1 RESUMEN El tema, motivo de investigación, es escribir un texto universitario titulado “Metalurgia Extractiva I” dirigido a estudiantes de la Facultad de Ingeniería Química que los oriente e incline hacia la especialidad de Metalurgia, detallando de una manera didáctica y ordenada las operaciones unitarias a la Concentración de Minerales por Flotación. Existen libros de Metalurgia que tratan operaciones unitarias conocidas por unos como de Preparación del Mineral y por otros de Mineralurgia; muchas veces las refieren en forma extensa, dando como resultado una información muy disgregada. El texto que se propone como trabajo de investigación incluirá, específicamente, las operaciones de reducción de tamaños por trituración y molienda, seguida de operaciones de clasificación y concentración ideadas para distinguir y separar las partículas minerales valiosas del resto de partículas modificando el comportamiento superficial del sólido. La carencia de textos especializados en Metalurgia por parte de los estudiantes de nuestra Facultad y la diversidad de operaciones y procesos unitarios que incluyen en sus obras, me han animado a estructurar un libro, motivado por los años que tengo a mi cargo en el dictado de la asignatura de Metalurgia Extractiva I y enfocarla tomando como referencia a las Operaciones Unitarias que conlleven a la Concentración de Minerales por Flotación.
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Transcript
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RESUMEN
El tema, motivo de investigación, es escribir un texto universitario titulado
“Metalurgia Extractiva I” dirigido a estudiantes de la Facultad de Ingeniería
Química que los oriente e incline hacia la especialidad de Metalurgia, detallando
de una manera didáctica y ordenada las operaciones unitarias a la Concentración
de Minerales por Flotación.
Existen libros de Metalurgia que tratan operaciones unitarias conocidas por unos
como de Preparación del Mineral y por otros de Mineralurgia; muchas veces las
refieren en forma extensa, dando como resultado una información muy
disgregada.
El texto que se propone como trabajo de investigación incluirá, específicamente,
las operaciones de reducción de tamaños por trituración y molienda, seguida de
operaciones de clasificación y concentración ideadas para distinguir y separar las
partículas minerales valiosas del resto de partículas modificando el
comportamiento superficial del sólido.
La carencia de textos especializados en Metalurgia por parte de los estudiantes de
nuestra Facultad y la diversidad de operaciones y procesos unitarios que incluyen
en sus obras, me han animado a estructurar un libro, motivado por los años que
tengo a mi cargo en el dictado de la asignatura de Metalurgia Extractiva I y
enfocarla tomando como referencia a las Operaciones Unitarias que conlleven a la
Concentración de Minerales por Flotación.
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I. INTRODUCCIÓN
La gran mayoría de libros de Metalurgia Extractiva describen facetas
relacionadas con los fundamentos de las operaciones de extracción, o
también para desarrollar en forma descriptiva los distintos procesos
extractivos de los metales o de sus aleaciones.
Últimamente se desarrollan obras que tratan en un mismo texto estas
dos alternativas, abordando el conocimiento integral del proceso de
extracción.
Cabe anotar que no se pretende escribir un libro más sobre este tema,
sino mas bien puntualizar las operaciones unitarias que conlleven a la
concentración del mineral por flotación y llenar así algunos vacíos
existentes en la bibliografía nacional y en idiomas español en general.
Además, el texto resultará beneficioso porque permitirá al estudiante
dotarle de un material bibliográfico puntual a los requerimientos de la
asignatura Metalurgia Extractiva I, y accesible a sus recursos
económicos. Este libro por propia naturaleza de la especialidad, podrá
ser utilizado por estudiantes de Ingeniería Mecánica e Ingeniería
Eléctrica.
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
De acuerdo a lo analizado podemos plantear el siguiente problema de
investigación:
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¿Cómo desarrollar un texto universitario que sirva como elemento de
estudio a los alumnos de Ingeniería Química y los oriente hacia el
campo de la Metalurgia Extractiva?
1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
Escribir un libro universitario que oriente al estudiante de Ingeniería
Química hacia el campo de la Metalurgia Extractiva y que diferencie las
operaciones y procesos unitarios para la Preparación de los Minerales
con las de Extracción propiamente dichas.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Recolectar datos bibliográficos e información actualizada y
seleccionarlos para la estructuración del libro.
b) Desarrollar los capítulos del texto, detallando las diferentes
operaciones unitarias que encaminen a la Concentración de
Minerales por Flotación.
c) Describir en forma puntualizada y secuencial la Concentración de
Minerales por Flotación.
d) Preparar y presentar el texto.
1.3. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1. IMPORTANCIA
El trabajo de investigación titulado “Texto: Metalurgia Extractiva I” es un
instrumento que permitirá facilitar el proceso de enseñanza –
aprendizaje de la asignatura Metalurgia Extractiva I en concordancia con
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los objetivos trazados y el contenido silábico. La experiencia ganada a
través de los años en el dictado de este curso me permitirá orientarlo de
tal forma que resulte un texto experimental moderno y didáctico,
facultando al estudiante desarrollar sus conocimientos sobre los
conceptos de las operaciones unitarias más importantes para lograr la
Concentración de Minerales por Flotación.
