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Incremento de recuperación de partículas finas de Cu-Au mediante celda columna en etapa de limpieza Pedro Paucar Romero Gerente de Procesos GoldFields La Cima S.A. Hyder Mamani Huánuco Superintendente de Metalurgia GoldFields La Cima S.A. Cristhian Curo Loro Metalurgista R&D GoldFields La Cima S.A. Jose Concha Lazarinos Deputy Managing Director Eriez Flotation Division - Perú
Resumen
Uno de los principales problemas que
actualmente afrontamos es la variabilidad
del mineral, las cuales ocasionan que se
cuente con un proceso de flotación muy
dinámico día a día.
Una de las etapas del circuito de flotación
evaluado que presenta una baja
recuperación de Cobre y Oro es la etapa
Cleaner – Scavenger, cuyos valores
obtenidos del circuito muestran bajos
desempeños para Cu y Au que están en el
orden de 30% y 20% respectivamente en
este circuito.
Figura 1. Recuperación por etapas
Actualmente los resultados de los análisis
microscópicos y metalúrgicos del circuito
global Cleaner - Scavenger, indican una
pérdida de Cu y Au en todas las fracciones
de tamaño, siendo esto más crítico en el
caso del Au, el cual se pierde
aproximadamente el 8.76% del total de Au
ingresante al sistema en el relave Cleaner
Scavenger; mientras que en el caso del Cu
esto representa el 2.24% en el mismo flujo.
Para el mejoramiento de la recuperación de
las partículas en el circuito de flotación Cl-
Scv se decidió probar el uso de la Celda
Columna que contaba con un novedoso
sistema de cavitación. Este sistema
produce burbujas de menor tamaño las
cuales permiten mejorar la recuperación
por tamaño de partícula en general.
Las primeras pruebas fueron llevadas a
cabo durante el 2013, comparándolo en
forma paralela con las celdas mecánicas
convencionales de la etapa de limpieza
donde los resultados obtenidos mostraron
indicios de buenos resultados en la
recuperación de partículas finas e
ultrafinas.
Posterior a ello se procedió a validar dichos
resultados en una segunda parte, para ello
se procedió a efectuar pruebas por tiempos
más prolongados para evaluar el
desempeño de la celda columna con
diferentes tipos de minerales.
El presente trabajo muestra los resultados
de todas las pruebas realizadas desde el
2013 hasta el 2015 utilizando para ello
herramientas modernas de simulación,
análisis estadísticos y microscópicos que
nos permiten evaluar desde el punto de
vista técnico-económico la viabilidad de
este proceso para maximizar
recuperaciones de los elementos valiosos.
INTRODUCCION
Durante el año 2013, se efectuaron
diversas pruebas con la Celda Columna
realizando una evaluación en forma
paralela con el circuito de primera limpieza.
La Celda Columna empleada tenía
dimensiones de 3m altura x 0.5m diámetro.
Figura 2. Celda columna en Circuito Flotación 0.5m ø x 3m H
Las pruebas se realizaron en Mayo y
Agosto del 2013, en las instalaciones de
Planta Cerro Corona, siendo inicialmente
las muestras estudiadas del alimento a
primera limpieza.
Los resultados mostraron incrementos en la
recuperación Cu y Au con la Celda
Columna en comparación con la celda
convencional de primera limpieza, se
observó un impacto positivo especialmente
en los tamaños finos.
Para ratificar dichos resultados y teniendo
ya en cuenta que se tenía una clara ventaja
en el uso de esta celda columna con
respecto a las celdas convencionales se
decidió efectuar pruebas industriales con
una celda columna de mayor tamaño 6m
altura x 0.91m diámetro.
A raíz de ello durante el año 2015, se
programó las pruebas con dos flujos de
alimentación que se correrían en forma
paralela entre la Celda Columna y Celdas
convencionales:
1. Alimento primera limpieza.
2. Alimento Cleaner Scavenger
(Relave Circuito primera limpieza).
