UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE
MATERIALES
TESIS
“EVALUACIÓN DE LA FLOTABILIDAD DE MINERALES SULFURADOS UTILIZANDO BIOSÓLIDOS COMO COLECTORES EN LA FLOTACIÓN ECOLÓGICA DE SULFUROS EN LA EMPRESA MINERA CHINALCO”
PRESENTADA POR:
Bach. CUNYAS GARCÍA Edwin
CAR
Bach. NINAHUANCA CHUPAYO Gerson Andres
ATULA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO METALURGISTA Y DE MATERIALES
HUANCAYO - MARZO 2020
ING. CÉSAR PAUL ORTÍZ JAHN
ASESOR
DEDICATORIA
DEDICATORIA
A nuestros padres por brindarnos su apoyo incondicional en todo momento.
Por el amor recibido, la dedicación y la paciencia de promover nuestros sueños;
gracias por confiar, creer en el avance y la culminación de la tesis.
AGRADECIMIENTO
Agradecer a Dios por darles vida y salud a nuestros padres; que nos inspiraron cada día en nuestro desarrollo académico. Ellos nos inculcaron con valores para hacer realidad nuestro objetivo.
Queremos expresar también nuestros más sinceros agradecimientos al Ing.
César Paul ORTÍZ JAHN por la orientación, el apoyo incondicional durante el desarrollo y culminación de esta tesis.
INTRODUCCIÓN
Los impactos ambientales causados por la explotación minera y metalúrgica continua de los recursos naturales y la contaminación generada por las actividades industriales están afectando la calidad de vida de las poblaciones que habitan las áreas circundantes y creando desigualdades de riqueza.
Una de las finalidades de esta tesis es proporcionar un modelo conceptual basado en conceptos de ecología industrial y producción más limpia mediante el uso de productos de desecho ecológicos para ecologizar los pasos de procesamiento minerales durante la producción de cobre y molibdeno. Estos conceptos podrían ser un complemento de la innovación tecnológica, que desempeña un papel fundamental en el desarrollo a largo plazo de una producción más limpia, mejorando la sostenibilidad y el rendimiento de las operaciones de procesamiento de minerales al reducir los impactos en el medio ambiente.
Los biosólidos tienen una composición característica de materia orgánica (OM), nitrógeno, fósforo, potasio y diferentes proporciones de metales y metaloides (arsénico, cobre, plomo, cadmio, mercurio, hierro, zinc y otros) (Metcalf y Eddy, 2003). Dependiendo de su contenido de patógenos (coliformes, Salmonella sp y óvulos de helmintos), estos generalmente se clasifican como lodos Clase A o Clase B.
Los biosólidos generados en los procesos de degradación biológica contienen sustancias húmicas de diversos grados de polimerización, como los ácidos húmicos (HA) y los ácidos fúlvicos (FA). Las sustancias húmicas (HS) son mezclas complejas de ácidos de polielectrolitos débiles y macromoléculas orgánicas de diversos pesos moleculares y funcionalidades, como resultado de la degradación biológica parcial de otros componentes más complejos de las aguas residuales. Los estudios realizados por Schulten y Schnitzer (1997) muestran que la estructura de HS consiste en una estructura molecular compuesta por una gran cantidad de anillos aromáticos unidos por largas cadenas de alquilo de diferentes longitudes, lo que resulta en un esqueleto flexible. Esta estructura también permite la incorporación de un gran número de grupos funcionales, principalmente fenólicos, alcohol, quinona, cetona y grupos que contienen nitrógeno. Dependiendo de la diversidad y la abundancia relativa de los grupos funcionales existentes, estos dan diferentes grados de reactividad a la estructura final, permitiendo su interacción con otros componentes orgánicos e inorgánicos. Teniendo en cuenta las propiedades físicas y químicas de los biosólidos, un valor potencial de los biosólidos que aún no se ha considerado sería la recuperación de especies mineralógicas a través de la flotación de espuma en la industria de minerales. Los grupos funcionales presentes en los biosólidos podrían interactuar con las superficies minerales haciéndolos más hidrófobos. Entonces, los biosólidos podrían usarse como colectores en procesos de flotación de espuma.
Tomando como punto de partida los conceptos anteriores, formulamos como objetivo de esta investigación, buscar una alternativa de tecnología limpia que
se pueda emplear para reemplazar los reactivos tradicionales en el proceso de flotación de sulfuros en la planta concentradora de la Empresa Minera Chinalco.
y como hipótesis: La evaluación de la flotabilidad de la calcopirita, molibdenita y pirita utilizando biosólidos y sus componentes principales como colectores, permitirá proponer nuevos reactivos ecológicos en la flotación de sulfuros en la planta concentradora materia de estudio de esta tesis.
En la redacción de este trabajo se ha considerado estructurarlo de la siguiente manera, en el primer capítulo se indican las generalidades, en el segundo formulamos la investigación, en el tercero se indican los fundamentos teóricos y en el cuarto incluimos la parte principal que es la sección de la investigación experimental, y finalmente se indican las conclusiones y recomendaciones.
En ese sentido nuestra finalidad es alcanzar las expectativas técnicas y científicas. Por tal razón ponemos a disposición de nuestros jurados el presente trabajo de investigación que nos sirva para obtener el título de Ingeniero Metalurgista y de Materiales.
Los Autores
RESUMEN
Los biosólidos y compuestos representativos de sus componentes principales, ácidos húmicos, azúcares y proteínas, se han probado como posibles colectores y espumantes amigables con el medio ambiente para la flotación de minerales de sulfuro de cobre. La flotabilidad de la calcopirita y la molibdenita, ambos valiosos minerales sulfurosos presentes en estos minerales, así como la pirita no valiosa, se evaluó mediante pruebas de flotación en tubos de Hallimond. Los ácidos húmicos exhiben una capacidad de colector similar para la calcopirita y la molibdenita como la de un colector comercial (promotor Aero 6697). Los biosólidos muestran más afinidad por la pirita. La recuperación de cobre (85.9%) y el grado de cobre (6.7%) de un concentrado rougher obtenido usando ácidos húmicos como colector principal para la flotación de un mineral de sulfuro de cobre de Toromocho, fueron muy similares a los de un concentrado de cobre producido por la flotación de espuma bajo las mismas condiciones con un colector comercial tipo xantato. Este nuevo y factible uso final de biosólidos y ácidos húmicos debe ser un nuevo agente de flotación con espuma orgánica inocuo para el medio ambiente para ecologizar la concentración de mineral de sulfuro de cobre. Ahora, se necesita más investigación para escalar los ensayos de laboratorio actuales a escalas operativas de minería para determinar las eficiencias a escala industrial.
ÍNDICE
Pág.
CARATULA ... i
ASESOR ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTO ... iv
INTRODUCCIÓN ... v
RESUMEN ... viii
ÍNDICE ... ix
CAPITULO I GENERALIDADES ... 11
1.1. DATOS DE LA EMPRESA MINERA CHINALCO ... 11
CAPITULO II FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN... 19
2.1. EL PROBLEMA ... 19
1.1.1. Problema general ... 21
1.1.2. Problemas específicos ... 21
2.2. OBJETIVOS ... 22
3.2.1 Objetivo General ... 22
3.2.2 Objetivos Específicos ... 22
2.3. JUSTIFICACIÓN ... 22
2.4. PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS ... 23
2.5. VARIABLES ... 24
CAPITULO III MARCO TEÓRICO ... 25
3.1. BASES TEÓRICAS ... 25
3.2. ANÁLISIS DEL PROCESO PROPUESTO ... 47
CAPITULO IV METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN ... 53
4.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ... 53
4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 55
4.3. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 60
CONCLUSIONES ... 75
RECOMENDACIONES ... 77 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 78 ANEXOS ... 79
1 CAPITULO I GENERALIDADES
La Empresa Minera Chinalco es propietaria de la Unidad Minera de Toromocho, para el efecto presentamos algunos datos relevantes de dicha empresa.
