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NaSH EN LA OPTIMIZACIN DE LA FLOTACIN DE COBRE CONCENTRADORA CUAJONE

J. Dvila 1, R. Llerena 2, N. Benavides 3, C. Curo 4 Southern Per Copper Corp.

jdavilaf@southernperu.com.pe, rllerena@southernperu.com.pe, nbenavid@southernperu.com.pe, ccuro@southernperu.com.pe

RESUMEN

Desde inicios del ao 2011, el tipo de roca que lleg a la Planta Concentradora de Cuajone llego con altos contenidos de Andesita Basltica, Andesita Intrusiva (%IA+%BA) y minerales oxidados superficialmente.

Este tipo de mineral repercuti en la baja recuperacin de Cu, bajo tonelaje de tratamiento, altos consumos de espumante y cal. Adems problemas operativos en la flotacin, baja estabilidad en zona de espumacin en la etapa de flotacin primaria (Rougher).

Para poder mejorar la recuperacin de cobre, se consider la sulfidizacin, que consiste en la adicin de reactivos que aportan iones S2- y SH-. El rol de estos iones es modificar completamente la naturaleza fsico-qumica de su estructura superficial, permitiendo la adsorcin de colectores en ella, y su posterior flotacin. En nuestro caso se usa el sulfhidrato de sodio (NaSH) como un agente para activar las especies alteradas en la flotacin de sulfuros de cobre, andesitas y oxidados superficialmente.

La Planta Concentradora Cuajone, inici su perodo de pruebas en el 2011. Al no existir antecedentes tcnicos en la industria de las condiciones, dosificacin y los puntos de adicin ptimos del NaSH, se fue experimentando su dosificacin y concentracin en los diferentes lugares de la flotacin. Y es que a partir de Setiembre 2011, se determin que la dosificacin (al 15% de concentracin) en la cabeza de la

flotacin primaria (rougher) y a un pH 10, se obtuvo estabilidad en la flotacin, disminucin en el consumo de espumante y lechada de cal y mejoras en la recuperacin de cobre.

La recuperacin en cobre promedio mejor 2.3%, disminuy el consumo de cal en 21% y 28% en espumante. Se estabiliz la flotacin.

SUMMARY

Since early 2011, the type of rock that came to the Cuajone Concentrator Plant had high contents of basaltic andesite, andesite Intrusive (% IA +% BA) and surface oxide ore.

This type of mineral affected the low recovery of Cu, low tonnage of treatment, and high consumption of sparkling lime. In addition to operating flotation problems, low stability in the area of foaming Rougher flotation stage.

To improve the recovery of copper, sulphidation was considered, which involves the addition of reagents to provide ion-S2 and-SH. The role of these ions is to modify completely the physicochemical nature of its surface structure, allowing the adsorption of collectors on it, and its subsequent flotation. In our case we use the sodium hydrosulphide (NaSH) as an agent to enable the affected species in the flotation of copper sulphides, andesites and oxidized surface.

Cuajone Concentrator Plant started its trial period in 2011. With no technical background in the industry on the conditions, dosages and addition

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points of NaSH, it was experimented in different parts of the flotation. And, from September 2011, it was determined that the dosage of 15% concentration in the head Rougher flotation at pH 10, improved copper recovery, reducing the consumption of frother and milk of lime, is also achievement stabilize flotation.

The average copper recovery improved 2.3%, consumption of Cal and frother declined by 21% and 28% respectively.

INTRODUCCIN

La flotacin es un proceso fsico-qumico que permite la separacin de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno. En la metalurgia del cobre, los minerales sulfurados han sido extensamente estudiados y se tienen diferentes procesos probados. Sin embargo en las operaciones mineras, a medida que se va explotando los recursos, el tipo de roca va cambiando, presentndose alteraciones mineralgicas, como minerales oxidados superficialmente, Andesita Basltica, Andesita Intrusiva, generando problemas metalrgicos.

En flotacin de minerales oxidados de cobre Malaquita CuO3Cu(OH)2 ,azurita 2CuCO3Cu(OH)2, crisocola CuSiO3.nH2O y cuprita Cu2O, que tienen una oxidacin profunda, el procedimiento ms ampliamente usado es la sulfurizacin de sus superficies (Azaero, 2002); despus de este tratamiento, colectores tipo xantatos: amil, isopropil, isobutil, pueden emplearse satisfactoriamente. El objetivo principal del proceso de sulfurizacin es convertir la superficie de los minerales oxidados en sulfuros, dando como resultado una superficie menos hidroflica, mediante la adsorcin qumica del in sulfuro.

