NaSH EN LA OPTIMIZACIÓN DE LA FLOTACIÓN DE COBRE CONCENTRADORA CUAJONE

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NaSH EN LA OPTIMIZACIÓN DE LA FLOTACIÓN DE COBRE

CONCENTRADORA CUAJONE

J. Dávila

,

R. Llerena

,

N. Benavides

,

C. Curo

Southern Perú Copper Corp.

[email protected],

[email protected],

[email protected]

,

[email protected]

RESUMEN

Desde inicios del año 2011, el tipo de roca que llegó a la Planta Concentradora de Cuajone llego con altos contenidos de Andesita Basáltica, Andesita Intrusiva (%IA+%BA) y minerales oxidados superficialmente.

Este tipo de mineral repercutió en la baja recuperación de Cu, bajo tonelaje de tratamiento, altos consumos de espumante y cal. Además problemas operativos en la flotación, baja estabilidad en zona de espumación en la etapa de flotación primaria (Rougher).

Para poder mejorar la recuperación de cobre, se consideró la sulfidización, que consiste en la adición de reactivos que aportan iones S2- y SH-. El rol de estos iones es modificar completamente la naturaleza físico-química de su estructura superficial, permitiendo la adsorción de colectores en ella, y su posterior flotación. En nuestro caso se usa el sulfhidrato de sodio (NaSH) como un agente para activar las especies alteradas en la flotación de sulfuros de cobre, andesitas y oxidados superficialmente.

La Planta Concentradora Cuajone, inició su período de pruebas en el 2011. Al no existir antecedentes técnicos en la industria de las condiciones, dosificación y los puntos de adición óptimos del NaSH, se fue experimentando su dosificación y concentración en los diferentes lugares de la flotación. Y es que a partir de Setiembre 2011, se determinó que la dosificación (al 15% de concentración) en la cabeza de la

flotación primaria (rougher) y a un pH 10, se obtuvo estabilidad en la flotación, disminución en el consumo de espumante y lechada de cal y mejoras en la recuperación de cobre.

La recuperación en cobre promedio mejoró 2.3%, disminuyó el consumo de cal en 21% y 28% en espumante. Se estabilizó la flotación.

SUMMARY

Since early 2011, the type of rock that came to the Cuajone Concentrator Plant had high contents of basaltic andesite, andesite Intrusive (% IA +% BA) and surface oxide ore.

This type of mineral affected the low recovery of Cu, low tonnage of treatment, and high consumption of sparkling lime. In addition to operating flotation problems, low stability in the area of foaming Rougher flotation stage.

To improve the recovery of copper, sulphidation was considered, which involves the addition of reagents to provide ion-S2 and-SH. The role of these ions is to modify completely the physicochemical nature of its surface structure, allowing the adsorption of collectors on it, and its subsequent flotation. In our case we use the sodium hydrosulphide (NaSH) as an agent to enable the affected species in the flotation of copper sulphides, andesites and oxidized surface.

Cuajone Concentrator Plant started its trial period in 2011. With no technical background in the industry on the conditions, dosages and addition

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points of NaSH, it was experimented in different parts of the flotation. And, from September 2011, it was determined that the dosage of 15% concentration in the head Rougher flotation at pH 10, improved copper recovery, reducing the consumption of frother and milk of lime, is also achievement stabilize flotation.

The average copper recovery improved 2.3%, consumption of Cal and frother declined by 21% and 28% respectively.

INTRODUCCIÓN

La flotación es un proceso físico-químico que permite la separación de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno. En la metalurgia del cobre, los minerales sulfurados han sido extensamente estudiados y se tienen diferentes procesos probados. Sin embargo en las operaciones mineras, a medida que se va explotando los recursos, el tipo de roca va cambiando, presentándose alteraciones mineralógicas, como minerales oxidados superficialmente, Andesita Basáltica, Andesita Intrusiva, generando problemas metalúrgicos.

En flotación de minerales oxidados de cobre Malaquita CuO3Cu(OH)2 ,azurita 2CuCO3Cu(OH)2,

crisocola CuSiO3.nH2O y cuprita Cu2O, que tienen

una oxidación profunda, el procedimiento más ampli amente usado es la sulfurización de sus superficies (Azañero, 2002); después de este tratamiento, colectores tipo xantatos: amil, isopropil, isobutil, pueden emplearse satisfactoriamente. El objetivo principal del proceso de sulfurización es convertir la superficie de los minerales oxidados en sulfuros, dando como resultado una superficie menos hidrofílica, mediante la adsorción química del ión sulfuro.

