CONCENTRACION CENTRIFUGA

Universidad de Chile – Departamento Ingeniería de Minas

Taller PROCEMIN 2003

CONCENTRACIÓN CENTRÍFUGA – FUNDAMENTOS Y AVANCES Claudia C. López Knelson Gravity Solutions [email protected] RESUMEN Este documento introduce las variables y los criterios más importantes a tener en cuenta en la recuperación de oro por métodos gravimetricos, haciendo especial énfasis en la importancia y utilidad de la información obtenida a partir de la prueba de laboratorio para determinar el Factor ORG. La metodología de dicha prueba se describe en detalle. INTRODUCCIÓN La predicción de la recuperación del circuito gravimetrico en circuitos de molienda es una tarea de naturaleza compleja, sin embargo, el problema puede plantearse en términos de variables más simples que pueden ser evaluadas en laboratorio o medidas en planta para luego ser modeladas con el fin de predecir con precisión aceptable los beneficios económicos de esta opción. Las principales variables a tener en cuenta en la evaluación del potencial de un circuito gravimetrico son: el Factor ORG del mineral, la magnitud de la carga circulante de oro, la fracción de la carga circulante a ser tratada y la eficiencia combinada de la unidad de recuperación primaria y el cuarto del oro. Si bien este articulo expande cada uno de estos tópicos, es importante no perder de vista que esta teoría se basa en el estudio del comportamiento único y particular del oro en los circuitos de clasificación y molienda. COMPORTAMIENTO DEL ORO EN SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN Y MOLIENDA El oro se comporta de una manera muy diferente al resto de los minerales, pues tiende a acumularse en los circuitos de molienda, lo cual puede resultar en: • • • •

Elevadas perdidas debido a excesiva molienda, Dificultades en la estimación de ley de cabeza Alto inventario de oro Problemas de seguridad

Estos problemas pueden ser aliviados mediante la instalación de circuitos gravimetricos, pero la instalación de los mismos esta basada en un buen conocimiento del comportamiento del oro dentro del circuito con el fin de contestar a tres preguntas básicas en este tipo de aplicación: • • •

Que cantidad de oro es recuperable por métodos gravimetricos Cual es la localización apropiada de los equipos Que tipo de tecnología debe ser utilizado (semi-continua o continua)

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El comportamiento del oro es dictado por su maleabilidad y densidad, propiedades que afectan los mecanismos de reducción de tamaño, clasificación y liberación, los cuales a su vez condicionan el tiempo de residencia del oro en el circuito de molienda y por lo tanto la posibilidad del oro de ser recuperado por métodos gravimetricos. Laplante, Banisi and Marois, 1991, reportaron los siguientes hallazgos: • La reducción de tamaño de las partículas de oro es entre seis y veinte veces más lenta que las de los minerales que lo acompañan, debido principalmente a su maleabilidad. Esto ocasiona que las partículas de oro cambien varias veces de forma antes de producirse la partición de la partícula. • En las operaciones de clasificación hidráulica, el tamaño de corte es tres veces menor que el de los minerales con densidad de 3 g/ml. • La maleabilidad del oro fomenta la interacción entre partículas de oro, las partículas de ganga y los medios moledores. Minerales mas duros son incrustados en partículas de oro y las partículas de oro son impregnadas sobre la superficie de partículas de ganga y medios moledores. En circuitos de flotación este fenómeno puede ocasionar serias perdidas si las partículas en las que el oro ha sido embebido son hidrofobicas. Este particular comportamiento descrito en los numerales anteriores, tiene un impacto directo sobre la recuperación del oro tanto en los circuitos gravitacionales como en las operaciones subsecuentes, ya sea flotación o cianuración. La primera y más importante consecuencia de este comportamiento es que la recuperación del oro se facilita significativamente dentro de los circuitos de molienda dada la formación de altas cargas circulantes. Particularmente interesantes son entonces el bajoflujo de los ciclones de clasificación y la descarga de molinos secundarios. Una ventaja adicional es que estos flujos no necesitan ser tratados en su totalidad en virtud de la carga circulante y basta con tratar una porción del flujo total para obtener recuperaciones adecuadas. Una decisión mas debe ser tomada respecto al equipo a utilizar, y esta altamente influenciada por el tamaño del oro presente. Oro grueso es tradicionalmente recuperado con canalones, jigs, o conos Reichert, en cuyo caso el oro fino es sacrificado. Igualmente el circuito gravitacional se puede diseñar para la recuperación de finos, en cuyo caso el oro grueso no se recuperara directamente, sino después de ser molido hasta un tamaño más fino. Si bien el primer enfoque ha sido el mas usado en la industria, el segundo método ha tenido una gran aceptación en los últimos años, dado el potencial que ofrece en la maximización de la recuperación del oro. Adicionalmente, el hecho de que el oro tenga un tamaño de corte menor que el de los minerales acompañantes, implica que el oro presente en los flujos circulantes es de carácter fino, de tal manera que los equipos destinados a esta faena tienen que tener un comportamiento optimo incluso en el rango de 15 a 50 micrones, en cuyo caso la combinación de flotación y concentración centrífuga es la opción más eficiente. Lo anterior permite concluir que la concentración gravimétrica, particularmente la tecnología de concentración centrífuga, es una técnica que puede aumentar

