UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS CASO ESTUDIO I Caracterización Arena de Lampa CONCENTRACIÓN DE MINERALES Septiembre del 2012 Docente a Cargo: Sergio Acevedo Grifero. Ayudante: Eduardo Astorga Muñóz. Integrantes: Alejandro Brevé Nieto. José Navarro Quilodrán. Vanessa Osorio Vergara. Cristian Rojas Olivares.
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS
C A S O E S T U D I O I C a r a c t e r i z a c i ó n A r e n a d e L a m p a
C O N C E N T R A C I Ó N D E M I N E R A L E S
Septiembre del 2012
Docente a Cargo:
Sergio Acevedo Grifero.
Ayudante:
Eduardo Astorga Muñóz.
Integrantes:
Alejandro Brevé Nieto.
José Navarro Quilodrán.
Vanessa Osorio Vergara.
Cristian Rojas Olivares.
2 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
RESUMEN EJECUTIVO
Bajo el alero de un marco académico en el Laboratorio de Concentración de Minerales se basó este estudio que consistió en caracterizar las arenas del Río Lampa, ubicado al norte de la Región Metropolitana. En primera instancia, se obtuvo una muestra de 20 kilógramos, de los cuales aproximadamente un 10%, es decir, 2 kilógramos fueron puestos a un horno durante 24 horas para secar la arena y así eliminar la humedad presente, o más bien, trabajar con una humedad controlada. Posteriormente se eligió un tamaño de muestra de 200 gramos los cuales fueron tamizados en un Ro-Tap para realizar luego el respectivo análisis granulométrico. El contenido de cada uno de los tamices fue estudiado, encontrando magnetita, biotita, cuarzo y feldespato, más otras impurezas. Las leyes halladas para cada una de las especies de minerales fueron 11,7%, 7,4%, 20,2% y 21,5% respectivamente. También fue analizado el grado de liberación de estos minerales y su relación con la granulometría, en efecto, mientras menor es el tamaño de las partículas el grado de liberación de los minerales es mayor, de lo cual se deduce que para obtener elementos o minerales, en un contexto del negocio minero, de los cuales se obtenga algún beneficio presente, es necesario su reducción a términos que este estudio no permite determinar pero si permite tener la certeza de ese comportamiento lo cual sienta las bases para futuros estudios al respecto.
Universidad de Santiago
de Chile
Facultad de Ingeniería
Departamento de
Ingeniería en Minas
TABLA DE CONTENIDO R e s u m e n E j e c u t i v o ............................................................................................................... 2
I n t r o d u c c i ó n ............................................................................................................................ 4
O b j e t i v o s .................................................................................................................................. 5
A l c a n c e s .................................................................................................................................... 5
M a r c o T e ó r i c o ........................................................................................................................ 6
M a t e r i a l e s ................................................................................................................................ 7
D e s a r r o l l o d e l a e x p e r i e n c i a ............................................................................................ 8
R e s u l t a d o s y A n á l i s i s ......................................................................................................... 9
Tabla I: Resultado del proceso de tamizado. ...................................................................... 9
Tabla II: Resumen de las leyes de cabeza de minerales..................................................... 9
Tabla III: Resumen del grado de liberación de minerales................................................. 10
C o n c l u s i o n e s y R e c o m e n d a c i o n e s ................................................................................ 17
B i b l i o g r a f í a ........................................................................................................................... 18
M e m o r i a d e C á l c u l o s ......................................................................................................... 19
Tabla IV: Resumen leyes parciales de minerales. ............................................................ 19
Tabla V: Resumen del grado de liberación parcial de minerales. .................................... 19
Tabla de Gráficas
D i a g r a m a d e f l u j o e x p e r i e n c i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
L e y e s d e M i n e r a l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
R e p r e s e n t a c i ó n G r a d o L i b e r a c i ó n M a g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0
R e p r e s e n t a c i ó n G r a d o L i b e r a c i ó n B t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0
R e p r e s e n t a c i ó n G r a d o L i b e r a c i ó n Q t z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1
R e p r e s e n t a c i ó n G r a d o L i b e r a c i ó n F s p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1
R e p r e s e n t a c i ó n G r a d o L i b e r a c i ó n d e l o s m i n e r a l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2
M a g n e t i t a ( M a g ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3
F e l d e s p a t o ( F s p ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5
4 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
IN T R O D U C C I Ó N Los procesos posteriores a la extracción de los minerales tienen que ver con la acción de
reducción de tamaño de los minerales que permite liberar las especies valiosas contenidas en
ellos. En base a lo anterior, para un control metalúrgico, operacional y chequeo de las
características del diseño de una planta de conminución y concentración de minerales, es
importante contar con toda la información necesaria y relevante para realizar los balances de
materiales en cada punto del proceso.
