PARTE XXXIII · Bosques, pesca, minería y recursos primarios
370
Conminución, separación y concentración mineral
Cómo liberar y concentrar minerales valiosos sin confundir una planta eficiente con una solución sin residuos
En este capítulo
En una planta de procesamiento llega una roca que contiene granos valiosos mezclados con ganga. Una trituradora la reduce, un molino la vuelve pulpa y una batería de separadores produce varias corrientes. El concentrado tiene más del mineral buscado, pero también arrastra partículas no deseadas; los relaves contienen material que no se recuperó y agua de proceso; una fracción intermedia vuelve al circuito porque todavía no está suficientemente liberada. Si el molino trabaja demasiado poco, los granos permanecen unidos y se pierden; si trabaja demasiado, consume energía, produce lamas difíciles de separar y puede empeorar la selectividad.
El procesamiento mineral modifica tamaño, forma, composición de corrientes y propiedades superficiales para separar minerales valiosos de ganga. La conminución rompe y muele; la clasificación distribuye partículas por tamaño o comportamiento de sedimentación; la concentración aprovecha diferencias de densidad, susceptibilidad magnética, conductividad, humectación u otras propiedades. El resultado no es metal refinado: un concentrado pasa después a operaciones extractivas del capítulo 371. Tampoco todo material que sale de una planta es un «residuo» sin valor ni todo concentrado es un producto vendible.
La decisión correcta depende de la mineralogía de la mena, textura, tamaño de liberación, humedad, arcillas, agua disponible, energía, reactivos, especificación del concentrado, capacidad de relaves y riesgos ambientales. Recuperación indica qué fracción del componente valioso llega a una corriente de interés; ley describe su concentración en esa corriente. Se pueden mejorar una y empeorar la otra. El rendimiento de una planta se entiende con balances de masa y agua, pruebas representativas y límites explícitos, no con una sola cifra.
Este capítulo comienza en la liberación y termina en recuperación, agua y relaves. El capítulo 369 trata extracción, fragmentación, carguío, acarreo y seguridad de la operación minera; el 371 aborda la preparación del concentrado y la metalurgia extractiva y la refinación. Aquí se estudian las decisiones intermedias que transforman una alimentación variable en corrientes separadas, junto con la energía, los reactivos, los residuos y las responsabilidades que esa transformación produce.
370.1. Liberar minerales sin moler más de lo necesario#
Liberación es una relación entre grano y partícula#
Un mineral valioso puede estar en granos libres o unido a ganga dentro de una roca. Liberación es el grado en que la conminución produce partículas que contienen principalmente una fase mineral o una asociación separable. No significa que cada partícula deba ser un grano perfecto. Una partícula parcialmente liberada puede ir a un concentrado o a un relave según el método, mientras una partícula muy fina puede ser difícil de recuperar aunque esté completamente libre.
La textura de la mena determina el tamaño y la forma en que conviene romper. Los minerales pueden formar vetas, diseminaciones, bandas, bordes de grano, inclusiones o agregados. Una roca con granos gruesos puede liberar con trituración relativamente gruesa; una mena fina o entrelazada exige molienda mayor. El mismo nombre de mineral no determina el tamaño de tratamiento: cambian el depósito, la alteración, la dureza, la fractura y la ganga.
La liberación se mide con mineralogía y análisis de partículas, no solo con el tamaño promedio del producto. Microscopía, mineralogía automatizada, difracción y análisis granulométrico pueden mostrar qué fases están juntas y cómo se distribuyen. Las muestras de laboratorio deben representar la variabilidad de la alimentación; una prueba con una fracción excepcionalmente rica o blanda puede conducir a un circuito que falla en planta.
La molienda tiene un costo y un límite#
Romper roca crea superficies nuevas y requiere energía. La energía específica, el desgaste de revestimientos y medios, el agua de proceso, el mantenimiento, el polvo y el ruido aumentan con la intensidad de conminución. La molienda fina puede liberar un mineral y, simultáneamente, producir lamas que consumen reactivos, sedimentan mal o se pierden en espuma. «Más fino» no equivale a «más recuperable».
