Concentración de minerales

Definición, fundamentos y justificación

Los procesos de concentración tienen por objetivo enriquecer las menas o especies mineralógicas económicamente útiles de un mineral, mediante eliminación de los componentes estériles, o ganga, y separarlas entre si, si se presentan en asociación, utilizando para ello propiedades físicas características de

los minerales.

La especies .enriquecidas por dichos medios. Físicos, constituyen los concentrados, que serán a su vez materia prima de los procesos químicos en que se producirán los elementos útiles (normalmente metales, pero también materiales no metálicas en forma pura.

El concentrado es por consiguiente, un producto intermedio entre el estado natural del mineral, y el producto puro, utilizable comercialmente. Para separar físicamente la ganga estéril de las menas útiles, y varias menas asociadas entre si, es necesario que las propiedades físicas que presentan las menas y la ganga sean diferentes para los diferentes componentes del mineral, de manera que se establezca una "gradiente" lo suficientemente elevada para asegurar una separación que sea:

a. Cuantitativamente eficiente (i.e. de alto rendimiento o recuperación);

b. Cualitativamente selectiva (o sea, produciendo concentrados limpios y de alto contenido en la mena respectiva); y finalmente

c. Cinéticamente enérgica, para llevar a cabo el proceso en forma rápida y económica en equipos de tipo y dimensiones estándar.

Es obvio que las condiciones (a) y (b) no pueden cumplirse, a menos que las partículas de ganga y menas útiles sean perfectamente liberadas. Sin embargo esta.regla tiene límites, que son tanto de naturaleza física como económica: 

• Por un lado, los materiales demasiado finamente molidos no responden bien a diversos tipos de concentración, como pueden ser: flotación, gravimétricos, magnéticos, etc.
• Por otra parte la molienda fina es cara, y su alto costo puede no justificarse por la extra recuperación.

En la practica en muchos casos los procesos de concentración se llevan a cabo por etapas: ya sea, interponiendo operaciones de conminución y concentración, ya sea empleando varios circuitos de concentración en serie o en paralelo, dedicados específicamente a optimizar recuperación, limpieza y separación de diversas menas útiles.

Ejemplos de tales sistemas se encuentran en los siguientes diagramas de flujo:

En general estas prácticas obedecen a los siguientes principios:

1. Recuperar el mineral en cuanto esta liberado.
2. Reducir las operaciones de comunicación con preferencia a fracciones enriquecidas en especies mineralógicas útiles.
3. Evitar sobre molienda, por razones económicas y metalúrgicas conocidas.
4. Adaptar los parámetros de diseño y operativos de cada etapa especifica de concentración para maximizar su eficiencia.

Propiedades físicas de los minerales y su relación con la operación de separación /concentración a aplicar

Describiremos a continuación a grandes rasgos los procesos de concentración mas empleados en la actualidad, según las propiedades físicas de los componentes de los minerales en que se basan.

1. Peso especifico: 

Concentración gravimétrica, o separación por peso, tiene lugar como etapa de pre concentración en combinación con otras técnicas de concentración o como único método, en jigs, mesas vibratorias, separadores por medios densos, conos o espirales, concentradores centrífugos tipo Knelson ó Falcon, etc.

2. Susceptibilidad magnética:

Separación de minerales Paramagnéticos y altamente magnéticos (o ferromagnéticos), de minerales diamagnéticos (ganga y/o minerales débilmente magnéticos), mediante electroimanes. Los tipos de separadores electromagnéticos comúnmente empleados son: separadores secos, de mediana o alta intensidad; y separadores húmedos de mediana o alta intensidad.

Los separadores secos constan normalmente de un tambor, poleas o de una faja que transportan el mineral por concentrar. El movimiento del tambor, de la polea o de la faja origina una fuerza centrífuga y gravitacional que se opone a la fuerza magnética de modo que las partículas descargadas siguen diferentes

trayectorias, según si son magnéticas o no magnéticas.

Los separadores húmedos de mediana intensidad usan tambores, en que las corrientes de agua sirven para desviar las partículas paramagnéticas y diamagnéticas mientras que los separadores húmedos de alta intensidad constan de anillos o tambores con una matriz formada por bolas o barras de acero, que rotan alrededor de un eje vertical, en un campo magnético variable de varios pares de polos electromagnéticos. Por el arrastre de la pulpa, se lava primera las particulas electromagnéticos en los sectores imantados (en la

dirección de un par de polos), y luego los magnéticos, en los sectores no imantados (entre pares de polos).

