Universidad Nacional del Centro del Perú
Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Efecto del porcentaje de sólidos en la flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo-zinc en la
Compañía Minera Casapalca S.A.
Leon Arroyo, Frank Javier
Dianderas Mandujano, Jhordy Deyvis
Huancayo 2019
Esta obra está bajo licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Repositorio Institucional - UNCP
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
TESIS
EFECTO DEL PORCENTAJE DE SÓLIDOS EN LA FLOTACIÓN DE LA GALENA A PARTIR DE UN
MINERAL DE BAJO GRADO DE PLOMO-ZINC EN LA COMPAÑÍA MINERA CASAPALCA S. A.
PRESENTADA POR LOS BACHILLERES:
LEON ARROYO, Frank Javier
DIANDERAS MANDUJANO, Jhordy Deyvis
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO METALURGISTA Y DE MATERIALES
HUANCAYO – AGOSTO
2019
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ASESOR:
ING. CESAR PAUL ORTIZ JAHN
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DEDICATORIA
A mis padres, hermanos y a mi pareja Susana, quienes me brindaron su confianza y apoyo incondicional en todo momento a lo largo de mi carrera y ser mi inspiración para la realización de este trabajo.
Frank Javier
A mis padres, motor y motivo de cada logro cumplido y por su apoyo incondicional durante mi vida personal y académica, para así poder cumplir con mis objetivos.
Jhordy Deyvis
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AGRADECIMIENTO
Agradecemos en primer lugar a Dios, quien está presente siempre en cada paso que damos para poder realizarnos personal y profesionalmente.
A los Docentes de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la Universidad Nacional del Centro del Perú por los conocimientos impartidos y sabios consejos a través de los años de nuestra formación profesional.
A todas las personas y a todos los profesionales y amigos quienes hicieron posible con su aporte la culminación del presente trabajo.
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ÍNDICE
ASESOR: ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTO ... iv
ÍNDICE v ÍNDICE DE TABLAS ... vii
ÍNDICE DE FIGURAS ... viii
RESUMEN ... ix
INTRODUCCIÓN ... 11
CAPITULO I ... 15
GENERALIDADES ... 15
1.1 Datos de la Compañía Minera Casapalca ... 15
1.1.1 Visión ... 15
1.1.2 Misión ... 15
1.1.3 Valores... 16
1.1.4 Historia ... 16
1.1.5 Ubicación ... 17
1.2 Planta Concentradora ... 18
1.3 Geología ... 18
1.3.1 Geología regional ... 19
1.3.2 Geología económica ... 26
CAPITULO II ... 37
FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 37
2.1. El problema ... 37
2.1.1. Planteamiento del problema ... 37
2.1.2. Formulación del problema ... 38
2.2. Objetivos ... 39
2.3. Justificación... 39
2.4. Planteamiento de la Hipótesis ... 40
2.5. Variables: ... 41
CAPITULO III ... 42
MARCO TEÓRICO ... 42
3.1. Fundamentos teóricos ... 42
3.1.1. La Flotación ... 42
vi
3.1.2. Fenómenos Involucrados... 49
3.1.3. Fenómenos Interfaciales ... 50
3.1.4. Fenómenos Hidrodinámicos ... 56
3.1.5. Aspectos tecnológicos ... 59
3.1.6. Asociaciones de Celdas ... 61
3.2. Análisis del Proceso Propuesto ... 62
CAPITULO IV ... 64
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE LA INVESTIGACIÓN ... 64
4.1. Métodos de Investigación ... 64
4.1.1. Materiales ... 64
4.1.2. Equipos ... 65
4.1.3. Método ... 65
4.2. Procedimiento Experimental ... 66
4.2.1. Materiales y reactivos. ... 66
4.3. Métodos... 67
4.3.1. Molienda ... 67
4.3.2. Flotación ... 67
4.4. Presentación y Discusión de Resultados ... 68
CONCLUSIONES ... 76
RECOMENDACIONES ... 77
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 78
ANEXOS ... 79 MATRIZ DE CONSISTENCIA
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Minerales molidos enriquecidos por Flotación ... 46 Tabla 2. Composición química de la muestra mineral plomo – zinc (fracción
masa. %) ... 66 Tabla 3. Composición mineralógica de la muestra del mineral de plomo -
zinc ... 67 Tabla 4. Resultado de la flotación de acuerdo al diagrama de flujo de la
Fig. 1 (%) ... 75
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Principio de la separación por flotación ... 43
Figura 2. Flotación entre los métodos afines de separación ... 48
Figura 3. Superficie mojable por agua (izq.) y por aire (der.) ... 50
Figura 4. Flotación de partículas hidrófobas (izq.) no-flotación de las hidrófilas (der.) ... 51
Figura 5. Cambio al extenderse una burbuja en la superficie ... 52
Figura 6. Hidrofobación por adsorción de un Surfactante ... 54
Figura 7. Captura de una partícula por una burbuja ... 57
Figura 8. Celda de flotación turbulenta ... 59
Figura 9. Planta de tratamiento de agua por flotación ... 60
Figura 10. Tres esquemas típicos de asociación de celdas ... 62
Figura 11. Diagrama de flujo de las pruebas de flotación ... 68
Figura 12. Efecto del tiempo de molienda en la recuperación y el grado del concentrado de plomo. ... 70
Figura 13. Efecto de la dosis de cal en la recuperación y el grado del concentrado de plomo. ... 71
Figura 14. Efecto del tipo de colector en la recuperación y el grado del concentrado de plomo ... 72
Figura 15. Efecto de la dosis del colector en la recuperación y el grado del concentrado de plomo ... 73
Figura 16. Efecto de la concentración de sólido en la pulpa sobre la recuperación y el grado del concentrado de plomo ... 74
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TITULO: “EFECTO DEL PORCENTAJE DE SÓLIDOS EN LA FLOTACIÓN DE LA GALENA A PARTIR DE UN MINERAL DE BAJO GRADO DE PLOMO-ZINC EN LA COMPAÑÍA MINERA CASAPALCA S. A.”
RESUMEN
El cuerpo mineralizado de Casapalca es un complejo sistema de sulfuro de zinc con pirita de pirita y pequeñas cantidades de cobre. Para mejorar los resultados de flotación, se realizaron pruebas de flotación a escala de laboratorio de muestras de mineral tomadas de esta operación. Las pruebas de flotación utilizaron un protocolo de recuperación secuencial para la flotación selectiva del plomo en primer lugar y luego del zinc. Los parámetros clave que influyen en el rendimiento de la flotación del plomo mineral se probaron en este trabajo de investigación. Los datos de la prueba muestran que, para un colector comparable, el tiempo de molienda, el pH de la flotación y la concentración de sólidos en la pulpa, el aumento de la concentración de sólidos en la pulpa tiene el efecto más significativo en la recuperación y separación selectiva del mineral de plomo. El aumento de la concentración de sólido en la pulpa del 27% al 55%
hace que la recuperación del mineral de plomo aumente del 60% al 80% y el grado del plomo aumente del 27.5% al 29.1%.
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INTRODUCCIÓN
La flotación por espumas es un método de separación que se utiliza para la separación selectiva de minerales hidrofóbicos de los hidrofílicos Es uno de los métodos más importantes para el beneficio de los minerales de sulfuro. La flotación selectiva es una de las actividades más complejas en el procesamiento de minerales tales como los sulfuros de cobre, plomo y zinc, los cuales tienen propiedades de flotación muy similares y se entrecruzan muy finamente;
además, una misma área de un yacimiento puede estar compuesta de minerales de diferentes grados industriales. Teniendo en cuenta la constitución del material de dichos minerales sulfurados, el procesamiento integral involucra complejos circuitos de flotación de múltiples ramas con separación de concentrados específicos de dichos minerales valiosos.