La decisión busca un tamaño de liberación suficiente para la separación elegida, no un tamaño mínimo abstracto. Se prueba cómo cambian liberación, recuperación, ley, consumo energético, viscosidad y comportamiento de relaves. Un circuito puede clasificar y devolver solo la fracción gruesa para remolienda, evitando moler toda la alimentación al mismo tamaño. Esa estrategia no elimina el problema: redistribuye cargas, recirculación y control.
La dureza y la competencia de la roca varían entre dominios. Un cambio de frente puede alterar capacidad, granulometría, carga circulante y liberación. Los modelos geometalúrgicos relacionan mineralogía, textura y respuesta de proceso, pero deben alimentarse con datos de planta y de pruebas. Una planta diseñada para un promedio puede perder estabilidad ante lotes que se apartan del promedio.
Pruebas y límites del diagnóstico#
Una prueba de conminución debe definir alimentación, preparación, tamaño inicial, circuito, energía, agua, medios, producto y mediciones. La escala de laboratorio no reproduce automáticamente recirculación, desgaste, transferencia de calor, control de densidad o heterogeneidad industrial. Los resultados son evidencia condicionada, no una garantía.
El muestreo es crítico. Una muestra compuesta puede representar una campaña y ocultar dominios duros; una muestra puntual puede exagerar una textura. La cadena de custodia y el registro de humedad y alteración permiten interpretar diferencias. Las pruebas deben incluir condiciones que podrían hacer fallar el diseño: arcillas, lamas, agua salina, cambios de mineralogía y alimentación variable.
Reducir la molienda puede ahorrar energía y agua, pero si baja demasiado la liberación aumenta el metal en relaves y puede requerir una segunda etapa. Moler más puede elevar recuperación en una prueba y aumentar consumo de reactivos, manejo de lamas o riesgo de drenaje contaminante. El objetivo no es minimizar una variable, sino optimizar el sistema completo bajo restricciones explícitas.
370.2. Trituración, molienda y clasificación por tamaño#
Trituración y molienda cumplen funciones distintas#
La trituración aplica compresión, impacto o cizalla para reducir bloques a tamaños manejables y preparar una alimentación más uniforme. La molienda usa fuerzas y medios que producen partículas mucho más finas, a menudo en presencia de agua. Las etapas pueden organizarse en circuito abierto o cerrado, con cribas, clasificadores o ciclones que separan el producto que cumple la condición y devuelven el que debe seguir rompiéndose.
Una trituradora no «libera» siempre el mineral; puede abrir fracturas y producir partículas mixtas. Un molino no es solo una trituradora pequeña: trabaja con otra distribución de tamaños, energía y medio. Las condiciones de alimentación, el desgaste, la humedad y el control cambian el resultado. El diseño del circuito debe considerar atascos, finos, polvo, seguridad, mantenimiento y capacidad de respuesta.
Los equipos se eligen por propiedades del material y objetivos de proceso. Una roca abrasiva desgasta; una roca húmeda o arcillosa puede atascar; una alimentación variable cambia la carga. Las medidas de tamaño dependen de método y forma de partícula. Una malla o un tamiz no describe exactamente el mismo atributo que un clasificador hidráulico, donde también influyen densidad, forma y velocidad de sedimentación.
Clasificar no es separar por valor#
La clasificación por tamaño separa partículas según tamaño aparente o comportamiento en un fluido. Cribas y tamices trabajan principalmente por apertura; clasificadores hidráulicos y ciclones combinan tamaño, densidad, forma, viscosidad y condiciones de flujo. La fracción «fina» no es automáticamente valiosa ni inútil. Puede contener minerales liberados, lamas de ganga, arcillas o reactivos adsorbidos.
La clasificación controla el circuito. Un producto demasiado grueso retorna a molienda; un producto demasiado fino puede pasar a separación, espesamiento o relaves. El punto de corte no es una frontera nítida: cada corriente contiene distribuciones. La eficiencia se evalúa con muestras de alimentación, rebose y descarga, y con balances que detecten fugas o acumulación.
El agua facilita transporte y clasificación, pero modifica viscosidad, sedimentación, disolución y química de superficies. En circuitos secos, polvo, humedad y carga electrostática alteran separación y seguridad. No existe una transición universal de seco a húmedo: la elección depende del mineral, clima, agua disponible, energía, emisiones y destino de las corrientes.
