Capítulo 2 Planta Concentradora

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA

2.- PLANTA CONCENTRADORA Una planta concentradora procesa un mineral de interés, para luego generar un concentrado, el que finalmente será procesado para obtenerlo en estado puro. Para lograr convertir el mineral obtenido de la mina desde la forma de rocas hasta llegar a concentrado, este es tratado y clasificado en varias etapas mediante una serie de equipos que van reduciendo el tamaño de las rocas de mineral, este proceso se denomina conminución, en este proceso ingresan a la planta de chanchado, pasando a la planta de molienda, para luego someterlo a un proceso denominado flotación, luego continua a la etapa de los espesadores. Las operaciones unitarias realizadas en las Plantas de Chancado y Concentración tienen por objetivo la producción de concentrado de cobre. Las operaciones principales del proceso son conminución (chancado, molienda convencional y SAG) y flotación (primaria, limpieza, selectiva Cu-Mo). Además, se realizan las operaciones de clasificación (harneros y ciclones), espesamiento de concentrado y relaves, filtración de concentrados de cobre y, la disposición de relaves y recirculación de agua. El diagrama de flujo del proceso global se presenta en la Figura N° 1.

Figura N°1. Diagrama de Flujo Proceso de Concentración.

 

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2.1

Planta de Chancado

El principal propósito del chancado es efectuar las reducciones de tamaño necesarias, hasta obtener un producto de una granulometría adecuada que permita el desarrollo de la lixiviación en pilas o depósitos en forma eficiente. El proceso de chancado se realiza en dos grandes etapas, las cuales requieren de equipos específicos para lograr la granulometría adecuada:  

Triturac Trituración ión o chancado p primario rimario o grueso (Figura N°2 y 3).   Triturac Trituración ión o chancado fino: proceso que comprende las etapas de chancado secundario, terciario y cuaternario (Figura N°4 y 5).

La selección del tipo y tamaño del equipo chancador para cada etapa se determina según los siguientes factores:        

       

Volumen de material o tonelaje a triturar. Tamaño de alimentación. Tamaño del producto de salida. Dureza de la roca matriz, ya que la proporción de mineral suele ser pequeña. Éste Éste índice es de suma importancia y se expresa normalmente por la escala de Mohs, la cual tiene implicancia al momento de seleccionar el tipo de equipo a utilizar. Tenacidad, según el índice de tenacidad de la roca a triturar, el que se compara con el de la caliza, a la que se le asigna el índice 1. Abrasividad. Debida fundamentalmente al contenido de sílice, principal causante del desgaste de los equipos. Humedad del material en el yacimiento y en la planta, según las condiciones climatológicas del lugar. Contenido de finos y lamas. Los materiales lamosos o pegajosos pueden disminuir la permeabilidad, originando dificultades en la percolación posterior.

Para cada una de estas etapas existen equipos apropiados, cuyas características principales de abertura de alimentación, capacidad a distintos cierres, tamaños de productos, potencia, etc., suelen ser tabuladas por los fabricantes de trituradoras en función de una densidad y dureza media. En general, se recomienda no moverse en los extremos límites de trituración (máxima razón de reducción) sino considerar los valores medios propuestos por las tablas de los fabricantes de equipos.

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA Independientemente de otras variables, el tamaño de partícula de mineral o metal a lixiviar define la velocidad de disolución y por consiguiente, el porcentaje de recuperación en un tiempo determinado. El objetivo de las etapas de conminución es reducir de tamaño el mineral proveniente de la mina, con un tamaño medio del orden de 2000 mm, para llegar a los tamaños de liberación requeridos para la flotación. Ver tabla N°1 de las operaciones de reducción de tamaño. Etapa de reducción de tamaño   tamaño

Tamaño mayor  

Tamaño menor  

Explosión destructiva

Infinito

1m

Chancado primario

1m

100 m

Chancado secundario

100 m

10 mm

Molienda gruesa

10 mm

1 mm

Molienda fina

1 mm

100 µm

Remolienda

100 µm

10 µm

Molienda superfina

10 µm

1 µm

Tabla N°1. Operaciones de reducción de tamaño.

