DISEO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS PLANTAS HIDROMETALURGICAS

INTRODUCCION Nuestro pas posee una gran riqueza mineral, polo de desarrollo en varias regiones desde los tiempos prehispnicos. Durante la etapa colonial se trabajaron algunos minerales de oro y plata de alta ley, dando lugar a la formacin de grandes ciudades, desafortunadamente estas reservas se fueron agotando y esto dio lugar a la bsqueda de la tecnologa para el tratamiento de minerales de baja ley. En el caso de los metales preciosos, alrededor de 1890, se comenz a utilizar el proceso de cianuracion, para la disolucin de los valores de oro y plata en minerales de baja ley, utilizando cianuro de sodio en medio alcalino, casi al mismo tiempo se desarroll la tcnica de cementacin con zinc, para la recuperacin de estos valores, proceso bien establecido en la hidrometalurgia de estos metales preciosos, posteriormente a finales de la dcada de los sesenta, se empez a aplicar el proceso de adsorcin en carbn para soluciones diluidas de cianuracion alcalina. Muy poca atencin se ha dado a la extraccin por intercambio inico, como una alternativa de proceso para la recuperacin de oro. Las operaciones de lixiviacin en montones para la recuperacin de oro en minerales de baja ley han venido incrementndose en los ltimos aos. Existen varias plantas hidrometalurgicos para la recuperacin del oro, partiendo de la lixiviacin de minerales de baja ley, las cuales se utilizan el proceso de adsorcin en carbn, otras utilizan cementacin con cinc y otras utilizan el proceso combinado de adsorcin en carbn y recuperacin por cementacin. La combinacin de dos factores ha permitido a las empresas fabricantes de reactivos, iniciar varios proyectos de investigacin con el propsito de desarrollar un extractante adecuado para el proceso de extraccin por intercambio inico en la recuperacin de oro partiendo de soluciones tpicas de lixiviacin de oro con cianuro. El proceso de intercambio inico consiste en el tratamiento de soluciones de lixiviacin, para extraer de ellas una o ms compuestos, mediante la utilizacin de resinas slidas, altamente reticuladas y con iones intercambiable. Estas resinas en general, estn compuestas de granos, que tienen una gran rea especfica, debido al reticulado ya sealado, y que al ponerse en contacto con una solucin rica de lixiviacin, atrapan qumicamente uno o ms metales desprendindose al ion intercambiable. Con esto se obtiene la resina cargada con el metal (o con un complejo del metal). Luego se usa otra solucin de caractersticas fsico qumicas distintas a la de la lixiviacin o eluyente mediante la cual se descarga al metal atrapado y se regeneran las capacidades extractivas de la resina. El intercambio inico es un fenmeno que ocurre con frecuencia en la naturaleza, por ejemplo en el caso de los alumino silicatos zeolitas, que son quienes proporcionan la malla solida tridimensional con la cual los iones intercambiables estn asociados. Los procesos de intercambio inico que ocurren en los suelos fueron observados. Desde ah hubo varios inventos exitosos en el tratamiento de aguas duras, (para ablandar aguas duras, removiendo los iones de calcio y magnesio y reemplazndolos por una cantidad inicamente equivalente de iones de sodio).En aos recientes, han surgido varias tcnicas para la recuperacin de oro y plata de soluciones de cianuro, tiourea, y tiosulfato, entre las que se encuentra el uso de resinas por el proceso de intercambio inico.

ANTECEDENTESPanorama actual de la Produccin de Metales Preciosos La minera en el Per se caracteriza por la explotacin y beneficio de los minerales poli metlicos destacando como metales principales de exportacin al oro, cobre, plata, cinc, plomo y estao. La produccin de estos metales permite que el Per este colocado entre los principales productores mineros del mundo. Un alto porcentaje de la produccin minera de plata, plomo y cinc se exportan como concentrados. En el caso del oro y cobre la presentacin es bsicamente en forma metlica con diferentes grados de pureza. Los rangos actuales del contexto minero en el Per de caracterizan por: Explotacin exitosa de yacimientos de baja ley de minerales de cobre y minerales de oro. Incorporacin de aspectos ambientales en el manejo de las operaciones metalrgicas. Ejecucin de accidentes en beneficio de las poblaciones vecinas a las faenas mineras.

