DESCRIPCIÓN DEL PROCESO MERRILL CROWE

Autor:Ing. Hector Gilbonio Zárate

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

• Aquí se describe el proceso metalúrgico y/o proceso productivo de la planta, detallando los procesos definidos como etapas, los equipos asociados y su principio de operación.

• Éste capítulo describe la operación del circuito de Planta Merrill Crowe y está distribuido de la siguiente manera:

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE MERRILL CROWE2.1.1 Etapas del proceso de Merrill Crowe

1era. Etapa: Clarificación2da. Etapa: Desaereación

3era. Etapa: Precipitación del zinc Solución barren

2.1.2 Equipos asociados al proceso de Merrill CroweA.- Filtros clarificadores de hojasB.- Bomba de vacío de anillo líquidoC.- Torre de desaereaciónD.- Muestreador automáticoE.- Cono emulsificador de zincF.- Equipo dosificador de nitrato de plomo

G.- Bombas verticales de alimentación a los filtros prensaE.- Tanque de solución barren

Ing. HECTOR GILBONIO ZARATE UNCP - 2010-I

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE MERRILL CROWE

• Es un proceso a través del cual se recupera oro de la solución rica en forma de precipitado, mediante la adición de polvo de zinc. Este proceso se usa comúnmente cuando un cuerpo mineral tiene un alto contenido de plata, además de oro. La solución rica antes del proceso de precipitación es clarificada por medio de filtros clarificadores para reducir el contenido de los sólidos en suspensión y minimizada de oxígeno en la torre de desaereación mediante bombas de vacío.

Figura No. 1 Filtro clarificador del proceso de Merrill Crowe

Ing. HECTOR GILBONIO ZARATE UNCP - 2010-I

2.1.1 ETAPAS DEL PROCESO DE MERRILL CROWE• El proceso de Merrill Crowe está dividido en tres etapas. El

siguiente diagrama de flujo muestra la función principal de cada etapa.

1era Etapa: CLARIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN ENRIQUECIDA

La etapa de Clarificación está compuesta de 3 fases de operación las cuales son descritas a continuación.

2da Etapa: DESAEREACIÓN DE LA SOLUCIÓN ENRIQUECIDA CLARIFICADA

El objetivo de la desaereación es eliminar esencialmente todo el oxígeno de la solución enriquecida clarificada. Las razones claves para la remoción del oxígeno son: – En presencia de oxígeno, el zinc se disuelve más rápido y el consumo

de zinc se acrecienta considerablemente. – La tasa de la reacción de precipitación varía inversamente (es opuesta)

a la presión parcial de oxígeno en la solución. Por ello, si hay más oxígeno, la tasa de precipitación de zinc es inferior.

– Hay una tendencia a que el oro precipitado se vuelva a disolver en presencia de oxígeno.

–

La etapa de deseareación está compuesta de 2 fases de operación las cuales son descritas a continuación.

3era Etapa: PRECIPITACIÓN CON POLVO DE ZINC

• El zinc se usa para precipitar (para separar de la solución) el oro. Esta es una reacción electroquímica en donde el oro, el cual está en solución como un complejo de cianuro de oro es desplazado por el zinc aprovechando la diferencia de potenciales de reducción que existe entre las especies oxidadas del oro y el zinc. El oro es precipitado casi inmediatamente como oro sólido y el zinc forma un complejo con el cianuro.

• El nitrato de plomo Pb(NO3)2 tiene la finalidad de optimizar el proceso de precipitación del oro y la plata con polvo de zinc al formar un par galvánico Zn-Pb que tiene mayor actividad que el zinc solo.

• La siguiente es la reacción química para precipitar el oro con polvo de zinc:

La etapa de Precipitación con polvo de zinc está compuesta de 3 fases de operación las cuales son descritas a continuación.

TANQUE DE SOLUCIÓN BARREN

• La solución desprovista de oro y plata que sale de los filtros prensa se llama solución barren. El volumen de esta solución es esencialmente el mismo del volumen de la solución rica clarificada de lixiviación.

