dimesionamiento planta de hidrometalurgia

Departamento de Ingeniería en Minas Facultad de Ingeniería

Universidad de Santiago

Curso: Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

“Dimensionamiento Planta de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre”

Hernán Vives Navarro

Octubre 2014

Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

– Factores y parámetros de diseño para dimensionar equipos de procesos.

– Metodología para el dimensionamiento (algunos ejemplos).

– Factores técnicos o indicadores claves para el desempeño del negocio minero (KPI).

Alcance


Diagrama de Proceso

Balance de Masa Sistema de Chancado

Tambor Aglomerador ⁻ Dimensionamiento

⁻ Balance de aglomeración

Pila de Lixiviación

Extracción por Solventes

Electroobtención

Contenidos


(2 - 3)

(56.000 Th) (2 -3) (4 - 6) (2–3 x 1.700T)

(2 - 3)

(2 trenes 1.750 m3/h c/u) (504 celdas – 276,5 A/m2)

(1- 60” x 110”) (56.000 Th) (2 -3) (4 - 6) (2–3 x 1.700T)

(2 - 3)

(2 trenes 1.750 m3/h c/u) (504 celdas – 276,5 A/m2)

(1- 60” x 110”)

Fuente: Minera Gaby, Codelco-Chile

Diagrama de Proceso


Fuente: Minera Gaby, Codelco-Chile

Diagrama de Proceso


Diagrama de Proceso






Electroobtención

Contenidos


Balance Sistema de Chancado


Balance Sistema de Chancado

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Unidad

Al imentación

Chancado

Primario

Producto

Chancado

Primario

Al imentación

Harnero

Secundario

Colección

Producto

Secundario

Bajo Tamaño

Harnero

Secundario

Al imentación

Chancador

Secundario

Producto

Chancador

Secundario

Al imentación

Harnero

Terciario

Al imentación

Chancador

Terciario

Bajo Tamaño

Harnero

Terciario

Producto

Chancador

Terciario

Sólidos Secos t/h 3208 3208 1604 1604 740 864 864 802 478 324 478

Flujo m3/h

Agua Total m3/h

Sólidos Peso, Humedo t/h 3290 3290 1645 1645 759 887 887 823 491 332 491

Sólidos Secos t/h 4278 4278 2139 2139 986 1153 1153 1069 638 432 638

Flujo m3/h

Agua Total m3/h


Sólidos Secos t/h 4919 4919 2460 2460 1134 1326 1326 1230 734 496 734

Flujo m3/h

Agua Total m3/h


Densidad t/m3 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7

Humeda, Base Seca % 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55%

Factor de Diseño % 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15%

Disponibilidad % 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75%

Otros

Descripción

Número de Flujo

Nominal

Instantáneo

Diseño


Diagrama de Proceso






Electroobtención

Contenidos


Ø

Ѳ

N

Donde: L: Largo (m) D: Diámetro (m) Ѳ: Ángulo de inclinación (°) Ø: Ángulo de reposo material (°) N: Velocidad de rotación (RPM)

Tambor Aglomerador


Datos de entrada: − Tonelaje por hora − Número de tambores − Porcentaje de llenado tambor (p.e: 14%) − Densidad aglomerado salida (p.e: ρ=1.62 t/m³) − Razón largo/diámetro (p.e: 3) − Velocidad crítica ( 30%, como porcentaje de la velocidad de rotación

del tambor) − Tiempo de residencia tambor (p.e: 45 segundos)

Tambor Aglomerador


Para determinar las dimensiones del tambor se calcula:

− Tonelaje instantáneo contenido por tambor (tresidencia*tph) − Volumen aglomerado dentro del tambor (Ti/ρ) − Volumen interno del tambor (Va/14%) − Usando la fórmula siguiente se despeja el diámetro − Con la razón largo/diámetro se obtiene la longitud del tambor.

3**4

3V

Tambor Aglomerador


Otros datos de salida:

− Velocidad crítica de rotación (n) − Velocidad de rotación del tambor (N) − Ángulo de inclinación del tambor (Ѳ)

Donde:

N: Velocidad de rotación T: Tiempo de residencia (s) α: Ángulo de reposo material (°, p.e: 45°) R: Razón L/D

Tambor Aglomerador

N

RT

*

*60*19,0)(min


Parámetros Operacionales y de Diseño (P. Schmidt, 2001)

