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MINERALES, SOLUCIONES Y EQUILIBRIO TERMODINAMICO
GEOMETALURGIA APLICADA A LA OPTIMIZACION DEL BENEFICIO DE LOS RECURSOS MINEROS
Dr. Patricio Navarro DonosoConsultor Intercade
MODULO
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TIPOS DE MINERALES Y ESPECIES MINERALOGICAS
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Qu son los minerales?Se han enunciado distintas definiciones del trminomineral, cada una de las cuales tiene sus ventajas ydesventajas. La ms aceptada actualmente establece losiguiente:
Los slidos inorgnicos, de origen natural, quepresentan una composicin qumica ms o menosconstante y una estructura cristalina definida sondenominados minerales.
INTRODUCCION
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Es un slido natural, inorgnico y homognea que poseeuna composicin qumica y estructura atmicacaracterstica. Por lo tanto se caracteriza de la siguientemanera: Es un slido cristalino. Est formado por procesos. Es un material inorgnico. Posee una estructura interna ordenada. Posee una composicin qumica definida.
Estos pueden ser compuestos qumicos o de un soloelemento qumico (elemento nativo) regidos por la ley delocteto.
MINERAL
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Los minerales se desarrollan por diversos procesos:
1. Mediante solidificacin de lquidos2. Precipitacin a partir de soluciones3. Condensacin de gases4. Recristalizacin en estado slido
La cristalizacin es un proceso exotrmico. Cada mineralse forma bajo condiciones fsico-qumicas determinadas. Siestas cambian, algunos minerales quedan inmutables; perola mayora se vuelven inmutables, se destruyen o ceden ellugar a otros ms estables (meteorizacin).
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En la corteza terrestre se concentra el 99% de minerales,del cual 46.6% es O2, 28,2% es Si, 8.2% es Al, 5.6% es Fey 4.2% es Ca; por otra parte, se encuentran en menoresporcentajes el Na, K, Mg, Ti y P.La clasificacin de los minerales se establece bajodiferentes criterios: qumico, fsico, gentico, estructural ycristaloqumico; este ltimo es el mas utilizado en alactualidad.Por criterios estructurales, los minerales se subdividen enclases y subclases, despus en grupo, series o familiashasta llegar a la unidad fundamental especie mineral. unaespecie mineral puede presentarse en variedades.
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CLASIFICACION QUIMICA DE MINERALES
ELEMENTOS COMPUESTOS
NO MINERALES
Elementos
CobreDiamanteOroGrafitoHierroPlatinoPlataAzufre
CasiteritaCorindnHematitaMagnetite
CalcocitaGalenaPiritaEsfalerita
CalcitaDolomitaMagnesita
AnhidritaYeso
CuarzoFeldespatosMicasPiribolesOlivino
ELEMENTOS SULFUROS CARBONATOS SULFATOS SILICATOSOXIDOS
Elementos +Oxgeno
Elementos +Azufre
Elementos +(CO )
Elementos +(SO )
Elementos +(SiO )
INORGANICOS ORGANICOS
OTROSMINERALES
3 4 42- 2- 4-
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TIPOS DE MINERALES Elementos nativos
El oro, el platino, el cobre, la plata, el mercurio, el plomo,el hierro, el grafito, el diamante y el azufre
Sulfuros y sulfosales Sales de los iones sulfuro, seleniuro, antimoniuro,
arseniuro y telururo Halogenuros
Sales de los elementos halgenos actuando con carga -1;es decir, los fluoruros, cloruros, bromuros y yoduros.
xidos e hidrxidos Combinaciones de los cationes, generalmente metlicos,
asociados al ion oxgeno o a grupos hidroxilos.
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Carbonatos, nitratos y boratos La calcita (carbonato de calcio), los nitratos y los
boratos, por su alta solubilidad solo puedenencontrarse en altas concentraciones en las regionesms ridas que se acumulan en las depresiones porevaporacin de lagos efmeros.
Sulfatos, teluratos, cromatos, molibdatos ywolframatos De este grupo, solo los primeros tienen amplia
distribucin, mientras que los dems constituyencuriosidades mineralgicas.
Fosfatos, arseniatos y vanadatos Se destaca entre estos el apatito (fosfato de calcio),
pero tampoco este grupo est demasiado difundido.