Circuitos, recirculación y control#
Un circuito de conminución tiene corrientes de alimentación, producto, retorno y pérdidas. La carga circulante puede aumentar eficiencia de tamaño, pero también acumular finos, agua o material difícil de romper. El control automático usa mediciones de potencia, presión, densidad, tamaño, caudal y nivel, pero los sensores tienen retraso, ruido y fallas. Una variable estable en pantalla puede ocultar variación espacial en la alimentación.
La clasificación permite distribuir trabajo, no eliminar incertidumbre. Si el tamaño de liberación cambia con mineralogía, el mismo punto de corte puede dejar partículas mixtas en el concentrado o enviar mineral valioso a relaves. El control debe conectar tamaño con mineralogía y respuesta de separación. La optimización de una trituradora o molino aislado puede empeorar el balance de toda la planta.
Los cambios de alimentación requieren campañas de prueba y reglas de transición. Un circuito puede operar con agua recirculada hasta que cambien sales, finos o reactivos y disminuya la selectividad. La capacidad nominal no indica el desempeño real ante cambios. Un buen sistema registra condiciones, alarmas, muestras y acciones del operador para distinguir una limitación de equipo de una limitación mineralógica.
370.3. Separación gravimétrica, magnética y electrostática#
Separar exige una propiedad contrastante#
Una separación física funciona cuando el mineral valioso y la ganga difieren en una propiedad que el equipo puede aprovechar. La separación gravimétrica usa diferencias de densidad y movimiento en un fluido; la magnética usa susceptibilidad y respuesta a un campo; la electrostática usa diferencias de conductividad, carga o comportamiento superficial. El contraste debe ser suficientemente grande en la distribución de partículas, no solo en una tabla de propiedades de minerales puros.
La gravedad puede concentrar partículas densas en corrientes de agua o aire, pero forma, tamaño, viscosidad y turbulencia afectan el movimiento. Una partícula ligera y grande puede comportarse como una densa y pequeña. La separación puede ser útil para minerales gruesos y libres, pero perder eficiencia con lamas o partículas mixtas. El agua de proceso y la recirculación de finos son parte del diseño.
La separación magnética depende del campo, gradiente, tamaño, humedad y susceptibilidad. Puede recuperar minerales fuertemente magnéticos o separar fracciones con contrastes más sutiles en equipos adecuados. No toda partícula oscura es magnética ni todo mineral con hierro responde igual. La alimentación debe prepararse para evitar aglomeración, y los resultados deben comprobarse en productos y descartes.
La separación electrostática requiere controlar humedad, tamaño, carga y superficie. La conductividad puede cambiar por humedad, contaminación, recubrimientos y mineralogía. Las corrientes secas reducen uso de agua en ciertos circuitos, pero pueden aumentar polvo, requisitos de control y sensibilidad ambiental. La separación física no es necesariamente «limpia»: genera fracciones, consumo energético, desgaste y materiales que deben gestionarse.
Combinación de separaciones#
Un circuito puede usar clasificación antes de gravedad, magnetismo o electrostática, porque un intervalo de tamaño más estrecho facilita el contraste. También puede combinar separaciones: una etapa produce un preconcentrado y otra limpia o recupera una fracción. El orden depende de liberación, humedad, ley de alimentación, especificación y destino de relaves.
La separación en una sola etapa suele comprometer recuperación y ley. Una etapa de rougher recupera una fracción amplia; etapas de limpieza elevan ley; etapas de barrido intentan recuperar valores que quedaron en descartes. Aunque esos nombres se usan en diversos circuitos, su función concreta depende del método. Cada etapa añade agua, energía, recirculación, tiempo y oportunidades de pérdida.
La evaluación debe incluir corriente de alimentación, concentrado, medios y relaves. Un concentrado con alta ley puede contener poco del valor total si se pierde mucho en relaves; una recuperación alta puede producir un concentrado demasiado impuro. Las pérdidas por tamaño, asociación mineral, arrastre y cortocircuito requieren mineralogía de productos, no solo análisis global.