Las separaciones de la galena y la esfalerita son posibles gracias a la hidrofobicidad natural inherente de la galena y la característica de la esfalerita como un mineral que no se recoge de una manera sencilla mediante reactivos de flotación. Para ello se tiene que emplear el bien establecido proceso de flotación secuencial, que consta de dos etapas:
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En primer lugar un paso importante conlleva a garantizar que toda la superficie de la esfalerita no se active con iones metálicos disueltos, resultándonos que la esfalerita no sea flotable. El esquema de procesamiento de flotación adecuado, para un mineral de plomo-zinc consiste en añadir sulfato de zinc (ZnSO4) a la molienda para que la activación de iones metálicos se pueda controlar (depresión de la esfalerita). Comúnmente se suele agregar metabisulfuro u otros reactivos químicos de sulfuración acompañados con el sulfato de zinc para la depresión mineral de sulfuro de hierro.
Es fundamental que los colectores para la flotación de plomo y el espumante sean acondicionados antes que suceda la flotación de plomo, considerando realizarlo típicamente a un pH casi neutro o de otro modo a uno ligeramente elevado, tratando de que se pueda aumentar en el circuito del limpiador y garantice el rechazo de sulfuro de hierro. Existen casos donde se puede usar, dosificando cianuro para ser más efectivos en deprimir a los sulfuros de hierro. Debido a que la plata generalmente se asocia mineralógicamente con la galena, son más los valores de plata que se transportan e informan en el concentrado de galena.
La esfalerita que se rechaza en las colas de flotación de plomo conlleva a un segundo paso de flotación, una vez haya sido activada con el sulfato de cobre.
Los iones de cobre reemplazan a todos los átomos de zinc que se encuentran en la superficie de la esfalerita produciendo una cobertura de la superficie mineral de pseudocobre en la esfalerita, para posteriormente ser recolectado mediante colectores para la flotación del cobre. Debido a que en su gran mayoría los minerales sulfurados de hierro también informan a las colas de flotación de plomo y pasan alimentar el circuito de flotación de zinc, generalmente se usa la
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cal para elevar el pH y funcione como depresor del sulfuro de hierro. Los colectores utilizados en la flotación de la esfalerita resultan menos potentes porque la esfalerita en esta etapa flota fácilmente y el uso de un colector más agresivo puede flotar otros minerales contenidos y no la esfalerita.
La metalurgia del plomo y su recuperación óptima generalmente se logra empleando una combinación de xantato y ditiofosfatos. Si las superficies de galena están levemente oxidadas ("empañadas"), el mercaptobenzotiazol (MBT) a menudo forma parte del conjunto de colectores para lograr mayor recuperación de galena. Los espumadores utilizados en la flotación de galena suelen ser de tipo débil, uno de los más conocidos en este proceso es el MIBC, destacando que la galena presenta una alta cinética de flotación considerándola de fácil flotación. Sin embargo, debido a la alta cinética de flotación y a su elevada densidad mineral de galena, la capacidad de carga de espuma mineral a veces necesita el uso de un espumador más fuerte que nos asegure lograr resultados metalúrgicos óptimos.
Para poder flotar la esfalerita se requiere elevar el pH de flotación entre 10 y 12 para someter a los minerales de sulfuro de hierro, llevandolos a las colas de flotación de esfalerita. Convenientemente los operadores prefieren usar un vaporizador de tipo alcohol en la flotación de esfalerita para aumentar la selectividad de flotación de esfalerita. Se usa un xantato con menos peso molecular, como es el isopropilxantato de sodio (SIPX) combinado con un colector como el ditiofosfato que es menos potente y raramente, un reactivo de flotación de tiocarbamato.
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Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, nos hemos planteado como objetivo de esta tesis, determinar los parámetros operativos que influyen en la recuperación por flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo - zinc en la Compañía Minera Casapalca y como hipótesis: el principal parámetro operativo que en influye en la recuperación por flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo – zinc en la empresa indicada es el porcentaje de sólidos de la pulpa de proceso.
En el trabajo hemos incluido un primer capítulo donde se indican las generalidades, a continuación, formulamos la investigación, luego los fundamentos teóricos y al final la parte fundamental en la que incluimos la parte experimental, terminamos formulando las conclusiones y recomendaciones.
De esta manera, es nuestro objetivo el cumplimiento de las expectativas técnicas y científicas, poniendo a disposición de los jurados el presente trabajo de investigación que nos sirva para optar el título de Ingeniero Metalurgista y de Materiales.
Los Autores
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CAPITULO I
GENERALIDADES
En este capítulo, se indican algunos aspectos relacionados con la compañía minera relacionada al presenta estudio de investigación.
1.1 Datos de la Compañía Minera Casapalca
Desde su iniciación, La Compañía Minera Casapalca, muy responsablemente a respetado el medio ambiente, las normas ligadas a la explotación minera y a todos sus trabajadores, quienes representan la base con mayor valor en la empresa.
1.1.1 Visión
Situar a Casapalca como un referente de la mediana minería en el Perú.
1.1.2 Misión
Cultivar los principios y valores en el desempeño de nuestras actividades mineras, velando por la salud y cuidando el medio ambiente.
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1.1.3 Valores
Es de nuestra práctica cotidiana destacar los valores de nuestra compañía, el Respeto Mutuo, Esfuerzo, Convicción y El Desarrollo. Un desempeño integro donde mostramos nuestro accionar, comprometido con generar un clima laboral que goza de paz y progreso para cada uno de nuestros colaboradores y sus familias, para acercar a nuestras comunidades vecinas y para proteger y cuidar nuestro medioambiente, firmes en el desarrollo de políticas empresariales responsables, que garanticen el progreso de una minería sostenible.
Los valores de la empresa:
• Respeto Mutuo
• Esfuerzo
• Convicción
• Desarrollo
1.1.4 Historia
La Minera Casapalca tiene raices por parte de la Empresa Backus &
Johnston. Constituida en 1889 y posteriormente en 1919 fue adquirida por la compañía Cerro de Pasco Corporation, a base de capitales norteamericanos.
Luego, a causa de nacionalización de empresas, pasa a formar parte de la empresa Minera del Centro del Perú - CENTROMÍN PERÚ.
El 13 de octubre de 1986 legalmente se denominama la Compañía Minera Casapalca S.A. comenzando sus actividades un primero de enero de 1987.En el año 1997 logra obtener las principales concesiones de Centromín Perú, además
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de los yacimientos de pequeños mineros que los rodeaban, fijando un primer paso para su desarrollo sostenible.
En la Compañía Minera Casapalca prima la ideología de tener un crecimiento sostenido, venciendo todo tipo adversidades y siendo firmes en el aporte de capacidades del ser humano como promotor del desarrollo y de la empresa, como el fudamento de riqueza y el impulsor del progreso de nuestro país.
1.1.5 Ubicación
La Compañía Minera Casapalca se ubica en el núcleo de la sierra limeña, perteneciente a la provincia de Huarochirí, a una altitud de 4200 m.s.n.m.
Colindante a los distritos de Chicla, San Mateo,3 de enero, Pomacocha y San Antonio. En la Carretera Central se sitúa a la altura del Kilómetro.
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1.2 Planta Concentradora
Aproximadamente a 6 Km de la Carretera Central y 4850 m.s.n.m. se encuentra ubicada La Planta Concentradora Berna II.
Berna II, en el desarrollo de sus actividades para el procesamiento de minerales cuenta con, la etapa de Liberación, dedicada a la obtención de partículas con una granulometría apropiada, considerando las áreas de Chancado, Tamizado y Molienda, que comprende una reducción de 25 pulgadas hasta 74 micrones, granulometría óptima para la continuidad del proceso.