Las reacciones de sulfurizacin comnmente se llevan a cabo en medio alcalino, donde la especie predominante es el in bisulfuro (HS-), puesto que en soluciones alcalinas, las superficies de los minerales presentan un alto grado de hidratacin.

Se usa el sulfhidrato de sodio (NaSH) como un agente para activar las especies alteradas en la flotacin de sulfuros de cobre. Existen antecedentes tcnicos en la industria de que las condiciones, dosis de adicin y los puntos de adicin ptimos del sulfhidrato de sodio varan segn la especie mineralgica, la roca madre, las alteraciones y la mineralizacin, del mineral a

procesar. Se busca mejorar la recuperacin de las especies alteradas de cobre para minerales prfidos y andesitas (Bosse, 2009).

Los resultados del presente trabajo desarrollado en la planta concentradora Cuajone han demostrado que con la utilizacin de NaSH, se mejor la recuperacin de cobre, baj el consumo de espumante y lechada de cal. Lo cual representa una alternativa de flotacin para sulfuros con presencia superficial de xidos y rocas andesitas.

QUMICA DEL PROCESO DE LA SULFURIZACIN

Los minerales oxidados de cobre son ms difciles de flotar que sus correspondientes sulfuros, esta dificultad est ntimamente asociada a la gran hidratacin de carbonatos, sulfatos y silicatos, lo que a su vez, se debe a la interaccin de las molculas de agua con los sitios polares que se crean en las superficies de estos minerales durante su fractura; como resultado de la adsorcin de molculas de agua en la superficie se forman grupos hidroxilo, siendo la superficie mucho ms hidroflica comparada con la superficie de los sulfuros. Estas superficies hidroflicas tienen una gran tendencia a reaccionar con las molculas de agua y las burbujas de aire no se adhieren a estas superficies. Por otro lado la concentracin de grupos hidroxilo en la superficie de minerales oxidados, favorecen el inicio y crecimiento de nuevas capas de molculas de agua adsorbidas

Figura 1: Superficie hidroflica despus de haber sido hidratada estequiomtricamente con agua.

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Figura 2. Adsorcin de molculas de agua sobre la superficie hidrolizada.

Estas capas de agua tienen un efecto significativo en la humectacin fsico-qumica de la superficie del slido y en la naturaleza de la adsorcin, creando condiciones desfavorables para la flotacin, ya que la adsorcin (interfase mineral / agua) de colectores para pasar de un estado hidroflico a hidrofbico es fundamental para que flote un mineral, en secuencia cambiar las condiciones de esta interface es muy importante y a veces difcil lograrlo en minerales oxidados.

Sulfidizacin

Se genera una pelcula sulfurada sobre la superficie de las partculas mediante la aplicacin de reactivos sulfidizantes, tales como Sulfhidrato de Sodio (NaHS), Sulfuro de Sodio (Na2S) o sulfuro de amonaco (NH4)2S, en un medio reductor. El enmascaramiento de las partculas hace que se comporten como mineral sulfurado, para efectos de ser flotados, utilizando colectores y espumantes habituales para sulfuros de cobre, esto permite tratar con mayor efectividad minerales oxidados de cobre, mediante flotacin convencional. En la prctica industrial se realiza para especies mineralgicas tales como: malaquita, azurita, brochantita, atacamita y cuprita.

La adicin de NaHS a una pulpa de flotacin alcalina conduce a las reacciones siguientes:

NaHS + H2O = Na+ + OH- + H2S (1) (1)

H2S = HS- + H+ (2) HS- = H+ + S-2 (3) Con log (HS-)/(H2S) = -7.0 + pH (4) log(S-2)/(H2S) = -13.9 + pH (5)

Como resultado de la hidrlisis y disociacin del NaHS, aparecen los iones OH-, HS- y S-2 en la pulpa donde ellos reaccionan con la superficie del mineral, los iones HS- y S-2 son los ms activos. La disociacin del H2S ocurre entre pH 7.0 y 13.9 con una predominante formacin de iones HS-

La sulfidizacin superficial de la malaquita y atacamita puede ser descrita por las siguientes reacciones:

xCuCO3 * yCu(OH)2 + 2OH- = (x-1)CuCO3* yCu(OH)2 * Cu(OH)2 + CO3-2 (6)

(x-1)CuCO3 * yCu(OH)2 * Cu(OH)2 + HS- = (x-1)CuCO3 * yCu(OH)2 *CuS + OH- + H2O (7)

Efecto Reductor del Sulfuro de Sodio.

