Procesamiento por gravedad de minerales auríferos

30 de abril de 2020

Actualmente, la concentración gravitacional del oro es bastante utilizada en las fábricas de extracción de oro en todos los países del mundo, incluidos aquellos que son los principales productores de este metal.

Según la naturaleza de las materias primas procesadas, estas fábricas se dividen en 3 grupos:

minerales de cuarzo y sulfuro de cuarzo que contienen metales preciosos principalmente en forma soluble en cianuro;
minerales de pirita y arsénico-pirita resistentes a la cianuración con oro fino en sulfuros, así como minerales que contienen sustancia carbonosa con actividad de sorción;
minerales complejos que contienen, junto con oro y plata, metales pesados ​​no ferrosos (cobre, plomo, zinc, antimonio), así como uranio.
Dentro de cada grupo, se determina el número de empresas que utilizan los procesos de enriquecimiento por gravedad, flotación y cianuración (Tablas 1, 2).

Tabla 1. Alcance de las aplicaciones de gravedad, flotación y cianuración

Indicadores de nombre Grupos de empresas Empresas
simples Empresas persistentes Empresas integrales Total
Número total de empresas 142 53 44 239
Incluye el número de empresas que aplican:
gravedad 42 17 19 78
flotación 26 36 43 106
cianuración 137 47 25 209
Tabla 2. Beneficio de minerales por gravedad

Denominación de indicadores Grupos de empresas
Minerales simples Minerales persistentes Minerales complejos Total
Número de empresas que utilizan enriquecimiento por gravedad 42 17 19 78
Incluyendo:como únicodel proceso tecnológico 1 — — 1
en combinación con cianuración 23 — — 23
en combinación con flotación(sin cianuración) 2 3 5 10
en combinación con un dispositivo de flotaciónenriquecimiento y cianuración 16 14 14 44
Procesamiento por gravedad de minerales auríferos —

Más de 1/3 de las empresas lo practican, pero la gravedad apenas se utiliza sin combinarla con otros procesos.

En los últimos años se han producido grandes avances en la tecnología de procesamiento por gravedad de minerales de oro. Esto se manifiesta, en primer lugar, en la creación de nuevos dispositivos capaces de extraer no solo partículas grandes, sino también muy pequeñas de oro metálico liberado durante la molienda del mineral, como los concentradores centrífugos y las máquinas de jigging centrífugo, en las que la intensidad de separación de partículas de oro y otros minerales con una densidad de grano menor aumenta muchas veces.

En la gran mayoría de los casos, se utiliza la gravedad en combinación con la cianuración, la flotación o ambas. Para los minerales simples, los esquemas más típicos son el enriquecimiento por gravedad y flotación por gravedad con cianuración de los relaves de flotación y, en algunos casos, concentrados por gravedad. El objetivo principal de la gravedad en estas variantes es la eliminación del oro libre grueso del mineral en productos (concentrados) procesados ​​en un ciclo metalúrgico separado del grueso del mineral.

Además de aumentar la recuperación total de oro (generalmente entre un 2 y un 4%), esto evita o al menos reduce significativamente la acumulación de oro en las máquinas de molienda y mezcla.

La flotación, al igual que el enriquecimiento por gravedad, se refiere a métodos de enriquecimiento mecánico, en los que la concentración y separación de los componentes minerales se lleva a cabo sin alterar su estructura cristalina ni su composición química. Estos métodos también pueden incluir separaciones magnéticas, eléctricas y radiométricas (incluida la clasificación fotométrica), separación de minerales por forma y tamaño de partícula, adhesión selectiva (atrapamiento con superficies pegajosas) y algunos otros procesos. Sin embargo, a diferencia de los métodos enumerados anteriormente, incluidos los métodos de gravedad, la flotación se basa en el uso de reactivos químicos que realizan una variedad de funciones.

