PROCESO COBREMINERALES OXIDADOS

PROCESO PRODUCTIVO DE MINERALES OXIDADOSEn los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtencin de cobre se realiza en tres etapas: Lixiviacin en pilas Extraccin por solventeElectroobtencin

LIXIVIACIN EN PILAS

La lixiviacin es un proceso hidrometalrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolucin de cido sulfrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones cidas. El proceso se realiza a travs de:ChancadoFormacin de la pilaSistema de riego

CHANCADOEl material extrado de la mina, que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario, y eventualmente terciario si es necesario.

Material mineralizado de un tamao mximo de 1,5 a pulgadas. Este tamao es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltracin de la solucin cida.En el chancador se realiza el primer proceso de reduccin de tamao de las rocas de material mineralizado extrado de la mina

FORMACIN DE LA PILAEl material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formar la pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigacin con una solucin de agua y cido sulfrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatacin del cobre contenido en los minerales oxidados.

En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor, que lo va depositando ordenadamente formando un terrapln continuo de 6 a 8 m de altura, que es la pila de lixiviacin. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el rea expuesta. Bajo las pilas se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberas ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a travs del material.

SISTEMA DE RIEGOA travs del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solucin cida de agua con cido sulfrico en la superficie de las pilasEsta solucin se infiltra en la pila hasta su base. La solucin disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solucin de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

La lixiviacin se mantiene por 45 a 60 das.El material restante (ripio) es enviado mediante correas a botaderos donde se podra reiniciar un segundo proceso de lixiviacin para extraer el resto de cobre.De la lixiviacin se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminndose las partculas slidas que pudieran haber sido arrastradas.Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extraccin por solvente.

EXTRACCIN POR SOLVENTE (SX)

En esta etapa la solucin que viene de las pilas de lixiviacin, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9 gpl a 45 gpl, mediante una extraccin inica.Para extraer el cobre de la solucin PLS, sta se mezcla con una solucin de parafina y resina orgnica. La resina de esta solucin captura los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva. De esta reaccin se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solucin empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviacin y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso.

El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solucin electrolito rica en cido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solucin), mejorando la concentracin del cobre en esta solucin hasta llegar a 45 gpl, y luego es llevada a la planta de electroobtencin.

ELECTROOBTENCIN (EW)

Esta etapa corresponde al desarrollo de un proceso electrometalrgico mediante el cual se recupera el cobre disuelto en una solucin concentrada de cobre.La electroobtencin consiste en recuperar el metal desde una solucin de lixiviacin debidamente acondicionada, llamada solucin electrolito, y depositarlo en un ctodo, utilizando un proceso de electrlisisMediante este proceso se recupera el cobre de una solucin electrolito concentrado para producir ctodos de alta pureza de cobre (99, 99%).

La solucin electroltica que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre (CuSO4) es llevada a las celdas de electroobtencin que son estanques rectangulares, que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solucin, unas placas metlicas de aproximadamente 1 m2 cada una.

Estas placas corresponden alternadamente a un nodo y un ctodo. Los nodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por stos se introduce la corriente elctrica.Los ctodos son placas de acero inoxidable, que corresponde al polo negativo, por donde sale la corriente.

Para ello se hace circular a travs de la solucin electrolito, una corriente elctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los nodos y sale por los ctodos.

El cobre en solucin (catin, de carga positiva +2: Cu+2) es atrado por el polo negativo representado por los ctodos, por lo que migra hacia stos pegndose partcula por partcula en su superficie en forma metlica (carga cero).Una vez transcurridos seis a siete das en este proceso de electroobtencin, se produce la cosecha de ctodos. En este tiempo se ha depositado cobre con una pureza de 99,99% en ambas caras del ctodo con un espesor de 3 a 4 cm, lo que proporciona un peso total de 70 a 80 kg por ctodo.

Los ctodos son lavados con agua caliente para remover posibles impurezas de su superficie y luego son llevados a la mquina despegadora, donde en forma mecanizada se despegan las hojas de ambos lados, dejando limpio el ctodo permanente que se reintegra al ciclo del proceso de electroobtencin.Cada celda de electroobtencin contiene 60 ctodos y la cosecha se efecta de a de 20 ctodos por maniobra.

Los ctodos de cobre son apilados y embalados mediante zunchos metlicos para su transporte final al puerto de embarque, mediante camiones o ferrocarril. Previamente, se efecta un muestreo sistemtico de algunos ctodos para determinar su contenido de cobre, que debe ser de 99,99%, e impurezas (menos de 0,01%, principalmente azufre).