NaHS aadido en forma constante tiene los siguientes efectos:

Permite precipitar iones disueltos en solucin, los cuales se desplazan como coloides y forman parte de los relaves, inhibe la oxidacin de los sulfuros secundarios de cobre; la formacin de una capa de sulfuro de cobre que permite activar las superficies de los minerales de cobre, (reduce el carcter hidroflico de la capa externa de un mineral oxidado).

La adicin de este reactivo da lugar al bisulfuro, HS-, como la especie predominante en el rango de pH de 8 a 11. Este compuesto tiende a oxidarse rpidamente en pulpas oxigenadas, en donde diversos minerales ejercen accin cataltica para esa oxidacin. Una buena prctica operativa en la adicin del reactivo parece ser la de establecer un perodo de sulfidizacin a potencial controlado (-500 a -600 mV electrodo Pt SCE), seguido de la flotacin. Una adicin excesiva o deficitaria del reactivo puede ser contraproducente para el proceso. El control automtico del pH y potencial de pulpa es recomendable para esta operacin, (Malghan, 1986)

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Figura. 3. Diagrama EhpH para cobre agua sistema con 1 M a 25 C y P=1 bar.

La figura 3 (Cetin Kantar, 2002), nos muestra que el sulfuro secundario calcocina Cu2S es estable a bajos potenciales, desde -500 mV hasta -700 mV para un rango de pH de 8 a 10.

Figura. 4. Diagrama EhpH para sistema agua azufre con especies disueltas 1 M a 25 C y P=1 bar (incluyendo aniones azufre oxido).

La figura 4 (Cetin Kantar, 2002), nos muestra que el ion bisulfito HS- es estable a mili voltajes -50 mV y pH mayores a 7.

RESULTADOS EN PLANTA CONCENTRADORA Y DISCUSIN

Descripcin sistema de flotacin y remolienda.

Para la flotacin Primaria (rougher) la pulpa proveniente de los 11 molinos, que ya tiene los reactivos de flotacin pasa por cuatro bombas de 18 x 14 de 600 HP, a cuatro bateras de 10 ciclones D-20 cada una, para hacer la separacin de gruesos y finos con una distribucin de carga de 56% para las arenas (gruesos) y 44% para las lamas (finos), con un corte en la malla 100.

Las arenas (U/F de los ciclones) a 70% de slidos es colectada y diluida a 40% para alimentar a tres filas de celdas OK-100 TC (3500 ft3) y OK-160 TC (5600 ft3), y el rebose de los ciclones es colectado en un cajn distribuidor (launder) de donde se reparte a las tres filas de celdas OK-100 (18 celdas) de flotacin de lamas con 20% de slidos.

Los concentrados primarios (concentrados rougher) pasan a alimentar a la flotacin de limpieza y la cola primaria (cola rougher) discurre por el canal de relaves hacia los espesadores de recuperacin de agua

En la flotacin Limpieza Desbaste (cleaner scavenger) el concentrado primario (rougher) tanto arenas como lamas es enviado al cajn de transferencia de donde se distribuye la alimentacin a las remoliendas Sur y Norte. Cada seccin de remolienda cuenta con 2 molinos Allis Chalmers de 10.5 x 17 de 800 HP cada uno y se completa el circuito inverso empleando una bomba Denver de 16 x 14 de 300 HP y una batera de 12 ciclones Krebs de 10 por seccin, adicional en remolienda sur cuenta con un molino Vertical de 800 HP. El concentrado primario (rougher) es molido a 80% pasante acumulado (passing) malla 325. Despus de la clasificacin en los ciclones, el rebose es diferido al cajn distribuidor de la limpieza (cleaner) por dos bombas (Sur y Norte) Denver de 16 x 14 de 250 HP. El cajn distribuidor entrega la alimentacin a la flotacin de limpieza (cleaner) conformada por 8 celdas columnas de 10' x 44'de 3300 pies3. El concentrado Bulk Cobre Moly de las celdas columna es el producto final que va por gravedad al espesador de Cobre-Moly (160 pies de Dimetro). Sus colas son transferidas al cajn de alimentacin de desbaste (scavenger) por 4 bombas de 12 x 10 de 125 HP, de donde el flujo se reparte a 5 celdas Wemco de 60 m3 de (Seccin