Lo anterior es importante, ya que es una manera indirecta de verificar que los equipos,
habitualmente enlazados entre sí por un sofisticado sistema de automatización y control, se
encuentren operando dentro de los márgenes de lo planificado y diseñado, además poder detectar
cualquier variación en algunos de los parámetros operacionales habituales, como la granulometría
de alimentación y descarga de algún circuito de proceso, o porcentaje de sólidos de la pulpa en un
determinado punto, las leyes específicas de los minerales de interés.
Con una detallada información es posible obtener de manera rápida una respuesta a la causa del
problema y en base a ello dar una solución óptima a ello. En este informe se caracterizará la
mineralogía presente en las arenas de la rivera del río Lampa, Región Metropolitana, estudiando su
granulometría, las especies mineralógicas presentes, las leyes y grados de liberación y usos
respectivos de cada especie.
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O BJ E T I V O S
Objetivos Generales:
-Caracterizar la mineralogía presente en las arenas del Río Lampa.
Objetivos Específicos:
-Seleccionar una muestra representativa de las arenas del Río Lampa.
-Realizar un análisis granulométrico sobre la muestra.
-Caracterizar las especies mineralógicas presentes.
-Determinar las leyes y grado de liberación de cada especie mineralógica hallada.
-Comentar los usos que posee cada especia mineralógica.
A LC A N C E S
El informe se enmarcó dentro de un laboratorio con fines académicos de Concentración de
Minerales.
La muestra fue secada durante un día en un horno asegurando un correcto análisis granulométrico
posterior, luego en el análisis se usaron las mallas #35 y #70, siendo la primera donde se aprecia
de manera evidente el grado de liberación de las especies mineralógicas presentes en la muestra.
También para dicho análisis se destinó un total de 8 minutos para el tamizado considerado óptimo
para tales estudios.
Por otra parte a lo largo del informe se utilizan para los minerales estudiados abreviaciones
establecidas por la Unión Internacional de Ciencias Geológicas (IUGS).
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M A R C O TE Ó R I C O
En el negocio minero es importante ir chequeando los procesos que se llevan a cabo de los cuales
depende la vialidad del proyecto. Asignándole dicha importancia, en los procesos relacionados con
la metalurgia, es vital el control del contenido que llega a la planta para ser procesada. Dicho
control se realiza mediante el diseño de una malla de muestreo, la cual consiste en seleccionar
de forma aleatoria un sector representativo del material (mena o ganga), que permita obtener
información relevante para el procesamiento de éste (mena), o descarte (ganga).
Una vez que se obtiene una muestra representativa del material, es necesario homogeneizarlo
mediante un roleo, técnica que consiste en realizar movimientos de cascada sobre el material, el
cual es depositado en un paño para ello. Luego se realiza un cuarteo, que consiste en dividir la
muestra en cuatro partes iguales, seleccionando luego dos de ellas por lo general.
Luego de esa división hecha, se selecciona una cantidad precisa, la cual es medida con una
balanza y es tratada mediante un tamizado, el cual consiste en colocar la muestra en mallas
definidas por cilindros marcados, los cuales se colocan en forma de torre sobre una máquina
denominada como Ro-Tap, que se encarga de realizar movimientos ondulatorios en un intervalo
de tiempo determinado permitiendo la separación de la muestra a lo largo de las distintas mallas
obteniendo así la granulometría de la muestra. Además se realiza un análisis en cada malla usada
a fin de observar las especies minerales presentes y los grados de abundancia y liberación de
éstas.