Las reacciones de sulfurización comúnmente se llevan a cabo en medio alcalino, donde la especie predominante es el ión bisulfuro (HS-), puesto que en soluciones alcalinas, las superficies de los minerales presentan un alto grado de hidratación.

Se usa el sulfhidrato de sodio (NaSH) como un agente para activar las especies alteradas en la flotación de sulfuros de cobre. Existen antecedentes técnicos en la industria de que las condiciones, dosis de adición y los puntos de adición óptimos del sulfhidrato de sodio varían según la especie mineralógica, la roca madre, las alteraciones y la mineralización, del mineral a

procesar. Se busca mejorar la recuperación de las especies alteradas de cobre para minerales pórfidos y andesitas (Bosse, 2009).

Los resultados del presente trabajo desarrollado en la planta concentradora Cuajone han demostrado que con la utilización de NaSH, se mejoró la recuperación de cobre, bajó el consumo de espumante y lechada de cal. Lo cual representa una alternativa de flotación para sulfuros con presencia superficial de óxidos y rocas andesitas.

QUÍMICA DEL PROCESO DE LA SULFURIZACIÓN

Los minerales oxidados de cobre son más difíciles de flotar que sus correspondientes sulfuros, esta dificultad está íntimamente asociada a la gran hidratación de carbonatos, sulfatos y silicatos, lo que a su vez, se debe a la interacción de las moléculas de agua con los sitios polares que se crean en las superficies de estos minerales durante su fractura; como resultado de la adsorción de moléculas de agua en la superficie se forman grupos hidroxilo, siendo la superficie mucho más hidrofílica comparada con la superficie de los sulfuros. Estas superficies hidrofílicas tienen una gran tendencia a reaccionar con las moléculas de agua y las burbujas de aire no se adhieren a estas superficies. Por otro lado la concentración de grupos hidroxilo en la superficie de minerales oxidados, favorecen el inicio y crecimiento de nuevas capas de moléculas de agua adsorbidas

Figura 1: Superficie hidrofílica después de haber sido hidratada estequiométricamente con agua.

Dávila, Página 3 de 8 Figura 2. Adsorción de moléculas de agua sobre

la superficie hidrolizada.

Estas capas de agua tienen un efecto significativo en la humectación físico-química de la superficie del sólido y en la naturaleza de la adsorción, creando condiciones desfavorables para la flotación, ya que la adsorción (interfase mineral / agua) de colectores para pasar de un estado hidrofílico a hidrofóbico es fundamental para que flote un mineral, en secuencia cambiar las condiciones de esta interface es muy importante y a veces difícil lograrlo en minerales oxidados.

Sulfidización

Se genera una película sulfurada sobre la superficie de las partículas mediante la aplicación de reactivos sulfidizantes, tales como Sulfhidrato de Sodio (NaHS), Sulfuro de Sodio (Na2S) o sulfuro de

amoníaco (NH4)2S, en un medio reductor. El

enmascaramiento de las partículas hace que se comporten como mineral sulfurado, para efectos de ser flotados, utilizando colectores y espumantes habituales para sulfuros de cobre, esto permite tratar con mayor efectividad minerales oxidados de cobre, mediante flotación convencional. En la práctica industrial se realiza para especies mineralógicas tales como: malaquita, azurita, brochantita, atacamita y cuprita.

La adición de NaHS a una pulpa de flotación alcalina conduce a las reacciones siguientes:

NaHS + H2O = Na + + OH- + H2S (1) (1) H2S = HS + H+ (2) HS- = H+ + S-2 (3) Con log (HS-)/(H2S) = -7.0 + pH (4) log(S-2)/(H2S) = -13.9 + pH (5)

Como resultado de la hidrólisis y disociación del NaHS, aparecen los iones OH-, HS- y S-2 en la pulpa donde ellos reaccionan con la superficie del mineral, los iones HS- y S-2 son los más activos. La disociación del H2S ocurre entre pH 7.0 y 13.9

con una predominante formación de iones HS

-La sulfidización superficial de la malaquita y atacamita puede ser descrita por las siguientes reacciones:

xCuCO3 * yCu(OH)2 + 2OH

= (x-1)CuCO3*

yCu(OH)2 * Cu(OH)2 + CO3 -2

(6)

(x-1)CuCO3 * yCu(OH)2 * Cu(OH)2 + HS- =

(x-1)CuCO3 * yCu(OH)2 *CuS + OH

+ H2O (7)

Efecto Reductor del Sulfuro de Sodio.

