El mineral es una consecuencia de las operaciones mineras que consiste en diversas etapas donde se extraen especies mineralógicas de interés económico, algunas de ellas de gran valor comercial (generalmente las menos abundantes) y otras de menor o sin valor relativo (ganga).
Estos minerales pueden ser clasificados como metálicos o industriales, según su uso. Ciertos minerales pueden explotarse para más de un propósito y por lo tanto ser metálicos o industriales según el caso.
MINERALES Y MENAS
Los minerales por definición son sustancias inorgánicas naturales que poseen una composición y estructura química definida.
La naturaleza ha sometido a la Tierra a una serie de procesos de condensación, solidificación y disolución. En estas transformaciones se han cumplido los principios fisicoquímicos y ha habido concentración de elementos químicos en ciertas zonas de la Tierra; por tanto, de su corteza.
Entendemos por menas los productos geológicos susceptibles de aprovechamiento por el hombre, enriquecidos con algún elemento químico. De manera que, en general, una mena se define como un mineral o mezcla de minerales, de los que se puede extraer con provecho uno o más elementos económicamente.
Cuando este elemento químico es un metal, la mena en cuestión es una mena metálica. La mena está formada de dos partes: el mineral, porción relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener, con composición química definida, que aparece naturalmente en el estado sólido, y la ganga, el estéril o desperdicio.
La ganga generalmente es rocosa, silicatos o calizas, y se ha de separar todo lo posible del mineral. Es raro encontrar depósitos constituidos por un solo mineral, debido a las innumerables fuerzas que actúan constantemente en la naturaleza y a la amplia distribución de algunos de los minerales.
Sólo pocos metales se encuentran nativos en las menas; éstos son el oro, el cobre, la plata, el platino, mercurio, bismuto y estaño. Lo corriente es que los metales se encuentren en las menas en forma de combinaciones químicas estables, y así no es extraño que los metales tiendan a volver a ellas cuando son atacados por la atmósfera u otros ambientes.
Las menas pueden ser ricas, como las de hierro que se explotan en algunos países, que contienen más del 60% de este elemento, o pueden ser pobres, como el cobre natural, que está en cantidades menores del 0,01 % en algunas menas del globo terráqueo.
La forma y el contenido del mineral están íntimamente ligados con su asociación rocosa y con su manera de originarse, o sea, según el modo como se han introducido o concentrado en las rocas en que aparecen. Es por esta razón que tenemos distintas menas químicamente, las más comunes y explotadas son:
1. Menas sulfuradas. 2. Mena oxidada. 3. Algunas Menas también se presenta en forma de minerales con oxígeno como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.
Los metales que forman sulfuros se caracterizan por su afinidad para con el azufre, y por este motivo su forma natural de presentarse es como sulfuros, fácilmente convertibles en óxidos, por tostación o calentamiento en contacto con el aire. También son muy importantes para estas menas los procesos extractivos incluidos dentro de la vía húmeda, como la flotación.
La forma en la que se encuentran los minerales en la corteza terrestre depende de su comportamiento con su medio, particularmente con el oxígeno, azufre y dióxido de carbono. El oro y el platino se encuentran generalmente en forma nativa o metálica. La plata, el cobre y el mercurio se encuentran en estado nativo, pero también como sulfuros, óxidos, carbonatos y cloruros. La mayor parte de los metales vienen en forma compuesta, tal como los óxidos y sulfatos de hierro y los óxidos y silicatos de aluminio, berilio y el más importante para nuestro el cobre, el cual lo podemos encontrar nativo, oxidado o sulfurado. La presencia de estos componentes naturales se denomina minerales, la mayoría de los cuales tienen nombre de acuerdo a su composición (por ejemplo, galena – sulfuro de plomo, PbS; esfalerita - sulfuro de zinc, ZnS; casiterita- óxido de estaño, SnO2).
Una mena metálica puede definirse como una asociación de minerales a partir de la cual uno o varios metales pueden ser obtenidos de forma económicamente favorable. La mena está formada de dos partes: el mineral, porción relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener, de composición química definida; y la ganga, el estéril o desperdicio. La ganga generalmente es rocosa, silicatos o calizas.
Un yacimiento puede ser descrito brevemente como una acumulación de mineral en una cantidad tal que pueda ser extraído económicamente. Esto se determina por el precio del mineral en el mercado y este puede y variar de acuerdo con la demanda. Con el paso del tiempo y el agotamiento de depósitos ricos y accesibles, un depósito mineral no rentable puede convertirse en un yacimiento. Mejoras metalúrgicas e introducción de nuevos métodos, se convierten también en factores que hacen posible la explotación de depósitos hasta ahora considerados no rentables. Así la introducción de la flotación en la concentración de minerales permitió la recuperación de cobre de un material con 1% de Cu, considerado antes no rentable.
