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OPTIMIZACION EN LA FUNDICION DE PRECIPITADOS DE ORO Y PLATA EN LA REFINERIA DE LA MINA

PIERINA

Preparado por:

Herly Alcázar del Carpio, Refinery Chief MBM Eduardo Candela Paredes, Refinery Technician MBM

1. INTRODUCCION: Minera Barrick Misquichilca (MBM), en su mina Pierina ubicada en la ciudad de Huaraz, explota minerales de Oro y Plata para producir barras de Doré (aleación de Oro y Plata). El Proceso utilizado es la lixiviación en pilas utilizando Cianuro de Sodio como agente lixiviante, y la recuperación de los metales valiosos es mediante la precipitación con polvo de Zinc (Proceso Merrill-Crowe). El procesamiento de estos precipitados de Oro y Plata es la tarea principal de la Refinería MBM y por ello requiere controlar adecuadamente varios parámetros con el fin de lograr altos contenidos de Oro y Plata en las barras Doré y mínimas cantidades de contenidos valiosos en las escorias obtenidas para garantizar altas recuperaciones. La Refinería MBM en su búsqueda constante por mejorar su actual procesamiento de precipitados de Oro y Plata, ha diseñado un plan de estudio de optimización para lograr los objetivos mencionados. Es bien conocido que en la actualidad no existe mucha información técnica disponible en la literatura pirometalúrgica acerca de la fundición de este tipo de materiales. Sin embargo, se ha logrado recopilar varios libros y trabajos de investigación que contienen valiosa información acerca de los principios básicos de la fundición de Oro y Plata, así como de los diagramas ternarios y binarios mas usados en este proceso. También se dispone de varios trabajos referentes a la fundición de otros materiales y metales, ya que tienen similares parámetros de control como la viscosidad y la adición de reactivos fundentes, para lograr optimas calidades de escorias. El trabajo se enfocó en un inicio en evaluar, controlar y mejorar la calidad del precipitado que se recibe de la Planta de Procesos (Merrill-Crowe) y así determinar la mejor forma de procesarlo sin sacrificar la calidad, tanto de las barras de Doré, como de las escorias producidas. Sin embargo, el desarrollo de estas pruebas ha influido también en obtener excelentes resultados en otros parámetros de control (secundarios, pero no por ello menos importantes) como lo son el aumento del rendimiento de los crisoles que se usan en la fundición y la reducción de los costos por consumo de reactivos fundentes. El presente trabajo muestra los primeros resultados de este estudio.