Tambor Aglomerador


Balance Aglomeración

14 15 16 17 18 19 20 21

UnidadMineral a

Acidificación

Mineral a

Acidificación

Ácido Sulfúrico

a Acidificación

Agua a

Acidificador

Mineral

Acidificado

Mineral

Acidificado a

Pilas

Retorno a

tambores

Ácido a

Tambores

Sólidos Secos t/h 1604 1604 1604 3208

Flujo m3/h

Agua Total m3/h 104.4

Ácido Sulfúrico m3/h 10.6 21.0

Sólidos Peso, Humedo t/h 1645 1645 1708 3417

Sólidos Secos t/h 2139 2139 2139 4278

Flujo m3/h

Agua Total m3/h 139.2

Ácido Sulfúrico m3/h 14.1 28.1


Sólidos Secos t/h 2460 2460 2460 4919

Flujo m3/h

Agua Total m3/h

Ácido Sulfúrico m3/h 17.2 169.8 20 54.0


Densidad t/m3 1.55 1.55 1.84 1.00 1.60 1.60 1.84 1.84

Humeda, Base Seca % 2.55% 2.55% 6.50% 6.50%

Factor de Diseño % 15% 15% 22% 22% 15% 15% 15% 92%

Disponibilidad % 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75%

Diseño

Otros

Número de Flujo

Descripción

Nominal

Instantáneo


Diagrama de Proceso






Electroobtención

Contenidos


Imagen: Google Earth (jul-2009)



Imagen: Google Earth (Pila permanente Minera Zaldivar, jul-2013)



Imagen: Google Earth (Pila permanente Sulfuros - Minera Escondida, jul-2013)



Imagen: Google Earth (jul-2005)



Imagen: Google Earth (dic-2006)



Imagen: Google Earth (Jul-2007)



Imagen: Google Earth (Pila de Lixiviación, Minera El Tesoro)

1420 m

27 m

288 m



Imagen: Google Earth (Pila de Lixiviación, Minera El Tesoro)

1420 m

27 m

288 m

Rotopala

Apilador

Zona Lixiviada (en

descarga)



Imagen: Google Earth (Infraestructura RT)

1.345m

350m Rotopala

Apilador

Lixiviación Secundaria

Lixiviación Primaria


Electroobtención



Imagen: Google Earth (Oxide Leach Area Project, Minera Escondida, Jul-2014) )



Lixiviación Primaria y Secundaria – PTMP (Chuquicamata)



Lixiviación Primaria y Secundaria – Radomiro Tomic



Lixiviación Primaria y Secundaria – Minera Gaby




Dimensionamiento Pila


Tiempo de Ciclo (Ejemplo)

2.072 m

277 m

2.082 m

288 m

4 m

Etapa Días

Carga 1

Curado y tendido parrillas 4

Humectación 3

Riego 65

Drenaje y desinstalación de parrillas 4

Descarga módulo 1

Módulos en holguras 4

Módulos ocupados por equipos 2

Total 84


Dato derivado de la Razón de Lixiviación


1

Refin

oR

efin

o

2

Refin

oR

efin

o

3

Refin

oR

efin

o

4

Refin

oR

efin

o

5

Refin

oR

efin

o

6

Refin

oR

efin

o

7

Refin

oR

efin

o

8

Refin

oR

efin

o

9

Refin

oR

efin

o

10

ILS

Refin

o

11

ILS

Refin

o

12

ILS

Refin

o

13

ILS

Refin

o

14

ILS

Refin

o

15

ILS

Refin

o

16

ILS

Refin

o

17

ILS

Refin

o

18

ILS

Refin

o

19

ILS

Refin

o

20

ILS

Dre

n

21

ILS

Dre

n

22

ILS

Dre

n

23

ILS

Dre

n

24

ILS

Desc

25

ILS

Roto

pala

26

ILS

27

ILS

28

ILS

29

ILS

30

ILS

Carg

ador

31

ILS

Carg

a

32

ILS

Cu

rad

o

33

ILS

Cu

rad

o

34

ILS

Cu

rad

o

35

ILS

Cu

rad

o

36

ILS

Hu

m

37

ILS

Hu

m

38

ILS

Hu

m

39

ILS

ILS

40

ILS

ILS

41

ILS

ILS

42

ILS

ILS

Número de Módulos

POR EJEMPLO: Para este caso, el ciclo de riego de lixiviación está contemplado en dos etapas (65 días de riego). El primer ciclo considera riego con solución ILS por 37 días, hasta alcanzar una razón de lixiviación 1,0 m3/ton y un segundo ciclo de 28 días con Refino, hasta alcanzar una razón de lixiviación total de 1,92 m3/ton.