Los factores que determinan la conveniencia de explotar un depósito económicamente y concentrar su mineral o minerales pueden resumirse en:
1. Ubicación y tamaño del depósito.
2. El contenido metálico o ley del metal o metales potencialmente extraíbles.
3. El precio del metal. Un mineral con 10% de aluminio no es mena de este metal; mientras que uno con 10 ppm de oro puede considerarse una mena rica.
4. Los costes de explotación minera. Dependen del tamaño y tipo de yacimiento. Los grandes depósitos superficiales, explotables a cielo abierto, permiten trabajar con leyes más bajas que los pequeños o profundos yacimientos, explotables únicamente por minería subterránea.
5. Los costos de los procesos de extracción. Dependen tanto de las características físico – químicas de la mena como las del metal que se va a obtener. Las menas con minerales fácilmente concentrables o bien fácilmente solubles posibilitan trabajar con yacimientos de leyes menores.
6. La presencia de elementos tóxicos o de difícil comercialización. Las impurezas, elementos como arsénico, antimonio, bismuto, cadmio, mercurio y teluro, reducen o incluso anulan el valor de una mena.
7. Contenido del depósito, su mineralogía, y su textura. La textura se refiere al tamaño y la distribución de los minerales con valor dentro del yacimiento. En algunos casos el mineral se presenta en forma gruesa de tal manera que se lo puede identificar a simple vista. Sin embargo, con frecuencia, el mineral se presenta finamente diseminado, y es necesario un examen microscópico para estudiar su presencia. Es importante conocer la naturaleza de los minerales para su procesamiento, pues existe diferencia entre la mena y ganga.
8. Aspectos financieros, requerimientos para inversión, capital de trabajo, costos de capital, impuestos, patentes, y regalías.
9. Costos de operación mina. Los costos en minería subterránea son más altos que en minería a cielo abierto y aluvial, y es más económico solamente en yacimientos con alto contenido. Contenidos de 0.8 a 2 % son típicos en una mina subterránea de Sn, mientras que en una operación aluvial se puede trabajar con leyes mucho más bajas.
10. Costos de servicios, tales como suministro de energía, agua, caminos, dique de colas, etc.
11. Flujograma de tratamiento en la planta de concentración, costos de operación, leyes de concentrado, recuperación obtenible.
12. Demanda del mineral concentrado, precio del metal, y valor del concentrado puesto mina.
Se debe tomar en cuenta que el precio del metal en el mercado no se aplica en su totalidad al concentrado. Los términos de compra establecidos por la fundición se basan generalmente en un contenido nominal del concentrado, contenidos bajos son penalizados en relación directa con el contenido del metal. Los costos de fundición y refinación son deducidos juntamente con un porcentaje por las pérdidas de tratamiento. Impurezas en el concentrado, las que estén sobre los límites especificados, son penalizadas, pero también se bonifica por metales preciosos que pueden ser recuperados del concentrado. Por lo tanto, el precio del concentrado en el mercado varía de acuerdo con su ley y contenido de impurezas.
El contenido de metal mínimo para que un depósito sea calificado como yacimiento varía de metal a metal de acuerdo con los factores anotados anteriormente. Principales minerales en Chile en concentración:
Los factores económicos son cambiantes. Las alteraciones del precio de los metales, así como el descubrimiento de nuevos yacimientos o bien el agotamiento de los conocidos pueden cambiar la consideración de mena para un material en particular. Por ejemplo, la baja demanda de la siderurgia primaria que se produce a partir de la década de los 70 no permite explotar más que grandes yacimientos de minerales muy ricos (50% de Fe). Por el contrario, el incremento del precio del oro durante el mismo período puso en explotación menas con leyes cinco veces menores.
A los yacimientos frecuentemente se los clasifica de acuerdo con la naturaleza del mineral valioso que contienen. Así, en los yacimientos nativos, el metal está en forma natural, como el oro, platino, en yacimientos sulfurosos el metal está en forma de sulfuros y en yacimientos oxidados el metal se presenta en forma de óxidos.
Yacimientos complejos son aquellos que contienen cantidades rentables de más de un mineral valioso. Los minerales metálicos se encuentran frecuentemente en ciertas asociaciones, como la galena y esfalerita, por ejemplo, van comúnmente asociadas, también sulfatos de cobre con esfalerita, en menor grado. Pirita (FeS2) suele estar también asociada a los minerales indicados y es un mineral que no tiene valor comercial importante; más aún, es una fuente seria de contaminación por ser el mineral causante de drenaje ácido de minas.