Los separadores magnéticos, de diversos tipos, se aplican en la concentración de taconitas (minerales finos de hierro), arenas negras (lavaderos), Wolframita y su separación de casiterita (Sn), separación de magnetita o ilmenita de apatita (fosfato de Ca) u otros minerales no metálicos, etc.

Un caso especial de concentración magnética, es la eliminación de pedazos de fierro o acaro (normalmente provenientes de herramientas rotas o perdidas de la mina), en la carga de mineral que alimenta las chancadoras secundarias y/o terciarias de una planta de chancado. Esta operación de protección es de fundamental importancia para evitar los daños resultantes cuando dichos restos entran a las máquinas mencionadas recuérdese que las chancadoras de cono poseen "seguros" de resortes o hidroneumáticos con fines idénticos y complementarios).

Por esta razón la casi totalidad de las plantas tienen imanes fijos instalados sobre las fajas transportadas antes del punto de alimentación del chancado fino.

3. Conductividad eléctrica:

Los separadores electrostáticos, de alta tensión, aplican las diferencias de conductividad eléctrica de las especies mineralógicas presentes, para separar las partículas, en forma parecida a la descrita en el párrafo anterior, referente a la separación electromagnética.

Este proceso se utiliza en la concentración de ilmenita, rotilo, zircón, monacita (y óxido de tierras raras) arenas negras, apatita, asbesto, hematita, etc., frecuentemente en combinación con separación electromagnética.

4. Color:

Un método muy antiguo de concentración de mineral grueso. (0, más precisamente, preconcentración), todavía empleado en la actualidad, es la selección manual por color, llamado localmente "pallaqueo".

Una tecnología moderna y más sofisticada del mismo principio lo constituye la selección electrónica con sensores ópticos o fotométricos (alternativamente podría ser de rayos x, de radiación natural o inducida, etc.). Generalmente el mineral grueso, previamente tamizado se carga en capas simples, sobre correas, transportadoras, expuestas a uno o varias sensores (normalmente ubicados sobre la polea de descarga), cuyos impulsos actúan sobre microprocesadores que hacen funcionar chorros de aire para desviar la caída de los trozos, conforme a un sistema "SI - NO".

Este método es aplicable como medio de pre concentración de minerales, cuando existe una diferencia notoria de color entre ganga y mena útil, y esta última se presenta en partículas discretas de unos tamaños no muy finos (y no diseminados). A veces se les emplea para eliminar partículas de impureza de productos no metálicos; y en la industria alimenticia para descartar contaminaciones de café, arroz, etc.

5. Dureza:

Generalmente, la ganga de un mineral es mas dura que las menas útiles, produciéndose un enriquecimiento de estas últimas en las fracciones finas durante el proceso de conminución.

A veces, los sobre tamaños resultan ser prácticamente estériles después de ciertas etapas de reducción de tamaño, por lo cual se podría lograr una pre concentración con tamizajes, descartando las partículas gruesas (previo muestreo y ensaye sistemática de las fracciones granulométricas).

6. Tensión Superficial:

La propiedad de las partículas minerales en pulpa acuosa, de volverse hidrófilas e hidrófobos, i.e., de mojarse por agua, o no mojarse, en presencia de mínimas concentraciones de ciertos compuestos orgánicos constituye la base del proceso de concentración que en la actualidad sobrepasa con creces a todos los demás en aplicación la flotación.

Como se verá más adelante, ésta consiste en enriquecer la mena útil en una espuma, formada por la inyección y dispersión de aire en una pulpa acuosa de mineral, este se adhiere en forma de finas burbujas a las partículas de mena previamente activadas por una película monomolecular del reactivo orgánico, por lo que llega a "flotar" en la espuma, mientras que la ganga no flota y se elimina como "relave" en el caudal de pulpa.

A diferencia de los procesos citados con anterioridad, la flotación no requiere de partículas gruesas, clasificadas previamente y se presta mejor y con mayor eficiencia, que las otras, al tratamiento automatizado en gran escala de minerales finamente diseminados y de tamaños de liberación correspondientemente finos. 

En vista de que en nuestro país se practica sólo en algunos casos la concentración gravimétrica y electromagnética y en cambio sobre todo, en la vasta mayoría de las plantas, la flotación, nos limitaremos a una breve discusión de las dos primeras y un tratamiento más detallado de la última.