Se basa en la diferencia de densidad entre las especies minerales a separar. Se utiliza particu- larmente en la concentración de minerales muy densos o muy livianos, dentro de una amplia gama de tamaños de partícula. Las partículas son separadas unas de otras utilizando la fuer- za de gravedad o la centrífuga.
Tanto la eficiencia de la operación, como la ca- pacidad de los equipos, disminuyen rápidamente a medida que el tamaño medio de las partícu- las baja de 0.100 mm.
Cuanto mayor sea la diferencia de densidad entre 2 minerales, más efectiva será su separa- ción. Si parte de la ganga está todavía unida a partículas de mineral valioso, se disminuye su densidad específica y, por lo tanto, baja la efi- ciencia de la separación.
Para una fácil separación debe haber una noto- ria diferencia en la densidad del mineral y de la ganga. Esto tiene su expresión en el Criterio de Concentración (Cc) que se expresa mediante la siguiente fórmula:
Cc = Dh - Df Dl - Df
Donde : Dh = Densidad del mineral pesado Dl = Densidad de la ganga
Df = Densidad del medio fluido Si Cc > 2.5 la separación es fácil
Cc < 1.25 la concentración por grave dad no es posible.
Conforme este valor baja entre 2.5 y 1.25 tam- bién baja la eficiencia de la concentración. Además de la densidad, la forma y sobre todo el tamaño de las partículas influyen en su com- portamiento en la concentración por gravedad. En el caso del oro, su alta densidad (más de 19 g/cm3) favorece la aplicación de estos procesos
en su recuperación; sin embargo, debido a su maleabilidad, muchas veces el oro fino se pre- senta en forma de laminillas, lo que es desfa- vorable ya que en esta forma tiende a perderse flotando en el agua.
Los usos más difundidos de la separación por gravedad, a nivel industrial, están en la recupe- ración de zircón, rutilo, ilmenita y monazita de arenas, así como también en la recuperación de oro aluvial, estaño, cromita, hierro, tungste- no, diamante, plomo y carbón.
Los principales equipos utilizados en la concen- tración por gravedad son los siguientes :
a. Canales o “Sluices”
Son equipos de concentración muy simples, que datan de épocas antiquísimas. Constan de un canal inclinado, de fondo plano, sobre el cual van rifles o barras fijados transversalmente a la corriente. Su tamaño varía entre 0,3 y 0,6 m de ancho y su largo entre 10 y 30 m. El ancho pue- de ser mayor a un metro si el canal está bien nivelado.
Su principio de operación se basa en la crea- ción, por medio de los rifles, de un asentamien- to obstaculizado por la turbulencia en la pulpa. Existe una gran variedad de barras y de cubier- tas de fondo del canal que afectan de algún modo la recuperación de partículas de oro fino y/o minerales pesados.
En el Anexo N° 1, Figura Nº 1 se presenta una canaleta típica y en la Figura Nº 2 del mismo anexo, se esquematiza una canaleta estrangu- lada, cuyo principio de separación se ha tradu-
cido en el diseño de equipos más sofisticados como son los conos Reichert.
b. “Jigs”
En este tipo de concentrador gravitacional me- cánico, una camada de partículas de diferentes tamaños, formas y densidades es fluidizada por flujos ascendentes de agua intermitentes, los que se traducen en movimientos oscilatorios verti- cales. Su funcionamiento es representado en el Anexo N°1, Figura Nº3.
Este proceso aprovecha la diferencia en la velo- cidad de sedimentación de los sólidos de distin- tas densidades y la diferencia de altura a que son impulsadas las partículas por efecto del mo- vimiento vertical causado por el fluido.
La primera parte del ciclo produce una sedimen- tación diferencial. Es decir, las partículas más pesadas caen más rápido y logran recorrer una mayor distancia que las más livianas. En la se- gunda fase se produce el fenómeno inverso. Aquí, el fluido al subir, da un impulso a las par- tículas y , por lo tanto, los granos más livianos alcanzan mayor altura. Después de repetidos impulsos se forma una camada de partículas ordenadas según su densidad. Las más densas se ubican en el fondo del lecho y las más livia- nas en la superficie. Se supone, en este razona- miento, que la franja granulométrica es bastante estrecha. La frecuencia de oscilación de un “jig” varía entre 120 y 160 ciclos/min para pulpas gruesas y, entre 160 y 350 ciclos/min para pul- pas finas.
