Conceptos y Aplicaciones de Planificacin Geometalrgica

Introduccin

Planificacin Geometalrgica de la Exploracin

Planificacin Geometalrgica en la Explotacin

Caracterizacin de Muestras Geometalrgicas

Aplicaciones Geometalrgicas en el Diseo de Plantas de Proceso

Conclusiones

Referencias Bibliogrficas

Ing. Adolfo Marchese GarcaJefe Dpto. Qumica-Metalurgia

Articulo publicado en la Revista MineraEdicin 330 marzo 2005Instituto de Ingenieros de Minas del PerLima, Peru

El desarrollo de proyectos mineros, la explotacin de nuevos depsitos de minerales y el diseo de plantas metalrgicas sobre la base de un modelo de planificacin geometalurgica se aplica en pases con avanzado nivel de tecnologa.

La fase de exploracin en un depsito de minerales con frecuencia no es suficientemente validada por pruebas metalrgicas que apoyen a la toma de decisiones respecto a la conveniencia econmica de su posterior fase de explotacin. Por esta razn, las compaas mineras, especialmente las dedicadas a la exploracin, realizan pruebas metalrgicas que complementan la informacin de caracterizacin de los yacimientos a ser explotados.

La exploracin y descubrimiento de nuevos yacimientos minerales de valor econmico es una etapa de la actividad minera que no garantiza alcanzar el xito. El razonable riesgo asociado a esta etapa exige que el nuevo depsito sea desarrollado siguiendo una adecuada planificacin geometalurgica.

La planificacin geometalurgica es un tema relativamente nuevo en nuestro pas, aunque es practicado intensamente en las grandes faenas mineras locales que dependen de los holding mineros de capital extranjero. Los alcances de su aplicacin son muy amplios, aunque en este documento nos referiremos a los que se presenta en la Figura 1.

El objetivo de este artculo es identificar los fundamentos y aplicaciones de la planificacin geometalurgica como instrumento de gestin durante las etapas de exploracin previa a la formulacin del proyecto, durante la explotacin del yacimiento, o como base del diseo de planta del proceso metalrgico seleccionado segn el tipo de mineral.

Figura 1: Aplicaciones bsicas de la planificacin geometalurgica

Planificacin Geometalrgica de la Exploracin

Los trabajos de exploracin de nuevos yacimientos son usualmente encargados a empresas consultoras, o alternativamente, son ejecutados por el equipo de gelogos de la propia empresa minera.

El riesgo para la empresa minera seria menor si los resultados de estos trabajos y estudios tuvieran un nivel aceptable de error. Por ejemplo, el clculo de las reservas y el nivel recuperable de minerales valiosos deben ser cuidadosamente determinados.

El error en la seleccin del proceso metalrgico para el tratamiento de los minerales de un nuevo proyecto ocasiona graves perjuicios econmicos que dara origen a grandes prdidas de dinero que significara la inviabilidad de la operacin minera.

Ocurre con frecuencia que el empresario minero que posee un nuevo yacimiento de minerales desea instalar, por ejemplo, una planta de flotacin para la concentracin de sus minerales. Esta decisin se toma sobre la base del anlisis qumico elemental de muestras litolgicas o por un examen limitado de las mismas.

El modelo de planificacin geometalurgica para un nuevo yacimiento se basa en que las pruebas metalrgicas sean ejecutadas en forma simultnea a la exploracin, de manera que la caracterizacin de cada muestra incluya tambin aspectos tales como: Flotabilidad del mineral, rendimiento a la disolucin con solventes, consumo de reactivos de proceso, etc. Algunos especialistas con amplia experiencia consideran a las pruebas metalrgicas como parte de la exploracin.

Las pruebas preliminares deben ser llevadas a cabo con suficiente cantidad y calidad de muestras litolgicas que sean obtenidas por los gelogos del Dpto. de Exploraciones. Estas pruebas iniciales tendrn carcter preliminar para luego pasar a una fase de mayor exactitud en donde el trabajo con muestras representativas del yacimiento es un importante requisito.

El modelo de planificacin se completa con el mapeo de cada zona o sector del yacimiento, asignando valores de recuperacin/extraccin metalrgica y calidad del producto metalrgico. Ambos datos se obtienen a partir de las pruebas metalrgicas que se ejecutan con las muestras de sondaje diamantino.

