Sergio Castro, Gerente General – Castro Ingeniería
Introducción
El concepto de mineral alterado es amplio y se refiere a diversos cambios en litología, alteración y mineralización (hipógena y supérgena), que ocurrieron durante la génesis del yacimiento. Destaca el rol de la lixiviación y oxidación supérgena, y las alteraciones hidrotermales (argílica, potásica, fílica, propilítica), las cuales determinan, entre otros, la actual mineralización y litología de un yacimiento de Cu porfídico.
Desde el punto de vista geo-metalúrgico, pueden destacarse los siguientes cambios de importancia para la flotación:
- Reacciones de reemplazo de los sulfuros de Cu primarios (calcopirita y bornita), por especies de enriquecimiento secundarios (calcosina, covelina).
- Oxidación hidrotermal de especies de enriquecimiento secundario (calcosina, covelina), para formar especies de Cu oxidadas (malaquita, atacamita, brochantita, etc.).
- Alteraciones tipo cuarzo-sericita de la ganga silícea con formación de arcillas (otro ejemplo, es la alteración argílica-supérgena con formación de esmectita, ilita y caolinita).
- Alteración de ganga metálica, con inter-crecimiento de pátinas de covelina sobre partículas de pirita.
Todos estos cambios en los yacimientos de Cu porfídicos tienen gran impacto sobre el proceso de flotación; y los efectos se agravan en sectores donde el mineral se encuentra diseminado en tamaño de grano fino (alto contenido de ocluidos).
Es oportuno aclarar que la oxidación superficial de los sulfuros de Cu (formando delgadas pátinas de óxidos), como resultado de exposición prolongada a la intemperie, no clasifica como alteración geológica, sino como meteorización, pero también impacta significativamente al proceso de flotación.
Respecto a los 4 tipos de reemplazo y alteraciones geológicas, el primero no es un problema para la flotación, puesto que hoy se dispone de colectores de distinta química, que obtienen buenos resultados, tanto con minerales primarios como secundarios.
Para el segundo tipo se aplica el proceso de lixiviación. Pero cuando se trata de minerales mixtos procesados por flotación, y el factor [(Cusol/CuT) x100] es mayor a 10%, la baja recuperación de los óxidos de Cu y la disolución de iones Cu2+ con activación de pirita, pueden comprometer significativamente la eficiencia del proceso.
El tipo 4, no afecta directamente la recuperación de Cu, pero si la ley de Cu en el concentrado final por aumento de la ley de Fe, y usualmente, se mitiga bajando el P80 de remolienda.
El tercer tipo, es decir, el efecto de los filosilicatos de estructura cristalina laminar, es actualmente el de mayor impacto, especialmente cuando se trata de arcillas, como caolinita, montmorillonita, pirofilita y talco; o de micas, tales como, sericita, ilita o moscovita.
Junto con el procesamiento de minerales de baja ley (<0.5%Cu), la ocurrencia de estos filosilicatos en el mineral (entre 5-15%), son responsables de los mayores problemas que afectan actualmente a las plantas concentradoras de Cu-Mo.
Esta nota técnica se focalizará, justamente, en el efecto de las gangas alteradas sobre la flotación de minerales de Cu-Mo.
Aspectos generales
Debido a la mayor acidez natural de las arcillas, la primera señal de un mineral alto en arcillas, es el aumento en el consumo de cal al ajustar el pH de flotación (usualmente pH 10.5), que puede subir de 0.8-1.0 Kg/t a valores entre 1.5 a 2.5 Kg/t, o incluso más.
También, durante la flotación rougher se produce un incremento significativo en la recuperación másica, desde valores típicos de 10 % a valores entre 15 y 20 %.
A menudo se aprecia también una espuma abundante, de aspecto acuosa y poco mineralizada. Dependiendo del tipo de arcillas, también puede haber otros cambios texturales de la espuma.
Sin embargo, lo más importante es la fuerte caída en la recuperación de Cu y Mo (también de Au y Ag), tanto en el circuito rougher como en la planta global. Además, la ley del concentrado final puede bajar, por aumento en el contenido de insoluble y/o pirita.
Estos efectos son causados por los filosilicatos, que durante la molienda generan un exceso de lamas de tamaño inferior a 10µm, las cuales afectan la flotación por:
- Las propiedades de sus partículas ultra-finas de estructura cristalina laminar.
- Producen un recubrimiento de lamas sobre las partículas útiles (slime coating).
- Participan en el arrastre físico de lamas y agua a los concentrados (entrainment).
- Introducen cambios en los parámetros reológicos de la pulpa y espuma (yield stress y viscosidad).
- Producen alteración de la textura y propiedades de la espuma.
Estructura cristalina
Los filosilicatos tienen estructura cristalina laminar, donde sus capas pueden ser del tipo tetraédrica (T) (similar a la estructura de la sílice); y di-octaédrica o tri-octaédrica (O), (similar a la estructura de la brucita o gibsita, respectivamente).
Se denomina estructura 1:1 o T-O, a aquella que combina una capa de tetraedro con una capa de octaedro. Del mismo modo la estructura 2:1 o T-O-T, combina dos capas de tetraedros con una de octaedro (Figura 1).