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2. DESCRIPCION DEL PROCESO: En la Refinería, el proceso comienza con la colección del precipitado proveniente de la planta de Merrill-Crowe y el cual es retenido en tres Filtros Prensa Perrin. La solución filtrada, a la que se denomina Solución Barren y que contiene menos de 0.02 ppm de Oro y Plata, es recepcionada en un tanque y luego bombeada al Pad de Lixiviación para el riego de las pilas. El sólido retenido es recogido cada 6 o 7 días, dependiendo de la cantidad precipitada, y es recepcionado en bandejas. Este precipitado tiene una humedad de 35% y un contenido promedio de 25% Au, 57% Ag y 10% Hg. Luego, el precipitado es trasladado a cuatro Hornos de Retortas Lochhead-Haggerty. La finalidad de estos es secar el precipitado colectado y recuperar todo el Mercurio que se encuentra en él, por ello se trabaja con rampas de temperatura hasta alcanzar un máximo de 550 ºC. El ciclo total de la Retorta es de 24 hrs y se trabaja bajo una condición de vacío de 7” Hg. El Mercurio removido es colectado por un sistema de condensadores enfriados por agua y se almacena en un colector el cual es descargado al final del ciclo, a contenedores especiales de Hg (flasks) para su almacenamiento seguro. A fin de remover eventuales remanentes de mercurio gaseoso que puedan ir al medio ambiente, el flujo de vacío pasa a través de un post-enfriador enfriado por agua, ubicada inmediatamente después del colector. Luego, este flujo pasa a través de columnas de carbón activado y un separador de agua antes de ir a la bomba de vacío y recién es descargado a la atmósfera. La saturación de los carbones se controla mediante monitoreos constantes. La recuperación actual de Mercurio está en valores por encima del 99% El precipitado seco y frio es mezclado con los fundentes necesarios y es cargado a dos Hornos de Inducción Inductotherm. Se requiere cerca de 2 horas para que la carga se funda completamente y llegue a una temperatura de 1300º C (aprox.) con el fin de realizar las escorificaciones y la colada final para obtener las barras Doré. Se utiliza el sistema de colada en cascada para la obtención de las barras. Las barras de Doré obtenidas son limpiadas, enumeradas y guardadas en la bóveda hasta el momento de su despacho. Las escorias producidas son tratadas para recuperar el poco de material valioso que pudieran contener, para ello son procesadas en un circuito de Chancado y es tamizado a –20m para pasarla por una mesa gravimétrica. Las escorias remanentes (relave) son bombeadas al Pad de lixiviación. El concentrado obtenido es fundido nuevamente con el siguiente lote. La recuperación promedio es de 99.7% para el Oro y de 99.5% para la Plata. La Figura 1, muestra el Diagrama de Flujo del área de Refinería. 3. ASPECTOS TEORICOS: El objetivo del proceso de fundición o fusión de precipitados de Oro y Plata es obtener metal Doré en presencia de fundentes formadores de escoria a temperaturas que excedan el punto de fusión de todos los componentes de la carga típicamente entre 1200 y 1300ºC. El tiempo que se demora en fundir completamente la carga depende de la calidad de la escoria que es formada (si se trabaja con composiciones ternarias de bajo punto de fusión) así como también de la composición quimica de la aleación Oro-Plata. La Figura 2 muestra el diagrama binario Ag-Au y se puede apreciar que el punto de fusión de la aleación se incrementa si aumenta el contenido de Oro. Esto quiere decir que tomara mas tiempo para que toda la carga llegue a la temperatura optima de colada que esta entre 1200 y 1300ºC. El tiempo varia típicamente entre dos horas a dos horas y media.

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Figura 1. Diagrama de Flujo de Refinería

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Figura 2. Diagrama Binario Ag-Au

La eficiencia en la separación entre la escoria y el metal Dore, se mide en términos de leyes de Au y Ag en la escoria y la recuperación de metales base (y otras impurezas) atrapadas en la escoria. La perfomance depende de la naturaleza del precipitado a ser fundido y las propiedades de los fundentes a ser usados La preparación de la carga es una tarea crítica en la operación de la fundición. El precipitado y el material recuperado de las escorias son pesados y mezclados con fundentes en proporciones adecuadas con el objetivo de obtener una escoria con las siguientes propiedades: • Bajo punto de fusión • Baja densidad • Baja viscosidad • Alta fluidez • Alta solubilidad de los óxidos de los metales básicos • Insolubilidad de los metales preciosos • Bajo desgaste refractario (corrosión / abrasión) • Fácil de romper para volver a ser tratado Los fundentes usados en la Refinería MBM, para la formación de escorias se describen brevemente a continuación: • Bórax: El Borato de Sodio, es un excelente solvente de metales básicos. Es ligeramente ácido

y cuando se encuentra fundiéndose con color rojo disuelve y funde prácticamente todos los óxidos de metal, ambos el ácido y la base. El Bórax se funde a 745º C, lo cual baja el punto de fusión para las escorias. Además provee fluidez al sistema.

• Sílice: El Dióxido de Silicio es añadido a la carga para balancear el contenido básico

(cáustico) de la escoria y producir una escoria borosilicatada, la Sílice pura se funde a 1750ºC y es el reactivo ácido más disponible para fundir. Las escorias basadas en Sílice son viscosas

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y atrapan mucho metal valioso en suspensión. Cuando la Sílice esta mezclada con el Bórax se funde aproximadamente a 800ºC y forma una escoria muy fluida que puede disolver los óxidos de metales bases y se combina con ellos en la forma de silicatos estables.

