apuntes - procesos industriales (extracción del cobre)

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INGENIERÍA CIVL INDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIVERSIDAD ARTURO PRAT PROCESOS INDUSTRIALES PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE PROFESOR: MIGUEL ARRIAGADA ARAYA

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Page 1: Apuntes - Procesos Industriales (Extracción del Cobre)

INGENIERÍA CIVL INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD ARTURO PRAT

PROCESOS INDUSTRIALES PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE

PROFESOR:

MIGUEL ARRIAGADA ARAYA

Page 2: Apuntes - Procesos Industriales (Extracción del Cobre)

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROCESOS INDUSTRIALES

MIGUEL ARRIAGADA ARAYA 2

Contenido

1 Introducción los procesos de obtención del cobre ................................................................................................................................... 4 1.1 Características de la industria minera ............................................................................................................................................. 4

1.1.1 Industria extractiva............................................................................................................................................................. 4 1.1.2 Factibilidad .......................................................................................................................................................................... 4 1.1.3 Ciclo de vida ....................................................................................................................................................................... 4 1.1.4 Localización......................................................................................................................................................................... 4 1.1.5 Relación producto/desperdicio ...................................................................................................................................... 4 1.1.6 Impacto ecológico ............................................................................................................................................................. 4

1.2 Principales procesos de obtención de cobre ................................................................................................................................ 5 1.2.1 Pirometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus sulfuros) ................................................................................ 5

1.2.2 Hidrometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus óxidos) ............................................................................... 5 2 Proceso productivo previo .............................................................................................................................................................................. 6

2.1 Explotación ........................................................................................................................................................................................... 6 2.1.1 Extracción a rajo abierto (Minería a cielo abierto) ...................................................................................................... 6

2.1.1.1 Perforación ......................................................................................................................................................... 6 2.1.1.2 Tronadura ........................................................................................................................................................... 6 2.1.1.3 Carguío ................................................................................................................................................................ 7

2.1.1.4 Transporte .......................................................................................................................................................... 7 2.1.2 Extracción subterránea (Minería subterránea)............................................................................................................. 7

2.1.2.1 Exploración y Desarrollo .................................................................................................................................. 7 2.1.2.2 Preparación ........................................................................................................................................................ 7 2.1.2.3 Extracción............................................................................................................................................................ 7

2.1.2.4 Transporte .......................................................................................................................................................... 7 2.2 Chancado.............................................................................................................................................................................................. 8

2.2.1 Chancador ........................................................................................................................................................................... 8

2.2.2 Harnero ................................................................................................................................................................................ 9 2.2.3 Etapas del proceso chancado y clasificación por harneros ...................................................................................... 9

2.2.3.1 Chancado primario ........................................................................................................................................... 9

2.2.3.2 Chancado secundario .....................................................................................................................................10 2.2.3.3 Chancado terciario ..........................................................................................................................................10

3 Proceso pirometalúrgico ................................................................................................................................................................................ 11

3.1 Molienda .............................................................................................................................................................................................. 11 3.1.1 Molinos ...............................................................................................................................................................................12

3.1.1.1 Molienda convencional ...................................................................................................................................12 3.1.1.2 Molienda AG (Autógena) y SAG (Semi-Autógena) ................................................................................. 14

3.1.2 Hidrociclones .....................................................................................................................................................................15 3.1.3 Circuitos del proceso de molienda y clasificación por hidrociclones ....................................................................16

3.1.3.1 Circuito abierto .................................................................................................................................................16 3.1.3.2 Circuito cerrado ................................................................................................................................................16 3.1.3.3 Circuito de molienda autógena (AG) y semiautogena (SAG)................................................................. 17

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MIGUEL ARRIAGADA ARAYA 3

PROCESOS INDUSTRIALES

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE

El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros) cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se

trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia

del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su

alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables

eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar

un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

El Cobre, también conocido como “mineral rojo”, es un mineral que hace millones de años fue impulsado por procesos

geológicos, subiendo desde las profundidades de la Tierra hasta la superficie, por lo que fue uno de los primeros metales en ser

utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que

los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió

importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos

tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico

en 1831 por Michael Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables

e instalaciones eléctricas.

En los comienzos de la humanidad el cobre era extraído bajo la forma de cobre nativo o natural de alta pureza. En la actualidad

casi no quedan yacimientos de cobre de este tipo, en cambio existen los de yacimientos de cobre mineralizados (Los que en su

mayoría se encuentran ubicados en Chile).

El nacimiento de la cordillera dorsal del Pacifico Sur, emergente de las profundidades del océano pacifico, moviendo la placa de

Nazca hacia el continente Americano y el choque de ambas placas produce el crecimiento de la Cordillera de los Andes. En la

ladera occidental de la Cordillera se produce una zona de mineralización rica en cobre que va desde el sur del Perú hasta el

centro de Chile, llamado Cordón Porfírico que es explotado desde “Toquepala” en Perú hasta El Teniente, en Chile, pasando

por todos los yacimientos del Note Grande de Chile: Doña Inés de Collahuasi, Quebrada Blanca, Cerro Colorado,

Chuquicamata, El Abra, Candelaria, Escondida, Mantos Blancos, Radomiro Tomic, Tesoro, Spencer, El Salvador, Disputada de las

Condes, Lomas Bayas, Los Pelambre, Minera Pudahuel, Michilla, Zaldivar, Carmen de Andacollo.