A continuación se mencionan conceptos claves que serán usados en este informe:
i. Ley Mineralógica: Es la cantidad expresada en porcentaje el peso de él, o los elementos
químicos que caracterizan un yacimiento.
ii. Ley de Cabeza: Es la ley que caracteriza la producción diaria y que llega a la planta de
procesamiento de minerales. La ley de cabeza se determina mediante la siguiente
expresión:
4
1
* *i i
i
L M L M
:
M:Masa Total.
L:Ley de Cabeza del Mineral.
:Masa del cuartil i.
:Porcentaje del mineral en el cuartil i.
i
i
Donde
M
L
iii. Grado de Liberación: Es la relación adimensional expresada en porcentaje entre un
mineral no asociado a otros minerales del yacimiento, y el mismo mineral asociado.
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M AT E R I A LE S
Los materiales usados en la experiencia se detallan a continuación:
i. Bolsas de Plástico: Usadas para el transporte y almacenaje de la muestra extraída desde
el yacimiento, por otra parte también se usa para la técnica del roleo.
ii. Bandeja: Necesaria para depositar la muestra cuando es llevada al horno para secado y
medida en la balanza.
iii. Horno: Cumple una función fundamental, la cual consiste en seca la muestra para realizar
un correcto análisis granulométrico.
iv. Espátula: Realizar la técnica del cuarteo y trasvasijar el material.
v. Balanza digital: Mediar la masa de la muestra.
vi. Tamiz: Mallas cilíndricas con una abertura que permite medir la granulometría de la
muestra, en este caso se usaron las mallas #35 y #70.
vii. Máquina Ro-Tap: Es un dispositivo utilizado para la distribución granulométrica de una
muestra. Capaz de emular el movimiento circular y de golpeteo característico del cribado a
mano.
viii. Lupa: Utilizada para conocer las especies minerales presentes en la muestra, su grado de
abundancia y liberación.
Balanza Ro-Tap
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DE S A R R O LLO D E LA E X P E R I E N C I A
Se ilustrará por medio de un diagrama de flujo:
Gráfica I: Diagrama de flujo experiencia.
La muestra es pasada por mallas encargadas de retener objetos de gran
tamaño
Una vez depositada la muestra en una bandeja, es llevada a un horno por
un día para su secado
la muestra es retirada del horno y se masan 2
kilogramos de ésta para aplicar ténicas de roleo y
cuarteo
De la muestra cuarteada, se toman 200 g. que son
llevados a la máquina Ro-Tap
De acuerdo a la granulometría entregada
se analiza con una lupa el grado de liberación y
abundancia de las especies
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RE S U LTA D O S Y AN Á LI S I S
Una vez tamizada la muestra, se procedió a medir la masa del contenido de cada tamiz a modo de
analizar la granulometría de ésta. Lo anterior es denotado en la siguiente tabla:
Tamiz [#] Abertura [um]
Masa [g]
Masa Corr. [g]
35 420 49,5 49,5
70 212 134,6 134,6
Fondo -- 16 15,9
Total -- 200,1 200
Masa Inicial
-- 200 200
Error [%] -- 0,05 --
TABLA I: RESULTADO DEL PROCESO DE TAMIZADO.
De la tabla anterior se hace hincapié en el error hallado en la muestra, que corresponde a no haber
limpiado bien las mallas antes de usarlas, no obstante es mínimo y no influyen en los resultados
obtenidos.
Posteriormente en el contenido hallado en cada tamiz se analizaron las especies minerales
presentes, haciendo cuatro observaciones por cada mineral hallado, entregando luego un
promedio de la ley del mineral, siendo la que se muestra a continuación clasificada por la abertura
de la malla en que fue analizada. Por otra parte también se hace hincapié que en la muestra
existen otras especies que no fueron clasificadas debido a que escapan a los objetivos del estudio.
MINERALES
Ley [%]
Tamiz [#] Mag Bt Qtz Fsp
35 6,5 10,0 17,3 31,0
70 13,8 7,0 22,3 17,8
Fondo 10,0 2,8 12,0 23,3
Ley de Cabeza [%] 11,7 7,4 20,2 21,5
TABLA II: RESUMEN DE LAS LEYES DE CABEZA DE MINERALES.
Las leyes de cabeza fueron obtenidas ponderando respectivamente las masas y leyes relativas
halladas.
