Atribución 4.0 Internacional Esta licencia permite que otros distribuyan, mezclen, adapten y construyan sobre su trabajo, incluso comercialmente, siempre que le reconozcan la creación original. Esta es la licencia más complaciente que se ofrece. Recomendado para la máxima difusión y uso de materiales con licencia. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METARLURGIA EVALUACIÓN DE ORIGINALIDAD CONSTANCIA El que suscribe, deja constancia que se ha realizado el análisis con el software de verificación de similitud de Tesis cuyo título es: Presentado por: HINOSTROZA DE LA CRUZ WINNIE MISURY Estudiante del nivel PREGRADO de la Facultad de Ingeniería de Minas y Metalurgia. El resultado obtenido es 16% por el cual se otorga el calificativo de: (APROBADO, Según Reglamento de Evaluación de la Originalidad) Se adjunta al presente el reporte de evaluación con el software de verificación de originalidad. Observaciones: APROBADO OBTUVO EL 16% (MENOR O IGUAL AL 20% REQUERIDO) Ica, 06 de febrero de 2024 ……………………………………………………… DR. VICTOR MANUEL FLORES MARCHAN DIRECTOR DE UNIDAD DE INVESTIGACION FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGIA “INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE SULFUROS EN LA RECUPERACION OPTIMA DE ORO EN MINERALES DE BAJA LEY TRATADOS POR CIANURACION, NASCA 2023” 1 UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN Facultad de Ingeniería de Minas y Metalurgia Tesis Influencia de la concentración de sulfuros en la recuperación óptima de oro en minerales de baja ley tratados por cianuración, Nasca 2023 Para optar el Título Profesional de Ingeniero Metalúrgico Línea de investigación: Lixiviación de minerales. Autora: HINOSTROZA DE LA CRUZ, WINNIE MISURY PROYECTO DE INVESTIGACIÓN NASCA – PERÚ 2024 2 DEDICATORIA A Dios por la fuerza y voluntad que me da día a día, para seguir adelante. A mi familia, por haberme apoyado en todo momento, por sus valores, por sus consejos, por confiar en mí, por motivarme en crecer cada día. Hoy le dedico mis 5 años de Carrera Profesional a Uds. de corazón ¡Gracias! 3 AGRADECIMIENTOS Gracias a mi Universidad por haberme permitido formarme en ella y a la plana docente por ser partícipe de este proceso. Fueron Uds. responsables de realizar su valioso aporte de conocimientos y sabiduría Que hoy en día se ve reflejado en la culminación de mi carrera profesional. Gracias por el tiempo que dedican a esta hermosa profesión de INGENIERIA METALURGICA, por su esfuerzo, paciencia y compromiso, base fundamental de mi desarrollo como profesional. ¡Muchas Gracias por todo lo que me enseñaron a lo largo de mi carrera profesional! 4 INDICE DE CONTENIDOS Pág. PORTADA 01 DEDICATORIA 02 AGRADECIMIENTO 03 ÍNDICE DE CONTENIDOS 04 ÍNDICE DE TABLAS 05 ÍNDICE DE FIGURAS 06 RESUMEN 07 ABSTRACT 08 I. INTRODUCCIÓN 09 II. ESTRATEGIA METODOLOGICA 11 2.1. Antecedentes. 11 2.2. Marco teórico. 12 2.3. Marco conceptual. 22 2.4. Estrategia metodológica. 22 2.5. Desarrollo experimental. 23 III. RESULTADOS 32 IV. DISCUSIÓN. 45 V. CONCLUSIONES 46 VI. RECOMENDACIONES. 47 VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 48 VIII. ANEXOS. 49 5 INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 3.1. Análisis mineralógico de la muestra. 32 Tabla 3.2. Análisis químico del mineral. 33 Tabla 3.3. Determinación de la granulometría del mineral. 34 Tabla 3.4. Determinación de la velocidad de agitación. 35 Tabla 3.5. Determinación del tiempo de lixiviación. 36 Tabla 3.6. Determinación del pH óptimo para la lixiviación. 37 Tabla 3.7. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 0,5%). 38 Tabla 3.8. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 1,0%). 39 Tabla 3.9. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 1,5%) 40 Tabla 3.10. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 2,0%) 41 Tabla 3.11. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 2,5%) 42 Tabla 3.12. Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 3,0%) 43 Tabla 3.13. Variación del oro recuperado en función al porcentaje de sulfuro dosificado 44 6 INDICE DE FIGURAS Pág. Figura 2.1. Chancadora de quijada de laboratorio. 14 Figura 2.2. Molino de bolas de laboratorio. 14 Figura 2.3. Tanque agitado donde se lleva a cabo la cianuración dinámica 16 Figura 2.4. Tanque Pachuca 17 Figura 2.5. Tanque agitado empleado como reactor para lixiviación. 18 Figura 2.6. Agitador de paletas para laboratorio. 27 Figura 2.7. Medidor de pH de mesa. 28 Figura 2.8. Soluciones buffer para calibrar el pHchímetro. 28 Figura 2.9. Tamices para la clasificación de partículas. 31 7 RESUMEN Esta tesis titulada “Influencia de la concentración de sulfuros en la recuperación óptima de oro en minerales de baja ley tratados por cianuración, Nasca 2023” es una investigación de tipo teórico experimental, cuyo objetivo es demostrar que la presencia de sulfuros en el mineral aurífero interfiere en el proceso de cianuración del metal precioso. La investigación es de tipo aplicada y de diseño experimental, para demostrar la hipótesis se realizaron ensayos primero con una muestra de mineral oxidado con la cual se determinaron los principales parámetros y luego a ese mismo mineral se le fue dosificando porcentajes de mineral sulfuroso para determinar su influencia en la recuperación del oro. Según los reportes de laboratorio conforme se fue adicionando sulfuros la cantidad de oro recuperado fue disminuyendo desde los 2 mg hasta los 53 mg, lo que quiere decir que los sulfuros reaccionan con el cianuro del cual una parte se consume con ellos y otra con el oro, impidiendo de esta manera su recuperación total. Tanto la cianuración con mineral oxidado como con el mineral resultante de la mezcla de sulfuros y óxidos se procesaron bajo los mismos parámetros y dosificaciones de reactivos. PALABRAS CLAVES: Cianuración, sulfuros, mineral aurífero, ley del mineral. 8 ABSTRACT This thesis titled “Influence of sulfide concentration on optimal gold recovery in low-grade minerals treated by cyanidation, Nasca 2023” is an experimental-theoretical type of research, whose objective is to demonstrate that the presence of sulfides in gold ore interferes in the cyanidation process of the precious metal. The research is of an applied type and experimental design, to demonstrate the hypothesis, tests were first carried out with a sample of oxidized mineral with which the main parameters were determined and then percentages of sulphurous mineral were dosed to that same mineral to determine its influence on the recovery of gold. According to laboratory reports, as sulfides were added, the amount of gold recovered decreased from 2 mg to 53 mg, which means that the sulfides react with the cyanide of which a part is consumed with them and another with the gold. , thus preventing its full recovery. Both cyanidation with oxidized mineral and with the mineral resulting from the mixture of sulfides and oxides were processed under the same parameters and dosages of reagents. KEYWORDS: Cyanidation, sulfides, gold mineral, ore grade. 