1.3.2. JUSTIFICACIÓN
El texto a desarrollarse desde el punto de vista valorativo, significará un
valioso aporte en la formación del Ingeniero Químico y su posibilidad de
incorporarse en el campo de la Metalurgia Extractiva; así mismo, podrá
ser de gran interés a futuros estudiantes de las carreras profesionales
de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Eléctrica, puesto que tienen
afinidad con el área de Metalurgia, en lo que respecta a la utilización de
maquinarias y equipos de preparación y extracción de minerales.
1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
Con el desarrollo del libro universitario “Metalurgia Extractiva I” se podrá
diferenciar las operaciones y procesos unitarios de Concentración de
Minerales y Extracción relacionando los principios teóricos con la
aplicación práctica, orientando a los estudiantes de Ingeniería Química
hacia el campo de la Metalurgia.
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II. MARCO TEÓRICO
En esta sección, se describirán pautas teóricas donde se mencionarán,
en forma secuencial, los temas de los capítulos que contendrá el texto.
2.1. MINERALOGÍA
La mineralogía es el estudio de las sustancias cristalinas que se
encuentran en la naturaleza, es decir los minerales. Todo el mundo está
familiarizado con los minerales, ya que estos se encuentran presentes
en las rocas de las montañas, en la arena de la playa y en el suelo de
nuestro jardín. Menos familiares, pero también constituidos por
minerales, son los meteoritos y la superficie lunar. Un conocimiento
sobre que son los minerales, como se han formado y donde se
encuentran es básico para la comprensión de los minerales que son
responsables de nuestra actual cultura tecnológica. Todos los artículos
inorgánicos comerciales del comercio, si no son minerales en si mismos,
son de origen mineral.
MINERAL
Aunque es difícil el formular una breve definición de la palabra mineral,
se suele aceptar la siguiente:
Un mineral es un sólido homogéneo por naturaleza con una
composición química definida (pero generalmente no fija) y una
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disposición atómica ordenada. Normalmente se forma mediante un
proceso inorgánico.
2.2. METALURGIA
Podemos definir a la Metalurgia como el arte y la ciencia que tiene por
objeto la obtención económica de los metales a partir de las menas en
que están contenidos, para adaptarlos a los empleos que les da el
hombre.
La Metalurgia incluye todos aquellos procesos que tienen por objeto
separar el mineral útil de la ganga carente de valor, así como la fusión,
afino y hechura de metal. La metalurgia hace uso de los principios
químicos y físicos para aplicarlos técnicamente a la concentración,
extracción, purificación, aleación y hechura de los metales.
CAMPO DE LA METALURGIA
La metalurgia puede dividirse en metalurgia extractiva y metalurgia física
o adaptativa. La metalurgia extractiva se ocupa de la concentración de
la mena y subsiguiente fusión, purificación y afino del metal obtenido y
también de la recuperación de diversos subproductos, como los que
contienen oro, plata, platino, arsénico y antimonio; la metalurgia física se
ocupa de la fabricación, hechura y tratamiento de estos metales. Por
consiguiente, el campo de la metalurgia se puede dividir en los
siguientes grupos:
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1. Metalurgia extractiva
A. Concentración de menas.
B. Pirometalurgia.
C. Hidrometalurgia
D. Electrometalurgia.
a. Electrolítica
b. Electrotérmica
2. Metalurgia física o adaptativa
A. Metalografía y tratamientos térmicos
B. Análisis por Rayos X
C. Ensayos físicos
D. Recubrimientos protectores y corrosión
E. Mecanizado
El beneficio de menas o concentración tiene por objeto separar la ganga,
o material sin valor, de la mena bruta y convertir a ésta en un producto del
que pueden obtenerse económicamente el metal o los metales que
contiene.
La Pirometalurgia se ocupa de aquellos procesos que dependen del calor
o de la acción de los productos de la combustión para conseguir la
reducción de los metales.
La Hidrometalurgia tiene por objeto estudiar el empleo de soluciones
acuosas en la extracción del metal de la mena, y de la recuperación a partir
de las mismas, por cementación o electrolisis, de dicho metal.
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La Electrometalurgia utiliza la corriente eléctrica tanto para suministrar
calor como para la electrólisis de disoluciones acuosas o en estado fundido.
2.3. TRITURACIÓN Y MOLIENDA
El objeto de la operación de desintegración no consiste solamente en
obtener “pequeños trozos a partir de los grandes”, en cuyo caso la
efectividad de la operación se medirá por la finura del material obtenido,
sino que también persigue la consecución de un producto que posea un
determinado tamaño granular, comprendido entre límites
preestablecidos.
Las exigencias de tamaño para diversos productos pueden variar, y de
ahí que se empleen diferentes máquinas y procedimientos.