El arranque de la prueba Semi-Industrial de
Flotación con la Celda Columna, se dio
durante el 2015. Esta celda columna de
0.91m ø x 6m H contaba con un sistema de
cavitación y una bomba de recirculación de
las colas.
Figura 3. Celda columna en Circuito Flotación 0.91m ø x 6m H
Previo al inicio de las pruebas de
comparación paralela con los flujos de
alimentación indicados, se ejecutaron
pruebas preliminares para afinar los
parámetros de operación de la Celda
Columna (12 Test).
Figura 4. Diagrama actual de Cerro Corona
Conc 1er Circuito Cleaner
Conc Celda Columna
Cola 1er
Circuito
Cleaner
Cola Celda Columna
Feed 1er Circuito Cleaner
4 Celdas OK 50
1 Celda Columna
0.91mØ y 6mH
Conc Scavenger
Conc Celda Columna
Cola
Cleaner
Scavenger
Cola Celda Columna
Feed Cleaner Scavenger
(Cola 1er Circuito Cleaner)
4 Celdas OK 50
1 Celda Columna
0.91mØ y 6mH
Las pruebas se realizaron los primeros
meses del 2015, en las instalaciones de
Cerro Corona.
Las muestras estudiadas fueron el alimento
a la primera limpieza y alimento a cleaner
Scavenger, se trabajó con las mismas
condiciones (físicas y químicas) de la pulpa
que ingresa a las celdas convencionales.
Figura 5. Diagrama de la prueba con Celda
Columna con el flujo de alimentación al
Circuito 1er Cleaner.
El objetivo de las pruebas fue evaluar la
tecnología de celda columna con
Cavitation® para optimizar la recuperación
de oro y cobre en el circuito de flotación.
Figura 6. Diagrama de la prueba con Celda
Columna con el flujo de alimentación al
Circuito Cleaner - Scavenger
MARCO TEORICO Los modelos de cinética de flotación contemplan como variable k que refleja la velocidad de flotación.
Dicha constante k, está en función a las variables de Jg, P y Db.
� ����
��
Donde: Jg: Velocidad Superficial del aire, cm/s. P: Probabilidad de colección Db: Diámetro de las burbujas La flotación de finos empleando la Celda Columna con el tubo de cavitación ocasiona una dispersión del aire logrando obtener burbujas de menor tamaño, por ello mejorando la constante cinética de flotación (k).
Figura 7. Esquema de las Partes de la Celda Columna
Figura 8. Sistema de Cavitación que genera Burbujas de menor tamaño
RESULTADOS
1. Primera etapa pruebas – Mayo 2014.
Las pruebas se realizaron utilizando una celda columna Eriez de dimensiones 0.5m ø x 3m H, dicha celda fue equipada con el sistema de generación de burbujas Cavitation® Eriez. Además cuenta con una bomba con un variador de velocidad, cuya presión de descarga antes del sistema de cavitación estuvo entre 28 Psig – 30 Psig. El nivel de pulpa fue controlado a través de un sistema automático que está conformado por una válvula pinch, un transductor de presión, y un controlador local. Adicionalmente la celda cuenta con un sistema de agua de lavado. Dado que la densidad de pulpa del alimento fue baja, obligó que se realizaran algunas modificaciones en el sistema de agua de lavado. Principalmente se modificó el diámetro y cantidad de agujeros, esto con la finalidad de tener una mejor distribución del agua de lavado dentro de la celda. Las pruebas fueron realizadas en una primera parte para la calibración del equipo en función a establecer los parámetros de trabajo tales como flujo de aire (CFM), flujo de agua de lavado, nivel de pulpa entre los más importantes.
Tabla 1. Condiciones de pruebas industriales en Planta
En resumen podemos indicar que el test 4 es el que mejor performance tiene pudiendo ser comparado con la recuperación global Cleaner, también podemos observar que la recuperación de Au se incrementa de manera abrupta en más de 15 puntos porcentuales esto como veremos más adelante es por un tema de mejora de recuperación de finos.