Los yacimientos de cobre mineralizados dependen de los procesos geológicos que hayan ocurrido en ese lugar, esto nos llevan

a agrupar a los minerales de cobre en 2 grandes grupos: El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de

minerales oxidados (20%). los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso

denominado hidrometalurgia. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita),

junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente

en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina ) y

covellina y finalmente las secundarias calcopirita cuya explotación es más rentable que la de las anteriores.

Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita , los cobres grises y los carbonatos azurita y

malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los

sulfuros.

La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los

minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que

muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.

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1 Introducción los procesos de obtención del cobre

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

1.1 Características de la industria minera

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

1.1.1 Industria extractiva

Cuando se extraen los recursos minerales estos no se renuevan, por esta razón la minería es una actividad

que se maneja con responsabilidad y tecnología para lograr el mayor aprovechamiento de estos recursos

escasos. Para lograr este mayor aprovechamiento las empresas mineras tienen como objetivo conseguir la

óptima extracción de las reservas minerales con el mayor beneficio económico y con la máxima seguridad de

las operaciones.

1.1.2 Factibilidad

El desarrollo de una actividad minera tiene dos etapas importantes previas a la explotación, la primera es la

búsqueda del recurso mineral que depende de factores técnicos, económicos y de la naturaleza, por esa

razón las evaluaciones preliminares muchas veces conducen a evaluar zonas no importantes como para

desarrollar un proyecto minero. Además, el negocio minero no solamente consiste en ubicar un deposito

mineral sino llegar a determinar en una segunda etapa que éste sea económicamente explotable, esta

evaluación es función de factores endónenos: calidad del mineral, cantidad del mineral, capital disponible,

tecnología a emplear, etc., así como de factores exógenos: precios de los metales, política tributaria, marco

legal, etc.

1.1.3 Ciclo de vida

El proceso minero tiene diversas etapas de desarrollo que tendrán un periodo de maduración variable y que

depende del capital con el que se cuenta, la magnitud del proyecto, el tipo de mineral, etc. Generalmente la

actividad minera es de mediana a larga maduración.

1.1.4 Localización

(Se ubica donde se encuentra el depósito mineral): Una de las características importantes de la minería y que

la diferencia de las demás actividades económicas, es que se desarrolla en donde se encuentra el recurso

mineral. Cualquier otra actividad económica se desarrolla en el lugar en donde se escoja ubicarla, en la

minería hay que ir al lugar donde se encuentra ubicado el deposito mineral. Esta característica hace que la

minería se convierta en un factor importante de descentralización y generador de polos de desarrollo al

interior del país, muchas de ellas en zonas o poblaciones rurales que no han tenido la oportunidad de lograr

tener desarrollo de ningún tipo.

1.1.5 Relación producto/desperdicio

La extracción de recursos minerales implica extraer recursos valiosos de la corteza terrestre, los cuales están

en contenidos muy bajos, esto implica el desarrollar todo un proceso de separación de contenidos valiosos y

no valiosos, en los que lógicamente la cantidad de material no valioso superar en cantidad a los valiosos,

dando en consecuencia una alta relación de desperdicio/producto, lo que origina diseñar todo un proceso

de disposición de estos materiales no valiosos, dependiente con el proceso tecnológico seguido.

1.1.6 Impacto ecológico

Dada la característica del proceso minero que el de remover grandes cantidades de materiales, ello afecta al

entorno al impactar sobre la geografía de la zona, por otro lado, la disposición de dichos materiales y la

tecnología empleada muchas veces puede ocasionar un gran impacto en la zona, lo que se controla con

planes de monitoreo, evaluación constante y restauración paralela al proceso productivo.

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1.2 Principales procesos de obtención de cobre

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Los yacimientos de cobre mineralizados dependen de los procesos geológicos que hayan ocurrido en ese

lugar, esto nos llevan a agrupar a los minerales de cobre en 2 grandes grupos: El cobre se obtiene a partir

de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%). los primeros se tratan por un proceso

denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.

1.2.1 Pirometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus sulfuros)

La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean múltiples etapas con los

minerales como chancado, molienda y flotación obteniendo concentrados de cobre que luego ingresan a

procesos que utilizan calor como tostación, fundición y refinación hasta obtener un cobre de pureza 99.99%.

Se utiliza a partir de minerales sulfurados como la Pirita , la Covelina o la Calcopirita

que generalmente se encuentra a profundidades mayores a 200 m.

1.2.2 Hidrometalurgia (Obtención del cobre a partir de sus óxidos)

La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando

soluciones líquidas, acuosas y orgánicas. Se utiliza a partir de minerales oxidados como la cuprita o

la Tenorita que generalmente se encuentran cerca de la superficie y ha reaccionado con los

elementos de la atmosfera, oxígeno y agua, y otros elementos presentes en la tierra, durante millones de

años. En esta rama se emplean múltiples etapas químicas como el Aglomerado, Lixiviación, extracción por

solvente y electro obtención, obteniéndose un cobre de alta pureza (99.999%).