Figura N°2. Chancador Primario.

Figura N°3. Chancador de giratorio.

 

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Figura N°4. Chancador Secundario

2.2

Figura N°5. Chancador Terciario

Planta de Molienda

Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partículas individuales.

2.2.1 Molienda convencional La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino de bolas, respectivamente, 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. 

2.2.1.1 Molienda de barras Este equipo tiene en su interior barras de acero de 3,5 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.

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA 2.2.1.2 Molienda 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 180 micrones.

Figura N°6. Diagrama de Flujo Planta Concentradora Convencional.

2.2.3 Molienda SAG La instalación de un molino SAG constituye una innovación reciente en algunas plantas. Los molinos SAG (Semi Autógenos) son equipos de mayores dimensiones (36 x 15 pies, es decir, 11,0 m de diámetro por 4,6 m de ancho) y más eficientes que los anteriores. 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. Este material es reducido gracias a la acción del mismo material mineralizado presente en partículas de variados tamaños (de ahí nombre de por de la acción de numerosas de acero, de 5supulgadas de molienda diámetro,semi que autógena) ocupan el y12% su capacidad. Dadosbolas 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 molido en el SAG va directamente a la etapa siguiente, la flotación, es decir tiene la granulometría requerida bajo los 180 micrones, y una pequeña proporción debe ser enviado a un molino de bolas.

 

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Figura N°7. Diagrama de Flujo Planta Concentradora SAG.

2.2.4 Planta de Pebbles El material con tamaño superior a ½” (Pebbles), que descarga del harnero que

está después del molino SAG, debe ser conducido hacia la etapa de chancado de Pebbles. Los chancadores de pebbles, son generalmente, de cono de cabeza corta. Y el material descargado de éstos, vuelven al molino SAG.

 

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Figura N°8. Planta Pebbles.

2.3

Planta de Flotación

La flotación se define como un proceso físico-químico de tensión superficial que separa los minerales sulfurados del metal de otros minerales y especies que componen la mayor parte de la roca original. Durante este proceso, el mineral molido se adhiere superficialmente a burbujas de aire previamente insufladas, lo que determina la separación del mineral de interés. La adhesión del mineral a estas burbujas de aire dependerá de las propiedades hidrofílicas (afinidad con el agua) e hidrofóbicas (afinidad con el aire) de cada especie mineral que se requiera separar de las que carecen de valor comercial y que se denominan gangas.

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA En la etapa previa (molienda), se obtiene la roca finamente dividida y se le incorporan los reactivos para la flotación. El propósito es darle el tiempo necesario de residencia a cada uno de los reactivos para conseguir una pulpa homogénea antes de ser utilizada en la flotación. Con la pulpa (o producto de la molienda) se alimentan las celdas de flotación.  Al ingresar la pulpa, pulpa, se hace b burbujear urbujear aire d desde esde el inte interior rior y se agita con un aspa rotatoria para mantenerla en constante movimiento, lo que facilita y mejora el contacto de las partículas de mineral dispersas en la pulpa con los reactivos, el agua y el aire, haciendo que este proceso se lleve a cabo en forma eficiente. Pocas partículas de especies minerales tienen flotabilidad natural. Es decir, no forman una unión estable burbuja-partícula. Esto dificulta el proceso de flotación y hace necesario invertir las propiedades superficiales de las partículas minerales. Para ello deben mutar su condición hidrofílicas a propiedades hidrofóbicas mediante el uso de un reactivo colector. Además, es necesario que posean el tamaño adecuado para asegurar una buena liberación de las especies minerales.

2.3.1 Reactivos que utilizan   Reactivos espumantes:  espumantes: alteran la tensión superficial de líquidos. Su estructura les permite agruparse hasta formar otra fase distinta del resto del fluido, fluido , formando una espuma que separa el mineral del resto de la ganga. ganga . Su objetivo es producir burbujas resistentes, de modo que se adhiera el mineral de interés.



colectores: favorecen la condición hidrofóbica e hidrofóbicas de las partículas   Reactivos colectores: favorecen de sulfuros de los metales que se quiere recuperar, para que se separen del agua y se adhieran a las burbujas de aire. Deben utilizarse seleccionando el mineral de interés para impedir la recuperación de otros minerales.



depresantes:  se utilizan para provocar el efecto inverso al de los reactivos   Reactivos depresantes:  colectores, esto es, para evitar la recolección de otras especies minerales no deseadas en el producto que se quiere concentrar y que no son sulfuros.



pH:  sirven para estabilizar la acidez de la pulpa en un valor de pH   Modificadores de pH:  determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que el proceso de flotación se desarrolle con eficiencia.