Las menas metálicas consisten en cantidades variables de uno o varios
minerales valiosos, asociadas con otros indeseables (ganga). La
primera etapa en el tratamiento de las menas metálicas consiste en
separar la ganga los minerales deseados, ya que la mena metálica
extraída del yacimiento contiene ambos tipos de minerales formando
masas sólidas.
A menos que la concentración del mineral útil sea lo suficientemente
grande para poder reducirlo a metal sin tratamiento previo (en cuyo
caso la ganga se separa generalmente al estado de fusión), será
necesario desintegrar de modo mecánico la masa original del mineral
para poder separar a los minerales útiles de la ganga o estéril. Luego,
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los minerales se separan por métodos de gravedad o flotación, que
permiten elevar la concentración de los mismos.
2.4. TRANSPORTE DE MINERALES
El empleo del esfuerzo humano (sin máquinas auxiliares) para palear,
empujar, acarrear y levantar, solamente es recomendable cuando se
trata de transportar materiales a distancias muy cortas, que no excedan
de unos tres metros, y cuando la cantidad a manipular no supere los
cuatro o cinco toneladas.
En casos excepcionales de emergencia, o cuando la operación no haya
de repetirse, pueden transportarse, por este método, cantidades de
producto superiores a las indicadas.
Se recomienda el empleo del esfuerzo humano auxiliado por el de
carretillas de una o dos ruedas, o carritos de cuatro ruedas, cuando el
radio de acción se extiende a unos 30 a 60 m. Según sea la máquina
auxiliar empleada, un trabajador normal puede transportar de 100 a 500
Kg sobre una superficie horizontal, a una velocidad media de 3,5 Km
por hora, ó 42 metros por minuto, sin contar con los tiempos empleados
en la carga, descarga y retorno. El coeficiente de razonamiento en el
transporte de materiales por rodaje, generalmente es de 0,2 a 0,3. El
tiempo de carga y descarga varía mucho según sea el material
manipulado, y puede considerarse que oscila entre ¼ y 1 minuto por
cada 50 Kg. Para distancias superiores a 60 m es recomendable el
empleo de camiones o remolques tirados por tractores.
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2.5. TAMIZADO
Los estudios granulométricos incluyen también la separación de
minerales en distintos grupos de acuerdo con su tamaño. Para estas
separaciones son de gran uso los tamices de alambres que forman
aberturas cuadradas o mallas de un tamaño uniforme.
Con el término de malla se conoce el número de aberturas
equidistantes que existe por unidad de longitud. En los países que
aceptan como base el sistema de longitud, se toma el centímetro y en
los países anglosajones, la pulgada. Por ejemplo, malla 100, en el
sistema standard norteamericano Tyler, es un tamiz que tiene 100
aberturas por una pulgada lineal o 10000 aberturas iguales por
pulgadas cuadrada.
El sistema de malla más conocido y generalmente aplicado en el
Hemisferio Occidental es de Tyler, que tiene como base la malla 200
que se llama Rejilla standard Tyler de 200 mallas.
El tamizado se efectúa en una máquina denominada Ro-Tap que
proporciona a las partículas un movimiento excéntrico horizontal dentro
de las tamices y por medio de una manilla situada en su parte superior,
les proporciona un movimiento vertical que las traslada desde una malla
a otra inferior más fina.
2.6. REACTIVOS DE FLOTACIÓN
La separación efectiva del mineral vía flotación por espuma requiere del
uso de aditivos químicos que se categorizan por su función en tres tipos
generales:
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1. El colector, que imparte la hidrofobicidad a la especie mineral.
2. El espumante, que baja la tensión superficial y produce una
espuma semi-estable en la interface aire/agua.
3. Los modificadores o reactivos auxiliares que se usan para
modificar las condiciones de la superficie del mineral, para la mejor
acción de los reactivos, entre estos tenemos a los depresores,
dispersantes y modificadores de pH.
En conclusión, para que las partículas minerales se adhieran a las
burbujas de aire es necesario que previamente hayan sido
hidrofobizadas mediante la adsorción de surfactantes. Para que la
adsorción se realice es necesario que exista un enlace apropiado con
alta energía de enlace entre los colectores y las superficies de las
partículas por flotar. En la separación de mezclas minerales complejas
se requiere de la adición de reactivos modificadores los cuales pueden
auxiliar a mantener algunos componentes de la mezcla con carácter
hidrofílico, depresores, o bien pueden reforzar la acción de los reactivos
colectores, activadores. Para hacer que la espuma sea lo
suficientemente estable y capaz de llevar los componentes valiosos es
necesario adicionar reactivos espumantes en proporciones correctas.
2.7. FASES E INTERFASES EN EL PROCESO DE FLOTACIÓN
El proceso de flotación contempla un contacto íntimo entre tres fases,
de las cuales la líquida (agua) y gaseosa (aire) son casi siempre
invariables mientras que la sólida (los minerales), es la que varía de un
caso a otro. Aparte de estos componentes fundamentales, de la
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flotación, hay que señalar los reactivos que se agregan para causar
ciertos cambios favorables para el desarrollo del proceso y también hay
que recordar las contaminaciones que llevan los minerales y el agua.