En el Per es notable el desarrollo de la gran minera aurfera, debido a sus operaciones de amplia envergadura que se han beneficiado con la economa de escala, bajo costo unitario por unidad producida y que obtiene beneficios adicionales por algunos subproductos. Ella no pudo lograse por la aplicacin exitosa de tecnologas adecuadas, combinado con tcnicas de ingeniera, diseo y construccin apropiadas. Los circuitos de molienda, por ejemplo, tienen actualmente un perfil ms dinmico, dando como resultado un menor nmero de operaciones unitarias, que reemplazan a los circuitos de conminucion de mltiples etapas. A su vez las plantas concentradoras utilizan un menor nmero de grandes, pero eficientes mquinas de flotacin. El transporte hidrulico de solidos es eficiente y ambientalmente adecuado con el uso de tuberas especiales denominadas minero ductos.ETAPAS DE UN PROYECTOTECNOLOGIA DE LAS EMPRESAS MINERAS El desarrollo de un proyecto minero exige el uso intensivo de tecnologa. En el procesamiento de minerales, las variadas alternativas tecnolgicas para el desarrollo de un proyecto requieren evaluaciones de laboratorio y pruebas piloto que demuestren su factibilidad. El vertiginoso avance de la tecnologa obliga a un permanente monitoreo de las innovaciones y su incorporacin a los procesos metalrgicos. En este contexto, la tecnologa es considerada un factor estratgico en el desarrollo de los proyectos mineros. Este aspecto tiene especial importancia en los proyectos pequeos que no pueden obtener las ventajas obvias de la economa de escala. Mediante el uso de tecnologa especfica, las plantas concentradoras deben lograr la recuperacin, capacidad, leyes de concentrado, cumplir con normas ambientales y proveer un lugar de trabajo seguro. El proceso del Merrill Crowe es comnmente usado en la recuperacin del oro y plata y consiste en cuatro pasos bsicos: Clarificacin de la solucin rica en oro y la plata Desoxigenacin de la solucin. Adicin de polvo de cinc a la solucin rica (y sales de plomo). Recuperacin del precipitado Zn/Au-Ag por filtracin.CRONTOL Y MONITOREO Los controles y monitoreo se realizan mediante el uso de instrumentos y equipos instalados en el proceso. Con el producto del Proyecto se asegura las condiciones operativas para las mquinas y equipos instalados en el proceso Merril Crowe, esto asegura su trabajo ptimo. Para esta automatizacin lograda la capacitacin a los operadores del rea sobre su manejo es necesario para la correcta operacin de los equipos e instrumentos.LIMITES DEL PROYECTOTrabajos Incluidos: Anlisis IPER de las actividades en el Proyecto, Pedidos de equipos, Instalacin de Equipos, Configuracin y Programacin. Trabajos excluidos: Pintado de tuberas, Reparacin de sujecin de puertas de filtros clarificadores, Reparacin de ejes de filtros clarificadores, Reparacin de discos de filtros clarificadores, Fabricacin - instalacin de tuberas By pass para sensores de turbidez y oxgeno disuelto para solucin Rica. Procesos de Compra de equipos requeridos.FUNDAMENTOS DE LA AUTOMATIZACION. ESTADO DEL ARTE El control de procesos industriales, tanto desde el punto de vista de las estrategias de control as como de las tecnologas, ha evolucionado de manera muy importante durante las ltimas dcadas.La industria qumica fue una de las primeras en aceptar el concepto de control digital por computador. Las primeras aplicaciones de computadores datan de mediados de la dcada de 1950, usndose al comienzo slo para monitorizacin. Luego el control de lazos cerrados comenz a ser popular y surgieron las primeras aplicaciones de control digital directo (DDC), as como el control de set points desde un computador central. A medida que el tamao de estos computadores creca cada vez ms, se deseaba aplicar tcnicas ms avanzadas de control y optimizacin, aumentando tambin la complejidad de su operacin y el costo de instalacin de estos computadores centrales.

EL CONTROL CENTRALIZADO Consiste en un nico procesador central que controla todas las entradas y salidas del sistema. Este tipo de sistemas presenta como inconvenientes que se necesita mucho cableado y si falla el procesador central deja de funcionar todo el sistema.En el control descentralizado los elementos de campo (sensores y actuadores) son inteligentes caracterstica que les otorga una gran autonoma, frente a los elementos convencionales los cuales deben estar continuamente siendo controlados por la CPU.Un sistema de control distribuido, consta bsicamente de un conjunto de autmatas, capaces de funcionar y realizar tareas independientes entre ellos, y conectados entre s a travs de un bus de comunicacin comn, formando una red descentralizada del sistema de control. Presenta varias ventajas con respecto a los anteriores como por ejemplo que el coste por E/S es ms ventajoso, hay posibilidad de utilizar elementos estndar, es escalable simplemente aadiendo instrumentos al bus o a las tarjetas, en caso de avera de un nodo el sistema no cae completamente.