PROCESO COBREMINERALES SULFURADOS

PROCESO PRODUCTIVO DE MINERALES SULFURADOSEn los yacimientos de cobre de minerales sulfurados, el proceso de obtencin de cobre se realiza en las siguientes etapas: ConcentracinFundicinElectrorefinacin.

CONCENTRACINEll proceso de concentracin libera y concentra las partculas de cobre que se encuentran en forma de sulfuros en las rocas mineralizadas, de manera que pueda continuar a otras etapas del proceso productivo. El proceso de concentracin se divide en las siguientes fases:ChancadoMoliendaFlotacin

CHANCADOEl mineral proveniente de la mina presenta una granulometra variada, desde partculas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de dimetro, por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamao de los fragmentos mayores hasta obtener un tamao uniforme mximo de pulgada .Para lograr el tamao deseado, en el proceso del chancado se utiliza la combinacin de tres equipos en lnea que van reduciendo el tamao de los fragmentos en etapas, las que se conocen como etapa primaria, etapa secundaria y terciaria.

ETAPAS DE CHANCADOEtapa primaria, el chancador primario reduce el tamao mximo de los fragmentos a 8 pulgadas de dimetro.Etapa secundaria, el tamao del material se reduce a 3 pulgadas.Etapa terciaria, el material mineralizado llega a pulgada.

Los equipos utilizados son los chancadores, que son equipos elctricos de grandes dimensiones, trituran la roca mediante movimientos vibratorios y estn construidos de una aleacin especial de acero de alta resistencia. Los chancadores son alimentados por la parte superior y descargan el mineral chancado por su parte inferior a travs de una abertura graduada de acuerdo al dimetro requerido. El chancador primario es el de mayor tamao (54' x 74', es decir 16,5 m de ancho por 22,5 m de alto).

LA MOLIENDAMediante la molienda, se contina reduciendo el tamao de las partculas que componen el mineral, hasta una granulometra mxima de 180 micrones (0,18 mm), Permite la liberacin de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partculas individuales.

El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilndrica, en dos formas diferentes: Molienda convencional o Molienda SAG.

En esta etapa, al material mineralizado se le agregan agua en cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios para realizar el proceso siguiente que es la flotacin.

MOLIENDA CONVENCIONALLa molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino de bolas, respectivamente, aunque en las plantas modernas slo se utiliza el segundo. En ambos molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homognea y eficiente. La pulpa obtenida en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotacin.

MOLIENDA DE BARRASEste equipo tiene en su interior barras de acero de 3,5 de dimetro. El molino gira con el material proveniente del chancador terciario, que llega continuamente por una correa transportadora. El material se va moliendo por la accin del movimiento de las barras que se encuentran libres y que caen sobre el mineral.

El mineral molido contina el proceso, pasando en lnea al molino de bolas.

MOLIENDA DE BOLASEste molino, cuyas dimensiones son 16 x 24 pies (4,9 m de dimetro por 7,3 m de ancho), est ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de acero de 3,5, las cuales son los elementos de molienda. En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es reducido a un tamao mximo de 180 micrones.

Las bolas de acero caen sobre las rocas cuando el molino gira, reduciendo an ms su tamao.

MOLIENDA SAGLos molinos SAG (SemiAutGenos) son equipos de mayores dimensiones: 36 x 15 pies (11 m de dimetro por 4,6 m de ancho) y ms eficientes que los anteriores. Gracias a su gran capacidad y eficiencia, acortan el proceso de chancado y molienda.El molino SAG tiene mayor capacidad y tecnologa que los molinos convencionales. Muele rocas ms grandes que vienen directamente del chancador primario.

El mineral se recibe directamente desde el chancador primario y no del terciario como en la molienda convencional, con un tamao cercano a 8 pulgadas y se mezcla con agua y cal. Este material es reducido gracias a la accin del mismo material mineralizado presente en partculas de variados tamaos (de ah su nombre de molienda semi autgena) y por la accin de bolas de acero, de 5 pulgadas de dimetro, que ocupan el 12% de su capacidad.

Dados el tamao y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en cada libre cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda ms efectivo y con menor consumo de energa por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado secundario ni terciario.La mayor parte del material molido en el SAG va directamente a la etapa siguiente, la flotacin, es decir tiene la granulometra requerida bajo los 180 micrones, y una pequea proporcin debe ser enviado a un molino de bolas.

FLOTACIONLa flotacin es un proceso fsico-qumico que permite la separacin de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno, del resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original.La pulpa proveniente de la molienda, que tiene ya incorporados los reactivos necesarios para la flotacin, se introduce en celdas de flotacin.Desde el fondo de las celdas, se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitacin para que el proceso sea intensivo.