• Nitro: El Nitrato de Sodio es añadido para oxidar los metales básicos en la carga. Este es un

agente oxidante muy poderoso cuyo punto de fusión es de 338ºC. A bajas temperaturas el nitro se funde con alteraciones; pero a temperaturas entre 500ºC y 600ºC se descompone produciendo Oxígeno. Este oxida a los sulfuros y algunos metales incluyendo el Hierro, Cobre y Zinc. La adición de Nitro se mantiene a un mínimo porque al liberar Oxígeno ocasiona una reacción de espuma vigorosa y puede ocasionar el rebose en el crisol. También puede oxidar el crisol reduciendo su vida.

• Carbonato de Sodio: El Carbonato de Sodio tiene la misma función que el Nitro, pero es

menos enérgica. Además proporciona transparencia a la escoria y disminuye la viscosidad reduciendo así la retención de metales preciosos en las escorias

• Fluoruro de Calcio: Reduce la viscosidad de la escoria por la sustitución de Ion Fluoruro

dentro de la estructura de la Sílice. 4. DESARROLLO DE PRUEBAS CON FUNDENTES: Se efectuaron varias pruebas trabajando con diversos puntos del Diagrama Ternario del Sistema B2O3-Na2O-SiO2. Este Diagrama presenta varias isotermas a diferentes temperaturas los cuales indican puntos de fusión a determinadas composiciones ternarias. Asimismo presenta puntos Eutécticos y Peritecticos, los cuales representan bajos puntos de fusión del sistema ternario en mención. Se tomó como punto de partida, los puntos Eutécticos del sistema ya que son los que tienen el punto mas bajo del sistema (aproximadamente 550°C). Las pruebas realizadas con dichos puntos, han mostrado que no son los más adecuados para trabajar con nuestro tipo de precipitado. Alcanzar dicho punto implica agregar gran cantidad de fundentes oxidantes lo cual crea una atmósfera fuertemente oxidante y que es muy perjudical. Al tener una atmósfera oxidante, se desprende gran cantidad de Oxigeno que provoca una excesiva espumación durante la fusión de la carga. Esta espuma hace que el Oro y la Plata queden atrapados mecánicamente en la escoria, incrementando notablemente el contenido metálico en ella. A fin de minimizar esto, se necesitará un tiempo de retención adicional a fin de que desaparezca la espuma y dar tiempo a que el Au y Ag atrapados puedan separarse de la escoria por simple sedimentación. Obviamente esto retrasa la continuidad del proceso. Por otro lado, los crisoles con que se hicieron las pruebas, fueron de Morganite Starrbide 31100/HW, el cual tiene una composición química de 60% SiC y 30% C. Al tener una atmósfera fuertemente oxidante ocurre una descarburización acelerada del crisol, ya que el Carbono contenido en el, comienza a reaccionar químicamente con el Oxígeno que se libera de la carga fundente, para producir CO y CO2 según las reacciones: C + 0.5 O2 ! CO CO + 0.5 O2 ! CO2 Esto acelera el desgaste del crisol y afecta grandemente a su rendimiento.

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Es necesario señalar que la cantidad de impurezas presentes en el precipitado, no son tan altas como para consumir todo el Oxígeno liberado de los fundentes oxidantes. A diferencia de otras plantas, el precipitado que procesa la Refinería MBM contiene bajas cantidades de impurezas (5-8%). Por otro lado, la calidad del precipitado ha ido mejorando, debido principalmente al control adecuado de Tierra Diatomea (TD) que ingresa a los Filtros Prensa cuando están en operación (la TD es usada como ayuda filtrante). Como se sabe, la TD es un material a base de Sílice, cuyo contenido en el precipitado debe considerarse a fin de obtener un adecuado balance en la escoria que se quiere obtener. La Figura 3 muestra la calidad del precipitado que se obtiene de la planta de Merrill-Crowe, medidos en contenidos de Oro y Plata según datos del año 1999 y de los primeros meses del año 2000. Se observa que esta calidad ha ido mejorando con respecto al año pasado, pasándose de un contenido de Oro y Plata de 47% hasta un 82% (promedio). Figura 3. Calidad del Precipitado

