Metalurgia Extractiva y Procesamiento de Oro

Generalidades del Oro en la Naturaleza

• Estado Nativo y Aleaciones: El oro se encuentra predominantemente en la naturaleza en estado nativo. También es común encontrarlo como una aleación natural con plata denominada Electrum, específicamente cuando el contenido de plata oscila entre el $25\, \text{--} \, 55\%$.

• Otras Aleaciones Raras: Las aleaciones de oro con metales del grupo del platino o con cobre existen, pero se consideran bastante raras en comparación con el electrum.

• Presencia en Sulfuros: El oro puede hallarse integrado en las redes cristalinas de diversos minerales en forma de solución sólida. Esto ocurre en cantidades pequeñas dentro de minerales de:

  • Cobre.

  • Plomo.

  • Plata.

  • Platino (especialmente en sulfuros).

• Distribución en Rocas: Generalmente, el oro aparece en forma de granos o partículas diseminadas dentro de vetas de cuarzo y otras formaciones rocosas.

• Concentración en Menas: Los contenidos medios de oro en las menas que resultan económicamente explotables son sumamente bajos. Es inusual que estos valores superen los $10\,g/TM$ (gramos por tonelada métrica).

Clasificación de las Menas de Oro

• Oro Libre:

  • Definición: Se refiere al oro que no se encuentra incluido dentro de otros minerales.

  • Extracción: Es particularmente sencillo de extraer mediante procesos de separación gravimétrica, amalgamación o cianuración directa.

• Oro Asociado a Sulfuros de Hierro:

  • Ubicación: Se encuentra diseminado en forma de partículas extremadamente finas dentro de los cristales de pirita o pirrotita.

  • Proceso de Extracción: Requiere un tratamiento complejo que incluye una pre-concentración, seguida de una calcinación y, finalmente, una cianuración.

• Oro Asociado a Minerales de Arsénico o Antimonio:

  • Dificultad: La presencia de estos elementos incrementa significativamente la dificultad del tratamiento.

  • Rendimiento: El proceso clásico (concentración, calcinación y cianuración) suele ofrecer rendimientos tan bajos que pueden comprometer la viabilidad económica de la explotación.

• Oro Asociado a Minerales de Cobre, Plomo y Zinc:

  • Subproducto: El oro suele recuperarse como un subproducto en la explotación a gran escala de estos metales base.

  • Recuperación en Cobre: En el caso específico de la metalurgia del cobre, el oro acompaña al metal hasta el proceso de afinado electrolítico. Se recupera finalmente en los lodos ánodicos resultantes de la refinación.

• Oro en Menas Refractarias:

  • Definición: Son aquellas menas donde el oro es visible al microscopio dentro de sulfuros metálicos (como piritas o arsenopiritas) pero no puede ser liberado mediante molienda convencional.

  • Limitaciones: La cianuración de estas menas presenta dificultades técnicas o costos operativos excesivos.

Preparación de las Muestras y Procedimientos de Laboratorio

• Objetivo del Laboratorio: Determinar y cuantificar los valores de las propiedades del mineral. El peso del material utilizado en estas pruebas es significativamente menor que el procesado en fabricación industrial.

• Esquema de Tratamiento: Es imperativo establecer una sucesión de operaciones para obtener una muestra representativa del lote original (toma de ensayo). El esquema general consta de tres etapas:

  1. Reducción de tamaño: Disminución de la granulometría para facilitar las tareas de muestreo.

  2. Homogeneización: Operación para reducir la segregación y asegurar una distribución espacial uniforme de los constituyentes.

  3. Muestreo: Acción de extraer una parte del lote que conserve características idénticas al conjunto total.

• Consideraciones Específicas por Propiedad:

  • Análisis Granulométrico: En este caso, no debe intervenir la fragmentación; se deben usar métodos que no alteren el tamaño original.

  • Humedad: Se deben tomar precauciones para mantener constante la humedad desde la toma hasta el análisis. Tras el secado, la muestra se divide: una parte se conserva en estado inicial y otra se prepara para el control.

  • Testigos: Deben guardarse muestras testigo para verificaciones con terceros sobre la precisión de los métodos del laboratorio.