Muchos metales se encuentran presentes en la naturaleza en la forma de óxidos. Entre los más importantes se encuentran las menas de hierro y cobre, las cuales contienen generalmente la hematita, Fe2O3, pero que pueden contener también magnetita, Fe3O4. Los hidróxidos y los carbonatos de hierro, como la limonita y la siderita, pueden clasificarse también como menas de óxidos puesto que el agua de hidratación y el bióxido de carbono son expelidos fácilmente durante el proceso de fabricación del hierro. Otros metales pesados que se producen principalmente a partir de menas de óxidos son manganeso, cromo, titanio, tungsteno, uranio y estaño. El aluminio, se extrae casi exclusivamente a partir de la bauxita, la cual es un hidróxido, en tanto que se obtiene algo de magnesio a partir de la dolomita, la cual es un carbonato. El silicio se produce a partir del cuarzo. Un poco de cobre y de níquel se obtiene de menas de óxidos formadas por el efecto del intemperismo en depósitos de sulfuros, sin embargo, estos metales se obtienen por lo general a partir de menas de sulfuros.
BENEFICIO DE MINERALES
Por beneficio entendemos el conjunto de operaciones que se realizan para convertir el producto geológico, que es la mena, en mineral útil para realizar las operaciones propias de la metalurgia extractiva: paso del mineral a metal.
Los factores que inducen a explotar una mena son los siguientes:
1. La mena en sí: ya que ésta puede ser más o menos rica en el mineral objeto de extracción. La riqueza de una mena se define como el porcentaje de metal que contiene, generalmente, en estado combinado. Se explotan menas de riqueza muy variable, según la naturaleza del metal considerado. La riqueza de la mena es, sin duda, la base principal para su valoración. Si bien, al tratar las menas se ha de tener en cuenta asimismo su condición física, que puede presentar la más amplia variedad desde el tipo de arcilla blanda a materia rocosa o masas compactas y duras. Junto a la riqueza, y siguiéndole en importancia, se ha de considerar la composición química de la mena en conjunto, ya que ciertas impurezas, aún presentes en cantidades relativamente pequeñas, pueden hacer que una mena rica tenga poco valor. Las impurezas, tanto su naturaleza como su concentración, desempeñan un papel decisivo a la hora de decidir la explotación de una mena. Mientras que muchas veces las impurezas son indeseables, algunas veces resulta conveniente su explotación, como en el caso de los barros anódicos que aparecen en la purificación electrolítica del cobre, barros que, a menudo, contienen oro y plata. Otro ejemplo que aclara la posibilidad o la imposibilidad de la explotación de una mena lo constituyen las arcillas, que contienen grandes cantidades de aluminio, pero las dificultades de su extracción impiden explotarlas como mena.
2. El transporte: La disponibilidad de medios de comunicación accesibles y la proximidad de los centros de consumo influyen decisivamente en la explotación de una mena. Es evidente que la importancia económica de un yacimiento depende en forma considerable de su volumen y situación, tanto geológica como geográfica. Así, una mena que es muy conveniente por su composición química y condición física puede estar localizada en un lugar inaccesible.
3. Cantidad: Es posible que la cantidad de mena en el depósito no justifique el gasto necesario para ponerla en explotación. La aparición de yacimientos de menas ricas en un metal, pero con pequeña cantidad de mineral, hará posiblemente prohibitivo el uso de reductores.
4. Economía: Los factores económicos se deben tener en cuenta en todos los procesos de concentración y extracción. Un concepto corrientemente erróneo es que el valor de una mena es algo fijo e intrínseco, debido a que se concede poca atención al hecho de que los valores de las cosas son, en gran parte, obra del hombre. El valor de una mena está íntimamente ligado a la capacidad del hombre para aprovechar el mineral, y varía con las necesidades y preferencias de éste. En los albores de la humanidad existían todos los minerales que ahora se explotan, pero muchos de ellos sólo han adquirido valor recientemente, por la razón de que el hombre no había creado o experimentado antes las necesidades para su utilización. Se conocen hoy muchos minerales que no se emplean comercialmente y, por tanto, no tienen valor actual, y, sin embargo, sin duda alguna, en el futuro tendrán valor cuando el hombre los necesite para algún fin determinado.
5. Riqueza del metal que se desea obtener: Las exigencias de riqueza del metal que se desea obtener deciden el procedimiento de la metalurgia extractiva que se ha de emplear.