Los reactivos que se incorporan en la molienda tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones

Reactivos espumantes: tienen como objetivo el producir burbujas resistentes.Reactivos colectores: impregnan las partculas de sulfuros de cobre y de molibdeno para que se separen del agua (efecto hidrfono) y se peguen en las burbujas.Reactivos depresantes: provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores para evitar la recoleccin de otros minerales como la pirita, que es un sulfuro que no tiene cobre.Otros aditivos: como la cal sirven para estabilizar la acidez de la mezcla en un valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que ocurra el proceso de flotacin.

Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que las conducen hacia estanques especiales, desde donde esta pulpa es enviada a la siguiente etapa. El proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que cada ciclo va produciendo un producto cada vez ms concentrado. En uno de estos ciclos, se realiza un proceso especial de flotacin para recuperar el molibdeno, cuyo concentrado alcanza una ley de 49% de molibdenita (MoS2).

Luego de varios ciclos en que las burbujas rebasan el borde de las celdas, se obtiene el concentrado, en el cual el contenido de cobre ha sido aumentado desde valores del orden del 1% a un valor de hasta 31% de cobre total. El concentrado final es secado mediante filtros y llevado al proceso de fundicin.

Diagrama de Flujo de Concentracin

Diagrama de Flujo de Espesador y Filtrado

PROCESO DE FUNDICINEl concentrado de cobre seco, se somete a procesos de pirometalurgia en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metlico y se separa de los otros minerales como fierro, azufre, slice y otros. El proceso de fundicin se realiza en etapas que son:Recepcin y muestreo.Fusin.Conversin.Pirorrefinacin

RECEPCIN Y MUESTREOEl concentrado proveniente de la planta se almacena en canchas. El contenido mximo de humedad es de 8%, ya que con valores superiores, el concentrado se comporta como barro difcil de manipular y exige ms energa para la fusin.De acuerdo con el contenidos de cobre, el material se clasifica y almacena en silos, desde donde se despacha a los hornos de fundicin de acuerdo a las mezclas que se determinen.

PROCESO DE FUSIN

El objetivo es lograr el cambio de estado del concentrado de estado slido a estado lquido para que el cobre se separe de los otros elementos que componen el concentrado.En la fusin el concentrado de cobre es sometido a altas temperaturas (1200 C).

El primer paso del proceso consiste en trasladar un 40% del concentrado de las celdas de flotacin y hacerlo llegar al horno reverbero, donde se funde a temperaturas de ms de 1.200 C. Mientras el concentrado se convierte en una masa lquida fundida, sus componentes se van separando y recombinndose, formando un bao de dos capas. La capa ms pesada se llama eje o mata y es un compuesto de sulfuros, fierro con 50-55% cobre. Encima, flota la escoria, una costra de impurezas con un 0,8% cobre.

Al pasar al estado lquido, los elementos que componen los minerales presentes en el concentrado se separan segn su peso, quedando los ms livianos en la parte superior del fundido, mientras que el cobre, que es ms pesado se concentra en la parte baja. De esta forma es posible separar ambas partes vacindolas por vas distintas.

El horno de reverbero para la fusin tradicional El convertidor modificado Teniente (CMT) que realiza en una sola operacin la fusin y la conversin.

Tradicionalmente la fusin puede realizarse de dos maneras, utilizando dos tipos de hornos:

CONVERTIDOR MODIFICADO TENIENTEDesarrollado y patentado por la Divisin El Teniente de Codelco, es un horno basculante, formado por un cilindro metlico de 5 m de dimetro por 22 m de largo, dispuesto en posicin horizontal y revestido por ladrillos refractarios en su interior. Este horno est montado sobre un sistema de cremalleras que le permiten oscilar. El convertidor Teniente es cargado en forma continua con concentrado de cobre y slice (cuarzo) por una abertura ubicada en su parte superior.

La slice tiene por objeto captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlo en la parte ms liviana de la mezcla fundida.El convertidor tiene un sistema de caeras en el interior, las cuales insuflan aire enriquecido con oxgeno, el cual permite la oxidacin del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita, que se concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monxidos y dixidos) los cuales son evacuados a travs de chimeneas, junto a otros gases, donde son captados en gran parte para producir cido sulfrico.

En el convertidor Teniente tambin los elementos se concentran en fases, de acuerdo a su peso:Metal blanco : corresponde a la parte ms pesada del material fundido y que se encuentra en la parte baja del convertidor. Consiste en sulfuros, un pequeo porcentaje de fierro y un 70% a 75% de cobre. Escoria : es la parte ms liviana del fundido, la cual se enva de vuelta al horno de reverbero o a hornos destinados a limpieza de escoria para recuperar el contenido de cobre que an le queda.