No confundir concentración con eliminación#
Concentrar reduce masa de ganga en una corriente de interés, pero no destruye elementos indeseados. Arsenio, mercurio, azufre, sales o minerales generadores de acidez pueden pasar al concentrado, a relaves, al agua o repartirse entre corrientes. Un proceso que mejora la ley de un producto puede concentrar también un contaminante y aumentar responsabilidades de transporte, almacenamiento o refinación.
La caracterización geoquímica y mineralógica de todas las corrientes orienta manejo. El operador debe conocer potencial de lixiviación, generación de ácido, estabilidad de sulfuros, polvo y exposición. La separación no termina en el equipo: el material descartado conserva propiedades y puede reaccionar durante décadas. La responsabilidad alcanza almacenamiento, cierre y monitoreo.
370.4. Flotación y química de superficies#
Flotar es seleccionar interfaces#
La flotación por espuma separa partículas mediante diferencias de interacción con agua y aire. La superficie de algunas partículas se vuelve más hidrofóbica con reactivos y se adhiere a burbujas; otras permanecen en la pulpa. La espuma se retira como corriente enriquecida. La selectividad depende de mineralogía, tamaño, liberación, pH, potencial electroquímico, calidad del agua, reactivos, aireación, tiempo y estabilidad de la espuma.
Los colectores modifican la afinidad superficial de ciertos minerales; los espumantes ayudan a formar y estabilizar burbujas; reguladores, depresores y activadores cambian pH, carga y competencia entre especies. La química no es una receta universal: el mismo reactivo puede producir efectos distintos con agua recirculada, arcillas, oxidación o minerales secundarios. Las dosis y secuencias deben surgir de pruebas y controles, no de equivalencias entre menas.
La flotación trata una pulpa, no un mineral aislado. Las partículas mixtas pueden flotar o deprimirse de manera intermedia; las lamas pueden recubrir superficies, consumir reactivo o entrar por entrainment, arrastre de agua y sólidos finos en la espuma. La recuperación de un mineral puede llevar ganga; la depresión de una fase puede impedir recuperar otra. La mineralogía de la espuma y de los relaves explica más que el aspecto visual de la celda.
Cinética, espuma y circuitos#
La flotación es dinámica. Algunas partículas se adhieren rápido, otras lento o nunca; el tiempo de residencia y el tamaño de burbuja influyen. Aumentar aire o profundidad de espuma no garantiza mejor separación: puede elevar arrastre, romper la espuma o cambiar la selectividad. Las celdas rougher, cleaner y scavenger cumplen funciones diferentes y se ajustan a la alimentación.
Las pruebas de laboratorio deben reproducir agua, molienda, oxidación, mineralogía y secuencia de reactivos relevantes. Una prueba con agua fresca puede sobreestimar desempeño de una planta que recircula agua salina o cargada de reactivos. La transferencia de laboratorio a planta incluye escala, mezcla, aireación, temperatura, tiempo y control. Las tendencias son útiles; las cifras requieren condiciones.
El pH y el potencial de pulpa modifican especiación, carga superficial y disolución. La medición debe estar calibrada y situada en el circuito; un valor de entrada no describe necesariamente cada celda. La calidad del agua puede acumular iones que activan o deprimen minerales inesperadamente. La gestión de agua es, por tanto, parte de la química de flotación y no solo un balance hidráulico.
Reactivos, riesgos y límites#
Los reactivos pueden ser tóxicos, persistentes, inflamables o peligrosos si se almacenan y mezclan mal. Su selección debe incluir eficacia, exposición laboral, destino en relaves, tratamiento de agua, transporte y cumplimiento regulatorio. Reducir dosis no siempre reduce impacto si baja selectividad y aumenta metal en relaves; cambiar un reactivo puede trasladar el problema a otra corriente.
La flotación puede separar minerales que no se distinguen por densidad o magnetismo, pero requiere agua y genera una pulpa fina que debe espesarse, filtrarse o almacenarse. La espuma no «elimina» ganga: la distribuye. Los concentrados pueden requerir limpieza adicional o acondicionamiento antes de metalurgia, asunto desarrollado en el capítulo 371. Los relaves contienen reactivos residuales, minerales sulfurados, arcillas y agua; su comportamiento de largo plazo debe evaluarse.