Figura 9. Resultados comparativos entre celda columna vs Celdas convencionales
Como pudimos observar el uso de celdas columna permitió incrementar la recuperación de Cu, Au y Fe por consiguiente era necesario un análisis de recuperación por tamaños de partícula a fin de establecer las causas de este incremento. De acuerdo al análisis realizado se pudo establecer que hay un impacto positivo en la recuperación por tamaños, siendo las partículas intermedias <-53 µm, +20 µm>, así como en tamaños finos menores a 20 µm.
Figura 10. Recuperación por tamaños de
partícula - Cu
Figura 11. Recuperación por tamaños de
partícula - Au
Los resultados obtenidos indicaron
resultados casi similares entre la celda
columna y el circuito de primera limpieza,
sin embargo, se observó un impacto
positivo sobre los tamaños intermedios y
finos, especialmente en el Au.
En función a lo visto en esta primera etapa
se estableció con ERIEZ una siguiente
etapa de pruebas piloto a fin de evaluar las
mejores condiciones obtenidas en esta
primera etapa y que son mostradas en la
tabla 2.
Tabla 2. Condiciones óptimas para pruebas industriales en Planta – 2da etapa.
2. Segunda etapa pruebas – Agosto
2014.
Las pruebas se realizaron en Agosto del
2014, en las instalaciones de la Planta
concentradora Cerro Corona.
Las muestras estudiadas fueron el alimento
a primera limpieza. Se trabajó con las
mismas condiciones (físicas y químicas) de
la pulpa que ingresa a las celdas OK-50
(primera limpieza).
Se realizaron en un total de 8 pruebas las
cuales fueron divididas en dos etapas y las
cuales son detalladas en el siguiente
cuadro resumen.
Tabla 3. Condiciones para segunda etapa de pruebas industriales
Las pruebas fueron desarrolladas en dos
etapas, en ambos casos la evaluación fue
comparativa entre el comportamiento de la
celda columna versus las celdas OK 50 de
primera limpieza con la modificación del
cambio del flujo de aire de 2 a 2.5 CFM.
Los resultados son mostrados a
continuación en el siguiente gráfico.
Figura 12. Resultados Pruebas Celda
Columna en Primera Limpieza
De igual forma se muestran los resultados
de los muestreos comparativos durante las
pruebas industriales en las celdas de
primera limpieza los cuales son mostrados
en el siguiente gráfico.
Figura 13. Resultados muestreos
comparativos en Primera Limpieza
De acuerdo a lo mostrado se pudo
evidenciar que en el primer juego de
pruebas se tiene una mayor recuperación
por parte de la celda convencional en el
Cobre pero lo resaltante de estas pruebas
es que en las dos pruebas se tiene una
mayor recuperación de Au, mayormente
perdido en el relave Cleaner Scavenger en
los tamaños ultrafinos y que representa el
8.75% del total de Au que ingresa al
circuito de flotación.
Figura 14. Resultados comparativos
Recuperaciones Cu Test Planta
En el siguiente grafico mostramos la
relación grado versus recuperación en la
cual podemos observar que el grado oscila
entre 10 y 20% de Cu con recuperaciones
que oscilan entre 96 y 99%
respectivamente.
Figura 15. Grado versus Recuperación Cu
En la graficas se puede ver que las
diferencias entre ambos resultados no son
significativas ya que en promedio la
diferencia está en 1% a favor de la celda
OK 50, lo cual nos puede indicar que los
resultados están dentro de los rangos de
tolerancia establecidos para esta prueba.
Figura 16. Resultados comparativos
Recuperaciones Au Test Planta
En el caso del Au se tienen grados entre 20
y 40 g/t con recuperaciones que oscilan
entre 78 y 94%, siendo en este caso la
recuperación más baja en las celdas
convencionales OK-50 mientras que la
recuperación más alta obtenida fue de la
celda columna a 2.5 CFM de aire.