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considerablemente la recuperación de oro en circuitos de flotación, particularmente si las perdidas de oro se pueden atribuir a uno de los siguientes factores: • El oro presente es muy grueso para flotación • Considerable cantidad de oro ha sido impregnada en partículas de ganga o las partículas de ganga han sido incrustadas en las partículas de oro, convirtiéndose entonces en partículas mixtas. • Condiciones de flotación no optimas para recuperación de oro. Altas perdidas, cuantificables en miles de onzas por año, sumado al hecho de que el contenido de oro en el bajo flujo de los ciclones es considerablemente mayor que el del sobreflujo son excelentes indicadores de que pruebas adicionales deben ser realizadas con el fin de determinar el verdadero potencial. Queda entonces planteada una pregunta muy importante y es como establecer si existe la posibilidad de mejorar la recuperación global mediante la combinación de métodos gravimetricos con flotación o cianuración con una mínima inversión. La respuesta a esta inquietud es la técnica de laboratorio diseñada en la Universidad de McGill por el Dr. Andre Laplante, conocida como “GRG Test.” Este procedimiento permite establecer que porcentaje del oro presente en la mena es recuperable por métodos gravimetricos. En este articulo será referenciado como Factor ORG (Oro Recuperable por Gravedad.) DETERMINACIÓN DEL VALOR ORG (ORO RECUPERABLE POR GRAVEDAD) La justificación de la instalación de un circuito gravitacional debe basarse en un estimado de cuanto oro va a ser recuperado, en otras palabras, en la evaluación de los potenciales beneficios económicos. Si bien es cierto que el tipo de circuito gravimetrico a ser instalado es un condicionador de la recuperación, la simplicidad de los mismos y la tendencia de los hidrociclones a generar una alta carga circulante de oro, atenúan su efecto sobre la recuperación final. Así pues el factor de mayor influencia en la recuperación gravimétrica en un circuito de molienda es la respuesta de dicho material a los métodos gravimetricos, la cual depende básicamente de la distribución granulométrica, gravedad especifica y grado de liberación de las partículas de oro. La recuperación bajo condiciones “ideales” es el contenido de oro recuperable por gravedad (Factor ORG) a partir del cual la recuperación en planta puede ser estimada. Metodología para Determinar el Factor ORG La prueba de laboratorio para determinar el Factor ORG consiste de tres etapas de molienda y recuperación secuencial. La molienda progresiva, en vez de molienda a un tamaño final, es necesaria con el fin de obtener un valor confiable del Factor ORG, así como una indicación de su distribución granulométrica y de su secuencia de liberación, mientras al mismo tiempo se previene las perdidas de oro grueso por interacción con partículas de ganga. La prueba ORG esta basada en el tratamiento de una muestra de 20Kg usando un Concentrador Knelson de laboratorio (KC-MD3.) El procedimiento se resume en la siguiente tabla.

