Concentración de minerales/Mineral concentration/Concentração mineral
Determinación del grado de recuperación metalúrgica de titanio (Ti) contenido en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar
Determination of the degree of metallurgical recovery of titanium (Ti) contained in tailings sands produced in small gold mining, in Las Claritas sector, Sifontes municipality, Bolivar state
Determinação do grau de recuperação metalúrgica de titânio (Ti) contido nas areias de rejeitos produzidas na pequena mineração de ouro, no setor Las Claritas, município Sifontes, estado Bolívar
Gisela Silva
Ing°Geó°, MSc. Profesora Asistente. Universidad de Oriente (UDO). Investigadora Novel. Correo-e: giselasilva77@gmail.com
Víctor González
Ing°Min°, Esp. Profesor Agregado. UDO. Investigador SAIUDO Nivel III. PEII Nivel B. Correo-e: victor.gonzalez@udo.edu.ve
Yarulsi García
Ing°Min°, DEA. Profesora Asistente. UDO. Investigadora SAIUDO Nivel II. PEII Nivel A2. Correo-e: yarulsigarcia@udo.edu.ve
Recibido: 22-5-18; Aprobado: 29-6-18
Abstract
The investigation is about the sands of tailings produced in the small gold mining, in Las Claritas sector, Sifontes municipality, Bolivar state, Venezuela, in order to provide experimental information on the processing of tailings sands to obtain titanium in form of dioxide, preliminarily through tests and laboratory methods already existing and applied to other types of materials. The method applied for the metallurgical recovery was the Analytical March using as reagent sodium carbonate to obtain a precipitate containing titanium and other metals. As relevant results, the final concentration of titanium in the precipitate was on average 1,280 ppm, reflecting that its concentration increased 20 times in relation to its initial concentration in the head sample that averaged 63 ppm. With this test, it is concluded that this analytical process in alkaline medium with sodium carbonate offers a high efficiency for the metallurgical recovery of titanium in this type of silica, iron and aluminum rich sands, since the initial estimated percentage was TiO2 of 0.01% and the final concentrate was 0.22% TiO2 on average.
Resumen
La investigación se enmarca en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar, Venezuela, con el fin de aportar información experimental del procesamiento de las arenas de relaves para la obtención de titanio en forma de dióxido, preliminarmente a través de ensayos y métodos de laboratorio ya existentes y aplicados a otros tipo de materiales. El método aplicado para la recuperación metalúrgica fue la Marcha analítica utilizando como reactivo carbonato de sodio para obtener un precipitado que contiene el titanio y otros metales. Como resultados relevantes se tiene que la concentración final de titanio en el precipitado fue en promedio 1.280 ppm, reflejándose que su concentración aumentó 20 veces en relación a su concentración inicial en la muestra cabeza que promedió 63 ppm. Con este ensayo, se concluye que este proceso de marcha analítica en medio alcalino con carbonato de sodio ofrece una elevada eficiencia para la recuperación metalúrgica de titanio en este tipo de arenas ricas en sílice, hierro y aluminio, ya que el porcentaje estimado inicial fue de TiO2 de 0,01 % y el concentrado final fue de 0,22 % de TiO2 en promedio.