Siendo la flotación un proceso que se desarrolla íntegramente en la
fase líquida es evidente que para su mejor comprensión es necesario
estudiar con mayor detención los fenómenos que ocurren en el agua
cuando se forman sistemas en que se incorporan a ellas sólidos y
gases. Y como el proceso está relacionado con los cambios de
propiedades superficiales, tanto en los minerales como en las interfases
de contacto, es preciso iniciar su estudio teórico con un análisis de los
fenómenos que ocurren entre el sólido y el líquido, el líquido y el gas y
el sólido y el gas; en todos estos casos los fenómenos de hidratación y
adsorción en general son de gran importancia.
2.8. PLANTA DE CONCENTRACIÓN
Una típica planta de concentración o flotación consta de
acondicionadores en los cuales se agregan y acondicionan los reactivos
de flotación, de máquinas de flotación primaria, que son bancos de
celdas de distinta construcción y diferentes conexiones y de celdas de
limpieza o simplemente celdas del circuito secundario que puede estar
dedicado a la flotación selectiva de las especies útiles si la mena es
polimetálica. Entre el circuito primario y el secundario, según las
necesidades, pueden existir acondicionadores, espesadores, para
aumentar la densidad de la pulpa, e incluso molinos, para dar el toque
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final a la liberación. Los productos finales de una planta de flotación se
entregan a la planta de desagüe.
Alimentadores y Acondicionadores
Antes de la flotación, en la pulpa tienen que agregarse y acondicionarse
los reactivos. La alimentación se hace con alimentadores que varían de
tipo, según la naturaleza del reactivo y el volumen de alimentación.
Para el acondicionamiento de las pulpas se usan acondicionadores que
son simplemente recipientes cilíndricos con un agitador en el centro.
Los diámetros de los acondicionadores son aproximadamente del
mismo orden de su altura y varían entre 1 y 7 metros, según las
necesidades. Se pueden hacer de madera, acero o acero revestido con
polímero cuando hay fuerte corrosión. Su operación se hace con
motores entre 2 y 25 HP con velocidad entre 100 y 300 RPM.
Equipo de Flotación
El objetivo fundamental de una máquina de flotación es separar en
forma satisfactoria de una cabeza, un concentrado y un producto de
relave. Como para este proceso hay que poner en contacto íntimo los
minerales, el agua, los reactivos y el aire y, como en las operaciones
anteriores los primeros tres componentes ya están acondicionados para
la máquina de flotación misma, y queda, como única función
fundamental, introducir el aire en la pulpa.
Según el método de introducción del aire podemos distinguir diferentes
tipos de máquinas de las cuales las principales son:
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1. Máquinas mecánicas, en que el aire se introduce por agitación
mecánica y en cuya distribución es de fundamental importancia un
agitador.
2. Máquinas neumáticas, en que el aire se introduce bajo presión en
la parte inferior y donde no existen partes de agitación mecánica.
3. Máquinas de vacío, en que la generación de aire se produce
haciendo vacío en una pulpa saturada en aire y en que tampoco hay
partes de agitación mecánica.
En una máquina de flotación tiene que haber facilidades para la
alimentación de la pulpa en forma continua, la mantención de la misma
en estado de suspensión, sin sedimentaciones, la separación apropiada
de la pulpa y de la espuma mineralizada, la evaluación de la última en
forma ordenada y la descarga de los relaves.
2.9. CUANTIFICACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO
Razón de Concentración
En la flotación, igual que en cualquier otro proceso de concentración, la
cuantificación se puede efectuar a través de dos cantidades: la razón
de concentración, que se refiere indirectamente a la selectividad del
proceso y la recuperación que se refiere a su eficiencia y rendimiento.
Se representan por A, B y C los pesos de la cabeza, el concentrado y el
relave y por a, b y c sus leyes respectivas en un cierto metal o mineral
útil. Entonces la expresión A : B es, por definición, la razón de
concentración.
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En otras palabras, la razón de concentración expresa cuantas toneladas
de cabeza son necesarias para obtener una tonelada de concentrado.
Esta razón nos indica cuantas veces se concentró el mineral, o sea, en
forma indirecta nos expresa la selectividad del proceso.
Recuperación
Por definición, la recuperación es la parte del valor útil del mineral
obtenida en el concentrado, expresada en porciento. Si el contenido de
un producto noble en la cabeza es Aa y el contenido del mismo
producto en el concentrado es Bb, entonces, por definición:
= ( − )( − ) 1002.10. FLOTACIÓN DE MINERALES
Flotación de los Sulfuros Metálicos
Una parte de los minerales metálicos se encuentra en forma de sulfuro
que son fuente importantísima de una serie de metales no ferrosos,
tales como cobre, zinc, plomo, níquel, cobalto, molibdeno y otros. El
proceso de flotación fue precisamente descubierto y aplicado en forma
industrial por primera vez con este grupo de minerales, de manera que
su importancia no es solamente de orden tecnológico y económico, sino
también teórico.
