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INTRODUCCIÓN A LA
METALURGIA
Ing. Arturo Lobato FloresLima, marzo 2011
LOS METALES EN LA NATURALEZA
MINERAL
Es una sustancia natural con una composición químicacaracterística, que varía sólo dentro de cierto límite.
MINA
Es un depósito mineral cuya concentración es adecuadapara extraer un metal determinado.
GANGA
Materiales relativamente grandes que acompañan almineral.
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PROCESO METALÚRGICO
METALURGIA
Es la ciencia de la separación de los metales a partirde su mena y aleaciones.
ALEACIÓN
Disolución sólida compuesta de dos o más metales.
METAL
Elemento que es buen conductor de calor yelectricidad, pierde electrones (se oxida), es reductor,electropositivo, presenta brillo peculiar.
ETAPAS DE LA RECUPERACIÓN
DE UN METAL
1 Beneficio del mineral
2 Producción del metal
3 Purificación del metal
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SECCIONES DE LA PLANTA CONCENTRADORA
PLANTA
CONCENTRADORA
LIBERACIÓN
SELECCIÓN
ELIMINACIÓN DE
AGUA
SECCIÓN
ESPESADO Y
FILTRADO
SECCIÓN
FLOTACIÓN
SECCIÓN DE
CHANCADO
SECCIÓN
MOLIENDA
1 BENEFICIO DEL MINERAL
Es el tratamiento preliminar de la menaEl mineral deseado es separado de una parte de
los minerales de desecho, por lo general arenay minerales silícicos que reciben el nombre deganga.
Los métodos de separación son Flotación Separación magnética Pirometalurgia Hidrometalurgia Reducción electrolítica
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OBJETIVOS
DEL
CHANCADO
Reducción del tamaño a
rangos de 1/4”-1/2”
Inicio de la liberación
Reducir el consumo de la
energía en la Molienda
Etapa inicial de la reducción de tamaño del
mineral
CHANCADO
CHANCADO
TERCIARIO
ETAPAS DE
CHANCADO
CHANCADO
PRIMARIO
CHANCADO
SECUNDIARIO
MINERAL
DE MINA
CHANCADO
PRIMARIO PRODUCTO
CHANCADO 6” - 8”
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CHANCADORAS DE MANDÍBULA
CHANCADORA DE DOBLE
EFECTO
- Chancadora Blake
- Chancadora Kuen Ken
- Chancadora Accionamiento
directo
CHANCADORA DE SIMPLE
EFECTO O BIELA SIMPLE
TIPOS :
A, B, C, D, E, F,
CHANCADO SECUNDARIO
PRODUCTO DE
CHANCADO PRIMARIO
( 8”- 10” )
CHANCADO
SECUNDARIO
PRODUCTO DE
CHANCADO
SECUNDARIO (2” - 3”)
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CHANCADO TERCIARIO
PRODUCTO CHANCADO
SECUNDARIO
CLASIFICADO
CHANCADO
TERCIARIO
PRODUCTO DE
CHANCADO TERCIARIO
(1/2” - 3/8 ” )
TOLVAS DE GRUESOS
Objetivo de las tolvas de gruesos- Depósito donde se almacena el mineral que viene de la mina para alimentar a las chancadoras.
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A
D
B
C
E
F
Y
Y
K
C’ L1L2
Dr
U
J
J’
JJ
H
F
O Q K’ Chancadora de
Mandíbulas BlakeA : Zona de Trituración B : Mandíbula fija
C : Mandíbula Móvil D : Paredes paralelas fijas
E : Polea F : Centro el eje del motor
H : Excéntrica J : Biela
K : Varilla de transmisión K’ : Resorte
L1 : Placa riostra anterior L2 : Placa riostra posterior
Dr : Pared posterior del Bastidor principal
C’ : Encastre de la riostria J’ : Pieza móvil
O : Punzón de acero Q : Placa de apoyo
U : forros
CEDAZOVIBRATORIO
INCLINADO
(de cuatro apoyos )
CEDAZOVIBRATORIO
HORIZONTAL
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MOLIENDA Y CLASIFICACIÓN
La molienda es una operación que permite la reduccióndel tamaño del mineral hasta tener una granulometríafinal deseada, mediante los diversos aparatos quetrabajan por choques, aplastamiento o desgaste.
En esta operación de molienda, es donde se realiza laverdadera liberación de los minerales valiosos y seencuentra en condiciones de ser separados de susacompañantes.