• La etapa de recirculación de la solución barren esta compuesta de tres fases de operación las cuales son descritas a continuación.

2.1.2 EQUIPOS ASOCIADOS AL PROCESO DE MERRILL CROWE

Los equipos asociados al proceso de Merrill Crowe son:– A.- Filtros clarificadores de hoja. – B.-.Bomba de vacío de anillo líquido.– C.- Torre de desaereación.– D.- Muestreador automático.– E.- Cono emulsificador de zinc.– F.- Equipo de dosificación de nitrato de plomo

(posiblemente a instalar).– G.- Bombas verticales de alimentación a los filtros prensa.– H.- Tanque de solución barren

A.- FILTROS CLARIFICADORES DE HOJAS

• Los filtros clarificadores de hojas se usan para reducir los sólidos en suspensión de la solución rica no clarificada hasta obtener una solución clara < a 5 NTU´s de sólidos en suspensión. Los filtros se operan en una secuencia por lotes, activada en forma automática o manual. En la operación se usan 3 filtros de hojas y uno permanece en reserva. A cada filtro ingresa un flujo de 402 m3/h y la capacidad del filtro es de 2,4 m3/h/m2.

• Este filtro de 66” diámetro esta compuesto de 51 hojas con una área total de filtraje de 167 m2 y es accionado por un motor de 2,2 kW de potencia.

Principio de Operación FILTRO CLARIFICADOR DE HOJAS

• Un clarificador de hoja a presión consiste de un eje rotatorio central (1) al cual se encuentra unida una instalación múltiple de zarandas u hojas de malla muy fina (2). El filtro de hojas de Alto Chicama tiene 51 hojas. La función de estas hojas es colectar o tamizar el material de partículas muy finos de una solución.

• El conjunto de hojas (eje y hojas) está ajustado a un casco (3) con una tubería apropiada para alimentar y descargar solución, y para drenar y lavar la solución. Durante la operación, la alimentación se introduce bajo presión — conexión de entrada (4) — al clarificador. La solución fluye a través de las hojas (dejando los sólidos en la parte exterior de las hojas) y es descargada fuera del clarificador mediante el eje horizontal ubicado en la conexión de salida (5). Los clarificadores de hoja operan con una secuencia de pasos de procesamiento.

• El primer paso es recubrir las superficies de las hojas con tierra diatomea (llamada precapa), que coloca una delgada película de este material tipo arcilla sobre las superficies de las hojas para ayudar a la filtración. Luego se introduce la solución, los sólidos finos son retenidos en las hojas recubiertas y la solución clara pasa a través de las hojas y sale del filtro.

Figura No. 8 Partes del filtro clarificadorEl final del ciclo consiste en un lavado o retrolavado de las hojas. La solución pobre es introducida a alta presión en el múltiple de lavado (6), el cual distribuye la solución a través de los autosurtidores (7), los cuales barren el material fino que está sobre las hojas. Durante parte de este tiempo, el eje (1) y las hojas rotan mediante un motor de accionamiento para girar las hojas, esto ayuda a la eliminación de los finos y tierras diatomeas. El acceso al interior del clarificador se realiza por la puerta de autoenclavamiento (8).

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS FILTROS CLARIFICADORES

Características Valores

Características del filtroTipo de filtro: Auto – Jet:Modelo del filtro: 66AJ – 1800 FWCDTipo de puerta: Auto – LokDiámetro:

Frontal:Central:Posterior:

Presión de diseño: 680 kPa (psig)Temperatura de diseño: ()Material interior: Acero al carbonoRevestimiento: Ninguno Pintura exterior (acero al carbono): Ameron 450 HS Poliuretano# de elementos: 51 @ de espaciamientoRatio de flujo aproximado: 432m3/h (1901 Gpm) @ 411 kPa (60 psig)Ratio de precapa aproximado: 227m3/h (1000 Gpm) @ 205 kPa (30 psig)Ratio de sluice: 104m3/h (459 Gpm) @ 377-411 kPa (55-60 psig)Velocidad del eje RPM: 3 (mirando la puerta en el sentido de las agujas del reloj)Potencia del eje HP: 2.24 kW (3hp) @ 480/3/60 Voltios / fase / cicloSoporte central: Toggle