Augusto Milln (1) sostiene que si un yacimiento presenta diversos sectores con caractersticas muy diferentes (leyes, tamao de partculas mineralizadas, tipos de ganga, lamas primarias y work index) conviene hacer blendings y que resulta justificado correr numerosas pruebas metalrgicas con pequeos compositos de muestras provenientes de testigos de sondajes.

Las muestras litolgicas de exploracin de un nuevo yacimiento deben ser estudiadas desde un punto de vista mineralrgico, en donde el uso de la Mineraloga aplicada al proceso de minerales ser de vital importancia para la planificacin geometalurgica. El conocimiento mineralgico de los minerales de la etapa de exploracin es de vital importancia para el xito del diseo del proceso metalrgico. El anlisis qumico elemental solo debe servir como referencia en esta etapa, en vista que la Mineraloga aplicada al tratamiento de minerales es herramienta fundamental para el metalurgista de investigacin.

Conforme avanza el programa de exploracin geolgica y suficientes reservas han sido determinadas, las pruebas metalrgicas de laboratorio deben estar dirigidas a generar mayor informacin para la fase de optimizacin del proceso seleccionado.

Si las reservas de mineral son suficientemente altas, la siguiente etapa podra incluir la verificacin de datos en una planta piloto, lo que ser de vital importancia para llegar a conclusiones definitivas y elaborar el estudio bancable. Eventualmente, si las caractersticas mineralurgicas de los minerales a recuperar responden fcilmente a un proceso convencional especfico, en este caso los resultados obtenidos en el laboratorio sern suficientes para la seleccin del proceso metalrgico.

El programa de las pruebas metalrgicas no debera ser extenso, aunque algunas menas presentan dificultades de tratamiento que necesitan ser resueltos. Conviene, entonces, el uso de los diseos experimentales y la aplicacin de programas estadsticos en la ejecucin de estas pruebas a fin de reducir significativamente la cantidad de pruebas de laboratorio.

El profesional responsable de las pruebas metalrgicas deber tener amplia informacin respecto a los objetivos globales de sus investigaciones; no basta con fijarse metas de mxima recuperacin/extraccin o mnimo consumo de reactivos. El profesional debe manejar integralmente informacin sobre precios y el mercado de los metales, proceso metalrgico posterior que se aplicar al producto, manejo ambiental de los reactivos utilizados, calidad/cantidad de efluentes que generan, etc. Al respecto, el conocimiento de las condiciones de mercado, las diferentes limitaciones ambientales de los procesos, las condiciones geogrficas, etc. son tan indispensables, que sin ellas, ser difcil elegir el proceso metalrgico que trabaje en condiciones tcnico y econmicamente ventajosas.

Conviene reiterar que el error en la seleccin de un proceso metalrgico puede ser causa del fracaso del proyecto minero. La evaluacin econmica del proceso dar como resultado la adopcin del ms conveniente. Este dato conjuntamente con otros provenientes de los estudios ambientales relacionados al proceso elegido, constituyen informaciones de base para las decisiones de la Alta Direccin de las empresas.

Nelida Heresi (2) propone que se debe generar una estrategia de acceso a las reservas mineras, adems de que las capacidades de procesamiento evolucionen de manera tal, que ofrezcan las mejores condiciones de optimizacin de las ganancias. Sugiere que, en cada momento, se debe evaluar el yacimiento, las unidades geolgicas en unidades geo-minero-metalrgicas. Adems, sostiene que dicha estrategia permitir evaluar, de acuerdo al precio del metal, qu reservas se procesan hoy y definir cules convienen dejar para el futuro.

Planificacin Geometalrgica en la Explotacin

La planificacin geometalurgica no es de exclusiva aplicacin durante la exploracin de nuevos yacimientos de minerales. Durante la etapa de explotacin de yacimientos en operacin, se aplica la planificacin geometalurgica pero con objetivos distintos.

El modelo de planificacin geometalurgica para yacimientos en explotacin considera que las pruebas mineralurgicas sean ejecutadas con suficiente anticipacin antes que el mineral ingrese a la planta de tratamiento, de manera que la caracterizacin de cada muestra incluya aspectos como: Definir la moliendabilidad del mineral (incluye determinacin del Work index), flotabilidad del mineral, rendimiento a la disolucin con solventes, consumo de reactivos de proceso, etc.

Cabe enfatizar en las ventajas evidentes de la ejecucin anticipada de las pruebas de investigacin dirigidas a la confirmacin del proceso metalrgico que, en definitiva, redundara en la planificacin econmica de la explotacin del yacimiento, a fin de prever contingencias ante posibles fluctuaciones del precio del metal principal o de los sub-productos.