Esquema:

Proceso

productivo del

cobre

Molienda

Extracción

Chancado

Flotación

Fundición

Electro refinación

Cátodos

Aglomerado

Electro obtención

Pirometalurgia Hidrometalurgia

Lixiviación

Extracción por solvente

Minerales

oxidados Minerales

sulfurados

Exportación

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2 Proceso productivo previo

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2.1 Explotación

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Los distintos tipos de yacimientos de cobre pueden ser explotados a través de 2 formas, cada una con sus

propios procesos pero con el mismo objetivo: extraer la porción mineralizada de cobre y otros elementos de

la parte maciza y rocosa de la mina, para luego enviarlos de forma segura y eficiente a planta, donde es

sometida al proceso de obtención del cobre propiamente tal. Estas dos formas son la extracción a rajo

abierto y la extracción subterránea.

2.1.1 Extracción a rajo abierto (Minería a cielo abierto)

Es una explotación en superficie que extrae en franjas horizontales llamados bancos, en forma descendente a

partir del banco que está en la superficie. Normalmente para la remoción de un banco de mineral es

necesario extraer el material estéril que lo cubre, lo que se llama desbroce y expresa una relación de tonelaje

de desmonte a mineral, este ratio es totalmente variable entre las minas ya que dependen netamente de la

posición y tipo de yacimiento, que es totalmente variable.

Este tipo de explotación es de gran volumen y se aplica en yacimientos masivos de gran tamaño, cerca de la

superficie, puesto que a mayor profundidad aumentará la cantidad de material estéril a remover (radio de

desbroce) aumentando en consecuencia el costo de producción.

Este método se utiliza principalmente en yacimientos de mineral diseminado, y se basa en la extracción de

todo el material donde se ubica el mineral. Ello supone mover grandes volúmenes, y, inevitablemente, utilizar

equipos de gran capacidad. Un parámetro que adquiere singular importancia, es la proporción que

representa el mineral sobre el total (en volumen o en TM), y que determina si la mina es a cielo abierto es o

no viable económicamente.

Las actividades o procesos que comprende este método de explotación podemos clasificarlas en:

2.1.1.1 Perforación

Consiste en realizar orificios a distancias regulares entre sí, generalmente entre 8 y 12 m (conocido como

malla de perforación), de manera que al introducirse los explosivos la denotación permita fragmentar la

mayoría de la roca.

2.1.1.2 Tronadura

Mediante equipos especiales y utilizando barrenos de gran tamaño se hacen perforaciones en la zonas mineralizadas, cuyos orificios son rellenados con explosivos usualmente ANFO (nitrato de amonio + petróleo

diésel), con un detonante de encendido eléctrico, que se denota mediante un control remoto, mediante una

secuencia de tiempos establecidos.

Esta etapa remueve grandes volúmenes de material, el producto obtenido es la roca mineralizada

fragmentada de un tamaño suficientemente pequeño como para ser cargada y transportada por los equipos

mineros y alimentar al chancador primario, en donde se inicia el proceso de reducción de tamaño en un

sistema en línea hasta llegar a la planta de tratamiento. Si éstas fueran tan grandes que dificulten el carguío

o tienen la dimensión inadecuada para el chancado primario, se ejecutaría un segundo disparo que tuviera

por finalidad fragmentar las rocas grandes en rocas más chicas para facilitar su carguío y chancado posterior

(ello incrementa el coste).

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2.1.1.3 Carguío

Con equipos de gran capacidad generalmente palas y cargadores frontales, se carga el material a los

camiones de volteo de gran tonelaje para que sean trasladados a la zona de trituración primaria dentro del

mismo tajo o a la chancadora directamente en caso del mineral; y a los botaderos en caso de material estéril.

En esta operación se incluyen tareas de remoción y acopio del material fragmentado.

2.1.1.4 Transporte

Para el transporte del material mineralizado y el material estéril, se utilizan camiones de gran tonelaje, por

ejemplo 240 o 300 toneladas. Éstos transportan el material desde el frente de carguío a sus diferentes

destinos dependiendo del tipo de carga

1. El mineral

Con contenido metálico económicamente explotable, se trasladara a la zona de trituración primaria

dentro del mismo tajo o a la chancadora primaria.

2. El Leach

Es el material de baja ley, este almacena en botaderos especiales para más tarde, aplicando nuevas

tecnologías, ser lixiviado para recuperar su contenido metálico.

3. Ganga

Es el material estéril que se descarta y enviado a los botaderos, por carecer de valor económico o ser

demasiado costoso su aprovechamiento.

2.1.2 Extracción subterránea (Minería subterránea)

El método de explotación subterránea, es utilizado cuando las zonas mineralizadas (vetas o cuerpos de

mineral económico) son angostas y profundas, por lo que según las evaluaciones técnicas y económicas

justifica la perforación de túneles y socavones para posibilitar su extracción. Las actividades o procesos que

comprende este método de explotación son:

2.1.2.1 Exploración y Desarrollo

La exploración es la actividad minera tendiente a demostrar las dimensiones, posición, características

mineralógicas, reservas y valores de los yacimientos mineros. Localizados los bloques de mineral, se

desarrollan labores mineras para determinar el tonelaje y las leyes del mismo, es decir, clasificar en MENA,

mineral marginal y submarginal; se construyen los accesos e instalaciones que hagan posible la explotación.

En esta actividad se desarrollan las galerías, los cruceros, chimeneas de ventilación, rampas y conductos de

ventilación, instalación de rieles para carros mineros e instalación de líneas de energía.