1.1. DATOS DE LA EMPRESA MINERA CHINALCO
La mina Toromocho es una gran mina de cobre en el centro de Perú, en la región de Junín. Toromocho representa una de las mayores reservas de cobre en Perú y en el mundo, con reservas estimadas de 1,52 billones de toneladas de mineral con 0.48% de cobre, 0.019% de molibdeno y 336 millones de onzas de plata.
El proyecto Toromocho obtuvo su evaluación de impacto ambiental (EIA) para exploración aprobada el 14 de diciembre de 2010 de acuerdo con la resolución de dirección Nº411-2010-MEM / AAM emitida por el Ministerio
de Energía y Minas del Perú. La consultora Knight Piésold se encargó de ejecutar dichos estudios de EIA. Con base en los diseños originales de Ingeniería de Adquisición y Construcción ejecutados en 2008 por Cosapi Engineering and Construction, una empresa de ingeniería y construcción con sede en Perú, la mina será capaz de tratar 117,200 toneladas de mineral por día, así como producir 210,000 toneladas de cobre al año.
Engineering Group realizó en 2013 un estudio de factibilidad para la expansión de las instalaciones de extracción de cobre de Toromocho.
Minera Chinalco Perú S.A. adquirió Perú Copper en 2007. Durante la fase de desarrollo del proyecto Toromocho, su principal desafío fue el reasentamiento de la ciudad minera Morococha para acceder a una de las reservas de cobre más importantes de Perú. Antes de que pudiera comenzar el desarrollo del proyecto, Chinalco tuvo que realizar encuestas de referencias sociales y ambientales.
Para llevar a cabo actividades tenía que obtener y mantener la aceptación social e informar las métricas ambientales (calidad del aire, agua, etc.) al gobierno peruano.
Utilizando la aplicación Boréalis, Chinalco pudo trabajar con los datos existentes de evaluación de impacto para el empleo local, el monitoreo ambiental y la identificación de actores vulnerables.
Expansión Toromocho
Se espera que la expansión de la mina de cobre Toromocho aumente la producción de cobre de la mina a cielo abierto Toromocho en un 45% a aproximadamente 300,000 toneladas para 2020. Ubicada en el centro del Perú, aproximadamente 140 km al este de Lima en el distrito minero de Morococha, provincia de Yauli, la mina Toromocho fue encargado en junio de 2015.
El proyecto produjo 763,500 toneladas (t) de concentrados de cobre, incluidas 182,288t de cobre y 5,3 millones de onzas (Moz) de plata, en 2015.
La construcción del proyecto de expansión de la mina de cobre Toromocho se inició en junio de 2018, mientras que se espera que comience la minería en 2020. Se estima que el proyecto de expansión estimado de $ 1.350 millones se financiará con capital de trabajo interno y con financiamiento de deuda. Se espera que la vida útil del proyecto sea de 27 años.
Minera Chinalco Perú, una subsidiaria de Aluminum Corp of China (Chinalco), está desarrollando el proyecto de pórfido de cobre. Chinalco adquirió la mina Toromocho de Minera Perú Copper (MPC) en 2007.
Se prevé que la expansión aumente la capacidad de producción diaria de la mina de 117,000 toneladas por día (tpd) a 170,000tpd. Se espera que produzca 75,000 toneladas métricas finas (FMT) de cobre al año, además de crear 3,200 trabajos de construcción y 2,400 empleos operativos.
Ubicación de la mina Toromocho, geología y mineralización.
La mina de cobre Toromocho en la región de Morococha se encuentra a una altitud que varía entre 4 400 y 5 000 m, exceptuando algunas cumbres aisladas como Yanashinga, que alcanza los 5 290 m de altitud o el nevado Anticona de 5 120 m de altitud, está ubicado en los distritos de Morococha y Yauli, provincia de Yauli, departamento de Junín (Mapa). La región en la que se encuentran las concesiones presenta una topografía accidentada.
El área de Morococha está formada por una secuencia de rocas plegadas paleozoicas y mesozoicas que comprenden sedimentos calcáreos, además de volúmenes más pequeños de flujos volcánicos intercalcados. La secuencia de la roca estuvo sujeta a múltiples intrusiones, lo que resultó en la formación de mineralización hidrotermal.
Clasificado como un sistema de pórfido de cobre-molibdeno, el proyecto de cobre presenta sedimentos y skarns metamórficos de contacto. El proceso de enriquecimiento secundario que se produjo en el depósito resultó en la formación de una zona gruesa de calcocita mixta y calcopirita en las zonas superiores.
El depósito de Toromocho comprende un complejo grupo de vetas mineralizadas, vetas y trabajos en stock. La mayor parte de la mineralización se aloja en calizas jurásicas de la formación Pucara, así como en intrusiones terciarias como dioritas, granodioritas, cuarzo, monzonitas y porfirias de cuarzo.
Según Chinalco, el yacimiento está constituido por “un complejo enjambre de vetas, vetillas, mantos de cuerpos mineralizados y sulfuros diseminados del tipo pórfido, con una zona central de cobre-molibdeno rodeado por un anillo de plomo- zinc, el cual, a su vez, está rodeado por una zona de vetas de plomo-plata”. La minera no descarta llegar a producir zinc, dado el caso.
También estima un potencial exploratorio de 600,000 toneladas
adicionales, con leyes más altas de cobre a profundidad. Cuenta con EIA aprobado en diciembre de 2010.
Reservas mineras de Toromocho
Las reservas en la mina de cobre Toromocho se estiman en 1,52 billones de toneladas de mineral, con una calificación de 0.48% Cu, 0.019% Mo y 6.88 g / t Ag.
Minería y procesamiento de mineral en la mina de cobre Toromocho existente
El proyecto de cobre Toromocho actualmente emplea un método de minería a cielo abierto convencional, que implica perforación y voladura.
Los principales equipos de minería utilizados en el proyecto incluyen cuatro taladros de chorro, cuatro palas de cable, camiones de 300 toneladas, seis unidades de bulldozers de orugas DR10, cuatro unidades de bulldozers de ruedas 834G, cuatro motoniveladoras y tres camiones cisterna Cat 777.
El mineral se procesa en la planta utilizando trituración, molienda y flotación convencionales para producir concentrados de cobre y molibdeno por separado.
Se está utilizando una instalación de lixiviación en pilas para procesar chalcocita secundaria con altos volúmenes de cobre soluble, que se compone de altos volúmenes de arsénico lleno de calcocita.
El concentrado final se transporta desde Ferrovías Central Andina al puerto de Callao en un transportador tubular hermético y se envía a los clientes.
La planta de procesamiento se instala con un molino semiautógeno (SAG), un molino de bolas y equipos de flotación para producir 1,838tpd de concentrados de cobre. También incluye una planta hidrometalúrgica separada para extraer 25.1tpd de molibdeno.
Instalaciones de infraestructura en la mina de cobre Toromocho
Actualmente, la red eléctrica nacional interconectada proporciona energía a través de una subestación de 220kV en Pachachaca.
El suministro de agua para la mina Toromocho se recoge del túnel Kingsmill.
2 CAPITULO II
FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Formulamos la investigación planteada en esta tesis, con la finalidad de contribuir y proponer tecnologías limpias en el beneficio de minerales, para el efecto empleamos el método científico, desde la formulación del problema hasta plantear nuestras hipótesis y variables.