La etapa de Separación, consiste en la Selección de partículas valiosas en Concentrado y Relave, mediante Celdas de Flotación, denominada Flotación Selectiva, para la obtención de Concentrados de Cobre, Plomo y Zinc. En la etapa de Eliminación de Agua se considera la separación sólido-líquido por Sedimentación y Filtrado para poder transportar los Concentrados.
1.3 Geología
Para el progreso de empresas ligadas a la industria minera es indispensable el conocimiento de la geología de minas y geología económica
Considerándose a los minerales como un recurso no renovables, es vital los aportes de la geología, llevando a cabo una exploración sistemática y detallada que permita reemplazar y aumentar los depósitos minerales que fundamentan la perdurabilidad de la empresa.
El trabajo geológico consiste en la elaboración de planos topográficos, geológicos y de muestreo, llegando a ser las principales actividades que se ejecutan en las operaciones mineras.
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En los trabajos de geología se cuenta con las siguientes secciones:
• Sección Muestreo de Mina
• Sección Sondajes Diamantinos
• Sección Topografía
• Sección Dibujo
• Sección Modelamiento
Los yacimientos situados en el distrito de Casapalca forman parte de numerosos estudios de índole nacional y extranjeros. Se conoce que el primer estudio geológico se realizó por H.E. Mcleinstry y J.A. Noble en el año 1928, fueron los que estructuraron y enmarcaron la mineralogía del terreno.
1.3.1 Geología regional
El orden estratigráfico del terreno está compuesto por rocas sedimentarias y volcánicas, cuya existencia oscila desde el Cretáceo hasta el Cuaternario. El distrito presenta plegamientos, produciéndose pliegues invertidos que presentan ejes orientados paralelos a la dirección de la cordillera de los Andes. Su configuración principal, es el Casapalca Anticlinal que forma parte de un pliegue considerablemente abierto en el centro del distrito. El cual tiende a cerrarse en sentido Norte hasta formar una falla inversa de tiraje con buzamiento al Este.
Presenta sólidos intrusivos de composición media, son los que instruyen la secuencia sedimentaria y volcánica.
Estratigrafía
La línea estratigráfica en la región está conformada de calizas areniscas y lutitas calcáreas (capas rojas), brechas y una gran cantidad de flujos volcánicos, estos últimos alcanzan una potencia aproximada de 5400 metros.
20 A) Cretáceo:
➢ GRUPO MACHAY; En esta área de Casapalca aún no se ha realizados estudios a profundidad, se conoce típicamente que está conformado por calizas con intercalaciones de lutitas arenosas, esta área se encuentra en la parte sudoeste del distrito.
➢ FORMACIÓN JUMASHA; Las rocas que se presentan en dicha formación, no afloran a la superficie en el área de Casapalca, por otro lado existe una secuencia que correlaciona esta formación constituida por calizas de color gris con algunas intercalaciones de lutitas, fue hallada en el nivel 5200, en los túneles del proyecto Graton, rocas representativas de calizas en Jumasha salen a flote prominente a lo largo de la cordillera que forma parte de la división continental, presenta un característico color gris claro en balance con los colores oscuros que presentan las calizas de la formación Pariatambo, estas se encuentran unidos al grupo MACHAY, J.Wilson (1963). “La denotación macroscópica de estas rocas presentan venillas y puntos de Epídota, clorita y granate estructurando un cambio de tipo Skarn. Aquí también se observa vetillas y diseminaciones de pirita, calcita, calcopirita esfalerita y tetraedrita”.
Mediante estudios de microscopía para estas rocas (Rye y Sawkins), se han detectado la formación de tremolita con finos granos de cuarzo a partir de la calcita. El Skarn es quien se halla a través de finas vetillas de grasularia, tremolita, calcita, epídota,
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cuarzo y sulfuros diseminados. Los minerales sulfurados que se encuentran en la matriz de calcita y cuarzo son: pirita, esfalerita, intermedio de calcopirita en etapa posterior.
Mediante estudios de secciones delgadas de las muestras recogidas en la chimenea Raise Borer quien es el que une el nivel 3900 en el túnel Graton, se determinó lo siguiente;
➢ Muestras A (Altura del nivel 3800, Graton túnel) areniscas cuarzosas con matriz calcosilicatadas piritizadas, epidotizadas y calcitizada (G. Alric).
➢ Muestra B-C-D-E- (Altura del nivel 3800, intermedias entre este nivel y el túnel (Graton) arenisca calcárea: cloritizada, piritizada, silicificada (M. Dalheimer).
B) Terciario:
➢ FORMACIÓN CASAPALCA: Es considerada la formación con mayor antigüedad que se presenta en el terreno. Forma el amplio anticlinal Casapalca, que es atravesado por el río Rimac y está compuesta de rocas sedimentarias que son de ambiente continental. La formación Casapalca se ha dividido en dos miembros. La descripción para estos miembros es la siguiente:
a) Capas Rojas: Caracterizado por intercalar lutitas y areniscas calcáreas, presentan un conjunto de coloraciones rojizas a causa de las diseminaciones de hematita. Las areniscas son de granulometría fina a grueso y la mayoría de veces presentan una ligera estratificación.
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No se ha podido identificar estratos de formación Celendín, ni fósiles de estas capas rojas que nos permitan determinar una edad exacta que pueda ser designada; sin embargo mediante estudios más completos se le asigna edades que fluctúan a fines del Cretáceo y comienzos de Terceario S.Szekly (1967).
b) Conglomerado Carmen: Por encima de las capas rojas se halla una secuencia de paquetes de conglomerado y calizas intersecadas con capas de areniscas y lutitas con una potencia que se encuentra en un rango de 80 a 200 metros denominado miembro Carmen. Situamos a los conglomerados, quienes se presentan en lentes, presentan composición de quijarros, cantos rodados de cuarcitas, cemento calcáreo y calizas de una matriz areno-arcillosa.
➢ FORMACIÓN CARLOS FRANCISCO: Existe una alta concentración de rocas volcánicas que se encuentran sobre las rocas sedimentarias, a quienes se les denomina formación Carlos Francisco, divido en tres miembros de la siguiente manera:
a) Volcánicas Tablachaca: Por encima del miembro Carmen y distante de este por lutitas con potencia cambiante, se sitúa una sucesiva formación de rocas volcánicas, principalmente constituida por brechas, tufos, aglomerados, conglomerados y rocas porfiríticas intensivas formando Tablachaca.
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b) Volcánicas Carlos Francisco: Sobreyaciendo el miembro Tablachaca se posicionan los volcánicos Carlos Francisco, que está compuesto con flujos andesíticos de masa y fragmentos (brecha). Estos fragmentos presentan capas los cuales están compuestos por fragmentos porfiríticos angulares y estos son de un pigmento verdoso, se encuentran dentro de una matriz de rocas porfirítica rojiza asociada a las brechas encontramos a las andesitas porfiríticas de pigmentación gris oscuro o verde.
c) Tufos Yauliyacu: En Yauliyacu se encuentran los tufos, que enciman a los volcánicos Carlos Francisco. Estos tufos son rojizos y de granulometría fina.
➢ FORMACIÓN BELLAVISTA: Compuesta de capas finas de calizas gris intercalado con calizas gris oscura, notándose los módulos de sílice, lutitas rojizas y tufos de grano fino.
➢ FORMACIÓN RIO BLANCO: Existe una secuencia de volcánicos que se encuentran sobre la formación Bellavista, compuesto de tufos de lapilli característicos de color rojizo con intercalaciones de zeolitas y brechas, contadas capas de caliza aparecen en la parte interna de la formación. Afloran sobre el terreno con dirección hacia el sudeste, su máxima exposición es entre Río Blanco y Chicla, a 12 Km. al sudoeste de Casapalca.
24 B) Cuaternario
En la región de Casapalca, el cuaternario está compuesto por formaciones recientes de escombros y por una secuencia de depósitos de glaciares.
