miniaturadeimagen|upright|Triturar, una forma de conminución, una de las operaciones unitarias en el procesamiento de minerales
El procesamiento de minerales es el proceso de separar los minerales comercialmente valiosos de sus menas en el campo de la metalurgia extractiva. Dependiendo de los procesos utilizados en cada caso, a menudo se le denomina beneficio de menas o molienda de menas.
El beneficio es cualquier proceso que mejora el valor económico de la mena eliminando los minerales de ganga, lo que da como resultado un producto de mayor ley (concentrado de mena) y una corriente de desechos (relave). Existen muchos tipos diferentes de beneficio, cada uno de los cuales avanza en la concentración de la mena original.
Historia miniaturadeimagen|upright|Un conjunto de martillos córnicos
Antes de la llegada de la maquinaria pesada, la mena en bruto se rompía utilizando martillos manejados a mano, un proceso llamado "astillado". Eventualmente, se encontraron medios mecánicos para lograr esto. Por ejemplo, ya en el 973 se utilizaban molinos de pisón en Asia Central, en las cercanías de Samarcanda. Hay evidencia de que el proceso se utilizaba en Persia en el período medieval temprano. Para el , los molinos de estampas se utilizaban ampliamente en todo el mundo islámico medieval, desde España islámica y el norte de África en el oeste hasta Asia Central en el este.Adam Robert Lucas (2005), "Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe", Technology and Culture 46 (1): 1-30 [10-1 & 27] Un ejemplo posterior fueron los martillos córnicos, que consistían en una serie de martillos de hierro montados en un marco vertical, levantados por levas en el eje de una rueda hidráulica y que caían sobre la mena por gravedad.
La evidencia de la existencia de procesos de beneficio del hierro se remonta al menos al 800 a. C. en China, con el uso de hornos bajos. Un horno bajo es la forma original de fundición que permitió a las personas hacer fuegos lo suficientemente calientes como para derretir óxidos en un líquido que se separaba del hierro. Aunque el horno bajo fue rápidamente reemplazado por la invención del alto horno, todavía se utilizó en gran medida en África y Europa hasta la primera parte del segundo milenio. El alto horno fue el siguiente paso en la fundición de hierro, lo que produjo arrabio. Los primeros altos hornos en Europa aparecieron a principios de los 1200 alrededor de Suecia y Bélgica, y no fue hasta finales de los 1400 en Inglaterra. El arrabio producido en un alto horno tiene un alto contenido de carbono, lo que lo hace duro y quebradizo, lo que dificulta su trabajo. En 1856 se inventó el proceso Bessemer, que convierte el arrabio quebradizo en acero, un metal más maleable. Desde entonces, se han inventado muchas tecnologías diferentes para reemplazar el proceso Bessemer, como el horno de arco eléctrico, la acería de oxígeno básico y el hierro de reducción directa (DRI).
Para las menas sulfuradas, se sigue un proceso diferente para su beneficio. Es necesario eliminar el azufre de la mena antes de que pueda comenzar la fundición. El tostado es el método principal de separación, donde se colocaba madera sobre montones de mena y se encendía para ayudar en la oxidación.
2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2
Las primeras prácticas de tostado se realizaban al aire libre, lo que permitía que grandes nubes de dióxido de azufre se extendieran por la tierra, causando graves daños a los ecosistemas circundantes, tanto acuáticos como terrestres. Las nubes de dióxido de azufre combinadas con la deforestación local para obtener madera necesaria para el tostado agravaron los daños al medio ambiente, como se vio en Sudbury, Ontario y en la Superchimenea de Inco.
El método más simple para separar la mena de la ganga consiste en seleccionar los cristales individuales de cada uno. Este es un proceso muy tedioso, especialmente cuando las partículas individuales son pequeñas. Otro método comparativamente simple se basa en que los distintos minerales tienen diferentes densidades, lo que hace que se acumulen en diferentes lugares: los minerales metálicos (que son más pesados) se asentarán más rápidamente que los más ligeros, que serán transportados más lejos por una corriente de agua. El proceso de bateo y cribado de oro utiliza ambos métodos. Diversos dispositivos conocidos como 'paquetes' se usaban para aprovechar esta propiedad. Posteriormente, se utilizaron máquinas más avanzadas, como el Frue vanner, inventado en 1874.
Otro equipo utilizado históricamente incluye la tolva, un canal utilizado con algunas máquinas de beneficio de menas, y la tina, un gran recipiente utilizado para la sedimentación diferencial.
Tipos de separación
Desagregación El beneficio puede comenzar dentro de la propia mina. La mayoría de las minas tienen una trituradora en la propia mina donde se produce la separación de los minerales de mena y ganga, y como efecto secundario se facilita su transporte. Después de la trituradora, la mena pasará por un molino o triturador para reducirla a partículas finas. La separación en medios densos (DMS) se utiliza para separar aún más la mena deseada de las rocas y minerales de ganga. Esto estratificará el agregado triturado por densidad, lo que facilitará la separación. El punto en el que se realice la DMS en el proceso puede ser importante, ya que los trituradores o molinos procesarán mucho menos material de desecho si la DMS se realiza de antemano. Esto reducirá el desgaste del equipo, así como los costos operativos debido a un menor volumen procesado.
