Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / Existe en Chile una franja de depósitos de sulfuros de cobre, del tipo estrato-ligados, asociada a la Cordillera de la Costa, entre Caldera y San Fernando. Algunos de estos depósitos son Talcuna, Cabildo y El Soldado, el mayor de todos. Estos yacimientos contienen otros elementos metálicos, tales como oro, plata, zinc y plomo. Aunque no tan importantes como los grandes pórfidos, son relevantes para la pequeña y mediana minería. Yacimientos similares se encuentran en Australia, Rusia, Polonia, Groenlandia y China. Estos depósitos se formaron sobre rocas sedimentarias que fueron posteriormente metamorfoseadas. Estas rocas, contienen carbono orgánico, que se manifiesta como bitumen, pirobitumen, e incluso grafito [22]. Debido a que se comporta como un agente tensoactivo, el carbono interactúa negativamente con los reactivos, particularmente con el espumante. Las empresas acostumbran contrarrestar este efecto con un incremento de la dosificación de espumante: tres, cuatro o más veces los niveles habituales de la industria. Incluso agregan depresantes específicos para el carbón. Y aun así, la recuperación de cobre, la ley del concentrado y la cinética de flotación caen significativamente por la presencia de carbono. Inspirado en la tecnología utilizada para el tratamiento de las arenas bituminosas (tar sands), se postuló que pretratar o preflotar estos minerales utilizando un método similar que retire el carbono, permitiría mejoras los resultados Este método consiste en la adición de una base fuerte y una preflotación. Luego, se prosigue con una flotación convencional de cobre. Para validar esta hipótesis, se realizaron pruebas a nivel de laboratorio de preflotación con adición de una base fuerte, seguidos de una flotación convencional. Las pruebas se realizaron con mineral de Cabildo. Los resultados de las pruebas muestran: Un aumento del 5-8% en la recuperación del cobre. Un aumento (no bien cuantificado) en la ley del concentrado de cobre. Una disminución (50%) del consumo de espumante. Un aumento (50-100%) de la cinética de flotación, lo que implica una reducción equivalente en el tiempo de residencia. Estos resultados muestran que la preflotación previo a la flotación es un método interesante y atractivo para procesar los minerales metálicos bituminosos. Esta tesis es un primer paso hacia el desarrollo de esta novedosa tecnología.

Doctor en Ingeniería de Minas / La flotación es el proceso que consume más agua dentro de la mina. Debido a la escasez de agua que afecta actualmente a la zona centro y norte de Chile, algunas empresas mineras han empezado a usar agua de mar en la flotación. En los depósitos de cobre y molibdeno es usual encontrar cantidades considerables de pirita (FeS2). Cuando este tipo de minerales se procesa mediante flotación, la pirita es deprimida utilizando cal para aumentar el pH a condiciones alcalinas (pH 10 - 12). El pH natural del agua de mar está entre 7.8 y 8.2 y actúa como una solución buffer. Por esta razón, el consumo de cal aumenta dramáticamente cuando se usa agua de mar en el proceso de flotación. Además, la recuperación de molibdenita se ve afectada a pH>9.5 debido a la precipitación de iones secundarios (magnesio, sulfato, calcio y bicarbonato) presentes en el agua de mar sobre la superficie mineral. En el presente trabajo se evaluó el uso de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans como depresante de pirita en reemplazo de la cal en la flotación con agua de mar. Además, para tener un mayor entendimiento de los mecanismos envueltos en la depresión de la pirita con A. ferrooxidans, se realizaron experimentos de cinética de adherencia, ángulo de contacto y se evaluó el efecto de la secuencia de acondicionamiento con colector y bacterias. Se realizaron bioflotaciones de minerales puros en una celda Hallimond utilizando agua fresca, agua con 35 g/l de NaCl (concentración de sal en el agua de mar) y agua de mar. Se determinó que la recuperación de pirita es fuertemente afectada con la presencia de