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Metal Mena mineral Composicin % de metal Oro Oro nativo Au 100
Calaverita Te2Au 39 Silvanita Te2(Au,Ag) --
Plata Plata nativa Ag 100 Argentita Ag2S 87 Cerargirita AgCl 75
Hierro Magnetita Fe3O4 72 Hematita Fe2O3 70 Limonita Fe2O3-H2O 60 Siderita FeCO3 48
Cobre Cobre nativo Cu 100 Bornita Cu5FeS4 63 Brochantita CuSO4-3Cu(OH)2 62 Calcosita Cu2S 80 Calcopirita CuFeS2 34
Covelina CuS 66 Cuprita Cu2O 89 Enargita 48 Malaquita CuCO3Cu(OH)2 57 Azurita 2CuCO3Cu(OH)2 55
Crisocola CuSiO32H2O 36
LISTADO DE MINERALES MAS COMUNES
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Plomo Galena PbS 86 Cerucita PbCO3 77 Anglesita PbSO4 68
Zinc Blenda ZnS 67 Smithsonita ZnCO3 52 Hemimorfita ZnSiO5H2 54 Cincita ZnO 80
Estao Casiterita SnO2 78 Estannita Cu2SFeSSnS2 27
Nquel Pentlandita (Fe, Ni)S 22 Garnierita (Ni,Mg)SiO3H2-H2O --
Cromo Cromita Cr2FeO4 68 Manganeso Pirolusita MnO2 63
Psilomelana Mn2O3-xH2O 45 Aluminio Bauxita Al2O3-2H2O 39 Antimonio Estibina Sb2S3 71 Bismuto Bismutita Bi2S3 81 Cobalto Esmaltita CoAs2 28 Mercurio Cinabrio HgS 86 Molibdeno Molibdenita MoS2 60
Wulfenita MoPbO4 39 Wolframio Wolframita WO4(Fe,Mn) 76
Huebnerita WO4Mn 76 Scheelita WO4Ca 80
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Clase Nombre Composicin Oxidos Cuarzo SiO2
Bauxita Al2O3-2H2O Limonita Fe2O3-H2O
Carbonatos Calcita CaCO3 Dolomita (Ca,Mg)CO3 Siderita FeCO3 Rodocrosita MnCO3
Sulfatos Baritina BaSO4 Yeso CaSO4 H2O
LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES
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Silicatos Feldespato Granate Rodonita MnSiO3 Clorita Minerales arcillosos
Varios Fluorita F2Ca Apatita (Fca)(PO4)3Ca4 Pirita FeS2 Marcasita FeS2 Pirrotita Fe1-xS Arsenopirita FeAsS
LISTADO DE MINERALES DE GANGA COMUNES
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14PRINCIPALES MINERALES EN LA CORTEZA
TERRESTREGrupo Mineral FrmulaSilicatos Cuarzo SiO
KA1Si O
AlFe
FeSFbS
NaC1CaF
CaSO 2H O
CaCOCaCO -MgCO
OO
Olivina (MgFe) SiOFeldespato de K(ortoclasa)
Oxidos CorinonMagnetita
Carbonatos CalcitaDolomitaPiritaGalenaYeso
HalitaFluorita
Sulfuros
SulfatosHaluros
2
2
3
2
33 3
2
2
4
3
4
3 8
2 4
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Oro minerals: from rocks rich in Specificeconomic metals (minerals).Oxides, Sulfides, Silicates, NativeMetals (Phosphates, Salts).Ore deposits: economically Recoverablemineral deposits.Bi - products: are elements dispersed inore minerals Ga, In, Ge from Mining Aland Zn ores.
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IMPORTANT SILICATE MINERALS
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Strong bonds between oxygen and metals Resistant to further chemical attack and generally form
strong, hard minerals. Many important ore minerals
- Fe, Ti, Zr, Cr, U
Hematite: Fe2O3 Magnetite: Fe3O4
~ 98% of iron oreise used to make steel
Spinel: MgAl2O4- Important to mantle
OXIDOS
Banded iron formation
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Copper (Cu) Gold (Au) Silver (Ag)
Platinum ( Pt) Mercury (Hg)
Arsenic (Bi)
Carbon (C) Sulfur (S)
Usually impure to a few percent Generally, only used as mineral specimens
NATIVE ELEMENTS
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SULFIDES
Cmpounds containing Sulfur as S2- Chief ores of many metals: Cu, Zn, Ni, Mo
Pyrite (fools gold) FeS Galena PbS Cinnabar Hgs
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Include bonded halogen atom
Halite NaCI *What ion commonly substitutes into hatite?