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Gráfica II: Leyes de Minerales.
Simultáneamente se analizó el grado de liberación de cada especie mineral hallada en cada tamiz,
la metodología usada fue la misma para el caso de las leyes, haciendo cuatro observaciones en
cada tamiz para cada mineral obteniendo luego un promedio de ellas, el cual queda representado a
continuación:
MINERALES
Grado de Liberación [%]
Tamiz [#] Mag Bt Qtz Fsp
35 45,0 42,5 50,0 56,3
70 58,8 55,0 70,0 70,0
Fondo 100,0 100,0 100,0 100,0
TABLA III: RESUMEN DEL GRADO DE LIBERACIÓN DE MINERALES.
De la tabla anterior se desprende que el grado de liberación de los minerales es inversamente
proporcional a la abertura de la malla, lo que implica que mientras menor sea el tamaño de las
partículas de la muestra, mayor será el grado de liberación del mineral. Cada mineral ha sido
representado por medio de gráficos:
12%
7%
20%
22%
39%
Leyes Minerales
Mag
Bt
Qtz
Fsp
Otros
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Gráfica III: Representación Grado Liberación Mag.
Gráfica IV: Representación Grado Liberación Bt.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
35 70 Fondo
Po
rcen
taje
s [
%]
Grado de Liberación Magnetita [Mag]
Mineral Libre
Mineral Asociado
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
35 70 Fondo
Po
rcen
taje
s [
%]
Grado de Liberación Mica, Biotita [Bt]
Mineral Libre
Mineral Asociado
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Gráfica V: Representación Grado Liberación Qtz.
Gráfica VI: Representación Grado Liberación Fsp.
En los gráficos anteriores se analiza cada mineral por separado deduciendo que en cada uno de
ellos se cumple la relación inversa entre el tamaño de las partículas y el grado de liberación del
mismo mineral. También es posible comprar el grado de liberación de cada una de las especies
minerales mediante el siguiente gráfico:
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
35 70 Fondo
Po
rcen
taje
s [
%]
Grado de Liberación Cuarzo [Qtz]
Mineral Libre
Mineral Asociado
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
35 70 Fondo
Po
rcen
taje
s [
%]
Grado de Liberación Feldespato [Fsp]
Mineral Libre
Mineral Asociado
13 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
Gráfica VII: Representación Grado Liberación de los minerales.
Del gráfico anterior se desprende que no existe mucha diferencia en el grado de liberación de los
minerales hallados, sólo que siguen el patrón señalado antes con respecto al tamaño de las
partículas de la muestra.
De los minerales hallados se hace una breve descripción a continuación:
a. Magnetita (Mag):
La Magnetita es un mineral de hierro constituido por oxido-diférrico. Se trata de un mineral del
grupo de los óxidos, mezcla de óxidos de hierro FeO.Fe2O3 que también puede representarse
como (Fe3O4). Cristaliza en el sistema cúbico, generalmente en octaedros o rombododecaedros.
Es un mineral muy denso, frágil, duro y con propiedades ferromagnéticas, es capaz de atrae al
hierro y al acero junto con otros metales. Su color es pardo negruzco, con brillo metálico. Es una de
las principales menas de hierro.
Se presenta en rocas ígneas inttrusivas, yacimientos pneumatolíticos de desplazamiento,
yacimientos metamórficos, en pizarras de cloritos y talco como inclusiones, en filones
hidrotermales, en grietas alpinas. Su origen es magmático, hidrotermal y metamórfico, raramente
sedimentario.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
35 70 Fondo
Po
rcen
taje
s [
%]
Grado de Liberación Minerales
Mag
Bt
Qtz
Fsp
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Gráfica VIII: Magnetita (Mag).
Sus aplicaciones son variadas, desde mena de hierro, al contener un 72% de este elemento, en los
seres vivos donde diferentes animales la usan para orientarse con respecto al norte magnético,
como material de construcción debido a su alta densidad, y como revestimiento industrial.
b. Micas, Biotita (Bt):
Las micas son minerales pertenecientes a grupo numeroso de silicatos de alúmina, hierro, calcio,
magnesio y minerales alcalinos. Generalmente se las encuentra en las rocas igneas y las
metamórficas. Las particulares características de elasticidad, flexibilidad y resistencia al calor de
las láminas, al agua, hacen que constituyan un precioso material para la industria debido a sus
propiedades como aislantes eléctricos y térmicos. Las variedades de micas se dividen en micas
blancas y negras.
