MÓDULO R1 – Procesos Mineros

1. Introducción.

La asignatura será entregada a los alumnos en tres grandes aspectos generales, fundamentales

para la gestión ambiental minera:

a) Procesos Mineros

b) Sistemas de Gestión

c) Aspectos Socio Ambientales

Cada aspecto será abordado en profundidad por profesores especialistas, en forma coordinada y

complementaria, con el objetivo de entregarles una visión amplia y realista de la gestión ambiental

minera.

En la fase de Procesos Mineros, nos referiremos principalmente a la minería del cobre, donde

abordaremos las operaciones mineras, aquellas que se desarrollan en las cercanías del yacimiento,

haremos una breve revisión de la mineralogía y como ésta define las líneas de proceso para la

extracción, para luego profundizar en las sub etapas de las líneas de proceso, con lo que se espera

comprender el origen de los principales aspectos ambientales, sumando un análisis conceptual del

negocio minero del cobre cuyo objetivo es vincularlo a la gestión ambiental. Finalmente, como

complemento revisaremos a modo general las líneas de tratamiento y proceso para la minería del

oro y del fierro.

2. Operaciones Mineras

Las operaciones mineras incluyen la exploración, cuyo objetivo básico es obtener información

específica del posible yacimiento para las evaluaciones de los proyectos de explotación y

beneficio, que incluyen mediciones topográficas, aerofotogrametría, modelaciones geológicas,

etc., siendo la actividad más invasiva la de obtener muestras de material de la superficie y el

subsuelo. Sin embargo, en este curso nos referiremos a las operaciones en mineras ya activas,

considerando las siguientes operaciones generales:

o Explotación

o Perforación y tronadura

o Carguío y Transporte

o Reducción de tamaño de minerales (Chancado primario)

Las que se desarrollan en el yacimiento o en sus cercanías.

2.1. Explotación

Considerando una clasificación muy general, podemos mencionar dos tipos de explotación: minas

a rajo abierto y minas subterráneas, las primeras se aplican cuando la veta mineral se encuentra

en la superficie o a muy poca profundidad mientras que las de tipo subterráneo se aplican a

minerales ubicados a gran profundidad, aun cuando la decisión de cual método aplicar es de

carácter económico, así, una mina a rajo abierto, después de una determinada profundidad,

habitualmente se continúa explotando en forma subterránea.

En la Figura 1, se muestra un esquema donde se ilustran la infraestructura general de una mina. En

la zona superficial, existe una explotación por rajo abierto, pero por las características de la

mineralización, la explotación continúa como una mina subterránea. Para ello, se puede ver que se

construyó un pique (excavación vertical descendente) que permite el acceso a los distintos niveles

de la mina, y se desarrollan subniveles que permiten acceder a los caserones en explotación,

piques de traspaso para llevar el mineral al nivel inferior y cargar el balde (skip). Adicionalmente,

se pueden ver rampas que conectan subniveles y otros desarrollos de exploración en los niveles

inferiores de la mina. Este tipo de infraestructura es típico de un complejo minero de mediana

minería. Normalmente, las minas, tanto a rajo abierto como subterráneas, explotan varias frentes,

muchas veces coordinando en paralelo la explotación de algunos sectores y la preparación de

otros.

Las principales operaciones que se avizoran en una faena de explotación minera se pueden

conceptualizar como se muestra en la figura 2: En el yacimiento, destacan las operaciones de

perforación y tronadura para quebrantar la roca y el carguío a los medios de transporte que

llevarán el material hasta los sitios de botadero en el caso de la ganga, o al chancador primario en

el caso de la mena o mineral, iniciándose las operaciones de reducción de tamaño necesarias para

cualquier tratamiento posterior en las platas de procesamiento de minerales.

Fig. 1.- Esquema de una mina mixta, a cielo abierto y subterránea

Fig. 2.- Diagrama general de flujos de operaciones mineras en el yacimiento

2.2. Perforación y tronadura.

Los objetivos principales de las operaciones de perforación y tronadura son separar la ganga de la

mena (separar la paja del trigo) y reducir el tamaño de las rocas a un nivel que pueda ser

transportado, ya sea en camiones, correas transportadoras u otro medio, hasta la planta de

chancado primario o hasta el botadero, según sea el caso.

Fig 3 .- Algo que mo debe ocurrir.

Las operaciones de perforación y tronadura, constituyen la primera operación del ciclo productivo

de la minería y consiste básicamente en colocar en el interior de la roca (perforada) explosivos que

mediante una reacción química liberan una gran cantidad de energía concentrada que, de acuerdo

a la cantidad, tipo y forma de disponerlo, permite la fragmentación de la roca a los tamaños

adecuados.

