Flotación de zinc sin cal

 

I. RESUMEN

La Legislación Peruana contempla que la alcalinidad de un efluente minero debe ser pH 9 y normalmente la etapa de flotación del circuito de zinc en un mineral polimetálico-que es equivalente a flotar sulfuros de cobre – aplican cal en el proceso hasta un pH superior a 10, esta alcalinidad normalmente se usa por tres razones: (1) deprimir sulfuros de hierro (2)  ayudar la actuación del colector xantato Z11 y finalmente (3) Para equilibrar el uso del Sulfato de cobre, activador de esfalerita.

Esta situación que es persistentemente controlada por OEFA y que ha sido un gran tema para VCMSAA ya fue recientemente superada en dos de tres plantas de Volcan Unidad – Yauli (Mahr Tunel y Andaychagua).

Las pruebas de investigacion batch y prueba industrial corta y definitiva fue desarrollada en un trabajo conjunto entre personal técnico de las empresas Flotecc- Diamond y Metalurgistas de Investigaciones de Laboratorio Metalurgico Mahr Tunel de VCMSAA Unidad Yauli , el resultado final es que ya desde Octubre 19 de 2016 se opera con circuito de flotación  de zinc con las siguientes características : (a) cero consumo de cal, (b) uso de colector liquido reemplazando al xantato e (c)  incorporando un solo punto de dosificación de reactivo;   alcanzando excelentes resultados de flotación de zinc en un esquema  simplificado con menos exposición del personal al peligro de manipuleo de cal viva y adicionalmente significando un ahorro en reactivos de flotación típicos de un circuito de zinc de aproximadamente 0.5 US$/TM

ABSTRACT

The Peruvian Legislation contemplates that the alkalinity of a mining effluent should be pH 9 and normally the flotation stage of the zinc circuit in a polymetallic mineral – which is equivalent to float copper sulphides – apply lime in the process to a pH higher than 10, This alkalinity is usually used for three reasons: (1) depressing iron sulfides (2) assisting the actuation of the xanthate manifold Z11 and finally (3) to balance the use of copper sulphate, sphalerite activator.

This situation, which is persistently controlled by OEFA and has been a great subject for VCMSAA, was recently surpassed in two of Volcan Unidad – Yauli (Mahr Tunel and Andaychagua) plants.

The batch tests and short and definitive industrial test were developed in a joint work between technical personnel of the Flotecc-Diamond companies and metallurgists of metallurgical laboratory investigations Mahr Tunel of VCMSAA Yauli Unit, the final result is that since October 19, 2016 Operates with zinc flotation circuit with the following characteristics: (a) zero lime consumption, (b) use of liquid manifold replacing xanthate e (c) incorporating a single reagent dosage point; Achieving excellent zinc flotation results in a simplified scheme with less exposure of personnel to the danger of handling lime and additionally signifying a saving in flotation reagents typical of a zinc circuit of approximately 0.5 US $ / MT

II.  TEXTO DEL TRABAJO

2.1. INTRODUCCION

 .Los tiempos modernos indican que las aguas de las pulpas de relaves de flotación deben ser recirculadas nuevamente al proceso industrial, específicamente a molienda.

Generalmente estas aguas recuperadas al no ser muy limpias en elementos metálicos así como carbonatos y sulfatos terminan perjudicando los procesos Metalurgicos con varios puntos menos de grado de concentrado y recuperación de valores por especialmente afectar la relación agua/mineral de molienda la misma que ya no será automáticamente y controlable debido al “encalichamiento” o encostramiento de las tuberías o líneas de agua por el exceso de iones calcio y Magnesio, la aplicación de reactivos anti-incrustantes no es una medida correctiva comprobada a pesar de muchos años de aplicación.

Este seguimiento a la recuperación de aguas es motivo de un seguimiento especial de parte de los organismos del estado, con técnicos o auditores que no tienen formación sólida en flotación ni procesos modernos de limpieza de efluentes;  si hubiera un pequeño remanente efluente con punto de vertimiento autorizado, el efluente liquido estarán sujetos a Límites Máximos Permisibles según el DS 010-2010 que fija inclusive un parámetro de alcalinidad en ese efluente y no puede ser mayor a pH 9,  preocupación para todos los metalurgistas de flotación ya que los procesos de flotación de sulfuros de cobre-plomo-zinc requieren normalmente dosificaciones de cal para ajustar el pH aproximadamente a 10.