➢ PLEISTOCENO: Bajo de los depósitos glaciares de foramción reciente, se encuentran valorables secuencias de morrenas terminales situados a una altitud variable entre 4300 a 4500 m.s.n.m, aún no se han encontrado muestras de glaciación bajo estas elevaciones en el valle del Rímac, sucede que existen valles donde se encontraron depósitos glaciares en elevaciones que comprenden los 3900 m.s.n.m A.Noble (1932).
➢ RECIENTE: Están compuestos por material inconsolidados. Los cuales son cantos angulosos de tamaño variable, formando taludes y conos.
➢ INTRUSIVOS: Sobreyacen varios cuerpos intrusivos principalmente compuestos en la parte media, de composición química a la soda, pero suelen carías en textura.
➢ PORFIDO TARUCA: Encontramos diques y stocks, estos intersectan a los volcánicos que emergen en la zona la Americana, al sudoeste del terreno. Existe un stock de forma alargada direccionado al norte-sur aflora en el Cerro Taruca. Los mencionados son de clase porfirítica acompañado de ferrocristales de feldespato (oligoclasa-Albita).
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Con muy poco cuarzo y hornblenda incluidos en una estructura afanítica. También llamadas andesitas porfiríticas.
➢ PORFIDO VICTORIA: Sobre la parte norte del terreno encontramos cuerpos intrusivos de un color gris claro. Un aproximado de 300 metros de ancho. Estas rocas consisten de poco cuarzo en una matriz fina de sericita y ferrocristales de albita.
Plegamiento y Fracturamiento:
Marcando un rumbo N20°0, situamos a los ejes de las unidades estratigráficas en el distrito, que se encuentran intensamente plegadas, volviéndolos paralelos al lineamiento general de los Andes. Siendo de suma importancia la estructura en el anticlinorium Casapalca, esta presenta plegamientos (sinclinales y anticlinales) menores en sus bordes. Llegando al flanco noroeste al anticlinorium Casapalca, encontramos el sinclinal río Blanco conformado por el pórfido Carlos Francisco, volcánicos río Blanco, tufos Yauligan, y calizas Bellavista. En el sinclinal Americana están gran parte de unidades volcánicas Terciarias expuestas, formado por las calizas Bellavista ubicados al noroeste del anticlinorium Casapalca.
Existen tres colosales fallas inversas en el área de Casapalca, en orden paralelo que cumplen entre sí, consideradas fallas: Infiernillo con rumbo N38°0 y buzamiento de 70° al SO, Rosaura de rumbo N43°0 y buzamiento 80° al NO (presenta mineralización). Además, la Americana con rumbo N°38°0 y buzamiento de 70° al NE. Destacando la falla río Blanco en la parte SO del distrito tiene un rumbo cerca de N35°E, siendo este paralelo al sistema de la veta M. y C., en subsuelo la gran falla de rumbo N55°0, desplazando a las vetas, el resultado es un desplazamiento levemente mayor en profundidad.
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1.3.2 Geología económica
Mineralización Tipo Veta:
En Casapalca se diferencian muchos tipos de mineralización en vetas, podemos mencionar los siguientes:
a) Tipo Carlos Francisco: Esfalerita, galena y tetraedrita como mena.
Cuarzo, calcita y pirita subordinada como ganga. Estas vetas han sido formadas por relleno de fisuras.
b) Tipo Carmen: Esfalerita, galena y tetraedrita como mena y como ganga: aguas calientes, carbonatos y cuarzo. Mineralización gradacional al tipo 1. Vetas formadas por relleno de fallas.
c) Tipo Corina: Presenta esfalerita y jamesonita. Veta A a 2 Kilometros al Norte de la mina principal. Presencia mínima de ganga.
d) Tipo Americana: Destaca la tetraedrita, esfalerita con poca galena y pirita ubicados al este de la mina principal (Minas Coya y La Oroya).
Como ganga tenemos a los carbonatos.
e) Tipo Yauliyacu: Aquí los minerales característicos son: Esfalerita, galena encontramos en menor cantidad tetraedrita y calcopirita y como gangas están la pirita, cuarzo y calcita. Así como también en la formación de Bellavista y Río Blanco.
f) Tipo Chisay: La mena está conformada por: Calcopirita, bornita y tetraedrita en vetas, vetillas y diseminaciones, acompañado a estás se encuentra la malaquita. En la ganga tenemos a la calcita, dolomita,
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rodocrosita y barita, en mínimas cantidades. Las rocas conocidas como encajonantes son las volcánicas porifiríticas “Carlos Francisco”
a lo largo de 3 o 4 Kilómetros en el distrito Americano.
Resaltan los tipos iniciales y estos ocurren en el área de la mina principal y siendo de gran importancia económica. Se conoce que el quinto en la actualidad está paralizado, ya que se explotó en tajo abierto Rosaura. Los demás no están perfectamente desarrollados y todavía se consideran como depósitos externos al yacimiento principal.
La mina Casapalca en su mineralización presenta vetas que resultaron ser formadas por el relleno de fracturas.
Con una longitud de aproximadamente 5 kilómetros encontramos estructuras en la superficie, de los cuales 3,5 Kilómetros fueron explotadas en subsuelo. Y se conoce vetas angostas mineralizados en un vertical de 200 metros con un ancho de menos de 1,00 metro.
Se presenta una mineralización característica de un tipo de rocas pertenecientes a las Capas Rojas. En el miembro Carmen, los volcánicos de Tablachaca, y volcánicos Carlos Francisco. En promedio las vetas tienen un rumbo de N30°E y N80°E con buzamientos que varían de 60° a 80°NO.
Las estructuras se agruparon en dos secciones:
✓ Sección Aguas Calientes, que está ubicado en la parte sudoeste de la
mina, teniendo a la veta C como núcleo principal.
✓ Sección denominada Carlos Francisco, se ubica al noroeste siendo la veta M la estructura principal. Esta sección, además de la veta M agrupa a una
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secuencia de vetas principales (A, L, N, M#, O, P, S, T,) que presentan una disposición ligera radical.
La gran mayoría de estas vetas son ramificaciones que nacen de las vetas principales, así como otras que son paralelas u otras que cortan con diferentes ángulos. En los niveles más altos presentan fracturas y ramales, por otra parte, en lo más profundo tienden a ser más definidas.
Existen diferencias entre la sección de Aguas Calientes y la sección Carlos Francisco por el contenido de Rodocrosita y Calcita en vez del cuarzo predominante, presentan gran proporción de tetraedrita y una mínima proporción de pirita., las vetas de Aguas Calientes presentan cajas muy definidas, en ellos se produjo un notorio fallamiento post-mineralización dando resultando un distorcionamiento de las vetas. Por que en la sección Carlos Francisco existen rellenos de fisuras con macizo reemplazamiento de las rocas adyacentes a la veta de formación Casapalca, tienen mayor tendencia a la formación de geodas y el bandeamiento, por lo que las vetas se tienen más alargadas y son enmarcadas con ppequeñas irregularidades.
Cuerpos Mineralizados:
Habiéndose desarrollado el nivel 3300, exactamente en el año 1972, se logró ubicar los cuerpos mineralizados Consuelo y Carlos Francisco, que se encontraban adyacentes a la veta M y P estos en la formación Casapalca, Después de este hallazgo en el año 1976 se plantea un remapeo de todo el terreno mineralizado en el conglomerado Carmen y también en las capas Rojas de Casapalca, teniendo un resultado de ubicación del cuerpo denominada M2M. Se encontraban adyacentes a las vetas que fueron nombrados de igual manera, estás formaciones fueron por reemplazamiento de capas favorables
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de lulitas calcáreas adyacentes a estas vetas, también se encuentran las areniscas y caliza, sirviendo como canales de flujo para las soluciones mineralizadas.