NaHS añadido en forma constante tiene los siguientes efectos:

Permite precipitar iones disueltos en solución, los cuales se desplazan como coloides y forman parte de los relaves, inhibe la oxidación de los sulfuros secundarios de cobre; la formación de una capa de sulfuro de cobre que permite activar las superficies de los minerales de cobre, (reduce el carácter hidrofílico de la capa externa de un mineral oxidado).

La adición de este reactivo da lugar al bisulfuro, HS-, como la especie predominante en el rango de pH de 8 a 11. Este compuesto tiende a oxidarse rápidamente en pulpas oxigenadas, en donde diversos minerales ejercen acción catalítica para esa oxidación. Una buena práctica operativa en la adición del reactivo parece ser la de establecer un período de sulfidización a potencial controlado (-500 a -600 mV electrodo Pt –SCE), seguido de la flotación. Una adición excesiva o deficitaria del reactivo puede ser contraproducente para el proceso. El control automático del pH y potencial de pulpa es recomendable para esta operación, (Malghan, 1986)

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Figura. 3. Diagrama Eh–pH para cobre agua sistema con 1 M a 25 °C y P=1 bar.

La figura 3 (Cetin Kantar, 2002), nos muestra que el sulfuro secundario calcocina Cu2S es estable

a bajos potenciales, desde -500 mV hasta -700 mV para un rango de pH de 8 a 10.

Figura. 4. Diagrama Eh–pH para sistema agua azufre con especies disueltas 1 M a 25 °C y P=1 bar (incluyendo aniones azufre oxido).

La figura 4 (Cetin Kantar, 2002), nos muestra que el ion bisulfito HS- es estable a mili voltajes -50 mV y pH mayores a 7.

RESULTADOS EN PLANTA CONCENTRADORA Y DISCUSIÓN

Descripción sistema de flotación y remolienda.

Para la flotación Primaria (rougher) la pulpa proveniente de los 11 molinos, que ya tiene los reactivos de flotación pasa por cuatro bombas de 18” x 14” de 600 HP, a cuatro baterías de 10 ciclones D-20 cada una, para hacer la separación de gruesos y finos con una distribución de carga de 56% para las arenas (gruesos) y 44% para las lamas (finos), con un corte en la malla 100.

Las arenas (U/F de los ciclones) a 70% de sólidos es colectada y diluida a 40% para alimentar a tres filas de celdas OK-100 TC (3500 ft3) y OK-160 TC (5600 ft3), y el rebose de los ciclones es colectado en un cajón distribuidor (launder) de donde se reparte a las tres filas de celdas OK-100 (18 celdas) de flotación de lamas con 20% de sólidos.

Los concentrados primarios (concentrados rougher) pasan a alimentar a la flotación de limpieza y la cola primaria (cola rougher) discurre por el canal de relaves hacia los espesadores de recuperación de agua

En la flotación Limpieza – Desbaste (cleaner – scavenger) el concentrado primario (rougher) tanto arenas como lamas es enviado al cajón de transferencia de donde se distribuye la alimentación a las remoliendas Sur y Norte. Cada sección de remolienda cuenta con 2 molinos Allis Chalmers de 10.5’ x 17’ de 800 HP cada uno y se completa el circuito inverso empleando una bomba Denver de 16” x 14 de 300 HP y una batería de 12 ciclones Krebs de 10” por sección, adicional en remolienda sur cuenta con un molino Vertical de 800 HP. El concentrado primario (rougher) es molido a 80% pasante acumulado (passing) malla 325. Después de la clasificación en los ciclones, el rebose es diferido al cajón distribuidor de la limpieza (cleaner) por dos bombas (Sur y Norte) Denver de 16” x 14” de 250 HP. El cajón distribuidor entrega la alimentación a la flotación de limpieza (cleaner) conformada por 8 celdas columnas de 10'’ x 44'’de 3300 pies3. El concentrado Bulk Cobre Moly de las celdas columna es el producto final que va por gravedad al espesador de Cobre-Moly (160 pies de Diámetro). Sus colas son transferidas al cajón de alimentación de desbaste (scavenger) por 4 bombas de 12” x 10” de 125 HP, de donde el flujo se reparte a 5 celdas Wemco de 60 m3 de (Sección