El enriquecimiento por flotación, que generalmente se realiza en medio acuoso, se basa en el principio de conferir a los granos del componente extraído propiedades hidrófobas, de modo que no sean humedecidos por el agua y sean «empujados» hasta el límite de las fases líquida y gaseosa, incluso si la densidad de estos granos es muchas veces mayor que la densidad del agua.

La hidrofobicidad de los granos minerales se consigue mediante reactivos colectores (colectores) introducidos en la suspensión y fijados en la superficie de las partículas extraídas, como los sulfuros. El proceso de separación de estos últimos del resto de la masa mineral («relaves» de flotación) se intensifica mediante la aireación de la pulpa con aire, utilizando agentes espumantes especiales y reactivos que deprimen la flotación de los minerales de roca estéril, así como regulando el índice de hidrógeno (pH), es decir, creando un ambiente de pulpa ácido, alcalino o neutro.

Gracias a la amplísima gama de reactivos de flotación, cuyo número total es de unos 6-8 mil, es posible concentrar prácticamente cualquier mineral mediante flotación. Sobre la misma base, se han desarrollado los principios y métodos de separación (selección) de diversas mezclas minerales para producir productos individuales (concentrados) que cumplan con los requisitos del mercado y las condiciones para su posterior uso o procesamiento químico y metalúrgico. En este sentido, la flotación, como método de enriquecimiento mecánico de materias primas minerales, tiene grandes posibilidades, lo que conduce a su uso generalizado en diversas industrias, incluida la metalurgia ferrosa y no ferrosa, la industria del carbón, en la producción de diamantes, fósforo, grafito, barita, magnesita, arcillas de carbón puro y otros productos minerales. Actualmente, más de $ 2 mil millones se procesan anualmente por flotación. t de minerales, y esta es la mejor característica de este proceso tecnológico.

La flotación desempeña un papel bastante importante en el enriquecimiento del mineral de oro. Sin embargo, esto tiene en cuenta una circunstancia importante que distingue la posibilidad de flotación de minerales auríferos de la mayoría de los minerales de metales no ferrosos. Estos últimos se caracterizan por una clara separación de los principales procesos tecnológicos: preparación del mineral y procesamiento metalúrgico de concentrados. Estas etapas se llevan a cabo en empresas separadas (plantas de procesamiento, plantas metalúrgicas), que a menudo forman parte de varias asociaciones de producción. Al mismo tiempo, la gran mayoría de las fábricas de extracción de oro operan según esquemas con un ciclo completo de procesamiento del mineral hasta el producto final comercializable: lingotes de oro (aleación Dore). Por esta razón, el procesamiento del mineral en las empresas mineras de oro generalmente se lleva a cabo según esquemas combinados que combinan operaciones de enriquecimiento por flotación por gravedad con cianuración y otras operaciones químicas y metalúrgicas (fusión, tostación, oxidación en autoclave o bioquímica, etc.).

Procesamiento de minerales por flotación en plantas de extracción de oro

Denominación de indicadores Grupos de empresas Minerales
simples Minerales persistentes Minerales complejos Total
Número total de empresas analizadas 142 53 44 239
De éstas, se utiliza el enriquecimiento por flotación 26 36 43 105
incluyendo:como proceso tecnológico único — 3 13 16
combinado con cianuración y gravedad 26 33 30 89
Según la actividad de flotación en los minerales, los minerales auríferos se pueden ordenar en la siguiente secuencia (en orden descendente)::

— agregados de oro metálico con sulfuros de hierro (pirita, arsenopirita) y sulfuros de metales pesados ​​no ferrosos (calcopirita, galena, etc.);

— en realidad son sulfuros que contienen oro, en los que el oro está presente en forma de finas inclusiones metálicas;

— granos libres de oro y aleaciones naturales de oro y plata (electro, kyustelita, etc.)