Fluorite CaF2 Fluorescent (Rarely) thermoluminescen Main source of fluorite
HALIDES
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PHOSPHATES Contains (PO4)3- Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,CL)
Same as stuff in bones, teeth
Major agricultural chemical (fertilizer) Used in laundry detergent Can goven biotic growth rates
abrupt changes when introduced to water
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ORO Y PLATAEl oro al igual que la plata es encontrado en estado puro. Seextrae de las siguientes fuentes: en las vetas de oro,generalmente acompaado de cuarzo; el oro de aluvin,y comoproducto derivado de otras industrias manufacturadas, como ladel cobre, estao y zinc.
El oro est enlazado genticamente con las intrusiones cidas.El ms caracterstico es el de origen hidrotermal en los filonescuarcferos, donde va acompaado de la pirita, la arsenopirita,la galena, las menas grises, la calcopirita, la bismutina, lostelridos.
Adems, el oro se encuentra en las menas de los yacimientosde polimetales, en el cobre, en el plomo, en el hierro, en eluranio y en otras; de las cuales se extrae simultneamente.
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Cristales de oro puroOro natural
Pepita de oro puro
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PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS MINERALES
Los minerales presentan una gran variedad depropiedades que los caracterizan. Muchas de estascaractersticas permite poder separarlos, concentrarlosy obtener concentrados de alta ley.
Principales caractersticas de los minerales
Dureza Peso especfico Color Solubilidad Insolubilidad
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Otras caractersticas
Minerales magnticos
Minerales de alto y bajo punto de fusin
Minerales de baja y alta ley
Minerales de valor comercial
Minerales estratgicos
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PROCESOS DE CONCENTRACION DE MINERALES E IONES DISUELTOS
Los principales procesos de concentracin deminerales y elementos disueltos en solucin acuosason los siguientes:
Concentracin magntica Concentracin gravitacional Flotacin Lixiviacin Fusin Extraccin por solventes Carbn activado Resinas de intercambio inico
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ETAPAS PREVIAS A LAS ETAPAS DE CONCENTRACION
Las etapas previas a cualquier proceso de concentracinde minerales y/o concentracin de elementos disueltos ensoluciones acuosas son las siguientes:
Etapas de chancado: chancado primario, secundario yterciario
Etapas de molienda: molienda primaria (barras), moliendasecundaria (bolas) y molienda semiautgena (SAG).
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En una planta de procesamiento de minerales, lareduccin de tamaos o conminucin del mineral serealiza en una secuencia de etapas.
Etapa Subetapa Rango tamao(solo referencial)Consumo de
energaKWh/t
Chancado
Primario de 100 a 10 cm 0,3 a 0,4
Secundario de 10 a 1 cm 0,3 a 2
Terciario de 1 a 0,5 cm 0,4 a 3
MoliendaPrimario de 10 a 1 mm 3 a 6
Secundario de 1 a 0,1 mm 4 a 10
ETAPAS
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CIRCUITO ABIERTO DE CHANCADO
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CIRCUITO CERRADO DE CHANCADO
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LAS TRES ETAPAS CLASICAS DE CHANCADO ANTES DE LA MOLIENDA
Primary CrushingSecundary Crushing
Tertiary Crushing
Wet or Dry grinding
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32CIRCUITOS DE 1 Y 2 ETAPAS DE CHANCADO
ANTES DE LA MOLIENDA
Primary crushing
Primary crushing
Primary crushing
Primary grinding
Secondary crushing
Primarygrinding
Primarygrinding
Secondarycrushing
Straight on
Pre-CrushingOf critical
sizes
CrushingOf critical
Sizes fromMill discharge
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Primary crusher
Muckpile
Stockpile Screening
Secondarycrushing
Tertiarycrushing
SecondaryCyclones
PrimaryCyclones
Primary ball mill Secondary ball mill
OPTION 1: THERE STAGE CRUSHING + BALL MILLS
0.1 kWh/t
1.0 kWh/t
10 kWh/t
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OPTION 2: SAG+ BALL MILLS
Primary crusher
Muckpile
Stockpile
Cyclones
SAG
0.1 kWh/t
2.0 kWh/t
10 kWh/t
Ball mill
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Agua
AguaMolino SAG
Harnero
Batera
Hidrociclones
OTROS CIRCUITOS DE MOLIENDA SAG
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Agua
Agua
Molino SAG
Chancador
de Pebbles
Harnero
Batera
Hidrociclones
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Agua
Agua
Molino SAG Molino de Bolas
Batera
Hidrociclones
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Agua
Molino SAG
Molino de Bolas
Chancador
de Pebbles
Batera
Hidrociclones
Agua
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Chancador
de Pebbles
Molino SAGMolino de Bolas
Batera
HidrociclonesAgua
Agua
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Circuitos de tratamiento de minerales de oro y plata
Actualmente, las dos alternativas principales para eltratamiento de minerales de oro conducen a laproduccin de cemento de oro y plata, precipitacin deoro y plata electroltica.