% Au

% Ag

% Au + Ag

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%

El control de la cantidad de TD en el precipitado ha hecho posible obtener un material con un contenido metálico estable, sin muchas oscilaciones que pueden dar tropiezos en su posterior fundición. 5. RESULTADOS: Composición Ternaria Optima: Se ha determinado que para procesar nuestro tipo de precipitado, es necesario trabajar con puntos cercanos al punto Peritéctico, correspondiente a la siguiente composición ternaria:

B2O3 Na2O SiO2 45.5 % 20.5 % 34 %

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De todos los puntos evaluados, es el que ha dado mejores resultados. En esta composición, el punto de fusión es cercano a 600°C, y se obtiene una escoria de baja viscosidad el cual hace posible se mantenga al mínimo la adición de Espato Flúor. Además la escoria obtenida es bastante dócil al tratamiento posterior para la recuperación de los pocos valores metálicos atrapados en ella. La Figura 4, muestra el Diagrama Ternario del sistema B2O3-Na2O-SiO2, señalando este punto Peritéctico. Figura 4. Diagrama Ternario del Sistema B2O3-Na2O-SiO2

Actualmente se esta trabajando con la siguiente adición de Fundentes por cada 1000 Kg de Precipitado seco. La adición exacta depende de la cantidad de TD que contiene el precipitado, y el cual varia entre 7 y 10%: * Bórax = 320 – 350 Kg * Sílice = 90 – 110 Kg * Carbonato de Sodio = 12 Kg * Nitrato de Sodio = 4 Kg * Espato Flúor = 1 Kg

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Calidad de las Barras Dore: El contenido de Oro y Plata que contiene el producto final, es un parámetro importante de control, y es uno de los principales objetivos del estudio de optimización. La Figura 5 representa las variaciones en el contenido metálico de las barras Dore, desde el año pasado hasta los primeros meses del 2000. Se puede ver, no han habido grandes variaciones de estos contenidos a pesar del desarrollo de las pruebas. Las líneas de tendencia resultantes para ambos metales, se muestran casi invariables en el tiempo y es evidencia de que se mantiene el proceso bajo control. Figura 5. Contenidos de oro y Plata en las Barras Dore

% Au

% Ag

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

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0

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%

Recuperaciones de Oro y Plata: Otro de los objetivos planteados fue el de maximizar las recuperaciones tanto de Oro como para la Plata. Históricamente se han obtenido mejores recuperaciones para el Oro que para la Plata, por lo que se busco más incrementar la recuperación de este último. El adecuado control en la adición de reactivos oxidantes ha evitado las posibles pérdidas de Plata en la escoria como Oxido (AgO) o atrapado mecánicamente debido a la excesiva espumación. Como se mencionó anteriormente, para reducir la espumación, es necesario dar un tiempo adicional de retención a fin de que ésta desaparezca y los valores metálicos de Oro y Plata puedan separarse de la escoria por simple decantación. Esta velocidad de sedimentación depende de la gravedad especifica de cada elemento, y que para el Oro es 19.3 y para la Plata es 10.5. Se necesitaría mas tiempo de decantación para la Plata que para el Oro. Las Figuras 6 y 7 muestran las recuperaciones para el Oro y la Plata respectivamente, y en el cual se han obtenido notables incrementos, sobre todo para el caso de la Plata en el que se ha pasado desde una recuperación de 99.2% a 99.6% (promedio). En el caso del Oro, se ha mejorado su