GENERALIDADES
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Por lo general, la molienda está precedida de una sección detrituración y por lo tanto, la granulometría de los minerales queentran a la sección molienda es casi uniforme.
Los tamaños pueden variar de un F80 de 20 mm. (20000micrones) a unos 5 mm. (5000 micrones), hasta obtener unproducto de P80, variando normalmente entre unas 200 mallaspor pulgada lineal (74 micrones) hasta 100 mallas (147micrones).
GENERALIDADES
Según las etapas de reducción de tamaño, usan los siguientesequipos:
Molienda Primaria: Seguido a etapa de chancado.Molinos de “cascada”, medios de molienda: barras, bolas,
autógenos. Operan en circuito abierto, sin clasificadoresintermedios.
Molienda Secundaria y Terciaria:Molinos de “cascada”, molinos verticales, molienda fina y
ultrafina. Operan en circuito cerrado con clasificación.
Molinos Especiales: Trapiches, vibratorios de energía fluida.
ETAPAS DE MOLIENDA
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Generalmente empleados para molienda primaria, algo asícomo una etapa intermedia entre chancado y molienda.
Por ejemplo: cuando hay la presencia de arcilla o panizo en elmineral dificulta el chancado fino.
Se caracterizan por una razón largo/diámetro del cilindromayor de 1,5:1. Por las limitaciones mecánicas en el largo delas barras, existen limitaciones en la dimensión y la capacidadde este tipo de molinos, que recientemente comienza aperder preferencia (aunque aún operan en algunas plantas dela sierra peruana).
MOLINOS DE BARRAS
Corte esquemático de un molino de
barras
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Operan con bolas de hierro (o aleaciones anti-abrasivas especiales) fundido o acero forjado, conrazones de (largo/diámetro), (1,5 : 1) o menos. Eldiámetro de bolas usadas varía entre 4’’ paramolienda gruesa y ¾’’ para molienda fina yremolienda de concentrados u otros productosintermedios.
MOLINOS DE BOLAS
BENEFICIO DEL MINERAL
FLOTACIÓN
– Es un proceso en el cual el mineral se muelefinamente y se vierte en agua que contieneaceite y detergente
– La mezcla líquida se calienta o se sopla paraformar espuma.
– El aceite moja selectivamente las partículas delmineral y las arrastra hacia la espuma.
– Aplicable a sulfuros, carbonatos y silicatos queno se “humedecen” con el agua o la repelen
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FLOTACIÓN
BENEFICIO DEL MINERAL
Clasificación del mineral por su valor comercial:
Mineral Rico :
Mineral Pobre:
Minerales predominantes en el Perú:
La gran mayoría de las minas contienen minerales pobres.
Composición de un mineral pobre:
Galena
Chalcopirita
Esfalerita
Parte no valiosa :
Cuarzo, pirita,
óxido de hierro,
andesita, etc.
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CONCEPTOS BÁSICOS.
¿Por qué es importante la flotación?
Porque se flotan los sulfuros valiosos paraobtener los concentrados respectivos.
¿Cuáles son las variables que intervienen en la flotación?
El mineral
La pulpa
Los reactivos
El aire
La agitación – Dispersión.
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CELDAS DENVER SUB-A
CELDAS DENVER DR:
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VALORIZACION DE CONCENTRADOS
• Problema:
Valorizar 200000 TM de concentrado de Zn. Con lassiguientes condiciones contractuales:
• Pagos:
Zn: 85% o deducción mínima 8 unidades.
Ag: -3 0z/TMS, se paga el 60% del saldo.
Humedad: 8%.
Merma: 1%
• Maquila:
US$ 280,00/TMS
Basado en el precio base del Zn de US$ 2511/TMS; se aumentará en 0.15$/TMS o se disminuirá 0.09 $/TMS, por cada 1 $/TMS por si el precio del zinc suba o baje , respectivamente, con relación a la base.
Penalidades:
As+Sb: 0.1% libre, US$ 2.50/TMS por cada 0.1% en exceso.
Fe: 5.0% libre, US$ 2.50/TMS por cada 1% en exceso.
Silice: 2% libre, US$ 2.00/TMS por cada 0.1% en exceso.
Mn: 0.4% libre, US$ 2.50/TMS por cada 0.1% en exceso.
Hg: 50ppm libre, US$ 3.0/TMS por cada 10ppm en exceso.
ESCALADORES
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Precios:
Zn: 2470 $/ TMS.
Ag: 32.54 $/oz.