La importancia de anticipar el comportamiento metalrgico de un mineral queda demostrado con un ejemplo citado por Manuel Cabrera (3), quien refiere el caso de la mina sudafricana Transvaal que produca oro a partir de un mineral refractario, que tenia similar apariencia a la de otro mineral de una faena minera vecina. En 1940 instalaron un horno tostador para tratar los concentrados de flotacin. Casi cuatro dcadas despus, la empresa Mintek fue comisionada para optimizar la tostacin, y determin que el mineral ya no era refractario. Es obvio que, por dcadas, la operacin haba sido conducida por procesos pirometalurgicos con los consiguientes altos costos, sin evaluar la aplicacin de procesos convencionales.

En este lugar, cabe mencionar, lo que pude constatar en 1999, con ocasin de un stage en el CIMM de Chile. Durante la ejecucin de trabajos experimentales de flotacin de minerales pude interactuar con el tcnico metalrgico, quien utilizaba intensamente las celdas de laboratorio. Al preguntarle acerca de los objetivos de las pruebas que realizaba, me respondi: estoy flotando el mineral de cobre que se procesar en El Teniente el ao 2010.

Es importante enfatizar el uso intensivo de la Mineraloga como importante herramienta para el metalurgista de procesos. En nuestro pas, con limitadas excepciones, se acude al experto en Mineraloga solo para buscar explicaciones a perdidas de valores metlicos en relaves de planta o para identificar cmo est el oro en el mineral de cabeza. Ciertamente, no se dimensiona la valiosa informacin que entregan los Estudios Mineragraficos, a veces, por un ahorro mal entendido, o por esperar que la suerte acompae siempre al metalurgista de investigaciones o procesos.

Aunque reiterativo, conviene mencionar que los programas de pruebas metalrgicas deben hacer uso de diseos experimentales y la aplicacin de programas estadsticos en su ejecucin, a fin de reducir significativamente la cantidad de pruebas de laboratorio y entregar los resultados a corto plazo.

Adems, el modelo de planificacin geometalurgica requiere la permanente interaccin entre los profesionales involucrados en su aplicacin. Los gelogos y metalurgistas deben coordinar permanentemente acerca de los diversos tipos de mineralizacin de los yacimientos en explotacin, que permita clasificar los minerales en funcin a sus contenidos metlicos, as como por sus respuestas al proceso metalrgico en la planta de beneficio. Como ejemplo, se menciona que en Antamina se han clasificado alrededor de diez diferentes tipos de mineral, lo que permite tratarlos en la planta en forma individual cumpliendo las cuotas de produccin de la empresa.

Caracterizacin de Muestras Geometalrgicas

Para la caracterizacin de muestras geometalurgicas, se han desarrollado manuales de caracterizacin fsico-qumica de minerales, que junto a los protocolos de muestreo, constituyen informacin de base para normalizar y asegurar la calidad de la experimentacin.

Nelida Heresi (2) sostiene que el aseguramiento de calidad del desarrollo experimental se ha traducido en una serie de protocolos de muestreo, de preparacin de muestras y control experimental que ofrecen garanta, pero que los protocolos actuales son insuficientes, especialmente en el rea de extraccin de muestras, por lo que es necesario dar un especial nfasis a estos aspectos; similar atencin requieren la estandarizacin de protocolos de anlisis qumico y operacin de pruebas metalrgicas experimentales.

a) Manejo y seleccin de muestras

El aspecto ms importante de un programa geometalrgico es la seleccin de muestras. Esto necesita una rigurosa planificacin y debe combinar la experiencia de los gelogos, metalurgistas y consultores, quienes tengan en conjunto el conocimiento metalrgico para alcanzar los requerimientos del programa.

Con frecuencia se menciona que las mejores muestras son los compsitos, que representen diferentes tipos de rocas y/o tipos de alteracin y/o mineraloga.

- Las muestras individuales no sirven para el propsito de desarrollo preliminar de flowsheets y a menudo resulta en la ejecucin de pruebas intiles.- Un compsito bulk puede tambin ser una trampa, ya que pueden enmascarar una zona particular con problemas metalrgicos.