Datos de salida:

bajoriego

eoinsriego

L

Sólido

RiegoPilaCicloUEdiahR

)***/(tantan

Razón de Lixiviación

hmSxaentaciónA

hkgCu

plsCu

/3lim

)/

(

Concentración de cobre PLS


Dimensionamiento Pila

Datos de entrada:

- Toneladas húmedas - Utilización efectiva (p.e: 96%) - Carga de módulo por día (p.e: 1 módulo por día) - Meta de producción de cobre - Humedad mineral chancado (p.e: 2,55%) - Humedad y densidad mineral acidificado (p.e: 6,5% y 1.62 t/m³) - Dosis de ácido al mineral (kg/ton) - Razón de lixiviación (m³/t) - Altura pila (m) - Tasa de riego (lt/h-m²) - Ciclo de riego (primer y segundo ciclo, ILS y refino, respectivamente)




Datos de entrada: - Ancho de cancha - Ángulo de talud (pe: 37°) - Ciclo modulo apilado - Número de cancha de lixiviación (pe: 2) - Número de módulos por cancha - Extracción de cobre en primer ciclo (pe: 60%) - Extracción de cobre en segundo ciclo - Alimentación instantánea a SX - Extracción de cobre en SX

- Evaporación (goteros) (pe: 8 L/d-m²) - Evaporación (aspersores) (pe: 18 L/d-m²) - Tiempo de riego con aspersores (pe: 40%)



Tpd*(1-H°)

Sólido * Dosis de ácido mx

Sólido por módulo

Ácido por módulo

Agua en modulo acidificado

Masa en un modulo acidificado

Volumen de un modulo acidificado

Acidificado apilado por cancha

Base de apilado en cancha

longitud calculada de modulo

Masa/densidad mx

Volumen mod*N° de mod.

Volumen trapecio

)1(

*)(

)1(

)1(

*

min

H

HQQQ

QH

QQ

QQQ

H

QQ

QHQ

QQQ

eralAcidoL

SS

L

STL

ST

TL

LSt

Datos de salida:

Suma de masas



Sólido por Módulo * Ciclo de Riego (*)

Sólido bajo riego * Dosis de ácido mx

Masa/densidad mx

Acidificado apilado por cancha

(Ciclo de Riego/ABR)*ACC

)1(

*)(

)1(

)1(

*

min

H

HQQQ

QH

QQ

QQQ

H

QQ

QHQ

QQQ

eralAcidoL

SS

L

STL

ST

TL

LSt

Datos de salida:

Sólido bajo riego

Ácido en sólido bajo riego

Agua de acidificación en sólido bajo riego

Masa bajo riego

Acidificación bajo riego

Acidificación en cancha completa

Días de ciclo en cancha completa

Módulos en riego en cancha completa

Acidificación en cancha parcial

Base de apilado en cancha parcial

Días de ciclo en cancha parcial

Módulos en riego en cancha parcial

(Ciclo de riego * Volumen acidificado por modulo)

(Toneladas regadas en ciclo de riego)

(ABR)

(ACC)

Base apilado en cancha/Longitud módulo

Remanente para completar el ciclo de riego



Base cancha*ancho cancha

Base cancha parcial*ancho cancha

Suma

Datos de salida:

Área total bajo riego*Tasa de riego

UEdiah

TiempoEvapTiempoEvapgotEvap rsoresriesgoaspeAspersoressoresriegoasper

táneaIns

*/

)**)1(*(tan

Área de cancha completa bajo riego

Área de cancha parcial bajo riego

Área de total bajo riego

Evaporación media instantánea

Evaporación instantánea

Riego instantáneo a pilas

Área total bajo riego/ Evap. Media



Datos de salida:

bajoriego

eoinsriego

L

Sólido

RiegoPilaCicloUEdiahR

)***/(tantan

Razón de Lixiviación

hmSxaentaciónA

hkgCu

plsCu

/3lim

)/

(

Concentración de cobre PLS


Parámetros Operacionales y de Diseño en Lixiviación en Pilas (P. Schmidt, 2001)



Dimensionamiento - Pilas ROM - Piscinas de Lixiviación - Ripios



Diagrama de Proceso






Electroobtención

Contenidos



DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA SX

Los parámetros de diseño más importantes que deben determinarse para el dimensionamiento de una planta de SX son: – Flujo de solución de lixiviación PLS. – Flujo de solución para la reextracción (electrolito pobre) – Razón O/A – Flujo de Orgánico – Flujo de Recirculación – Número de etapas – Tiempo de retención – Velocidad lineal – Velocidad de Agitación – Reactivo y concentración – Temperatura – Volumen del Mezclador – Área/altura del Sedimentador



Etapa Ideal (Situación de Equilibrio) La transferencia de masa M en las fases respectivas ha sido suficiente como para que la concentración del metal en el orgánico y en el acuoso sean las de equilibrio.

Etapa Ideal

Acuoso, xf

Orgánico cargado, yc

Refino, xr

Orgánico descargado, yd

Donde, xf: concentración del metal en la fase acuosa. xr: concentración del metal en el refino. yc: concentración del metal en la fase orgánica yd: concentración del metal en el orgánico descargado.

Balance de Masa:

drdf OyAxOyAx

dcrf yyA

Oxx



Determinación del Número de Etapas La combinación de la isoterma de distribución y la línea de operación constituyen el diagrama de operación o diagrama de Mc. Cabe- Thiele. Este diagrama es utilizado para estimar el número teórico de etapas en un sistema SX.