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Norte) y 6 celdas Door Oliver de 1350 pies3(seccin sur). Los concentrados de la flotacin de desbaste (scavenger) son derivados por dos bombas Denver de 16 x 14 de 200 HP al cajn del vertimill Svedala de 800 HP que trabaja en circuito inverso con una bomba de 16 x 14 de 150 HP y a las celdas columna para su limpieza final.

Sulfidizacin flotacin primaria.

A raz de la disminucin de la recuperacin de cobre, alto consumo de espumantes y cal, se inici en planta concentradora de Cuajone la dosificacin de NaSH en la flotacin, con el objetivo de sulfidizar el mineral alterado para incrementar la recuperacin de cobre.

Tabla 1. Parmetros de operacin del Sulfuro de Sodio por 7 meses.

En los primeros meses de la sulfidizacin se increment la dosificacin de colectores, a medida que se iba conociendo el comportamiento del reactivo, se fue bajando progresivamente los colectores primario, secundario, espumante, cal y NaSH.

Se determin el ptimo comportamiento del NaSH, a una concentracin del 15% en la alimentacin a la flotacin primaria (rougher).

Para el periodo de evaluacin se consideraron 14 meses, los primeros 7 meses se oper la flotacin sin NaSH; los siguientes 7 meses, con NasH.

Un parmetro importante que se estableci fue el control del mili voltaje (-mv) en la pulpa del mineral, el mismo que fue controlado con la dosificacin del NaSH en un rango de -50 a -500 mv (con referencia al electrodo de hidrogeno), dependiendo del tipo de mineral. Tambin se determin una mejor estabilidad de la flotacin a un pH de 10.

Tabla 2. Rangos de dosificacin de reactivos con NaSH por 7 meses.

Cal Kg/TM 0.8 a 1.0 MX7015 g/t Colector Primario 6.0 a 12.0 Z6 g/t Colector Secundario 0.4 a 1.6 CC678C g/t Espumante 10.0 a 25.0 NaSH g/t 10.0 a 30.0

Figura 5. Efecto de la sulfidizacin en la recuperacin Cu.

En la figura 5, se observa que a partir de la sulfidizacin hay una tendencia de mejora de la recuperacin cobre.

Sin NaSH

Con NaSH

TMSD tons 78.521 79.909 WI Op 16,9 17,2 % + 1/2" Alim Mol. 7,16 7,99 %+M65 Alim. Mol. 89,8 90,1 % Malla + 65 O/F 21,4 23,8 % Cu 0,545 0,638 % CuO 0,030 0,026 % Fe 5,395 5,516 % Mo 0,011 0,014

IA+BA 81,4% 79,8%

%Rec Cu 81,9 84,2 2,3

%Rec Mo 79,7 78,9 -0,8 Cal Kg/TM 1,24 0,98 -21%MX7015 g/t 8,9 9,5 7%Z6 g/t 1,3 1,0 -17%CC678C g/t 23,5 16,8 -28%NaSH g/t - 28,8

Reactivos Flotacin

Datos de Planta

Leyes

Recup.

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Mes % CuO % IA+BA % Rec CuFeb-11 0,023 71,8 83,0Mar-11 0,020 79,6 81,6Abr-11 0,028 78,3 82,7May-11 0,032 84,2 81,4Jun-11 0,040 88,2 79,7Jul-11 0,037 83,4 80,9Ago-11 0,027 83,9 84,2

Promedio 0,030 81,4 81,9Sep-11 0,030 83,4 83,1Oct-11 0,038 72,1 83,1Nov-11 0,028 84,7 84,3Dic-11 0,021 91,1 86,0Ene-12 0,021 81,9 84,9Feb-12 0,019 69,3 84,3Mar-12 0,022 75,8 83,9

Promedio 0,026 79,8 84,2

Diferencia 2,3

Con

N

ASH

Sin

N

ASH

Tabla 3. Recuperacin de Cu despus de la sulfidizacin.