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Gráfica IX: Biotita (Bt).
c. Cuarzo (Qtz):
El Cuarzo es un mineral compuesto por dióxido de silicio. Tiene tanta dureza que puede rayar los
aceros comunes. Su tenacidad es frágil. El cuarzo se forma mediante la cristalización lenta de los
magmas terminales muy ácidos.
El cuarzo es químicamente muy inerte y resiste la meteorización que provoca la intemperie. Otras
propiedades son las siguientes; Cuando se comprime se produce una diferencia de tensión y de
forma reciproca, reacciona mecánicamente cuando se somete a un cierto voltaje, lo que hace de
este mineral un elemento de gran utilidad para muchos transductores, desde mecheros hasta
altavoces. Otra característica es su capacidad de presentar un comportamiento resonante. El
cuarzo también tiene termoluniscencia, que es la capacidad de emitir luz cuando es calentado. Se
utiliza como abrasivo empleándose en la fabricación de lijas, discos o bloques, y en sistemas de
abrasión por chorro de agua a presión.
Gráfica X: Cuarzo (Qtz).
d. Feldespato (Fsp):
Los feldespatos son el mineral más abundante en la corteza terrestre. Constituyen aproximadamente el 60% de la misma. Tanto el feldespato potásico como sódico, son explotados ampliamente, si bien los mayores productores son Italia, USA, Tailandia y Turquía. Las principales aplicaciones del feldespato se encuentran en la industria del vidrio y la cerámica a escala mundial. Conjuntamente, estos sectores dan cuenta de aproximadamente el 90% del consumo mundial.
16 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
Gráfica XI: Feldespato (Fsp).
Las cerámicas son el segundo consumidor de feldespato después del vidrio.
Representan aproximadamente el 40% del total de ventas mundiales. Sus principales aplicaciones
son lozas para paredes y techos, sanitarios, porcelanas eléctricas, fritas, lustres y esmaltes.
Comparado con la industria del vidrio y la cerámica, las cargas representan un pequeño pero
importante mercado para materiales feldespáticos. El uso de materiales feldespáticos como cargas
y extendedores está en expansión.
La principal área de aplicación de feldespato y sienita nefelina como carga es en pinturas, que da
cuenta del 85-90% del consumo total. Los plásticos, cauchos, adhesivos y selladores son
responsables del resto.
17 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
CO N C LU S I O N E S Y RE C O M E N D A C I O N E S
Con respecto a los objetivos se concluye lo siguiente:
Se caracterizó la muestra extraída del Río Lampa, hallando en ella cuatro minerales,
Magnetita, Biotita, Cuarzo y Feldespato, determinando su abundancia o ley.
Existen otras especies dentro de la muestra que no fueron caracterizadas porque escapan
a los objetivos del estudio.
De las especies halladas se determinó que existe una relación entre el tamaño de partícula
de la muestra y el grado de liberación del mineral, siendo mayor su grado de liberación
mientras menor es el tamaño de las partículas de la muestra.
El estudio permite demostrar, para los procesos metalúrgicos, que es necesario disminuir
el tamaño de la roca para liberar los minerales o elementos de los cuales se quiera obtener
un beneficio presente. No obstante el estudio permite conocer el grado de liberación
necesario del mineral para que éste pueda ser procesado de manera óptima, es decir,
disminuyendo costos. debiendo realizar otros estudios para tales efectos.
Como recomendación:
Se recomienda usar una mayor cantidad de mallas para poder realizar un modelo más
acabado del comportamiento del grado de liberación de los minerales y el tamaño de las
partículas de la muestra.
También es recomendable limpiar prolijamente las mallas antes de usarlas para que no
alteren en algún grado los resultados de este u otros estudios que utilicen los mismos
instrumentos.
18 L a b o r a t o r i o d e C o n c e n t r a c i ó n d e M i n e r a l e s
B I B LI O G R A FÍ A
Recursos Escritos:
-Manual General de Minería y Metalurgia Extractiva, Portal Minero