Proceso de enriquecimiento para Mineral de cobre

7.2.1 Tipos y yacimientos de minerales de cobre

El cobre se utiliza principalmente en aplicaciones industriales, equipos eléctricos y electrónicos y productos de consumo, como los utensilios. Según los datos de 2019, China cuenta con la mayor reserva de cobre del mundo. Se utiliza en varias aleaciones, como: (1) para fabricar acero inoxidable con hierro y níquel, (2) para fabricar bronce con estaño, (3) para fabricar latón con zinc.

7.2.1.1 Yacimientos de mineral de cobre

Entre los tipos industriales de yacimientos de cobre que existen en el mundo se incluyen los yacimientos de cobre porfídico, los yacimientos de arenisca cobrífera, los yacimientos de pirita cobrífera, los yacimientos de sulfuro de cobre y níquel, los yacimientos de cobre, uranio y oro, los yacimientos de cobre natural, los yacimientos en vetas, los yacimientos de carbonato y los yacimientos de skarn. Los cuatro primeros tipos son los más importantes, ya que representan el 96% del total de las reservas de cobre del mundo. Los yacimientos de cobre porfídico representan más de la mitad de las reservas mundiales de cobre.

Los tipos industriales de yacimientos de cobre en China incluyen los yacimientos de cobre porfídico, los yacimientos de pirita con cobre, los yacimientos de cobre en capas, los yacimientos de cobre de skarn, los yacimientos de arenisca con cobre, los yacimientos de sulfuro de cobre y níquel y los yacimientos de cobre en vetas. En China hay varias minas de cobre grandes y muy grandes con reservas probadas de más de 5 millones de toneladas, entre las que se incluyen Hami en Xinjiang, Qulong en el Tíbet, Pulang en Yunnan, Jiangxi y Jiangda Yulong en el Tíbet, etc.

Las características de los yacimientos de cobre de China son las siguientes:

(1) Cinco áreas de concentración evidentes: los tramos medio y bajo del río Yangtsé, Changdu, desde el sur de Sichuan hasta el centro de Yunnan, Jinchuan-Baiyin en la provincia de Gansu y Zhongtiaoshan.

(2) La mayoría de ellos son yacimientos complejos con numerosos componentes asociados. El oro asociado al cobre representa 78% de las reservas de oro asociadas de China; la plata asociada al cobre representa 26% de las reservas de plata asociadas de China; el cobalto asociado al cobre representa la mitad de las reservas de cobalto de China; y una gran cantidad de metales del grupo del platino, molibdeno, plomo, zinc, azufre, etc., que aportan enormes beneficios económicos al desarrollo y la explotación de las minas de cobre.

(3) De las reservas probadas, 87% corresponden a mineral sulfurado, 10% a mineral oxidado y solo 3% a mineral mixto.

7.2.1.2 Tipos industriales

Según el contenido relativo de minerales de óxido de cobre en el mineral, el mineral de cobre se puede clasificar en mineral de óxido de cobre, en el que el índice de oxidación es superior a 30%, mineral de cobre mixto, en el que el índice de oxidación está comprendido entre 10% y 30%, o mineral de sulfuro de cobre, en el que el índice de oxidación es inferior a 10%. Según los componentes valiosos, el mineral de cobre se puede clasificar en mineral de cobre simple y mineral de cobre complejo, como el mineral de cobre-azufre, el mineral de cobre-níquel, etc. El mineral de cobre-azufre se refiere al mineral cuyos minerales principales son el sulfuro de cobre y el sulfuro de hierro. Se encuentra principalmente en yacimientos de pirita con contenido de cobre y, en menor medida, en yacimientos de cobre de skarn. El mineral de cobre-hierro es aquel que, además de minerales de cobre, contiene magnetita. El plomo, el zinc, el níquel, el cobalto, el molibdeno, el óxido de tungsteno, el bismuto, el oro, la plata y la pirita suelen estar asociados a los yacimientos de cobre, por lo que deben evaluarse de forma exhaustiva y considerarse para su recuperación cuando su contenido alcance un determinado valor.

La estructura del mineral de cobre puede ser masiva (densa) o diseminada.

7.2.1.3 Tipos naturales de minerales de cobre

En la corteza terrestre se encuentran más de 250 tipos de minerales de cobre y minerales que contienen cobre, que se presentan principalmente en forma de sulfuro y compuestos similares, óxidos de cobre, cobre nativo, sulfato, carbonato y silicato de cobre. La mayoría de los minerales que contienen cobre presentan colores vivos y llamativos, como la calcopirita de color amarillo dorado, la malaquita de color verde brillante, la covelita de color azul oscuro, etc.

El cobre es un elemento sulfófilo, y el mineral de cobre suele presentarse en forma de mineral sulfurado. Solo en condiciones de fuerte oxidación se forma óxido. Según su origen y composición química, los minerales de cobre pueden clasificarse en minerales de sulfuro de cobre primarios, como la calcopirita; minerales de sulfuro de cobre secundarios, como la calcosina; y minerales de óxido de cobre, como la malaquita.