A. ferrooxidans en los tres tipos de agua estudiados. Cuando se realiza un acondicionamiento previo con A. ferrooxidans, la recuperación de pirita cae desde valores cercanos a 100% hasta 24% en agua fresca, 34% en agua con NaCl y 36% en agua de mar a pH 8. Por otro lado, se determinó que la bacteria tiene un efecto despreciable en la flotabilidad de calcopirita y molibdenita, obteniendo recuperaciones siempre sobre el 90%. Se determinó que las bacterias tienen un mejor desempeño como depresante cuando se agregan antes del colector. Los resultados muestran que es posible deprimir selectivamente pirita con A. ferrooxidans en agua de mar a pH natural. / Este trabajo ha sido financiado por AMTC y CODELCO

Geólogo / El yacimiento El Teniente es uno de los yacimientos de tipo Pórfido Cuprífero más grandes del mundo. Sus reservas se estiman en las 95 Mtm de Cu y 2,5 Mtm de Mo. El Molibdeno es un subproducto de la explotación de cobre del yacimiento, del cual existe una baja información que permita realizar una planificación minera de su extracción de manera más eficiente. Recientemente en el año 2017 fue elaborado un modelo de recuperación de Mo en base a las Unidades Geometalúrgicas de Cobre del yacimiento El Teniente y los datos recuperación obtenidos de ensayos de flotación de 690 muestras del yacimiento. El modelo carece de información geológica relativa a la Molibdenita, el cual es el principal mineral de mena de Mo y que concentra aproximadamente el 98% del Molibdeno en el yacimiento. Es por este motivo que se realiza una caracterización geológica de la Molibdenita enfocada en conocer la distribución y ocurrencia de ésta en el yacimiento, basándose en el modelo de bloques de recuperación de Mo. A partir de los datos geometalúrgicos, geoquímicos y mineralógicos de 1254 muestras, se calcularon los coeficientes de correlación entre todos los parámetros disponibles, con el propósito de encontrar las variables que se encuentran asociadas a la recuperación de Mo. Además se incorporaron diversos factores geológicos en la base de datos para identificar el control que ejercen las características geológicas de la roca sobre el comportamiento del Molibdeno en el yacimiento. Los factores geológicos evaluados son la litología, la zona geotécnica de alteración primaria y supérgena, la alteración de la roca y las características mineralógicas de la Molibdenita. Junto con el manejo estadístico de los datos numéricos se realizó un mapeo geológico y estudio de vetillas de más de 100 tramos de sondaje, además se realizaron descripciones de cortes con vetillas que presentan Molibdenita, ensayos de flotación y análisis de mineralogía QEMSCAN. Este estudio se realizó en miras de caracterizar los estilos de mineralización y asociaciones minerales de la Molibdenita a escala macroscópica y microscópica clasificando los estilos y asociaciones de acuerdo a su litología y evento de alteración correspondiente. Se determinó que los 4 criterios geológicos estudiados controlan el comportamiento del Molibdeno en el yacimiento y este control puede ser caracterizado mediante las correlaciones entre la Ley de Mo y el Factor K (coeficiente entre el Molibdeno no sulfurado y el Molibdeno Total en la roca), con la recuperación de Mo. La litología presenta los modelos de distribución más representativos para el comportamiento del Mo. La zona geotécnica de alteración supérgena muestra los valores más bajos de Ley y recuperación de Mo en el yacimiento. Se determina que aproximadamente el 75% del Mo del yacimiento se encuentra en vetillas Tardimagmáticas y el 25% en vetillas Hidrotermales Tardías. La Molibdenita presenta características (tamaño de cristales, estilo de mineralización, etc) propias del evento de alteración donde ocurre la mineralización que influyen en la recuperación de Mo, donde la Molibdenita tardimagmática presenta una mejor recuperación que la Molibdenita hidrotermal. Finalmente se detallan una serie de criterios que establecen una base para el futuro desarrollo de Unidades Geometalúrgicas de Molibdeno en el yacimiento.