Dávila, Página 5 de 8 Norte) y 6 celdas Door Oliver de 1350 pies3(sección

sur). Los concentrados de la flotación de desbaste (scavenger) son derivados por dos bombas Denver de 16” x 14” de 200 HP al cajón del vertimill Svedala de 800 HP que trabaja en circuito inverso con una bomba de 16” x 14” de 150 HP y a las celdas columna para su limpieza final.

Sulfidización flotación primaria.

A raíz de la disminución de la recuperación de cobre, alto consumo de espumantes y cal, se inició en planta concentradora de Cuajone la dosificación de NaSH en la flotación, con el objetivo de sulfidizar el mineral alterado para incrementar la recuperación de cobre.

Tabla 1. Parámetros de operación del Sulfuro de Sodio por 7 meses.

En los primeros meses de la sulfidización se incrementó la dosificación de colectores, a medida que se iba conociendo el comportamiento del reactivo, se fue bajando progresivamente los colectores primario, secundario, espumante, cal y NaSH.

Se determinó el óptimo comportamiento del NaSH, a una concentración del 15% en la alimentación a la flotación primaria (rougher).

Para el periodo de evaluación se consideraron 14 meses, los primeros 7 meses se operó la flotación sin NaSH; los siguientes 7 meses, con NasH.

Un parámetro importante que se estableció fue el control del mili voltaje (-mv) en la pulpa del mineral, el mismo que fue controlado con la dosificación del NaSH en un rango de -50 a -500 mv (con referencia al electrodo de hidrogeno), dependiendo del tipo de mineral. También se determinó una mejor estabilidad de la flotación a un pH de 10.

Tabla 2. Rangos de dosificación de reactivos con NaSH por 7 meses.

Cal Kg/TM 0.8 a 1.0

MX7015 g/t – Colector Primario 6.0 a 12.0

Z6 g/t – Colector Secundario 0.4 a 1.6

CC678C g/t – Espumante 10.0 a 25.0

NaSH g/t 10.0 a 30.0

Figura 5. Efecto de la sulfidización en la recuperación Cu.

En la figura 5, se observa que a partir de la sulfidización hay una tendencia de mejora de la recuperación cobre. Sin NaSH Con NaSH TMSD tons 78.521 79.909 WI Op 16,9 17,2 % + 1/2" Alim Mol. 7,16 7,99 %+M65 Alim. Mol. 89,8 90,1 % Malla + 65 O/F 21,4 23,8 % Cu 0,545 0,638 % CuO 0,030 0,026 % Fe 5,395 5,516 % Mo 0,011 0,014 IA+BA 81,4% 79,8% %Rec Cu 81,9 84,2 2,3 %Rec Mo 79,7 78,9 -0,8 Cal Kg/TM 1,24 0,98 -21% MX7015 g/t 8,9 9,5 7% Z6 g/t 1,3 1,0 -17% CC678C g/t 23,5 16,8 -28% NaSH g/t - 28,8 Reactivos Flotaciòn Datos de Planta Leyes Recup.

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Feb-11 0,023 71,8 83,0 Mar-11 0,020 79,6 81,6 Abr-11 0,028 78,3 82,7 May-11 0,032 84,2 81,4 Jun-11 0,040 88,2 79,7 Jul-11 0,037 83,4 80,9 Ago-11 0,027 83,9 84,2 Promedio 0,030 81,4 81,9 Sep-11 0,030 83,4 83,1 Oct-11 0,038 72,1 83,1 Nov-11 0,028 84,7 84,3 Dic-11 0,021 91,1 86,0 Ene-12 0,021 81,9 84,9 Feb-12 0,019 69,3 84,3 Mar-12 0,022 75,8 83,9 Promedio 0,026 79,8 84,2 Diferencia 2,3 C o n N A S H S in N A S H

Tabla 3. Recuperación de Cu después de la sulfidizaciòn.