El cobre también presenta cierta afinidad por el hierro, por lo que puede formar compuestos con el hierro, el níquel, el cobalto y otros elementos en el magma básico y ultrabásico.

Los principales sulfuros de cobre son la calcopirita (CuFeS₂), que contiene 34,56% de cobre; la bornita (Cu₃FeS₃), que contiene 76,33% de cobre; la calcocita (Cu₂S), que contiene un 79,83% de cobre, y la covelita (CuS), que contiene un 66,44% de cobre.

Los principales minerales de óxido de cobre son la malaquita (CuCO₃·Cu(OH)₂), con un contenido de cobre del 57,51 TP3T; la azurita (2CuCO₃·Cu(OH)₂), con un contenido de cobre del 55,31 TP3T; la cuprita (Cu₂O), con un contenido de cobre del 88,81 TP3T; y la crisocola (CuSiO₃·nH₂O), con un contenido de cobre del 36,11 TP3T.

La calcopirita es un importante mineral primario de cobre. De ella se derivan muchos minerales secundarios de cobre. Cuando la calcopirita se oxida en la superficie, puede formarse una solución de CuSO₄, y si en la zona de oxidación hay caliza, se forman malaquita o azurita. En condiciones de reducción, la calcopirita primaria, la pirita y la galena pueden reaccionar para formar calcocita (Cu₂S), covelita (CuS), bornita (Cu₅FeS₄) y otros minerales, dando lugar a una zona de enriquecimiento secundario del yacimiento de cobre.

7.2.2 Flotabilidad de los sulfuros de cobre

Los minerales de sulfuro suelen presentar una buena flotabilidad y la ganga puede eliminarse eficazmente mediante flotación. Sin embargo, en los sulfuros de cobre suelen encontrarse sulfuros de hierro, cobalto, molibdeno y otros metales. Por lo tanto, el objetivo principal de la flotación de sulfuros de cobre es ajustar el comportamiento de flotación de los distintos minerales sulfurados mediante el control de los parámetros del proceso de flotación.

Debido a que los minerales sulfurosos presentan una flotabilidad similar, normalmente es necesario separarlos mediante una flotación en varias etapas. Además, la misma operación de flotación en cada etapa suele tener que realizarse varias veces de forma consecutiva —por ejemplo, una etapa de desbastado, dos de limpieza y dos de purga, etc.— para lograr una separación eficaz.

La flotabilidad de los minerales de sulfuro de cobre presenta cierta secuencia. Los que no contienen hierro, como la calcocita y la covelita, tienen una flotabilidad similarmente buena y son difíciles de eliminar mediante cianuro y cal. Los minerales que contienen hierro, como la calcopirita y la bornita, se eliminan fácilmente mediante cianuro y cal en un medio alcalino.

Los aniones de los colectores de xantato se adsorben químicamente principalmente con el catión Cu²⁺, por lo que los minerales con mayor contenido de Cu en la superficie presentan una fuerte interacción con el xantato. El orden de la reacción, de mayor a menor intensidad, es el siguiente: calcocita, covelita, bornita y calcopirita.

La flotabilidad de los minerales de sulfuro de cobre también se ve afectada por el tamaño de los cristales, el tamaño de las diseminaciones y por el hecho de que sean primarios o secundarios. Resulta difícil flotarlos si los cristales y las diseminaciones son demasiado finos. El sulfuro de cobre secundario se oxida con facilidad, lo que hace que su flotabilidad sea más difícil que la de los sulfuros de cobre primarios.

7.2.2.1 Calcopirita (CuFeS₂)

La calcopirita no se oxida fácilmente y puede mantener su flotabilidad natural durante mucho tiempo en lodos neutros y ligeramente alcalinos. Sin embargo, su flotabilidad disminuirá en lodos muy alcalinos con un pH superior a 10 debido a la formación de hidróxido de hierro en la superficie.

El colector más utilizado para la calcopirita es el xantato, con el que toda la calcopirita puede flotar en un amplio rango de pH, comprendido entre 3 y 12. El ditirofosfato, el ditiocarbamato y los tionocarbamatos también son colectores de calcopirita. La selectividad del xantato de butironitrilo es superior a la del xantato y puede utilizarse para la flotación de calcopirita que contenga arsenopirita.

La calcopirita se ve fácilmente inhibida por el cianuro y los oxidantes en una suspensión alcalina. El cianuro se utiliza a menudo en la separación del cobre y el plomo, mientras que los oxidantes se emplean con frecuencia en la separación del cobre y el molibdeno. En ocasiones se utilizan sales de cobre, como el sulfato de cobre, para activar la calcopirita que ya ha sido inhibida.