El mayor efecto del uso de la flotación se obtiene en la extracción de oro de minerales con mineralización predominantemente de sulfuro. Para los minerales auríferos oxidados, la flotación se utiliza muy raramente, ya que no proporciona indicadores satisfactorios de extracción de metal en concentrados, que es muy inferior al proceso de cianuración directa del mineral. Sin embargo, el uso de la flotación es muy útil en el proceso de estudios mineralógicos para aislar granos finos de oro libre de minerales oxidados para su posterior examen microscópico con el fin de establecer la finura y la morfología de los granos de oro. Como regla general, el proceso de flotación de minerales auríferos se lleva a cabo en un medio ligeramente alcalino (pH = 7-9). Para crear dicho ambiente, se utiliza sosa o cal (esta última se usa con menos frecuencia, ya que tiene una propiedad depresora débilmente expresada en relación con la pirita que contiene oro y, en cierta medida, con el oro nativo).

Como colectores se utilizan xantogenatos de etilo o butilo. Como agente espumante se suele utilizar aceite de pino o cresol. Para activar la pirita se añade sulfato de cobre a la pulpa (durante la molienda).

La depresión de los minerales de desecho, incluidas las arcillas, se produce mediante silicato y (con menor frecuencia) sulfuro de sodio. Este último también se utiliza para sulfurar la superficie de partículas de minerales oxidados (malaquita, azurita, cerusita, anglesita, smithsonita, etc.) con el fin de darles actividad de flotación.

Para la flotación de minerales que contienen oro y plata, dependiendo de su composición material, se utilizan una variedad de dispositivos: flotadores mecánicos de múltiples cámaras, neumomecánicos, neumáticos, así como flotadores de gran volumen (de cuba). En los últimos años, en varias empresas mineras de oro se han desarrollado y funcionan con éxito columnas de flotación diseñadas para el enriquecimiento de minerales finamente molidos y limosos para la concentración de oro nativo y sulfuros de grano grueso que contienen oro en ciclos de molienda de mineral. La flotación instantánea se considera una alternativa a los métodos de gravedad para extraer oro de minerales «recién molidos» y se utiliza de manera efectiva en las fábricas.

En muy raras ocasiones se utiliza la flotación como único proceso tecnológico. Se trata principalmente de empresas que procesan minerales complejos que, junto con el oro y la plata, contienen otros metales no ferrosos (cobre, plomo, zinc, antimonio) en concentraciones y formas minerales que permiten la posibilidad y viabilidad económica de la extracción asociada de estos metales en productos líquidos comercializables. La implementación de la flotación en un modo reactivo especial permite aislar concentrados de cobre, plomo, zinc y antimonio de composición estándar de los minerales auríferos, que se envían para su posterior procesamiento a plantas metalúrgicas especializadas. Una parte significativa de los metales preciosos presentes en la materia prima también pasa a estos concentrados durante la flotación. Las posibilidades de su posterior extracción están determinadas por la tecnología de la producción metalúrgica principal.

La principal estrategia de las empresas mineras de oro que se dedican al procesamiento complejo de minerales polimetálicos, además de obtener concentrados acondicionados de metales no ferrosos durante la flotación, es asegurar la máxima extracción posible de oro en el sitio mediante otros procesos tecnológicos, en particular el enriquecimiento por gravedad y la cianuración. Este tipo de tecnología combinada de gravedad-flotación-cianuración en el procesamiento de minerales complejos es practicada por la mayoría de las empresas.

Los objetos favorables para el uso de la flotación son minerales tecnológicamente resistentes, donde el oro está estrechamente asociado con sulfuros de hierro y no se puede extraer por cianuración sin utilizar procesos preparatorios bastante complejos y costosos: tostación oxidativa, autoclave u oxidación bioquímica de sulfuros.

La flotación permite no sólo concentrar sulfuros auríferos (pirita, arsenopirita) en un pequeño volumen de concentrado enviado para el procesamiento metalúrgico, sino también separar estos sulfuros, por ejemplo, pirita y arsenopirita, o piritas de diferente generación, que difieren en el contenido de oro.