La composición que presenta estos minerales en la mena está formada principalmente por esfalerita con presencia mínima de calcopirita, galena y tetraedrita, tanto la pirita y el cuarzo como ganga.
Siendo característica la permeabilidad de las lutitas y areniscas, encontramos relación en sus densidades de fracturamiento, que específicamente en el caso de los cuerpos mineralizados, denotan influencia como también permiten rellenar fisuras y/o diseminaciones en áreas de la veta..
En 1979, al desarrollar la veta P en el nivel 3000, se ubicó un cuerpo mineralizado en los volcánicos Tablachaca al que se denominó 256-P, el cual tiene las características de un depósito de impregnación; es una forma estructural hidrotermal en el cual las soluciones (especialmente en rocas silicatadas de baja solubilidad) depositan su contenido de mineral, principalmente en los poros de las rocas, sobre el límite o en las grietas de los granos y en los diversos sistemas de fructuramiento, siendo la localización de las fisuras que han conducido las soluciones y la situación de las capas porosas, quienes juegan un rol decisivo en la formación de estas zonas mineralizadas.
(Introducción to Ore Deposits, 1976, L. Bauman). Los minerales presentes son:
Esfalerita, tetraedrita, galena, pirita, cuarzo, calcita y calcopirita.
En 1987 se terminó la delimitación del cuerpo M. con valores económicos.
En 1987 se contornearon los cuerpos Carlos Francisco y M2M en el nivel 3000 al encontrar diseminación de Esfalerita, galena y poca calcopirita en ambas cajas
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de las vetas M2 y M3, ambos cuerpos se encuentran en explotación hacia los niveles superiores.
La prospección y explotación del cuerpo mineralizado Carmen, se puede ver en los archivos bajo el código 175.
Mineralogía y Paragénesis:
La mina Casapalca tiene una mineralización regularmente simple. Los minerales que encontramos en mena son: Galena, esfalerita, tetraedrita, tenantita y calcopirita, la ganga compuesta por: pirita, cuarzo y carbonatos (calcita y rodocrosita) así como también se tiene presencia de minerales raros los cuales son: Oropimente, rejalgar, polibasita, argentita, bornita, estibina, fluorita, rodomita, barita, huebnerita, arsenopirita, bouloangerita, bournonita, jamesonita, geocrosita y pirargirita.
I.Wu y U.Petersen (1977) establecen una secuencia de la formación de los minerales, a su vez confirmado en un estudio paragenético de Sawkins (1974). Ambos estudios se basan principalmente en observaciones de la superposición de las fases de mineral en drusas; el segundo estudio difiere en la posición de la calcopirita. Teniendo en cuenta estos estudios mineragráficos determinaron que la mayor parte de la tetraedrita de la tercera etapa tienden a reemplazar parcialmente a la calcopirita de la segunda etapa y sobre estos crece o se forma venillas en la calcopirita (Petersen 1977).
W. Lacy (1974), se dedicó a estudiar detalladamente a los carbonatos en la mina Casapalca, determinando la formación de tres periodos de depositación.
31 Zonamiento de la Mineralización:
En la mina Casapalca se muestra un modelo típico de zonamiento de mineral, el fue detallaron por los geólogos. Reconociendo que el zonamiento más definido va en dirección horizontal, por otro lado, la presencia de argentita, pirargirita y otros sulfosales van en dirección vertical con presencia de pirita y cuarzo en niveles superiores.
Los cambios mineralógicos se encuentran relacionados a temperaturas de formación de los minerales así como la extensión e intensidad que causa alteración de las rocas encajonantes H.Mcleinstry, (1932), determinando tres zonas con las siguientes características :
Zona I:
1. En la mena presenta abundante esfalerita con mínima cantidad de galena y tenantita; la calcopirita se encuentra comúnmente como la pirita en cristales cúbicos; arsenopirita y huebnerita se encuentran pocas veces.
2. En la ganga tenemos al: cuarzo y calcita; el contenido de calcita pura existe en la periferia del terreno.
3. En la formación Casapalca las rocas se encuentran enormemente silicificadas, presentando diseminaciones de pirita cúbica y nódulos esto ocurre aproximadamente a 400 m. de las vetas.
Zona II:
1. En la esfalerita se encuentra calcopirita como inclusiones, la tetraedrita viene asociada con galena y a su vez con la esfalerita;
presente en piroedros tenemos a la pirita y la huebnerita.
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2. En la ganga encontramos a pequeños cristales de calcita, cuarzo y rodocrosita.
3. La alteración de la roca encajonante decrece en esta zona en comparación con la zona I. Los productos de alteración son carbonatos y serícita. Esta zona donde existe variaciones se cree a lo largo de un aproximado de 30 m. de las vetas.
Zona III:
1. Los minerales son: tetraedrita, esfalerita, galena, bournonita, geocrosita, rejalgar, oropimente y jamesonita; decrece la cantidad de pirita comparando con las zonas I y II.
2. La ganga contiene: Calcita, pirita y cuarzo.
3. La alteración en la roca encajonante es de unos cuantos centímetros: la propilitización (clorita y epidota) es característica de esta zona.
Sawkins (1974) En sus estudios de inclusiones fluidas en cristales de cuarzo y esfalerita fueron realizados por soluciones hidrotermales que varían a temperaturas entre 370° a 280°C y cuya salinidad que varía irregularmente de 4 a 40 % en peso de NaCl en los estudios de la inclusión de los fluidos y un isotopo estable en el depósito Casapalca Ag-Pb-Zn-Cu.
Alteración Hidrotermal:
Se da una La alteración de las rocas encajonantes muestra una estrecha relación con la distribución zonal de los minerales, en la zona I la roca está intensamente piritizada y silicificada hasta una distancia de 300 a 400 m. Encima de las vetas, en la zona II la alteración es de unos cuantos centímetros.
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Después de un análisis general, se determina la alteración de las rocas encajonantes a una distancia cercana a las vetas, a la sericitización, piritización, y silicitificación.
Y con un color gris claro encontramos a las rocas volcánicas extrusivas, esto sucede en zonas de mayor alteración (junto a la veta) compuesto por pirita, cuarzo y feldespato alterados a sericita, a simple vista no logran ser distinguidos a cierta distancia de la veta, comúnmente la epidotización de los cristales de feldespato llega a ser visibles. Los ferromagnesianos son alterados a epidota y clorita con presencia de pirita.
En la parte central de la mina se encuentra una alteración elevada de los conglomerados y las capas de un color rojizo, extendiéndose la piritización y silificación, contando muchos metros más adelante se presenta la pirita en delgadas vetillas con estructura de cristales cúbicos. Llegando a la sección Aguas Calientes, la alteración es mínima. En lo más cercano de las vetas la silicificación es mínima, aproximadamente de 10 a 15 metros se presenta un color blanco característico en las rocas.
Origen del Depósito:
Se resalta que no existe relación entre las soluciones mineralizantes con algún intrusivo del área. Pero si existe una alteración regular en el distrito, la mineralización se da dentro o en la periferia de las rocas.
Por lo que se genera una hipótesis, considerándose la presencia de un grande batolito infrayaciente en el área de Casapalca. De esto, se especula que el batolito se encuentra dentro de un aspecto regional abarcando a los tres distritos vecinos; Morococha, Casapalca, y San Cristóbal sus fluctuantes
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características mineralógicas son a causa de: la temperatura, las distancias y las condiciones ambientales locales.
En efecto es considerable que en Casapalca todos los intrusivos que afloran son una cópula de un batolito infrayaciente. Existiendo varias de estas cúpulas y todavía algunas permaneciendo en la profundidad con posibilidad a emerger con las soluciones mineralizantes en la formación de las vetas.