9 INTRODUCCIÓN La lixiviación de minerales se lleva a cabo con minerales que prioritariamente contienen n gran porcentaje de especies mineralógicas oxidadas, para el caso del oro como reactivo lixiviante se emplean en las plantas hidrometalúrgicas el cianuro de sodio o el cianuro de potasio en solución en las cuales son agregados en pequeñas concentraciones. Estos compuestos no solo reaccionan con el oro, sino también con otros metales que pueden encontrarse en forma de sulfuros como es habitual en los yacimientos de la zona sur del Perú, estos minerales reciben el nombre de polimetálicos y entre los metales que pueden estar presentes están: el cobre, hierro, plata, aluminio, zinc, metales alcalinos y alcalinotérreos y el plomo. En esta investigación hemos puesto especial interés en el estudio del comportamiento de los sulfuros durante el proceso de cianuración del oro. Los minerales sulfurados como la calcopirita, pirita, calcosina y bornita, así como otros sulfuros en las soluciones cianuradas reaccionan solubilizándose a condiciones normales, lo que conlleva a un gasto excesivo del reactivo en muchos casos estos sulfuros reaccionan más rápidamente con el cianuro, que el oro por lo que al final del proceso no se logra recuperar la totalidad del oro que contiene el mineral. Para revertir este problema es necesario el uso de concentraciones mayores de reactivo lo que encarece el proceso. Uno de los objetivos de esta investigación es determinar cual es la cantidad de sulfuros que pueden estar presentes en la pulpa de mineral que se está cianurando sin causar inconvenientes al proceso, lo que se manifestaría como una disminución en la recuperación del oro. Situación problemática. La existencia cada vez mayor de yacimientos auríferos con minerales mixtos (óxidos y sulfuros) plantea la necesidad de abrir nuevas investigaciones en torno a la presencia de sulfuros durante el proceso de cianuración, la posibilidad de eliminarlos en su totalidad o en un cierto porcentaje a fin de no afectar la recuperación del oro. En este sentido en la presente tesis se han llevado a cabo ensayo para establecer cual es la concentración de sulfuros que puede haber en la pulpa y que no afecte la recuperación del oro en las condiciones normales de cianuración. Problema de investigación. Problema General ¿La concentración de sulfuros influye en la recuperación óptima de oro en minerales de baja ley tratados por cianuración, Nasca 2023? Problemas específicos. - ¿Qué concentración de sulfuros puede haber en la pulpa de mineral aurífero durante la lixiviación, sin afectar el proceso? - ¿Cuál es el gasto de cianuro durante la lixiviación de minerales auríferos que contienen sulfuros? Justificación e importancia de la investigación. Justificación teórica: Teóricamente la presente investigación se justifica porque en ella se aborda el estudio de la interferencia de los óxidos en el proceso de flotación del de mineral sulfurado de oro. 10 Justificación metodológica: Desde el punto de vista metodológico, esta investigación se justifica porque emplea las técnicas analíticas para caracterizar las muestreas y procesarlas mediante flotación evitando la interferencia de los óxidos. Justificación social: Desde el punto de vista social la presente investigación se justifica porque se buscará un procedimiento adecuado para la recuperación del oro de baja ley mediante flotación, pre tratando el mineral para trasforma en sulfatos a los óxidos. Justificación práctica: Desde el punto de vista práctico esta investigación se justifica porque demostrará a nivel laboratorio las posibilidades de trabajar con sulfuros y óxidos en minerales de baja ley de oro mediante flotación. Objetivos. Objetivo General. Determinar la influencia de la concentración de sulfuros en la recuperación óptima de oro en minerales de baja ley tratados por cianuración, Nasca 2023. Objetivos específicos. - Determinar la concentración de sulfuros que puede haber en la pulpa del mineral aurífero durante la lixiviación, sin afectar el proceso. - Determinar el gasto de cianuro durante la lixiviación de minerales auríferos que contienen sulfuros. Hipótesis y variables de la investigación. Hipótesis. Hipótesis general. La concentración de sulfuros influye directamente en la recuperación óptima de oro en minerales de baja ley tratados por cianuración, Nasca 2023. Hipótesis específicas. - La concentración de sulfuros que puede haber en la pulpa del mineral aurífero durante la lixiviación, sin afectar el proceso es baja. - El gasto de cianuro durante la lixiviación de minerales auríferos que contienen sulfuros es mucho mayor. Variables: Variable independiente: Concentración de sulfuros. Variable dependiente. Recuperación óptima de oro. 11 II. ESTRATEGIA METODOLÓGICA 2.1. Antecedentes. A nivel internacional: En el año 2015, García, I., y otros, presentaron su tesis titulada: Caracterización de los minerales auríferos de la zona minera de San Pedro Frío (Bolivar, Colombia) para la selección de los procesos de extracción, a la Universidad industrial de Santander, Colombia. El objetivo de la investigación es lograr un mayor porcentaje de solubilidad del metal oro en los procesos de cianuración de minerales complejos conteniendo una cierta carga de sulfuros. Las pruebas llevadas a cabo por los autores permitieron alcanzar un 85 % de solubilidad en relación al 45% que normalmente alcanzan los que realizan la cianuración de este tipo de mineral. Este resultado le permitió concluir a los autores que el procedimiento seguido es el más conveniente para recuperar el oro de las muestras estudiadas. En el año 2017, López, J., presentó su tesis titulada: Estudio comparativo de la lixiviación alcalina de una mena aurífera mediante el uso de cianuro de potasio contra el uso de tiosulfato de sodio, a la Universidad Nacional Autónoma de México, cuyo objetivo fue estudiar el comportamiento de un mineral aurífero de la sierra de Oaxaca durante su cianuración y lixiviación con tiosulfato de sodio pentahidratado. Las pruebas realizadas demuestran que la presencia de sulfuros dificulta la cianuración, no alcanzándose los resultados esperados. El autor concluye que la muestra al no estar completamente oxidada y presentar un porcentaje de sulfuros, pudo haber generado degradación tanto del cianuro como por parte del tiosulfato. En el año 2015 presentó su tesis titulada “Diseño de una planta para la recuperación de oro a partir de minerales sulfurados con tiosulfato de sodio como agente lixiviante¨ Refiere en su investigación que la adición en la concentración de tiosulfato de sodio tiene un impacto positivo en la recuperación de oro en la lixiviación. Al añadir la concentración de agente lixiviantes, se logra alcanzar al máximo la recuperación de oro, a la primera hora de haber iniciado el proceso, lo cual beneficia con el tiempo, Se precisa menos tiempo para disolver el oro contenido en el mineral. A nivel nacional: En el año 2019, Ferrer, H., presentó su tesis titulada: Caracterización y tratamiento por cianuración de sulfuros para la recuperación de oro en Quío, Ambo, Huánuco, 2019, a la Universidad Nacional Daniel Alcides Carrión de Huacho, cuyo objetivo fue caracterizar el mineral sulfurado para procesarlo por cianuración. La investigación es aplicada de diseño experimental, que se llevó a cabo en cuatro etapas, que se pueden resumir en la explotación, tratamiento físico, pruebas de cianuración y análisis de resultados. Las pruebas llevadas a cabo en el laboratorio son para determinar como afecta la presencia de sulfuros a la cianuración de 12 oro. Según lo reportado en la tesis la concentración de sulfuros debe ser menor al 4% para que no afecte el proceso. En el año 2017, Flores, F., presentó su tesis titulada: Optimización del proceso de lixiviación de minerales auríferos de baja ley, minera Aruntani S.A.C., a la Universidad Nacional del Altiplano, Puno, cuyo objetivo fue establecer los parámetros adecuados para la cianuración de minerales auríferos con una cierta concentración de sulfuros. Las pruebas realizadas arrojaron los siguientes resultados de la cianuración por agitación, en la que se recupera hasta un 86,6% del metal presente en la muestra, en un tiempo de procesamiento de 24 horas. En el año 2015 Falcón, G. en su investigación sobre cianuración del oro con minerales mixtos que contienen minerales auríferos severamente refractarios precisa de un pretratamiento para poder doblegar a pruebas de cianuración habitual y así tener mejores resultados. Indica que una de las pruebas de flotación seleccionada se realizó para economizar de reactivo Z-6 de 78,43g/TM, como variable independiente y una recuperación de 97,65% menciona también tiene como variable dependiente con una calidad de concentración de 14,2g/TC. A nivel local. No existe registro alguno sobre investigaciones relacionadas con el tema que se desarrolla en el presente proyecto en las Universidades locales. 