una reducción significativa de los elementos con-

taminantes.

CONCLUSIONES

• El desarrollo de un proyecto minero exige el uso in-

tensivo de tecnología, a fin de procesar el mineral en

condiciones más idóneas y rentables. Por ello será ne-

cesario que las variadas alternativas tecnológicas que

se presentan en el desarrollo del proyecto, requieran

evaluaciones de laboratorio y planta piloto durante la

investigación metalúrgica.

• El diseño de la investigación metalúrgica depende-

rá, tanto del tipo de mineral, como de los procesos a

tratar y su objetivo será determinar la adaptabilidad

del mineral en relación con el tipo de planta a instalar,

además de determinar las mejores condiciones para

lograr resultados metalúrgicos óptimos. Los procedi-

mientos metalúrgicos permiten reproducir y predecir

el tratamiento de los minerales.

• La información que se genera en los estudios meta-

lúrgicos sirve a las empresas mineras para la toma de

decisiones: operacional, inversión o factibilidad.

• La información que se pueda obtener con pruebas

simples a escala discontinua permite lograr importan-

tes conclusiones; sin embargo, la evaluación en circui-

to continuo a nivel piloto resulta una simulación más

cercana a los datos que se obtendrán a nivel de planta

industrial.

• Las pruebas a nivel laboratorio en ciclo cerrado es una

alternativa de evaluación para minerales monome-

tálicos. Las pruebas a nivel piloto generan informa-

ción confiable, aunque sus limitaciones sean requerir

mayor cantidad de muestra mineral o su mayor costo

involucrado.

• Una de las razones por las que se establecen las dife-

rencias entre la evaluación de los dos tipos de proce-

dimientos radica en que el proceso continuo en plan-

ta piloto resulta ser menos sensible a la influencia

directa e inconsciente que puede ejercer el operador,

que realiza una prueba batch, sobre la calidad de los

productos.

• La evaluación completa del comportamiento metalúr-

gico de un mineral es más correcta definirla en circuito

continuo que a nivel batch.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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4 Reportes privados sobre pruebas metalúrgicas en

planta piloto automatizada de flotación. Tecsup. Abril

2004-2006.

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