Resumo
A investigação se enquadra nas areias de rejeitos produzidas na pequena mineração de ouro, no setor Las Claritas, município Sifontes, estado Bolívar, Venezuela, com o fim de contribuir informação experimental do processamento das areias de rejeitos para a obtenção de titânio em forma de dióxido, preliminarmente através de ensaios e métodos de laboratório já existentes e aplicados a outros tipo de materiais. O método aplicado para a recuperação metalúrgica foi a Marcha analítica utilizando como reativo carbonato de sódio para obter um precipitado que contém o titânio e outros metais. Como resultados relevantes se tem que a concentração final de titânio no precipitado foi em média 1.280 ppm, se refletindo que sua concentração aumentou 20 vezes em relação a sua concentração inicial na mostra cabeça que teve uma média de 63 ppm. Com este ensaio, conclui-se que este processo de marcha analítica em médio alcalino com carbonato de sódio oferece uma elevada eficiência para a recuperação metalúrgica de titânio neste tipo de areias ricas em sílice, ferro e alumínio, já que a percentagem estimada inicial foi de TiO2 de 0,01 % e o concentrado final foi de 0,22 % de TiO2 em média.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Areias de relaves, arenas de relaves, metallurgical recovery, pequena mineração, pequeña minería, recuperación metalúrgica, recuperação metalúrgica, small-scale mining, tailings, titanio, titânio, titanium sands.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Silva et al. (2018) o (Silva et al., 2018).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Silva, G., González, V., García, Y. (2018, agosto). Determinación del grado de recuperación metalúrgica de titanio (Ti) contenido en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar. Geominas 46 (76). 75-78.
Introducción
El desarrollo minero ha alcanzado niveles económicos de gran importancia a escala mundial, por lo tanto, la extracción de mineral constituye una fuente de desarrollo y de bienestar para la sociedad, es por ello que desde tiempos remotos el hombre ha venido mejorando el sistema de excavación de minerales a través de los procesos de aprovechamiento selectivo del mineral.
La minería en Venezuela representa la segunda actividad económica más importante del país, seguida de la actividad petrolera. Venezuela concentra el 2 % de la oferta mundial de minerales, entre los cuales destacan el hierro, la bauxita, el fosfato y caliza. La mayor parte de la riqueza mineral del país se localiza en la región de Guayana, debido al origen y formación geológica de su relieve.
La antigüedad del macizo guayanés y el largo proceso de erosión causado por las lluvias, el viento y los ríos de la región, han puesto al descubierto los depósitos minerales del subsuelo, facilitando su hallazgo y explotación (Mendoza, 2005). Así sucede con los diamantes y el oro que se localizan a flor de tierra o en los ríos guayaneses.
En esta área se localizan importantes depósitos de oro, específicamente en el grupo Botanamo de la Provincia de Pastora en el municipio Sifontes, en la cual se desarrolla la pequeña minería del oro desde la década de los 80 por pequeños mineros que desde esa época hasta la actualidad han venido utilizando procedimientos de bajo nivel tecnológico, lo que ha originado pérdidas por la poca eficiencia de la recuperación del mineral de oro, produciendo arenas de relaves que contienen un gran porcentaje de elementos como el titanio, el cual posee excelentes propiedades anticorrosivas que le permite ser utilizado como un aditivo del acero y, además, en los pigmentos de pinturas, entre otros (Torres, 2001). En esta área se desarrollan procedimientos de bajo nivel tecnológico (sluices, amalgama de mercurio), produciendo de esta manera arenas de relaves, las cuales causan un impacto negativo al medio ambiente.
La cantidad de arenas de relaves actualmente depositada, específicamente en el sector Molino Ciudad Dorada, se estima alrededor de las 19.000 toneladas y el tenor de titanio (Ti) en promedio es de 63 ppm.
El titanio se emplea en las aleaciones de acero para reducir el tamaño del grano y como desoxidante, y en las de acero inoxidable para reducir su contenido de carbono. Son frecuentes también las aleaciones con aluminio, vanadio, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales. Alrededor del 95 % del mineral de titanio extraído de la Tierra se destina para su refinamiento como dióxido de titanio (TiO2), usado como pigmento blanco permanente en pinturas, dentífricos y plásticos. También se emplea en el cemento, en gemas, para conseguir opacidad en el papel (Mineral Information Institute, 2011).
La investigación se enmarca en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro en el Sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar, para aportar información experimental del procesamiento de las arenas de relaves para la obtención de titanio en forma de dióxido, preliminarmente a través de ensayos y métodos de laboratorio ya existentes y aplicados a otros tipo de materiales.