2.2. Marco teórico. 2.2.1. Principios de la Cianuración La cianuración se puede definir como el proceso en el cual las soluciones alcalinas débiles de cianuro de sodio o de potasio poseen la capacidad de disolver preferencialmente el oro y la plata que contiene el mineral. La reacción química que se produce durante la cianuración fue formulada por Elsher de esta manera: 4Au + 8KCN + O2 + 2 H2O → 4AuK(CN)2 + 4KOH Según esta reacción la cianuración del oro se da en presencia de oxígeno, el cual cataliza la reacción permitiendo la formación del complejo cianuro de potasio y oro. El oxígeno, esencial para la disolución del oro y plata, es introducido en la solución de cianuro mediante la inyección directa de aire al tanque solución de cabeza, por irrigación en forma de lluvia y por bombeo de la solución recirculante. La velocidad se disolución de los metales oro y plata en las soluciones de cianuro depende del área superficial del metal en contacto con la fase líquida, lo que hace que el proceso de disolución sea un proceso heterogéneo; la velocidad de disolución depende también de la velocidad de agitación lo que indica que el proceso sufre la presión de un fenómeno físico. Otros factores que influyen en la velocidad de disolución son las siguientes: a) Granulometría del mineral. Las partículas deben de ser lo suficientemente pequeñas, cuando se presenta oro grueso libre en la mena, es común recuperarlo mediante trampas antes de la cianuración ya que 13 las partículas gruesas podrían no disolverse en el tiempo que dura el proceso. Bajo condiciones normales de aireación y agitación la velocidad mínima de disolución de oro es 3.25 mg/cm2/hora. b) Existencia de una sustancia oxidante. El oxígeno es una sustancia muy necesaria para la disolución del oro y plata (aireación de la pulpa); siendo el aire atmosférico la fuente de oxígeno utilizado en el proceso de cianuración. c) Concentración adecuada de cianuro. Se ha comprobado que la solubilidad del oro en una solución de CN aumenta conforme aumenta la concentración de este reactivo. La solubilidad es muy baja con menos de 0.005% NaCN, crece rápidamente cuando contiene 0.01% NaCN y después lentamente, llegando al máximo cuando contiene 0.25% NaCN. La proporción más eficaz es de 0.05 a 0.07% NaCN. La concentración usual de CN para el tratamiento de menas de oro es de 0.05% NaCN y para menas de plata de 0.3% para concentrados de oro-plata, la fuerza de NaCN está entre 0.3 - 0.7%. El NaCN es el más usado en el proceso de cianuración, aunque también se emplea el KCN. d) Efecto de la temperatura. Como en toda reacción inorgánica la velocidad de disolución de los metales en una solución de NaCN aumenta con el incremento de la temperatura, hasta 85°C arriba de esta temperatura; las pérdidas por descomposición del cianuro es un serio problema. e) Presencia de un reactivo alcalino. La presencia del hidróxido de calcio durante la cianuración permite: - Evitar pérdidas de cianuro por hidrólisis. - Prevenir pérdidas de cianuro por acción del CO2 del aire. - Neutralizar los componentes ácidos. - Facilitar el asentamiento de las partículas finas de modo que pueda separarse la solución rica clara de la mena cianurada. f) Presencia de finos. En la cianuración normal, habitual, cuando el porcentaje de finos es alto, mayor al 20% del total (< -10 mallas,1.7 mm) las partículas tienden a aglutinarse en consecuencia no dejan pasar las soluciones de cianuro por lo que estos minerales requieren otro tratamiento posiblemente curado con cal, cemento o ambos para lograr aglomerarlos y facilitar la percolación, esto es necesario cuando la cianuración es en tina, más no así cuando la cianuración es dinámica, pues en ella las partículas finas son favorables al proceso, ya que ellas por efecto dela agitación van a permanecer en movimiento en contacto con la solución cianurada. 14 Secuencia del proceso de cianuración a) Conminución: Se reduce el tamaño de las partículas del mineral hasta malla 200, para ello el mineral se chanca y luego se somete a molienda en molinos de bolas para obtener esta dimensión de partícula. b) Cianuración: Se lleva a cabo en un tanque agitado donde se vierte la solución cianurada y luego se agrega de manera progresiva el mineral pulverizado poniendo en movimiento el agitador a una determinada velocidad, y mantener así la pulpa hasta el término de la cianuración, la cual en dos horas ha concluido. La solución después de habérsele eliminado los finos y el oxígeno pasa un tanque de agitación herméticamente cerrado en donde se le adiciona zinc en polvo y acetato de plomo. Fig.1. Chancadora de quijada de laboratorio [2]. Fig.2. Molino de bolas de laboratorio [2] 15 C) Precipitación: El principio de la precipitación de metales preciosos contenidos en soluciones de CN empleando polvo de zinc, está basado en el hecho de que el oro y la plata son electronegativos respecto al zinc, ocurriendo un reemplazo electroquímico del oro y la plata por el zinc, seguido por el desplazamiento del hidrógeno del agua por el sodio según la siguiente reacción: NaAu(CN)2 + 2NaCN + Zn + H2O → → Na2Zn(CN)4 + Au + H + NaOH En la práctica, ocurre un exceso en el consumo de Zn por encima de la demanda teórica debido a que tanto el CN con el álcali libre en la solución tienden a atacar al Zn disolviéndolo. Las reacciones son más eficientes con la adición de acetato de plomo: Pb(CH3-COO)2 - + Zn → (CH3 - COO)2 - + Pb- Cianuración dinámica. Definición. Se denomina cianuración dinámica a aquel proceso en el cual tanto el mineral como la solución cianurada se encuentran durante todo el proceso en agitación constante y en ciertos casos a una determinada temperatura superior a la temperatura ambiente. Esta condición del proceso exige que el tamaño de partícula es obvio que este debe ser más pequeño para facilitar la suspensión de la pulpa en el tanque de agitación en condiciones razonables de trabajo. Uno de los métodos de disolución de oro más utilizado en el mundo, es la cianuración por agitación, debido a la elevada velocidad de reacción, las altas recuperaciones de oro obtenidas y porque funciona para una amplia variedad de minerales. En contraposición tiene costos más altos de instalación y operación respecto de los métodos en pilas, por lo que se aplica solo a menas que poseen leyes económicas. La elevada cinética de lixiviación de oro se debe primordialmente a la mejor liberación del oro, producto de una reducción de tamaño mayor. La agitación funciona perfectamente para minerales con tamaños inferiores a 150 μm, u mejor todavía con dimensiones como 45 μm. Tamaños mayores incrementan el desgaste de las paletas de agitación por efecto de la abrasión y existe mayor dificultad de mantenerlos en suspensión. La densidad de pulpa utilizada varía entre 35–50% de sólidos, dependiendo del tamaño de las partículas, la gravedad específica y la presencia de minerales que incrementan la viscosidad de la pulpa, como las arcillas. La cianuración se inicia con la regulación del pH de trabajo entre 9,5 – 11,5, mediante la adición de la cal, previa a la adición de cianuro. Estas adiciones pueden realizarse en el tanque de cianuración o previamente en el molino. 