La superficie de la calcopirita se oxida al molerse finamente en agua, tras lo cual el ácido xántico forma fácilmente una adsorción firme con el Cu²⁺ en la superficie. Sin embargo, cuando se utilizan como colectores, es necesario añadir al molino de bolas éster de tiamina, xantato doble, etc., para que entren en contacto con la superficie recién liberada.

7.2.2.2 Bornita (Cu₅FeS₄)

La flotabilidad de la bornita se sitúa entre la de la calcocita y la de la calcopirita. La bornita se oxida más fácilmente que la calcopirita, por lo que se consume más colector que con esta última.

La bornita puede flotarse tanto en lodos ácidos como en lodos alcalinos débiles utilizando xantato como colector, pero la flotabilidad disminuye cuando el pH es superior a 10. En los lodos fuertemente ácidos, la flotabilidad de la bornita se deteriora significativamente. La bornita puede verse fácilmente inhibida por el cianuro. El sulfuro de sodio o una pequeña cantidad de ácido sulfúrico pueden mejorar la flotabilidad de la bornita.

7.2.2.3 Calcocita (Cu₂S) y covelita (Cu₂S·CuS₂)

La calcopita es la que presenta mayor flotabilidad, pero se oxida más fácilmente que la calcopirita.

El xantato y el ditirofosfato son buenos colectores para la calcocita. Toda la calcopirita puede separarse por flotación con xantato de etilo, ditirofosfato de etilo y ditirofosfato doble de etilo en un amplio rango de pH, comprendido entre 1 y 13. La calcocita no es sensible al pH y puede flotar incluso a valores elevados de pH, ya que el xantato de etilo cuproso es más estable que el hidróxido de cobre.

Entre los agentes reductores de la calcocita se encuentran el Na₂SO₄, el Na₂S₂O₃, el K₃Fe(CN)₆, el K₄Fe(CN)₆ y una gran cantidad de Na₂S. El cianuro tiene un efecto reductor escaso sobre la calcocita, ya que los iones de cobre de la superficie se disuelven continuamente, lo que hace que el cianuro pierda su eficacia.

La flotabilidad de la covelita es similar a la de la calcocita.

7.2.2.4 Tennantita (3Cu₂S·As₂S₃)

La tennantita presenta una dureza reducida y una elevada fragilidad. Es viscosa y se oxida con facilidad. Cuando se utiliza xantato de butilo como agente colector, el pH más adecuado para la flotación de la tennantita es de 11 a 12.

El carbonato de sodio es un mejor regulador del medio que la cal, ya que puede inhibir la tennantita cuando el CaO libre es superior a 400 g/m³. El sulfuro de sodio puede activar la superficie de la tennantita oxidada en dosis bajas (30 mg/l) y, por lo tanto, mejorar su flotabilidad, pero un aumento de la dosis puede inhibirla por completo.

7.2.2.5 Sulfuros de hierro

Los minerales de sulfuro de hierro se utilizan principalmente en la producción de ácido sulfúrico y constituyen una importante materia prima para la industria química. Se encuentran ampliamente distribuidos en yacimientos de sulfuro, por lo que es necesario separarlos del cobre.

(1) Pirita (FeS₂). Una ligera oxidación mejora la flotabilidad de la pirita, pero una oxidación excesiva la reduce. La pirita puede separarse mediante xantato, ditirofosfato o ditiocarbamato. El pH de la pulpa tiene un efecto evidente sobre su flotabilidad. Una suspensión ácida o ligeramente alcalina favorece la formación de xantato doble en la superficie de la pirita, lo que facilita su flotación. En un medio ácido, como por ejemplo con un pH = 2, la formación de azufre elemental puede mejorar la flotabilidad de la pirita, pero en una suspensión fuertemente alcalina provocada por la cal, la superficie se ve inhibida por la cobertura de FeO(OH). Tanto el cianuro como la cal pueden inhibir la flotabilidad de la pirita. La cal se utiliza a menudo para inhibir la pirita con el fin de separarla de la calcopirita y la esfalerita. La pirita inhibida puede activarse reduciendo el pH con ácido sulfúrico, o mediante carbonato de sodio o dióxido de carbono. A menudo se añade sulfato de cobre durante la activación.

(2) Pirrotita (FeSₙ₊₁). La pirrotita es viscosa y se oxida con facilidad. Es relativamente difícil de flotar. En pulpas alcalinas y débilmente ácidas, se utiliza Cu²⁺ o una pequeña cantidad de sulfuro de sodio para la activación, y a continuación se emplea xantato de alta pureza para la separación. Para inhibir la pirrotita, se puede utilizar cal, cianuro, carbonato de sodio, etc. El permanganato potásico puede utilizarse para inhibir la pirrotita en algunos casos especiales, como la separación de la arsenopirita o la pentlandita, que se activan mediante sulfato de cobre o sulfuro de sodio.

(3) Marcasita (FeS₂). La marcasita es similar a la pirita en cuanto a su flotabilidad, pero flota más fácilmente que esta.

La fig. 7.1 muestra un proceso para el tratamiento de mineral de sulfuro de cobre puro.