Los sulfuros metálicos, tienen propiedades fuertemente hidrofóbicas, de
manera que junto con los metales nativos, son los minerales más
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fácilmente flotables. Su flotación, generalmente, no presenta muchas
dificultades por cuanto existen buenos colectores selectivos tales como
los xantatos, ditiofosfatos y otros sulfhídricos que los separan con gran
facilidad y selectividad de sus gangas respectivas. Los únicos
problemas de verdadera importancia práctica que surgen en la flotación
de los sulfuros son las separaciones entre ellos mismos. A la flotación
selectiva de los sulfuros individuales a partir de concentrados colectivos
y a su flotación diferencial es dedicada la mayor parte de las
investigaciones en este campo.
Oxidación y flotabilidad de los sulfuros
Hace ya varios años que investigadores tales como Taggart, Gaudin,
Southerland y Wark se dieron cuenta de la importancia fundamental que
el oxígeno tiene en la flotabilidad de los sulfuros y en el mecanismo de
fijación de los colectores sobre su superficie. Estos trabajos han sido
ampliados y profundizados en los últimos diez años por investigadores
rusos tales como Glembotsky, Plaskin, Shvedov, Mitrofanov, Bessonovo
y otros.
Glembotsky estudio la dependencia entre el tiempo necesario para que
una partícula de un sulfuro forme la unión con una burbuja de aire y el
tiempo de contacto entre la partícula y el agua, como es lógico, la unión
va a ser más rápida mientras más hidrofóbica es la partícula y
viceversa; teóricamente, la unión se realiza en un tiempo infinito cuando
la partícula es hidrofílica.
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III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. MATERIALES
- Información compilada durante el trabajo profesional realizado en la
compañía Minera Minas de Cercapuquio S.A., Huancayo – Junín.
- Materiales de consulta, como textos universitarios, trabajos de
campo, informes mensuales y anuales de plantas de concentración.
- Materiales de cómputo e impresión.
- Materiales de oficina.
3.2. MÉTODOS
La producción del presente texto ha sido motivo para que el autor
describa en forma ordenada el material compilado durante su trajinar
profesional en el área de la Metalurgia y como profesor universitario en
el dictado de la asignatura Metalurgia Extractiva I.
Cabe indicar que, como profesor de la asignatura, el autor ha preparado
una serie de separatas de los capítulos que contiene el texto y que
sirven como soporte para el mejor entendimiento del curso.
El texto elaborado presenta características didácticas por la experiencia
del autor y resulta accesible a los estudiantes con orientación hacia el
campo de la Metalurgia Extractiva, gracias a las descripciones prácticas
de las principales operaciones unitarias que se utilizan.
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IV. RESULTADOS
El resultado del trabajo de investigación es el texto universitario que se
adjunta al presente informe final, titulado: “TEXTO: METALURGIA
EXTRACTIVA I”
El texto contiene 10 capítulos expuestos en forma puntual, con un
enfoque práctico que va a permitir un buen acceso interpretativo por
parte de los estudiantes.
Los temas tratados hacen, también, referencia a conceptos y
definiciones que conllevan a conocer el tratamiento de minerales
sulfurados con contenidos metálicos de baja ley, hasta su limpieza o
concentración por flotación.
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V. DISCUSIÓN
El texto universitario titulado: “TEXTO: METALURGIA EXTRACTIVA I”,
que es el resultado del presente trabajo de investigación, se caracteriza
por detallar las operaciones unitarias que se utilizan para tratar el
mineral sulfurado fresco que sale de la mina hasta su concentración por
flotación.
El detalle se describe en los 10 capítulos que contiene el texto,
expuestos de tal forma que permite una fácil y rápida interpretación,
separando los conceptos de la concentración por flotación de los
conceptos de Pirometalurgia, Hidrometalurgia y Electrometalurgia.
Con el presente trabajo se pretende mostrar un medio complementario y
alternativo a la formación del futuro ingeniero químico, puesto que
también podrá desenvolverse en el campo de la Metalurgia Extractiva.
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VI. REFERENCIALES
1. AGUILAR REVOREDO, J.F. “PreparaciónMecánica de Minerales”.
Lima: UNI.1985.
2. BALLESTER – VERDEJA – SANCHO – “Metalurgia Extractiva.
Fundamentos”. Madrid: Volumen I. Editorial Síntesis. 2000.
3. BRAY, John I. “Metalurgia Extractiva de Metales no Ferrosos”.
Madrid: Ediciones Interciencia. 1978.
4. GAUDIN, AM. “Flotation”. New York: Editorial McGraw Hill. 1977.
5. MORRAL, I. “Metalurgia General”. España: Vol I. Editorial Reverte.
1990.
6. SUTULOV, Alexander. “Flotación de Minerales” Concepción, Chile:
Instituto de Investigación Tecnológicas. 1973.