16 Características de la cianuración. La ínfima granulometría del mineral hace que la cinética de la operación sea rápida, debido al desarrollo superficial de la materia prima, y que normalmente, si se emplean las soluciones adecuadas, los rendimientos de extracción del oro sean muy elevados. Las razones para esta rápida cinética de reacción se relacionan con el citado tamaño de partícula del mineral, pero también con las condiciones favorables de transferencia de masa que se genera en un sistema agitado. Bajo estas condiciones los minerales que se van a atacar suelen ser de alta ley o concentrados pues se garantiza la recuperación prácticamente total del metal contenido (casi siempre superior al 95%). Lo anterior, además, conduce a que el alto valor económico del metal que se recupera sea capaz de pagar tanto la energía utilizada en la agitación como el uso de reactivos concentrados de ataque que, a su vez, garantizan los rendimientos elevados a que antes se aducía. Finalmente, en estas condiciones de lixiviación, con minerales ricos, cinética rápida y rendimientos elevados de extracción, las disoluciones fértiles son muy concentradas y aptas para realizar, sin concentración previa, una precipitación del metal, si fuese necesario, por electrólisis. Fig. 3. Tanque agitado de laboratorio donde se lleva a cabo la cianuración dinámica [2] La lixiviación tiene lugar, casi siempre, continuo en series de 3 – 4 tanques con volúmenes muy variables (del orden de 50 a 500 m3 en cada reactor). Adicionalmente, y a diferencia de lo que ocurre en la lixiviación por percolación, es posible calentar el medio de reacción hasta 17 temperaturas cercanas a 60º C con lo que todavía la productividad de estos sistemas de lixiviación aumenta. Cuando se trabajó a temperaturas algo superiores. Se prefiere el uso de reactores a presión (autoclaves) para evitar una excesiva evaporación. En cualquier caso, estos reactores permiten trabajar en condiciones extremas aumentando, además de la temperatura, la presión y haciendo posible, con cinéticas aceptables, el uso de reactivos gaseosos, como por ejemplo el oxígeno, que son poco solubles en las disoluciones acuosas. Este método es el más caro de los que se utilizan en lixiviación en condiciones extremas y por lo sofisticado de los reactores, lo que hace aumentar los gastos de instalación de forma significativa. Evidentemente, la lixiviación con agitación a presión atmosférica es el procedimiento más utilizado a escala industrial. La agitación se realiza bien utilizando medio mecánicos o bien a través de medio neumáticos con inyección de aire. Esta última posibilidad se realiza a escala comercial en los denominados TANQUES PACHUCA en los cuales se establece una circulación ascendente- descendente de la pulpa lo que facilita la reacción de lixiviación. Fig.4. Tanque Pachuca. [7] Estos reactores son tanques cilíndricos con fondo cónico. Incorporan en su interior un tubo coaxial con el propio tanque el cual está abierto en sus extremos. Además, disponen de un 18 inyector de aire que penetra a través de dicho tubo central. De esta manera, la densidad de la pulpa en el interior del tubo es inferior a la que se tienen en el exterior del mismo, lo que provoca una diferencia de presión de fuerza a la pulpa a ascender dentro de dicho tubo, y rebosar en su parte superior, haciendo circular toda la carga del reactor. Además, la calefacción del sistema, hasta un máximo de unos 60-70ºC, es muy sencilla utilizando aportes adecuados de vapor de agua. El reactor es de un diseño extremadamente simple y no tiene partes móviles. La lixiviación dinámica, de manera general, puede realizarse de forma discontinua o en reactores con flujo continuo. Normalmente, la primera situación se prefiere para procesos que tratan materias primas de valor alto que se atacan en pequeños tonelajes, mientras que la segunda situación es preferible para operaciones a gran escala que manejan importantes cantidades de materiales y en donde la automatización es fundamental. Fig. 5. Tanque agitado empleado como reactor para lixiviación [8] Factores que afectan la disolución de oro La cianuración se ve afectada por los siguientes factores: a) Concentración de cianuro La razón de disolución del oro en soluciones cianuradas aumenta linealmente con la concentración de cianuro, hasta que se alcanza o se produce un máximo, más allá del cual un incremento en la concentración de cianuro no aumenta la cantidad de oro disuelto, sino por el contrario tiene un ligero efecto retardante. 19 b) Concentración de oxígeno La concentración de cianuro es relativamente fácil de controlar, no así la del oxígeno, debido a su escasa solubilidad en agua bajo condiciones atmosféricas, a nivel del mar y 25 ºC se puede tener en solución 8,2 mg O2/litro (0.082 g/litro). Por esta razón se dice que la cianuración está controlada por fenómenos de transporte. El cianuro es fácil de adicionar, pero el oxígeno es difícil de controlar en solución. Se ha determinado, con valores experimentales y prácticos, que es adecuado tener una relación [CN-]/ [O2] cercana a 6, para tener la máxima velocidad de disolución de oro. La máxima concentración de oxígeno en la solución podrá ser de 8 mg/l, entonces la máxima razón de disolución del oro sobre condiciones ideales de agitación y aireación pueden tener lugar en soluciones que contengan 0,0098% NaCN (0,098 g/l). c) pH y alcalinidad Para prevenir pérdidas excesivas de cianuro por hidrólisis, el proceso de cianuración se lleva a cabo con valores de pH superiores a 9.4. El efecto del pH en la disolución de oro en valores mayores a 9,5 depende de los minerales que se encuentren como constituyentes de la mena, así como también del álcali empleado para su regulación. En algunos casos, la velocidad de disolución del oro puede disminuir con el incremento del pH, ya que se aumenta la velocidad de las reacciones que interfieren en el proceso. El valor óptimo de pH en el que se debe trabajar deberá ser determinado de acuerdo a las características de cada mineral en particular. En el proceso de cianuración es muy importante considerar que para la disolución del oro, se requiere tener en solución, el ion CN-. Si se opera a un valor de pH menor que 10, el cianuro libre estará en mayor proporción como HCN, que es muy volátil a temperatura ambiente, y genera problemas de salud por inhalación, ya que este es un gas venenoso. En la práctica se debe trabajar con valores de pH superiores a 10.5 para evitar la formación de HCN y favorecer la presencia del ion CN-. d) Área superficial y tamaño del oro La velocidad de disolución del oro es proporcional a la superficie expuesta del oro, la misma que depende del tamaño de la partícula mineral y del grado de liberación del metal precioso. En general, la velocidad de disolución aumenta con el menor tamaño de partícula (mayor liberación de oro). Sin embargo, al decrecer el tamaño de la partícula, se incrementan también las reacciones de competencia de otros elementos, por tanto, se debe encontrar un compromiso entre el tamaño de la partícula, el porcentaje de extracción del oro y el consumo de cianuro. e) Efecto de la agitación La disolución de oro está usualmente controlada por el transporte de masa y depende del espesor de la capa de difusión, por esto si se incrementa la agitación, aumenta la 20 velocidad de disolución, hasta un máximo sobre el cual este efecto ya no tendrá mayores beneficios. f) Constituyentes de la mena o procedentes de otros procesos Ciertos constituyentes de la mena o reactivos de operaciones anteriores pueden ejercer un efecto positivo o negativo sobre las reacciones de cianuración. Así, los reactivos de flotación ejercen un efecto inhibidor sobre dichas reacciones. Los compuestos minerales de la mena, donde se incluyen algunas especies de cobre, hierro, zinc, plomo, arsénico, antimonio, entre otros, consumen cianuro y oxígeno, por consiguiente, se requiere mayor concentración en solución para lograr tasas aceptables de extracción. Las sustancias carbonáceas adsorben el oro disuelto, lo que disminuye la extracción del metal precioso y el material arcilloso genera problemas de recuperación si el oro está asociado directamente a las arcillas en tamaños similares al de ellas, como se ha señalado anteriormente. 