2.1. EL PROBLEMA
a) Planteamiento del problema
Nuestro país es reconocido ser altamente vulnerable a los impactos de los cambios climáticos debido a la gran diversidad de escenarios donde se llevan a cabo las diversas actividades económicas basadas en la explotación de nuestros recursos naturales. Estos impactos debido a las actividades económicas son atribuidos a la explotación continua de los recursos naturales como materias primas para las industrias de la agricultura, la acuicultura y la minería, esta última relacionada con la
extracción de minerales, principalmente minerales sulfurados dentro de estos el cobre y el molibdeno como es el caso de Toromocho.
Los impactos ambientales originados por la explotación continua de los recursos naturales, así como la contaminación generada por las actividades industriales, afectan la calidad de vida de las poblaciones que habitan las áreas circundantes y crean desigualdades de riqueza.
Un buen ejemplo de controversias entre el crecimiento económico y la contaminación ambiental es el sector de la minería del cobre en nuestro país, donde la relación entre la industria minera y la sociedad, especialmente con las comunidades aledañas, ha sido históricamente compleja.
La finalidad de este trabajo de investigación es contribuir con la conservación del medio ambiente, basado en conceptos de ecología industrial y producción más limpia a través del uso de reactivos respetuosos con el medio ambiente para ecologizar los pasos de procesamiento de minerales y minería durante la producción de cobre y los minerales accesorios. Estos conceptos podrían ser un complemento a la innovación tecnológica, que desempeña un papel fundamental en el desarrollo a largo plazo de una producción más limpia, mejorando la sostenibilidad y el rendimiento de las operaciones de procesamiento de minerales al reducir los impactos en el medio ambiente.
La flotación por espumas utiliza reactivos químicos (colectores, espumantes y modificadores) para controlar la humectabilidad de superficies sólidas, la electroquímica de la solución, la dispersión, agregación de partículas sólidas y la generación de espuma. De esta manera, es posible recuperar especies minerales de interés para prevenir la flotación de minerales de ganga no deseados.
En este estudio planteamos el uso de biosólidos y compuestos similares para su posible uso como colectores y espumantes, que permitan reemplazar a los reactivos tradicionales de flotación de minerales sulfurados específicamente para minerales de cobre, molibdeno (calcopirita - molibdenita) y el mineral de ganga pirita.
Esto nos permite plantear el siguiente interrogante:
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1. Problema general
¿Qué alternativa de tecnología limpia se podrá emplear para reemplazar los reactivos tradicionales en el proceso de flotación de sulfuros en la planta concentradora de la Empresa Minera Chinalco?
1.1.2. Problemas específicos
a) ¿Qué parámetro de flotación puede ser útil para evaluar efectivamente la flotabilidad empleando los reactivos a ser estudiados en la flotación de los minerales sulfurados?
b) ¿Cuál es el método adecuado de experimentación para determinar la flotabilidad de las especies minerales empleando los reactivos de flotación especificados?
2.2. OBJETIVOS
3.2.1 Objetivo General
Buscar una alternativa de tecnología limpia que se pueda emplear para reemplazar los reactivos tradicionales en el proceso de flotación de sulfuros en la planta concentradora de la Empresa Minera Chinalco.
3.2.2 Objetivos Específicos
a) Determinar el parámetro de flotación puede ser útil para evaluar efectivamente la flotabilidad empleando los reactivos a ser estudiados en la flotación de los minerales sulfurados.
b) Determinar el método adecuado de experimentación para determinar la flotabilidad de las especies minerales empleando los reactivos de flotación especificados.
2.3. JUSTIFICACIÓN
El trabajo de investigación planteado se justifica por los siguientes criterios:
a) La tendencia mundial en lo referente a la sostenibilidad y la preocupación por el cambio climático, tanto de parte de las autoridades, de las empresas y la población en general; y vinculado a la necesidad de desarrollo de los países, hacen que se cambien de estrategias en lo referente a la explotación racional y en forma ecológica de la extracción de sus recursos naturales. Estas consideraciones implican que se justifiquen, para que empresas como la Minera Chinalco, impulsen el desarrollo de este tipo de trabajos de investigación.
b) La búsqueda de nuevos reactivos de flotación que sean “ecológicos”, permitirá contribuir en la disminución de los impactos ambientales ocasionado por las operaciones de concentración de minerales, que son necesarios para lograr adecuadas performances en los procesos de separación por flotación, haciendo que sus relaves estén los menos contaminado posibles.
2.4. PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS
General
La evaluación de la flotabilidad de la calcopirita, molibdenita y pirita utilizando biosólidos y sus componentes principales como colectores, permitirá proponer nuevos reactivos ecológicos en la flotación de sulfuros en la planta concentradora de la Empresa Minera Chinalco.
Específicas
a) El pH es uno de los parámetros más importantes en el desenvolvimiento de los reactivos de flotación, que vincula a la actividad de los mismos frente a una superficie específica.
b) Pruebas de microflotación en tubos Hallimond, permite determinar la flotabilidad de las especies minerales empleando los reactivos de flotación especificados.
2.5. VARIABLES
Variables Independientes:
Tipo de mineral sulfurado
Tipo de colector propuesto
pH
Variable Dependiente:
Recuperación de la calcopirita
Recuperación de la molibdenita
Recuperación de la pirita
3 CAPITULO III MARCO TEÓRICO
Para fundamentar el problema y proponer las hipótesis respectivas es necesario contar con la información teórica que permita desarrollar la investigación en forma adecuada.
3.1. BASES TEÓRICAS
Procesos de Separación de Minerales
El paso inicial en el procesamiento de minerales implica la trituración y molienda del mineral para producir un tamaño de partícula adecuado para el procesamiento posterior utilizando métodos de separación físicos y químicos.
Ilustración esquemática de procesos de extracción por separación de minerales.
Los procesos de separación física aprovechan las diferentes propiedades físicas de las partículas minerales, como el tamaño, la densidad, la energía magnética, la superficie y el comportamiento. Los procesos de separación física comúnmente utilizados son: concentración por gravedad, separación magnética y separación por flotación, algunas de las cuales incluyen el uso de químicos para minería.
Los productos químicos para la minería se utilizan ampliamente en el procesamiento de minerales y la separación de los elementos valiosos. Al diseñar un proceso de tratamiento, la selección de productos químicos es
un proceso delicado que consiste en garantizar los resultados de separación y concentración más efectivos.
Los procesos de separación química implican la lixiviación de uno o más minerales objetivo. Los procesos utilizados para la separación de metales individuales suelen ser lixiviación alcalina o ácida, pero se pueden aplicar varios otros procesos químicos para, por ejemplo, la purificación y la concentración.
Métodos de separación física y química.
Separación gravimétrica
La separación gravimétrica es la separación de minerales de diferente gravedad específica por su movimiento relativo en respuesta a la gravedad y otras fuerzas como las fuerzas centrífugas, magnéticas y flotantes. Como este proceso de separación se basa principalmente en diferencias en las propiedades físicas del (los) mineral (es) como el peso, tamaño y forma de las partículas, el tamaño de las partículas debe mantenerse uniforme. La separación por gravedad es la técnica más original en el procesamiento de minerales, pero actualmente está siendo reemplazada por métodos recientemente introducidos, como la separación magnética y por flotación.
Separación magnética
La separación magnética es un proceso en el que los minerales se separan en relación con las diferencias en sus propiedades magnéticas. Este método de separación se usa más comúnmente para separar el mineral de hierro magnético natural (magnetita) de una variedad de material rocoso menos magnético o no magnético. La separación magnética es generalmente un método de recuperación mineral de bajo costo.