7. TAGGART. Arthur F. “Manual de Metalurgia Extractiva”. New York:
Editorial McGraw Hill. 1992.
8. UNI “Flotación”. Lima: Departamento de Publicaciones. 1995.
21
VII. APÉNDICE
22
SILABO DEL CURSO
“METALURGIA EXTRACTIVA I”
23
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTA DE INGENIERÍA QUÍMICADEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA
SILABO
I. DATOS GENERALES
1.1. Asignatura : METALURGIA EXTRACTIVA I
1.2. Código : IG-308
1.3. Semestre Académico : 2009-B
1.4. Ciclo : Sexto
1.5. Créditos : 03
1.6. Nº de horas Teóricas : 02
1.7. Nº de horas Laboratorio : 03
1.8. Duración : 17 semanas
1.9. Pre-Requisito : IG 303
1.10. Profesor : Ing. Oscar Champa Henríquez
II. SUMILLA
Mineralogía.- Definición, Historia y Campos de la Metalurgia.-
Preparación de Menas.- Trituración y Molienda.- Transporte de
Minerales.- Tamizado.- Reactivos de flotación.- Fases, Interfases y
Variables en el Proceso de Flotación.- Planta de Concentración de
Minerales.- Cuantificación y Control del Proceso.- Flotación de Sulfuros
Metálicos.
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III. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Orientar al estudiante hacia el campo de la Metalurgia,
específicamente de la Metalurgia Extractiva, aplicando las
Operaciones y Procesos Básicos de la Ingeniería Química.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
3.2.1. Identificar los minerales que tienen valor económico (menas).
3.2.2. Explicar el proceso de extracción y tratamiento de minerales.
3.2.3. Dar a conocer los fundamentos de Flotación y los reactivos
utilizados.
3.2.4. Estudiar los casos prácticos y realizar cálculos metalúrgicos.
IV. PROGRAMACIÓN DEL CONTENIDO
PRIMERA SEMANA: MINERALOGÍA
Concepto de Mineral. Importancia y Propiedades de los Minerales,
Metales y Menas. La Corteza Terrestre y las particularidades de su
composición.
LABORATORIO: Mantenimiento de equipos.
SEGUNDA SEMANA: METALURGIA
Definición e Historia. Campos de la Metalurgia: Metalurgia Extractiva y
Metalurgia Física. Equipos y Circuitos.
LABORATORIO: Preparación de materiales.
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TERCERA SEMANA: PREPARACIÓN DE MENAS
Menas ricas y pobres. Ventajas de la Concentración de las menas.
Reducción de Tamaño. Fundamentos de la Desintegración Mecánica de
Sólidos.
LABORATORIO: Reconocimiento de minerales.
CUARTA SEMANA: TRITUACION Y MOLIENDA
Trituración Primaria. Chancadora de Mandíbulas. Chancadora Giratoria.
LABORATORIO: Descripción y reconocimiento de equipos.
QUINTA SEMANA: TRITURACIÓN Y MOLIENDA (II)
Trituración Secundaria. Chancadora de Martillos.
Trituradora de Rodillos Liso. Molienda. Molino de Bolas.
Circuitos de Molienda.
SEXTA SEMANA: TRANSPORTE DE MINERALES
Manipulación de Sólidos. Máquinas Portátiles. Instalaciones Fijas.
Transportadores sin fin.
LABORATORIO: Muestreo.
SÉPTIMA SEMANA: TAMIZADO
Separaciones Mecánicas. Cribado o Tamizado. Equipos Industriales.
Tamices de Laboratorio. Rendimiento de un Tamiz. Análisis
Granulométrico.
LABORATORIO: Trituración de minerales.
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OCTAVA SEMANA: EVALUACIÓN PRIMER PARCIAL (P1)
NOVENA SEMANA: REACTIVOS DE FLOTACIÓN
Importancia y clasificación de los Reactivos. Reactivos Espumantes.
Reactivos Colectores. Reactivos Modificadores.
LABORATORIO: Molienda de minerales.
DÉCIMA SEMANA: FASES E INTERFASES EN EL PROCESO DE
FLOTACIÓN
Características de las Distintas Fases. El sólido; el agua, el gas.
Características de las Distintas Interfases: Gas-Líquido; Sólido-Líquido,
Contacto de tres fases.
LABORATORIO: Tamizado y Análisis Granulométrico.
DÉCIMA PRIMERA SEMANA: VARIABLES DEL PROCESO DE
FLOTACIÓN
Factor Mineral. Factor Granulométrico. Influencia de las Lamas. Factor
Densidad de Pulpa. Factor Agua. Factor Tiempo. Otras variables de
importancia.
LABORATORIO: Manipulación y preparación de reactivos.
DÉCIMA SEGUNDA SEMANA: PLANTA DE CONCENTRACIÓN
Equipos y circuitos. Sección de flotación. Alimentadores y
acondicionadores. Máquinas de Flotación Denver Sub-A.
LABORATORIO: Acondicionamiento.
