Fernando Enrique Toledo Garay Mario Fernando Cedrón Lassus Universidad Nacional Mayor de San Marcos [email protected] Teléfono Nº: 6545226 Celular Nº: 994416215

I. INTRODUCCIÓN  1.1. Antecedentes  En la década de los 50, en los niveles más bajos de la sección San        

Miguel de la mina Morococha y Excélsior de la mina Cerro de Pasco, ambas de propiedad de Cerro de Pasco Corporation. Excélsior en el nivel 1 200, ya se tenían 3 bombas instaladas de 1 300 kw (1 800 hp) cada una. Fundamentación Científica En la teoría cinética de los gases Fundamentación Técnica La simplificación de las operaciones, sería una revolución técnica. Fundamentación Humanísticos. Social: usos de los espacios por las diferentes actividades económicas. Económica: ahorros significativos en la simplificación de la extracción. Ambiental: Menor impacto biótico.

I. INTRODUCCIÓN  1.2. Hipótesis  La lixiviación de los metales básicos a partir de los minerales      



sulfurosos, se puede efectuar sólo con agua, si se controla la transferencia de calor de reacción con el flujo de aire. 1.3. Objetivo Es determinar los parámetros de lixiviación por unidad de volumen de mineral lixiviado: Flujos de aire (37ºC-40ºC), agua; granulometría, leyes de sulfuros y de sulfatos y tiempos de los ciclos de operación. 1.4. Contribución e Impacto Podemos contribuir en la ampliación del bagaje de conocimientos técnicos en la extracción de metales. Impactará en las operaciones de transporte de mineral, concentración y fundición al ser eliminadas, con la que se simplificará la extracción de los metales y se reducirán notablemente los costos.

Metas Específicas  Determinar:  1. La velocidad del aire, para mantener rangos      

de temperatura

ambiental entre 37º a 40ºC. 2. Los medios de generación de vapor de agua, para la continuación de las siguientes fases de reacción a sulfatos 3. Los flujos óptimos de agua para el lavado de los sulfatos. 4. Rangos de granulometría del mineral, para obtener mayor área de las inter caras de oxidación. 5. Tiempo total de la obtención de sulfatos metálicos en g/l/hora . 6. Tiempo total de disolución de sulfatos, y su lavado en g/l/Tarea. 7.Tiempo total del ciclo de las operaciones por unidad volumétrica lixiviada, en función al volumen y leyes del mineral lixiviado en g/l/dias.

I. INTRODUCCIÓN 1.5. Metodología del Trabajo: Analítico deductivo.

Instrumental de Laboratorio

MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA (Linus Pauling pp:384-620)  La oxidación de los sulfuros como la pirita, produce

emisiones de gases de dióxido de azufre, con la siguiente formulación:  4Fe S2 + 11O2 → 2FeO3 + 8SO2↑.  Las reacción heterogénea (implica dos o más fases), tiene lugar en las superficies (intercaras) de las fases reaccionantes, y pueden hacerse que vayan más rápidas, aumentando la extensión de las superficies. Las velocidades de casi todas las reacciones químicas, dependen en gran parte de la temperatura. Es cierto casi sin excepción que las reacciones se aceleran por aumento de temperatura

MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA (Linus Pauling p 348)  Dióxido de azufre y ácido sulfuroso.- El dióxido de     

azufre, SO2, es el gas que se forma en la combustión del azufre o de los sulfuros como la pirita: S + O2 →SO2 ↑ 4FeS2 + 11O2 → 2FeO3 + SO2 ↑. Cuando se disuelve dióxido de azufre en agua, se obtiene una disolución de ácido sulfuroso, H2SO3. SO2 ↑ + H2O → H2SO3. Este ácido y sus sales, los sulfitos, son agentes reductores enérgicos. Forman ácido sulfúrico, H2SO4, y sulfatos al ser oxidados por oxígeno, halógenos, peróxidos de hidrógeno y agentes oxidantes análogos.

MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA (Linus Pauling pp:384-620)  Combustión espontánea es la ignición de un

combustible, consistente en aumentar la temperatura de una parte del mismo hasta que la reacción se desarrolle rápidamente, entonces la reacción exotérmica desprende el suficiente calor para elevar la temperatura de otra porción del combustible hasta la inflamación, continuándose de esta forma el proceso.

MARCO TEÓRICO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN  La oxidación exotérmica de los sulfuros en una mina se

inicia dentro de los tajeas debido a la fragmentación de estos minerales, por lo que se genera el incremento de las inter caras o superficies de oxidación.  La temperatura de oxidación de los sulfuros en los minerales fragmentados de los tajeos de mina, se incrementa cuando se disminuye o se corta la transferencia de calor por convección.  La velocidad del aire mengua la reacción de oxidación o la trunca completamente; si se incrementa esta velocidad, genera la caída de temperatura; así mismo, la masa de 21% de este elemento mezclado con 79% de masa incomburente, en el corto tiempo sobre las superficies o inter caras parará la reacción y dará lugar a la deficiencia de oxígeno.

MARCO TEÓRICO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN (Alan M. Bateman p: 555)  Mina Chuquicamata (Chile)…La meteorización produjo

una zona lixiviada superior, que no se presenta en todas partes, una zona oxidada subyacente que ahora constituya la masa mineral y una zona de mineral mezclado de óxidos y sulfuros.  Los óxidos comprenden minerales de cobre nada comunes, que generalmente no se encuentran en las regiones húmedas, pero que se forman en el desierto árido de Atacama. Se enumeran a continuación entre los más frecuentes en orden de importancia:  Antlerita (SO4)Cu3(OH), Atacamita Cl2Cu4(OH)6, Calcantita SO4Cu.5H2O, Krohnkita (SO4)2Na2Cu.2H2O y otros menos frecuentes.

MARCO TEÓRICO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN (Alan M. Bateman p: 555)  El lixiviado natural se empleaba en las minas Rio

Tinto de España, Ohio Copper, de Utah, Ray en Arizona, Chino (Nuevo México) y otros. En este proceso los solventes fueron autogenerados por la acción del agua sobre los minerales sulfurosos oxidantes…En Ray y Ohio Copper se hacía pasar agua por los sulfuros pobres in situ; las soluciones se recogían en túneles de desagüe y precipitaban sobre chatarra de hierro.

SITU NATURALMENTE

(Wells John. XXI Convención de Ingenieros de Minas)  4Fe S2 + 11O2 + calor → 2FeO3 + 8SO2↑……………… (1)  5Fe S2 + 15 O2 + calor + 10H2O→ 5FeSO4 + 5SO4H2…..(2)  La ecuación (2) tiene fase intermedia durante las cuales

puede formarse S, SO2 y FeSO4, el azufre puedo oxidarse y combinarse con el vapor de agua para convertirse en ácido sulfúrico. El sulfato ferroso se oxida fácilmente, para convertirse en sulfato férrico e hidróxido férrico, así:  5FeSO4 + 5SO4H2 + 11O2 → (SO4)3Fe2 + 2Fe(OH)3……(3)  El sulfato férrico se hidroliza en hidróxido férrico y ácido

sulfúrico, como se ve a continuación:  (SO4)3Fe2 + 6 H2O → 2Fe(OH)3 + 3 SO4H2

REACCIONES QÍMICAS QUE SE PRODUCEN IN SITU NATURALMENTE  El sulfato férrico es también un enérgico agente de oxidación,

y ataca a la pirita, así como a otros sulfuros, dando más sulfato ferroso:  Fe2 (SO4)3 + S2Fe → 3SO4Fe + 2S  Además, el sulfato férrico se transforma en varios sulfatos    

básicos CuFeS2 + 2(SO4)3Fe2 → SO4Cu +5SO4Fe +2S La otra alternativa es que reaccione con el ácido sulfúrico: CuFeS2 + 3 SO4H2 + H2O+O2+ Calor→ Fe2 (SO4).5H2O + CuSO4 .5H2O + 2 FeSO4

