geometalurgia
TRANSCRIPT
GEOMETALURGIA:
UNA VISIÓN PERSONAL
César Cánepa I.
Arequipa, setiembre 2009
GEOMETALURGIA: SITUACIÓN ACTUAL.
Desde comienzos del presente siglo, explosivoincremento de cursos y maestrías en Geometalurgia :Universidad de Tasmania, Australia, Universidad deCiudad del Cabo (Sudáfrica), Universidad de McGill(Canadá), Escuela de Minas de Colorado (USA) y,recientemente, varias universidades en México ySudamérica.
El detonante se ubica probablemente en lasinvestigaciones de CANMET, Canadá, y CSIRO,Australia, que desde 1970 contribuyeron notablementeal desarrollo de instrumentos y programas paracuantificar y acelerar el análisis mineralógico y textural.
QUÉ ES LA GEOMETALURGIA? I
La Geometalurgia es una actividad transdisciplinaria que,mediante la integración de conocimientos en geología,metalurgia y operaciones mineras, busca optimizar elbeneficio de los recursos mineros a través de susprocesos.
(Página web Univ. Católica del Norte, Chile, Maestría enGeometalurgia)
La Geometalurgia es una disciplina que integra a lasciencias extractivas de minerales. Permite identificar yclasificar a los minerales según su comportamiento frentea determinado proceso metalúrgico. Se consigue con elloplanificar y dirigir más eficientemente los procesos devalorización de un recurso mineral y su explotación.
(Página web de Universidad Católica de Lima, Maestría en Geometalurgia)
QUÉ ES LA GEOMETARLURGIA? II
Geometallurgy is a cost-effective technique used to
optimize mine production through the
characterization and quantification of ore variability.
It quantifies the variability of the ore deposit through
process parameters such as ore hardness,
flotation, and environmental impact.
These parameters are geostatistically applied to the
block model or mine plan to assist in the production
of accurate economic parameters such as
throughput, grind size, grade, and recovery.
( Página web de SGS)
QUÉ ES LA GEOMETARLURGIA? III
Companies engage in geometallurgical (geomet) activities tounderstand ore variability in order to reduce costs,environmental and other risks, and to optimize projectvalue. The core component of geomet is geological innature…. The challenge is to incorporate all of thegeological information so that it can be as useful to projectplanning and design as geochemical or metallurgical datasets are. … (The aim is to) fully capture themineralogical and textural makeup of rocks requiredfor understanding ore deposits. By quantifyingmineralogy and texture, most geological materials canbe input into geomet and mine models with somerepresentivity.
(Resumen de la presentación de Karin O. Hoal, en Geomin 2009,junio, Antofagasta, Chile)
ANÁLISIS QUÍMICO
ANÁLISIS TEXTURAL
ANÁLISIS
MINERALÓGICO
ANÁLISIS
FÍSICO-MECÁNICO
CARACTERIZACIÓN
GEOMETALÚRGICA
CARACTERIZACIÓN GEOMETALÚRGICA :
EL POLIEDRO CONCEPTUAL
(Modificado de, S. Canchaya,
SIMPOSIUM GELOGÍA, UNI, JUNIO 2009)
(PRUEBAS METALÚRGICAS)
GEOMETALURGIA: INTERRELACIÓN
DINÁMICA , ESTRUCTURAL Y SECUENCIAL
LA VISIÓN PERSONAL DE UN MINERALOGISTA
Relevancia del “mineral” en la actividad minera
Morfoscopía y morfometría: Las variables importantes.
Composición mineralógica: cualitativa y cuantitativa
El tamaño de los minerales. Caso especial del oro
Tramado, amarres, intercrecimientos
Grado de liberación
Morfoscopía y morfometría:
Las técnicas disponibles
La selección el método apropiado
Aspectos metodológicos
Comentarios finales
MINERALOGÍA: ASPECTOS FUNDAMENTALES
En el sector de las personas involucradas en actividad minerametálica el término “metal” domina la terminología coloquial endetrimento del término “mineral”.