Figura 17. Grado versus Recuperación Au
En el caso del Au se tiene un resultado
diferente, esto debido a que en promedio
en ambas pruebas se tiene una diferencia
de 1.5% a favor de la celda columna, lo
cual nos indica que hay una posibilidad de
incrementar la recuperación del mismo y
reducir las pérdidas en el relave Cl Scv.
En vista de los resultados obtenidos, se
procedió a realizar un análisis valorado a
nivel de tamaños de partícula entre ambas
celdas para establecer las diferencias
significativas y que puedan explicar el
comportamiento en ambos elementos
valiosos.
Los resultados son mostrados a
continuación donde se puede establecer el
comportamiento de ambos elementos
valiosos en ambas celdas de flotación.
Figura 18. Recuperación por tamaños de
partícula para Cu, %
De estos gráficos podemos establecer que
hay un impacto positivo en la recuperación
de partículas finas, específicamente según
los resultados obtenidos se tiene una
reducción de cobre en la fracción de
tamaño -25 micrones en el relave de 8.7%
que está asociado a una reducción en
masa en la misma fracción de 3.2%.
Figura 19. Recuperación por tamaños de
partícula para Cu, %
En el caso del Au tenemos que hay un
impacto positivo en la recuperación de finos
en la celda columna, en la fracción de
tamaño -25 micrones se tiene una ganancia
de 6.01% en comparación a la celda
convencional OK-50.
La recomendación final de estas pruebas
fue efectuarlo con una celda columna de
mayor dimensión y variando el flujo de
alimentación, puesto que se conocía que el
circuito Cleaner – Scavenger mostraba
bajas recuperaciones de Cu y Au.
3. Tercera etapa pruebas – 2015.
Las pruebas se realizaron utilizando una
Celda Columna semi - industrial Eriez de
dimensiones 0.9m ø x 6m H (Ver Figura
20). Dicha celda fue equipada con el
sistema de generación de burbujas
Cavitation®. Además con una bomba con
variador de velocidad.
El nivel de pulpa fue controlado a través de
un sistema automático que está
conformado por una válvula pinch, un
transductor de presión, y un controlador
local.
Adicionalmente la celda cuenta con un
sistema de agua de lavado del tipo Quick
Lift.
Las muestras estudiadas fueron el alimento
a la primera limpieza y alimento a cleaner
Scavenger.
Se trabajó con las mismas condiciones
(físicas y químicas) de la pulpa que ingresa
a las celdas mecánicas.
Las principales variables manipuladas en
estas pruebas fueron:
• Tasa se inyección de aire (CFM).
• Colchón de espumas
• Agua de lavado.
Tabla 4. Condiciones para pruebas
industriales – 1ra Limpieza
Los resultados obtenidos en las pruebas en
primera limpieza en la celda columna de
mayor tamaño (0.9m ø x 6m H), son
semejantes e inclusive mejores (en ley de
concentrados) a los que se obtuvieron con
la celda piloto pequeña (0.5m ø x 3m H).
Esto garantiza la representatividad y
escalabilidad de estos resultados, lo que
nos indica son confiables para el diseño de
celdas industriales.
Figura 20. Grado versus Recuperación
para Cu en 1ra Limpieza, %
Similar evaluación se realizó para el oro,
cuyos resultados se muestran en la Figura
donde la curva recuperación vs grado para
el Au se muestra con mayor dispersión que
la curva construida para el Cu.
Esto podría deberse a la posible presencia
de partículas de oro libre que pueden dar
ciertas distorsiones durante la preparación
y análisis de las muestras.
Figura 21. Grado versus Recuperación
para Au en 1ra Limpieza, %
De acuerdo a lo observado se pudo
establecer que en la etapa de primera
limpieza los resultados obtenidos en la
celda columna semi-industrial fueron
semejantes a los obtenidos en las celdas
mecánicas OK-50.