370.5. Recuperación, ley, agua y relaves#
Recuperación y ley describen cosas distintas#
La ley del concentrado es la proporción del componente valioso dentro de esa corriente. La recuperación es la fracción del componente valioso de la alimentación que llega a la corriente o producto de interés. Una corriente puede tener alta ley y baja recuperación si contiene solo una parte pequeña del valor; otra puede tener alta recuperación y ley baja por arrastre de ganga. El balance de masa y metal relaciona alimentación, concentrados, medios y relaves.
La recuperación depende de mineralogía, liberación, tamaño, asociación, humedad, reactivos y operación. La ley depende de selectividad, etapas de limpieza, dilución y arrastre. Optimizar una sola métrica puede ocultar pérdida de valor o un concentrado que no cumple especificación. También se debe medir incertidumbre de muestreo, análisis y estabilidad temporal.
Los balances deben cerrar dentro de tolerancias justificadas y señalar corrientes no medidas, humedad, agua y recirculación. Una planta con datos incompletos puede aparentar recuperación por errores de muestreo o por no contabilizar acumulación en el circuito. El control metalúrgico requiere muestras representativas, instrumentos calibrados, reconciliación y análisis de cambios entre campañas.
Agua como medio y como responsabilidad#
El agua transporta pulpa, clasifica, enfría, acondiciona superficies y ayuda a sedimentar. También disuelve sales, moviliza metales, arrastra reactivos y ocupa volumen en relaves. La recirculación reduce captación, pero concentra iones y sólidos que pueden afectar flotación, corrosión, incrustaciones y tratamiento. El agua «reutilizada» no es químicamente neutra.
Un balance hídrico distingue entradas, agua contenida en productos y relaves, evaporación, infiltración, pérdidas en tuberías, purgas y descargas. La guía australiana de gestión del agua en minería subraya que deben medirse entradas y salidas y analizarse para identificar reutilización y pérdidas; no basta anunciar un circuito cerrado. La disponibilidad estacional, la calidad del agua receptora, acuíferos, comunidades y obligaciones regulatorias definen límites.
Reducir agua puede requerir espesamiento, filtración, separación en seco, recuperación de agua o cambios de circuito, pero cada opción consume energía, reactivos, espacio o capital y puede generar polvo o inestabilidad. Una tecnología «seca» no elimina externalidades: transforma agua en energía, emisiones, residuos o necesidades de control. La alternativa debe evaluarse en el ciclo completo.
Relaves y corrientes que no desaparecen#
Los relaves son sólidos finos y agua que permanecen después de recuperar las fracciones de interés, aunque pueden contener valores, reactivos y minerales potencialmente reactivos. Su cantidad y comportamiento dependen de mineralogía, conminución, separación, densidad de pulpa y recuperación. No son simplemente tierra mojada ni se vuelven inertes por salir de la planta.
La gestión debe considerar caracterización geoquímica y geotécnica, agua, estabilidad, transporte, ubicación, construcción, operación, cierre y postcierre. El estándar global de gestión de relaves de UNEP, ICMM y PRI exige responsabilidad del operador durante todo el ciclo de vida, participación de personas afectadas, evaluación de riesgos y transparencia. La guía australiana adopta un enfoque basado en riesgo y en cierre desde el diseño. Estas referencias no sustituyen regulación local ni garantizan riesgo cero, pero establecen responsabilidades que no pueden descargarse en una etapa final.
Los relaves pueden espesarse, filtrarse, apilarse, depositarse en instalaciones superficiales o colocarse en excavaciones según condiciones. Cada opción tiene fallas posibles: licuefacción, erosión, filtración, polvo, drenaje ácido, contaminación, pérdida de agua o inestabilidad. La selección considera topografía, clima, sismicidad, hidrogeología, consecuencias de falla, comunidades, biodiversidad y capacidad de monitoreo. «Más seco» o «más moderno» no equivale automáticamente a más seguro.