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30Kg de muestra son requeridos para realizar el procedimiento estándar para la prueba de ORG. Requerimiento 20Kg son usados para la prueba ORG en si y los 10Kg restantes se utilizan para hacer una prueba de muestras de molienda previa a la prueba ORG. Tamaño de Partícula Variables Operacionales

Muestras a ser analizadas

Flujo de alimentación:

•

requerido

Etapa 1

90 – 100% - 850 µm (Tyler #20)

45 – 60% -75 µm Etapa 2

800 – 1000 g/min

Ensaye a fuego, sobre la totalidad del concentrado*

Agua de fluidización:

•

Ensaye a fuego, a 300gr de colas

3.5 l/min

•

Totalidad de las colas pasan a la etapa 2


•

Ensaye a fuego, sobre la totalidad del

(Tyler #200)

600 – 900 g/min

(P80 = #80)


•

Ensaye a fuego. a 300gr de colas

3.5 l/min

•



•

Ensaye a fuego sobre la totalidad del

75 – 80% -75 µm (Tyler-#200, Etapa 3 recomendado P80= #250)

concentrado*

600 – 900 g/min

concentrado*


•

Ensaye a fuego a 300gr de colas

3.5 l/min

•


*El concentrado de cada etapa puede ser chayado para verificar la presencia de oro libre y en todo caso la totalidad de los productos debe ser ensayado a fuego.

Las mejores muestras a ser utilizadas en la determinación del Factor ORG son: • Testigos de perforación • Producto de la trituradora en el caso de que sea lo suficientemente fino para tomar una muestra representativa. • Descarga de molino primario, con la precaución de que no incluya material de carga circulante (gruesos). Los cálculos de la recuperación en cada etapa se basan entonces en los ensayos de los respectivos concentrados y colas, mientras que la recuperación total se basa en los ensayes de los tres concentrados producidos y las colas finales, siendo el ensayo de colas final el más confiable pues las colas de las dos primeras etapas todavía contienen oro recuperable por gravedad. Los resultados son presentados como el porcentaje acumulado del oro total en la muestra que ha sido recuperado en las tres etapas sucesivas. Un Factor ORG por debajo de 20% se considera una respuesta pobre, mientras que un factor del 80% es considerado excepcionalmente prometedor. Respuestas intermedias son las más

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comunes. La siguiente tabla ejemplifica los resultados de una prueba estándar, en la cual los concentrados han sido chayados para producir concentrado (CL) y medios(RCH).

En este ejemplo, el Factor ORG para la primera etapa fue 33.7, indicando que a un tamaño de partícula relativamente grueso (P80= 850µm) hay una considerable liberación de oro. Las etapas dos y tres hacen un aporte importante de ORG, para un valor total de 66.3 a un P80 de 75 µm. Vale la pena resaltar que los contenidos de oro en los concentrados no son indicativos de los tenores de los concentrados obtenidos en planta, los cuales son usualmente mucho más altos y pueden ser estimados con base en la duración del ciclo de concentración, la rata de alimentación, el peso del concentrado y el Factor ORG. Adicionalmente al procedimiento estándar descrito en la tabla anterior, es posible realizar análisis granulométricos detallados de cada producto en cada etapa, de tal manera que la recuperación de oro y los valores de ORG se calculan en función del tamaño de las partículas. COMO USAR EL FACTOR ORG La prueba para determinar el Factor ORG puede ser aplicada tanto a circuitos existentes, a proyectos de adición, así como a proyectos en desarrollo. En los dos últimos casos, la prueba determinara si es aconsejable la instalación de un circuito gravimetrico y sus beneficios económicos, mientras que en circuitos existentes se usa en estudios de optimización. A continuación se describe en detalle la aplicabilidad de la prueba. Para descartar la opción de recuperación gravimétrica Cuando la respuesta del mineral es pobre, la prueba proporciona la información necesaria para descartar la concentración gravitacional como opción de procesamiento. El hecho de que esta prueba de laboratorio pueda arrojar este resultado es muy importante, pues esta opción no es necesariamente aplicable a todas las menas.