El presente trabajo da cuenta del esfuerzo por eliminar la cal en el circuito de flotación de zinc y eliminar reactivos que requieren de cal como el colector xantato, la aplicación final es un importante logro de mantener recuperaciones y grados de concentrado de zinc con solo la aplicación de un colector del tipo tionocarbamato, ahorrando dinero por menor gasto en reactivos de flotación  y cumpliendo con alcalinidad de pH 9 en el efluente de cancha de relaves.

• DESARROLLO DE CONCEPTOS INVOLUCRADOS

2.2.1 Necesidad del Puente Lingüístico

 Es importante insistir en que los conceptos de los ingenieros ambientalistas y los de investigaciones y operaciones metalúrgicas deben ser comunes y consideren que :

• Nninguno es auditor del otro y entre criterios comunes se deben buscar soluciones ya que en el cumplimiento de los exigentes límitesnuevos o ECA (Estándares de Calidad Ambiental) que entraran en vigencia en dos años más, aun no tienen tecnologías de costo razonable que sean económicamente rentables para las empresas para las cuales trabajamos.

• Los profesionales ambientalistas deben conocer como son los procesos metalúrgicos de los cuales se originan los efluentes, es casi seguro que los procesos importantes de flotación o cianuracion son procesos alcalinos.

• Solo si ocurriera lo anterior no se hubiera permitido que se ponga como parámetro 9 o menor al pH del efluente en el DS 010-2010, porque para activar los colectores de flotación y deprimir la flotación de sulfuros de hierro (pirita y pirrotita) se requiera alcalinidad con cal y para cianurar si no se hace por encima de 9 en alcalinidad se genera el peligroso gas cianhídrico.

• Además ambos deben conocer que para disminuir el pH del efluente es necesario usar ácidos muy fuertes como el sulfúrico y nítrico, cloruro férrico o bisulfito de sodio.

• Entonces los profesionales que el estado envía a controlar las operaciones mineras para auditorias deben ser expertos en Procesos Metalurgicos y tratamiento de aguas, para con ese conocimiento ayudar en el esfuerzo de tratamiento de efluentes más que ser un supervisor de algún proceso aun no inventado y que podría afectar la rentabilidad del negocio minero.

 2.2.2 Mineralogía y el esquema de flotación de Zinc

 La flotación de esfalerita es un proceso antiguo típico conocido, diferencial y selectivo; generalmente es la etapa final de un proceso anterior de flotación bulk plomo-cobre o de solo cobre; sobre el proceso de flotación de zinc se tienen pautas importantes y son las que a continuación se indica:

• La mineralogía de los valores de zinc es importante para la selección de reactivos necesarios, existen distintos tipos de esfalerita y que responden de diferente modo en un circuito de flotación : (a) esfalerita tipo 2 que son finas inclusiones de calcopirita en esfalerita y que una presencia excesiva significara activación de zinc en la flotación bulk anterior, (b) Esfalerita del tipo 3 que presentan finas inclusiones de pirrotita o sulfuro de hierro en la matriz de esfalerita que provocaran alto contenido de hierro y bajos grados de zinc, (c) Esfalerita del tipo 4, covelita o sulfuro secundario invadiendo la matriz de esfalerita significara prácticamente sulfato de cobre en la pulpa por tanto una gran activación de zinc en una etapa bulk (d) Esfalerita del tipo 5 con sulfosales de plata en la misma matriz de la esfalerita significa un alto desplazamiento de plata al concentrado de zinc que en el bulk anterior.

• El depresor de esfalerita en una flotación anterior bulk plomo-cobre es el reactivo sulfato de zinc y el activador de esfalerita en un circuito de zinc es el sulfato de cobre, la calidad de ambos productos sulfatos es importante para marcar una selectividad adecuada en el proceso de flotación.

• La calidad del reactivo sulfato de cobre pentahidratado, activador de esfalerita en flotación del circuito de zinc debe ser pureza mayor a 98% como sulfato y una muestra diluida en agua al 10% en peso debe tener un pH igual o mayor a 4.

• El consumo de cal en la flotación de zinc está muy ligado a la calidad del activador sulfato de cobre y en general es directamente proporcional a su consumo. Un exceso de consumo de cal es causa de un mayor consumo de sulfato de cobre y viceversa.

• El consumo de cal en un circuito de flotación de zinc es necesario para : (a) ajustar alcalinidad de la pulpa y deprimir sulfuros de hierro, (b) Permitir la adecuada acción del colector xantato Z11, en la pulpa y en presencia de CaOH el xantato se transforma en dixantogeno que es el verdadero ente colector de flotación de sulfuros y (c) para equilibrar la acción del activador de esfalerita, sulfato de cobre.