Objetivos de la Investigación
Objetivo general
Determinar la recuperación metalúrgica de titanio contenido en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar.
Objetivos específicos
Establecer las características químicas elementales de las arenas donde se encuentra presente el titanio (Ti).
Seleccionar el procedimiento más adecuado utilizado en la actualidad para la recuperación de titanio (Ti) con base en sus características químicas dentro de las arenas de relaves.
Determinar los costos de recuperación de titanio (Ti) a partir del tratamiento aplicado a las arenas de relaves.
Materiales y métodos
Esta investigación fue orientada al desarrollo de prácticas y nuevos conocimientos, donde se genera un enunciado interrogativo acerca de una o más variables que pudieran predecir el comportamiento de ciertos procesos bajo condiciones establecidas. Es por eso, que durante esta investigación se pudo describir, relacionar, comparar, explicar y comprender el comportamiento de una muestra de arenas de relaves durante la obtención del elemento titanio.
Se utilizaron las muestras de arenas de relaves obtenidas durante el proyecto de investigación de la profesora Yarulsi García, intitulado “Caracterización de las colas producidas en el proceso de lixiviación de minerales auríferos para su aprovechamiento económico y utilidad para la sociedad”, el cual fue publicado en la revista GEOMINAS, Vol. 39, N° 56, diciembre 2011, donde se obtuvieron resultados del porcentaje de composición por elementos químicos a través del Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) donde se obtuvieron valores atractivos de elementos raros que dio pie a realizar una nueva evaluación de las arenas en función de estos elementos. Se realizaron secuencialmente las siguientes actividades:
1. Conminución de las muestras: se procedió a remoler el material de granulometría gruesa, que de acuerdo, al análisis granulométrico, corresponde al material retenido en la malla 60 y 80 (Serie ASTM), y luego mezclar el material remolido con el material pasante malla 80, y así proceder a la preparación de las muestras para análisis.
2. Preparación e Identificación de las muestras de arenas de relaves necesarias para la investigación: una vez molido el material grueso y obtenido el 100% pasante malla 80, se procedió a mezclar los dos (2) materiales (el remolido y el original pasante malla 80 descrito en la actividad 1). A continuación, se homogenizaron, cuartearon y prepararon (3) compositos rotulados como M-1, M-2 y M-3, cada uno contentivo de dos (2) kilogramos, y luego dos (2) compositos identificados como PVN1 (M-1) y PVN2 (M-2 y M-3) de un kilogramo cada uno, los cuales se utilizaron para los ensayos correspondientes a la investigación (Vázquez, 1996).
3. Realización de ensayos químicos: se determinó en la muestra cabeza la concentración de los elementos químicos (expresada en mg/kg) de: Ti, Fe, Cr, Cu, Ni, Co,Mn, Pb, Mg, Na, V, Sb, Sn, Ag, Hg, Bi, Al, Cd, Zn, Ca, y Si, mediante la técnica Espectroscopia de Emisión Óptica con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-OES), con el apoyo del Instituto de Investigaciones en Biomedicina y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Oriente. En cada una de ellas se realizaron los siguientes pasos, tomando el protocolo seguido en el laboratorio para suelos y afines (Sarojam, 2012): Se pesó por triplicado 1 gramo de cada arena y a cada replica se le añadieron 10ml de HNO3. Esta mezcla se dejó reposar por 24 horas. Transcurrido ese tiempo se introdujo la mezcla en el digestor de microondas en dos etapas con dos tiempos (15 min y 10 min) a 175 °C a una potencia de 1000 w, transcurrido los tiempos se dejó enfriar, se filtró y se enrazó hasta 25ml. Este método se aplica para facilitar la lixiviación de los elementos a analizar desde las arenas.
4. Ensayos para la obtención del metal titanio. De acuerdo con el esquema de la marcha analítica de cationes con carbonato de sodio se tienen los siguientes grupos (Bazán 2003):
Grupo I: Solubles en carbonato de sodio Cr (VI), As (III) y (V), VO3, MoO4, K, además de los aniones de este grupo.