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DÉCIMA TERCERA SEMANA: FLOTACIÓN DE MINERALES
Aspectos Técnico. Circuitos de Flotación. Preparación y
Acondicionamiento de Pulpa. Circuito Cleaner. Circuito Rougher.
Circuito Scavenger. Alimentación de Reactivos.
LABORATORIO: Flotación.
DÉCIMA CUARTA SEMANA: CUANTIFICACIÓN Y CONTROL DEL
PROCESO
Razón de concentración. Recuperación. Control de Tonelaje. Control
Granulométrico. Control de Sólidos. Carga Circulante.
LABORATORIO: Flotación.
DÉCIMA QUINTA SEMANA: FLOTACIÓN DE FLUÍDOS METÁLICOS
Oxidación y Flotación de los Sulfuros. Flotación de Sulfuros de cobre.
Flotación de Sulfuros de Zinc. Flotación de Sulfuros de Plomo. Flotación
Bulk. Flotación Selectiva.
LABORATORIO: Flotación.
DÉCIMA SEXTA SEMANA: EVALUACIÓN: SEGUNDO PARCIAL (P2)
DÉCIMA SÉPTIMA SEMANA: EXAMEN SUSTITUTORIO
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V. PROCEDIMIENTO DIDÁCTICOS
Para el desarrollo de la asignatura se aplicará como metodología:
- La Clase Magistral
- Trabajos grupales e individuales.
- Como complemento al estudio de la asignatura se realizará, en lo
posible dentro del Ciclo Académico, visitas a plantas metalúrgicas
más importantes del país.
VI. EQUIPOS Y MATERIALES
Para el cumplimiento de los objetivos se usará:
- Pizarra,
- Proyección de videos
- Equipos metalúrgicos de laboratorio.
VII. EVALUACIÓN
(P1). Primer Parcial
(P2). Segundo Parcial
(P3). Promedio de Laboratorio.
NOTA FINAL = (P1 + P2 + PL) / 3
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VIII. BIBLIOGRAFÍA
1. AGUILAR REVOREDO, J.F.. “Preparación Mecánica de
Minerales”. Lima: UNI. 1985.
2. BALLESTER – VERDEJA – SANCHO. “Metalurgia Extractiva.
Fundamentos”. Madrid: Volumen I. Editorial Síntesis. 2000.
3. BRAY, John L. “Metalurgia Extractiva de Metales no ferroso”.
Madrid: Ediciones Interciencia. 1978.
4. BROWN, George Granger. “Operaciones básicas de Ingeniería
Química”. Barcelona: Editorial Marín S.A. 1985.
5. CYANAMID Co. “Reactivos de Flotación”. Catálogos técnicos de
reactivos de flotación.
6. HURLBUT Y KLEIN. “Manual de Mineralogía DANA”. New York:
Copyright John Wiley & Sons Inc. 1976.
7. McCABE – SMITH – HARRIOTT. “Operaciones Unitarias en
Ingeniería Química”. Madrid: Cuarta Edicion. Editorial Mc Graw
Hill. 1998.
8. MORRAL, I. “Metalurgia General”. España: Vol. I Editorial
Reverte. 1990.
9. SUTULOV, Alexander “Flotación de Minerales”. Concepción,
Chile: Instituto de Investigación Tecnológicas. 1973.
10. TAGGART, Arthur F. “Manual de Metalurgia Extractiva”. New
York: Editorial McGraw Hill. 1992.
11. UNI “Flotación”. Lima: Departamento de Publicaciones. 1995.
30
VIII. ANEXOS
31
REFERENCIALES ADICIONALES
BROWN, George Granger. “Operaciones Básicas de Ingeniería Química”.
Barcelona: Editorial Marín S.A. 1985.
HURLBUT Y KLEIN. “Manual de Mineralogía DANA”. New York: Copyright
John Wiley & Sons Inc. 1976.
Mc CABE – SMITH – HARRIOTT. “Operaciones Unitarias en Ingeniería
Química”. Madrid: Cuarta Edicion. Editorial Mc Graw Hill. 1998.
OTERO DE LA GÁNDORA, J.L. “Operaciones de Separación en Metalurgia
Extractiva”. España: Ed. Alhambra. 1980.
TERKEL ROSENQUIST. “Fundamentos de Metalurgia Extractiva”. México:
Ed. Limusa. 1987.
CYANAMID Co. “Reactivos de Flotación”. Catálogos Técnicos de Reactivos
de Flotación.
CERCAPUQUIO, S.A. “Informes Anuales de Minas Cercapuquio, S.A.
1937-56.
CERCAPUQUIO, S.A. “Informes Mensuales de Minas Cercapuquio, S.A.”.
1973.
32
TERMINOLOGÍA Y CONCEPTOS
GENERALES
Mineralurgia.- Tratamiento mecánico y concentración de
minerales.
Mineral.- Producto químico natural.
Mena.- Está constituida por especies mineralógicas valiosas y
cuyo aprovechamiento constituye el motivo fundamental de la
explotación minera.