2.2.2. Efecto de los sulfuros en la cianuración del oro. Diversos estudios sostienen que la presencia de sulfuros en el mineral que va ha ser sometido a cianuración en una concentración mínima de 0,5 ppm retarda la disolución del oro, ya que forma una capa fina de sulfuro auroso insoluble sobre el oro nativo. Los sulfuros de cobre y de hierro se disuelven fácilmente en el cianuro (reaccionan con el), mientras que los sulfuros de zinc son poco solubles y casi no interfieren en la cianuración del oro. La pirrotina (Fe5S6) es un sulfuro de hierro que se descompone tan fácilmente y reacciona causando un alto consumo de cianuro. La pirrotina es considerada un poderoso reductor de los minerales sulfurosos de hierro. La pirrotina tiene un átomo flojamente sostenido que fácilmente reacciona con el cianuro para formar tiocianato. Fe5S6 + NaCN → NaCNS + 5FeS El sulfuro ferroso se oxida rápidamente a sulfato, el cual reacciona con el cianuro para formar ferrocianuro. FeS + 2O2 → FeSO4 FeSO4 + 6NaCN → Fe(CN)4 -6+ Na2SO4 De esta manera, la pirrotina no solo es cianicida sino que consume el oxígeno de la solución el cual es necesario para la disolución de oro. Por otro lado, la marcasita (FeS2) se descompone más que la pirita y forma cianicidas, es menos estable que la pirrotina. Este es un cianicida dañino en el medio cianurado, la velocidad de descomposición es más rápida que otros minerales piríticos. La marcasita en su estado normal no es atacada por al cianuro. Este mineral se descompone más fácilmente que la pirita y los productos resultantes de la descomposición son fuertemente cianicidas. FeS2 + NaCN → NaCNS + FeS 21 La reacción de los sulfuros metálicos con el cianuro produce tiocianato (SCN-). Entre estas reacciones tenemos las siguientes: FeS2+8CN- →Fe(CN)4 -6 + 2SCN- + 2e FeS + 7CN- → Fe(CN)4 -6 + SCN- + 2e FeS + 4CN- → [Fe(CN)4]2-+ S2- La pirita es el sulfuro más estable, la marcasita pese a tener la misma composición que la pirita es menos estable por tener distinto sistema cristalográfico. De igual modo, los minerales que contienen arsénico pueden interferir en la cianuración, rejalgar (As2S2) y oropimente (As2S3), ambas reaccionan rápidamente con la solución de cianuro e impiden la disolución del oro. También es importante considerar que la arsenopirita (FeAsS) generalmente se oxida muy despacio en la solución aireada de cianuro y tiene muy poco efecto desfavorable sobre la lixiviación del oro. La antimonita (Sb2S3) impide fuertemente la cianuración. Una propuesta para reducir el efecto de estos minerales es la tostación parcial o total de los minerales nocivos; la tostación solo se justifica cuando los valores de oro y plata recuperados son altos. Otra alternativa es el control de la alcalinidad de la solución pH de 10 que se considera como la más favorable, y la adición de agentes aceleradores como sales de plomo. Las sales de plomo realizan por lo menos dos funciones: Precipitar los sulfuros solubles y descomponer los tioarsenitos o tioantimonitos. El sulfuro de plomo precipitado es posteriormente oxidado a tiocianato. Los diversos compuestos de plomo formados como hidróxidos, cianuros, plumbitos, etc., son ligeramente solubles en soluciones alcalinas de cianuro permitiendo adicionalmente precipitar más sulfuro y descomponer más tioarsenitos. La presencia de iones de metales tales como (Fe2+), (Fe3+), (Ni2+), (Cu2+), (Zn2+) y (Mn2+) en la solución lixiviante retarda la cianuración del oro. Hay que tener en cuenta que los sulfuros de hierro no solo se comportan como cianicidas, sino que además consumen oxígeno, lo que retarda también la disolución del oro. El consumo de oxígeno por la pirrotina se expresa en las siguientes reacciones: Fe5S6 + NaCN → NaCNS + 5FeS La pirrotina descompuesta en FeS en soluciones alcalinas produce: FeS + 2OH-→Fe(OH)2 +S2- 2Fe(OH)2 + 0,5O2 + H2O→2Fe(OH)3 Y el ion azufre, al oxidarse también produce tiosulfatos y polisulfuros: 2S2-+2O2 + H2O→ S2O2-+ 2OH- S2-+ H2O → HS-+ OH- 2HS-+ 0,5O2→ S2 -2 + H2O 22 2.3. Marco conceptual. Agente de lixiviación Compuesto químico que se utiliza en los patios para la disolución y recuperación de valores del mineral. Cianuración Método para extraer oro o plata a partir de un mineral triturado o molido, mediante disolución en una solución de cianuro de sodio o potasio. Lixiviación Proceso hidrometalúrgico mediante el cual se realiza la disolución selectiva de los diferentes metales que contiene una mena, por medio de una solución acuosa que contiene un reactivo químico apropiado. Lixiviado Líquido que se forma por la reacción, arrastre o filtrado de los materiales que constituyen los residuos y que contiene en forma disuelta o en suspensión, sustancias que pueden infiltrarse en los suelos o escurrirse fuera de los sitios en los que se depositan los residuos y que puede dar lugar a la contaminación del suelo y de cuerpos de agua, provocando su deterioro y representar un riesgo potencial a la salud humana y de los demás organismos vivos. Lixiviar Tratar una sustancia compleja, como un mineral, con un disolvente adecuado para separar sus partes solubles de las insolubles. 2.4. Estrategia metodológica. Según el tipo esta investigación es aplicada, ya que busca que solucionar un problema técnico, la cuantificación máxima de sulfuros que no afecte el proceso de cianuración del oro. Por su nivel es una investigación explicativa, ya que busca que relacionar la variable concentración de sulfuros con la variable recuperación óptima de oro. Por su diseño la presente investigación es experimental ya que se manipulará la variable independiente para demostrar la hipótesis, es decir, la variable concentración de sulfuros. La población del estudio estuvo conformada por el mineral oxidado de oro que contiene una cierta carga de sulfuros, que se almacenan en las canchas de minerales de las plantas de beneficio de minerales. La muestra estuvo conformada por 20 kg de mineral oxidado de oro con cierta carga de sulfuros que se analizó y se utilizó para las pruebas experimentales de cianuración. Las pruebas de cianuración se llevaron a cabo con muestras a las cuales se le va agregando un determinado porcentaje de sulfuros. Las técnicas empleadas son las analíticas y los instrumentos los ensayos de laboratorio. Los datos obtenidos fueron seleccionados, tabulados, interpretados y discutidos de acuerdo con los datos obtenidos por otros autores. 23 2.5. Desarrollo experimental. Materiales y equipos pHchímetro de mesa con dos electrodos. Balanza analítica con 0,0001 g de exactitud. Buretas de 50 mL Pipetas volumétricas de 10 y 20 mL Botellas de plástico de 3 L Matraces de 500 mL. Horno de secado. Rodillo giratorio para botellas. Molino de bolas. Cuarteador. Bomba de vacío. Secuencia de las pruebas realizadas Preparación de muestras La muestra recolectada (50 Kg) contiene trozos de minerales de diferente tamaño, desde grano muy fino que pasa la malla # 400 hasta de varios decímetros de diámetro, por lo que es preciso llevar a cabo el chancado primero y luego una molienda para disminuir diámetros y poder liberar el oro de la muestra tomada. Muestreo por cuarteo. El mineral pulverizado se mezcla con ayuda de palas en una superficie de cemento, tratando en todo momento que formar un cono con la muestra, mientras se va mezclando, a fin de obtener un material totalmente homogéneo. Una vez formado el cono, con la pala o con una tabla de regular tamaño se procede a achatar el cono para formar una torta redonda vista desde la parte superior. Seguidamente esa torta se divide en cuatro partes iguales (es lo que se denomina cuarteo) tomando de ellas dos partes y desechando las otras dos que están en posición opuestas. Seguidamente se vuelve a juntar las partes seleccionadas, tratando de seguir mezclando y a la vez formando el cono como en el caso anterior y nuevamente se forma la torta y se cuartea, para eliminar dos partes más. Se prosigue de esta manera hasta obtener la cantidad de muestra necesaria para los análisis del mineral y las pruebas de cianuración respectivas. Condiciones para los ensayos de cianuración. Parámetros para la molienda. Para llevar a cabo