Teoría de las Reacciones Químicas en la Mina Impulsada por el control de la Ventilación  Calor + 4Fe S2 + 11O2 → 2FeO3 + 8SO2↑ + Calor  Calor + SO2 ↑ + H2O → 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4 →  CuFeS2+3H2SO4 + H2O + O2 Calor →

Fe2(SO4).5H2O+ CuSO4.5H2O + H2O + O2 +Calor

Aplicación Práctica en la Explotación de Minas  1. Aplicación en el Sistema de Minado

Subterráneo Convencional.  2.0. Aplicación en la Recuperación de los Pilares de las Rampas en el Sistema de Minado Subterráneo con Rampas (Trackless Mining)  3.2.3.0. Aplicación en la Explotación del Cobre a Cielo Abierto.

Aplicación en la Explotación del Cobre a Cielo Abierto. Operación

Producción (t)

Mina

180 000,00

0,00

Mina

60 000,00

0,50

Concentradora

867,86

28,00

Fundición

243,00

98,50

Refinería

239,31

99,98

Leyes (%Cu)

Aplicación en la Explotación del Cobre a Cielo Abierto. Operación

Escombros en (t)

Escombros en (m3)

Mina

180 000 t / 2,4 t/m3

75 000 m3

59 132 t / 3,0 t/m3

19 711 m3

267 t / 2,7 t/ m3

99 m3

Agua Acida

Mina Concentradora Fundición Refinería Total Escombros

1 591 l/s

489 l/s 239 967

t/día

94 810 m3 /día

2 080 l/s

CUERPO MINERALIZADO EN EXPLORACIÓN.

EL MISMO CUERPO MINERALIZADO EXPLOTADO A CIELO ABIERTO

PROPUESTA DE SOLUCIÓN: LA LIXIVIACIÓN

Parámetros de Diseño de la Planta de Extracción por Solventes y Electrodeposición de Cerro de Pasco, Centomín Perú S.A. Basado en la producción de julio1974 Parámetros

Flujo Ley de Cabeza Cu Ley de Cabeza Fe Grado de acidez Raffinato Cu Extracción Concentración Producción

Unidad

Cantidad

l/s % % pH g/l % % t

202,00 1,16 4,00 1,80 0,10 91,00 4,50 6 500,00

Producción de la década 1981 – 1991 de planta de Extracción por Solventes y Electrodeposición de Cerro de Pasco Centomín Perú S.A. (Reducido a los años extremos y al de mayor producción 1984) Parámetros

Unid.

1981

1984

1991

Flujo

l/s

98,45

169,24

130,89

L. de Cabeza Cu

%

0,75

0,82

0,43

L. de Cabeza Fe

%

7,80

10,90

10,50

Grado de acidez

pH

1,44

1,28

1,34

Raffinato Cu

g/l

0,47

0,12

0,10

Extracción

%

43,4

85,4

76,7

Concentración

%

2,79

2,96

2,16

Producción

t

425

3 854

749

CONCLUSIONES  1. En una mina subterránea o en un túnel con chimeneas, se

puede controlar la temperatura geotérmica y el calor generado por la oxidación de los elementos con avidez por el oxígeno en minerales y rocas, mediante la instalación de ventiladores y puertas de ventilación, para manipular la temperatura ambiental.  2. La temperatura ambiental y la humedad son ambas condiciones para acelerar o retardar las reacciones químicas de oxidación y demás combinaciones del vapor de agua, con los elementos componente de los minerales y las rocas, evidenciado por la teoría cinética de los gases.

CONCLUSIONES  3. El incremento de la oxidación de los minerales y las

rocas depende de las superficies expuesta al aire para que se inicie la oxidación; cuanto mayor sea la superficie que exponga un mineral, mayor será su oxidación; por ejemplo, la galena se oxida más rápido que la calcopirita, debido a sus sistemas de cristalizaciones y hábito; por lo tanto desprenderá mayor cantidad de SO2.  4. La velocidad de oxidación y la combinación de los elementos constitutivos de los minerales, el oxígeno y el agua, para pasar de sulfuros a sulfatos y el tiempo que duran estos procesos; dependen de la temperatura ambiental y las corrientes de convección.