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Diseño de Diagrama de Flujo Durante el proceso de diseño del diagrama de flujo del proceso, el Factor ORG y la distribución granulométrica del mismo, proporcionan información sobre como el oro debe ser recuperado incluyendo la correcta selección de la unidad de recuperación así como sobre la preparación de la alimentación (usualmente cribado) con el fin de maximizar la capacidad y la eficiencia del circuito. Predicción de Recuperación en Planta Incluso en los casos en que la respuesta del mineral es mediana a altamente favorable, los resultados deben ser usados con precaución. Debe ser entendido que los resultados obtenidos en la prueba de laboratorio son producto de una liberación secuencial controlada y una recuperación optima, de tal manera que el funcionamiento de la planta será siempre inferior al del valor teórico de ORG. Para la interpretación adecuada de estos resultados se han desarrollado modelos matemáticos como el KC*ModPro, propiedad de Concentradores Knelson en Canadá. Este modelo permite estimar el impacto de instalar un concentrador Knelson en un circuito de molienda. Las variables claves usadas en el modelo son el Factor ORG, el coeficiente de supervivencia del ORG en el molino, la probabilidad del oro de reportarse en el bajoflujo (under) del hidrociclón y el porcentaje de alimentación a ser tratado por el circuito gravimetrico. La habilidad de este modelo matemático para predecir los beneficios de la instalación de concentradores gravimetricos en circuitos de molienda ha sido reportada en numerosos estudios de casos y ha probado ser razonablemente acertado. Otros usos La prueba de determinación del ORG, puede ser incorporada a la rutina de evaluación de las fluctuaciones en el funcionamiento metalúrgico diario de la planta, las cuales pueden ser ocasionadas por cambios en la mineralogía o en el funcionamiento del circuito. La regular recolección y el procesamiento de muestras puede ayudar a identificar que factores están afectando la recuperación gravimétrica. APLICACIONES SEMI-CONTINUAS Y CONTINUAS Los concentradores semi-continuos son usados exitosamente en la recuperación de oro, metales del grupo del platino, plata, mercurio y cobre nativo. Este tipo de aplicaciones tiene tenores de alimentación medidos en gramos por tonelada, por lo cual una de las más importantes ventajas de esta tecnología es la alta recuperación en una masa mínima de concentrado. Esta tecnología utiliza ciclos de concentración que varían entre 30 minutos y 2 horas, después de los cuales la alimentación se suspende para descargar el concentrado. En promedio, 0.1% de la masa alimentada al concentrador pasa a ser concentrado, lo cual elimina etapas intermedias de eliminación de ganga y permite que las etapas de limpieza de concentrado sean menos intensivas en costo de capital y operación.

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En cuanto a la tecnología continua de concentración (CVD), esta fue desarrollada específicamente para atender a aquellas aplicaciones con alto potencial para recuperación gravimétrica, pero que debido al alto contenido del mineral valioso, no era practico procesar con la tecnología semi-continua. A pesar que esta tecnología también puede ser utilizada en algunos casos para la recuperación de metales preciosos, en la mayoría de los casos se utiliza en etapas de concentración rougher en circuitos de recuperación de metales básicos y minerales industriales. A diferencia de la tecnología semi-continua, la tecnología CVD, entrega un flujo continuo de concentrado. Un concentrador continuo descarga concentrado y acepta alimentación fresca simultáneamente, mientras que un semi-continuo, para de manera intermitente, para descargar concentrado. Los Concentradores Continuos Knelson (CVD), son particularmente apropiados en aquellos casos en los que el contenido de mineral valioso en la mena excede 0.5%. TRATAMIENTO DE CONCENTRADOS Mesas Concentradoras Hasta el momento el método de limpieza de concentrados preferido ha sido las mesas vibradoras, particularmente las mesas tipo Gemini, las cuales exhiben mejor funcionamiento que las mesas convencionales (riffled tables), a pesar de su menor capacidad de procesamiento. Separadores magnéticos son acompañantes normales de las mesas Gemini, tanto en la versión de tambor como en la versión de correa transportadora. Normalmente los circuitos de limpieza de concentrados son diseñados de tal manera que la alimentación fluye por gravedad, lo cual requiere de la altura mínima sea tenida en cuenta como uno de los factores de diseño de los Cuartos de Oro. Adicionalmente, el Cuarto de Oro, debe estar localizado cerca del circuito de molienda, para facilitar el bombeo tanto del concentrado al Cuarto de Oro como de las colas del circuito gravimetrico de vuelta al circuito de molienda. Si bien es cierto la mayoría de los circuitos gravimetricos en operación procesan concentrados una vez al día por unas cuantas horas, usando dos operadores, existe la posibilidad de procesar concentrados en forma continua y sin necesidad de supervisión, al mismo tiempo que se mejora la recuperación total mediante la recirculación de las colas y medios a la mesa por un determinado periodo de tiempo, el cual constituye una de las variables operacionales. Este sistema fue introducido a la industria por Knelson Concentrators, y se conoce con el nombre de ATS (Automated Tabling System.) Cianuración Intensiva Dado que la recuperación global del circuito gravimetrico es altamente sensible a la eficiencia de las mesas vibratoria, la cual varia entre 30% y 70% dependiendo de las características del oro y de la ganga, se han explorado otras posibilidades con el fin de maximizar la recuperación. Una opción de tratamiento que esta ganando gran aceptación en la industria es la cianuración intensiva de los concentrados gravimetricos, mediante el uso del Reactor Acacia. La idea básica del Reactor Acacia, es lograr una alta cinética de cianuración mediante el uso de altas concentraciones de cianuro y la adición de un agente oxidante

