Caracterización del efecto de la mineralogía, abundancia de la fracción arcillosa y presencia de medio salino en las propiedades reológicas de relaves de sulfuros de Cobre

Abstract

Al agotarse los depósitos ricos en cobre, ha sido necesario explotar aquellos de leyes más bajas, minerales más complejos, y mayores volúmenes para mantener constante la producción de cobre fino. Lo anterior ha significado un aumento considerable del consumo específico de energía, insumos químicos y principalmente agua. Además, la presencia de arcillas ha sido reportada en diversas faenas mineras de la industria nacional y mundial, implicando en muchos casos problemas operacionales en las diferentes operaciones unitarias. Dichos problemas son derivados de los atributos físicos y fisicoquímicos de las arcillas, junto con las condiciones operacionales imperantes, y las interacciones que gatillan dichos efectos no han sido a la fecha completamente caracterizadas y desacopladas en un contexto de mineralogía versus reología.

El foco del presente trabajo fue el estudio de relaves de sulfuros de cobre, aquí representados como mezclas de cuarzo, caolinita y bentonita sódica, típicamente compuestos por un 80\% de cuarzo bajo 105 $\mu$m y un 20\% de fracción fina bajo 74 $\mu$m de composición variable. Mediante el planteamiento apropiado de distintos problemas inversos se busca analizar el efecto de la mineralogía, el tamaño de partícula, la presencia de NaCl en el medio líquido (en proporciones relativas al agua de mar) y capacidad de intercambio de cationes en la respuesta reológica de los relaves sintéticos, estudiada a la luz de modelos \textit{ad-hoc}. Se desarrolló un conjunto de métodos que permiten estimar y controlar la variabilidad en los parámetros reológicos a partir de las mediciones de laboratorio. Los modelos de Bingham y Casson resultaron ser los más apropiados para representar el comportamiento reológico de los relaves en el intervalo de tasas de deformación considerado. Luego de la concentración, la mineralogía es el factor que afecta más fuertemente a la reología, siendo la bentonita la especie arcillosa que desarrolla tensiones de fluencia más elevadas incluso en concentraciones bajas. Para suspensiones cuya fracción fina contiene bentonita y caolinita en proporción 1:1, la estabilidad, en términos del potencial zeta de la suspensión, y comportamiento reológico están determinados respectivamente por la bentonita y la caolinita, dando cuenta de interacciones no aditivas. Se encontró que la presencia de NaCl en el medio disminuyó la tensión de fluencia de todas las suspensiones en el rango de salinidad evaluado, debido a que el aumento de la fuerza iónica favoreció la agregación de partículas, disminuyendo la proporción relativa de las que actuaban como puentes formadores estructuras. Cuando se reemplaza parte de la fracción arcillosa por cuarzo fino la tensión de fluencia se reduce considerablemente, sugiriendo la aplicabilidad del \textit{blending} operacional como estrategia para agregar valor al negocio minero.