Lo esencial en el funcionamiento de este tipo de equipos es la estratificación de las partículas de diferentes densidades. Puede considerarse tres factores principales que contribuyen a la for- mación de estas capas :
- Clasificación por sedimentación obsta culizada
- Aceleración diferencial al comienzo de la caída y
- Consolidación de los estratos al final de la caída.
La diferencia fundamental entre la sedimenta- ción obstaculizada que ocurre en los “jigs” con respecto a los clasificadores convencionales, es que en los primeros la mezcla sólido - líquido es tan densa que se aproxima a un empaquetamiento de sólidos con un líquido intersticial. En los otros equipos, el líquido lleva un gran número de partículas en suspensión. Esta mezcla densa no puede mantenerse fija
por mucho tiempo si no existe el espacio sufi- ciente para que se produzca la ordenación de los sólidos. De aquí que las pulsaciones en el “jig” deben permitir que el lecho se expanda y compacte alternadamente, manteniendo esta suspensión de alta densidad. A la vez deja a las partículas reordenarse según sus densidades. Teóricamente puede demostrarse que, inicial- mente, las partículas más pesadas tienen una aceleración y velocidad mayor que las más li- vianas. A esto hay que agregar que si la repeti- ción de las caídas es bastante frecuente y su duración lo suficientemente corta, las distancias recorridas por los diversos granos tendrán una relación más estrecha con su aceleración de par- tida que con sus velocidades terminales o máxi- mas.
Las variables más importantes consideradas en la operación de un “jig” son :
- Abertura del tamiz
- Longitud y velocidad de la pulsación - Cantidad de agua
- Profundidad de la cama - Velocidad de alimentación
- Granulometría de la alimentación. c. Mesas Vibratorias
Son equipos muy conocidos que emplean la fuerza de la gravedad. Su funcionamiento está basado en la concentración por medio de un fluido laminar que se desliza a través de un pla- no inclinado.
Además, utiliza el efecto de un movimiento re- cíproco horizontal que actúa en ángulo recto con respecto al flujo de la película líquida. Este sa- cudimiento de la mesa tiene una aceleración asimétrica. El resultado de esto es un transpor- te intermitente de las partículas a lo largo de la superficie de la mesa. En el Anexo N°1, Figura Nº 4 se esquematiza una mesa con indicación del flujo de los materiales del proceso.
El otro principio auxiliar deriva del uso de rifles, ubicados en forma especial sobre la superficie de la mesa, los que producen una perturbación del flujo viscoso. La pulpa se divide en una co- rriente compuesta por una camada fluida, más o menos viscosa, en la parte superior y una tur- bulencia en el fondo del lecho. Es un efecto muy similar al de un “jig’. En la parte inferior se pro- duce una concentración de las partículas más pesadas, las que viajan a través de los canales de los rifles en forma longitudinal.
Los granos más livianos, entre tanto, son arras- trados por la corriente superficial, en sentido transversal a la mesa.
Los parámetros más importantes para la ope- ración de una mesa vibratoria son :
- Inclinación de la mesa
- Espesor de la película líquida - Disposición de los listones o rifles
- Coeficiente de fricción entre los minera- les y la cubierta
- Tipo de acanalado de la mesa
- Porcentaje de sólidos en la pulpa de ali- mentación
- Densidad de los sólidos, forma de las par- tículas, etc.
d. Concentradores de Espiral
El funcionamiento de las espirales (Anexo N° 1, Figura Nº 5) está basado en el principio de con- centración a través de un flujo laminar. Este fe- nómeno se fundamenta en el hecho que una partícula que se desliza en un canal circular a través de una película de fluido está sujeta, por lo menos, a cuatro fuerzas:
- Fuerza gravitacional - Fuerza centrífuga - Empuje del líquido
- Roce contra el fondo del canal
Cuando la pulpa corre hacia abajo por el canal en espiral de sección semicircular, cada partícu- la está sujeta a la fuerza centrífuga tangencial al cauce. Esta fuerza es directamente propor- cional al cuadrado de la velocidad del flujo e inversamente proporcional al radio en el cual está ubicada la partícula.