Grupo II: Formados por cationes insolubles por el reactivo HNO3, estos son: Sb (III) y (V), Sn (II) y (IV), Ti (II).
Grupo III: Cationes que precipitan como cloruros insolubles, usando el reactivo HCl 2 mol L-1 Estos son: Ag(I), Pb(II), Hg(I).
Grupo IV: Cationes alcalinos térreos que se separan como sulfatos, usando el reactivo (NH4)2SO4.
Grupo V: Formado por hidróxidos de metales trivalentes que se precipitan con la mezcla tampón de pH = 9,6. Ellos son: Bi(III), Fe(III), Al(III), Ti(IV), Cr(III).
Grupo VI: Cationes que por el exceso de amonio forman complejos amoniacales, comprende el grupo más abundante, ellos son: Cu(II), Cd(II), Zn(II), Ni(II), Co(II), Ca(II), Mg(II) y Hg(II).
Acorde con esta clasificación, la marcha alcalina como proceso hidrometalúrgico se realizó de la siguiente manera:
Se empleó, aproximadamente, 1,000 g de muestra sólida de PVN1 y PVN2 por separado, esta fue triturada y se pasó por malla número 200 (75µm).
Luego, se procedió a acidificar la muestra con una solución de HNO3 2M, controlando la acidez hasta llevarlo a neutro para continuar con el tratamiento alcalino. A continuación, se tomaron 10 mL de la solución preparada, se añadió el reactivo Na2CO3 0,5M hasta reacción neutra, luego un exceso de 5 ml de la solución alcalina se calentó a ebullición unos 10 minutos, completando con solución alcalina si el volumen disminuía. Posteriormente, se centrifugó, y se observó un precipitado de color marrón claro, que evidenció la presencia de carbonatos básicos e hidróxidos.
Estos precipitados deberían contener los grupos de cationes II al VI, y en la solución se encuentran los cationes que se determinan como aniones, o también están aquellos cationes que no precipitan con el carbonato de sodio, de acuerdo con los grupos mencionados arriba.
Por cada muestra (PVN1 y PVN2), se realizó el procedimiento descrito un total de 14 veces. Los precipitados obtenidos por cada muestra en la marcha analítica fueron unificados para un total de 1,3 g y se acondicionaron para determinar su concentración bajo ensayo por ICP-OES. Esto se realizó a cada muestra resultando un total de, aproximadamente, 29 gramos de muestra tratados entre PVN1 y PVN2, para obtener 1,3 gramos de precipitado.
5. Determinación de los costos de recuperación: con base en los procedimientos aplicados, los cuales conllevan a un consumo de reactivos, energía, y equipos, se realizó la estimación de los costos tratamiento por gramos de arenas de relaves para la recuperación del metal titanio (Ti) en forma de dióxido.
Resultados y discusión
Caracterización química
Se realizó la caracterización química de las muestras tomadas de las arenas de relaves (Tabla 1), donde se observa que los elementos químicos con mayor concentración son el hierro, sílice y aluminio, lo que confirma que estamos en presencia de un material abrasivo. Por otro lado, en función de los tenores límites de explotación que se manejan en las explotaciones mineras, la concentración de titanio níquel, cobalto, cromo, magnesio y vanadio son, en primera instancia, atractivos para su aprovechamiento metalúrgico.
Tabla 1. Concentración de los principales elementos químicos que constituyen a la muestra cabeza determinados por ICP-OES.
Tabla 4. Total del costo de las de muestras procesadas (29 gramos).
Resultados de los ensayos metalúrgicos en la recuperación de Titanio
En la tabla 2 se muestran los valores de las concentraciones del titanio contenido en el precipitado, donde se observa que en titanio aunque la concentración aumentó 20 veces, la pureza en el precipitado solo llegó a 0,21 % en promedio.