Como una de las opciones, el enriquecimiento de minerales pobres en oro (Ai 2,2 g/t) se lleva a cabo mediante una tecnología combinada de flotación por gravedad. En el proceso de flotación, se utiliza un activador especial de oro metálico y agregados de oro con pirita. En combinación con amyl xantogenate de potasio (colector de pirita) y dióxido de carbono introducido en la pulpa para mantener un valor de pH óptimo de 8,4-8,6, el reactivo permite extraer el 85% de oro en el concentrado mientras se conserva alrededor del 75% de pirita en los relaves de flotación, representados principalmente por fracciones que no contienen oro. Teniendo en cuenta la gravedad, la extracción total de oro en concentrados en la planta es más del 90%, con la salida de concentrados solo el 1,9% del mineral.

Al procesar minerales de sulfuro carbonoso, la mejora de la calidad y la reducción del rendimiento de los concentrados que contienen oro se logra mediante la eliminación por flotación preliminar de las fracciones de carbón que se pueden desechar en términos de contenido de oro del mineral, o mediante la flotación secuencial de carbono y sulfuros con una selección cuidadosa del régimen de reactivos en cada etapa.

En caso de presencia simultánea de oro persistente (en sulfuros) y fácilmente cianizable en los minerales, el enriquecimiento por flotación se complementa con una operación de cianuración, a la que se someten los minerales iniciales antes de la flotación o los relaves del enriquecimiento por flotación. Los concentrados de pirita y arsenopirita obtenidos durante la flotación también se procesan in situ mediante cianuración, pero sólo después de una apertura química, termoquímica o bioquímica preliminar de los sulfuros que contienen oro.

En las empresas que procesan minerales de composición simple con oro relativamente fácil de cianurar, la flotación se utiliza solo si proporciona relaves de oro que se vierten en el oro y si el costo del procesamiento hidrometalúrgico se reduce significativamente, ya que no toda la masa de mineral se somete a cianuración, sino solo los concentrados de flotación.

La flotación se ha convertido en un proceso extremadamente diverso en términos de reactivos utilizados y diseño de hardware, lo que permite que se utilice mucho más ampliamente que antes, incluso en minerales pobres y complejos. Gracias a la flotación, es posible aumentar la extracción de oro y garantizar una rentabilidad aceptable del desarrollo del yacimiento. Al mismo tiempo, la naturaleza multivariante del proceso requiere estudios de laboratorio y tecnológicos versátiles y exhaustivos de los minerales, así como una amplia experiencia y conocimiento para encontrar exactamente la opción que proporcione el mejor efecto para las condiciones específicas.

La base de la tecnología moderna para extraer oro y plata de los yacimientos autóctonos es la cianuración, que consiste en la lixiviación selectiva de metales preciosos con soluciones acuosas de cianuros alcalinos: sodio, potasio y calcio. Luego, los metales disueltos se separan de las soluciones mediante diversos métodos para finalmente obtener productos comercializables de alta calidad: lingotes de metal (metal Dore), que se envían a las refinerías. En algunos casos, el oro y la plata se refinan directamente en el lugar, es decir, en las condiciones de una empresa minera de oro.

Cabe señalar que, en el pasado, la cianuración de concentrados de gravedad que contienen partículas grandes de oro y otros minerales pesados ​​(en particular, sulfuros) en aparatos de tipo tanque (agitadores mecánicos y neumomecánicos) se consideraba inaceptable debido a la baja velocidad de disolución del oro y las dificultades para mantener la suspensión en estado de suspensión, lo que provocaba la sedimentación de las fracciones pesadas en los dispositivos móviles inferiores. En la actualidad, estos problemas se solucionan mediante el uso de mezcladores de tambor horizontales, así como dispositivos con circulación forzada de soluciones de cianuro y reactores cónicos. Estos dispositivos permiten procesar gravioconcentrados que contienen oro con casi cualquier característica granulométrica mediante cianuración. De este modo, la tecnología tradicional de concentración de oro por gravedad con refinación profunda de concentrados primarios hasta obtener «cabezas de oro» ricas adecuadas para la fundición en aleaciones de oro y plata (metal Dore) se complementa con un método alternativo de procesamiento hidrometalúrgico de concentrados con un contenido moderado de metal, después de su limpieza una o dos veces en mesas de concentración u otros dispositivos de acabado.