Leyes promedio:
Zn: 52.0% Pb: 3.5%
Ag: 30.0 oz/TC Au: 0.055 oz/TM
As : 0.125% Cu : 2%
Sb : 0.4% Hg : 175 ppm.
Bi: 0.055% Mn: 0.41%
Sílice: 3.3% Fe: 5.5%
SOLUCIÓN
8% de humedad - Peso Seco: 200 000 – 16 000 = 184 000 TMS
1% Merma - 184 000 – 1840 = 182 160 TM.
Valor Bruto= 1673,867156$/TM
Elemento Ley Pago Precio Valor
Zn 52% (52%)*(0.85)= 44,2%
52%- 8% =44%
2470
$/TM
1086,80 $/TM
Ag 30 0z/TC [(30 oz/TC)*(1,1023TC/TM)-
3oz/TM]*60%=18.0414
32.54 $/oz 587,067156 $/TM
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Deducciones:
Valor de maquila 280.00 $/TMS
Escaladores: Precio Zn 2470 $/TMS
Precio base 2511 $/TMS
Se restará 0.09 $/TM por c/1$/TM (41 $/TM)*(0.09 $/TMS) = 3.69 $/TMS
1 $/TM
Penalidades:
SiO2 : ( 3.3%-2%)* (2,0 $/TMS) = 26,00 $/TMS
0.1%
As + Sb : ( 0.125%-0.1%)* (2,5 $/TMS) = 0.625 $/TMS
0.1%
Fe : ( 5.5%-5%)* (2.5 $/TMS) = 1.25 $/TMS
1.0%
Mn: ( 0.41%-0.4%)* (2.5 $/TMS) = 0.25 $/TMS
0.1%
Hg : ( 175-50)ppm* (3,0 $/TMS) = 37.50 $/TMS
10 ppm
Total Penalidades = 65.625 $/TMS
Total de Deducciones:
[maquila + escalador + penalidades] = [349,315 $/TMS]
[Valor bruto – Total de deducciones] = [ 1673.867 – 349,315]
Valor Neto Del Concentrado= 1324.552 $/TMS
Valor De La Venta Mensual= Valor Neto del Concentrado* Peso Seco Neto Pagable
1324,552 $/TMS*182 160 TMS = 241 280392 $
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Espesamiento
Esquema GeneralEsquema General
PLANTA
CONCENTRADORARelave
25-30 % Sólidos
Concentrado 25-30 % Sólidos
ESPESADOR
FILTRO
ESPESADOR
RELAVERA
Agua decantada
Concentrado 6-12 % H2O
Agua
Agua
45-55 % Sólidos55-65 %
Sólidos
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Separación sólido/liquido
• Operaciones unitarias destinadas a eliminarel agua de los productos intermedios o finalesde una planta concentradora
Separación sólido/líquido
• Espesamiento y clarificación.- Resulta una pulpa
espesa con un contenido de sólidos de 50 – 70% de sólidos
• Filtración.- Producto final es el cake de sólidos con un
contenido de humedad entre 10 a 20 % de agua.
• Secado.- Por vía térmica, en la que la humedad se
reduce hasta 5 %
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Espesadores
• La sedimentación se realiza en equiposdenominados espesadores, que en sumodelo tradicional son recipientes deforma cilíndrica con fondo en forma decono de gran ángulo.
Espesamiento
• El espesamiento ocurre por sedimentación de las partículas.
• El tamaño de las partículas tiene que ser evaluado en las operaciones desde molienda, evitando exceso de molienda y de atricción de partículas a fin de obtener buena eficiencia en el desaguado.
• Las partículas finas tienen bajas velocidades de sedimentación y bajas velocidades de filtración.
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Alimentación
Rebose
Zona de clarificación
Zona de espesamiento
Descarga de pulpa densificada
SólidosSSóólidoslidos
ESQUEMA DE UN ESPESADORESQUEMA DE UN ESPESADORESQUEMA DE UN ESPESADOR
AguaAgua
Zona de agua clara
Filtración
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Filtración
• Proceso de separación de sólidos desde unlíquido, por medio de un medio poroso, el cualretiene el sólido, permitiendo el paso del líquido.
• Generalmente es la última etapa de separaciónsólido líquido a llevarse a cabo previo alembarque del concentrado.
Filtración
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BENEFICIO DEL MINERAL
SEPARACIÓN MAGNÉTICA
– Al hierro y al cobalto que son fuertementeatraídos por los imanes, se les llamaferromagnéticos.
– En ese procedimiento se hace uso de laspropiedades magnéticas de ciertosminerales. En particular la magnetita Fe3O4
se puede separar de la ganga usando unelectroimán.