2.1.2.2 Preparación

Corresponde a esta actividad, la preparación de las zonas o secciones de trabajo en la veta o bloques de

mineral, para hacer posible su explotación generalmente se preparan tolvas, chimeneas de relleno y

ventilación, entre otras labores.

2.1.2.3 Extracción

En esta etapa se realizan la perforación y voladuras del mineral en el interior de la mina, dejando expedito el

mineral para su traslado al exterior.

2.1.2.4 Transporte

Efectuada la voladura del mineral, este es extraído de la mina hacia el exterior, para ello, se acumula y se

carga a los diferentes medios de transporte de los que se disponen. El transporte puede ser mediante carros

mineros, scoops, u otro tipo de equipo que se disponga.

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2.2 Chancado

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El material que se extrae de la mina, principalmente a rajo abierto, es fragmentado mediante el chancado

primario, secundario y terciario, y cuyo objetivo es obtener un material mineralizado de un tamaño máximo

de 1,5 a 0,5 pulgadas. Este tamaño permite dejar expuestos los minerales oxidados o sulfurados de cobre

para sus posteriores etapas.

La primera chancada es generalmente la principal. La acción de cualquier tipo de chancadora hace uso de la

fuerza, como medio de llevar a cabo la tarea de aplastar a los objetos. En esencia, implica la transferencia de

fuerza de aplastamiento, esto por lo general, consiste en colocar el objeto entre dos superficies sólidas; una

de las superficies actúa como una plataforma fija y proporciona un lugar para colocar el objeto; la segunda

superficie consta de una superficie móvil que se mueve contra la otra ejerciendo la fuerza de aplastamiento

que destruye los objetos.

2.2.1 Chancador

Una Chancador, chancadora o trituradora, es un equipos eléctricos de grandes dimensiones diseñado para

disminuir el tamaño de los objetos mediante el uso de la fuerza, para romper y reducir el objeto en una serie

de piezas de volumen más pequeñas o compactas. En estos equipos están construidos de una aleación

especial de acero de alta resistencia. Son alimentados por la parte superior y descargan el mineral chancado

por su parte inferior a través de una abertura graduada de acuerdo al diámetro requerido. Los chancadores

están formados por una superficie fija y una superficie móvil, dispuesto de diferentes maneras dependiendo

del tipo de chancados utilizado.

Tipos de chancadoras

Algunas de los chancadores más utilizados en la minería son.

Chancador giratorio

Construido por una superficie fija en forma de

embudo y otra móvil con forma de cono, ubicada

en el centro del embudo. La superficie móvil se

desplaza con un movimiento excéntrico y tritura

el mineral cuando se encuentra con la superficie

fija. Es el tipo de chancado más utilizado en la

planta chancadora primaria

Chancador de mandíbulas

Está formado por dos superficies casi verticales

que se llaman muelas, una de ella es fija y la otra

móvil. Funcionan como una mandíbula: la

superficie móvil se acerca o leja de la fija

triturando de esta forma el material que se

encuentra entre las dos superficie, su mantención

es cara y es utilizado dentro de la mina, en Sewell.

Chancador cónica

Es similar al canchador giratorio, se diferencia en que este es cerrado y de menor tamaño, tiene además

una mayor superficie de contacto por la forma achatada del cono móvil y por lo tanto, un mejor

rendimiento. Se utiliza en el proceso de chancado secundario y terciario.

Chancador giratorio

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2.2.2 Harnero

En el proceso de chancado suelen utilizarse los harneros, el

proceso de harneado se encarga de separar los fragmentos

más gruesos contenidos en una mezcla de material, ya sea

para eliminarlos o para ser enviados a una nueva etapa de

chancado, también el proceso suele ser utilizado previo al

proceso de chancado para extraer el material que cumple

con las especificaciones del producto, de modo de

aumentar la capacidad y eficiencia de la chancadora.

Depende de la fuerza de gravedad para que ayude en la

precipitación del material. Por consiguiente, el harnero

debe estar dispuesto en ángulo para obtener buenos

resultados. La inclinación puede ser de 15 a 25 grados. La

inclinación óptima para cualquier operación en particular es

donde el mayor volumen de material de mayor tamaño de

selección cumpla con los requerimientos estándar.

2.2.3 Etapas del proceso chancado y clasificación por harneros

En esta etapa el mineral se reduce hasta un tamaño máximo de 1,5 a 0,5 pulgadas. mediante un chancado

primario, secundario y terciario. Todo el conjunto de Chancado contempla un sistema superior de polvos

compuesto de extractores y cobertores en los traspasos y correas respectivamente, con el fin de evitar la

contaminación ambiental con polvo proveniente del mineral fino. Todo el manejo del mineral en la planta se

realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina hasta la entrega del

mineral chancado a la etapa siguiente.

2.2.3.1 Chancado primario

E l mineral, con un tamaño máximo de , transportado en camiones desde la mina, es descargado en una

tolva de 340 toneladas de capacidad que alimenta al chancador giratorio primario, que realiza el primer

proceso de chancado del material. Allí el mineral es reducido a un tamaño de y conducido mediante

correas transportadoras hasta un acopio de gruesos, cuya capacidad total es de 80.000 Toneladas con una

carga viva de 20.000 Toneladas.