la molienda se trabajó con un peso de mineral de un kilogramo, al cual se le agregó agua en un volumen de 2000 mL con el fin de obtener un porcentaje de sólidos de aproximadamente 32%. Durante la molienda se agrega la cal para ajustar el pH a un valor de 24 10.5, para lo cual fue necesario agregar un 0,6kg/Tm de óxido de calcio, esta cantidad variará de acuerdo con la cantidad y tipo de sustancias que consumen cianuro que puede haber en el mineral. La malla empleada fue la número 325, a la cual se debe moler un 70% del mineral en más o menos 22 minutos. Parámetros para el ensayo. Las condiciones de operación de lo0s ensayos de cianuración son los que a continuación citamos: - Peso del mineral ensayado: 1000 g. - Relación Mineral:agua: 1:2 - Granulometría: 53 µm - Malla 325 - Porcentaje de moliendabilidad 70% - Porcentaje de sólidos en la pulpa: 31% - Densidad de la pulpa: 1,250 g/mL - pH del proceso: 10,5 – 11,2 - Modificador de pH: Cal (CaO) - Cantidad de CaO: 0,6 Kg/Tm - Velocidad de agitación: 800 rpm - Porcentaje de cianuro: 0,2 a 0,3 % - Ley del mineral: 434 g/Tm - Oxígeno disuelto: 8,00 ppm. - Tiempo de agitación: 48 horas. Las pruebas se llevaron a cabo bajo agitación continua, propiciada por un sistema de rodillos con un motor de 0,5 HP, que rotan en sentido horario, permitiendo que las botellas estén en continuo movimiento durante los ensayos. Cianuración en botella. Las pruebas se llevaron a cabo en botellas plásticas de 3 000 mL de capacidad, las cuales se llenaron con el mineral y el agua en una relación de 1:2, agregándole 0,25 de cianuro de sodio. Previamente se codificaron las botellas (ejemplo: M-01, M–02, etc)., y se rotularon con el peso total del contenido de la botella. Luego de esto se colocan en el rodillo y se regula la velocidad y se deja allí por dos días, debiendo mantener una vigilancia continua, a fin de evitar algún inconveniente durante el ensayo. El mineral empleado en la prueba es el que ha pasado por malla # 325, al cual se le ha adicionado la cantidad adecuada de cal (0,6 kg/Tm) y de cianuro de sodio (NaCN) en un porcentaje de 25 0,25%. Esta prueba permitirá predecir el nivel de recuperación de oro; ya que en las primeras 24 horas debe de darme un 50% de recuperación del oro. Se han utilizado un total de seis muestras en las cuales se puso el mineral aurífero en una matriz de cuarzo y óxidos de hierro y en cada una de ellas se adicionó mineral sulfuroso en pequeños porcentajes: 0,5%, 0,7% 0,9%, 1,2% y 1,5%, además de una botella sin sulfuro. Las características del mineral usado son de una granulometría malla # 325, que pasa un 70%. Para establecer la fuerza del cianuro libre presente en las botellas se realizaron controles cada 4, 12, 24, 36 y 48 horas, en donde se tomaban muestras para realizar la titulación respectiva. Así mismo se tomaban muestras que luego de ser filtradas se analizaban para determinar el porcentaje de recuperación en oro. En cada uno de los controles se procedió de la siguiente manera y se realizaron los siguientes ensayos: - Análisis de oro, para lo cual se toman 10mL de solución rica, se filtra y analiza. - Análisis del cianuro libre. Se toma una muestra de 10mL y se titula con nitrato de plata usando rodamina como indicador. Este ensayo me permite hacer el cálculo correspondiente para saber que cantidad de cianuro se debe agregar para mantener el porcentaje adecuado de este reactivo (0,25%) en la botella y así lograr buenos resultados de recuperación de oro. - Con ayuda de un potenciómetro se determina el pH de la solución, empleando para ello cualquiera de las muestras extraídas, previo al análisis correspondiente. Esta medición me permite restablecer el pH adecuado que debe estar entre 11 y 11,2. Al concluir la prueba, se filtra la solución rica, para hacer el correspondiente análisis por la prueba Chiddey, mientras que el relave (material sólido) se retira, se lava y seca para luego pulverizarlo y analizar el oro residual que puede haber quedado en él. Análisis del mineral. Antes de realizar los ensayos de cianuración con las muestras minerales, el mineral es analizado químicamente para determinar su composición, dichos análisis se hicieron por la vía clásica, para determinar el porcentaje de los principales componentes. Los métodos de análisis empleados fueron los siguientes: a) Determinación de FeO. b) Determinación del cobre. c) Plomo - método del molibdato de amonio. d) Plata- método de escorificación y copelación. e) Oro – método de la mufla eléctrica. f) Azufre en minerales. g) Sílice. h) Hierro. i) Oxido de calcio. 26 j) Aluminio. MUESTREO. El mineral de oro empleado para realizar la parte experimental de la tesis, se tomaron de la cancha de minerales de la planta “Mercurio”, situada aproximadamente a 40 Km al sur de la ciudad de Nasca en el distrito de Vista Alegre, Provincia de Nasca, Departamento de Ica. Esta planta cuenta con un circuito de cianuración. El mineral muestreado contiene además de oro y plata, diversas especies mineralógicas y compuestos inorgánicos. Entre los cuales prevalecen los minerales de cobre, tanto oxidados como los sulfuros. La muestra total peso 50 Kg se colocaron 10 kg en cada uno de los cinco sacos de rafia destinados para ello. Las muestras fueron escogidas manualmente para incluir en ellas los compuestos de cobre y a la vez recolectar mineral aurífero. TRATAMIENTO DE LAS MUESTRAS PARA EL ANÁLISIS. Las muestras recolectadas se llevaron al laboratorio de la planta, donde se sometió a conminución hasta malla # 325. Mediante estas operaciones y el tamizado se ha obtenido un material de granulometría uniforme. Para uniformizar todo el material se llevó a cabo la remolienda. TOMA DE LA MUESTRA REPRESENTATIVA. Pulverizado todo el mineral, se procedió a seleccionar la muestra representativa, mediante el método del cuarteo. Para ello se procedió de la siguiente manera: El material se mezcla para posteriormente apilarlo a la forma de un cono. Este se aplasta y se divide con una pala o espátula en forma de cruz (4 partes iguales). Se retiran 2 cuartos opuestos y los otros 2 restantes, que forman la nueva muestra, se vuelven a mezclar y el proceso se repite varias veces hasta obtener el tamaño apropiado de muestra. Para ello se tomó una muestra de 1000 g, se forma un cono, el que se divide en 4 partes, después de aplastarlo; De las 4 partes, se descartan 2 opuestas, y las otras 2 pasan a constituir la base de la nueva muestra. Con la nueva muestra, se forma otro cono, y se repite el procedimiento hasta obtener una muestra de 200 g ANÁLISIS DEL MINERAL. Previo al desarrollo de las experiencias propias de la tesis, el mineral es analizado químicamente para determinar su composición, dichos análisis se hicieron por la vía clásica, para determinar el porcentaje de los principales componentes: Cu, Fe, Pb, Zn, Al, y la ley de Au y Ag que se expresa en g/tn. Materiales - Mineral - Tanque agitado - Agua destilada - Vaso de precipitado 27 - Pizeta - Probeta - Bureta - Mallas: +200 - Espátula - Balde - Papel de filtro - Pipeta - Embudo Equipos - Agitador mecánico-eléctrico. - Reactor - pHmetro y - Balanza Fig. 6. Agitador de paletas para laboratorio [5] 28 Fig. 7. Medidor de pH de mesa [5] Fig. 8. Soluciones buffer para calibrar el pHchímetro [5] Reactivos requeridos para pruebas - Cal - Cianuro de sodio - Nitrato de plata. - Fenolftaleína. - Yoduro de potasio Cianuración por agitación: Se realizaron las pruebas de cianuración dinámica, las cuales se basan en el principio básico del proceso metalúrgico mencionado durante diferentes períodos de tiempo en contacto, que mencionamos a continuación: 29 Condiciones de las pruebas de cianuración por agitación Nº1: Pruebas de cianuración de dos horas Para la presente prueba, se emplearon las muestras de mineral con los siguientes parámetros y variables de operación: Peso de mineral: 1000 g Volumen de agua: 3 000 mL Peso de cal: 20 g Peso de