AMALGAMAS
– El mercurio forma amalgamas con numerosos
metales.
– El oro y plata contenidos en una mena, se
disuelven para formar una amalgama.
– Se separan luego por destilación del mercurio que
hierve a 357 C.
BENEFICIO DEL MINERAL
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2° PRODUCCIÓN DEL METAL
• Debido a que los metales, en su forma
combinada, tienen siempre número de
oxidación positivo, la producción de un metal
libre, es siempre una reducción.
PRODUCCIÓN DEL METAL
MINERALMETALÍFERO
MINERALENRIQUESIDO
GANGA
CARBONATO ÓXIDO SULFURO
POR REDUCCIÓN
GANGA MINERALBRUTO
METAL PUROESCORIA
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PIROMETALURGIA
• Calcinación
• Tostación
HIDROMETALURGIA
ELECTROMETALURGIA
PRODUCCIÓN DEL METAL
PRODUCCIÓN DEL METAL
PIROMETALURGIA
Calcinación
Consiste en el calentar fuertemente unmineral hasta su descomposición, -300 a1000 C- transformándolo en óxido yeliminando un producto volátil
CaCO3 CaO + CO2
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PRODUCCIÓN DEL METAL
PIROMETALURGIA
Tostación
Tratamiento que conduce a oxidación o reducción
-según la actividad del metal- y puede ir
acompañado de calcinación. Se aplica
principalmente a sulfuros.
2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2
HgS + O2 Hg + SO2
PRODUCCIÓN DEL METAL
HIDROMETALURGIA
En medio líquido, se aprovecha el que algunosmetales son más electropositivos que otros -más reductores- para separar suscomponentes.
V2O5 + 5 Ca 2 V + 5 CaO
TiCl4 + 2 Mg Ti3 + 2 MgCl2Cr2O3 + 2 Al 2 Cr + Al2O3
3 Mn3O4 + 8 Al 9 Mn + 4 Al2O
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REDUCCIÓN ELECTROLÍTICA
•Es aplicable a metales muy electropositivos
como el sodio, magnesio y aluminio.
•El proceso por lo general se realiza con el
óxido o haluro de un metal fundido.
• 2 MO 2 M cátodo + O2 ánodo
• 2 MCl 2 M cátodo + Cl2 ánodo
PRODUCCIÓN DEL METAL
3 PURIFICACIÓN DE METALES
ELECTRÓLISIS
• Se puede diferenciar de acuerdo a si comprendenelectrólisis de sal fundida o de una soluciónacuosa. Ej. El cobre metálico obtenido portostación del sulfuro tiene impurezas como el Fe,Zn Au, Ag.
• El ánodo (+), es plancha de metal impuro y elcátodo(-) es plancha de metal refinado. Al circularla corriente los átomos del ánodo pasa al cátodo.
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ELECTRÓLISIS
El Hierro y el Zinc, al igual que los otros metales
más reactivos, se oxidan en el ánodo de cobre y
pasa a la disolución pero no se reducen en el
cátodo. Los menos electropositivos, como el
Oro y la Plata, no se oxidan en el ánodo y caen
al fondo. El cobre llega a una pureza de 99.99%.
PURIFICACIÓN DE METALES
ELECTRÓLISIS
Ánodo Cu Cu+2 + 2 e-
Cátodo Cu + 2 e- Cu
PURIFICACIÓN DE METALES
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METALURGIA DEL HIERRO
EXISTENCIA DE HIERRO
Las formas más comunes de hierro en la
naturaleza son:
• Pirita FeS
• Siderita Fe CO3
• Hematita Fe2O3
• Magnetita Fe3O4 (FeO.Fe2O3)
PIROMETALURGIA
•La operación más importante es la
reducción del hierro. Las fuentes más
importantes son los minerales de óxidos de
hierro.
•La reducción se lleva a cabo en un alto
horno.
METALURGIA DEL HIERRO
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METALURGIA DEL HIERRO
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REACCIONES EN ALTO HORNO
3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
CaCO3 CaO + CO2
CaO + Al2O3 Ca(AlO2)2
CaO + SiO2 CaSiO3
METALURGIA DEL HIERRO
SIDERURGIA I
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SIDERURGIA II
SIDERURGIA III
33
SIDERURGIA IV
SIDERURGIA V
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PROCESO HALL: ALUMINIO
METALURGIA
DEL COBRE
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METALURGIA
DEL PLOMO
METALURGIA
DEL ZINC
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METALURGIA DEL ZINC