El tipo de Chancador más usado en esta etapa en la mediana y gran minería es el giratorio, por algunas

importantes ventajas sobre los otros como: puede recibir en la alimentación de rocas de gran tamaño,

normalmente no necesita control de tonelaje en la alimentación y puede ser alimentado directamente por

camiones de hasta más de 200 toneladas y existen en una gran variedad de tamaños y capacidades.

Usualmente requieren ser instalados en verdaderos edificios de hormigón armado, estructura metálica o

sistema mixto, pudiendo ser móviles, semimóviles o fijos.

En la parte superior del edificio se encuentra la tolva de alimentación, que por lo general tiene una

capacidad de dos o más camionadas, además, como equipos auxiliares, poseen un rompedor de rocas, para

reducir de tamaño a las que superen la dimensión de alimentación de la cámara de trituración y una grúa

que facilite los trabajos de mantención y apoyo a la operación en trabajos anexos a la producción misma. En

la parte central del edificio se encuentra el chancador propiamente tal, con su sistema motriz, sistema de

lubricación, sistema hidráulico de ajuste, etc. En la parte inferior del edificio, se encuentra la tolva del

producto de descarga del chancador, cuya capacidad puede ser parecida o mayor a la de alimentación, en

algunos casos también es menor, en la cual existen sistemas de medición de nivel de altura descarga y de

protección de atollo de la máquina. Desde esta tolva el mineral chancado es extraído por un sistema de

correas transportadoras que lo llevan a la etapa siguiente del proceso.

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La primera correa transportadora, es un alimentador de banda, de velocidad variable, cuya misión es

mantener el nivel de la tolva a un nivel tal, que impida el atollo del chancador por alto nivel y también impida

el vaciado de esta tolva, provocando que el mismo mineral triturado sirva de coraza de impacto para evitar

que la caída de las rocas desde el chancador puedan dañar la cinta transportadora.

2.2.3.2 Chancado secundario

Aquí el mineral con un tamaño de producto del chancado primario es obtenido desde el acopio de

gruesos mediante alimentadores de correa y descargado en la tolva secundaria por medio de una correa

transportadora. Previamente la etapa de chancado secundario el mineral pasa por un harnero el cual se

encarga de separar los fragmentos más gruesos contenidos en una mezcla de material, el material más fino

es transportado directamente al silo de material fino, el material más grueso es redirigido al chancador

secundario donde se reduce el sobretamaño del harnero secundario a , descargando junto al material

clasificado a una correa transportadora.

2.2.3.3 Chancado terciario

Aquí el mineral con un tamaño de producto del chancado secundario alimenta a cada conjunto de

harneros y chancadores terciarios. El mineral chancado vuelve a los harneros terciarios donde el material más

grueso vuelve al chancador terciario. El 90% del producto del chancado terciario se reduce por debajo de las

y es dirigido por medio de una correa transportadora al silo de material fino para su posterior proceso

productivo: hidrometalúrgico si se trata de mineral oxidado o pirometalúrgicos si se sulfurado.

Esquema:

Proceso de

chancado

Acopio de

gruesos

Silo de

mineral Finos

Chancador secundario

Chancador terciario

Harnero terciario

Harnero secundario

Chancador primario

Buzón de Recepción primario

Tolva de Amortiguación

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3 Proceso pirometalúrgico

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La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean múltiples etapas con los

minerales como chancado, molienda y flotación obteniendo concentrados de cobre que luego ingresan a

procesos que utilizan calor como tostación, fundición y refinación hasta obtener un cobre de pureza 99.99%.

Se utiliza a partir de minerales sulfurados como la Pirita , la Covelina o la Calcopirita

que generalmente se encuentra a profundidades mayores a 200 m.

Es la técnica más antigua para extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus menas,

directamente o después de concentradas, por medio de calor. Se trata principalmente de extraer del mineral

el metal, mediante separación de la ganga del mineral y purificación de los metales. El rango de

temperaturas suele superar los 950 °C.

Para mantener la temperatura a la que el proceso se lleva a cabo, la mayoría de los procesos

pirometalúrgicos requiere aporte de energía. Esta energía la proporciona generalmente la reacción

exotérmica de alguna variedad de carbón, como el coque, o la energía eléctrica. Según sea el proceso, se

añade un agente reductor, que puede ser el combustible. Cuando la reacción exotérmica del material de

partida es suficiente para mantener la temperatura del proceso (es decir, sin adición de combustible o de

electricidad), se dice que el proceso es autógeno.

La pirometalurgia se emplea mucho porque es más rápida y puede procesar grandes cantidades de mineral.

Los demerita una desventaja ambiental: son altamente contaminantes, pues emiten (anhídrido sulfuroso)

y (anhídrido carbónico).

El proceso pirometalúrgico consta de 4 etapas, estas son:

1. Molienda

2. Flotación

3. Fundición

4. Electrorefinación

3.1 Molienda

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Los procesos de chancado entregan un tamaño de partículas de , Mediante la molienda, se continúa

reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima

de (100 Micrones)

Los aspectos o razones que hacen necesaria esta etapa son:

Para alcanzar la adecuada liberación del mineral útil.

Incrementar el área superficial de contacto, de tal forma de acelerar algunos procesos físico-químicos.