Ganga.- Está constituida casi siempre por especies minerales
terrosas o pétreas, principalmente cuarzo. La ganga también
puede estas constituida por ciertos minerales metálicos sin valor
como la Pirita, Mispickel, etc. y otros que son perjudiciales, como
la Arsenopirita, Rejalgar, Oropimente, Estibina, etc.
Diagrama de Flujo (Flowsheet).- Muestra satisfactoriamente la
secuencia de las operaciones en la planta. En su forma más
simple, se presenta como un diagrama de bloques en el cual se
agrupan todas las operaciones de un solo carácter.
Cabeza.- Es el mineral bruto que se alimenta a la planta de
tratamiento o beneficio.
Concentrado.- Es el material valioso que se obtiene por el
procedimiento de concentración empleado y que contiene la
mayor parte de la especie mineralógica valiosa.
33
Relave.- Es la parte sin valor que sale del tratamiento, está
constituido fundamentalmente por ganga y lleva consigo algo de
mena.
Mixtos o Intermedios.- Son productos intermedios sobre el que
no se ha podido realizar una buena separación de la mena y la
ganga y que necesariamente deben ser sometidos a un
tratamiento adicional.
Ley.- La ley indica el grado de pureza que tiene el producto o el
mineral. Ejemplo: Mineral de cabeza con 5% de plomo. Ley : 5%
de plomo, concentrado de plomo con 60% de plomo. Ley : 60%
de plomo y Relave final con 0.7% de plomo. Ley : 0.7% de plomo.
Liberar.- Quiere decir reducir las partículas a tamaños bien
pequeños, de tal manera que cada parte valiosa o sulfuro se
encuentre separado o libre de otro elemento. Esto lo podemos
experimentar, tomando un trozo de mineral y chancándolo con un
martillo hasta reducirlo a una arena fina.
Grado de Reducción.- Es la relación entre alimentación y el
producto de una máquina de trituración.
Mineral Rico.- Se llama así, al mineral de primera calidad o al
mineral de “veta madre” que contiene gran cantidad de la parte
valiosa o sulfuros y muy poca ganga o material estéril.
Mineral Pobre.- Es aquél que contiene pequeñas cantidades de
la parte valiosa y gran cantidad de material estéril.
34
Flotación por espumas.- Método físico-químico de
concentración de minerales liberados.
Espumas de flotación.- Burbujas de aire separadas por lechos
de agua.
Coalescencia de las burbujas de aire.- Fenómeno de
desintegración de las burbujas de aire que se produce por la
reducción del espesor del lecho de agua que separa las burbujas.
Mineralización de burbujas de aire.- Adherencia de las
partículas del mineral a las burbujas de aire formadas.
Lamas.- Parte del mineral finamente molido.
Reactivos de flotación.- Aquellos que aseguran que el proceso
de flotación sea selectivo y eficiente.
Reactivos promotores.- Compuestos químicos orgánicos que
promueven la flotación de ciertos minerales.
Reactivos espumantes.- Sustancias orgánicas heteropolares,
poco solubles en agua, que reducen la tensión superficial de ésta.
Reactivos modificadores.- Amplia gama de reactivos, casi todos
inorgánicos, cuya función es modificar alguna de las
características del proceso de flotación.
Reactivo activador.- Aquél que aumenta la flotabilidad de ciertos
minerales.
Reactivo reactivador.- Aquél que restablece la flotabilidad de un
mineral oxidado o que ha sido deprimido.
35
Reactivos depresores.- Reactivos que impiden la flotación de
algunos sulfuros, dándoles características hidrofílicas.
Tiempo de Flotación.- Tiempo que la pulpa debe permanecer en
las máquinas de flotación, para que el concentrado producido sea
de buena calidad y su recuperación óptima.
Minerales que tiene repulsión por el agua.- Carbones, metales
nativos y sulfuros metálicos.
Minerales que tienen afinidad por el agua.- Los óxidos
metálicos y las gangas.
Pulpa.- Mezcla del mineral molido con agua (suspensión)
Densidad de la pulpa.- Peso de la suspensión en gramos por
litro.
Nivel de pulpa.- Altura dada por la superficie de la pulpa en la
celda de flotación.
Dispersión.- Estado de agitación violenta de las partículas en el
seno de la pulpa.
Dosificación de reactivos.- Cantidad de reactivo, en peso,
agregado a la pulpa y referida a una tonelada de mineral.
Radio de concentración (R).- Cantidad de mineral, fresco,
tratado para obtener un una tonelada de mineral concentrado.
Recuperación (E).- Cantidad expresada en porcentaje, de
mineral valioso extraído del concentrado.
36
Circuito de flotación.- Agrupación de máquinas de flotación y
labores conexas para formar un todo armónico, dinámico y
óptimo.
Tamizado.- Operación unitaria que consiste en separar porciones
heterogéneas de tamaños, en grupos homogéneos de tamaño,
utilizando tamices, cribas, cedazos o zarandas, a nivel industrial o
a nivel laboratorio.
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