CONCLUSIONES  5. La oxidación de los sulfuros y las reacciones para pasar al

estado de sulfatos en el interior de mina, se puede efectuar en un corto tiempo, dependiendo de la dinámica del aire, a fin de que el calor de reacción no se transfiera al exterior; para incrementar la temperatura ambiental hasta el límite requerido. Una vez que se inicie el flujo de agua con las coloraciones que evidencian la presencia de sulfatos en solución; se debe incrementar el flujo de aire y de agua, para lavar los sulfatos adheridos a las inter caras, o superficies raccionantes de los sulfuros, y evitar la producción de incendios.  6 Es preciso ciclar las aéreas de lixiviación en la mina, cambiando los flujos de aire y agua, entre las áreas que se encuentren en proceso de reacción y las que están en proceso de lavado, para poder obtener una producción constante en cuanto al flujo del volumen de agua en litros por segundo (l/s) y las leyes de cobre en gramos por litro (g/l).

CONCLUSIONES  7.

Con este sistema de extracción del cobre, como alternativa para reemplazar el sistema de explotación a Cielo Abierto, se podrá eliminar totalmente: la generación de “Stripping”; el agua contaminada de las escombreras, concentradoras y refinerías de cobre; la generación de ruidos, polvos y gases que producen la fragmentación del Stripping y el mineral.  8. Con el sistema de lixiviación del cobre los logros económicos se deberán a: la eliminación del transporte y disposición de escombros; la eliminación del transporte del mineral; la eliminación total del proceso de concentración y fundición; así mismo, a la disminución de los costos de remediación ambiental.

CONCLUSIONES  9.

Hay soluciones técnicas viables para revertir los problemas generados por la industria minera nacional, antes de que crezcan como en el país que va a la vanguardia de la civilización, la tecnología y el poderío militar. En los Estados Unidos de Norte América, hay muchas empresas mineras que han quebrado, porque tanto el gobierno federal como los estatales han enjuiciado a estas empresas, que pese a que han cerrado en la década de los 50 del siglo pasado; hasta hoy, en las cuencas y valles por donde discurrieron las emisiones tóxicas de sus deshechos, están sembrando desolación y muerte*.

  

*National Geographic. National Geográphic: “El Legado de la Minería Metálica”, pp. 77-95, Marzo L.6, Nº 3, Revista oficial de National Geográphic Society, México D.F, México.(2 000)

LA MINERÍA RESPONSABLE Departamento : La Libertad Provincia: Faustino Sánchez Carrión Distrto: Huamachuco Anexo: Palla Mina: Eugenia Dirección Técnica: Ingeniero Luís Arce Gonzales Minado: Modelo para pilotaje, debajo de un terreno de cultivo de patas con: Pique de 2m X 2m, galerías en vetas, cámaras subterráneas para la lixiviación del oro con cianuro

AGRADECIMIENTOS  Deseo expresar mi agradecimiento al señor Presidente de

Doe Run, Doctor Juan Carlos Huyhua Mamani y al Superintendente de ingeniería y geología de la mina Cobriza (Doe Run), ingeniero Raúl Portocarrero Sánchez, por su gran receptividad y entusiasmo a nuestra demanda habiéndonos donado generosamente, gran cantidad de muestra de mineral, para efectuar los estudios en nuestro laboratorio.  De la misma manera, queremos expresar nuestro agradecimiento, al ingeniero Óscar Gonzales Rocha Presidente de Southern Perú Copper Corporation y el ingeniero Christian Concha Melo, Metalurgista de Toquepala (Southern), también por la donación generosa de sus muestra, para efectuar los estudios, en nuestro laboratorio de mecánica de fluidos y ventilación de mina.

FIN DE LA EXPOSICIÓN

¡Muchas gracias

colegas por su atención!