Cierre y síntesis#
La planta debe planificar qué ocurre cuando baja la ley de alimentación, cambia la mineralogía, se interrumpe el agua, falla un equipo o termina la operación. La capacidad de aislar corrientes, almacenar temporalmente, tratar agua y mantener relaves durante postcierre es parte del diseño. La responsabilidad incluye información accesible, alertas, inspección independiente y reparación, no solo cumplimiento en operación normal.
Conminuir es liberar sin destruir la capacidad de separar; clasificar es ordenar corrientes sin asumir que tamaño equivale a valor; separar es explotar un contraste físico o químico; flotar es gobernar superficies, agua y burbujas; recuperar y concentrar exige balances; gestionar relaves exige pensar más allá de la planta. Ninguna etapa hace desaparecer la ganga, el agua, los reactivos ni la incertidumbre. La decisión rigurosa busca un circuito que cumpla el objetivo bajo sus límites reales y haga visibles los costos que quedan fuera del concentrado.
Clave de lectura. El flujo no termina en el concentrado. Las corrientes de agua, medios y relaves regresan al balance, y cada etapa deja incertidumbres y responsabilidades distintas.
Preguntas de transferencia#
Moler más para recuperar más#
Ejemplo construido. Una prueba de laboratorio aumenta la recuperación al moler más fino, pero también eleva el consumo de energía, la cantidad de lamas y el volumen de relaves difíciles de espesar. ¿Qué decisión sería responsable?
Mostrar respuesta razonada
Comparar el circuito completo, no solo la recuperación: grado de liberación, ley y recuperación del concentrado, energía, agua, reactivos, comportamiento de lamas, estabilidad de relaves y variabilidad de la alimentación. Puede ser preferible remoler solo una fracción, cambiar clasificación o aceptar una recuperación menor si el balance total mejora. La decisión requiere pruebas representativas y declarar qué externalidades se trasladan.
Elegir una separación física#
Ejemplo construido. Una mena contiene un mineral valioso denso, otro magnético y ganga de densidad variable. Se propone usar separación gravimétrica porque «la densidad es suficiente». ¿Qué debería comprobarse?
Mostrar respuesta razonada
La distribución real de tamaños, grado de liberación, forma de partículas, humedad, viscosidad y contraste de densidad en partículas mixtas. El mineral magnético podría requerir una etapa distinta; la gravedad puede producir un preconcentrado, no una separación final. Ensayos con alimentación representativa y balances de todas las corrientes mostrarían qué combinación mejora ley y recuperación sin crear un relave problemático.
Una flotación que funciona con agua fresca#
Ejemplo construido. Una prueba produce un concentrado selectivo con agua fresca, pero la planta debe recircular agua con sales, finos y reactivos residuales. ¿Por qué no basta trasladar las dosis del ensayo?
Mostrar respuesta razonada
La química de superficies cambia con pH, iones disueltos, arcillas, oxidación, densidad de pulpa y acumulación de reactivos. Hay que caracterizar el agua real, hacer pruebas de recirculación, medir selectividad y tratar las corrientes necesarias. Cambiar reactivos o purgar agua puede mejorar flotación, pero desplaza costos, consumo y efluentes. La prueba debe representar las condiciones de operación y declarar su incertidumbre.
Comparar dos opciones de relaves#
Ejemplo construido. Una operación debe elegir entre relaves espesados y una pulpa convencional. El primero usa más energía y exige control de filtración; el segundo mueve más agua y concentra riesgos en una instalación. ¿Cómo evitar una elección por etiqueta tecnológica?
Mostrar respuesta razonada
Evaluar mineralogía reactiva, clima, topografía, sismicidad, hidrogeología, estabilidad, consecuencias de falla, agua, energía, polvo, construcción, operación, cierre y capacidad de monitoreo. También deben participar comunidades afectadas y autoridades, y revisarse alternativas de reducción, reutilización o almacenamiento. «Espesado» no es automáticamente seguro ni «convencional» automáticamente inseguro: el riesgo depende del diseño, operación, gobernanza y desempeño durante todo el ciclo de vida.
Bibliografía#
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Australian Government, Department of Industry, Science and Resources. Water Stewardship. Leading Practice Sustainable Development Program for the Mining Industry. Orienta balances de entradas y salidas, reutilización, pérdidas, agua de proceso, pulpas y límites del circuito hídrico. (PDF).
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