De los resultados en la tabla 3, se observa que en periodos iguales de evaluación se logró una mejora en la recuperación de cobre en 2.3%

Figura 6. Recuperación Cu por efecto del NaSH

En la Figura 6 se observa claramente que la recuperación mejora debido a la adición de NaSH, en el periodo de Setiembre 2011 a Marzo 2012.

Tabla 4. Efecto de la sulfidización en la dosificación de reactivos.

La tabla 4 muestra que la utilización de NaSH contribuyó a bajar el consumo de cal de 1.24 a 0.98 Kg/TM y espumante de 23.5 a 16.8 gr/TM. El consumo promedio de NaSH está a razón de 28.8 gr/ton.

Figura 7. Efecto del NaSH en la reducción del espumante. Mes Cal Kg/TM CC678C g/t NaSH g/t Feb-11 0,683 15,6 Mar-11 1,313 16,4 Abr-11 1,312 21,2 May-11 1,383 23,0 Jun-11 1,657 26,8 Jul-11 1,269 31,6 Ago-11 1,036 29,6 Promedio 1,236 23,5 Sep-11 1,189 24,7 19,0 Oct-11 1,157 21,5 32,3 Nov-11 0,978 15,9 27,6 Dic-11 0,958 14,2 29,5 Ene-12 0,881 13,2 26,4 Feb-12 0,841 13,3 37,1 Mar-12 0,859 15,2 29,5 Promedio 0,980 16,8 28,8 Diferencia -21% -28% S in N A S H C o n N A S H

Dávila, Página 7 de 8 Figura 8. Efecto del NaSH en la reducción de la

cal.

Las figuras 7 y 8, muestran la reducción del consumo de espumante y cal, desde que se inició la dosificación del NaSH en la flotación de cobre.

Costo comparativo de tratamiento de mineral con NaSH.

A continuación se presenta una evaluación comparativa de los costos de procesamiento, considerando los 7 primeros meses sin NaSH versus los siguientes 7 meses con NaSH.

Tabla 5. Balance económico de reactivos (USD).

Cal CC678C NaSH Total Sin NaSH 4.253.854 1.335.318 - 5.589.172 Con NaSH 3.490.873 999.879 310.019 4.800.771 Ahorro Total (762.982) (335.439) 310.019 (788.401) Ahorro Mes (108.997) (47.920) 44.288 (112.629)

En los mismos periodos de evaluación, se calculó un ahorro en reactivos de USD 112 000 mensuales, debido a que el NaSH tiene un precio menor al espumante y cal.

CONCLUSIONES

1. Es factible a nivel industrial la sulfidización de minerales alterados.

2. La utilización del NaSH mejoró la recuperación de cobre en 2%.

3. Los sulfuros secundarios no se oxidan a bajos potenciales, lo cual contribuye con la recuperación.

4. Se disminuyó el consumo de espumante en 28% y cal en 21%.

5. La sulfidización representa un ahorro económico en reactivos de USD 112 000 mensuales.

Recomendaciones

Se recomienda realizar pruebas a nivel de laboratorio para determinar parámetros óptimos para mejorar la recuperación y dosificación de reactivos.

Realizar análisis mineralográficos en el Departamento de Metalurgia de Cuajone, que permitan determinar las proporciones y clases de minerales para su óptima sulfidización.

Incluir en el Plan de Desarrollo (15 años) de Cuajone y Toquepala, pruebas metalúrgicas con NaSH a nivel de laboratorio, para su utilización si fuera necesario.

REFERENCIAS

1. A. Azañero. Flotación de Minerales de

Plomo. Revista del Instituto de

Investigación de la FGMMCG – UNMSM Vol. 5, Nro. 10, p. 34 – 43 (2002)

2. F. Sotillo. Sulfurización y Flotación de Cerusita y Galena. Tercer Simposium de Metalurgia, p. 73 – 93 (1985)

3. C. Kantar. Solution and flotation Chemistry of Enargita. Dep. of Metallurgical and Materials Engineering, Colrado School of Mines, p. 24 – 26 (2002)

Dávila, Página 8 de 8

4. M. Fuerstenau. Anionic flotation of Oxides and Silicates. Flotation Gaudin Memorial Volume, 148 - 196 (1976)

5. M. Bosse V. Conejeros, M. Rivas. Optimización del Uso de NaSH en la

flotación de Minerales de Cobre.

Departamento de Ingeniería Química, Universidad Católica del Norte. Recuperado 5 Julio 2012 de