La efectividad de esta opción aumenta aún más si no sólo se someten a cianuración los gravioconcentrados, sino también los relaves del enriquecimiento del mineral por gravedad (utilizando un modo de lixiviación más «suave»), ya que en este caso es posible dirigir los residuos sólidos del ciclo del «concentrado» al proceso hidrometalúrgico general con el resultado final de un único producto comercial.

La historia de la industria minera y metalúrgica mundial probablemente no conoce otros ejemplos de un desarrollo y perfeccionamiento tan dinámico de los procesos tecnológicos, como la lixiviación del oro con cianuro. Así lo demuestran, por ejemplo, las siguientes cifras. El proceso de cianuración fue patentado en octubre de 1887. Al año siguiente, 1888, se creó una planta semiindustrial de demostración y en 1889 se construyó la primera fábrica del mundo con cianuración de minerales auríferos. Un año después, se puso en funcionamiento la segunda planta industrial de cianuración, donde la producción de oro aumentó de 9 kg (1890) a 9 toneladas (1893) en 4 años, es decir, mil veces. El rápido desarrollo posterior de la tecnología de cianuración condujo a que este proceso ocupara muy pronto un lugar destacado en la producción mundial total de oro a partir de materias primas minerales, que en 110 años (1890-2000) aumentó de 200 a 2500 toneladas por año. En los últimos 20 años, la cianuración se ha utilizado para extraer el 92% del oro de los minerales de los yacimientos autóctonos del mundo (el 8% restante corresponde al metal extraído simultáneamente de los minerales de metales no ferrosos pesados: cobre, plomo, antimonio, etc.).

Las ventajas tecnológicas de la cianuración realizada con soluciones con una concentración muy baja de cianuro (0,3-1 g/l y menos) son, en primer lugar, que se produce en un medio ligeramente alcalino (pH=9,5~11,5) a temperatura normal («ambiente») y presión atmosférica, lo que determina una alta eficiencia económica de la cianuración del mineral de oro.

Un papel importante lo desempeñó el desarrollo del US Bureau of Mine (US BM) en la extracción por adsorción de oro de medios cianurados con carbones activados granulares (1952) y la lixiviación con cianuro en pilas (CW) de minerales en grandes trozos y vertederos de mineral (1969).

La primera empresa comercial de lixiviación en pilas de oro con adsorción de carbón se creó en 1974 en relación con los vertederos de roca que contenían menos de 2,5 g/t de oro, lo que en ese momento hacía que no fuera rentable procesarlos utilizando la tecnología industrial convencional. En los años 80 del siglo pasado, el proceso KB se generalizó enormemente en la industria minera de oro en los Estados Unidos, y luego en otros países. Esto fue facilitado por el último desarrollo de USBM para la aglomeración preliminar de minerales finamente divididos y limosos antes de KB (1979). En Rusia, en los últimos 10 años, se han creado alrededor de 20 empresas industriales que realizan lixiviación en pilas de mineral de oro, con un volumen total de procesamiento de más de 5 millones de toneladas por año.

Por regla general, los minerales de explotación a cielo abierto con un contenido de oro de 0,5 a 1,5 g/t se someten a una lixiviación en pilas, de la que se extrae entre el 50 y el 80% del metal mediante cianuración. Esto garantiza la explotación rentable de la empresa en distintas escalas: de 0,5 a 15 millones de toneladas de mineral al año. A veces se utilizan combinaciones de operaciones de lixiviación en pilas y en presas.