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / El presente estudio se lleva a cabo en el laboratorio de procesamiento de minerales en la empresa SGS Minerals, Chile. El principal objetivo de la investigación es evaluar la estrategia actual de procesamiento de resultados de pruebas de laboratorio empleada en la empresa y elaborar un protocolo de procesamiento de resultados experimentales para Test de Ciclo Cerrado, que identifique y dé solución a las problemáticas actuales asociadas al error relativo a la ley de alimentación del metal de interés y a alcanzar con mayor seguridad el estado estacionario. Ambos, criterios necesarios para validar los resultados de un test. El problema del error relativo de ley de cabeza y su impacto en los resultados de un test se aborda desde la reconciliación de datos experimentales, aplicada a las leyes medidas en los productos finales de 40 pruebas de flotación en ciclo cerrado. Al realizar la reconciliación, el producto que presenta mayor variación relativa en las leyes de cobre, hierro y molibdeno es el relave rougher, alcanzando un valor promedio de 20% para leyes de cobre y hierro, mientras que para molibdeno un 77%. Esto que se ve reflejado en un impacto directo a la recuperación proyectada de la etapa rougher. Los demás productos presentan promedios de errores relativos menores a 10% para los tres metales y no se observa una relación de impacto significativo con la conservación de masa ni la proyección metalúrgica de recuperación en el circuito cleaner. La recuperación global proyectada para cobre, hierro y molibdeno, presenta error absoluto de 2%, 2,5% y 10% cuando el error relativo a la ley de cabeza en cada metal es de 5%, 30% y 20%, respectivamente. Se estudian las metodologías de cálculo disponibles para el balance de masa (Balance ciclo a ciclo) y para la proyección metalúrgica del test (N-product, SME y Concentrate Production). De ellas, las dos últimas poseen mayor similitud en sus proyecciones y son menos sensibles a la metodología de reconciliación de datos. Aquellas pruebas cuya conservación de masa promedio supera el 98% presentan un error absoluto en sus proyecciones de recuperación global menor a 2% en las tres metodologías. Se estima que es más factible que el test alcance el estado estacionario cuando la variabilidad en la operación es baja, es decir, que el cálculo de la desviación estándar para la recuperación del circuito cleaner es menor a 3% para el cobre. La precisión con que se pueden simular las masas y leyes de metales de un Test de Ciclo experimental se considera lo suficientemente buena como para evaluar condiciones de operación a través de la metodología de Split Factor. Para el cobre, al proyectar los resultados simulados mediante la metodología SME, se obtiene una precisión de 1,85% promedio de la raíz error cuadrático medio en la recuperación global de 8 pruebas realizadas, mientras que para hierro y molibdeno, 1,57% y 8,5%.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / En estos últimos años en el área minera de los recursos metálicos, la ley baja y la fineza de las partículas están siendo un problema más grande. Ante este problema, para mejorar los resultados de flotación de cobre, en este estudio se llevó a cabo una serie de experimentos modificando parámetros hidrodinámicos, que son la agitación y el flujo del aire, con las muestras de un yacimiento que se ubica en la cuarta región de Chile. Las muestras se componen de cuatro distintas especies minerales de cobre, tales como bornita, calcosina, calcopirita y tennantita. Por los estudios anteriores sobre este mineral se sabe que la calcopirita se flota lento. Dado esta situación el objetivo de los experimentos es aclarar las reacciones del mineral de cobre contra la variación de agitación y aireación y la diferencia de comportamiento entre las especies minerales, y mejorar el resultado de flotación. Los experimentos se llevaron a cabo con una máquina de flotación en laboratorio de Denver con la celda de 1 L. Aunque normalmente la celda Denver se opera con el aire autoaspirado