Cabe agregar, que la mineraloga y/o ley de cabeza no son los nicos criterios para definir las muestras compsito para pruebas metalrgicas. Por ejemplo:

- El tipo de roca o tipo de alteracin tendrn efecto en la moliendabilidad, generalmente ms que en la mineraloga.- La alteracin de los minerales pueden influenciar en la performance metalrgica. Por ejemplo, el efecto de la arcilla en la lixiviacin (problemas de percolacin, consumo de cido, etc.) o el efecto de la arcilla en la flotacin (problemas de selectividad, limitaciones molienda/remolienda, etc.).

Entonces, cabe preguntarse, cules son las muestras adecuadas? RC Chips o muestras de sondaje diamantino o rechazos de pulpa de los ensayos de laboratorio qumico?

Los RC Chips o rechazos de pulpa de ensayos de laboratorio qumico no son muestras apropiadas para pruebas metalrgicas, debido a que generalmente son excesivamente finas y (en el caso de los RC Chips) presentan una distribucin granulomtrica anormal. Para ilustrar el efecto de la granulometra en la flotacin de sulfuros se presenta el siguiente grafico que ocurre con frecuencia en el procesamiento de minerales:

Para ampliar la informacin, a continuacin se presenta los resultados de pruebas de flotacin experimental, a fin de comparar el efecto de las muestras RC Chips versus muestras de sondaje diamantino:

PruebaMuestraPeso(%)LeyCu%RecuperacionCu%Cab. Calc.Cu%K80(um)Brecha 1

3rd Clnr ConcRo Conc.

1.859.47

38.67.9

92.396.5

0.78

211

Brecha 1A

3rd Clnr ConcRo Conc.

1.4913

375.68

68.291.4

0.81

197

Brecha 2

3rd Clnr ConcRo Conc.

2.0811.7

30.55.86

87.294.3

0.73

202

Brecha 2A

3rd Clnr ConcRo Conc.

1.414.8

30.94.4

55.984.5

0.77

194

Brecha 3

3rd Clnr ConcRo Conc.

2.1410.7

36.18.38

83.596.9

0.92

184

Brecha 3A

3rd Clnr ConcRo Conc.

1.6112.3

37.36.47

68.190

0.88

191

Referencia: Curso Metalurgia para Geologos de Exploracion. Sergio Bustos. 2001

Por lo tanto, la mejor muestra para pruebas metalrgicas es la que se obtiene en el sondaje diamantino (4).

b) Mapeo Metalrgico o Geometalrgico

Un programa de mapeo metalrgico es importante, pero no hay que tratar de ejecutarlo anticipadamente en un programa de pruebas (4). Sus caractersticas ms notables son:

- Es fundamental para estudios de pre-factibilidad y factibilidad. - Proporcionan informacin en la sensibilidad del flowsheet a la variabilidad del mineral.- Puede conducir a una fase posterior en la optimizacin del diseo del flowsheet.- Proporcionan confianza a la financiabilidad del proyecto.- Proporcionan informacin fundamental para la produccin/proyecciones econmicas (1 ao, 5 aos, produccin, etc.).

La aplicacin del mapeo metalrgico es para definir el proceso de recuperacin (flotacin o lixiviacin) y de conminucion (moliendabilidad).

c) Caso de los minerales de oro

Jorge Vargas F. (5), propuso un cambio en la metodologa de evaluacin de minas de oro, tipo filoneano o gravas aurferas, sustituyendo desde el primer muestreo los tradicionales ensayes al fuego, por un sistema que efecte el procesamiento integral de todas las muestras tomadas durante la exploracin. De este modo, recomienda caracterizar la muestra segn el tipo de yacimiento, simulando el proceso metalrgico que se empleara en una prospectiva aplicacin industrial.

As, por ejemplo, en el caso de minerales filoneanos o diseminados, propone sustituir los ensayes de muestras individuales en horno, por la cianuracin total del composito, mtodo que proporciona el valor recuperable del oro y algunos indicadores del rendimiento metalrgico. En caso el composito sea lixiviado con cianuro por agitacin, propone analizar las soluciones enriquecidas por absorcin atmica y precipitar con polvo de zinc, obteniendo un resultado representativo del oro recuperable de todas las muestras.

El mtodo propuesto representa la aplicacin cotidiana del ensayo BLEG que, actualmente, es solicitado con frecuencia por los gelogos de exploracin.

