OBTENCIÓN DE CONCENTRADO DE TIERRAS RARAS DESDE RELAVES MINEROS A TRAVÉS DE PROCESOS DE SEPARACIÓN FÍSICO-QUÍMICOS

Abstract

Resumen Chile es un país ligado a la minería, donde el principal foco es la zona norte. Hasta el momento, los principales beneficios económicos giran en torno al cobre, dejando miles de millones de toneladas de relaves como residuos del procesamiento. Existen cerca de 24.000 millones de toneladas de relaves segregados en todo Chile. Si actualmente se producen cerca de 8 millones de toneladas de relave diarias, para el año 2035 la producción de relaves alcanzará los 14 millones diarios. Por lo anterior, es necesario cambiar el concepto de “ocupar, procesar y desechar para siempre”, en pos de una “Economía Circular”, i.e., buscar que los componentes, productos, recursos y residuos en general mantengan y/o prolonguen su utilidad y valor en todo momento. Esto conduce a un desafío actual como es reprocesar relaves mineros (i.e., Minería Secundaria). Pero se debe ir más allá, buscando una diversificación de la matriz de valor en base a elementos críticos y estratégicos a nivel mundial, como las Tierras Raras (Rare Earth Elements, REE). Para atender a lo anterior, se formuló la siguiente hipótesis: “Es factible obtener concentrados de REE a partir de relaves mineros mediante procesos combinados de separación físico-químicos”. Se evaluaron cuatro Rutas de Procesamiento: • Ruta A: La operaciones unitarias involucradas fueron molienda y flotación. Se utilizó como alimentación, el material colectado directamente desde el relaveducto proveniente desde División Andina de Codelco (i.e., Relave Fresco). • Ruta B: La operaciones unitarias involucradas fueron separación magnética, molienda y flotación. Se utilizó como alimentación, la fracción de material con mayor susceptibilidad magnética. • Ruta C: La operaciones unitarias involucradas fueron separación magnética, molienda y flotación. Se utilizó como alimentación, la fracción de material con menor susceptibilidad magnética, i.e., material descartado en Ruta B. • Ruta D: La operaciones unitarias involucradas fueron molienda y flotación. Se utilizó como alimentación Relave Fresco, pero a diferencia de la Ruta A, los reactivos utilizados acá fueron los tradicionales para cobre y molibdeno. Estas rutas consideraron tres operaciones unitarias que se evaluaron a nivel de laboratorio, estas fueron: separación magnética, molienda y flotación. A consecuencia de lo anterior, se realizaron 19 experimentos, generando más de 200 puntos experimentales para determinar empíricamente el desempeño metalúrgico asociado a la extracción de REE desde relaves mineros. El material con el que se trabajó correspondió a las colas de la División Andina de Codelco (DAC), estas se colectaron en Til-Til (Ovejería) donde existe una diferencia de aproximadamente dos horas desde que las colas salen del proceso primario hasta que se depositan en el relave de Ovejería (Til-Til). La empresa a cargo del reprocesamiento de estos relaves era Minera Valle Aconcagua (MVA), que al momento del muestreo del relave estaba siendo operado por la empresa italiana NBI. Este material presentó un P80 de 234 [μm], con leyes muy diluidas de cobre (0,06%Cu) y Tierras Raras del orden de partes por millón (i.e., 2 [ppm] para itrio, y 8 [ppm] para neodimio). Se evaluó el desempeño metalúrgico a nivel de Recuperación (metalúrgica), Rendimiento (recuperación en peso), Razones de Enriquecimiento y Separación de los elementos de valor. Enfocándose principalmente en REE (itrio y neodimio, específicamente), más cobre. Los resultados mostraron que la etapa de sorting magnético con una intensidad de campo de 500[G] no concentró REE, lo que indicaría que se podría prescindir de esta etapa. No obstante, la información disponible en la literatura reveló que para lograr una separación magnética efectiva de este tipo de material, el proceso debiese llevarse a cabo a un campo magnético de 10.000 [G] (~1,00 [T]). La etapa de molienda produjo materiales caracterizados por un P80 de 159 [μm] y 72 [μm] dependiendo del tiempo de conminución utilizado. Estos resultados revelaron una producción excesiva de finos como lo indicaron los tests de flotación ejecutados con estas muestras. Por otro lado, al reprocesar directamente el Relave Fresco en una etapa de flotación batch, utilizando 4 [ppm] de espumante Aerofroth 70 se obtuvieron los mejores resultados del proceso enfocado en la extracción de REE. El desempeño concluyó en concentrar mediante Flotación Inversa Y y Nd en un 24% de la masa inicial. Las leyes alcanzadas fueron de 2,90 [ppm] para itrio y 12,00 [ppm] para Nd, logrando Razones de Enriquecimiento cercanas a 1,50 para los elementos mencionados. Los datos generados ayudaron a entender aspectos asociados a la extracción de REE desde relaves. Además, se estableció un buen punto de inicio para futuras investigaciones, teniendo en consideración tanto los procesos involucrados como los parámetros operacionales que posteriormente pueden ser ocupados para simulación computacional. Finalmente, la hipótesis planteada se refuta debido a que no se logró producir un concentrado de REE. No obstante, se hizo un valioso aporte al estado del arte, identificando que, al reprocesar la muestra de relave minero, la