cianuro de sodio: 2,5 g Relación L/S: 3000/1000 3/1 pH inicial de la muestra: 11.0 Velocidad de agitación: 500 rpm Con ello se obtuvo la mezcla necesaria para poderse llevar a cabo la cianuración por agitación. a. Pruebas químicas. En el laboratorio químico se realizaron las siguientes pruebas: Preparación de reactivos para determinar el consumo de cal y cianuro Se procedió a preparar reactivos para realizar la determinación del consumo de cal y de cianuro libre, que se empleó durante la cianuración por agitación del mineral Preparación de reactivos para determinar el consumo de cal i) Preparación de ácido oxálico: 5,63 g de ácido oxálico se disuelve en un litro de agua destilada. ii) Preparación de fenolftaleína: 1 g de fenolftaleína se disuelve en 100 mL de alcohol. iii) Determinación de consumo de cal: %Cal = (Volumen gastado de Ácido Oxálico) /100 Preparación de reactivos para determinar el consumo de cianuro i) Preparación de yoduro de potasio: Se pesó 3 g de KI y se diluyó en 100 ml de agua destilada. ii) Preparación de solución de nitrato de plata: Se pesó 4.3 g de AgNO3 y se diluyó en un litro de agua destilada. iii) Determinación de consumo de cianuro %NaCN = (Vol. Gastado de AgNO3)/100 b. Granulometría. La cianuración con agitación requiere de mineral de una granulometría muy fina, a fin de que el proceso se desarrolle con rapidez y eficiencia. Los sólidos de pequeños tamaños se separan generalmente de acuerdo con un análisis granulométrico. Este análisis para el mineral que hemos utilizado se efectuó colocando una muestra del mismo, sobre el tamiz de mayor apertura de malla de una serie de ellos. Por debajo de 30 este tamiz se colocaron los restantes de la serie por orden decreciente de tamaño de mallas. La columna de tamices, con la muestra sobre el superior, se colocó en el sacudidor universal y se sacudió durante 20 minutos, para luego recoger y pesar el material que es retenido en cada uno de los tamices de la serie. Para el ensayo se escogieron mallas, cuyos números en la escala Tyler, van desde 6 hasta 200, y sus datos son: Tabla 2.1 Datos de los tamices empleados según la escala tyler Número de malla, serie Tyler Apertura de malla en micrones Tamaño medio de la partícula, micrones 6 8 10 14 20 28 35 48 65 100 150 200 230 270 325 3,327 2,362 1,651 1,168 833 589 417 295 208 147 104 74 63 53 44 3,657 2,845 2,006 1,410 1,000 711 503 356 252 178 126 89 63 54 45 El resultado de los ensayos nos indica que cuanto más fina es la partícula de mineral, la recuperación del oro es más eficiente. 31 Fig. 9. Tamices para la clasificación de partículas [7] e. Velocidad de agitación. Considerando que el sólido a emplear es fino y la solución cianurante no es viscosa, entonces la mezcla se puede suspender mediante agitación, empleando para ello un agitador de paletas planas con eje flexible, accionado por un motor regulable. Los ensayos referentes a las velocidades de agitación que se requieren para lograr una extracción óptima del oro se consideraron dentro de un límite comprendido entre 500 y 1000 rpm, intervalo de agitación que permite una suspensión adecuada de la mezcla. Los ensayos indicaron que el rpm más eficiente es la de 500 revoluciones por minuto. f. Tiempo de cianuración. Durante la cianuración es preciso controlar el tiempo que dura el proceso, para poder establecer el tiempo límite económico, es decir, el tiempo aquel en el cual se va extraer el máximo porcentaje de cobre, conservando la rentabilidad. Para estos ensayos se consideraron tiempos desde las 12 horas, hasta las 48 horas. Habiéndose comprobado que el tiempo adecuado es de 48 horas, bajo las condiciones óptimas del proceso. 32 III. RESULTADOS 3.1. Resultados del análisis del mineral. Tabla 3.1 Análisis mineralógico de la muestra Componente Resultado Hematita + Magnetita ++ Cuarzo +++ Limonita + Azurita + Malaquita + Oro ++ Fuente: Datos experimentales. La tabla 3.1 muestra los resultados del análisis mineralógico de la muestra de mineral aurífero, en la cual se puede observar que este es un mineral oxidado básicamente en el cual hay presencia de oro y cuarzo. Además, hay óxidos de hierro y de cobre. 33 Tabla 3.2 Análisis químico del mineral Componentes Concentración Hierro, % 3,5 Cobre, % 2,7 Silicio, % 11,2 Oro, g/Tm 434 Azufre, % 0,6 Fuente: Datos experimentales. La tabla 3.2 muestra los resultados del análisis químico de la muestra mineral. Se puede observar que la mayor concentración corresponde a la sílice que está presente como cuarzo y que el reporte indica un 11,2%, seguidamente el hierro (3,5%) y el cobre (2,7%), el oro se ha determinado que se encuentra en una concentración de 434 g/tn, mientras que se ha detectado una pequeña cantidad de sulfuros (0,6%). 34 Tabla 3.3 Determinación de la granulometría del mineral Granulometría, malla # Au recuperado, mg 100 280 120 314 140 331 170 354 200 372 230 401 270 418 325 431 400 431 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg. Velocidad de agitación: 800 rpm pH de la pulpa: 11,6 La tabla 3.3 muestra los resultados de las pruebas realizadas con el mineral a diferentes granulometrías, como se puede observar conforme disminuye el diámetro de la partícula aumenta la recuperación del oro, con la malla # 325 se logró recuperar 431 mg de oro del total presente en la muestra (434 mg) mediante la flotación. 35 Tabla 3.4 Determinación de la velocidad de agitación Velocidad de agitación, rpm Au recuperado, mg 500 338 550 355 600 368 650 387 700 405 750 419 800 431 850 431 900 431 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg pH de la pulpa: 11,6 Granulometría del mineral: Malla # 325. La tabla 3.4 muestra los resultados de los ensayos realizados para determinar la velocidad de agitación que debe imprimirle a la botella para lograr una extracción eficiente del oro. Como se observa se requiere de 800 rpm para lograr extraer casi todo el oro de la muestras, es decir los 434 mg. 36 Tabla 3.5 Determinación del tiempo de lixiviación Tiempo de lixiviación, horas Au recuperado, mg 6 129 12 268 18 309 24 325 30 352 36 383 42 406 48 431 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg pH de la pulpa: 11,6 Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm La tabla 3.5 muestra los resultados de los ensayos para determinar el tiempo de lixiviación, como se puede observar mediante la cianuración en botella, en constante agitación se ha podido recuperar el oro presente en la muestra en 48 horas. 37 Tabla 3.6 Determinación del pH óptimo para la lixiviación Tiempo de lixiviación, horas Au recuperado, mg 10,0 368 10,2 401 10,4 419 10,6 431 10,8 431 11,0 431 11,2 431 11,4 431 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm La tabla 3.6 muestra los resultados de los ensayos realizados para determinar el pH óptimo de la pulpa durante la cianuración, como vemos a un pH 10,6 se ha podido recuperar el oro presente en la muestra casi en su totalidad. 