• Particularidades del Oro:

  • Oro Metálico Grueso ($\geq 0,5\,mm$): No se muele. Para minerales aluviales con este tipo de oro, la muestra representativa mínima debe ser de $10\,kg$.

  • Electrum: A diferencia del oro grueso puro, la aleación oro-plata (electrum) sí es susceptible de ser molida.

  • Ensayo al Fuego: Para este tipo de análisis de oro, la cantidad de muestra recomendada es de $30\, \text{--} \, 50\,gr$.

Errores en el Proceso de Muestreo

• Contaminación:

  • Introducción de materiales extraños al lote.

  • Prevención: Uso de equipos simples, resistentes a la abrasión/corrosión y fáciles de limpiar. Se debe evitar el contacto con grasas de mantenimiento o recipientes mal lavados.

• Pérdida de Material:

  • Debido a la heterogeneidad, perder granos finos o polvo puede alterar drásticamente el resultado.

  • Ejemplos: Desprendimiento de polvo o material acumulado en los rincones del circuito de muestreo.

• Modificación de Propiedades Físicas:

  • Ocurre frecuentemente en la granulometría debido a transportes y descargas sucesivas que alteran el tamaño de las partículas.

• Modificación de Propiedades Químicas:

  • Transformaciones como oxidación, sulfatación o carbonatación que pueden ocurrir de forma espontánea o por las condiciones del muestreo.

• Errores Humanos:

  • Pueden ser voluntarios o involuntarios. Por ello, se exige personal altamente calificado para estas tareas.

Conceptos Fundamentales de la Metalurgia

• Definición de Metalurgia: Es la ciencia dedicada a la extracción de metales a partir de sus minerales, incluyendo su refinación y preparación para el uso final mediante pasos físicos y químicos.

• Ramas de la Metalurgia Extractiva:

  • Pirometalurgia: Técnicas de obtención a altas temperaturas (reducción de óxidos y tratamiento térmico de sulfuros).

  • Hidrometalurgia: Extracción a bajas temperaturas utilizando medios acuosos.

  • Electrometalurgia: Extracción y refinación de metales mediante el uso de corriente eléctrica.

Contexto de la Minería de Oro y Procesamiento Tradicional

• Importancia Económica: El beneficio de minerales es un sector clave para proveer materias primas a industrias como el cemento, cerámica, construcción, joyería y metalurgia.

• Minería Artesanal:

  • Representa el $75\%$ de la explotación de minerales auríferos.

  • Constituye el $90\%$ de la producción total de oro del país.

• Técnicas Tradicionales:

  • Uso de molienda en trapiche chileno y canalón.

  • Generación de depósitos de relaves de concentración gravimétrica conocidos como "arenas", las cuales luego se procesan por cianuración o flotación-cianuración.

• Impacto Negativo: Desperdicio de metales asociados (Cu, Pb, Zn, Mo) y problemas severos de contaminación ambiental por mercurio y cianuro.

• Deficiencias en el Control: Existe una falta de medición de la eficiencia y balances metalúrgicos. Controles de reactivos (cianuro y cal) se hacen "a ojo de buen cubero", sin balances de agua ni eficiencia energética.

Balance de Materiales

• Principio Universal: Las entradas totales deben ser iguales a las salidas totales.

• Ecuación General:

  • $MP - (P + SP) = R + E$

  • Donde:

    • $MP =$ Materias primas (mineral + agua + reactivos).

    • $P =$ Productos.

    • $SP =$ Subproductos.

    • $R =$ Residuos.

    • $E =$ Emisiones.

• Criterios de Aceptación: Se considera aceptable una diferencia de hasta el $10\%$ entre entradas y salidas. Se debe prestar especial atención a las acumulaciones en circuitos de molienda.

• Componentes Detallados del Balance:

  • Entradas: Mineral, Reactivo 1, Reactivo 2, Residuo reutilizado, Agua.

  • Salidas: Producto, Subproducto, Pérdidas por manejo/almacenamiento, Residuos reutilizados, Aguas de desecho, Emisiones gaseosas, Residuos sólidos y líquidos (peligrosos y no peligrosos).