Tabla 2. Concentración del elemento químico titanio en el precipitado calcinado.
En la tabla 3 se presentan los cálculos de los porcentajes de recuperación metalúrgica de titanio, donde se indica que con el aumento de la concentración durante el proceso alcalino, 95 % en promedio del contenido metálico, quedó en el precipitado en relación al contenido total en la muestra cabeza.
Tabla 3. Porcentaje de recuperación metalúrgica de titanio.
Costos asociados a la recuperación metalúrgica de titanio
Tomando en consideración los consumos de reactivos y equipos sin incluir costo de personal, en la tabla 4 se presenta el desglose de los costos en dólares y en bolívares del consumo de materiales, reactivos y equipos en el tratamiento de 29 gramos de muestras usando la Marcha analítica alcalina de cationes. El costo por cada gramo de muestra tratada con este procedimiento químico está alrededor de los 700.000 bolívares. El monto total es reflejado en la tabla 4, y puede variar dependiendo del tenor cabeza de la muestra, es decir, a mayor tenor o concentración en la muestra cabeza, menor será la cantidad de gramos a tratar y por ende el costo de tratamiento será menor.
Conclusión
De acuerdo con los resultados del análisis químico elemental, el material tratado es una arena muy silícea con contenidos de hierro y aluminio considerables, con un contenido de titanio y otros elementos atractivo para su aprovechamiento de acuerdo a los tenores límites de explotación que se maneja a escala industrial en minería considerando que es un material suelto donde no se incurrirá en costos de operaciones de arranque de mineral, no tanto así para los demás elementos analizados en relación al tenor.
Como resultados relevantes se tiene que las concentraciones finales de titanio en el precipitado fueron de 1.251 y 1.308 ppm para las muestras VPN1 y VPN2, respectivamente, reflejándose un enriquecimiento donde su concentración aumentó 20 veces en relación a su concentración inicial en la muestra cabeza.
El porcentaje de recuperación metalúrgica alcanzó en promedio el 95 %, lo cual se considera un gran paso experimental para este tipo de arenas lavadas.
Se presume, con estos resultados que, en función del tipo de material, que en este caso fueron arenas muy silíceas con un alto contenido de hierro y aluminio, el método de marcha analítica en medio alcalino con carbonato de sodio se logran resultados favorables con el titanio, pudiendo ser favorable para otros metales como el níquel y el vanadio en los grupos solubles.
El costo de tratamiento para la recuperación metalúrgica de titanio y metales asociados está alrededor de 2,8 dólares por cada gramo tratado y, en consecuencia, el costo de tratamiento puede disminuir si el tenor o concentración del elemento en la muestra cabeza es mayor al utilizado en esta investigación.
Debido al alto contenido de sílice en la muestra es recomendable para una segunda prueba experimental hacer un pre-concentrado eliminando en gran parte la sílice y así tener una muestra solida partículada más concentrada en los elementos de interés, de tal manera que el carbonato de sodio tenga un grado de difusión y lixiviación más amplio.
Agradecimientos
Al Centro de Goeciencias de la Escuela de Ciencias de la Tierra. UDO Bolívar.
Al Instituto de Investigación Biomédica y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Oriente (IIBCAUDO).
Bibliografía
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Mendoza, V. (2005). Evolución geotectónica y recursos minerales del escudo de Guayana en Venezuela (y su relación con el escudo sudamericano). Puerto Ordaz, municipio Caroní, estado Bolívar, Venezuela.
Mineral Information Institute (2.011). Common minerals – Titanium. Disponible: http:// www.mii.org.
Torres L., Kharisov B., Elizondo N. (2001 abril-junio). Recuperación de Ti y Cr de catalizadores gastados de la industria petroquímica. Ciencia Uanl. Vol 4, Nº. 2.
Vásquez, C., Pardavé W. (1996). Manual de Prácticas. Procesamiento de materias primas y manejo de sólidos particulados. Universidad Industrial de Santander. Colombia.
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