Separación por flotación
La flotación es la técnica más utilizada para recuperar/extraer minerales de sus minerales. El método se basa en la separación de partículas de una pulpa al alterar las condiciones de las superficies de las partículas, induciéndolos a adherirse a las burbujas de aire. La separación por flotación se basa en las diferencias en la hidrofobicidad de los minerales. Para separar los minerales mediante la flotación, se introducen burbujas de aire en una mezcla de mineral finamente molido, productos químicos para la minería y agua. En la suspensión, las partículas minerales modificadas químicamente chocan con burbujas de aire, y los minerales que favorecen el contacto con el aire se unirán a las burbujas de aire y flotarán a la superficie. Cuando las burbujas de aire se acumulan en la superficie, se forma una espuma y eventualmente se desborda. En contraste, más minerales hidrófilos permanecen en la suspensión. Por lo tanto, hay dos métodos de flotación: flotación directa en la que el mineral se adhiere a la espuma, se desborda y se puede recolectar, mientras que la ganga
permanece en la lechada, y la flotación inversa donde la ganga se adhiere a la espuma y los minerales permanecen en la lechada . Para facilitar el proceso de flotación, se pueden utilizar cuatro tipos diferentes de productos químicos: colectores, espumantes, reguladores y floculantes (ver siguiente figura).
Ilustración esquemática del procesamiento de minerales y uso de productos químicos de minería para la separación de minerales.
Lixiviación
La lixiviación es un proceso químico aplicado en la extracción de metales valiosos como el cobre, el oro y el uranio a partir de minerales a través de la disolución de metales en medios acuosos. Cuando se aplica en la molienda de oro, el mineral triturado se trata con una solución de cianuro alcalino diluida para llevar el oro a la solución. El carbón activado se agrega, por lo que el complejo de oro / cianuro se adsorbe de la solución al carbono.
Debido a que las partículas de carbono son mucho más grandes que las partículas de mineral, el carbón más grueso se puede separar de la
suspensión. Después de la extracción, el proceso a menudo involucra la electrodeposición para recuperar el oro antes de fundirlo en un dore.
Uso de productos químicos para la separación de minerales.
En términos de protección y gestión ambiental en relación con el uso de químicos en los procesos de separación de minerales, la descarga de efluentes líquidos y la eliminación de relaves son temas que requieren atención.
La minería generalmente genera volúmenes relativamente grandes de residuos llamados relaves. Los relaves pueden contener minerales peligrosos que se encuentran en el mineral original, así como residuos orgánicos e inorgánicos de los químicos de la minería utilizados en los procesos de extracción. Por lo tanto, los relaves a menudo constituyen una alta fuente de contaminación potencial; No solo durante la operación sino también después del cierre de la mina. También es preocupante el efluente residual en el que pueden terminar los residuos de los productos químicos utilizados en los procesos de extracción. A menudo es necesario descargar los efluentes de desechos al medio ambiente y, si es necesario, los efluentes se tratarán antes de la descarga para garantizar que los niveles de contaminantes cumplan con los valores umbrales establecidos por la normativa. Las regulaciones básicas han sido establecidas por el Estado para minimizar los residuos generados en la mayor medida posible, así
como para maximizar el reciclaje. Además, la eliminación segura de los residuos generados por la industria está incluida en la directiva.
El tipo y la cantidad de cada reactivo químico que se utilizará deben seleccionarse cuidadosamente en la fase inicial de un proyecto minero, ya que cada químico minero individual puede afectar el costo y la gestión de los desechos generados durante toda la vida útil de un proyecto minero.
Reactivos químicos de flotación
Los productos químicos mineros son la parte más importante del proceso de flotación. Al planificar el proceso de separación, se otorga alta prioridad a la selección de productos químicos para obtener los resultados más efectivos de separación y concentración. Varios cientos de productos químicos están disponibles en el mercado. Durante el proceso de flotación (Ver figura), pueden requerirse cuatro tipos diferentes de productos químicos para la minería: colectores, espumantes, reguladores y floculantes.
Principio de flotación. Se agregan químicos de la minería a la mezcla para hacer que los minerales se adhieran a las burbujas de aire. Se
forma una espuma, que puede ser separada.
Colectores
El propósito básico de un colector es mejorar la hidrofobicidad de los minerales seleccionados y así promover la unión a las burbujas de aire.
Esto se logra utilizando un colector con un grupo no polar y quizás también un grupo polar. Cuando el colector se adsorbe en la superficie del mineral, el grupo no polar está orientado hacia la fase acuosa y la parte polar hacia la superficie del mineral, el cual hace que la superficie del mineral sea hidrofóbica. Cuando las burbujas de aire con las partículas minerales adheridas se acumulan en la superficie, se forma una espuma que puede eliminarse para su recolección o rechazo.
Según sus cargas iónicas, los coleccionistas se pueden clasificar en dos grupos:
Colectores ionizables, que son compuestos que incluyen un grupo polar
y no polar. Un colector ionizante facilita la disociación de los minerales a los iones en el agua. Este tipo de colector puede ser aniónico o catiónico.
Colectores no ionizantes, que son compuestos no polares que tienen
baja solubilidad en agua. Por ejemplo: compuestos de hidrocarburos (queroseno, aceite de transformador y aceites de hidrocarburos sintéticos). Este tipo de colector hace que el mineral sea hidrófobo al
"cubrir" la superficie del mineral con una película delgada.
Espumantes
Un espumante es agregado en el proceso de flotación para mantener la espuma estable. El espumante se concentra en la interfaz de las burbujas de agua y aire; estas crean fuerzas alrededor de la burbuja de aire que evitan el colapso.
Los espumantes son compuestos heteropolares que contienen un grupo polar (como -OH, -COOH, -CO, -OSO2 o -SO2OH) y un radical hidrocarburo, capaz de adsorber en la interfaz agua-aire. Existen dos tipos de espumantes: los espumantes naturales, como el aceite de pino y el cresol, y los espumantes sintéticos, como el metil isobutil carbinol (MIBC).
El volumen de espuma generado en condiciones de funcionamiento
estándar a menudo se denomina potencia de espuma. La potencia de la espuma está influenciada por el tipo de colector y espuma utilizado. Por ejemplo, el poder de la espuma normalmente aumenta con el número de átomos de carbono en el radical hidrocarburo hasta 6 o 7 y luego cae dramáticamente cuando la cadena de hidrocarburo tiene más de 8 átomos de carbono. Mezclar, por ejemplo, un xantato de cadena más larga (colector) con una cadena corta de alcohol aumenta el volumen de la espuma.
Reguladores
Un regulador controla la interacción de los colectores entre los minerales individuales a través de diferentes vías. Los reguladores pueden, por ejemplo, reaccionar con superficies minerales específicas y, por lo tanto, cubrir (un tipo activador) o prevenir (un tipo depresivo) la adsorción del colector al mineral. Los reguladores también pueden actuar eliminando los recubrimientos del colector de superficies minerales específicas, lo que provoca la depresión del mineral seleccionado, o pueden crear una superficie del mineral hidrofílico que no puede reaccionar con los colectores.
La función de un regulador está relacionada con los cambios en el pH de la pulpa y puede ser un compuesto inorgánico como un ácido, álcali y sal metálica (por ejemplo, ácido sulfúrico, cal, sosa cáustica, cianuro de sodio, zinc, sulfato de cobre, etc.) o un compuesto orgánico tal como un grupo
polar que contiene polímero tal como -OH, -COOH, = CO, -NH2, = NH y -SO3H (por ejemplo, almidón, tanino, dextrina, goma de celulosa, sulfonatos de lignina, goma de engranajes, etc.).