Al no obtenerse un mejoría significativa en
cuanto a la recuperación de cobre u oro
que justificara mayores pruebas
industriales en esta etapa sr tomo la
decisión de evaluar la etapa cleaner
Scavenger ya que las pruebas anteriores
mostraron que el efecto de esta celda
columna está centrado en la recuperación
de partículas finas.
Algunas experiencias anteriores indicaban
que la celda columna con sistema
Cavitation® es más eficiente para la
recuperación de partículas finas en
comparación de celdas convencionales (ver
Figura 7).
Figura 22. Grado versus Recuperación
comparativo para Cu, %
A pesar que existe un mito que las celdas
columna pueden ser utilizadas solamente
para limpieza, se sabe que esto no es del
todo cierto. Lo real es que una celda
columna puede ser utilizada en cualquier
etapa de una planta de flotación, siempre y
cuando el mineral a ser recuperado cumpla
con ciertas condiciones:
• Elementos valiosos tenga un
apropiado grado de liberación.
• Tenga el tamaño de partícula
adecuado para ser transportado por
las burbujas, lo cual también
dependerá de la gravedad específica
del mineral. Para el caso del cobre
generalmente se flota tamaños de
partículas entre 10µm – 100µm. En el
caso de oro (libre) generalmente se
trabaja con partículas menores a
50µm.
• El porcentaje de sólidos en la pulpa
sea menor a 35%.
De acuerdo a lo revisado y verificado en el
circuito Cleaner Scavenger, estas tres
condiciones principales indicadas
anteriormente se cumplían, por lo tanto la
aplicación de la celda columna en la etapa
cleaner Scavenger en Cerro Corona
mostraba un gran atractivo que parecía que
no podría presentar mayores
inconvenientes para su desarrollo y
aplicación.
Tabla 5. Condiciones para pruebas
industriales – Cleaner Scavenger
Los resultados obtenidos de las pruebas
según las condiciones indicadas en la tabla
5 nos muestra la relación entre la ley de
cobre en el concentrado vs la recuperación
de cobre obtenido en la celda columna en
la etapa cleaner Scavenger.
Como se puede apreciar en la mayoría de
las pruebas se obtuvieron recuperaciones
por encima del 60% de Cu; sin embargo, la
ley del concentrado obtenido estuvo por
debajo de 5% Cu.
Los análisis químicos del concentrado nos
indican un alto contenido (> 25%) de
insolubles en el concentrado. Este dato es
importante, pues uno de los inconvenientes
que dificultaron la eliminación de insolubles
en el concentrado de la celda columna, fue
el bajo porcentaje de sólidos en la pulpa
alimentada a la etapa cleaner Scavenger.
Este es uno de los inconvenientes que se
tienen actualmente ya que el porcentaje de
solidos alimentado a la celda columna
estuvo por debajo de 8%, lo cual
ocasionaron tres inconvenientes
principales:
- Insolubles
- Tiempo de residencia
- Recuperación de Oro.
Figura 23. Grado versus Recuperación
Circuito Cleaner Scavenger Cu, %
La Figura 24 muestra la relación entre
recuperación versus ley de oro en el
concentrado.
Se observa que es posible producir
concentrados con leyes de 12 g/t Au, con
recuperaciones de oro de 40%, esto al
igual que en el caso de cobre, se espera
que trabajando con pulpas más densas y
con la celda columna con un sistema de
agua de lavado especialmente diseñado
para estas condiciones, se pueda producir
concentrados de mejor calidad sin afectar
drásticamente la recuperación.
Figura 24. Grado versus Recuperación
Circuito Cleaner Scavenger Au, %
En las Figura 25 y 26 se pueden observar
que en todos los casos la recuperación de
la celda columna fue superior que las
celdas mecánicas OK-50 tanto en cobre
como en oro respectivamente.