Información de diseño de procesoFlujo total de diseño del equipo: 1 287 m3/hFlujo nominal del equipo: 1 206 m3/hSólidos contenidos de alimentación: 50 ppmCapacidad del filtro Auto – Jet: / h/ m2

Contenidos de sólidos de filtrado del filtro Auto–Jet: < 3 ppmpH de filtrado: 11Material de la precapa: Tierra diatomeaMaterial del cuerpo de alimentación: Tierra diatomeaTemperatura de la solución: a Concentración de cianuro de sodio (NaCN): 150 mg / L de CN – total aproximadamenteCorrosión permitida: (1/8”)

B.- BOMBA DE VACÍO DE ANILLO LIQUIDO

• Esta bomba mantiene la torre de desaereación en un vacío absoluto. La finalidad de las bombas de vacío es evacuar el aire de la torre de desaereación que contiene el oxigeno disuelto en la solución enriquecida clarificada. Un vacío es la ausencia de materia. Un espacio completamente vacío es llamado vacío total o absoluto. Un vacío se produce al bombear hacia afuera todo el contenido de oxígeno de un espacio cerrado, generalmente al bombear aire hacia afuera. El grado de evacuación o vacío se mide comparando la presión dentro del espacio con la presión atmosférica. Hay una bomba operativa y otra de reserva conectadas a un múltiple de cañería hacia la parte superior de la torre de desaereación. Estas bombas son del tipo anillo líquido de 2 800 m3/h, 10 kPa y 130 kW; hay solamente un conjunto rotatorio con ningún contacto metal a metal interno.

Principio de operación BOMBA DE VACÍO

• La figura 14 muestra una bomba de vacío de anillo líquido. Este tipo de bomba de vacío es ideal para el uso de la torre de desaereación, ya que tiene la capacidad de manipular importantes cantidades de líquido que deben ser transportadas con el aire desde la torre. Tiene un rotor cilíndrico abierto; es decir, el fluido puede entrar y salir a través de las aspas. El rotor gira libremente dentro de una carcasa cilíndrica. Los ejes de la carcasa están desplazados del eje del rotor.

• • El agua llena parcialmente la carcasa y actúa como pistón. A medida

que el rotor gira rápidamente dentro de la carcasa, las aspas del rotor arremolinan el agua alrededor de la carcasa. La fuerza centrífuga hace que el agua forme una capa de grosor casi uniforme en el interior de la carcasa. Se mueve hacia afuera del centro del rotor y se mueve hacia atrás una vez durante cada revolución.

• A medida que el agua se mueve hacia afuera desde el centro del rotor (punto A en la figura 14), las cámaras del rotor están llenas de líquido. Este líquido rota con el rotor, pero sigue el contorno de la carcasa circular debido a la fuerza centrífuga. El agua, que llena completamente la cámara del rotor (el volumen entre las aspas) en el punto A, retrocede desde el centro del rotor a medida que el rotor avanza y empuja el aire a través de los orificios de entrada para llenar el espacio vacío (Punto B). En el punto C, la cámara del rotor está esencialmente vacía de líquido y llena con aire. A medida que el rotor continúa su movimiento hacia la derecha, el agua es forzada a entrar nuevamente a la cámara del rotor hasta que la cámara está nuevamente llena en el Punto D. El aire que ha llenado la cámara es comprimido por el líquido a medida que la cámara avanza y el líquido es forzado a salir a través del descargador (orificio de salida) en la carcasa cónica hacia la descarga de la bomba. Este ciclo se produce una vez en cada revolución

C.- TORRE DE DESAEREACIÓN

• La torre de desaereación tiene como función principal recepcionar la solución enriquecida clarificada para que por medio de la creación de vacío por medio de bombas de vacío, se elimine el oxígeno del aire contenido en la solución desde una concentración de 7,0 mg/L. a menos de 1,0 mg/L.