Las burbujas de aire generadas arrastran consigo hacia la superficie los minerales sulfurados, rebasando el borde de la celda de flotación hacia canaletas donde esta pulpa es enviada a la etapa siguiente. Este proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que en cada uno de ellos se vaya produciendo un producto cada vez más concentrado.

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA  Adicionalmente, se puede realizar un segundo proceso de flotación, con el ffin  Adicionalmente, in de recuperar el concentrado de otro metal de interés. El procedimiento es igual que el anterior, pero utilizando reactivos y acondicionadores de pH distintos, lo que permite obtener concentrados de dos metales de interés económico. La primera flotación se denomina colectiva   donde el concentrado contiene dos o más componentes, y la segunda corresponde a la flotación selectiva, donde se efectúa ,

una separación de compuestos complejos en productos que contengan no más de una especie individual. Un ejemplo de esto es la flotación de cobre y de molibdenita. La flotación contempla tres fases: sólida: corresponde a las materias que se quiere separar (material mineral).   Fase sólida:   Fase liquida: liquida: es  es el medio en que se llevan a cabo dichas separaciones. gaseosa: se refiere al aire inyectado en la pulpa para poder formar las   Fase gaseosa: burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.



 

Celdas de flotación (figura N°9 y 10): Las hay de 3 tipos.   Mecánicas: Mecánicas: son  son las más comunes, caracterizadas por un impulsor mecánico que



agita la pulpa y la dispersa.   Neumáticas: Neumáticas: carecen  carecen de impulsor y utilizan aire comprimido para agitar y airear la pulpa.   Columnas: Columnas: tienen  tienen un flujo en contracorriente de las burbujas de aire con la pulpa, y de las burbujas mineralizadas con el flujo de agua de lavado.





Los productos de la flotación contienen habitualmente entre un 50% y 70% de sólidos. Gran parte del agua contenida en las pulpas producidas por la flotación es retirada en los espesadores de concentrado y cola, los que realizan simultáneamente los procesos de sedimentación El producto obtenido la sólidos. descargaEldeagua los espesadores de concentradoy clarificación. puede contener entre 50% y 65%ende remanente en estos concentrados espesados es posteriormente retirada mediante filtros hasta obtener un valor final que va desde un 8% hasta un 10% de humedad en el producto final. Este último es la alimentación para la siguiente etapa.

 

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Figura N°9. Celdas de flotación.

2.4

Espesadores y relaves

Los espesadores son tanques o aparatos que sirven para espesar los concentrados y relaves de flotación, por el procedimiento de quitarles parte del agua que contiene, es decir, el trabajo de los espesadores es mantener en movimiento las pulpas de concentrado y relave, asiéndolos más densos y espesos por la eliminación de cierto porcentaje de agua, el agua clara rebasa por la parte superior por canales. El espesador es un aparato que trabaja en forma continua, tiene un rastrillo que sirve para empujar lentamente, hacia el centro las partículas sólidas que se van asentando en el fondo en forma de barro espeso, a fin de sacarlos por la descarga (cono).  Al mismo tiempo los rastrillos rastrillos evitan que el lodo se endurezca endurezca dema demasiado siado en el fondo fondo;; y si no existieran estos no habría forma de sacarlos o descargarlos (Figura N°11). Partes principales de un espesador (Figura N°12):  

El tanque. tanque. Los espesadores esencialmente están constituidos por un tanque cilíndrico sobre una porción de un cono invertido de muy poca profundidad, hay que señalar que los diámetros de estos tanques circulares son mucho más grandes comparados con su altura, el cono en el fondo ayuda al movimiento de los sólidos concentrados hacia el punto de descarga, el área del tanque circular debe ser lo suficientemente grande como para que ninguna partícula sólida salga por el overflow y la altura lo suficiente como para lograr una pulpa a la concentración deseada, de todo esto podemos afirmar que la función la función principal del tanque es el de proporcionar un tiempo de permanencia para producir una pulpa a la concentración deseada y un líquido claro en el overflow.