Aplicaciones Geometalrgicas en el Diseo de Plantas de Proceso

Cada yacimiento de mineral tendr un nmero de posibles diagramas de flujo de conminucion (chancado y molienda), que generarn el producto deseado para el procesamiento posterior. Se necesitar considerar diversos factores al optimizar el diseo de los diagramas de flujo. Estos incluirn:

- Dureza del mineral (work index).- Fracturacin del mineral (caractersticas de la tronadura).- Tamao mximo de la alimentacin a la planta de procesos. - Tamao del producto para el procesamiento posterior.- Mineraloga.

Para ilustrar la premisa anterior, a continuacin se presenta los resultados de pruebas de moliendabilidad con diversos tipos de mineral, a fin de dimensionar la molienda SAG de los minerales de la mina La Candelaria de Chile (6):

Tipo mineralPorcentaje del cuerpo mineralizadoNmero de pruebasTipo de pruebasA

80

18

FAG, SAG, ABC, SABC

B

9

18

FAG, SAG, ABC, SABC

C

6

6

SABC

D

5

10

SAG, SABC

Blending

5

FAG, SAG, SABC

Total

100

57

Referencia: Ore variability: Exercises in Geometallurgy. Revista EMJ. Febrero 2000

En el diseo de nuevas plantas de grandes proyectos, existe la tendencia a prescindir de los circuitos de chancado, a fin de que el mineral clasificado que viene de la mina sea alimentado directamente a la molienda SAG. Este enfoque ha sido utilizado con xito en minerales que contienen arcilla y que tienen un contenido mnimo de roca dura, y en aquellas operaciones en que la tronadura y la fracturacin producen una alimentacin relativamente fina (a partir de predicciones de anlisis de fractura con los testigos de perforacin). Con la eliminacin (o reduccin) del circuito de chancado, se eliminaran los equipos de los edificios auxiliares de alto mantenimiento, reduciendo de este modo, tanto los costos de equipos como los costos operacionales.

K.J. Ashley y M.I.Callow (6) sostienen que la clave del diseo de las etapas de conminucion, consiste en entender la variabilidad del mineral en el yacimiento, a fin de obtener datos precisos para especificar los equipos de molienda y evitar el sobredimensionamiento o fallas del circuito para rendir la capacidad proyectada.

Los expertos refieren que, por ejemplo, los molinos primarios de una planta en Minesota-Norte, ahora cerrada, fueron seleccionados a base de muestras seleccionadas por el cliente. Las muestras eran compsitos que intentaban representar el mineral promedio. Despus del arranque, los molinos no podan moler el tonelaje requerido y sus diseadores fueron convocados a determinar la razn. Al no encontrar fallas en el diseo o instalacin, la atencin se dirigi a la base del diseo que fue, por supuesto, la muestra utilizada.

Ciertamente, cuando gelogos y metalurgistas no interactan en conjunto en la obtencin de muestras para las pruebas metalrgicas suelen cometerse errores. Este fue el caso de las pruebas hechas para el proyecto Los Pingos en la dcada de 1970 en Chile (1). La muestra estudiada en laboratorio contena un 40% de cobre como xidos, y en el yacimiento los oxidados no sobrepasaban el 1% del cobre total.

Otros casos similares se podran mencionar e identificar en reas de muestreo y pruebas de procesamiento. Sin embargo, los ejemplos mencionados son suficientes para mostrar errores por falta de adecuada coordinacin entre los profesionales participantes en un proyecto de diseo de plantas de proceso.

Conclusiones

La aplicacin de modelos de planificacin geometalurgica a los estudios y trabajos de exploracin de nuevos yacimientos deben implementarse en simultneo con la definicin del proceso metalrgico a emplear en el tratamiento de minerales. Las consecuencias econmicas que derivan de una adecuada seleccin del proceso son altamente favorables para el proyecto minero. Las experiencias sealan la necesidad de aplicar criterios de evaluacin geometalurgica desde las primeras etapas de un proyecto.

El modelo de planificacin geometalurgica para yacimientos en explotacin se basa en que las pruebas metalrgicas sean ejecutadas con suficiente anticipacin a que el mineral ingrese a la planta de tratamiento. Las ventajas de la ejecucin anticipada de las pruebas de investigacin redundaran en la planificacin econmica de la explotacin del yacimiento, a fin de prever posibles fluctuaciones del precio del metal principal o de los sub-productos.

Las aplicaciones de la planificacin geometalurgica a plantas en operacin, se basan en la buena prctica de tratar diariamente en el laboratorio metalrgico, los compositos que resulten de los programas de exploracin/minado, con la formulacin standard de reactivos y parmetros de operacin, a fin de prever eventuales anomalas al momento de procesar los minerales en la planta.