Floculantes
La floculación es un proceso donde las partículas finas suspendidas se agregan para formar flóculos más grandes. Esto mejora la separación de sólidos de la fase líquida. Los floculantes son compuestos inorgánicos (como calcio, aluminio o sales iónicas) para aplicación donde se requiere una fuente catiónica o floculantes orgánicos. Los floculantes orgánicos pueden derivarse de forma natural de, por ejemplo, gomas de guar, almidón hidrolizado y polisacáridos o pueden producirse sintéticamente, como acrilamida, poliacrilamidas, sales poliacrílicas, etc.
Flotación de minerales de cobre
En la flotación de minerales de cobre, el uso de un circuito de cal es prácticamente universal, ya que todos los metales de cobre flotan más fácilmente en un circuito que se ha hecho alcalino con cal. La alcalinidad de la cal debe mantenerse a un pH entre 8.5-12.0. Además de aumentar la flotabilidad de los sulfuros de cobre, la cal actúa como un depresor de pirita y, por lo tanto, ayuda a la flotación selectiva de los sulfuros de cobre de la pirita. Se obtienen mejores resultados en muchos minerales cuando el cianuro Aero o el cianuro de sodio se sustituyen o se utilizan para complementar la cal como un depresivo. Por lo general, solo se requiere
una pequeña cantidad de cianuro para lograr la depresión selectiva deseada de la pirita.
En relación con el uso de la cal, debe mencionarse que la cal es un depresor distinto del oro metálico y, por lo tanto, en el tratamiento de minerales en los que se libera una parte apreciable del oro, puede ser aconsejable utilizar ceniza de sosa en lugar de cal.
Prácticamente todos los reactivos de Aerofloat y también los xantatos son excelentes promotores de los minerales de sulfuro de cobre. Naturalmente, algunos de estos promotores son más efectivos que otros. En la práctica, los Reactivos 325, 343, y el xantato de amilo y el Reactivo 301, entre los xantatos encuentran un amplio uso en la flotación de cobre en suifida. De los Reactivos de Flotación Aerofloat, los Reactivos 208 y 238 son los más efectivos. El Reactivo 208 es preferido para calcocita, bornita, covelita y otros sulfuros de cobre secundarios, mientras que el Reactivo 238 es preferido para calcopirita. La cantidad de estos reactivos por lo general no excederá de 0,10 libras por tonelada, pero a menudo una cantidad menor que esto dará una alta recuperación de los minerales de sulfuro de cobre.
Para los espumosos, el aceite de pino destilado al vapor, el ácido cresílico y el Aerofloat 15 son muy efectivos y deben probarse. La cantidad de estos diversos espumosos variará, por supuesto, con los requisitos del mineral en cuestión. En general, la cantidad de un vaporizador en un circuito de flotación de cobre no excederá de 0.20 libras por tonelada.
Flotación de la molibdenita
La molibdenita (MoS2) es un mineral naturalmente hidrófobo con propiedades de superficie anisotrópica. Su flotabilidad está influenciada por una serie de factores como el tamaño y la forma de las partículas, la relación cara / borde, el grado de cristalización, la heterogeneidad de la cara, el pH, etc. La molibdenita se hace flotar mediante el uso de colectores oleosos, y su recuperación se ve muy afectada por el revestimiento de limo fenómenos. Varios cationes hidrolizables, como el Ca2+ y el Mg2+, deprimen la molibdenita en soluciones alcalinas. La depresión de la molibdenita en el agua de mar y en las aguas salinas se produce principalmente por la precipitación de hidróxido de magnesio coloidal cuando el pH se eleva para deprimir la pirita. Otros cationes metálicos presentes en el agua de proceso reciclada también pueden reducir la recuperación por flotación de molibdenita (por ejemplo, Al3+, Fe2+, Cu2+ iones). La flotabilidad nativa de la molibdenita es fuertemente deprimida por los polímeros naturales (almidón, dextrina, goma guar, ácidos húmicos, etc.) y los polímeros sintéticos (por ejemplo, floculantes del tipo poliacrilamida).
Flotación de minerales de calcopirita y molibdenita
La molibdenita (MoS2), el principal estado de ocurrencia de los recursos de molibdeno, se asocia generalmente con calcopirita (CuFeS2). Dado que la molibdenita es un mineral valioso, su colección y purificación son de importancia crucial, lo que requiere más atención a la investigación sobre el colector y el depresor. La molibdenita es un mineral hidrofóbico natural,
escindido por la ruptura del enlace débil de S – S, exponiendo una gran porción de la cara hidrofóbica de azufre, que interactúa con el agua solo a través de las fuerzas de dispersión. Sin embargo, la distribución de elementos en la superficie de calcopirita concuerda con su fórmula química.
Los iones cuproso/cobre y férricos se conocen como hidrofílicos, lo que da como resultado una menor hidrofobicidad de las superficies de calcopirita.
Debido a la gran diferencia entre estos dos minerales, la molibdenita se puede recuperar de un mineral de molibdenita que contiene cobre mediante la eliminación del 99% del cobre.
Se sabe que los colectores de minerales de sulfuro comunes, como los xantatos y los tiofosfatos, se adsorben a la molibdenita, pero no son necesariamente efectivos para la flotación de molibdenita. En la flotación de molibdenita, el colector generalmente utilizado es aceite no polar obtenido del petróleo, como el queroseno y el gasóleo. De esto, se puede concluir que la molibdenita debe tener diferentes propiedades de superficie con otros minerales de sulfuro. Por lo tanto, la selección del colector puede proporcionar una forma auxiliar de separar la molibdenita de la calcopirita.
Como la molibdenita tiene una mejor flotabilidad inherente, la mayoría de las plantas de beneficio prefieren flotar la molibdenita y rechazar la calcopirita a los relaves. Muchas operaciones de tratamiento mineral han prestado atención a los depresores de las calcopiritas, como el reductor (por ejemplo, sulfuro de sodio, hidrosulfuro de sodio, Nokes y cianuro de
sodio), el oxidante (por ejemplo, permanganato de potasio y dicromato de potasio), y algunos depresores orgánicos (por ejemplo, Quitosán y ácido tioglicólico). Se ha demostrado que el reductor desorbe al colector de la superficie mineral en una condición reducida o incluso que forma especies hidrofílicos. El oxidante generalmente oxida la superficie del mineral y hace que sea hidrofílicos. Estos depresores orgánicos se declaran hidrofílicos y cubren la superficie mineral para evitar la adsorción de los colectores.
Aunque estos reactivos tienen una depresión universal a los minerales de sulfuro, la molibdenita y la calcopirita se pueden separar con éxito debido a sus diferentes propiedades superficiales, que determinan la sensibilidad de los minerales al depresor.
Flotación de burbujas mineralizadas y el uso del tubo Hallimond
La literatura de flotación de espuma marca estos dos procesos de captura de partículas como el proceso de formación de burbujas y el proceso de burbuja naciente de la precipitación del aire. La captura de la burbuja, la flotación en curso, predominarán cuando se utilizan colectores oleosos para concentrar minerales no metálicos o minerales metálicos no sulfurosos, cuando los colectores que contienen átomos de azufre con doble enlace se utilizan con minerales sulfurosos metálicos que no forman ditiolatos en la superficie mineral, sino que están ionizados. y formar sales metálicas. El mecanismo de captura de burbujas ocurre principalmente con minerales en los que la relación de concentración es menor a 5:1, y la selectividad se obtiene generalmente empleando depresores específicos en lugar de hacer ajustes de colector.