SISTEMAS DISTRIBUIDOS En las industrias modernas se tiende hacia una automatizacin total de los procesos de produccin, debido a las exigencias cada vez mayores de calidad en los productos finales, tendencia hacia el residuo-cero (0-waste) y a la economa en gasto energtico, de materias primas y de mano de obra. Adems, la complejidad de los actuales sistemas industriales y la gran cantidad de datos sobre el proceso disponibles, sobre todo desde la popularizacin de los sistemas de control distribuido (DCS), hacen que sea necesario un sistema supervisor inteligente que analice las regiones alcanzables dentro del espacio creado por los requerimientos generales y especficos, que genere consignas coherentes y factibles a cada uno de los lazos de control, que estudie online el rendimiento de cada uno de los lazos y permita una resintonizacin de los menos eficaces. Las exigencias de los clientes provocan adems que las plantas tengan que estar preparadas para adaptarse rpidamente a nuevas consignas de produccin, y ello exige flexibilidad en los mecanismos de control.FASES VITALES DE AUTOMATIZACIONLas fases vitales de la automatizacin de un sistema son: Modelado Visualizacin Plan de control Aplicacin. Cualquier proceso, mecnico, qumico, aeronutico, etc., debe entenderse antes de que pueda mejorarse. Los recientes adelantos en software del modelado dinmico para los sistemas de eventos continuos y discretos, hacen ms fcil desarrollar simulaciones de problemas del mundo real, tcnicamente definidos como complejos (procesos multivariables no lineales). Las tcnicas de diseo de sistemas de control multivariable y control adaptable, pueden mejorar la actuacin de los procesos que cambian con el tiempo. Las tcnicas inteligentes usan redes neuronales, algoritmos genticos y lgica difusa para lograr el control de sistemas con caractersticas inciertas.

ETAPA DE LA ALIMENTACION Para el plato de alimentacin deber considerarse que se tiene un trmino adicional de entrada (entrada de producto a la columna), lo cual significa que en el miembro derecho de las ecuaciones del balance de materia y energa debern aadirse los trminos relacionados con este aporte externo de material a la columna.

Balance de materia: Al elaborar el modelo del condensador se ha considerado que no existe acumulacin de masa en la fase vapor, lo cual significa que el lquido que entra en el depsito acumulador tiene el mismo caudal y composicin que el flujo de vapor que entra en el condensador y, por tanto, no se requieren balances de materia.Balance de energa: En este caso el condensador se utiliza para poder condensar el producto que sale en estado gas desde la columna. Un condensador es un intercambiador de calor, el producto pasa por dentro de unos tubos que estn en contacto con otro fluido, en este caso un refrigerante. Al estar los productos en contacto trmico a travs de las paredes de los tubos se genera una transferencia de energa produciendo la condensacin del producto as como el calentamiento del refrigerante.Fondo de la columna: El fondo de la columna tiene forma de depsito de manera que se acumula producto en el fondo. Este producto es el que recibe la energa del rehervidor y al evaporarse genera un flujo de vapor hacia arriba en la columna. Mantener este flujo es muy importante ya que este flujo, tanto del vapor hacia arriba como los condensados hacia abajo, hacen que sea posible la separacin de componentes.

MODELO DEL DEPOSITO ACUMULADOR Una vez el producto haya sido condensado se almacena en un depsito. Este depsito est pensado para absorber las diferentes disturbancias del proceso y para hacerlas ms lentas. Este depsito har de pulmn el caso que ocurran cambios bruscos de caudal en la cabeza de la columna, y retardar tambin los cambios bruscos de composicin de la cabeza.CARACTERISTICAS EXIGIBLES La caracterstica principal en la que se pens a la hora de disear la planta fue la flexibilidad. Las lneas deban poder reconfigurarse sencillamente para tener diferentes problemas de control con dificultades variables para poder someter a los algoritmos inteligentes a diversas situaciones y comprobar su comportamiento. Como ejemplo de configuraciones se precisa poder aislar completamente el reactor, o cualquier otro elemento, del resto de la planta; poder conectar directamente cualquier depsito a la columna de destilacin; realizar control de nivel en uno de los depsitos aislndolo del resto de la planta; realizar diferentes lazos de control con diferentes elementos de la planta; utilizar solamente la columna de destilacin, etc.