por la presión negativa generada por la rotación del impeller, se conectó un compresor a la entrada del aire para poder modificar el flujo del aire independientemente de la velocidad de impeller. Los experimentos de flotación se llevaron a cabo en 16 minutos y los concentrados se sacaron en los tiempos de 1, 2, 4, 8 y 16 minutos. El número de las muestras utilizadas es cuatro y las cuatro se componen de distintas composiciones mineralógicas. Los experimentos se llevaron a cabo modificando el flujo del aire y la velocidad de impeller. Los flujos del aire utilizados son 1,6, 5,2 y 7,2 L/min y las velocidades de agitación son 900, 1100 y 1300 rpm. Los productos se analizaron con ICP-MS para calcular las recuperaciones y las constantes cinéticas y con MLA para obtener las composiciones mineralógicas. Con la medición por MLA se hizo posible analizar los comportamientos de cada especie mineral en flotación. Por los experimentos se aclararon los siguientes. Primero, se mostró que las partículas finas flotan muy lento. Aunque el grado de liberación (o el área superficial liberada) es suficiente la velocidad de flotación de las partículas finas como 18,4 µm fue lento. Segundo, el aumento del flujo del aire y la agitación fue útil para aumentar la velocidad de flotación aunque la condición óptima y el grado de mejoramiento fueron distintos para cada muestra. Tercero, la flotabilidad fue diferente por especies minerales y el orden fue calcosina>tennantita>bornita>calcopirita. Y además, se indicó que las partículas fáciles de flotar (calcosina) hacen lento las velocidades de flotación de las partículas difíciles de flotar (calcopirita, bornita y finas).

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / A model and simulation based methodology is used to implement a multi-layer model predictive control (MPC) strategy for a rougher row of mechanical flotation cells. Pilot-scale tests are done to calibrate and validate both the process simulation models and the predictive simulation models. The hierarchical control strategy considers three layers: orchestrator, advanced control and basic control; is deployed, in a commercial control system and, tested in a pilot row. The orchestrator is divided in two: the row supervisor and the row optimizer. The row supervisor monitors and manages all the other components of the control structure. The optimizer is a MPC-based controller which optimal criterion is separation efficiency (SE) and; according to recent developments, that happens with a balanced mass-pull profile along the row. The advanced control layer includes individual cell MPC in coordination with a symbolic MPC for all pulp levels along the row. The basic control layer consists of single loop proportional and integral (PI) controllers and their corresponding valves and instruments. After simulation, the control layers are successively downloaded in an industrial controller, starting from the basic control layer and ending with orchestrator s algorithms. Then, the control structure provides good disturbance rejection against feed variabilities. Regarding the orchestrator, it supports smooth and logical transitions between control modes as well as good abnormal situation management. This work shows promising results of the power of integrated process control design and model based methodologies; allowing earlier and better selection and validation of: flotation machine technology, cutting edge instrumentation and, advanced control structure and strategies. Given pre-defined economic assumptions, estimated results are obtained for the simulated industrial scenario: almost 40 percent reduction of capital expenditure (Capex), with almost the same operational expenditure (Opex). From the total Capex reduction, almost 80% is due to integrated process and control design (IPCD), being the other 20% a consequence of advanced process control and optimization structure and strategies. MPC-based control algorithms show their potential to have a main role in mineral processing processes feasibility and optimality.