Desarrollándose estudios del zonamiento mineralógico, conociendo las características de ciertos minerales, su distribución metálica y corrientes metálicas se logró determinar las hipótesis. La existencia de canales de flujo mediante los cuales las soluciones mineralizantes emergieron desde lo más profundo. Los canales principales que presentan altas temperaturas se encuentran ubicados en la parte media central de la mina Casapalca, muy cerca de las secciones de Carlos Francisco y Aguas Calientes. Basándose en:
a) La Huebnerita es considerado producto de mineralización en altas temperaturas y se halla confinado en esta área.
b) A diferencia de los carbonatos manganífero la Calcita pura es considerada estable a temperaturas altas.
c) En la Zona II a alteración de las rocas es más intensa.
Controles de la Mineralización:
En Casapalca la mineralización presenta un control estructural. Esto significa que la mineralización se presenta especialmente en vetas que rellenaron fracturas y mediante los cuales las soluciones mineralizantes logran movilizarse.
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Así como las vetas presentan una considerable cantidad de tipos de roca encajonante, por lo que la naturaleza física en cada una tiene una determinada influencia para que se dé la formación de las vetas. En el caso de los volcánicos, tomando especialmente el caso de Carlos Francisco y Tablachaca, resultan ser rocas competentes que se logran fracturar fácilmente, las fracturas producidas son abiertas o regulares; mientras que, en el caso de las Capas Rojas, considerándose rocas incompetentes, las fracturas formadas se presentan cerradas y contienen un panizo. El miembro Carmen se ubica a los extremos.
Dando importancia a esta razón en la sección Carlos Francisco, se concluye que las zonas mineralizadas de las vetas que se identificaron en volcánicas y conglomeradas, resultan una comparación continua. Inclusive se resalta que en esta sección las vetas se manifiestan con una secuencia de ramales que crecen con ángulos en las cajas. Lo que sucede en la sección Aguas es que la mineralización de las vetas es bastante irregular, presentándose como bandas con alta ley en la veta o diseminaciones en una masa.
Otro control de mineralización importante pero aún no bien determinado es el control litológico, dado principalmente por unidades sedimentarias con componentes calcáreos. Estas unidades presentan mineralización por remplazamiento en zonas fracturadas adyacentes a las vetas.
Laboratorio Químico
En la Mina Casapalca los estudios en Laboratorio Químico son una parte primordial para lograr un buena producción, exigente en reportar diariamente las leyes de las muestras tomadas en Mina y Planta Concentradora, los resultados necesarios son gracias al funcionamiento de cada una de las áreas.
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Las áreas con las que cuenta Laboratorio Químico son las siguientes:
• Área de Preparación Muestra Planta
• Área de Preparación Muestras Mina
• Área de Fundición
• Área de Vía Húmeda
• Área de Absorción Atómica
• Área de Balanzas
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CAPITULO II
FORMULACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Esta tesis, se basa en el empleo del método científico, el mismo que se inicia con el planteamiento del problema, los objetivos, justificaciones, hasta formular las respectivas hipótesis y variables de estudio.
2.1. El problema
2.1.1. Planteamiento del problema
La existencia de minerales polimetálicos en nuestra cordillera, es la que ha dado a nuestro país el sitial relevante en la producción minera a nivel mundial.
Los principales metales son el oro y el cobre, pero también estamos muy bien ubicados en la producción de los minerales de plomo, zinc y plata, recientemente se le está dando importancia a los minerales de molibdeno.
Los metales de plomo y zinc son ampliamente utilizados en los campos tales como eléctrico, mecánico, militar, metalúrgico, químico, ligero y médico.
Como un importante recurso de mineral de plomo y zinc, los minerales sulfurados
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son un recurso fundamental que genera el desarrollo de la economía mundial.
Sin embargo, en la mayoría de los casos, los minerales sulfurados de Pb-Zn se encuentran agrupados en los depósitos que los contienen.
En forma general, existen dos enfoques básicos para lograr la separación mineral de sulfuro de plomo-zinc: deprimir el sulfuro de zinc y flotar el sulfuro de plomo, o concentrar un bulk de sulfuro de plomo y de sulfuro de zinc primero, seguido de la separación de Pb-Zn. En los últimos años se llevan a cabo y planifican estudios para el conocimiento de separación por flotación de minerales de sulfuro de plomo y zinc.
En este estudio planteamos el análisis del problema involucrado en la flotación secuencial del mineral de sulfuro de plomo y zinc finamente diseminado, partiendo de la producción de concentrado bulk de plomo y zinc. Para el efecto se investigará los parámetros de flotación como el efecto del tiempo de molienda, dosificación de cal, el tipo de colector y la dosis.
Esta problemática nos permite plantear la siguiente interrogante:
2.1.2. Formulación del problema
General
¿Qué parámetros operativos influyen en la recuperación por flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo - zinc en la Compañía Minera Casapalca?
39 Específicos
a) ¿Cuál es el colector adecuado para la flotación de minerales sulfurados de plomo zinc y la concentración óptima de dicho colector para obtener recuperaciones adecuadas en los concentrados?
b) ¿Cuál es el pH óptimo para el proceso, que reactivo modificador y cuál es la dosificación adecuada para obtener los resultados esperados en el proceso de flotación?
2.2. Objetivos
Objetivo General
Determinar los parámetros operativos que influyen en la recuperación por flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo - zinc en la Compañía Minera Casapalca.
Objetivos Específicos
a) Determinar el colector adecuado para la flotación de minerales sulfurados de plomo zinc y la concentración óptima de dicho colector para obtener recuperaciones adecuadas en los concentrados.
b) Determinar el pH óptimo para el proceso, que reactivo modificador y cuál es la dosificación adecuada para obtener los resultados esperados en el proceso de flotación.
2.3. Justificación
Esta investigación tiene justificación por las siguientes razones:
a) Es conocida la complejidad mineralógica de nuestros yacimientos polimetálicos, siendo el caso de las minas de la zona de Casapalca,
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Región Lima, donde está ubicada la Planta Concentradora materia de esta tesis, cuyas características para su tratamiento varían en cada empresa, por lo que es de interés llevar a cabo los estudios metalúrgicos que nos muestren los parámetros operativos, así también para que en lo posterior estos puedan ser optimizados, como es el caso del análisis de una de las variables en la flotación como es la dispersión de la pulpa, en los procesos de flotación diferencial.
b) El momento de incertidumbre económica que ocurre día a día en el sector minero nacional y mundial, a su vez el avance la ciencia y la tecnología forman parte de la preocupación de los empresarios, para tener mejoras en las operaciones de producción y de tal modo que se logre el beneficio de las economías de sus empresas.
c) También se justifica por la necesidad de difundir las tecnologías emergentes que resuelvan problemas metalúrgicos, planteándose como problema y de la misma manera se busca proponer como base para un trabajo de tesis.
2.4. Planteamiento de la Hipótesis
General
El principal parámetro operativo que en influye en la recuperación por flotación de la galena a partir de un mineral de bajo grado de plomo – zinc en la Compañía Minera Casapalca es el porcentaje de sólidos de la pulpa de proceso.
Específicas
a) El colector adecuado para la flotación de minerales sulfurados de plomo zinc es la tiamina ester y la concentración óptima de dicho
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colector está en el rango de 40 a 80 g/t para obtener recuperaciones adecuadas en los concentrados.
b) El pH óptimo se encuentra entre 8 y 12 y el modificador empleado para el efecto es la cal, para obtener los resultados esperados, en el proceso de flotación.
2.5. Variables:
Variables Independientes:
• Tiempo de molienda
• Dosis de cal
• Tipo de colector
• Dosis de colector
• Porcentaje de sólidos en la pulpa de flotación Variable Dependiente:
• Recuperación de galena
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CAPITULO III MARCO TEÓRICO
El marco teórico usado en este trabajo de investigación se utiliza para fundamentar el problema de la investigación y proponer una solución teórica a las hipótesis planteadas en esta tesis.