Principio de Operación TORRE DE DESAEREACIÓN

• La mitad superior de la torre de desaereación es básicamente un espacio libre de aire. Las tuberías de admisión permiten que la solución rica clarificada fluya hacia las cajas de división. Estas cajas tienen ranuras verticales llamadas vertederos que permiten que la solución sea distribuida hacia varias canaletas de distribución, que llenan el diámetro de la torre.

• Estas canaletas, a su vez, también tienen ranuras del tipo V, para distribuir la solución en forma pareja, de forma que llueva a través de la zona de vacía. El diseño presenta una área de superficie de agua máxima en contacto con la corriente de aire que se está extrayendo con la bomba de vacío. La transferencia de aire entrampado en la solución hacia el aire circundante es ayudada por la alta área superficial creada al tener un pequeño tamaño de gota.

• Como resultado de la presión extremadamente baja dentro de la torre de desaereación, los gases disueltos en la solución clarificada tratan de alcanzar un equilibrio con el vacío circundante, esencialmente al desgastarse por efervescencia. Esto puede asemejarse generalmente a abrir de una botella de soda. El gas contenido en la soda sale en burbujas hasta que se produce un equilibrio de la presión del gas en la soda con relación a la presión del gas del aire circundante. De igual forma, el aire en la solución clarificada tiende a salir de la solución debido a que su presión es mayor que la de la atmósfera de bajo vacío dentro de la torre de desaereación.

• La sección inferior de la torre de desaereación sirve cono depósito de almacenamiento para la solución desaereada. El nivel de esta solución se mide y controla modulando la cantidad de solución extraída del tanque.

D.- MUESTREADOR AUTOMÁTICO

• El muestreador automático tiene la finalidad de tomar una muestra representativa, la cual sirve para analizar y controlar la operación. Muchas de las muestras se toman en forma continua y se recogen al final de cada turno. Un muestreador típico usado para soluciones recibe el nombre de muestreador de alambre.

Principio de Operación MUESTREADOR DE ALAMBRE

• El extremo de descarga de la tubería vertical que contiene el líquido del proceso que va a ser muestreado se sujeta a la parte superior del conjunto de muestreador de caja. El líquido se descarga desde la tubería y cae aproximadamente 6 pulgadas dentro de un embudo de acero.

• Un alambre de acero inoxidable de poco diámetro se sujeta a través de la abertura entre el extremo de la tubería de alimentación y el embudo de acero en un leve ángulo descendente. La tensión del alambre se mantiene con un resorte. El alambre se coloca de manera que esté en la vía del flujo de solución y extraerá algo de ese flujo. Aproximadamente a la mitad del largo del alambre se ubica un pequeño triángulo de goma que sirve para interceptar el flujo en el alambre y dirigirlo hacia un recipiente de polietileno para muestras.

• A medida que la solución descarga desde el extremo de la tubería, una parte es recogida en el alambre de acero y fluye hacia abajo hasta que entra en contacto y forma gotitas en el triángulo de goma. Luego estas gotitas se desvían para caer dentro de una botella de recolección de muestras.

• La corriente de proceso que no se recolecta como gotas de muestra dentro del embudo de acero y fluye a través de una tubería conectada para volver a ingresar a la corriente de proceso principal.

• El ángulo del alambre de acero inoxidable determina la cantidad de muestra a recolectar. Al aumentar el ángulo del alambre (ajustando la tuerca unistrut al extremo del resorte y moviendo el alambre hacia abajo) aumenta la cantidad de muestra recolectada. Por el contrario, al disminuir el ángulo del alambre se recoge una muestra inferior sobre cualquier período de muestreo dado.

• Los muestreadores de alambre se instalan para obtener muestras de solución desde los lugares que aparecen en la siguiente tabla.

