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INTRODUCCIÓN
En la actividad minera el cobre soluble representa una fracción crítica del cobre total que se extrae durante el proceso de flotación a partir de menas de cobre. La demanda global de cobre ha aumentado sostenidamente en las últimas décadas, impulsada por sectores como la construcción, la electrónica y las energías renovables (Gorlova et al., 2021). Esto ha llevado a la necesidad de desarrollar métodos mejorados para la recuperación de cobre soluble (Medyanik et al., 2012). Sin embargo, la presencia de minerales como la crisocola en las menas dificulta la eficiente extracción del cobre soluble (Yin, 2018).
La crisocola (Cu,Al)4H4 (OH)8 Si4O10·nH2O es un silicato de cobre que exhibe propiedades depresivas durante la flotación, inhibiendo la recuperación de otros minerales de cobre solubles como la calcocita, covellita y cuprite (Wang et al., 2022). Esta recuperación se da mediante el uso de técnicas avanzadas de caracterización mineralógica y el diseño de estrategias de flotación específicas con el objetivo de maximizar la recuperación del cobre soluble, optimizando así los ejes económicos y ambientales de las operaciones mineras (Lusambo & Mulenga, 2018; Ryaboy & Shepeta, 2020; Pereira et al., 2023).
La matriz mineralógica de ciertos yacimientos contiene niveles variables de crisocola, influyendo negativamente en las tasas de recuperación de cobre soluble (Flöter, 1980; Zhu et al., 2020). Por ello, este estudio analiza estrategias para controlar el contenido de crisocola durante el proceso de flotación para maximizar la extracción de cobre soluble en la Unidad Minera La Bonita.
Asimismo, a través de pruebas metalúrgicas sobre menas con 15%-95% de crisocola y la optimización de parámetros como molienda y reactivos (Ahmadi et al., 2021), se evalúa el efecto del contenido de crisocola sobre la recuperación de cobre soluble. Los resultados permiten determinar estrategias enfocadas en la selección y mezcla de menas para reducir los niveles de crisocola, liberando así minerales de cobre soluble y mejorando su flotabilidad (Cai et al., 2022). Este análisis puede guiar el diseño de procesos más eficientes para yacimientos complejos de cobre soluble y crisocola (Feng et al., 2022).
MATERIALES Y MÉTODOS
Ubicación y descripción del área de estudio
La Unidad Minera La Bonita está ubicada en el sur del Perú, en el departamento de Arequipa, provincia de Caravelí, Distrito de Bella Unión con una altitud de 1 715 m.s.n.m. (Figura 1).
La unidad de AGROMIN La Bonita corresponde a un yacimiento cuprífero. La actividad principal es la exploración, desarrollo, preparación, explotación y beneficio de mineral de cobre y, en menor proporción, oro y plata, mediante el método de corte y relleno ascendente convencional (Legua & Acuña, 2023). Es una mina convencional subterránea que presenta un yacimiento tipo vetas de Cu en forma de rosario y contiene sulfuros primarios, secundarios y los óxidos, en menor cantidad. Los minerales económicos presentes son la calcosina, calcopirita y la covelina (Huanacuni & Sanca, 2024).
Proceso receptor de metodología
La Figura 2 muestra las etapas principales de un proceso de recuperación de cobre soluble. Este proceso abarca desde el chancado, molienda (que permite la liberación del mineral valioso) y el acondicionamiento de la pulpa (proceso subsecuente a la etapa de flotación), donde se aprovecha la propiedad de hidrofobicidad para separar el mineral valioso de la ganga. Posteriormente, se lleva a cabo el proceso de filtrado, que permite la separación del concentrado de cobre y el agua para su reutilización. Finalmente, se completó el ciclo con el manejo y la disposición adecuada de los relaves, cerrando así el ciclo del proceso de recuperación de cobre soluble. Por otra parte, para la determinación de leyes se desarrollaron dos métodos: instrumental para muestras de mineral y relave; y clásico para muestras de concentrado.
Materiales
Se obtuvieron muestras representativas de minerales de cobre mixtos (sulfuro y solubles de cobre) de la mina, siguiendo los protocolos estándares de muestreo sistemático. Se seleccionaron cuatro muestras con contenidos mineralógicos variables, como se presenta en la Tabla 1.
Se tuvo en cuenta como variable mineralógica el contenido de la crisocola, de 95 %, 40 %, 35 % y 15 %, respectivamente. Las muestras de mineral se trasladaron a un laboratorio metalúrgico, donde se sometieron a un proceso de preparación que incluyó molienda, utilizando un molino de bolas, hasta obtener la granulometría menor a malla -200 en 80 % en promedio. Posteriormente, se formó pulpa de mineral y agua; ajustando el pH de esta con adición controlada de cal, hasta alcanzar el rango óptimo para flotación entre 11,5 a 12,5 de pH; luego la pulpa pasó a un proceso de flotación en dos etapas para cada muestra, adquiriendo muestras para su análisis químico respectivo. Se obtuvieron resultados variables en cada prueba, mediante el control de contenido porcentual de crisocola en cada muestra.