Probable resultado de encuesta (“exploración por Cu, Fe, Au,etc.”; “mina de Zn, Ag, Au, etc.” ; “concentrado de Cu, Ag, Pb-Cu, etc.”).
Sin embargo, en exploración, minado y procesamientometalúrgico (toda la actividad minera básica), el sujetofundamental es el mineral (no el metal).
“Menas” vs. “gangas” . Relatividad conceptual (casosejemplares: piritas, pirrotitas, arsenopiritas, óxidos de Ti,estibnita, “minerales oxidados”, “arcillas” ).
El mineral y sus características posibilitan y definen la actividadminera (similitudes: algodón, uva, vaca, viento, gas, etc.).
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:VARIABLES IMPORTANTES
Características de los minerales relevantes para la
Metalurgia:
A) Observables (mensurables)
Composición mineralógica cualitativa (identificación).
Composición mineralógica cuantitativa (Análisis modal)
Intercrecimientos (amarres, tramado)
Tamaño y Grado de liberación
Portabilidad de elementos valiosos
B) Inferibles
Comportamiento frente a procesos de concentración
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
EL CASO DE LAS MUESTRAS SIN FRAGMENTAR
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
EL CASO DE LAS MUESTRAS SIN FRAGMENTAR
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
EL CASO DE LAS MUESTRAS FRAGMENTADAS
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
EL CASO DE LAS MUESTRAS FRAGMENTADAS
py
a
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA DE LOS MINERALES
EL TAMAÑO DE GRANO DE LOS MINERALES OPACOS.
Promedio de análisis granulométricos microscópicos de partículas de oro (Haycok, 1937) ----------- curva original ----------- curva modificada
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA DE LOS MINERALES
EL TAMAÑO DE GRANO DEL ORO NATIVO
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
CONCEPTOS BÁSICOS: PARTÍCULAS LIBRES Y MIXTAS
A
B C
D
E
100 µm
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
CASOS REALES (DELIMITACIÓN DE BORDES)
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
CASOS REALES (PELÍCULAS DE OXIDACIÓN)
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:CASOS REALES (GRADACIÓN DE GRISES EN IMAGEN BSE)
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
TÉCNICAS DISPONIBLES
Técnica Principios Objetivos
Microscopía
Óptica de
Polarización
Luz polarizada interactúa con
muestra (sección delgada o pulida);
imágenes trasmitidas o reflejadas
revelan propiedades ópticas de los
minerales.
Identificación de minerales y de
características específicas tales
como alteración, tamaño de grano,
asociaciones, etc. Análisis Modal.
Grado de liberación
Difracción de
Rayos X
Irradiación con rayos X de una
muestra pulverizada produce
difracción en planos cristalográficos
de los minerales.
Identificación de minerales
cristalizados. Análisis modal.
(Pulverización de las muestras
destruye morfología original)
Microscopía
Electrónica de
barrido
Haz de electrones bombardea una
muestra conductiva. Electrones
secundarios y retrodispersos
generan imagen. Detectores de
espectro de Rayos X
(discriminados por la dispersión de
la energía o de la longitud de onda)
analizan composición química.
Identificación de minerales y de
características especiales.
Microanálisis cuantitativo de
elementos en sectores minúsculos
de minerales. Análisis Modal.
Grado de liberación
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
RENDIMIENTO DE LAS TÉCNICAS DISPONIBLES
Tarea Microscopía óptica MEB
Identificación
y análisis
modal. Grado
de liberación
a) Operador directo + programa
de cálculo simple.- Depende de
experiencia de operador y de
tamaño de grano.
b) Reflectometría + analizador de
imágenes.- Depende de
hardware y software; menor
influencia de tamaño de grano,
trabajo automatizado
Sistema QEM-SCAN.- Utiliza varios
tipos y sistemas de procesadores para
registrar señales de rayos X; fuerte
dependencia de calibración
Sistema CANMET.- Utiliza
esencialmente imágenes BSE y
ocasionalmente detectores de rayos X;
fuerte dependencia de calibración.