Fig. 4.- Esquema de explotación de una mina a rajo abierto

Se puede deducir desde las figuras 1 y 4, que la cantidad de estéril que será necesario remover

para llegar a las zonas del yacimiento propiamente tal, puede ser de gran magnitud. La figura 5,

muestra una faena de perforación para una mina subterránea.

Fig. 5.- Vista de una faena de perforación en una mina subterránea.

La figura 6, muestra las etapas o actividades secuenciales de perforación y tronadura para la

construcción de un túnel minero.

Fig. 6.- Ciclo operativo de construcción de un túnel minero.

La siguiente tabla muestra algunos indicadores que pueden dar una idea de las capacidades

tecnológicas actuales y futuras de esta operación unitaria.

Las operaciones mineras que usan P y T son esencialmente de carácter batch, es decir, se trabaja

en frentes discontinuos de perforación/tronadura y extracción, con muchos tiempos muertos que

hacen operaciones poco eficientes, mientras que la minería continua, actualmente en desarrollo

con algunas aplicaciones en la gran minería, , en cambio, los procesos de extracción, transporte y

beneficio de mineral no se detienen, lo que está sustentado en una gran automatización, por

ejemplo mediante equipos telecomandados a kilómetros de distancia.

Fig. 7.- Imagen de una operación minera continua

2.3. Carguío y Transporte

Para retirar el material desde la mina, ya diseminado y reducido en su tamaño, se debe trasladar,

ya sea al botadero el estéril, o a la planta de chancado el mineral. En primer término se utilizan

camiones. En el caso del material útil, después del chancado primario, cuya planta se encuentra

normalmente en las cercanías o al interior de la mina, se utilizan en general, correas

transportadoras hasta las plantas de chancado secundario y molienda.

Un índice importante para la administración de los estériles es la relación estéril/mineral, que es el

cociente entre la cantidad total de estériles y la cantidad de mineral extraída. Esta relación es

variable de mineral a mineral y de mina a mina, pudiendo ser menor que 1 y alcanzar 20, 30 o más.

Los equipos utilizados para estas operaciones, en general, son cargadores frontales, palas de

carga, camiones y correas transportadoras. Cargadores y camiones son propios de operaciones

ubicadas en el frente de explotación, mientras que las correas transportadoras, más bien son

usadas para el traslado del mineral a las zonas de beneficio (plantas). Las siguientes figuras 8, 9 y

10, son ejemplos de estos equipos.

Fig. 8.- Cargador frontal usado en minería subterránea.

Fig. 9.- Pala de carga CAT7495, 100 ton., usada en minería a rajo abierto.

Fig. 10.- Camión 797F de CAT, de casi 625 toneladas de peso bruto de operación, carga útil de

345 toneladas, longitud total 14, 530 m y una potencia de 3599 CV (3550 hp) usado en Minera

Escondida Ltda.

Por otra parte, el uso de correas transportadoras se prefiere por su mayor eficiencia energética,

debido a su operación continua.

La siguiente figura muestra un esquema de los elementos que componen una correa

transportadora.

Fig. 11.- Esquema y nomenclatura de partes de una correa transportadora.

Fig. 12.- El objetivo de la industria en las operaciones de transporte es el control total del

material transportado.

Fig. 13.- Vista de una correa transportadora en Minera Escondida Ltda.

Todos estos equipos generan residuos de mantenimiento por desgaste y alto consumo de energía,

así como intervención de los espacios donde operan, sin embargo, las correas transportadoras se

han plasmado por su alta eficiencia y como una oportunidad de aumentar la eficiencia energética:

La realimentación de energía puede darse en situaciones como, por ejemplo, la desaceleración, o

parada total, de una carga con alta inercia o el control de una carga en movimiento vertical (como

por ejemplo el movimiento de izaje de una grúa).

No todos los procesos aprovechan la regeneración de energía. Una de las aplicaciones más

frecuentes se logra en las correas transportadoras. “No todas las correas son regenerativas. Lo

principal es que la correa sea de bajada, es decir, que el punto de inicio comience en un nivel

superior que el punto de término, en esos casos los motores, las máquinas eléctricas, que son

finalmente las que van a generar esta energía, no actúan en régimen de consumo de energía

(cadena de subida), sino que actúan en régimen de generación”.

La energía regenerativa en general se puede obtener en cargas que tienen una alta inercia, y en los

que se debe detener el proceso en un corto período de tiempo, lo que finalmente genera una

regeneración natural. Hay ciertas bombas de impulsión (pulpas, relaves, de aguas) que también

podrían regenerar bajo ciertas condiciones, así como también los camiones mineros en ciclo de

frenado.

¿Cómo se transporta esa energía a la red para reutilizarla? Aquí entran los variadores de

frecuencia, equipos que trabajan en conjunto con los motores, y cuya función es modificar la

velocidad del motor. Pero también pueden actuar al inverso, tomar la energía que genera el motor

y llevarla a la red, porque normalmente lo que hace el variador de frecuencia es tomar la energía

de la red, avanza hacia el motor, el motor transforma esa energía eléctrica en mecánica y mueve la

aplicación.