En estas pruebas se variaron metódicamente las dosis de los distintos reactivos, como colectores (xantato amílico de potasio Z-6 y xantato isopropílico de sodio Z-11), el espumante (Dowfroth-250), sulfuro de sodio y aero promotores (A-208, A-242). Se realizaron cuatro pruebas de flotación, una para cada muestra, combinando diferentes niveles de dosificación. Finalmente, se determinaron cuantitativamente las leyes de cobre en concentrados y relaves, obteniendo recuperaciones de cobre total y cobre soluble.
RESULTADOS
La Tabla 2 describe las condiciones físicas del mineral y la pulpa, incluyendo el porcentaje de molienda (malla -200), el pH del mineral y de la pulpa para la flotación, el consumo de cal y la densidad de la pulpa.
La Tabla 3 detalla la dosificación de reactivos químicos de flotación: colectores como xantato amílico de potasio y xantato isopropílico de sodio; espumante Dowfroth-250, aeropromotores A-208, A-242 y sulfuro de sodio en las diferentes pruebas realizadas para cada muestra.
Al analizar la Tabla 4 se observa una mejor recuperación de cobre soluble con un contenido menor de crisocola, siendo esta inversamente proporcional.
Los resultados de las pruebas metalúrgicas de las muestras (Tablas 2, 3 y 4) ofrecen una visión detallada de las condiciones operativas, la dosificación de reactivos y los resultados de recuperación de cobre total y cobre soluble. La prueba con el contenido de crisocola más alto (95 %) registró la recuperación de cobre soluble más baja, con un 13,19 %. En contraste, a medida que el contenido de crisocola disminuyó en las pruebas subsiguientes (40 %, 35 % y 15 %), la recuperación de cobre soluble aumentó significativamente, alcanzando valores de 58,58 %, 66,03 % y 82,39 %, respectivamente. Esto demuestra que el control mineralógico de la crisocola tiene un impacto importante en la recuperación del cobre soluble y cobre total.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La clave para una mayor recuperación de cobre soluble y, por ende, de cobre total, se basa principalmente en el control mineralógico de la crisocola en mineral a tratar. Además, Gorlova et al. (2021) mencionan que, debido a que el xantato actuó como colector, se genera mayor hidrofobicidad en las superficies de dichos minerales y mejorando así su flotabilidad.
Por otro lado, Herwer et al. (2020) manifiestan que es relevante el control de variables tales como el pH, tamaño de partículas, porcentaje de sólidos, flujo de agua y aire, siendo esto beneficioso para el concentrado final que se obtiene durante el proceso de flotación. Sin embargo, el presente estudio indica que estas variables son importantes mas no determinante en la recuperación del cobre soluble.
Desde una perspectiva operativa, es importante implementar técnicas selectivas de procesamiento mineral para controlar los niveles de crisocola previo a la flotación. Sibanda et al., (2020) señalan que reducir el tamaño de partícula mediante molienda mejorada y el uso de reactivos específicos aumenta la recuperación de cobre finamente diseminado.
Esto concuerda con la experiencia práctica en la unidad minera La Bonita donde la recuperación de cobre soluble del año 2021 y 2022 en promedio es de 59 %, a comparación del año 2023 donde la recuperación del cobre soluble mediante el control mineralógico de la crisocola fue de 68-77 %, demostrando así que el presente estudio brindó una eficaz mejora en el proceso de recuperación de cobre soluble.
Se concuerda con Ahmadi et al. (2021), en relación a la importancia de controlar reactivos para mejorar la recuperación de cobre dado, que en el presente estudio la dosificación de colectores es directamente proporcional a la ley del mineral a tratar como muestra en la Tabla 3 y 4 en su prueba N°4.
CONCLUSIONES
Es importante minimizar el contenido de crisocola para mejorar la recuperación de cobre soluble durante la flotación. A medida que la crisocola se reduce del 95 % al 15 % en las pruebas, la recuperación de cobre soluble aumenta significativamente del 13,19 % al 82,39 %.
Se evidencia una mejora en la recuperación de cobre solubles cuando se controla la crisocola en las operaciones mineras, muestreos geológicos y la alimentación de mineral al proceso de flotación. Estos procesos de control permiten que la flotación de minerales como cobre soluble sean rentables dado a su alta recuperación.
Las etapas más relevantes de un proceso de flotación de cobre optimizado pueden reutilizar el 100 % de agua industrial, teniendo así un manejo responsable de relaves evitando impactos ambientales en comparación al proceso de lixiviación ácida de los cobres solubles.
Finalmente, es preciso evaluar la efectividad de estas técnicas bajo distintas condiciones operativas y en diferentes yacimientos de cobre, mediante pruebas metalúrgicas, siendo medidas fundamentales para mejorar la recuperación de cobres solubles. Esto permitiría examinar su aplicabilidad a nivel industrial para el control enfocado de la crisocola y la consecuente mejora en la flotación de cobre soluble, enfatizando el aspecto ambiental.