 2.2.3 La pulpa de relave de flotación y la necesidad de recuperar el agua

 La pulpa de relave de flotación contiene 25% de solidos es decir el resto 75% en peso es agua o liquido; en general el consumo de agua de una planta de flotación de sulfuros es entre 2 a 3 partes de agua por 1 de mineral tratado

Por eso es importante considerar que:

• Las aguas de los relaves se recuperan muy rápidamente de un sistema de sedimentación que puede ser espesador o un Cono Profundo, por lo tanto esta agua contienen necesariamente floculante que ayuda a sedimentar los sólidos y recuperar la parte liquida con mayor velocidad.

• Es importante saber que los excesos de floculante en aguas recirculantes recuperadas de espesadores afectan el sistema de flotación, estos floculantes deben ser optimizados siempre para usar una cantidad mínima.

• Importante considerar que las aguas recuperadas de espesadores, balancean la necesidad de líquido en planta industrial en no menos de 50% del tonelaje de mineral tratado, el impacto es muy fuerte por lo tanto el tratamiento de aguas de relave es un tema relevante e importante.

• Si se tiene poco control en la dosificación de sulfato de cobre durante la flotación de zinc, las aguas recuperadas de espesadores de relaves podrían contener iones cobre y hierro, el cobre iónico afectara la selectividad en una flotación bulk plomo-cobre activando excesivamente esfalerita y obligando a un mayor consumo de cianuro en la etapa de flotación bulk plomo-cobre.

• El exceso de cal en flotación de zinc finalmente retornara con las aguas recirculantes afectando las tuberías por encostramiento o “encalichamiento” perdiendo control en la importante relación agua/mineral en molienda-clasificación. Por lo anterior para un circuito de flotación  de zinc es prioritario mantener un sistema de dosificación de lechada de cal muy preciso y calibrado constantemente.

 2.2.4 Impacto de la Calidad del agua en molienda para Flotación.

Los circuitos de molienda-clasificación son muy importantes para lograr una liberación efectiva de valores sulfuros metálicos, una correcta operación de este circuito pasa por mantener en equilibrio el porcentaje de sólidos en pulpa de mineral.

Por eso en molienda-clasificación es importante considerar lo siguiente:

• El chancado de mineral que es la etapa anterior a la molienda es prácticamente en seco o con baja humedad; la siguiente etapa de reducción de tamaño es molienda y clasificación, el 70% del consumo de agua se usa en esta etapa para obtener una pulpa que contenga solidos minerales molidos y liberados que finalmente serán el alimento a flotación.

• En un circuito de molienda-clasificación el control más importante es el tonelaje de mineral fresco alimentado a molienda, si este tonelaje es controlado, estará enlazado a una válvula de agua que alimentara agua a la entrada del molino para mantener una densidad de pulpa estable, esto se llamara la relación agua/mineral en molino y debe ser lo más constante posible

• La clasificación se realiza en nido de hidrociclones, es importante que la densidad de pulpa que ingresa a la clasificación sea constante, dosificaciones de agua en el cajón que alimenta pulpa a la bomba de alimentación a los hidrociclones mantienen estable la densidad normalmente detectada por un aparato nuclear de medición de densidad de pulpa-

• Si los circuitos de molienda son automatizados y la relación agua mineral correcta, la perdida de diámetro interior por “encalichamiento” pondrá fuera de servicio el control de la relación agua/mineral generando asi perdidas efectivas en la recuperación metalúrgica por falta de liberación.

 2.2.5 Colector Xantato y alcalinidad en el proceso de flotación.

 El xantato es un colector tradicional de flotación, son varios tipos de xantatos los que se usan en minería pero es importante saber lo siguiente:

• Son varios tipos de xantato disponible en el mercado de colectores de flotación, dependen de la cadena del alcohol utilizado, pero el 80% de plantas que procesan minerales sulfuros por flotación lo hacen con Xantato isopropilico de sodio o XIS o Z11.

• El único xantato que no requiere que la pulpa tenga pH alcalino y puede operar efectivamente en cualquier rango de pH es el XAP o Z6 Xantato amílico de potasio.

• Para que un xantato Z11 actue eficientemente en una pulpa debe haber involucrada alcalinidad, esta alcalinidad favorece a la selectividad frente a otros sulfuros de hierro presentes, la aplicación de xantato amílico en flotación generalmente es muy agresiva y poco selectiva.