Figura 25. Comparativo recuperación -
Cleaner Scavenger Cu, %
Figura 26. Comparativo recuperación -
Cleaner Scavenger Au, %
En promedio se estima que la recuperación
en la celda columna fue 64% Cu, mientras
que la recuperación de las celdas
mecánicas se piensa fue menor al 35% Cu
(Figura 27).
Figura 27. Comparativo Cu Recuperación
Celda columna vs. OK-50 - Cleaner
Scavenger
Se estima que la recuperación de las
celdas mecánicas es mucho menor que
35% Cu, porque se ha observado que las
celdas mecánicas no logran flotar
constantemente.
En relación a la recuperación de oro
(Figura 28), el valor promedio en la celda
columna fue de 45% Au, por su lado la
recuperación en las celdas mecánicas
estuvo por debajo del 24%.
Figura 28. Comparativo Au Recuperación
Celda columna vs. OK-50 - Cleaner
Scavenger
4. Balance de masa – Calculo de
incremento en recuperación.
En la evaluación se consideró la instalación
de una etapa cleaner Scavenger con una
celda columna. Esta celda columna fue
dimensionada en base a la información
colectada en las pruebas piloto y en base al
balance de masa enviado.
Figura 29. Resultado Balance masa Cu -
Cleaner Scavenger
Las recuperaciones y leyes de
concentrados considerados en el balance
fueron tomados de las curvas recuperación
vs ley obtenidas en las pruebas.
Figura 30. Resultado Balance masa Au -
Cleaner Scavenger
El resultado del balance nos muestra que la
celda columna podría representar un
aumento en la producción global de cobre
de 0.5% Cu. Mientras que en el caso de
oro se estima que el aumento en la
producción global de oro estaría alrededor
del 3% Au.
5. Conclusiones.
En función a los resultados obtenidos
durante estas pruebas se ha podido
concluir lo siguiente:
1. La aplicación de la celda columna
en la etapa de primera limpieza,
permitió obtener una recuperación
promedio de 93.8 % Cu con leyes
promedio de 18.9% Cu.
2. En el caso del oro la recuperación
promedio fue de 87.2 % Au y las
leyes del concentrado fueron en
promedio de 24.6 g/t.
3. Por otro lado, las recuperaciones
promedio obtenidas en la celda
OK-50 fueron 93.5% Cu con una
ley de 19.6% Cu.
4. En el caso de oro la recuperación
fue 87.0% Au y una ley de
concentrado de 26.0 g/t Au.
5. Las recuperaciones fueron
ligeramente superior en la celda
columna, pero no mostraron alguna
mejoría a tener en cuenta.
6. Los resultados obtenidos en la
etapa Cleaner Scavenger fueron
sorprendentes, ya que se observó
que la celda columna podría
obtener recuperaciones de 60%
Cu, con leyes de concentrado de
alrededor de 5% Cu.
7. La realización de campañas de
muestreos en paralelo indicaron
que las celdas convencionales
producen concentrados con leyes
de 9% Cu en promedio, con una
recuperación de 35% Cu.
8. En relación al oro, la recuperación
promedio en la celda columna fue
de 45% Au con una ley de
concentrado de 12 g/t Au.
9. Por otro lado la recuperación en las
celdas OK-50 estuvo por debajo de
24% Au, con leyes promedio de 25
g/t Au.
10. Con el resultado del análisis de los
balances de masa completos del
circuito de flotación donde se
obtuvo como resultado final que la
recuperación de Cu incrementaría
en 0.5% y en el caso del Au de 3%.
11. Bajo este análisis se obtuvo que la
inversión CAPEX estaría
bordeando 1 mllns US$ y un OPEX
anual de 250 K US$ con un retorno
de la inversión aproximadamente
entre el 7 y 8 mes, posterior al
inicio de operaciones de la celda
columna (valores estimados).
6. Referencias bibliográficas
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