PROCESO DE CONVERSINMediante el proceso de conversin se tratan los productos obtenidos en la fusin, para obtener cobre de alta pureza. Para esto se utilizan hornos convertidores convencionales llamados Peirce-Smith, en honor a sus creadores.El convertidor Peirce-Smith consiste en un reactor cilndrico de 4,5 m de dimetro por 11 m de largo, aproximadamente, donde se procesan separadamente el eje proveniente del horno de reverbero y el metal blanco proveniente del convertidor Teniente.

En una primera etapa se aaden los fundentes, tales como slice o a veces cal, con el fin de acomplejar al hierro (Formacin de la escoria) y se inyecta aire para convertir el sulfuro produciendo dixido de azufre. Una vez escorificado el hierro y otras impurezas, en la segunda etapa se contina inyectando aire para eliminar completamente el azufre como dixido, dejando al cobre en su forma metlica, comnmente llamado cobre blister (96 6% de Cu).Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material.

PROCESO DE PIRORREFINACIN

Mediante la pirorrefinacin o refinacin a fuego se incrementa la pureza del cobre blister obtenido de la conversin. Consiste en eliminar el porcentaje de oxgeno presente el este tipo de cobre, llegando a concentraciones de 99,7 % de cobre.El cobre blister se procesa en hornos basculantes, agregando agentes purificadores especiales (fluidificantes) para que se oxide una vez ms y eliminar toda impureza, quedando solamente una fraccin muy reducida de elementos no deseados, tales como plomo, fierro, bismuto, nquel, arsnico, antimonio, sulfuro, selenio y telurio.

Luego se extrae el oxgeno con inyecciones de vapor o aceite, con el resultado final de un cobre con un nivel de pureza mnima de 99.9%.

Este es un proceso especial que se aplica en algunas fundiciones, como en la fundicin de Caletones, donde el cobre blister es sometido a un proceso final de refinacin en un horno basculante, mediante la introduccin de troncos de eucaliptus. En este caso, la ignicin de la madera permite captar el oxgeno que contiene el cobre blister como impureza y lo transforma en anhdrido carbnico (CO2), que es liberado a la atmsfera. De esta manera, la pureza del cobre se incrementa a 99,7% y el producto se denomina cobre RAF (refinado a fuego).

El cobre RAF es moldeado en placas gruesas, de forma de nodos, de un peso aproximado de 225 kg, o formar lingotes que pesan aproximadamente 23 kilogramos cada uno.

ELECTRORREFINACIN

Mediante la electrorrefinacin se transforman los nodos producidos en el proceso de fundicin a ctodos de cobre electroltico de alta pureza.

Este proceso se basa en las caractersticas y beneficios que ofrece la electrlisis, que permite refinar el cobre andico (nodo) mediante la aplicacin de la corriente elctrica, obtenindose ctodos de cobre de alta pureza (99,99%).La electrorrefinacin se realiza en celdas electrolticas, donde se colocan en forma alternada un nodo, que es la plancha de cobre obtenido de la fundicin, y un ctodo, que es una plancha muy delgada de cobre puro, hasta completar 30 nodos y 31 ctodos en cada celda.

La electrlisis consiste en hacer pasar una corriente elctrica por una solucin de cido sulfrico y agua. El in sulfato de la solucin comienza a atacar el nodo de cobre formando una solucin de sulfato de cobre (CuSO4) denominada electrolitoAl aplicar una corriente elctrica, los componentes de la solucin se cargan elctricamente producindose una disociacin inica en la que el anin sulfato (SO4-2) es atrado por el nodo (+) y el catin (Cu+2) es atrado por el ctodo (-).

El anin SO4-2 ataca al nodo formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la solucin por efecto de la corriente elctrica, liberando cobre como catin que migra al ctodo, y se deposita en l. El ion sulfato liberado migra al nodo y vuelve a formar sulfato de cobre que va a la solucin, recomenzando la reaccin.Este proceso es continuo durante 20 das. El da 10, se extraen los ctodos y se reemplazan por otros y los nodos se dejan 10 das ms y se reemplazan por otros. De esta forma, al final del da 20, nuevamente se extraen los ctodos y se renuevan los nodos.

Los otros componentes del nodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas electrolticas, formando lo que se conoce como barro andico el cual es bombeado y almacenado para extraerle su contenido metlico (oro, plata, selenio, platino y paladio).Una vez terminado el proceso de refinacin del cobre por electrlisis, cada 10 das los ctodos son sacados de las celdas y se examinan cuidadosamente para asegurar la calidad, descartndose todos aquellos que tengan algn defecto.Los ctodos seleccionados son pesados y embalados para su posterior despacho.

Diagrama de Flujo de Fundicin y Refinera