38 Tabla 3.7 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 0,5%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 429 02 428 03 428 04 429 05 430 PROMEDIO 429 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.7 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 0,5% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos ha reducido mínimamente la recuperación del oro en 2 mg es decir, la recuperación total ha sido de 429 mg 39 Tabla 3.8 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 1,0%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 426 02 426 03 426 04 425 05 424 PROMEDIO 425 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.8 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 1,0% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos en un mayor porcentaje ha reducido aún más la recuperación del oro en 6 mg siendo la recuperación total de 425 mg 40 Tabla 3.9 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 1,5%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 417 02 418 03 417 04 416 05 417 PROMEDIO 417 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.9 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 1,5% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos en un mayor porcentaje ha reducido aún más la recuperación del oro en 14 mg siendo la recuperación total de 417 mg 41 Tabla 3.10 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 2,0%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 405 02 404 03 404 04 405 05 406 PROMEDIO 405 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.10 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 2,0% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos en un mayor porcentaje ha reducido aún más la recuperación del oro en 26 mg siendo la recuperación total de 405 mg 42 Tabla 3.11 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 2,5%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 391 02 392 03 391 04 392 05 393 PROMEDIO 392 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.11 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 2,5% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos en un mayor porcentaje ha reducido aún más la recuperación del oro en 39 mg siendo la recuperación total de 392 mg 43 Tabla 3.12 Resultados de los ensayos de cianuración en presencia de sulfuros (Sulfuros adicionados a la pulpa: 3,0%) Nº de ensayo Au recuperado, mg 01 378 02 378 03 377 04 378 05 378 PROMEDIO 378 Fuente: Datos experimentales. Concentración inicial de oro en la muestra: 434 mg Tiempo de lixiviación: 48 horas Granulometría del mineral: Malla # 325. Velocidad de agitación: 800 rpm pH: 10,6 En la tabla 3.12 se muestra el resultado promedio de cinco ensayos realizados con una muestra a la cual se le adicionó 3,0% de mineral sulfuroso para estudiar el comportamiento de la cianuración bajo esas condiciones. Como se observa, la presencia de estos compuestos en un mayor porcentaje ha reducido aún más la recuperación del oro en 53 mg siendo la recuperación total de 378 mg 44 Tabla 3.13 Variación del oro recuperado en función al porcentaje de sulfuro dosificado Porcentaje de sulfuro, % Au recuperado, mg Diferencia acumulada, mg 0,0 431 0 0,5 429 2 1,0 425 6 1,5 417 14 2,0 405 26 2,5 392 39 3,0 378 53 Fuente: Datos de las tablas 3.7 – 3.12 La tabla 3.13 muestra la variación en la recuperación del oro conforme aumenta la dosificación de sulfuro en la muestra, como se muestra en la tabla con un aumento de sulfuro hasta un 3,0%, la recuperación de oro disminuye en 53 mg. 45 IV. DISCUSIÓN Las pruebas experimentales que se han desarrollado en la presente tesis se diseñaron de tal manera que primero se hicieron todos los ensayos correspondientes para determinar los parámetros adecuados de la lixiviación con cianuro de sodio de una muestra mineral aurífera que contenía un ínfimo porcentaje de sulfuros como contaminante y que por lo tanto se le puede catalogar como una muestra oxidada. Una vez que se hubieron determinado los parámetros para la recuperación del oro en su totalidad de la muestra oxidada tratada, la cual contenía un total de 434 mg del metal precioso y que por defecto de las pruebas experimentales se logró recuperar un máximo de 431 mg, valor que se ha considerado óptimo; se procedió a dosificar ciertos porcentajes de sulfuros a la muestra del mismo mineral para estudiar su efecto durante la cianuración y el rendimiento en oro que se logra recuperar en cada ensayo. Los parámetros establecidos para la muestra de minerales oxidados conteniendo oro no se modificaron, permanecieron inalterables durante la dosificación de distintos porcentajes de sulfuros, es decir: la granulometría fue de malla # 325, la agitación de 800 rpm, el pH 10,6 y el tiempo de cianuración de 48 horas. A fin de que el peso del mineral utilizado no varíe, se agregó primeramente el peso correspondiente al porcentaje seleccionado de sulfuros y luego se agregó el mineral oxidado hasta completar el kilogramo de muestra. Las pruebas experimentales han demostrado que los sulfuros (o los minerales sulfurosos) presentes en una muestra (o en una carga mineral) que se va a cianurar, si afectan el proceso influyendo en la recuperación del oro el cual disminuye conforme aumenta el porcentaje de sulfuros. Tal como se muestra en las tablas correspondientes, un 0,5% de sulfuros, disminuyen en 2 mg la recuperación del oro, ya que solo se obtiene 429 mg. El aumento en este porcentaje hasta un 3,0% disminuye la recuperación del oro en 53 mg, lo que quiere decir que se logra recuperar solo 378 mg de los 431 mg de oro que contiene la muestra. Esta disminución en la recuperación del oro puede deberse a dos factores: uno de ellos, el consumo de cianuro por parte de los sulfuros en los cuales es soluble y por lo tanto no alcanza cianuro de sodio para remover todo el oro de la muestra. Y la otra razón los sulfuros interfieren en las reacciones de cianuración impidiendo que el oro nativo entre en reacción con el cianuro. 46 V. CONCLUSIONES 1. Experimentalmente se ha podido determinar que los sulfuros o minerales sulfurosos que se encuentren en los minerales oxidados influyen negativamente en la recuperación del oro mediante la lixiviación con cianuro de sodio, ya que estos compuestos consumen cianuro (reaccionan con el cianuro) 2. Se ha determinado que concentraciones mayores del 1,0% de sulfuros afecta el proceso de cianuración de minerales auríferos. Cantidades inferiores a este porcentaje, con los cuidados pertinentes se puede llevar a cabo la lixiviación con cianuro de mineral aurífero. 3. Experimentalmente se ha comprobado que, si en el mineral a lixiviar hay cianicidas (metales o compuestos de metales que reaccionan con el cianuro), entonces el gasto de cianuro será mayor afectando económicamente el proceso. 47 VI. RECOMENDACIONES 1. Se recomienda someter a flotación previa al mineral que contiene sulfuros o en su defecto propiciar un tratamiento previo para neutralizar o eliminar su efecto durante la cianuración del mineral. 2. Se recomienda hacer un previo análisis químico al mineral que va a entrar al proceso a fin de establecer cuál es su composición y a partir de ello diseñar el procedimiento al cual se va a someter al mineral. 48 VII. FUENTES DE INFORMACIÓN. Rodríguez, F. (2019) "Introducción a la lixiviación de minerales de cobre". Lima-Perú. revista del instituto de investigaciones - Fgmmcg – UNMSM volumen 2, N°3, pág. 50 – 79. Ballester, A. (2015) “Metalurgia Extractiva” Editorial Síntesis, S.A. Madrid-España. Bueno, H. (2019) “Procesamiento de Minerales” Impreso en Jauja–Perú. Castro, S. (2018) Curso Panamericano de Metalurgia Extractiva, Programa Regional de la OEA, Departamento de Ingeniera Metalúrgica Universidad de Concepción, Fundamentos Físico Químicos de la Flotación. Douglas, M. (2017) “Diseño y Análisis de Experimentos”, Editorial Iberoamérica, Capítulos 9, 10, 11. Páginas 270, 319 y 335. Gutiérrez, H. (2017) “Análisis y Diseño de Experimentos” Editorial Caz prensa Digital, S.A.México. Henley, K. (2019) Gold ore mineralogy and its relation metallugical treatment minerals sc. Enc volumen 4 USA Linares, N. (2019) “Procesamiento de minerales” Tacna. Perú MC Donald, H. (2018) Alluvial mining. Editorial Chapman & hall, London Ojeda, M. (2016) “Recuperación de metales preciosos provenientes de presa de jales” Instituto de Metalurgia, Universidad Autónoma de San Luis Potosí San Luis Potosí, S.L.P., México. Rivera, J. (2019) “Compendio de Conminución” Editorial UNMSM, Lima – Perú. Tobón, C. (2020) “Estudio de la Hidrofobicidad de Oro Nativo y su Efecto en la Flotación Espumante Directa” Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, Departamento de Materiales Medellín, Colombia Ventura, H. (2017) “Metalurgia del cobre” segunda edición. Editorial San Marcos. Lima-Perú. 49 ANEXOS MÉTODOS DE ANÁLISIS DE MINERALES 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66