Sistema MLA.- Intermedio entre los dos
primeros
Número de
partículas
analizadas
a) Entre 100 y 1000 partículas/hora
b) En implementación
QEM-SCAN.- ~ 2000 partículas/hora
CANMET.- ~100,000 partículas/hora
MLA.- ~10,000 partículas/hora
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:
CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL MÉTODO DE ESTUDIO
Que se adapte a las características del
objeto (mineral)
Que sea eficiente y confiable
Que sea económico y amigable
Que no modifique la morfología de las
partículas del material muestreado.
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:ASPECTOS METODOLÓGICOS
La selección de las muestras (según etapa del
proyecto y tipo de problema)
Escasa información en muestras sin fragmentar. Muestras
fragmentadas representan mas fielmente comportamiento de
minerales durante proceso.
Respetar granulometría real del problema; caso de muestras
para investigación preliminar (fragmentación simulada, uso de
preconcentración cuando ley es baja).
En monitoreo de operaciones, selección del número y
ubicación de muestras requiere cuidadoso análisis.
Importancia de la información histórica
Selección de fracciones granulométricas (objetivo:
poblaciones granulométricas homogéneas); número adecuado
de fracciones (costos!). Control indirecto del tamizado
MORFOSCOPÍA Y MORFOMETRÍA MINERAL:ASPECTOS METODOLÓGICOS
Importancia del análisis químico (por mallas)
Revisión de la información histórica (en caso de
operaciones en marcha).
Anisotropía intrínseca de los yacimientos (impacto
usualmente mínimo en Gran Minería; frecuentemente
significativo en Mediana y Pequeña Minería)
Información química previa al estudio microscópico:
orientación invalorable (tratamiento estadístico en pares
de elementos)
Análisis químicos vs. cálculo retroactivo basado en
mineralogía (alcances y limitaciones); leyes de
concentrados y mineralogía estimada; verificación mutua
de eficiencias
COMENTARIOS FINALES I
Frente a la problemática básica de la mineralogíaaplicada a Geometalurgia (morfoscopía y morfometríade los minerales críticos) hay fundamentalmente dostécnicas de estudio (microscopía óptica – microscopíaelectrónica de barrido) cada una con sus fortalezas ydebilidades.
En ambos casos, avance tecnológico introduce notablesincrementos en eficiencia y velocidad de ejecución deestudios, logicamente con requerimientos demantenimiento y calibración cada vez mas exigentes yautomatizados.
La selección entre una y otra depende de muchosfactores (esencialmente económicos) pero no deberíaplantearse en términos excluyentes porque, en realidad,ambas son complementarias.
COMENTARIOS FINALES II
Para una adecuada toma de decisión, las
cuestiones fundamentales a considerar son:
A) Qué tipo de información mineralógica crítica
requiero?
B) Con qué frecuencia y urgencia la necesito?
CUESTION A) INFORMACIÓN CRÍTICA:
IDENTIFICACIÓN DE MINERALES
Identificación de minerales es logicamente aspecto crítico.
Aproximadamente 5000 especies minerales. Pero, en un
determinado yacimiento, las especies importantes no pasan
de 10 y se presentan en cantidades y tamaños que permiten
identificación relativamente fácil con MO.
Acciones a tomar en casos difíciles (ocasionalmente ayuda
de MEB).
Caso de especies muy raras o difíciles de identificar,
corresponden generalmente a ocurrencias aisladas, de
escasa significación para la metalurgia y generalmente
restringidas a ciertos sectores del yacimiento.
En muchos casos, no es imprescindible identificar la especie
mineral y basta con una determinación genérica (ejemplos,
sulfosales de Ag, de Pb, “limonitas”, “cobres grises”)
CUESTION A) INFORMACIÓN CRÍTICA: MINERALES
PORTADORES DE AU (AG)
Mineralogía del oro bastante simple; mineralogía de plata
mucho mas variada.
Oro generalmente “invisible”; problema de definir el portador
(simultaneamente portador de Ag).