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA  

El rastrillo.  rastrillo.  Está formado por un conjunto de varillas de acero de acero y la la estructura  estructura va unida al eje principal. Su movimiento es lento y gira con el eje, siendo impulsado por un motor un motor eléctrico a través de una catalina y un piñón. El rastrillo sirve para arrimar la carga asentada hacia el centro del tanque, justo sobre el cono de descarga, evitando de esta manera que se asiente demasiado, la pulpa facilitando la descarga asentada del espesador.

 

El eje del rastrillo. rastrillo. Sirve de apoyo al rastrillo y comunica el movimiento a éste.

 

El recibidor de carga. Es carga. Es un tanque cilíndrico de poca altura. Sirve para disminuir la velocidad la velocidad de entrada de la pulpa, dejarla caer suavemente sin producir agitación, está en la parte superior del eje.

 

El cono de descarga. descarga. Se encuentra en el centro del fondo del tanque del espesador, sirve para sacar la carga asentada hacia las bombas las bombas de salida de la pulpa, para ser enviada a los filtros o cochas en caso de tratarse de concentrados.

 

El canal de rebalse. rebalse. Está colocado alrededor de la parte superior del tanque, sirve para recibir el, agua recuperada, agua limpia y clara.

 

El mecanismo de elevación del rastrillo.  rastrillo.  Sirve para evitar que el rastrillo se plante cuando el espesador está haciendo fuerza. haciendo  fuerza.   Estos mecanismos pueden ser   manuales manuales y/o automáticos, y proporcionan un medio para levantar los rastrillos hacia arriba del contacto de la pulpa con mayor concentración de sólidos para así reducir la fuerza de movimiento demandada por el mecanismo de movimiento, la operación de levantamiento se puede hacer mientras los rastrillos están girando.

 

Mecanismo de movimiento. movimiento. El mecanismo de accionamiento y los espesadores son diseñados de varios tipos dependiendo del tamaño y tipo de soporte de este mecanismo como también del tipo de espesador, su función es la de proporcionar la fuerza de accionamiento parasedimentados. mover los brazos de los rastrillos y paletas contra la resistencia de(torque) la resistencia los sólidos

 

  CAPITULO 2: PLANTA CONCENTRADORA 2.4.1 Funcionamiento de un espesador Durante su funcionamiento pueden distinguirse las siguientes zonas alimentación: CLASIFICACIÓN, donde se tiene agua clara o con mínima proporción de - ZONA DE CLASIFICACIÓN, sólidos que fluye hacia arriba y rebosa por los bordes del espesador - ZONA DE SEDIMENTACIÓN, SEDIMENTACIÓN, a la cual ingresa la pulpa que se desea espesar a través de un sistema un sistema que no produce turbulencia, originando una zona de contenido de sólidos igual al de la alimentación COMPRESIÓN, denominado así porque los sólidos eliminan parte del agua - ZONA DE COMPRESIÓN, por compresión para luego ser descargados por la parte central inferior del espesador barridos por el rastrillo instalado axialmente en el estanque.

Figura N°10. Espesador.

Figura N°11. Espesador y sus partes.

 

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2.5

Planta de Filtros

Finalmente el agua restante se extrae del Concentrado mediante el empleo de filtros de prensa. El Concentrado queda así reducido a un polvo grisáceo muy fino. El cual   un sistema es de filtración por presión. Es yuno de los tipos de con filtrosuna más usados; consisten en una serie de placas marcos alternados telaimportantes filtrante a cada lado de las placas. Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. Con capacidad de 0.5 a 300 pies cúbicos. Podemos encontrarlas en acero al carbón resistencia química o bien de acero inoxidable (Figura N°12).

Figura N°12. Espesador y sus partes.