separación de REE se logró en las colas de la etapa de flotación (i.e., flotación inversa específicamente), pudiendo preconcentrar el material de valor en una pequeña fracción de la masa de alimentación.Chile is a country linked to mining, where the main focus is the northern zone. So far, the main economic benefits revolve around copper, leaving billions of tons of tailings as processing waste. There are about 24,000 million tons of tailings segregated throughout Chile. If currently about 8 million tons of tailings are produced per day, by the year 2035 the production of tailings will reach 14 million daily. Therefore, it is necessary to change the concept of "occupy, process and dispose of forever", in pursuit of a "Circular Economy", ie, to ensure that the components, products, resources and waste in general maintain and / or prolong their usefulness and value at all times. This leads to a current challenge such as reprocessing mining tailings (i.e., Secondary Mining). But we must go further, seeking a diversification of the value matrix based on critical and strategic elements worldwide, such as Rare Earth Elements (REE). To address the above, the following hypothesis was formulated: "It is feasible to obtain REE concentrates from mine tailings through combined physical-chemical separation processes". Four Processing Routes were evaluated: • Route A: The unit operations involved were grinding and flotation. The material collected directly from the pipeline coming from Codelco's Andina Division (i.e., Relave Fresco) was used as feed. • Route B: The unit operations involved were magnetic separation, grinding and flotation. The fraction of material with greater magnetic susceptibility was used as feed. • Route C: The unit operations involved were magnetic separation, grinding and flotation. The fraction of material with less magnetic susceptibility, i.e., material discarded in Route B was used as feed. • Route D: The unit operations involved were milling and flotation. Fresh Relave was used as feed, but unlike Route A, the reagents used here were the traditional ones for copper and molybdenum. These routes considered three unitary operations that were evaluated at the laboratory level, these were: magnetic separation, grinding and flotation. As a result of the above, 19 experiments were carried out, generating more than 200 experimental points to empirically determine the metallurgical performance associated with the extraction of REE from mining tailings. The material with which was worked corresponded to the lines of the Codelco Andina Division (DAC), these were collected in Til-Til (Ovejería) where there is a difference of approximately two hours since the tails leave the primary process until it deposit in the tailings of Ovejería (Til-Til). The company in charge of the reprocessing of these tailings was Minera Valle Aconcagua (MVA), which at the time of sampling the tailings was being operated by the Italian company NBI. This material presented a P80 of 234 [μm], with very dilute grades of copper (0.06% Cu) and Rare Earths in the order of parts per million (ie, 2 [ppm] for yttrium, and 8 [ppm] for neodymium ). The metallurgical performance at the level of Recovery (metallurgical), Performance (recovery in weight), Reasons for Enrichment and Separation of the elements of value was evaluated. Focusing mainly on REE (yttrium and neodymium, specifically), more copper. The results showed that the magnetic sorting stage with a field strength of 500 [G] did not concentrate REE, which would indicate that this stage could be dispensed with. However, the information available in the literature revealed that to achieve an effective magnetic separation of this type of material, the process should be carried out in a magnetic field of 10,000 [G] (~ 1.00 [T]). The grinding stage produced materials characterized by a P80 of 159 [μm] and 72 [μm] depending on the comminution time used. These results revealed an excessive production of fines as indicated by the flotation tests performed with these samples. On the other hand, when directly reprocessing the Relave Fresco in a batch flotation stage, using 4 [ppm] of Aerofroth 70 foam, the best results were obtained from the process focused on the extraction of REE. The performance concluded in concentrating through Inverse Flotation Y and Nd in 24% of the initial mass. The laws reached were of 2.90 [ppm] for yttrium and 12.00 [ppm] for Nd, achieving Reasons for Enrichment close to 1.50 for the mentioned elements. The data generated helped to understand aspects associated with the extraction of REE from tailings. In addition, a good starting point for future investigations was established, taking into account both the processes involved and the operational parameters that can later be occupied for computational simulation. Finally, the proposed hypothesis is refuted because it was not possible to produce a REE concentrate. Nevertheless, a valuable contribution to the state of the art was made, identifying that, when reprocessing the sample of mining tailings, the separation of REE was achieved in the tails of the flotation stage (ie, specifically inverse flotation), being able to preconcentrate the material of value in a small fraction of the feed mass.