• Un esquema de flotación con aplicación de xantato requiere generalmente uso de etapas adicionales de limpieza para deprimir sulfuros de hierro y alcanzar grados comerciales de concentrados de zinc.

• Esta cal aplicada en las limpiezas debe ser muy controlada, necesariamente con un loop de lechada de cal y dosificación con válvulas pinch eléctricas  como respuesta a un sensor de pH instalado en la misma celda de flotación, se trata de mantener un pH adecuado para la depresión de pirita y que las dosificaciones de cal sean exactas para llegar a un pH pre-establecido. Si este sistema no funciona de manera controlada el exceso de cal perjudicara las operaciones y también se presentara en elevado pH en las aguas efluentes de las canchas de relave.

• Si el colector de flotación xantato requiere cal, generalmente se usa cal viva en promedio 1 a 2 kilos por cada tonelada de mineral tratado industrialmente por flotación, entonces para una planta de flotación el manejo de cal viva siempre será un peligro por lo que se debe priorizar que el transporte de cal sea en tanques cerrados o bombonas, este producto será descargado por bombeo hacia silos y de allí se apaga la cal con adiciones de agua en un sistema controlado por la temperatura de reacción; luego la lechada preparada se deposita en tanques de almacenamiento desde donde por bombeo se genera un loop cerrado que tenga  puntos de dosificación de lechada de cal en el circuito de flotación según consideraciones previamente establecidas.

• Es importante hacer trabajos de investigación para evitar el uso de cal en flotacion de sulfuros, el presente trabajo es uno de ellos.

2.2.6. DS 015 2015 MINAM ESTANDARES DE CALIDAD AMBIENTAL DEL AGUA

Las aguas efluentes serán controladas en un rango de pH entre 6.5 a 9, así está establecido por el DS 015 2015 MINAM, este es un tema sin discusión pero es importante considerar lo siguiente:

• Si el proceso de flotación en el circuito de zinc se lleva a cabo generalmente a un pH por encima de 9 se deben tomar acciones para corregir esta alcalinidad del efluente y es probable que se requiera adicionar reactivos fuertemente ácidos para disminuirla alcalinidad y colocarse dentro del rango de pH exigido por el MINAM.

• En el Laboratorio Metalurgico de Andaychagua – Volcan se hicieron pruebas de tratamientos de agua esta investigación finalmente se aplicó al efluente industrial, la finalidad fue corregir el contenido de arsénico e indirectamente disminuir el pH que estaba por encima de 9, la aplicación significo una adición de cloruro férrico en solución al 5% en un ratio de 30 gr/tonelada de mineral tratado.

• Es importante remarcar que por las fluctuaciones del pH en el efluente de la cancha de relaves de Andaychagua que ocasionalmente es mayor a 9.5 ha sido necesario la dosificación de ácido nítrico grado industrial (48% de pureza) en ratios de 10 a 20 gr/TM, registrándose consumos de aproximadamente 1000 kilos de ácido nítrico por mes y que han sido dosificados directamente al agua para corregir alcalinidad según rango dispuesto por el MINAM en su DS 015-2015; una salida técnica importante para encajar un pH pero no consistente para mejora la calidad de agua.

• El tema del pH en el efluente autorizado en un rango 6.5 a 9 exigido por MINAM debe ser revisado y sobre todo los auditores visitantes deben aplicar un criterio más humano en decidir que es más conveniente en un efluente : un poco más de cal remanente o hacer correcciones con ácidos fuertes

2.2.7 Investigación metalúrgica para superar la condición del efluente.

 En Volcan a fines del año 2016 se desarrollan una serie de investigaciones metalúrgicamente considerando principalmente lo siguiente:

• que las fluctuaciones del consumo de cal afectan la operación de un circuito de flotación de zinc.

• estableciendo adicionalmente que las variaciones de alcalinidad están directamente relacionadas a un consumo de sulfato de cobre que es el activador de esfalerita y principal reactivo del proceso de flotación de sulfuros de zinc.

• sabiendo que es necesario y un reto importante, eliminar del proceso el uso de xantato como colector principal de flotación de sulfuros de zinc.

El foco de la investigación metalúrgica de Volcan está en el reactivo tipo Tionocarbamato, los originales corresponden a fabricación d CYTEC y son los reactivos  AP 3894 y AP 5100,  se sabe de la selectividad de estos reactivos frente a los sulfuros de hierro (pirita) y la selectividad en flotación de sulfuros de cobre (la flotación de esfalerita activada por sulfato de cobre es una manera indirecta de flotación de sulfuros de cobre).