Ya revisado las operaciones mineras relevantes, podemos vislumbrar algunos aspectos

ambientales que deben ser gestionados desde los albores del proyecto de explotación. Uno de las

situaciones de mayor relevancia es el gran volumen de materiales movilizados.

La mina de mayor capacidad en Chile hoy es Minera Escondida Ltda., cuyo volumen de producción

de cobre fino el año 2013 fue de 1.193.680 tm de cobre fino. Esto corresponde a 888.346 tm de

cobre contenido en concentrados (cobre sulfuro) y 305.334 tm en cátodos de alta pureza

proveniente de minerales oxidados (memoria anual 2013 MEL). Un simple cálculo, considerando

una ley de cabeza de 0,5%, nos indica que el volumen aproximado de mineral útil movilizado para

tener esta producción es de 238.736.000 tm en ese año. A esto se debe sumar el volumen de

material estéril movilizado que puede ser por ejemplo 10 veces la cantidad de mineral; la cantidad

de estéril podría haber superado dos mil millones de toneladas sólo el año 2013.

Tarea sugerida:

a) Estimar la cantidad de camiones CAT 797F de Escondida, el consumo de combustible y el

consumo de neumáticos si las tasas de consumo de combustible (diesel) es 1.300 litros

por cada 100 kilómetros (el botadero está a un promedio de 5 km).

b) Estimar la cantidad de neumáticos consumidos, considerando que cifras record han

logrado alcanzar cifras de hasta 12.932 horas de rendimiento, mientras que a nivel

industrial los neumáticos rinden máximo 4.500 a 5.500 horas.

Precio aprox. De un camión 8-10 MUS$

2.4. Reducción de tamaño o conminución de minerales

La reducción de tamaño comienza en el yacimiento mismo con el fraccionamiento de la roca,

habitualmente mediante tronadura, a tamaños del orden de 20” a 30”, para luego seguir la

reducción con equipos de chancado y molienda hasta niveles de 5 a 10 mm, con cuyo tamaño se

alimenta a la etapa de molienda.

Figura 14. La rotura de material más grande en trozos más pequeños como resultado partículas

con diferentes grados de liberación.Las regiones más oscuras representan el mineral valioso

Revisión de términos relevantes.

Conminución.- Proceso a través del cual se produce una de reducción de tamaño de las partículas

de mineral, mediante trituración y/o molienda, con el fin de liberar las especies diseminadas,

facilitar el manejo de los sólidos y obtener un material de tamaño apropiado y controlado.

Chancar.- Triturar, machacar, moler, especialmente minerales. En términos técnicos, llamaremos

chancado a la reducción de tamaño hasta niveles del orden de 5.10 mm.

Chancado primario.- Es la primera operación de chancado luego de la explotación de la mina.

Chancado secundario y terciario.- Las operaciones de chancado para reducción sucesiva de

tamaños, posteriores al chancado primario.

Moler.- Quebrantar un cuerpo, reduciéndolo a menudísimas partes, o hasta hacerlo polvo. En este

curso, llamaremos chancado a la reducción de tamaño desde 5-10 mm hasta polvos medidos en

tamices (Tyler-ASTM o equivalentes).

Tabla.- Tamaños de alimentación a los diferentes equipos de conminución.

Tamaño de Alimentación F(100) Equipo:

Sobre 1 m Explosivos (Red)

Bajo 0.9 m Chancador de Mandíbula

Bajo 0.9 m Chancador Giratorio

Bajo 0.1 m. Impactores (martillos)

Bajo 4 cm Rodillos Alta Presión

Bajo 10 cm Ch. Cono (Standard Cámara)

Bajo 5 cm Ch. Cono (Short Head)

Bajo 10-6 mm Molinos (Barra/Bolas E.u)

Bajo 0.4 m Molino SAG

Figura 15. Diagrama de flujo de proceso típico de los minerales metalíferos

Chancado primario

El chancado primario es el primer equipo de conminución después de la tronadura en la mina. Los

equipos actualmente en uso reciben en su alimentación tamaños de hasta 40”-50”, son de tipo

cono o de mandíbulas, siendo el primero el más difundido en la actualidad.

Figura 16. Trituradoras primarias y secundarias

Fig. 17.- Corte transversal de un chancador de mandíbulas

Fig. 18.- Corte transversal de un chancador primario de cono

Fig. 19.- Configuración de carga de un chancador primario

Fig. 20.- El “Spider” o araña es la entrada blindada a la “Boca” del Chancador Giratorio, del

spider “cuelga” la “pera”.

Fig. 21.- Vista general de una faena de carga de un chancador primario