El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en

dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG. Dependiendo de la fineza del producto final,

la molienda se dividirá en sub-etapas llamadas primaria, secundaria y terciaria. El equipo más utilizado en

molienda es el molino rotatorio, los cuales se especifican en función del diámetro y largo. Los molinos

primarios utilizan como medio de molienda barras de acero y se denominan "Molinos de barras". La

molienda secundaria y terciaria utiliza bolas de acero como medio de molienda y se denominan "molinos de

bolas". Las razones de reducción son más altas en molinos que en chancadoras. En efecto, en los molinos

primarios son del orden de 5:1; mientras que en molinos secundarios y terciarios aumenta a valores de hasta

30:1.

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La molienda puede, en general, realizarse en o en . seco húmedo

1. Molienda seca

Genera granos más finos.

Produce un menor desgaste de los revestimientos y medios de molienda.

Adecuada cuando no se quiere alterar el mineral (ejemplo: sal).

2. Molienda húmeda

Generalmente se muele en húmedo debido a que:

Tiene menor consumo de energía por tonelada de mineral tratado.

Logra una mejor capacidad del equipo.

Elimina el problema del polvo y del ruido.

Hace posible el uso de técnicas simples de manejo y transporte de la

corriente de interés en equipos como bombas, cañerías, canaletas, etc.

Hace posible el uso de ciclones, espirales, harneros para clasificar por tamaño y lograr un adecuado

control del proceso.

La molienda es un proceso continuo, el material se alimenta a una velocidad controlada desde las tolvas de

almacenamiento hacia un extremo del molino y se desborda por el otro después de un tiempo de

permanencia apropiado. El control del tamaño del producto se realiza por el tipo de medio que se usa,

velocidad de rotación del molino, naturaleza de la alimentación de la mena y tipo de circuito que se utiliza.

3.1.1 Molinos

El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en

dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG.

3.1.1.1 Molienda convencional

La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando en la mayoría de los casos (Molienda húmeda)

molinos de barras y molinos de bolas, aunque en las plantas modernas sólo se utiliza el segundo. En ambos

molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homogénea y eficiente. La pulpa obtenida

en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotación. En los procesos de molienda seca suele

utilizarse los molinos de rodillos aunque su uso en la minería es poco frecuente.

Molino de barras

Este tipo de molino tiene un casco cilíndrico cuya

longitud fluctúa de 1 a 3 veces su diámetro. Tiene en su

interior barras de acero de 3,5 a 10,2 pulgadas de

diámetro que son los elementos de molienda. El molino

gira con el material proveniente del chancador

terciario, que llega continuamente por una correa

transportadora. El material se va moliendo por la acción

del movimiento de las barras que se encuentran libres y

que caen sobre el mineral. El mineral molido continúa

el proceso, pasando en línea al molino de bolas.

Se utiliza por lo general cuando se desea un producto grueso con muy poco de lama (impurezas). Para

tener una adecuada carga de las barras, éste contendrá barras de diversos diámetros, desde diámetros

grandes hasta aquellas barras que se desgastaron lo suficiente como para ser reemplazadas.

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Molino de bolas

Este molino, cuyas dimensiones son 16 x 24 pies (es

decir, 4,9 m de diámetro por 7,3 m de ancho), está

ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de

acero de 3,5 pulgadas de diámetro, las cuales son los

elementos de molienda. En un proceso de

aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es

reducido a un tamaño máximo de 100 micrones.

El cuerpo gira merced al accionamiento de un motor, el

cual mueve un piñón que engrana con una corona que

tiene el cuerpo cilíndrico. Las bolas se mueven

haciendo el efecto “de cascada” rompiendo el material

que se encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión. El material a moler ingresa

por un extremo y sale por el opuesto. Existen dos formas de descarga: por rebalse (se utiliza para

molienda húmeda) y por diafragma (se utiliza para molienda húmeda y molienda seca).

Este tipo de molino posee una longitud que fluctúa de 1 a 5 veces su diámetro, los diámetros mayores

oscilan entre 3 y 4 metros. La velocidad usual se encuentra entre el 65% y 75% de la crítica, la máxima

puede alcanzar hasta el 90%. El tamaño del material de alimentación (a moler) es función de la dureza

del mismo; para material duro, el 80% de la alimentación debe ser menor a 1”.

Molino de rodillos

Este tipo de molino es muy utilizado en los

procesos de molienda seca. El molino consta

de tres rodillos moledores grandes, que son

mantenidos a presión por medio de cilindros

hidráulicos, sobre un mecanismo giratorio

con forma de huella. El material a moler se

introduce a través de una boca de

alimentación ubicada al costado de la

estructura principal, y cae directamente en las

huellas de molido (pistas).

A medida que el material es molido, se va

desplazando por fuerza centrífuga, hacia los

bordes del sistema giratorio, ubicándose en el

perímetro. Simultáneamente, una corriente

lateral de gas caliente entra fuertemente a la

zona de molido a través de un anillo que la

rodea; por su acción, el material molido es levantado hacia la zona superior de la caja y el producto de

medida aceptable pasa a través de un clasificador hacia una puerta de descarga. El material con medida

superior, cae nuevamente a la zona de molido para un molido “adicional” y así lograr la reducción

requerida. Este molino admite materiales de alimentación de hasta 50 mm (2”).