En estos casos, la eficiencia de flotación de diferentes reactivos se puede medir mediante pruebas simples como los experimentos con tubos de Hallimond, aunque incluso con estos minerales simples, uno dudaría en extrapolar los resultados de la selectividad de las pruebas de flotación de tubos de Hallimond (que normalmente se llevan a cabo utilizando solo un colector) a una flotación industrial específica, ya que el concentrado obtenido depende principalmente de la velocidad de flotación. Como es sabido, la cinética de flotación depende más del espumante empleado, en lugar del colector.
Con los colectores oleosos, las mediciones del ángulo de contacto y la fuerza de adhesión calculada correspondiente entre una burbuja y una partícula mineral, pueden ser una guía de la capacidad de carga mineral de una burbuja, al menos cuando se trata de pulpas muy diluidas; pero en condiciones normales de flotación industrial, donde las pulpas contienen al menos 30% de sólidos, la reología del fluido interburbuja es la propiedad que fija la capacidad de transporte de minerales de la espuma, no la resistencia de la partícula a la burbuja, aunque El valor diferencial de esta fuerza para dos o más minerales y la ganga puede ayudar a predecir la sensibilidad de un reactivo.
El tubo de Hallimond ha sido muy popular en los laboratorios de investigación porque elimina el costo de analizar la cabeza, los relaves y el concentrado. La necesidad de ensayar se evita al estudiar minerales
artificiales hechos mezclando minerales puros. El sistema más común ha sido en una mezcla de galena y arena (o cuarzo puro). Para realizar un experimento de flotación en un tubo Hallimond, se coloca una pulpa muy diluida (generalmente alrededor del 1% de sólidos) en la unidad generadora de burbujas, que es el tamaño de un tubo de ensayo. El tubo tiene un brazo lateral soldado a la región superior; Para operar, la unidad se inclina hasta que el líquido está nivelado con el brazo lateral, y el aire se conecta al dispositivo generador de burbujas (generalmente una frita de vidrio).
El concentrado se desborda en el brazo lateral, se recoge durante un tiempo fijo y se pesa. Como un espumante normalmente secuestra colectores e interfiere con el funcionamiento de los tubos Hallimond, generalmente se omiten. Por lo tanto, tenemos el anacronismo de que un dispositivo sin una espuma controlable se utiliza para simular la flotación por espumas.
Debido a que la flotación de tubos de Hallimond no requiere el uso de un espumante, el efecto de las espumas en el rendimiento de la flotación también tiende a ignorarse en los artículos que informan sobre investigaciones fundamentales. Además, muchos de estos artículos solo informan la concentración del colector en la fase de agua. No incluye la densidad de la pulpa. Por lo tanto, es importante traducir la dosis de reactivo publicada que se muestra en las curvas de recuperación en términos de la planta (gramos o libras por tonelada de mineral seco), utilizando una mejor
estimación de la densidad de la pulpa (¿1 - 30%?) Si no se especifica, al evaluar si La información reportada tiene alguna posibilidad de ser pertinente a los problemas de la planta. La dosis típica de flotación del mineral de sulfuro de los colectores utilizados industrialmente es de aproximadamente 0.02 a 0.2 libras por tonelada corta de mineral, o de 10 a 100 g por tonelada métrica de mineral. Estos rangos se traducen en aproximadamente 5 mg/l a 50 mg/l o 0.029 a 0.29 mol/litro de la fase de agua, para los pesos moleculares de los xantatos típicos estudiados.
El concepto de tecnología limpia en minería (GREEN MINING)
El concepto de tecnología limpia en minería (GREEN MINING) de Finlandia se desarrolló en 2011 como una herramienta importante para convertir a Finlandia en el precursor de la minería sostenible. Este concepto se basa en cinco pilares (ver figura).
Promoción de materiales y eficiencia energética.
La tecnología limpia en minería promueve materiales y eficiencia energética, lo que reduce la huella ambiental de los ciclos de vida de los productos a base de minerales. Se deben desarrollar métodos que ahorren energía, materiales de minería y el enriquecimiento de minerales.
El propósito de estas nuevas soluciones es permitir la recuperación de todos los minerales, subproductos útiles y minimizar la cantidad de desechos. Se están desarrollando soluciones para reducir el consumo de agua y energía. Para lograr un resultado que sea el mejor para toda la operación minera, debe haber una forma confiable de medir el material, la eficiencia energética y la huella ambiental durante el ciclo de vida.
La vida útil de muchos productos a base de minerales es larga y los productos son reciclables en la mayoría de las aplicaciones. Por lo tanto, una vez producidos los metales y minerales permanecen disponibles para las generaciones futuras; las sociedades sostenibles crearán mecanismos efectivos para reciclar y reducir la creciente necesidad de recursos primarios.
Asegurar la disponibilidad de recursos minerales para el futuro
Las materias primas como minerales se distribuyen de manera desigual en la Tierra y se concentran en pequeños volúmenes de la corteza a través de
distintos procesos geológicos. Los depósitos minerales como tales no son renovables y las reservas de mineral en las minas de metal existentes son finitas. El aumento continuo de la demanda de recursos minerales agotará la mayoría de las minas existentes en las próximas décadas, aunque muchas minas tendrán una vida útil mucho más larga de lo que se puede estimar de acuerdo con las reservas actuales del mineral.
Green Mining tiene como objetivo garantizar la disponibilidad de recursos minerales para el futuro. El desarrollo sostenible requiere que nuestro uso actual de los recursos minerales no ponga en peligro la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus necesidades. Con el fin de garantizar la disponibilidad de recursos minerales para necesidades futuras y cumplir con la llamada "deuda mineral", debemos continuar con el mapeo e investigación geocientíficos e invertir en la exploración de minerales.
El desarrollo de técnicas de exploración, extracción y procesamiento también es necesario para poder descubrir utilizando nuevos tipos de depósitos.
Las encuestas de exploración de minerales económicos deben realizarse de manera tal que sus impactos en el medio ambiente y las sociedades circundantes sigan siendo mínimos. El juicio de la sociedad de los propósitos de uso de la tierra en contraste y una decisión sobre el posible desarrollo de la mina no se puede tomar de manera equilibrada sin un
conocimiento detallado de las reservas en un área o la viabilidad del depósito mineral.
Minimizar los impactos ambientales y sociales adversos.
Las operaciones mineras siempre impactan en el ambiente natural, la economía y la estructura social de la región. El objetivo de Green Mining es minimizar los impactos ambientales y sociales adversos en todas las etapas de las operaciones.
Al mismo tiempo, las operaciones se esfuerzan por maximizar los beneficios sociales y locales.
Minimizar los impactos ambientales adversos requiere el desarrollo de mejores métodos de control y medición que tengan en cuenta las características especiales de las operaciones mineras y las condiciones naturales locales.
Maximizar los impactos sociales, económicos y culturales de manera sostenible; requiere investigación, comunicación y métodos que permitan una participación amplia de la comunidad.
La participación es especialmente importante a nivel regional, ya que permite que la responsabilidad social corporativa de las minas se ejecute de la mejor manera posible.
Una pregunta importante se refiere a la distribución de los beneficios. Green Mining tiene como objetivo la justa distribución de beneficios. Todas las partes interesadas deben beneficiarse de la minería, y la industria debe crear un impacto positivo a largo plazo en el desarrollo regional.
Mejora de las prácticas laborales y organizativas.
La minería se lleva a cabo en condiciones difíciles, a menudo subterráneas, empleando maquinaria pesada, una variedad de productos químicos y explosivos, lo que siempre implica riesgos potenciales para la seguridad. El trabajo debe organizarse de tal manera que sea seguro y significativo para los empleados. Esto se puede lograr automatizando los procesos haciéndolos más eficientes, así como desarrollando nuevas prácticas y métodos de trabajo en cooperación con todo el personal. La necesidad de normas, prácticas estrictas de salud y seguridad es evidente, así como la educación que apunta a una buena cultura de trabajo. La seguridad ocupacional que apunta a cero accidentes es un punto de partida importante en todo desarrollo. Las operaciones también deben ser seguras para los residentes locales y el medio ambiente. El aumento de la automatización y el desarrollo de tecnologías ayuda a reducir la necesidad de contar con mano de obra y mejorará la seguridad. La organización
minera se volverá más liviana; la mayoría de las operaciones se ejecutarán en minas y plantas de enriquecimiento mediante control remoto.