Ingeniero Civil de Minas / 10/10/2022

Ingeniero Civil Mecánico / En minería el concepto de flotación es muy ocupado en la industria sobre todo en plantas de concentrado, con el cual se genera una selección de minerales económicamente deseables. Dicho proceso sucede en equipos llamados celdas de flotación. En dichos procesos, la utilización de agua es esencial, recurso el cual es muy escaso actualmente en nuestro país. Por lo anterior, se deben implementar nuevas tecnologías que permitan ocupar la menor cantidad de agua posible para estos procesos. Bajo este contexto, el profesor Gonzalo Montes en conjunto con su grupo de trabajo del departamento de Ingeniera Civil en Minas de la Universidad de Chile, diseño un prototipo de celda el cual pretende solucionar el problema planteado. Este funciona en base a dos fuerzas externas que interactuando en conjunto producen el efecto deseado. Estas fuerzas son generadas mediante los principios del hidrociclón y campos magnéticos. De lo anterior nace el tema de memoria a tratar, el cual tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento fluido dinámico de prototipo ya mencionado bajo distintas condiciones operacionales y geométricas, mediante análisis teórico, ocupando el método CFD (Computational Fluids Dynamics). Para poder llevar acabo dicho análisis, se sigue la siguiente metodología de trabajo. Primero se realiza revisión bibliográfica, antecedentes generales de los temas relacionados con la memoria. Al instante en que concluye dicha actividad, se procede a variar la geometría del prototipo original de la celda en Autodesk Inventor 2017. Se realizan las simulaciones correspondientes en el software ANSYS 17.1. Luego, se procede a variar la concentración de sólidos y se analiza el efecto en prototipos de celda. Realizando simulaciones en el software ANSYS 17.1, en donde se generan variados modelos con diferentes porcentajes de concentración. Cabe destacar, que en el presente trabajo no se realizarán actividades experimentales para el análisis de la celda. Para realizar el trabajo ya señalado se necesita un computador de cálculo, el cual está disponible en el clúster del Departamento de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad de Chile. Además de los Softwares Microsoft Office 2013, ANSYS 17.1 y Autodesk Inventor 2017, presentes en el equipo antes señalado Finalmente, se procede adjuntar los resultados obtenidos en las actividades y realizar un análisis con respecto al comportamiento viscoso, condiciones operacionales de la celda y dispersión de aire en la celda. Concluyendo en base a criterios de diseño y rangos de operación para el prototipo de celda de flotación.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En la minería nacional existe una creciente demanda por el uso de agua para procesos, debido, entre otros factores, a una futura predominancia de plantas de concentración de cobre, que tienen un uso intensivo del recurso hídrico. El equipo responsable del mayor consumo de agua en las plantas de concentración es la celda de flotación, en la cual bajo principios físicos y químicos, se logra separar la ganga del mineral de interés, en este caso cobre. Bajo este escenario, en el departamento de Ingeniería Civil de Minas de la Universidad de Chile se está desarrollando un prototipo de celda de flotación, que es diferente a las celdas tradicionales tanto geométrica como operativamente, con el fin de llegar a un diseño que sea capaz de trabajar con pulpas más espesas y así poder disminuir el consumo de agua en el proceso. Dicho lo anterior, el tema de memoria tiene por objetivo general estudiar y caracterizar el comportamiento fluidodinámico transiente de nuevos prototipos de celdas de flotación cónicas utilizando una metodología CFD. Por otro lado, los objetivos específicos son: Estudiar el comportamiento de las celdas de flotación frente a distintas concentraciones de sólidos en la pulpa. Estudiar el comportamiento de las celdas de flotación frente a distintos caudales de inyección de aire. Caracterizar el comportamiento de las celdas de flotación estudiadas. Definir las directrices de diseño que debe tener una celda de flotación cónica. La metodología de trabajo contempla una revisión bibliográfica, seguida de simulaciones CFD a 2 geometrías de celdas de flotación cónicas inspiradas en un una celda experimental, para así identificar problemas de diseño y elaborar una nueva geometría que logre definir las directrices de diseño que hay que seguir para construir celdas de flotación cónicas más eficientes, todo respaldado por simulaciones de condiciones de operación representativas. Los resultados arrojan que las geometrías cónicas existentes, desarrolladas por el departamento de Ingeniería Civil de Minas, tienen un desempeño hidráulico deficiente en cuanto a la separación de fases, debido a el gran diámetro de la celda que causa campos de velocidades tangenciales bajos, lo cuales no propician la separación hidráulica. Se concluye que las geometrías experimentales actuales no cumplen con los requisitos de operación mínimos y deben hacerse cambios significativos en el diseño, disminuyendo la relación largo/diámetro de la celda y modificando la disposición de sus entradas y salidas.