La fuerza centrífuga empuja al líquido hacia la periferia de la espiral hasta que la corriente de la pulpa alcanza el equilibrio entre la fuerza centrífuga y la de gravedad. En tal caso la velo- cidad del flujo a través de la espiral decrece con la profundidad, siendo máxima en la superficie del líquido y tendiendo a cero hacia el fondo. Esta disminución proporcional de la aceleración es mayor en la cercanía del contacto con la su- perficie del canal, formando sobre él una pelí- cula de fluido retardado por la fricción.
Dicho efecto hace disminuir la fuerza centrífuga y, las partículas ubicadas en el fondo son lleva-
das hacia el interior del canal, mientras que las livianas son arrastradas hacia su periferia. En resumen, la fuerza resultante que llevará las partículas pesadas hacia el interior del canal y que transportará a las livianas hacia su exterior, es la resultante de las cuatro fuerzas nombra- das al principio.
Existen los modelos Humphrey y Reichert. Las variables de operación son :
- Alimentación sobre 3 t/h de sólidos - Densidad de pulpa sobre 60 % de sóli-
dos en peso
- Granulometría de alimentación :0.030 - 2 mm
- Volumen máximo de pulpa: 5 m3/h - Flujo de agua: 3.5 -7.5 m3/h
e. Conos Concentradores Reichert
Un corte esquemático de estos equipos mues- tra el principio de funcionamiento (Ver Anexo N°1, Figura N°6): el producto de alimentación en forma de pulpa con alta concentración de sólidos (65%) desciende por un tronco de cono invertido. Las partículas más pesadas (concen- trado) circulan pegadas a la pared del cono, in- troduciéndose por un anillo periférico situado al final del mismo, mientras que las partículas más ligeras (estériles) pasan de largo, siendo recogidas en un tubo central.
Este proceso vuelve a repetirse en etapas pos- teriores, según diferentes configuraciones del equipo, obteniendo finalmente tres o cuatro concentrados (de mayor ley los primeros) y un estéril final.
El proceso realizado por uno de estos conos puede mejorarse mediante etapas sucesivas, como en los circuitos de flotación, instalándose etapas de desbaste, limpieza, afino y barrido de acuerdo al resultado final que se desee. Estos conos Reichert tienen una capacidad muy elevada que en ningún caso puede ser menor de 50 tm/h.
f. Concentradores Centrífugos
Son equipos que utilizan la fuerza centrífuga ge- nerada por la rotación a alta velocidad del de- pósito al que se alimenta el mineral en forma de pulpa. Uno de estos equipos es el concentrador Knelson que cuenta con un cono invertido, dotado en su interior con una serie de rebordes circulares. La rotación del cono de- sarrolla fuerzas del orden de 60 veces la fuerza
de la gravedad. Al alimentar la pulpa se esta- blece un lecho o zona de concentración donde las partículas más pesadas quedan atrapadas en el lecho. A través de unas perforaciones exis- tentes en la pared del cono se inyecta agua para evitar la compactación del lecho y crear cierta fluidez que permita concentrar las partí- culas de mayor densidad. En el Anexo N°1, Fi- gura N° 7) se muestra un esquema del concentrador Knelson. Los equipos más gran- des de este tipo pueden tratar hasta 90 tm/día. Ultimamente estos equipos han sido automati- zados.
Los concentradores Falcon vienen en tres mo- delos, y cada uno en tres tamaños, con capaci- dades que van desde 0,4 hasta 180 t/hora de sólidos.
AMALGAMACION
El proceso de amalgamación se utiliza desde hace siglos, muchas veces asociado a métodos de concentración por gravedad. Ultimanente este proceso va perdiendo terreno debido a los problemas de contaminación del ambiente que origina, y a su toxicidad. Se tiende a reempla- zarlo en el tratamiento de concentrados por la fusión directa del concentrado en horno de cri- sol o por una cianuración intensiva del mismo. Cuando el metal está liberado y puro o cuando se tiene un concentrado de alta ley proveniente de procesos de concentración gravimétrica, se continúa con el proceso de amalgamación que consiste en poner en contacto el metal con mercurio líquido para formar una amalgama, es decir una aleación de mercurio y oro o plata, dando lugar a una partícula revestida de mer- curio que tiene propiedades semejantes a la de este último. Estas partículas amalgamadas se adhieren unas a otras, de modo similar al de las gotas de mercurio puro, para formar una mayor denominada “Amalgama”.