3.1. Fundamentos teóricos 3.1.1. La Flotación
La flotación es un proceso metalúrgico que nos permite el enriquecimiento o la concentración de un mineral específico y su separación de lo que se considera inservible. Es un método que involucra fenómenos fisicoquímicos variados, dentro de estos se considera uno de mayor importancia: la hidrofobación que se genera en una superficie por la adsorción de sustancias conocidas como surfactantes.
Es necesario enfatizar los conceptos de separación por flotación. Para poder fijar ideas de flotación se explica lo siguiente:
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Separar un mineral valioso, para lo cual tomemos el ejemplo de la flotación del sulfuro de plomo más conocido (galena) en un mineral que a su vez contiene alumino-silicatos como tierra o ganga conocidos en términos metalúrgicos.
Después de haber sometido el mineral a chancado y molienda se tiene una granulometría determinada con partículas de galena y partículas de ganga;
se necesita separarlas mediante un proceso físico, ya que un ataque químico resulta de costos elevados. Se conoce las diferencias en sus características que presentan en sus superficies, tanto las partículas de galena como las gangas. Es un hecho que la galena logra cubrirse con sustancias hidrofobantes (para este caso utilizamos los xantatos, conocidos por producir una superficie no mojable), mientras que la ganga tiende a ser mojable
Figura 1. Principio de la separación por flotación
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Una vez mezclándose el polvo mineral con el agua que está contenido en las sustancias hidrofobantes de la galena (colectores), proceden a ser agitados para lograr la dispersión sólido-líquido. En sintonía se hacen pasar un flujo de burbujas de gas a través de esta dispersión, comúnmente aire. Las partículas hidrofobadas (partículas de galena) característicamente tienden a pegarse a las burbujas de aire y este cumple con arrastrarlas en su movimiento ascendente, a diferencia de las partículas de ganga se quedan en la dispersión sólido-líquido.
Las burbujas de aire que emergen a la superficie y que cargan con partículas de galena forman un tipo de espumas que son recogidas por un vertedero.
Habiéndose roto la espuma y secando el mineral logra comprobarse que las partículas que flotaron presentan un alto porcentaje en galena.
Es así como se separa un mineral compuesto por galena de su ganga, usando el proceso de flotación. El ejemplo nos permite comprender las etapas que se involucran, también nos muestra los fenómenos fundamentales que posteriormente se discutirán. Por lo que continuaremos repasando la importancia y la práctica que alcanza este método.
Estudiando las raíces de la flotación, encontramos que fue un método de enriquecimiento aplicado a minerales de carbonato de cobre, llevándose a cabo en el siglo XV. A partir de esto llegó a generalizarse su aplicación para diferentes tipos de minerales. Mucho más reciente se conoce que en los tiempos de la Revolución Industrial (la segunda mitad del siglo XIX), cuando existía mayor demanda de estos recursos minerales, la metalúrgica se vio obligada a su evolución, la gente comenzó a enriquecer minerales de bajo tenor.
En inicios se mezclaba el mineral molido con agua y con aceite (vegetal o mineral), ocurría que los minerales sulfurados cumplían con mojarse en el aceite
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y por ende tendían a ser arrastrados con estás gotas. Este procedimiento fue base para los avances de flotación, sin embargo, existían conglomerados que no podían ser separados. Los conglomerados que se formaban de un tamaño específico para poder ser separados con métodos de separación gravitacional o usando los medios húmedos como el tamizaje.
Se cuenta con información relevante del siglo pasado donde se solía separar una determinada cantidad de minerales mezclados con otros como:
galena (PbS), esfalerita (ZnS) y pirita (FeS), solo con el manejo de su pH.
A inicios del siglo XX comenzó a insuflar aire o CO2, así como utilizar sustancias conocidas como “froth” para recolectar las espumas inestables. Ya hacía contando con todos estos antecedentes la flotación de minerales ocupaba muchos estudios y dedicación con conceptos que se iban incorporando, tales como: agitación de la dispersión sólido-líquido con arrastre de aire, acondicionamiento de aceite como agente hidrofobante, cada vez más se daba razón a obtener la separación con gran selectividad y para ello se usaban en prueba mayor cantidad de sustancias químicas como: alcoholes, grasas, fenoles, aceite de pino y resinas.
En los años que duró la primera guerra mundial en naciones como Australia y EEUU con necesidad de domeñar metales el proceso de flotación de minerales concentro mucho interés científico. Obligados en la necesidad de extraer sulfuros valiosos contaminados en enormes cantidades de otros sulfuros y ganga, obteniéndose un nuevo método llamado para ese entonces sedimentación selectiva. Y así al mismo tiempo se logró descubrir que se podían flotar sulfuros de cobre de bajo tenor y minerales de tipo óxido.
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Ya se contaba con una base científica firme para que a principios de los años 20 se obtuvo la primera patente en el uso de xantatos. Transcurrieron unos años más tarde para poder generalizarse el uso de otros conocido surfactantes como: sulfonatos de petróleo y sales de aminas, sustancias que cumplían con hidrofobar las superficies de las partículas minerales.
En la actualidad se conoce que mediante el uso de la flotación se logra el procesamiento de aproximadamente 2.000 millones de toneladas al año a más, esto hablando de cifras mundiales.
En la tabla 1 se desea mostrar como idea la variedad de los minerales molidos enriquecidos por la flotación, considerando sustancias nativas como el oro o el grafito, hasta minerales oxidados (de hierro, estaño, cromo o titanio), diversos tipos de sales (fluoruros, carbonatos, fosfatos) e inclusive varios tipos de silicatos, particularmente arcillas.
Tabla 1. Minerales molidos enriquecidos por Flotación
Así como todavía se estudiaban numerosos procesos de flotación de sustancias consideradas no minerales y entre ellos resaltaban:
- Fibras de madera de licores, desechos en la elaboración de la pulpa.
- Petróleo, aceites, grasas parte residual de las aguas industriales.
47 - Vidrio residual de la basura doméstica
Hace 30 años que se cuenta con el método llamado flotación por aire disuelto, esto consiste en la producción de burbujas muy pequeñas, en todo el contenido de una solución acuosa saturada de aire bajo presión, en la expansión de la solución se producen burbujas consideradas a una medida en micras, las burbujas tienen la capacidad de colectar partículas coloidales.
Por lo tanto, se puede flocular coloides agregados o floculados sin llegar a romperlos. El proceso de la flotación de coloides en ocasiones se combina para conseguir una floco-flotación esto es contribuyente en el tratamiento de aguas, de modo que nos ayuda clarificarlas.
En la escala molecular se tiene ciertos métodos modernos de separación y estos incluidos en la clase flotación. Se conoce a ciencia cierta que, al insuflar burbujas de aire en una solución de surfactantes, las moléculas contenidas en éste tienden a adsorberse a la superficie por lo que son arrastradas por las espumas que se forman. Resaltando la única diferencia que se puede encontrar con todo lo descrito hasta ahora, no es específicamente el tamaño, lo que cuenta primordialmente es el hecho de trabajar con moléculas que sean solubles en agua. Precisando en esta razón, es conveniente seleccionar la extracción logrando espumas haciéndolo un método particular.
En la figura 2 se muestra como es la clasificación de los métodos actuales con los que se cuenta para la separación por adsorción sobre burbujas, enfatizando una vez más que la flotación es el resultado de una serie de estudios científicos convertidos en un método muy útil, donde podemos fijar varias subdivisiones.
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Figura 2. Métodos de separación por adsorción sobre burbujas
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Es muy importante enfatizar las ideas siguientes, cuando ocurre la Macroflotación se logran extraer partículas macroscópicas es decir perceptibles a la vista humana, a diferencia que en la Microflotación se busca la de extracción de micropartículas, específicamente microorganismos y coloides.