UBICACIONES DE MUESTRA DE SOLUCIÓN Y ANÁLISIS

DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

Análisis de solución típicos

Au Ag NaCN pH Zn

Solución enriquecida no clarificada hacia los filtros de hojas

X X X X

Solución pobre hacia las pilas de lixiviaciónX X X X

Solución enriquecida no clarificada hacia la torre desaereadora

X X

Solución de alimentación a filtros prensa X X X X X

E.- CONO EMULSIFICADOR DE ZINC

• El polvo de zinc es usado para precipitar el oro que está en la solución como complejo de cianuro-oro. Este polvo es alimentado al cono emulsificador. El oro es precipitado casi inmediatamente como oro sólido y el zinc forma un complejo con el cianuro. En el tiempo en que la solución llega a las bombas verticales de alimentación de filtros, el oro es completamente precipitado.

• La lechada del polvo de zinc es preparada agregando manualmente el polvo de zinc a la tolva de recepción sobre el alimentador de zinc. El alimentador dosificador de zinc de velocidad variable es ajustado para alimentar polvo de zinc seco en el cono emulsificador de zinc donde es mezclado por agitación con agua. La adición de agua sirve también para mantener el nivel del cono si es necesario. El nivel en el emulsificador de zinc es mantenido constante por el enclavamiento de un sensor de nivel y una válvula solenoide en la línea que controla el ingreso del flujo de solución barren. La lechada del polvo de zinc fluye por la parte inferior del emulsificador de 1,5 m3 de capacidad siendo inyectada o succionada por el flujo de solución desaereada que fluye por gravedad del interior de la torre desaereadora. La cantidad de zinc alimentado al emulsificador es chequeada manualmente por el operador.

• En una rutina básica, el operador por medio del muestreador obtiene una muestra de solución pobre para analizarla por absorción atómica. La cantidad de zinc a dosificar esta en función a la ley de oro y plata obtenida en la solución y al flujo de tratamiento de solución rica.

F.- EQUIPO DE DOSIFICACIÓN DE NITRATO DE PLOMO (a instalar posiblemente)

• Está instalado en el área de Merrill Crowe. El nitrato de plomo se dosifica en el emulsificador de zinc para ser mezclado con el polvo de zinc. El nitrato de plomo Pb(NO3)2 tiene la finalidad de optimizar el proceso de precipitación del oro y la plata con polvo de zinc al formar un par galvánico Zn-Pb que tiene mayor actividad que el zinc solo.

• El diseño está compuesto por una tolva de descarga de bolsas de 25 kilogramos, un tanque de mezcla de nitrato de plomo de 1,2 metros de diámetro por 1,2 m de alto de 1 m3 de capacidad, compuesto por un agitador de 0,75 kW, está conectado a una bomba dosificadora de 0,37 kW que dosifica la lechada de nitrato de plomo al cono emulsificador de zinc.

• Para determinar la necesidad de instalar el equipo es necesario chequear la cantidad de mercurio en la solución precipitada.

G.- BOMBAS VERTICALES DE ALIMENTACIÓN AL FILTRO PRENSA

• Estas bombas (una en operación y una en standby), están en paralelo e inmersas en un tanque de solución barren; la razón por la cual están sumergidas es para evitar que el aire se ingrese en la solución; así si los sellos de las bombas fallasen no podría ingresar aire a las bombas.

La precipitación del oro con la plata, conjuntamente con el mercurio es instantánea y la bomba es un excelente mezclador que ejecuta este proceso. Todos los metales preciosos deben estar precipitados al momento que la solución sale de la bomba. La solución que está descargando la bomba de alimentación a los filtros prensa, contiene pequeñas partículas de oro, plata y mercurio con un poco de exceso de zinc, la cual es bombeada a un banco de 4 filtros prensa (3 en operación y 1 en stand by).

H.- TANQUE DE SOLUCIÓN BARREN

• El volumen de la solución barren es esencialmente el mismo que el de solución rica que ingresa al tanque clarificador. En una operación normal, toda la solución que pasa a través de los filtros regresa al tanque de solución pobre cuyas dimensiones son de 12 800 mm de diámetro por 12 800 mm de altura, con dos horas de retención para una capacidad de 1 582 m3. Si hay un exceso de solución ésta es desviada a la planta de tratamiento de solución pobre antes de ser devuelta al sistema de lixiviación.