La mayor parte del mineral se somete a lixiviación en pilas después de un triturado preliminar a 65 mm y la aglomeración del mineral triturado con una solución de cal y cianuro. El procesamiento de los minerales pobres (Au inferior a 0,5 g/t) se lleva a cabo sin triturado ni aglomeración mediante lixiviación en presas. La recuperación de oro en soluciones es del 70%, incluido el 80% en la lixiviación en pilas y el 65% en la lixiviación en presas.

Otra forma de mejorar la eficiencia del proceso hidrometalúrgico es integrar las operaciones de lixiviación en pilas y presas con la tecnología de cianuración en fábrica.

El proceso de lixiviación en presas se lleva a cabo en el mineral de tamaño «de fondo de pozo» sin trituración previa. La extracción de oro de las soluciones se lleva a cabo en una instalación separada. Los carbones ricos en oro de ambos ciclos de lixiviación se combinan y se someten a elución utilizando tecnología estándar. La recuperación total de oro es del 90%, incluido el 95% en el ciclo de tecnología de fábrica y el 73% en la lixiviación en presas.

La posibilidad de un procesamiento rentable mediante cianuración de materiales auríferos pobres se confirma por la práctica de las empresas que en años anteriores realizan la extracción adicional de oro de los relaves viejos de enriquecimiento. Esta cuestión, dada su importancia (incluso para la industria minera aurífera rusa), merece una consideración especial en una publicación aparte. Solo cabe señalar aquí que, teniendo en cuenta los costos mínimos para el desarrollo de este tipo de yacimientos de oro «congelados» y la preparación de los relaves viejos para el posterior procesamiento hidrometalúrgico (cianuración mediante tecnología de fábrica), la rentabilidad del proceso está garantizada cuando el oro se extrae a un nivel de 0,4-0,5 g/t de materia prima.

Los objetos de aplicación de la cianuración no son sólo materiales pobres, sino también bastante ricos en oro, en particular, concentrados de flotación y procesamiento de minerales por gravedad.

En cuanto a los concentrados de oro por gravedad, hasta hace poco tiempo se consideraba que el único método aceptable para procesarlos era el refinado profundo (nueva limpieza) con posterior fusión de las «cabezas de oro» resultantes en lingotes de metal. Sin embargo, ahora se han creado dispositivos especiales que permiten lixiviar granos grandes de oro metálico con soluciones de cianuro.

Un importante campo de aplicación del proceso de cianuración es el procesamiento de minerales refractarios y concentrados. Entre ellos se encuentran los materiales que contienen inclusiones de oro dispersas en granos densos e insolubles de sulfuros de hierro en cianuro: pirita y arsenopirita. Durante mucho tiempo se ha estudiado la posibilidad de procesar estos materiales mediante métodos hidrometalúrgicos o pirometalúrgicos «sin cianuro». Sin embargo, no se han obtenido resultados positivos desde el punto de vista económico. Por ello, casi todas las empresas mineras de oro existentes extraen el oro de los minerales resistentes de pirita y arsenopirita (concentrados) mediante el mismo proceso de cianuración, pero sólo después de una apertura adicional mecánica (molienda fina y ultrafina), química (oxidación en autoclave), termoquímica (calcinación) o bioquímica de los sulfuros que contienen oro. Por regla general, estas operaciones preparatorias son mucho más caras que la propia cianuración. Sin embargo, en conjunto garantizan una alta recuperación de oro en los productos finales comercializables y la eficiencia económica general del proceso tecnológico.

La cianuración también juega un papel importante en el procesamiento de minerales de oro complejos que contienen cobre, plomo, antimonio, zinc y otros metales pesados ​​no ferrosos, cuya extracción asociada es tecnológicamente posible y económicamente factible