De los resultados en la tabla 3, se observa que en periodos iguales de evaluacin se logr una mejora en la recuperacin de cobre en 2.3%

Figura 6. Recuperacin Cu por efecto del NaSH

En la Figura 6 se observa claramente que la recuperacin mejora debido a la adicin de NaSH, en el periodo de Setiembre 2011 a Marzo 2012.

Tabla 4. Efecto de la sulfidizacin en la dosificacin de reactivos.

La tabla 4 muestra que la utilizacin de NaSH contribuy a bajar el consumo de cal de 1.24 a 0.98 Kg/TM y espumante de 23.5 a 16.8 gr/TM. El consumo promedio de NaSH est a razn de 28.8 gr/ton.

Figura 7. Efecto del NaSH en la reduccin del espumante.

Mes Cal Kg/TMCC678C

g/tNaSH

g/tFeb-11 0,683 15,6Mar-11 1,313 16,4Abr-11 1,312 21,2May-11 1,383 23,0Jun-11 1,657 26,8Jul-11 1,269 31,6Ago-11 1,036 29,6

Promedio 1,236 23,5Sep-11 1,189 24,7 19,0Oct-11 1,157 21,5 32,3Nov-11 0,978 15,9 27,6Dic-11 0,958 14,2 29,5Ene-12 0,881 13,2 26,4Feb-12 0,841 13,3 37,1Mar-12 0,859 15,2 29,5

Promedio 0,980 16,8 28,8

Diferencia -21% -28%

Sin

N

ASH

Con

N

ASH

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Figura 8. Efecto del NaSH en la reduccin de la cal.

Las figuras 7 y 8, muestran la reduccin del consumo de espumante y cal, desde que se inici la dosificacin del NaSH en la flotacin de cobre.

Costo comparativo de tratamiento de mineral con NaSH.

A continuacin se presenta una evaluacin comparativa de los costos de procesamiento, considerando los 7 primeros meses sin NaSH versus los siguientes 7 meses con NaSH.

Tabla 5. Balance econmico de reactivos (USD). Cal CC678C NaSH Total

Sin NaSH 4.253.854 1.335.318 - 5.589.172 Con NaSH 3.490.873 999.879 310.019 4.800.771 Ahorro Total (762.982) (335.439) 310.019 (788.401) Ahorro Mes (108.997) (47.920) 44.288 (112.629)

En los mismos periodos de evaluacin, se calcul un ahorro en reactivos de USD 112 000 mensuales, debido a que el NaSH tiene un precio menor al espumante y cal.

CONCLUSIONES

1. Es factible a nivel industrial la sulfidizacin de minerales alterados.

2. La utilizacin del NaSH mejor la recuperacin de cobre en 2%.

3. Los sulfuros secundarios no se oxidan a bajos potenciales, lo cual contribuye con la recuperacin.

4. Se disminuy el consumo de espumante en 28% y cal en 21%.

5. La sulfidizacin representa un ahorro econmico en reactivos de USD 112 000 mensuales.

Recomendaciones

Se recomienda realizar pruebas a nivel de laboratorio para determinar parmetros ptimos para mejorar la recuperacin y dosificacin de reactivos.

Realizar anlisis mineralogrficos en el Departamento de Metalurgia de Cuajone, que permitan determinar las proporciones y clases de minerales para su ptima sulfidizacin.

Incluir en el Plan de Desarrollo (15 aos) de Cuajone y Toquepala, pruebas metalrgicas con NaSH a nivel de laboratorio, para su utilizacin si fuera necesario.

REFERENCIAS

1. A. Azaero. Flotacin de Minerales de Plomo. Revista del Instituto de Investigacin de la FGMMCG UNMSM Vol. 5, Nro. 10, p. 34 43 (2002)

2. F. Sotillo. Sulfurizacin y Flotacin de Cerusita y Galena. Tercer Simposium de Metalurgia, p. 73 93 (1985)

3. C. Kantar. Solution and flotation Chemistry of Enargita. Dep. of Metallurgical and Materials Engineering, Colrado School of Mines, p. 24 26 (2002)

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4. M. Fuerstenau. Anionic flotation of Oxides and Silicates. Flotation Gaudin Memorial Volume, 148 - 196 (1976)

5. M. Bosse V. Conejeros, M. Rivas. Optimizacin del Uso de NaSH en la flotacin de Minerales de Cobre. Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad Catlica del Norte. Recuperado 5 Julio 2012 de

www.unap.cl/cim3/PDF/26.pdf