Asegurar el uso sostenible de la tierra después del cierre de la mina.
El tiempo de operación para minas individuales puede ser de más de cien años, pero siempre es limitado. Después de esto, las áreas mineras deben restaurarse para hacerlas seguras y permitir otros tipos de uso de la tierra.
La planificación de la finalización controlada de las operaciones mineras y las medidas adecuadas para lograr esto se inician mucho antes del inicio de las operaciones mineras; se desarrollan a lo largo del ciclo de vida del proyecto con la amplia participación de los residentes locales y otras partes interesadas.
El cierre de una mina también requiere métodos técnicos, científicos, funcionales y probados, de modo que las canteras, así como las áreas de desechos y otras infraestructuras puedan restaurarse de una manera que permita un uso más sostenible del área según los planes. Los costos de la recuperación se deben tener en cuenta con respecto al costo del producto y los fondos para lograr la recuperación deben ser reservados.
3.2. ANÁLISIS DEL PROCESO PROPUESTO
Nuestro país basa su crecimiento económico en la explotación de los recursos naturales, lo que lo hace vulnerable a los impactos del cambio
climático (CEPAL, 2010). El desarrollo económico e industrial ha traído consecuencias ambientales y sociales para las comunidades que habitan cerca de los sitios de operación industrial (Subramanian y Kawachi, 2004).
Un caso de interés es la industria de procesamiento de minerales, particularmente la industria de minerales de cobre.
Actualmente, tanto los óxidos de cobre como los minerales de sulfuro están siendo explotados en el sur de nuestro país, pero los minerales de sulfuro predominan sobre los óxidos (Bulatovic, 2007; Cochilco, 2012). La calcopirita (CuFeS2) es el principal mineral de sulfuro de cobre en estos minerales, que también contiene cantidades variables de pirita no valiosa y no deseada (FeS2) (Bulatovic, 2007). Otra especie mineral asociada con los minerales de sulfuro de cobre es la molibdenita (MoS2), que tiene un alto valor comercial. A escala industrial, los minerales de sulfuro de cobre se concentran mediante procesos de flotación por espuma (Ata, 2012;
Farrokhpay, 2011; Rahman et al., 2013).
Según las estadísticas de nuestro vecino país, Chile, la Comisión Chilena de Cobre (Cochilco, 2013), en el año 2012 la industria chilena del cobre tenía una capacidad de manejo anual para concentrar alrededor de 450 millones de toneladas de mineral de sulfuro de cobre por flotación y por espuma que produjo 3,7 millones de toneladas de cobre fino. Se espera que en 2021 la producción de cobre fino alcance los 6.8 millones de toneladas, con una capacidad instalada proyectada para procesar 1200
millones de toneladas de mineral sulfuro de cobre. Esta enorme capacidad de procesamiento de mineral podría potencialmente causar impactos ambientales continuos, a lo largo de la liberación de enormes depósitos de residuos sólidos como instalaciones de almacenamiento de relaves, pilas estériles y pilas de lixiviación, entre otros. Según la evaluación del ciclo del cobre, todos los pasos del procesamiento de minerales son muy intensivos en energía y generan materiales de desecho peligrosos (McLellan y Corder, 2012; Memary et al., 2012; Moors et al., 2005).
Hoy en día se requieren diferentes reactivos químicos para concentrar minerales de sulfuro de cobre por flotación. Estos químicos incluyen colectores, depresores, activadores, modificadores y espumantes;
utilizados para separar los minerales valiosos que contienen cobre de los minerales de ganga. Sus propiedades permiten el control de la humectabilidad de las superficies sólidas, la electroquímica de la solución, la dispersión y agregación de partículas sólidas y también la generación de estabilidad de la espuma (Hadler et al., 2005; Herrera-Urbina, 2003). Por otro lado, muchos de estos químicos son costosos, y algunos han sido clasificados como materiales peligrosos porque pueden afectar tanto al medio ambiente como la salud de los seres humanos, la flora y fauna.Si se administran y eliminan de manera inadecuada (Ralston, 2002; Thomas, 2010). Dado que la producción de cobre ha aumentado últimamente como una fuerza económica impulsora para lograr el desarrollo, el sector de la minería de cobre se encuentra en un punto de inflexión para lograr el
equilibrio entre el desarrollo y la producción sostenible, evitando así niveles crecientes de descargas de contaminantes hacia el medio ambiente.
Por lo tanto, la industria minera necesita nuevos reactivos respetuosos con el medio ambiente para la flotación de espuma y para utilizar nuevas estrategias, así como conceptos derivados de la ecología industrial, la producción más limpia, la química ecológica y la ingeniería sostenible.
Una nueva y novedosa forma de revalorización de biosólidos se describe en la literatura (Reyes-Bozo et al. 2011a, b, c), donde el uso potencial de biosólidos y sustancias húmicas, ambos compuestos respetuosos con el medio ambiente, como reactivos de flotación de espuma para la concentración de cobre. Los minerales de sulfuro han sido documentados.
La composición química típica de los biosólidos estabilizados es muy diversa y varía según la región geográfica, los hábitos de consumo de la población, el grado de industrialización de las ciudades, así como el tipo de proceso aplicado por la planta de tratamiento de aguas residuales (Peppas et al., 2000).
A pesar de esto, como se cita en la literatura especializada (Baham y Sposito, 1982; Eskicioglu et al., 2006; Parnaudeau y Dignac, 2007; Ras et al., 2008; Reyes-Bozo et al., 2011a), los componentes principales de los biosólidos son polisacáridos (azúcares), proteínas (aminoácidos) pero en menor medida, sustancias húmicas (ácidos fúlvico y ácidos nucleicos). Los
principales grupos funcionales presentes en los ácidos húmicos son ácidos carboxílicos, alcohol, carbonilo, fosfatos, sulfatos, amidas y sulfuros, estos son capaces de interactuar con especies metálicas en solución (Baek y Yang, 2005).
En Chile, la disposición final de los biosólidos se limita a los rellenos sanitarios y los monofills (SISS, 2010); sin embargo, bajo la regulación local es factible utilizar biosólidos en operaciones mineras (Minsegpres, 2009).
Esta opción es considerada como la disposición final. Por lo tanto, el uso de biosólidos en la fitoestabilización de relaves y el nuevo uso descrito en nuestro manuscrito (uso de biosólidos en procesos de flotación de espuma) son factibles también en nuestro país.
Según las estadísticas y pronósticos de la Superintendencia de Servicios Sanitarios (Superintendencia de Servicios Sanitarios de Chile), los generadores de biosólidos están ubicados principalmente en las regiones central y sur de Chile (SISS, 2010). En la zona central de Chile (Región Metropolitana y regiones V y VIII), que es el productor más importante, se producen 220.000 ton / año. Luego, los biosólidos se generarán inevitablemente y estos desechos se eliminarán de manera segura.
El objetivo de esta investigación fue evaluar la posibilidad de utilizar los desechos sólidos generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales como nuevos agentes de flotación de espuma ecológica. En
particular, los biosólidos y sus componentes principales se probaron en tubos Hallimond modificados como colectores factibles para calcopirita, pirita y molibdenita, así como el uso de ácidos húmicos como colector principal para la flotación de minerales de sulfuro de cobre.