Separación física Después de la etapa de molienda, la mena se puede separar aún más de la roca. Una forma de lograr esto es utilizando las propiedades físicas de la mena para separarla del resto de la roca. Antes de cualquier proceso de separación física, es importante el dimensionamiento de las partículas de mena para una separación efectiva. Esto se realiza utilizando cribas industriales o clasificadores.
Estos procesos incluyen separación por gravedad, flotación y separación magnética. La separación por gravedad utiliza fuerzas centrífugas y la gravedad específica de las menas y gangas para separarlas. La separación magnética se utiliza para separar la ganga magnética de la mena deseada, o, por el contrario, para eliminar una mena magnética de la ganga no magnética. La DMS también se considera una separación física.
Separación química Algunas propiedades físicas de las menas no pueden utilizarse para su separación; por lo tanto, se utilizan procesos químicos para separar las menas de la roca. La flotación, la lixiviación y la electrodeposición son los tipos más comunes de separación química. La flotación por espuma utiliza propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas para separar la mena de la ganga. Las partículas hidrofóbicas se elevarán a la superficie de la solución para ser removidas. Los cambios en el pH de la solución pueden influir en qué partículas serán hidrofílicas. La lixiviación funciona disolviendo la mena deseada en la solución a partir de la roca. La electrodeposición no es un método primario de separación, pero es necesario para extraer la mena de la solución después de la lixiviación.
Operaciones unitarias El procesamiento de minerales puede involucrar cuatro tipos generales de operación unitaria: 1) Conminución – reducción del tamaño de las partículas; 2) Dimensionamiento – separación de tamaños de partículas mediante cribado o clasificación; 3) Concentración aprovechando las propiedades físicas y químicas de la superficie; y 4) Eliminación de agua – separación sólido/líquido.
En todos estos procesos, las consideraciones más importantes son los aspectos económicos de los procesos, que están dictados por la ley y la recuperación del producto final. Para hacer esto, es necesario considerar la mineralogía de la mena, ya que esto dicta la cantidad de liberación requerida y los procesos que pueden ocurrir. Cuanto más pequeñas sean las partículas procesadas, mayor será la ley y la recuperación teóricas del producto final. Sin embargo, esto se vuelve difícil de hacer con partículas finas, ya que evitan que se realicen ciertos procesos de concentración.
Conminución
Conminución es la reducción del tamaño de las partículas de materiales. La conminución puede llevarse a cabo en materiales secos o en suspensión. Los procesos primarios de conminución son el triturado y la molienda. El triturado se realiza normalmente sobre la mena tal como llega de la mina,Mena tal como se extrae: el material bruto extraído tal como se entrega antes de recibir cualquier tipo de tratamiento. mientras que la molienda (que normalmente se lleva a cabo después del triturado) puede realizarse en material seco o en suspensión. En la conminución, la reducción del tamaño de las partículas se realiza mediante tres tipos de fuerzas: compresión, impacto y fricción. Las fuerzas de compresión e impacto se utilizan ampliamente en operaciones de triturado, mientras que la fricción es la fuerza dominante en la molienda. El equipo principalmente utilizado en el triturado incluye trituradoras de mandíbula, trituradoras giratorias y trituradoras de cono, mientras que los molinos de barras y los molinos de bolas, generalmente en circuito cerrado con una unidad clasificadora, se emplean comúnmente para fines de molienda en una planta de procesamiento de minerales. El triturado es un proceso en seco, mientras que la molienda generalmente se realiza en húmedo, por lo que consume más energía.
Dimensionamiento miniaturadeimagen|upright|Cribado de mena a través de un tamiz, Laboratorio de Investigación de Nitrógeno Fijo, 1930 miniaturadeimagen|upright|Sizer 2000 para el cribado de partículas de gruesas a pequeñas
El dimensionamiento es el término general para la separación de partículas según su tamaño. El proceso de dimensionamiento más simple es el cribado, que consiste en pasar las partículas a través de una o varias cribas. El equipo de cribado puede incluir rejillas,Rejilla: una parrilla de barras de hierro que permite que la mena del tamaño correcto descienda por el conducto de mena hasta el fondo de la mina, lista para ser izada a la superficie. Un "grizzly" activo y articulado que puede rodar, fregar, limpiar y descargar roca y guijarros de hasta de diámetro mientras recupera todo el material de suspensión de menos de para su posterior cribado, separación y recuperación de metales/minerales objetivo es el sistema DEROCKER (RMS-Ross Corporation) cribas de barras, cribas de alambre en cuña, cribas radiales, cribas de plátano, cribas de varias plataformas, cribas vibrantes, cribas finas, cribas flip flop y cribas de malla de alambre. Las cribas pueden ser estáticas (típicamente en el caso de material muy grueso) o pueden incorporar mecanismos para sacudir o vibrar la criba. Algunas consideraciones en este proceso incluyen el material de la criba, el tamaño de la abertura, la forma y la orientación, la cantidad de partículas de tamaño cercano, la adición de agua, la amplitud y frecuencia de las vibraciones, el ángulo de inclinación, la presencia de materiales nocivos, como acero y madera, y la distribución del tamaño de las partículas.
La clasificación se refiere a las operaciones de dimensionamiento que explotan las diferencias en las velocidades de sedimentación exhibidas por partículas de diferentes tamaños. El equipo de clasificación puede incluir clasificadores de menas, ciclones de gas, hidrociclones, trómeles giratorios, clasificadores de rastrillo o clasificadores fluidizados.