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conocido como LeachAid. Debido a que este agente oxidante no es a base de oxigeno, permite operar el reactor a temperaturas de hasta 60°C durante el ciclo de lixiviación. Otra ventaja de este sistema es que dada la alta concentración de oro disuelto, es posible enviar la solución rica directamente a electrowinning. Generalmente la recuperación en el Reactor Acacia esta por encima del 98%. El siguiente grafico muestra resultados típicos obtenidos en pruebas de cianuración intensiva usando la unidad piloto del Reactor Acacia. Este tipo de pruebas tiene como objetivo determinar la cinética de la reacción durante un periodo de 24 horas así como definir el efecto de la concentración de los reactivos.

Reactor Acacia - Pruebas Piloto 100 Test 2 Test 3

Recuperacion (%)

80 Test 1

60

40

Test 1: No LeachAid Test 2: 0.3 gr Leachaid/gr Au Test 3: 0.5 gr LeachAid/gr Au

20

0 0

10

20

30

40

50

Tiempo (horas)

Lixiviación de concentrados de oro de alto tenor, como lo son los provenientes de Concentradores Knelson, mediante el uso del Reactor Acacia constituye una nueva generación de métodos de tratamiento de concentrados. Las ventajas del Reactor Acacia son muchas, y la justificación de su instalación normalmente combina las siguientes razones: • Mejora en la recuperación de oro en el tratamiento de los concentrados de concentradores Knelson. • Eliminación de la recirculación de la corriente de colas de mesa, normalmente con alto contenido de oro, al circuito de molienda. • Reducción de la presencia de oro grueso, lento en lixiviar en las colas finales de la planta.

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• Mejoras en seguridad industrial debidas a la eliminación de problemas asociados a la fundición de concentrados gravimetricos ricos en minerales como arsenopirita. • Mejoramiento en la contabilidad metalúrgica. ECONOMÍA DE LA RECUPERACIÓN GRAVITACIONAL Sin lugar a dudas, la recuperación gravitacional se ha establecido firmemente como complemento de las operaciones tanto de flotación como de cianuración, a pesar de que un buen porcentaje del oro recuperado por gravedad seria recuperado en ausencia del circuito gravitacional por alguna de las subsecuentes etapas de flotación o cianuración. Esto implica que la justificación económica de la instalación de un circuito gravitacional esta basada en una ganancia marginal proveniente de: • Un mejor pago del oro recuperado en el concentrado gravimetrico (normalmente mientras el oro en un concentrado de flotación es pagado en un 94%, en un concentrado gravimetrico es pagado en un 99%) • Un aumento en la recuperación total de la planta entre 1 y 3% La evaluación de la contribución económica del circuito gravitacional es un ejercicio complicado para cualquier mena. El mayor impacto ha sido observado cuando el Factor ORG es alto y esta constituido principalmente por oro grueso. Y el menor impacto ha de ser esperado en circuitos de cianuración con tiempos de residencia largos y con una química de reacción optimizada y bien controlada, a un tamaño de molienda muy fino y con una mena baja en sulfuros. Una tendencia poco satisfactoria pero muy común en la industria es tratar de recuperar ORG a partir de las colas finales, con la expectativa de lograr un beneficio cuantificable. Sin embargo, esta táctica rara vez permite observar beneficios, dado que en las colas finales el oro es predominantemente ultra fino o laminado, lo que dificulta su recuperación por métodos gravimetricos. Igualmente insatisfactorio resulta esperar hasta después de la puesta en marcha para adicionar el circuito gravitacional, pues de esta manera se corre el riesgo de crear un indeseado inventario de oro en el circuito además de que con frecuencia se presentan serias dificultades en la adición que llevan a una instalación de pobres especificaciones. CONCLUSIÓN Este articulo espera haber transmitido la importancia de racionalizar los costos de capital y operativos ligados a la recuperación gravitacional de oro. Para ello han sido presentadas herramientas disponibles para la cuantificación y caracterización del oro recuperable por gravimetría así como los modelos matemáticos desarrollados para predecir el impacto económico de la instalación de un circuito gravimetrico dentro de un circuito de molienda.

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