CINETICA DE LIVIXIACION DEL ORO

Mientras ms amplio sea el tiempo de lixiviacin requerido para alcanzar una recuperacin deseada de una mena de oro, mayor ser la capacidad requerida del volumen de lixiviacin y por lo tanto el costo de capital de la planta. En procesos de lixiviacin con cianuro, el tiempo de residencia en plantas de oro vara en un rango de 10 a 72 horas. En cambio en el proceso de lixiviacin con sales oxidantes el tiempo de residencia es de 8 horas como mnimo (dependiendo de la variedad de mineral aurfero)

La disolucin del oro en medio cido con sales oxidantes es una reaccin heterognea que ocurre en la interfase slido-lquido. La velocidad de transferencia de masa de reactantes (sales oxidantes) desde la fase lquida, tiene un efecto importante sobre la cintica total de lixiviacin del oro. As la velocidad de disolucin no solo depende de la velocidad de reaccin qumica en la interfase slido-lquido, sino tambin de la velocidad de transferencia de masa entre las fases. La velocidad tambin depender del rea de la interfase en reaccin, el cual se reduce constantemente durante la disolucin del oro.

Estudios preliminares han demostrado que la disolucin del oro est controlada por la difusin (transferencia de masa) del cloruro y el nitrato de sodio disuelto a travs de la capa lmite de la interfase slido-lquido. La velocidad de disolucin se incrementa con la concentracin del cloruro de sodio, el oro puede llegar a pasivarse (por la presencia M cloruro de plata-insoluble en el medio, esto debido a que parte del cloruro disuelto interacta con la plata por ello se recomienda un exceso de cloruro de sodio) y disminuir su velocidad de disolucin a un nivel ms bajo y constante.

MUESTRAS DE CAMPO Los gelogos recogen muestras (rocas) delsuelopara conocer los elementos y minerales que las conforman.Lixiviacin: Disgregacin y disolucin de los metales a obtener, p. ej., con cido sulfrico diluido en la fabricacin del cinc. Si se trata de minerales muy pobres, como lixiviacin de escombreras (impermeabilizacin del suelo necesaria para su proteccin y la del agua subterrnea);Enriquecimiento: Concentracin de soluciones pobres por extraccin lquido-lquido mediante disolventes orgnicos y al mismo tiempo purificacin alcalina;Purificacin: Separacin de sustancias acompaantes e impurezas por extraccin slido-lquido y/o precipitacin (en forma de hidrxidos o sulfuros, cementacin);Obtencin:Separacin electroltica del metal con nodos insolubles (p. ej., Zn, Cu);Refinacin:Separacin electroltica del metal con nodos solubles (p. ej., Cu, Pb).En losprocesosarriba indicados pueden aparecer las siguientesemisiones y materias brutasde relevancia ambiental:Agua residual: En el agua residual puede haber cantidades mayores o menores de metales pesados txicos para el ser humano y para las plantas.Residuos de lixiviacin:Los residuos de lixiviacin contienen compuestos metlicos contaminantes.Gases de escape: Niebla cida y cido sulfrico aparecen en la electrlisis de obtencin. Vapores que contienen metales, p. ej., en hornos con nodo de cobre bruto. Disolventes orgnicos, p. ej., xerosina en la extraccin lquido-lquido en el proceso de enriquecimiento.Fango de nodos: En el fango aparecen metales y compuestos metlicos, p. ej., oro, plata, plomo, estao, arsnico, antimonio.Electrolito evacuado: El electrolito contiene compuestos metlicos disueltos de hierro, nquel, cinc, arsnico, cobalto.En particular, son necesarias las siguientesmedidas de proteccin:Agua residual: Mediante las medidas adecuadas, p. ej., recirculacin, aprovechamiento mltiple, se reducir el caudal del agua residual. El agua residual cuya carga contaminante contenga metales pesados ha de tratarse segn el nivel actual de la tcnica. Para ello hay que llevar por separado (canalizacin aparte) y tratar, por ejemplo, las corrientes de agua residual contaminadas con cadmio y mercurio. Para el tratamiento de agua residual, los valores de carga especficos de la produccin han de fijarse particularmente bajos, debiendo alcanzarse concentraciones residuales inferiores a 1 mg/l de Cd y a 0,1 mg/l de Hg. Como tcnicas se puede acudir al intercambio inico, ultrafiltracin, electrlisis, etc.

Residuos de lixiviacin: Los residuos han de convertirse en compuestos aptos para almacenamiento final mediante procesos de lavado y neutralizacin. Los restos de disolventes deben eliminarse, siempre que sea posible.