6. Posibilidad de aplicar nuevas técnicas: La destilación, la extracción con disolventes, el intercambio iónico, etc., constituyen lo que podríamos denominar nuevas técnicas, cuya posibilidad de aplicación a los procesos extractivos influye notablemente en el concepto de explotabilidad de las menas. Menas de calidades idénticas que se presentan en condiciones físicas y circunstancias políticas diferentes, tienen valores muy distintos, según el gasto de extracción, coste de transporte y necesidades de las industrias y de las naciones; pero principalmente el valor de una mena depende de que sean adecuados y eficaces los procesos de extracción, concentración y afino a ella aplicados.
El valor de las menas está afectado continuamente por los avances tecnológicos en la producción y en el consumo de los metales. Los elementos o metales presentes en una mena pueden clasificarse en tres tipos:
1. Aprovechables: que son los que forman la masa metálica y reciben el nombre de elementos aleadores. 2. Neutros: que no tienen efecto en las propiedades de interés. 3. Indeseables: que constituyen las impurezas.
ETAPAS DEL BENEFICIO DE MENAS
El beneficio de las menas comprende fundamentalmente tres etapas:
1. Explotación del yacimiento. 2. chancado, molienda, clasificación, acondicionamiento y Concentración. 3. Extracción del metal.
La explotación del yacimiento depende de la posición de éste en la corteza terrestre. En caso de encontrarse en la superficie o a pocos metros de la misma, la explotación se realiza a cielo abierto, mientras que, si el yacimiento se encuentra a cierta distancia de la superficie terrestre, es necesario abrir galerías subterráneas.
En este articulo nos adentraremos en las etapas que componen la concentración de minerales, dejando de lado los procesos de extracción en la mina, chancado, molienda y aglomerado respectivamente los cuales se verán en un futuro próximo.
Los procesos de concentración dependen mucho del tipo de mena, tal como ya hemos hablado antes, en Chile la concentración de minerales se da principalmente en dos menas, las oxidadas y las sulfuradas, principalmente la minería a rajo tiene menas oxidadas mientras que la minería subterránea dispone de menas sulfuradas.
EL OBJETO DE LA CONCENTRACIÓN DE MINERALES
El procesamiento o la concentración de minerales es la etapa siguiente a la explotación en interior mina y su tarea es preparar el mineral de la mina para extraer el mineral valioso. Además de homogenizar el tamaño del mineral, es un proceso de separación entre las partes con valor (mena) y las sin valor (ganga), para producir una porción enriquecida, o concentrado, que contiene la mayor parte del mineral valioso, y un descarte, o cola, o relave que contiene predominantemente material estéril. La concentración o proceso de enriquecimiento, reduce considerablemente la cantidad de material que debe ser manipulada en las plantas, reduce a sí mismo la cantidad de energía y reactivos para producir el metal puro en procesos siguientes.
El proceso de concentración de minerales reduce el volumen y el peso del concentrado que debe ser enviado a fundición, reduce el costo de transporte y manipulación, la reducción de costos de fundición es significativa debido a la disminución del tonelaje a tratarse, la menor cantidad de caja hace que la recuperación suba en la fundición. Contra estas ventajas se debe anotar el costo del tratamiento en la planta de concentración y las pérdidas que se producen en la planta. La meta de cualquier proceso de concentración de minerales es la de producir un concentrado del mineral valioso con una ley, la más alta posible y a un costo lo más bajo posible. La recuperación, del mineral valioso, debe ser la más alta posible y el rechazo del material sin valor debe ser la más alta posible. Todas las partes de la planta deben estar, de tal manera sincronizadas, que se logre el máximo de retorno por tonelada de mineral tratado.
Los beneficios del proceso de concentración de minerales podemos resumir de la siguiente manera:
1. Los costos de transporte de los concentrados serán menores, debido a la eliminación de un importante parte de material estéril.
2. Debido a la eliminación de una importante parte de la ganga, se tendrán menores pérdidas del metálico en procesos posteriores (fundición).
3. Menor tonelaje de concentrado a ser fundido significa también menor costo de tratamiento. Por ende, menor ingresos a la minera.
4. La eficiencia y bajos costos en plantas de concentración hacen posible tratar minerales que, sin la disponibilidad de métodos de concentración de bajo costo, no podrían ser clasificados como yacimientos.
ETAPAS DE LOS PROCESOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALES
Las etapas de concentración de minerales están muy definidas de acuerdo con la química de la mena, se dividen en el siguiente esquema resumido de sus etapas:
Los procesos serán estudiados más adelantes detalladamente, es importante tener en cuenta que cada proceso es complejo y necesita del otro para recorrer la cadena de la purificación de los metales, estas etapas son cruciales en la concentración y posterior venta de metal tan importantes como el cobre y el hierro a nivel mundial y es parte de los conocimientos mínimos que debemos tener.
COMPARTAN