Tiene una capacidad de molienda entre 50 y 100 ton/hora; sin embargo, existen unidades que admiten

tamaños de alimentación mayores y por ende tienen mayores capacidades de producción. El consumo

de energía es de alrededor del 50% de la energía consumida por un molino de bolas que realice un

trabajo equivalente.

Placa de acero fundido

Bolas de

molienda

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3.1.1.2 Molienda AG (Autógena) y SAG (Semi-Autógena)

Es aquella molienda en la cual la fragmentación se realizará por medio del propio mineral y, (AG: Autógeno)

en algunos casos también con un pequeño porcentaje de bolas de acero . (SAG: Semi-autógena)

Los esfuerzos que producirán la

fragmentación serán esfuerzos

combinados de percusión y/o

atrición. Este tipo de molienda

constituye una innovación

reciente en algunas plantas. Los

11,0 m de diámetro por 4,6 m de

ancho lo hacen más eficientes

que los anteriores métodos de

molienda. Gracias a su gran

capacidad y eficiencia, acortan el

proceso de chancado y molienda.

El mineral se recibe directamente desde el chancador primario (no del terciario como en la molienda

convencional) con un tamaño cercano a 8 pulgadas (20 cm, aproximadamente) y se mezcla con agua y cal.

En función de los cuerpos de molienda empleados para realizar la fragmentación del mineral, surgen las

siguientes definiciones:

Molienda AG (Autógena)

Se denomina molienda AG cuando el mineral se fragmenta en el interior del molino sin ayuda de otro

tipo de medios moledores que no sea el propio mineral (de ahí su nombre de molienda autógena).

Molienda SAG (Semi-Autógena)

Se denomina molienda SAG cuando el mineral se fragmenta en el interior del molino por efecto

combinado del propio mineral y de un pequeño porcentaje de bolas de acero, de 5” de diámetro, que

ocupan entre el 6% y 11% de su capacidad (de ahí su nombre de molienda semi-autógena). Este método

es utilizado cuando en la molienda AG el tamaño del mineral es demasiado pequeño para ser un medio

de molienda pero muy grande para ser fracturado por otras rocas (tamaño crítico), por lo que es

necesario agregar algún medio de molienda externo (bolas) con el fin de ayudar o asistir a la eliminación

de este tamaño crítico. Dados el tamaño y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en caída libre

cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda más efectivo y con menor

consumo de energía por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado

secundario ni terciario.

La mayor parte del material en este tipo de molienda va directamente a la etapa siguiente, la , es flotación

decir tiene la granulometría requerida bajo los (100 Micrones), y una pequeña proporción debe ser

enviada a un molino de bolas.

Ambas operan generalmente en húmedo, lo que evita los problemas de moler en seco:

Proceso difícil de controlar.

Generación de problemas ambientales (polvo, ruido, etc.)

Ventajas de la Molienda SAG

Reduce en gran forma el consumo de acero ya que se produce el desgaste sólo del revestimiento.

Reduce las etapas de chancado y molienda con respecto a los circuitos convencionales.

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3.1.2 Hidrociclones

Los hidrociclones conocidos también por ciclones, forman una clase importante de equipos destinados

principalmente a la separación de suspensiones sólido/líquido. La primera patente del hidrociclón data de

1891, sin embargo, su utilización industrial recién tuvo inicio después de la segunda guerra mundial en la

industria de procesamiento de minerales. Desde entonces, vienen siendo usados industrialmente, de manera

diversificada en las industrias química, metalúrgica, petroquímica, textil, y otros.

Los hidrociclones fueron originalmente diseñados para promover la separación sólido-líquido, sin embargo,

actualmente son también utilizados para separación de sólido/sólido, líquido/ líquido y gas/ líquido. La

industria minera es el principal usuario de los hidrociclones, siendo aplicado en clasificación de líquidos,

espesamiento, ordenamiento de partículas por densidad o tamaño y lavado de sólidos.

El hidrociclón consiste de una parte cónica seguida por

una cámara cilíndrica, en la cual existe una entrada

tangencial para la suspensión de la alimentación (Feed).

La parte superior del hidrociclón presenta un tubo para

la salida de la suspensión diluida (overflow) y en la parte

inferior existe un orificio de salida de la suspensión

concentrada (underflow). El ducto de alimentación se

denomina inlet, el tubo de salida de la suspensión

diluida se denomina vortex, y el orificio de salida del

concentrado se denomina ápex. La suspensión es

bombeada bajo presión, y entrando al hidrociclón a

través del tubo de alimentación se genera un

movimiento de tipo espiral descendente debido a la

forma del equipo y la acción de la fuerza de gravedad.

A razón de este movimiento se produce una zona de muy baja presión a lo largo del eje del equipo, por lo

que se desarrolla un núcleo de aire en ese lugar. A medida que la sección transversal disminuye en la parte

cónica, se superpone una corriente interior que genera un flujo neto ascendente también de tipo espiral a lo

largo del eje central del equipo, lo que permite que el flujo encuentre en su camino al vortex que actúa

como rebalse.

Las partículas en el seno del fluido se ven afectadas en el sentido radial por dos fuerzas opositoras: una hacia

la periferia del equipo debido a la aceleración centrífuga y la otra hacia el interior del equipo debido al

arrastre que se mueve a través del hidrociclón. Consecuentemente, la mayor parte de las partículas finas

abandonarán el equipo a través del vortex, y el resto de las partículas, mayoritariamente los gruesos, saldrán

a través del ápex.