El equipo más utilizado es el tambor de amalgamación en el cual el concentrado es ro- dado con agua, mercurio y bolas de acero. La Figura N° 8 del Anexo N°1 muestra un esque- ma de un tambor de amalgamación.
La amalgama resultante, que puede contener hasta un 45 % de oro, se exprime para separar el exceso de mercurio que se recicla al proceso. El oro y la plata se separan del mercurio me- diante destilación en una retorta, produciendo de este modo el oro refogado o esponja de oro. La temperatura de ebullición del mercurio es
de 357°C.
Debe tratarse de reducir las pérdidas del mer- curio en el proceso, ya que junto con este metal se pierde también el oro. Para reducir la pérdi- da de mercurio debido a que se ha “ensuciado” por la presencia de impurezas tales como sulfuros o arseniuros, sulfatos u óxidos que se adhieren a la superficie del mercurio, debe pu- rificarse el mercurio destilándolo en presencia de cal y limaduras de fierro. También es reco- mendable el uso del reactivador de mercurio. Como variantes del proceso de amalgamación figuran el proceso “Patio” utilizado inicialmente en México desde 1557 para minerales ricos de plata mezclándolos con sal y mercurio, y el pro- ceso “Calzo” o “Caldron” inventado en Bolivia en 1590, utilizando mercurio, sal y cloruro cuproso.
DIAGRAMAS DE FLUJO
Es necesario mencionar que, en un diagrama de flujo del procesamiento de un mineral dado, es muy frecuente la combinación de dos o más métodos. Es decir, no debe considerarse como métodos que compiten uno con el otro, sino mas bien que se complementan con el fin de lograr los mejores resultados metalúrgicos, tanto téc- nica como económicamente.
En el tratamiento de gravas aluviales se tiene las siguientes etapas:
a. Se disgrega el material y se separa el ma- terial grueso, generalmente +3/8”.
b. En operaciones de medianas a grandes, si el material contiene cantidades importantes de lamas arcillosas, puede utilizarse ciclones para deslamar, con lo que se facilita la concentra- ción del oro y/o minerales pesados.
c. Concentración por gravedad mediante uno o más de los equipos descritos anteriormente. Para aumentar la ley, reduciendo el volumen del concentrado obtenido en canales u otros equipos, puede utilizarse, con buenos resulta- dos, una mesa vibratoria. Ver la Figura N° 9 del Anexo N°1.
d. El oro se separa mediante amalgamación y posterior destilación del mercurio.
e. Para separar los minerales pesados tales como zircón, rutilo, ilmenita y/o monazita se puede recurrir a una combinación de separadores magnéticos de baja y alta intensi- dad y separadores de alta tensión, como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura
N°10 del Anexo N°1.
RECOMENDACIONES
En las operaciones actuales de minería aurífera artesanal en Madre de Dios se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: a. Los relaves de plantas de lavado no deben ser descargados directamente a las quebradas o ríos, ya que, además de los problemas ecológicos que esta práctica origina (el agua excesivamente turbia no puede ser utilizada para uso doméstico de las poblaciones aguas abajo del lavadero, así como afecta seriamen- te la existencia de peces y otros animales acuá- ticos), dichos relaves tienen un contenido de oro que podría ser recuperado mediante otros mé- todos más eficientes que el actual, y su retratamiento sería más económico si está al- macenado en un sitio cercano, sin ser mezcla- do con otros materiales como piedras, que vol-
verlo a buscar y extraer del río.
b. Es conveniente almacenar la arenilla pe- sada que se obtiene junto con el oro, pues pue- de contener minerales valiosos tales como el zircón, rutilo, ilmenita y otros, los que poste- riormente podrían ser procesados y comercia- lizados.
c. No se debe derramar grasas ni aceites so- bre el suelo ni al agua, ya que daría lugar a mayores pérdidas de oro fino laminar al incre- mentar su flotabilidad.
d. En la amalgamación es recomendable uti- lizar equipos tales como el tambor de amalgamación; y,
e. Para separar el mercurio del oro, se debe utilizar siempre la retorta, con lo que se prote- gerá la salud de los operadores, se reducirá la contaminación del medio ambiente y permitirá ahorrar mercurio.