En la Flotación de Iones se requiere la separación de iones que se encuentran sin actividad superficial, para ello se hace uso de un tensioactivo el cual hace que se forme un producto insoluble, cumpliendo la función de adsoción íntegramente en la superficie de una espuma que puede ser removida.
Lo que sucede en la Flotación Molecular es la remoción de moléculas que se encuentran sin ningún tipo de actividad en sus superficies, estos se encuentran en competencia de los tensoactivos que resultan en precipitados.
Para la Flotación de Precipitados se tiene que extraer un precipitado, en este caso el tensoactivo no tiene que ser el agente precipitante.
La Flotación que se da por Coloide Adsorbente viene a ser la separación mediante un específico contenedor de materiales disueltos, para lo cual en primer lugar tiene que ser adsorbidos sobre las partículas coloidales. Causando la liberación de gas disuelto y siendo parte fundamental al cumplir con la flotación de partículas sólidas que se unirán a estas burbujas.
3.1.2. Fenómenos Involucrados
Sea cual sea incluyendo al caso más sencillo de una flotación de tipo convencional por insuflación de burbujas de aire, el desarrollo del proceso de flotación comprende de varios fenómenos involucrados. Para ello se pone interés en el estudio de los fenómenos interfaciales determinantes así como también en la hidrodinámica de captura.
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3.1.3. Fenómenos Interfaciales
Al tener en contacto cualquier tipo de fluido con un sólido nace el concepto de la mojabilidad, esta propiedad que presentan los cuerpos sólidos respecto a cada tipo de fluidos mediante el ángulo de contacto que se forma, el cual es la resultante de un equilibrio de fuerzas. Para el siguiente caso se muestra que los fluidos presentes son el aire (A) y el agua (W) o de tal modo que también podría ser un aceite (O) y por consiguiente se cumple con el concepto de mojabilidad en el caso de una superficie hidrófila o hidrófoba (Fig. 3)
Figura 3. Superficie mojable por agua (izquierda) y por aire (derecha) Para el caso del ángulo de contacto que se forma con el agua, así como se indica en la figura 3 se determina que es un ángulo inferior a 90°, por lo tanto, se define como una superficie hidrófila o hidrofílica; por lo contrario, si el ángulo formado es mayor que 90°, tendremos definida una superficie hidrófoba o hidrofóbica.
Se sabe que la superficie de un sólido se considera hidrófoba cuando las gotas de aceite o las burbujas de aire entran en contacto con el cuerpo y este claramente tiene tendencia a plegarse o mejor dicho adherirse. Para la figura 4 se representa que la probabilidad de arranque que tiene una burbuja ya sea en un medio que ha sido agitado, es menor en caso de que la burbuja se encuentra
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plegada sobre la superficie del cuerpo (arriba izquierda), de manera que presente un considerable ángulo de contacto (arriba derecha).
Figura 4. Flotación de sólidos hidrofóbos (izquierda) y la no-flotación de solidos hidrófilos (derecha)
Comprobándose que también ocurre lo mismo cuando tenemos el caso de que las partículas siendo más pequeñas que las burbujas y de característica hidrófoba como se puede apreciar en la figura 4 (abajo izquierda), las partículas con gran facilidad logran situarse en el interior de la burbuja. A este resultado se le conoce como partículas abrigadas de las turbulencias que se emanan del exterior que pueden afectar su flotación y correr la misma suerte de las partículas hidrófilas como se muestra en la figura 4(abajo derecha).
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Es considerable resaltar que el ángulo de contacto dependerá de las consideraciones energéticas que se desarrollen, siendo materia de análisis y teniendo en cuenta la diferencia de ambos casos, como se denotan (a) y (b) en la figura 5, representando ambos un mismo área interfacial.
Figura 5. Energías de interacción burbujas de aire agua-solido
Para el caso (a), se puede ver que la energía comprendida por unidad de área para que la burbuja pueda aproximarse al sólido es la energía de la interacción para la fase agua-aire que comprende un lado de la película y por otro lado la de agua-sólido.
Para el caso (b), podemos notar que la energía de interacción corresponde a la fase aire-sólido, así como también se aprecia que a la energía de interacción para fase agua-agua desapareció.
Cuando ocurre el aplastamiento de la burbuja veremos que el área de contacto entre la burbuja de aire y el sólido como se puede ver en el caso (b), hace que se consiga mayor contacto de la película que en el caso (a).
Se busca conocer en cuál de los estados sea (a) o (b), el que garantice mayor estabilidad, mejor dicho, en qué estado sucederá con mayor espontaneidad.
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Para poder tener el cálculo de las energías respectivas para cada caso es necesario llevar a cabo un análisis de las interacciones de atracción (Van der Waals) y las repulsivas, considerando las características que presente la superficie sólida tales como: el pH, la estructura molecular y las sustancias adsorbidas.
Es notorio que las interacciones que ocurren en aire-agua y aire-sólido tienen menor probabilidad o menor importancia que las demás ya que el aire representa una fase no condensada, de modo que por esto no se tomara en cuenta en la discusión.
En las interacciones que ocurre en agua-agua, es decir que las energías que tienen que ver con la cohesión del agua, son muy fuertes incluyendo el tipo de enlace por puentes de hidrógeno que le dan esta gran cohesión, es así que favorece el caso (b), de otra forma si se mostrara el caso en el que las interacciones agua-sólido se muestren menos importantes. Esto ocurriría cuando el sólido presente un tipo de superficie polar, o el caso en el que se llegue a dar un tipo de enlace de la parte sólida con el agua. Es así como los silicatos y los aluminosilicatos producen reacciones de hidrólisis, se hidrolizan en toda su superficie de modo que se vuelven hidrofílicos, así como resulta el caso (a). La hidrofilación que presentan las partículas es por causa del pH, la hidrofilación se presenta a partir de un punto de carga cero en donde la concentración absorbida de los iones H+ es la misma que la concentración absorbida por parte de los iones OH-. Por ejemplo sucede en la cuarcita el punto de carga más como como si fuera un pH 2 o por otro lado tan mayor como e pH alcalino de la alúmina que varía de 8 a 9.
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En el agua neutra se precipitan muchos tipos de ganga como los silicatos, considerándose que se encuentran en agua neutra y a un pH estrictamente alto donde se presente una carga negativa que lleve a la hidroxilación. Lo que conlleva a tener una superficie hidrofílica.
La hidroxilación para los minerales sulfurados o en forma elemental como el grafito, las probabilidades de hidroxilación son mínimas, de manera contraria por naturalidad tienden a tener una superficie hidrófoba muy beneficiosa para la flotación. Usar surfactantes para favorecer la adsorción es lo más recomendable.
Cuando usemos un surfactante será con el fin de adsorberse en la superficie del sólido, causando así dos tipos de interacción conocidos como quimisorción o fisisorción a parte de ello se dejando en la fase acuosa la parte lipofílica, el tipo de surfactante a usar tiene que poseer características de afinidad con la parte sólida, deberá de producir una monocapa si inclusive se encontrase a una baja concentración en la fase acuosa. La monocapa ayuda a que la superficie del sólido se presente hidrófobo a la fase acuosa y no se llegue a dar la interacción de la parte sólida con el agua.
Figura 6. Hidrofobación por adsorción de un Surfactante
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Para la flotación de minerales sulfurados es efectivo el uso de xantatos, esta denominación la tienen los aquiléteres de un ácido tio-carboxílico o los diésteres así como también son los alquil-ditiofosfatos.
No se tiene exactitud en el conocimiento del mecanismo base, pero lo que se ha podido comprobar es que existe un tipo de quimisorción a causa de la interacción de xantato con el ión sulfuro y el metal, de modo que termina siendo remplazado por un enlace roto en el periodo de molienda. Por ser una quimisorción el enlace que se forma es fuerte y hace que el equilibrio de adsorción se desplace.
También pu