Básicamente los cuatro parámetros independientes que permiten variar las condiciones de operación son: la

densidad de la pulpa, la caída de presión en la alimentación, el diámetro del vortex y el diámetro del apex. El

tamaño de corte y la eficiencia de la separación son controlados mediante el ajuste de estos parámetros.

El diámetro del hidrociclón puede variar desde una pulgada hasta dimensiones que pueden alcanzar las 70

pulgadas. Hidrociclones de mayor diámetro producen separaciones gruesas e Hidrociclones de menor

diámetro producen separaciones finas.

Los hidrociclones tienen mayor aplicación en el circuito de molienda cerrado. El objetivo de la clasificación es

hacer más eficiente el proceso de molienda y asegurar que el producto de la operación esté bajo un

determinado tamaño, recirculando al molino las partículas más gruesas.

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3.1.3 Circuitos del proceso de molienda y clasificación por hidrociclones

Los procesos de chancado entregan un tamaño de partículas de , Mediante la molienda, se continúa

reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima

de (100 Micrones), este proceso está conformado por una serie de etapas o circuito que con los

años ha ido evolucionado, en un comienzo era frecuente ver en los procesos mineros circuitos

En la minería es posible distinguir 2 tipos de circuitos, el abierto y el cerrado.

3.1.3.1 Circuito abierto

En un circuito de molienda abierto el proceso es alimentado directamente por la etapa de chancado terciario

iniciando con el ingreso de mineral al molino de barras (Molienda primaria), a medida que aumento la

dificultad de tratamiento se hizo necesaria una molienda más fina por medio del uso de una segunda y

tercera etapa de molienda usando molinos de bolas. La descarga de molino de barras ingresa directamente

como alimentación al molino de bolas y la descarga de éste es enviada a la etapa siguiente de concentración

(flotación).

3.1.3.2 Circuito cerrado

Los procesos de flotación son mucho más sensibles a la dispersión del tamaño de partícula, tanto desde el

punto de vista mecánico como metalúrgico, por lo que a medida que se extendió esta vía de concentración

se hizo imprescindible el control del tamaño de molienda, dando lugar al nacimiento de los circuitos

cerrados, con la inclusión de un clasificador que “fiscalizaba” el tamaño que finalmente debía enviarse a la

etapa de concentración.

Inicialmente eran utilizados clasificadores mecánicos como los harnernos, estos eran instalados en sentido

contrario al molino de bolas, de modo que la descarga gruesa de estos era introducida en el molino de

bolas. A medida que aumentaba el tamaño del molino lo hacía el tamaño de los clasificadores, el espacio

requerido por éstos, su complejidad mecánica, su peso y consiguientemente su costo. Todas estas razones

provocan el advenimiento del hidrociclón como clasificador “convencional”, dando fin al reinado de los

clasificadores mecánicos.

Circuito cerrado directo

Surgen las plantas de molienda con varias líneas formadas con circuitos barras-bolas, en directo, es decir

con la descarga del molino de barras entrando directamente al molino de bolas y a su vez este último

descargando el material a un hidrociclón el cual lo clasifica y selecciona la granulometría requerida y

evita la sobremolienda de las partículas más finas.

Circuito cerrado inversos

Como consecuencia en los avances en el chancado, la alimentación a los molinos de barras se hizo más

fina de lo usual, y por ello igualmente la descarga de los mismos conteniendo donde un importante

porcentaje de partículas resultaba inferiores al tamaño final deseado. Estas partículas finas una vez entran

al molino de bolas son sobremolidas dando lugar a una producción elevada de partículas ultrafinas

difíciles de recuperar en la flotación y que además causan problemas de filtración en los concentrados

finales, y de sedimentación en los estériles.

Surge así el circuito inverso, llamado así no porque se invierta el proceso, sino simplemente para

distinguirlo del directo. La descarga del molino de barras es conducida junto con la descarga del de

bolas al clasificador, y la fracción gruesa del clasificador es en este caso la alimentación al molino de

bolas obteniéndose así un circuito cerrado para ambos molinos. Este tipo de circuitos permite disminuir

considerablemente la carga de alimentación al molino de bolas y la sobremolienda de las partículas.

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El siguiente diagrama muestra de manera sencilla los 3 tipos de circuitos estudiando.

3.1.3.3 Circuito de molienda autógena (AG) y semiautogena (SAG)

A principios de los años 80 aparece en escena la molienda semiautógena, SAG, y la autógena, AG, buscando

principalmente reducir los costos operativos al reducirse o eliminarse el consumo de los medios de molienda,

e igualmente la potencia absorbida por los molinos.

La trituración queda reducida a una sola etapa, en general con un chancador primario que entrega a la

molienda un producto menor a las . Mientras que los molinos SAG pueden operar prácticamente con

cualquier tipo de mineral al contar con una cierta carga de bolas y trabajan en circuito con un molino

secundario de bolas, la molienda autógena (AG) opera con dos molinos autógenos, uno primario de

terrones, “lumps”, y uno secundario de guijarros, “pebbles”.

Alimentación

Producto final

Alimentación

Producto final

Alimentación Producto final

Circuito cerrado inverso

Circuito cerrado directo

Circuito abierto

Alimentación

Circuito de molienda autógena Producto final