Reflexiones acerca del oro “invisible”. Importante artículo de
Cabri (Cabri et al. “Chemical speciation of gold in arsenopyrite”,
The Can. Min., 2000) revisa forma química de ocurrencia del
oro invisible en 4 yacimientos de nivel mundial. Luego de
detallados estudios, utilizando las técnicas mas avanzadas
disponibles, se concluye que en 3 de ellos ocurre enlazado
quimicamente (covalente) y en uno como partículas
nanométricas de oro elemental. Valor práctico de investigación?
: explicaría porque unas veces oro es refractario y otras no.
Pruebas metalúrgicas simples permiten definir rapidamente el
problema (sólo que no lo explicarían!!?)
CUESTION B) FRECUENCIA Y URGENCIA DE LA
INFORMACIÓN REQUERIDA: EL TEMA DE LA VELOCIDAD
Cuán apremiantes son los problemas en plantas metalúrgicasen operación?. Acaso se presentan problemas taninesperados que obliguen a cambios radicales e inmediatosdel proceso?
Si hay adecuado conocimiento previo de mineralogía (o,mejor, si hay un modelo geometalúrgico del yacimiento) esmuy remoto que se produzcan problemas repentinos queafecten la calidad de productos.
Estudio de grandes volúmenes de muestras y en plazoscortos generalmente sólo podría tener significación duranteetapa de planeamiento de proyectos en gran minería.
En operaciones ya establecidas, los problemas suelen tenercaracterísticas de “onda larga” y la identificación exacta de lacausa es mas importante que la velocidad con que se haga,
CUESTION B) FRECUENCIA Y URGENCIA DE LA
INFORMACIÓN REQUERIDA. EL TEMA DE LA EXACTITUD
Antes de exigir exactitud de los resultados, es importante
asegurar la representatividad de la muestra.
Dado que es usual estudiar una serie de fracciones
granulométricas, lo mas relevante es la tendencia de un
determinado valor y no el valor en si mismo . Ejms.:
22 o 29% de gn libres en +100M-----lo importantes es que
concentración inmediata en celda unitaria disminuirá carga circulante.
Mena “x” 75.5% o 76,2% de liberación en una fracción…..dato aislado
irrelevante; lo que importa es cómo varia este porcentaje en las
diversas fracciones
EJEMPLO DE CUANTIFICACIÓN PROBLEMÁTICA:NO ES MAS IMPORTANTE LA OBSERVACIÓN CUALITATIVA?
SOLUCIONES SIMPLES CON CUALQUIER TÉCNICA SI
HAY EXPERIENCIA MINERALÓGICA
Casos reales de la actividad minera.
A) Experiencia propia: Dos concentrados de plantascercanas: Uno con 43% Zn y 18% Fe; el otro con 61% Zn y5% Fe. Causas presumibles; causas reales.
B) Citado por R. Lastra (en: “Image analysis applied toprocessing and metallurgy” COM Course 2009,Falconbridge, agosto 2009). Concentrado con 39% Cu,basado en información mineralógica parcial queconsideraba (erroneamente!) a cp como mineral principal.Análisis modal: ~20% cp, ~ 20% py, ~ 9% gangas, ~48%sulf. sec. de Cu. Operadores suponen que py flota poramarre con cp; estudio de liberación aclara situación. Pylibre no fue eficientemente deprimida
MINERALOGÍA Y METALURGIA:
MIRANDO AL FUTURO
Mayor atención a los minerales transparentes
Rol de los elementos traza en minerales comunes, ademásde su significación económica, puede explicar diferentescomportamientos frente a reactivos iguales. Campo exclusivode MEB.
El problema de los minerales “oxidados”. “Limonitas”, “ocres”,“psilomelanos”, “calaminas”, “arseniatos”, etc. sonfrecuentemente mezclas muy complejas.
Las menas del futuro. Metales estratégicos y elementos deTierras Raras, cada vez mas requeridos por avancetecnológico. Nuestra experiencia histórica nos debería alertaracerca de que con metales tradicionales puede suceder loque ya sucedió con el caucho, el salitre, el guano de lasaves…….mas tarde o mas temprano seránirremediablemente sustituidos, no necesariamente pormateriales sintéticos sino por otros metales.
MUCHAS GRACIAS