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recuperación desde un 99.7% a un 99.9% (máximo). Aun continúan las pruebas para lograr que ambas recuperaciones sean superiores al 99.9% Figura 6. Recuperaciones de Plata

98.6

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99.8

100.0

Ene-

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%

Figura 7. Recuperaciones de Oro

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Mar

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%

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Rendimiento de Crisoles: El rendimiento de los crisoles ha sido evaluado según la cantidad de precipitado y fundentes que se puede procesar por unidad. La Figura 8 muestra la variación de la cantidad de precipitado que se ha fundido por crisol tomando los datos obtenidos del precipitado procesado durante el año 1999 y de los meses del año 2000. Se puede apreciar un evidente incremento de la cantidad de precipitado procesado por crisol debido principalmente a la adecuada adición de fundentes, puesto que debe existir compatibilidad química de éste con el material del crisol sin que ello implique crear una atmósfera fuertemente oxidante, tal como se vio antes. Se ha logrado mejorar el rendimiento del crisol, para procesar nuestro tipo de precipitado, pasando de procesar 5000 Kg (promedio) de precipitado por crisol, hasta un máximo de 7700 Kg, siendo esto un incremento superior al 50%. La línea de tendencia es muy favorable, y muestra que está en subida y que todavía no ha logrado mantenerse estable. Las oscilaciones que se observan se deben a que se han evaluado escorias a diferentes composiciones ternarias, y las que han dado mejores resultados, han sido las que se han trabajado con el punto Peritéctico del sistema. Figura 8. Precipitado fundido por crisol

2,000

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19-E

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19-M

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9

25-M

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07-A

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28-J

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9

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ppdo

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(Kg)

Costos por Fundentes: Las evaluaciones en la calidad de las escorias, han determinado también la cantidad mínima de fundentes necesaria para procesar el precipitado. Se ha logrado reducir el factor Fundente / Precipitado desde valores cercanos a 1 hasta valores de 0.42, y que es el actualmente utilizado. Se ha podido comprobar que esta reducción puede hacerse sin afectar la calidad del Doré y escorias obtenidas. La Figura 9 muestra los costos por consumo de fundentes que se obtuvieron el año pasado y de los meses del año en curso.

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Se puede apreciar, que se ha logrado reducir notablemente los costos provenientes por el consumo de reactivos fundentes pasando desde valores superiores a 1$ por Kg de Doré obtenido, hasta un mínimo de 0.6 y que actualmente se mantiene en valores cercanos a este valor. Figura 9. Costos por consumo de Fundentes ($/Kg Dore)

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.6

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00

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$/Kg

Dor

e

5. CONCLUSIONES: Después de los resultados preliminares obtenidos se concluye que: • Se ha logrado optimizar la fundición de precipitados de Oro y Plata al controlar

eficientemente los diversos parámetros que involucra este proceso. • Se ha logrado mantener casi constante la calidad del precipitado que se obtiene de la Planta

de Procesos, lo cual es importante para mantener el proceso estable, sin grandes disturbios que podrían dar tropiezos en la posterior fundición.

• Se determinó que para procesar adecuadamente el precipitado que produce la Planta de Merrill-Crowe, se debe trabajar con composiciones ternarias cercanas al Punto Peritéctico.

• El desarrollo de las pruebas no ha tenido efectos negativos sobre el contenido de Oro y Plata en las barras Dore. Estas se han mantenido casi constantes durante el periodo de evaluación.

• Se han logrado significativos incrementos en las recuperaciones de Oro y Plata, siendo más notable en este último.

• Se obtuvo un aumento en mas del 50% en el rendimiento de los crisoles usados en la Refinería, para procesar los precipitados de Oro y Plata.

• Se ha reducido los costos por consumo de reactivos en un 40% aproximadamente. • Se continuará con el plan de optimización para evaluar otros parámetros importantes en las

escorias como lo son la viscosidad, acidez y estudios de estructuras cristalográficas para la reducción de pérdidas de Oro y Plata por mecanismos físico-químicos (encapsulamiento).