En los diagramas que se muestran a continuacin, seobserva las principales etapas que involucran estosprocedimientos.
DIAGRAMAS DE FLUJOSDE PROCESOS
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PULPABARREN
REACTIVACION DEL CARBON
REDUCCION DE TAMAO
CIANURACION
ADSORCION CON CARBON
DESORCION
ELECTRODEPOSICION
FUNDICION
REDUCCIONDE TAMAO
CIANURACION
FILTRADO Y LAVADO
BARREN SOLIDOS
CLARIFICACION
DECANTACION
PRECIPITACION Au - Zn
FILTRADO
CALCINACION/FUNDICION
BULLION
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Los procesos modernos en el tratamiento de minerales deoro son los procesos CIP y CIL (carbn en pulpa y carbnen lixiviacin).
Los aspectos relevantes de estos procesos son lossiguientes: Evitan los circuitos de lavado en contracorriente. Permiten tratar minerales de oro que contienen materia
carboncea u orgnica. Bajan los costos de inversin y operacionales.
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Carbn en columna (CIC)
CARBON EN COLUMNA
LIXIVIACION ENPILAS
AGUA, CALY CIANURO
CARBON ENCOLUMNA REGENERACION
DEL CARBON
DESORCION DELCARBON
ELECTROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA
SOLUCION DEELUCION
METAL DOREAL MERCADO
Carbn descargado
Carbn activadoSolucin de Lixiviacin
Carbn cargadoSolucin descargada
Solucin concentrada
Oro electroltico
MINERAL
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Carbn en pulpa (CIP)
CARBON EN PULPA
MINERAL
CARBON EN PULPA
REGENERACIONDEL CARBON
DESORCION DELCARBON
ELETROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA
SOLUCION DE ELUCION
PULPA ADESCARTE
Solucin concentrada
Carbn cargado
Carbn descargado
Carbn activado
Oro electroltico
METAL DOREAL MERCADO
LIXIVIACION POR AGITACION
REPOSICION DE CIANURO AGUA Y CAL
Pulpa
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CARBON EN LIXIVIACION
Carbn en lixiviacin (CIL)MINERAL
CARBON ENLIXIVIACION
POR AGITACIONREGENERACION
DEL CARBON
ELECTROOBTENCIONDE ORO Y/O PLATA
SOLUCION DEELUCION
PULPA ADESCARTE
METAL DOREAL MERCADO
Oro electroltico
Solucin concentradaCarbn descargado
Carbn cargado
Carbn activadoAGUA, CALY CIANURO
DESORCION DELCARBON
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CARBON EN PULPA
CarbnFresco
Pulpa aDescarte
CarbnCargado
Pulpa aCianurar
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CARBON EN LIXIVIACION
CarbnFresco
Pulpa aDescarte
CarbnCargado
Pulpa aCianurar
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Generalmente, la hidrometalurgia del cobre se desarrolla entres etapas sucesivas:
La primera etapa es conocida como lixiviacin y consisteen la disolucin selectiva del cobre en una solucin cida,desde los minerales que los contienen.
En la segunda etapa, se realiza la purificacin yconcentracin de la solucin.
CIRCUITOS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE COBRE
VIA HIDROMETALURGIA
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En la tercera etapa, se recupera selectivamente elcobre disuelto en el medio acuoso, generado por laelevada concentracin de cido sulfrico. En el casodel cobre, a travs de electroobtencin.