La isoterma de distribución es un gráfico de la concentración de la especie extraída en la fase orgánica versus la concentración de la misma especie en fase acuosa, en una situación de “equilibrio” y a una temperatura dada. La línea de operación se basa en un balance de masa, ya que las concentraciones de metal disuelto en el orgánico que entra y la que sale del refino, son coordenadas de un punto sobre la línea de operación. Similarmente, la concentración del elemento metálico en la fase acuosa y en la fase orgánica que sale de cualquier etapa, son coordenadas de puntos sobre la línea de operación.



Planta SX de Chuquicamata



Determinación del Número de Etapas (2) La representación gráfica anterior corresponde a una situación ideal, es decir, la isoterma de equilibrio supone un equilibrio químico perfecto. Sin embargo, en la práctica no se alcanza esta idealidad y sólo se tiene una isoterma de pseudoequilibrio o equilibrio práctico.

Curva de Pseudo Equilibrio

Alimentación Acuosa

Refino Real

Refino Teórico

Concentración Fase Acuosa (gpl)

Co

nce

ntr

ació

n F

ase

Org

ánic

a (

gpl)


ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

[Cu+2]=3,76 g/l

[Cu+2]=3,96 g/l

[Cu+2]=1,8 g/l

[Cu+2]=2,0 g/l

[Cu+2]=0,8 g/l

[Cu+2]=1,05 g/l

[Cu+2]=0,50 g/l

[Cu+2]=0,70 g/l

Flujo orgánico

Flujo acuoso


Ejemplo Balance Concentraciones de Cobre por Etapa

96.3

7.0)5.076.3(*1

)(*

c

c

drfc

dcrf

y

y

yxxO

Ay

yyA

Oxx

Fuente: Esteban Domic


Parámetros Operacionales y de Diseño de una Planta de SX (P. Schmidt, 2001)



Diagrama de Proceso






Electroobtención

Contenidos


Electroobtención

Determinación del Número de Celda (Ley de Faraday) La Ley de Faraday define la cantidad teórica de lámina de cobre. Esta ley se combina con otros criterios de diseño para determinar el número de celdas electrolíticas requeridas.

Fz

tAiPmd ctcellcu

·

····

Donde: - Pcu: peso molecular Cobre (g/mol) - Densidad de corriente nominal, i (p.e: 280 A°/m²) - Eficiencia de corriente nominal, η (%) - Área de depositación del cátodo por ambos lados, At (m²) (p.e: 1m x 1m) - Tiempo, t - Número de electrones en la reacción, Z=2e - Constante de Faraday , F = 96.485,3 C·mol⁻¹ (A*s/mol) - Número de cátodos por celda (p.e: 60) - Md: masa de cobre depositada


Electroobtención

Para determinar el número de celdas además es necesario conocer:

- Número de cátodos por celda (p.e: 60) - Ciclo nominal (días para la cosecha de los cátodos) - Meta de producción de cobre fino (tpd, tpa) y utilización efectiva del proceso.


Electroobtención

Datos de Salida:

Forma 1:

- Ley de Faraday incluyendo en ecuación depósito por cátodo de 2 láminas en el tiempo de la cosecha.

- Determinación de cobre depositado por día en cada cátodo.

- Meta de producción por día (incluye UE)

- Obtención de número de celdas para la nave.

Forma 2:

- Por celda-hora, kg/h. Ley de Faraday, considerando 1 hora.

- Por celda-día, kg/d (depositación para 24 horas)

- Por celda-ciclo, kg (cantidad depositada por día * ciclo nominal)

- Producción por año, kg/a (cantidad por día * 364 * UE).

- Obtención de número de celdas para la nave (Meta de producción año/producción año depositado).


Electroobtención

PM Cu 63,5 kg/kmol

i 300 A/m2

t 5 días de cosecha

Eficiencia de Corriente 0,92

Acat 1,9 m2

Ncat 60

F 96500 A*seg/eq

Z 2 número de electrones en la reacción

Ley de Faraday: m = i*t*A*(PM Cu)/F/z 78,5 kg por cátodo de 2 láminas cada 5 días

Flujo de cobre depositado por cátodo 15,7 kg/d/Cátodo

Flujo de Cobre depositado (md = Q*Delta Cu ) 410400 kg/d

Número de Cátados 26133

Número de Celdas 436


Electroobtención


Electroobtención

Composición Cátodo Grado A

(Fuente: LME - BS EN 1978:1998

Copper Cathodes)

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Universidad de Santiago

Curso: Evaluación de Procesos Mineralúrgicos

“Dimensionamiento Planta de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre”

Hernán Vives Navarro

Octubre 2014

dimesionamiento planta de hidrometalurgia

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