Diseño Experimental de la Investigación metalúrgica

Para optimizar la cantidad de colector tipo Tionocarbamato Etyl Isopropil 1661 de Flottec (equivalente al AP2894 de Cytec),  se hizo una plantilla de ocho pruebas en esquema de diseño hexagonal, con dos pruebas al centro y una prueba denominada “cero” que es la prueba en condiciones estándar

El análisis de regresión en los resultados de las 8 pruebas del diseño tiene el siguiente resultado:

Según el resultado el máximo resultado factor Metalurgico se encontraría con 7.6 gramos de reactivo por tonelada, reemplazando como colector de sulfuros de zinc completamente el xantato y sin necesidad de ajustar pH con cal.

 2.2.8 Prueba Industrial y resultados Metalurgicos

Con resultados preliminares de investigación se planifico una prueba industrial, la misma que se realizó en Octubre 2016 en la planta concentradora Mahr Tunel,  la aplicación del colector Flottec 1661 se hizo con asistencia técnica de su representante  Diamond quien coordino para que la prueba industrial sea conducida por al experimentado metalurgista mexicano Juan Manuel Rodriguez.

Respecto de la prueba industrial se hace el siguiente comentario:

• Los resultados metalúrgicos en grado de concentrado y recuperación de zinc son similares o mejores, cuando se aplica tionocarbamato sin cal,  que cuando se usa xantato.

• Cuando se usa tionocarbamato no requiere varios puntos de dosificación como cuando se usa xantato; el punto de dosificación es único y es en la entrada del acondicionador de zinc. Por lo tanto el área de bombas dosificadoras de reactivos queda simplificada.

• La preparación de lechada de cal en Mahr Tunel que era con molienda y clasificación de cal viva de grano gruesa, quedo anulada.

• El costo de reactivos de flotación por no usar cal, eliminar xantato y solo usar tionocarbamato represento un ahorro de 0.5US$/ tonelada de mineral tratado. Ver abajo cuadro comparativo del consumo de reactivos antes y después del cambio.

• La prueba industrial continúa y está en etapa de consolidación desde el 19 de Octubre 2016 hasta la fecha y también se está replicando el criterio en otras plantas de flotación de Volcan (Andaychagua y Alpamarca).

• No usar cal en flotación de zinc, un criterio validado ya en la Unidad Yauli de Volcan significa que el pH del efluente liquido de la cancha de relave este en 8.5 y menor a 9 cumpliendo con la exigencia del DS 105-2015 MINAM pero más importante aun alcanzando resultados de flotación de zinc óptimos y en un circuito de flotación simplificado porque solo es necesario un punto de dosificación de reactivo tionocarbamato.

III . CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

• CONCLUSIONES

• Es importante confirmar que para los resultados encontrados en Volcan, si es posible reemplazar el xantato por el colector tionocarbamato, y que la flotación se hace sin alterar el pH de la etapa anterior bulk.

• El ahorro por menor consumo relativo de reactivos de flotación – cuando no se usa cal- es aproximadamente 0.5 US$ por tonelada de mineral tratado.

• Las consideraciones que fijaron el rango de pH en el efluente 6.5 a 9 fijados en el DS 015-2015 MINAM deben ser revisadas, los procesos metalúrgicos de flotación y cianuracion son alcalinos y posiblemente con efluentes mayores a pH 9. Para disminuir este pH se usaran ácidos muy fuertes y eso no es lo más recomendable.

• El criterio auditor de los técnicos que suben por entes del estado a hacer verificaciones del cumplimiento de requisitos debe ser más orientado a revisar el proceso donde se origina el efluente con la finalidad de definir criterio sustentable.

• RECOMENDACIONES

Desarrollar el puente lingüístico entre profesionales de distintas ramas y que enfrentan los mismos problemas siempre será un aspecto con resultados positivos, este trabajo es un ejemplo.

4.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. -Bulatovic,S “Handbook of reagents flotation”

2. –Drozzier, J . Fundamentos de Reactivos de Flotación

       3.- Rizo Patrón Peter, Diseño Experimental, Curso de Posgrado Universidad Nacional de Ingeniería

       4.–Manzaneda J- “Informes Internos Volcán Compañía Minera S.A.A 2016

• Tweet
• Pin It