Nota: Donde Oa representa el átomo de oxígeno apical compartido con el tetraedro; y Ooct es el sitio aniónico compartido entre octaedros adjuntos (a y b son parámetros de la celda unitaria) (M y T indican la presencia de un catión en el octaedro y tetraedro, respectivamente). (Bergaya, F., Theng, BK.G., Lagaly, G. Handbook of Clay Science. Elsevier, 2006).
En la estructura cristalina de las arcillas, micas y cloritas se combinan láminas de tetraedros (T) y octaedros (O); para formar cristales del tipo (T-O) (p. ej., en la caolinita); o del tipo (T-O-T) (p. ej., en la ilita, talco y pirofilita) (ver Figura 2 y 3). Nótese que, para su representación, se usa una simbología o dibujo simplificado de un Tetraedro o un Octaedro.
La diferencia entre caolinita e ilita no solo está en su estructura cristalina (T-O o T-O-T), sino también en que la ilita incorpora cationes de potasio (K⁺) en su zona inter-capas, lo cual le confiere capacidad de intercambio catiónico. En cambio, la montmorillonita puede incluir no solo cationes, sino también moléculas de agua, lo cual le permite tener capacidad de intercambio catiónico, y aumentar su volumen por impregnación de agua (hinchamiento o swelling).
Por otro lado, el talco y la pirofilita son arcillas hidrófobas, debido a que sus capas son inertes por sus planos basales, manteniéndose unidas solo por débiles fuerzas de van der Waals. Sin embargo, los bordes son hidrofílicos, dado que se generan por rompimiento de los enlaces covalentes Si – O y forman sitios superficiales iónicos.
En el proceso de flotación, estas arcillas afectan la ley de los concentrados, debido a que flotan junto el Cu y Mo debido a sus propiedades de flotabilidad natural. Estos problemas se mitigan mediante el uso de polímeros depresores específicos.
Efecto de los filosilicatos en flotación
El principal efecto perjudicial de las arcillas y micas es la disminución en la recuperación de Cu y ley de concentrado. La caída de la recuperación depende del tipo de ellas.
El efecto de la caolinita y bentonita en un mineral de Cu-Au se muestra en la Figura 4, a través de un gráfico de recuperación versus ley de concentrado. Se observa que la caolinita afecta principalmente la ley de concentrado, pero la bentonita afecta tanto la recuperación como la ley de concentrado.
Estos resultados se deben a varios fenómenos, entre ellos, una cinética de flotación más lenta (especialmente con bentonita), como se ilustra en la Figura 5. La pérdida de flotabilidad a menudo se debe al fenómeno de recubrimiento por lamas (slime coating).
Por otro lado, los filosilicatos reducen la selectividad y ley de concentrado debido al arrastre físico de insoluble (entrainment). Para el caso de la sericita, este fenómeno se muestra en la Figura 6.
En la planta industrial, esto se traduce en un aumento significativo en la recuperación másica del circuito rougher, que, en el caso de la caolinita, puede aumentar drásticamente, desde valores de 5 a 30%, como se muestra en la Figura 7.
Por otro lado, algunas arcillas tienen efectos reológicos, como la bentonita, montmorillonita y caolinita. Estas arcillas son capaces de modificar el yield stress (esfuerzo de corte) y la viscosidad, tanto de la pulpa como de la espuma.
El aumento del yield stress se ha observado en mediciones con mezclas cuarzo/caolinita, a distintos porcentajes de sólidos (Figura 8). Es sabido que el yield stress de una pulpa aumenta con él % de sólidos, pero este aumento es mayor cuando se reemplaza el cuarzo por caolinita, ratificando su efecto reológico.
Respecto a las pulpas minerales, en la Figura 9 se muestra que el yield stress (shear stress), de un mineral de Cu, aumenta cuando se incorpora a la pulpa entre un 5 a 15% de bentonita.
Otro efecto relevante es que las arcillas son capaces de modificar la espuman. Algunas de ellas generan espumas voluminosas, pero acuosas y poco mineralizadas. Este efecto lo puede producir la montmorillonita y la caolinita; y además, ocurre un aumento de la vida media de la espuma (Figura 10).
Recientes estudios de viscosidad, reportan que la espuma puede verse afectada de varias formas, dependiendo del tipo de arcilla. Por ejemplo, la caolinita y montmorillonita disminuyen la viscosidad a medida que aumenta el % de sólidos de la espuma. Sin embargo, el talco hace lo contrario, es decir aumenta la viscosidad (Figura 11). En el primer caso la espuma sería más voluminosa y acuosa; pero en el segundo caso, la espuma sería más densa y coagulada.
Finalmente, los modelos predictivos de carácter geo-metalúrgicos, usualmente se basan en el contenido de las especies de mena (calcosina, covelina, calcopirita, bornita, pirita). Sin embargo, el impacto de las gangas alteradas (principalmente filosilicatos), es tanto o más importante, especialmente cuando el objetivo es predecir la recuperación y ley de concentrado en minerales alterados. En estos sistemas resulta fundamental incorporar su efecto perjudicial.
Referencias
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