• La precipitación del oro con la plata, conjuntamente con el mercurio es instantánea y la bomba es un excelente mezclador que ejecuta este proceso. Todos los metales preciosos deben estar precipitados al momento que la solución sale de la bomba. La solución que está descargando la bomba de alimentación a los filtros prensa, contiene pequeñas partículas de oro, plata y mercurio con un poco de exceso de zinc, la cual es bombeada a un banco de 4 filtros prensa (3 en operación y 1 en stand by).

Cianuro de Sodio• Los análisis efectuados nos indican que se debe tener una concentración de 0,5 gr de

cianuro por litro de solución, si la solución contiene menos que esto, el resto de la solución de cianuro de sodio es añadida por un sistema automático. Se puede controlar la concentración de cianuro por un control automático, por titulación o por control de volúmenes pudiendo ser 2 m3 de cianuro-concentrado por hora por cada 100 m3 de agua por hora.

Cal (para ajuste de pH)• Las soluciones de cianuro de sodio deben permanecer cerca a 10,5 para una

lixiviación efectiva. Un valor de pH, es medido para ver la acidez o alcalinidad de la solución de la lechada. El rol de la cal en la planta de procesos es el de regular el pH de la solución.

• Para una lixiviación eficiente de oro, la solución que percola a través de las pilas debe tener un pH de 9,0 a 9,7. Soluciones con pH mayores pueden inhibir la dilución del oro e incrementar el costo de los reactivos; para valores menores se disminuye la dilución del oro e incrementa la posibilidad de formaciones de HCN el cual es muy venenoso.

• El pH de una solución expresa su acidez o alcalinidad relativa en una escala de 0 a 14. El pH expresa la concentración del ión de hidrógeno (H+). El agua pura destilada tiene un pH 7 y se considera neutra (ni ácida ni alcalina). Los valores de pH que van del 7 al 0 indican una acidez en aumento, y los valores de pH del 7 al 14 indican una alcalinidad en aumento.

• La cal, en la forma de CaO es llevada a un sector donde se le convierte en hidróxido de calcio o lechada de cal a través de un proceso llamado slaking (cal apagada).

• La lechada de cal es bombeada en un ciclo continuo, y añadido al tanque de solución barren regulado por una válvula manual. Este control es efectuado manualmente controlando el pH y añadiendo cal para incrementarlo si es necesario.

Anti-incrustante• Este reactivo no afecta al proceso, pero es critico para una

operación adecuada de la planta. • Sirve para reducir la formación de escamas que se forman en el

interior de las tuberías, válvulas y tanques. Sin el empleo de este químico el sistema de distribución de la solución, tuberías, emisores y aspersores pueden rápidamente taponearse, sin los químicos, las tuberías de goteo deberían cambiarse frecuentemente y así los costos de operación se elevarían; perdiéndose producción y asiendo la técnica de lixiviación más difícil. La importancia de mantener el sistema de anti-incrustante totalmente operacional debe ser enfatizado. La bomba para dosificar antiincrustante, se usa para alimentar el tanque de solución Barren y tiene una potencia de 0,37 Kw.

Concentración de Antiincrustante 0.9 ppm

Flujo de solución de riego Flujo (m3 /hr)

Flujo de Antiincrustante ml/min

Selector de velocidad en posición III %

de variador650 9.6 16700 10.4 17750 11.1 18800 11.8 19850 12.6 21900 13.3 22950 14.4 23

1 000 14.8 241 050 15.5 251 100 16.3 271 150 17.0 281 200 17.8 291 250 18.5 301 300 19.2 321 350 20.0 331 400 20.7 341 450 21.5 351 500 22.2 361 550 22.9 381 600 23.7 391 650 24.4 401 700 25.2 411 750 25.9 421 800 26.6 441 850 27.4 451 900 28.1 461 950 28.9 472 000 29.6 49