4 CAPITULO IV
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN
Esta tesis se concibe desde el planteamiento del problema, que surge desde la necesidad de buscar reactivos más amigables con el medio ambiente, a continuación, se realiza una indagación teórica y se analiza para más adelante proponer los objetivos, la justificación, así como las hipótesis respectivas, de éstas últimas deducimos las variables, tanto independientes como las dependientes. Estas se operan experimentalmente, una vez ejecutada dichos experimentos, los datos obtenidos son tratados y discutidos, con la finalidad de demostrar las hipótesis planteadas.
4.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN
Materiales
Las muestras utilizadas para el desarrollo experimental son obtenidas del Departamento de Metalurgia de la Unidad Toromocho, ubicado en el distrito de Morococha, provincia de Yauli, Región Junín. Los biosólidos
son obtenidos de la planta de tratamiento de aguas residuales de Carapongo (SEDAPAL – Lima Este).
Los reactivos a emplear son:
* Ácido húmico
* Promotor Aero 6697
* KNO3
* NaOH
* HCl
* Agua Destilada
Equipos
Las pruebas de flotación se llevarán a cabo en un tubo de Hallimond modificado, celda de flotación de laboratorio de 2 L Wenco, equipo de espectrometría de absorción atómica Perkin Elmer.
Método
Antes de llevar a cabo los experimentos de flotación, las muestras son preparadas, trituradas, molidas y tamizadas de acuerdo a la planificación realizada anteriormente. Luego las fracciones especificadas de mineral son preparadas en forma de una suspensión con el ajuste de pH determinado, luego son transferidas a los tubos de Hallimond para realizar las pruebas de flotabilidad.
En cada prueba planificada previamente se especifican los niveles de las variables. Los datos obtenidos son procesado, presentados y discutidos.
4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Muestras de calcopirita, pirita y molibdenita.
Las muestras de calcopirita, pirita y molibdenita se obtuvieron del Departamento de Geología de la Unidad Minera materia de este estudio.
Las muestras de calcopirita y pirita se trituraron en un aparato Molinillo Microfino Básico IKA MF 10. Luego se tamizaron durante 6 minutos en un Rotap (W.S. Tyler número de modelo RX-29-10) para obtener fracciones de tamaño de 125–150 µm (-100 + 120 mallas) para pruebas de microflotación en un tubo Hallimond modificado.
Los análisis mineralógicos de estas muestras indican que la muestra de calcopirita contiene 65.4% de calcopirita, 13.4% de pirita, 9.9% de magnetita y 10.2% de minerales de ganga no metálicos. Se encontró que la pureza de la muestra de pirita era del 95.8%, con contenidos menores de calcopirita (0.5%) y ganga no metálica (3.2%). La pureza de la muestra de molibdenita fue del 98.7%, con contenidos menores de calcopirita (0.6%) y ganga no metálica (0.7%). También se realizaron análisis químicos elementales para cada una de estas muestras de minerales. Una porción de la muestra fue digerida a través de microondas utilizando el método Rock High Sulfide; una vez que se completó la digestión, se centrifugó y se envió a un espectrómetro de absorción atómica (ICP-MS, Perkin Elmer
ELAN 6100) para su análisis. Se usó una llama de óxido nitroso / acetileno como oxidante para la cuantificación del molibdeno. Se usó el método de combustión de Dumas para cuantificar los contenidos de azufre.
La composición química elemental de las muestras de calcopirita, molibdenita y pirita se presenta en la Tabla 1.
Muestra de biosolidos
Los biosólidos utilizados en este estudio se obtuvieron de una planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Lima. La eliminación biológica de la carga orgánica se realizó mediante el uso de tecnología de lodos activados. Las muestras se molieron previamente con morteros, se homogeneizaron y se tamizaron a una fracción menor de 1 mm. Las muestras de biosólidos fueron analizadas física y químicamente en laboratorios certificados (Análisis Ambientales y Laboratorio de Suelos y Análisis Foliar, PUCV). Se encontró que los biosólidos, cuyas suspensiones acuosas (relación sólida: agua 1: 2.5) tienen un pH de 7.8 y una conductividad eléctrica de 7.2 mS / cm, contienen un 66.5% de materia orgánica. El contenido total (en mg / kg) de Cu, Fe, Mo y P fue de 280.8;
5652.2; 2.6 y 13148.3, respectivamente. Todo el contenido de metal se determinó mediante espectrofotometría de absorción atómica con un aparato Perkin Elmer Analyst 300. El contenido de sustancias húmicas, cuantificado por el método estándar (Sadzawka et al., 2006), fue de 10.6%
de ácido fúlvico, 2.5% de ácidos húmicos y 27.8% de huminas.
Pruebas de microflotación en un tubo Hallimond modificado
La evaluación de la capacidad de recolección de los biosólidos y sus componentes principales se realizó con un tubo Hallimond modificado. Se utilizó una sal comercial de ácido húmico (Aldrich) como representante de sustancias húmicas presentes en los biosólidos. Según (Pandey et al.
1999), este ácido húmico tiene una composición característica de 44.67%
de carbono orgánico, 5.87% de hidrógeno, 4.88% de nitrógeno total, 43.9%
de oxígeno y 0.58% de cenizas con una acidez total de 12.3 mol / kg. La concentración de grupos funcionales tales como -COOH y fenol (–OH) es 4.1 y 8.2 mol / kg, respectivamente. A-D-glucosa y albúmina de suero bovino (ambos de Aldrich) se utilizaron como representantes de los azúcares y proteínas contenidos en los biosólidos.
Tabla 1
Composición química elemental de muestras de calcopirita, pirita y molibdenita.
Muestra Composición química (%) Valor
Calcopirita Cobre total 21.5
Hierro total 30.2
Azufre total 26.2
Molibdeno total 0.01
Pirita Cobre total 0.2
Hierro total 46.8
Azufre total 47.5
Molibdeno total 0.01
Molibdenita Cobre total 0.2
Hierro total 0.6
Azufre total 61.4
Molibdeno total 37.7
El colector industrial, Aero 6697 promotor (Cytec), se utilizó para la comparación. Este colector, un monotiofosfato de alquilo, es un reactivo químico utilizado en diversas operaciones de concentraciones de mineral de sulfuro en todo el mundo. Su peso específico es 1.14 (a 20 ° C), pH> 13, viscosidad de 15–35 (cps a 20 ° C), infinitamente soluble en agua. Cytec informa que una dosis común de 5 a 100 g / t de Aero 6697 que se usa para concentrar cobre y metales preciosos (Thomas, 2010). No se usó reactivo colector en los controles negativos.
Todas las suspensiones minerales se prepararon con 0.5 g de sólidos en 130 ml de solución acuosa de KNO3 1.0 mM. Estas suspensiones, cuyo pH se ajustó mediante la adición de pequeñas alícuotas de NaOH 0.1 M o HCl para alcanzar valores de 4.0, 5.5, 7.0, 8.5 y 10.0, se agitaron con un agitador magnético a 150 rpm. Luego, la suspensión se acondicionó durante cinco minutos antes de agregar los biosólidos o reactivos químicos que se analizarían como colectores a una concentración de 50 g/t. Las suspensiones minerales se acondicionaron durante otros 5 minutos en presencia del colector.
Al final del período de acondicionamiento general, el pH se midió nuevamente y este valor se informa como pH final. La suspensión mineral se transfirió luego al tubo Hallimond donde el material se dejó flotar durante dos minutos con un caudal de aire de 150 ml/min. Las fracciones flotadas y no flotadas se recuperaron, se filtraron y se secaron a 40°C. Finalmente,
