Por: Jorge Diaz Panuera y Agustín Lozano Cubas, Minsur.

Introducción 

La unidad minera San Rafael, es la principal mina productora de estaño en Sudamérica y se considera la tercera productora a nivel mundial. Está ubicada en la cordillera Oriental de los Andes a 4,500 msnm., en la región de Puno. La planta concentradora procesa 3,200 tpd., la recuperación de estaño se realiza mediante procesos de gravimetría y flotación, el concentrado obtenido se envía a su fundición y refinería ubicada en la ciudad de Pisco. Los relaves han sido dispuestos en diferentes depósitos: B1 y B2. Actualmente se depositan en B3 e interior mina como relleno en pasta.

El depósito de relaves B2, tiene una profundidad promedio de 22 metros, con un mínimo de 3 m y un máximo de 39 m. La mineralogía está asociada con la formación de mineral de estaño, que es predominantemente de cuarzo, así como con cantidades menores de otros minerales de silicatos. El mineral de estaño dominante es la casiterita; otros minerales asociados incluyen óxidos de hierro y sulfuros de hierro, cobre y zinc.

La estimación de recursos minerales de estaño para el depósito B2 está basada en la información proveniente de las campañas de perforación y los estudios realizados por Amec Foster Wheeler en 2004 y Hatch en 2013.

El plan de minado considera los recursos potencialmente minables que ascienden a 7.6 Mt de material medido e indicado, con una ley promedio de 1.03% Sn para alimentar a la planta concentradora.

Para definir el proceso de recuperación de estaño se realizaron una serie de pruebas de laboratorio con diferentes equipos y configuraciones de concentración gravimétrica y flotación. Se realizaron tres fases de pruebas en planta piloto: para confirmar el proceso, pruebas de optimización y de variabilidad. Los resultados globales obtenidos fueron de 66% de recuperación: 44% en concentración gravimétrica y 22% en flotación. Las pruebas metalúrgicas realizadas en la planta piloto permitieron obtener la información necesaria para realizar el escalamiento para la planta industrial.

La recuperación en la fundición fue determinada a partir de pruebas con concentrado producido en la planta piloto y concentrado sintético.

Objetivos

En el estudio de factibilidad se consideraron los siguientes objetivos específicos para la alternativa seleccionada:

ν Optimizar el valor presente neto del proyecto, considerando el mejor balance entre inversión - beneficio y la intensidad de capital.

ν Definir el alcance del proyecto y configuración para desarrollar la ingeniería de detalle.

ν Establecer la línea base en alcance, costo y cronograma para la fase de ejecución del proyecto que servirá para el control respectivo.

ν Gestionar los riesgos y oportunidades, de manera que estén controlados y no representen amenazas al éxito del proyecto.

ν Desarrollar el plan de ejecución al nivel requerido por los estándares de Minsur.

Estimación de recursos

Los criterios de elipsoides de búsquedas progresivas, usando un número determinado de compósitos, los cuales fueron desarrollados en la estimación geoestadística de leyes, también fueron utilizados para la clasificación de los recursos. Los criterios usados para la clasificación de los recursos minerales se presentan en la Tabla 1.

Los criterios utilizados consideraron los controles de calidad en la perforación y muestreo de las campañas realizadas en el 2004 y 2013, clasificando como recursos medidos los bloques que incluyeron data del 2004 y como recursos indicados los bloques que incluyeron data del 2013.

La Tabla 2 presenta el resumen de la estimación de recursos del depósito B2.

Interpretación geológica y análisis de datos exploratorios

Se creó un modelo de wireframe usando strings para contornear por secciones los interceptos de los sondajes en superficie y fondo del depósito de relaves. Los interceptos en ambos extremos solo corresponden al espacio que está contenido con material de relave. En la Figura 1, se muestra una sección con el contorneo de interceptos de sondajes en el depósito de relaves.

Modelo de bloques

Para el soporte volumétrico del depósito de relaves B2 se generó un modelo de bloques volumétrico con un tamaño de bloque principal de 25 m x 25 m x 2 m. Se consideraron dimensiones de 25 m para las dimensiones X e Y del bloque debido a que esta dimensión corresponde a aproximadamente la mitad del espaciamiento entre sondajes en todo el depósito de relaves.

Las leyes de estaño directos, fracciones granulométricas, acumulaciones y leyes fraccionadas fueron estimadas utilizando Kriging Ordinario (OK). Las leyes de Cu fueron estimadas utilizando inverso a la distancia^2 (ID).

Todas las leyes fueron estimadas en los bloques principales. Para los sub-bloques se asignaron los valores del bloque principal correspondiente. Luego de realizar la estimación de las proporciones por fracciones, estas fueron corregidas ligeramente de modo tal que la suma combinada de las fracciones en cada bloque sea igual a 1. Las leyes de fracciones de Sn fueron determinadas luego de estimar los valores acumulados, dividiendo estos por la fracción correspondiente.

La Figura 3 es un ejemplo de sección que muestra la estimación de leyes.

Clasificación de recursos

Para considerar la clasificación de recursos se utilizó la regla de los dos tercios, que coloca el límite entre los recursos medidos e indicados en la distancia de muestreo y explica aproximadamente dos tercios de la variabilidad de los datos, como se representa en el Sill del variograma. Esto depende, por lo tanto, del efecto pepita, Co, así como de otras características del modelo de variograma. A continuación, esta distancia se duplicó en forma apropiada para los recursos indicados, obteniéndose una distancia cerca de la gama del variograma. Esto fue utilizado para desarrollar los criterios de clasificación de recursos. Los medidos requieren un grid de 50 m, los indicados se limitan a una extrapolación máxima de 50 m y al menos 2 sondajes y los recursos inferidos con una distancia máxima de extrapolación de 100 m.

Auditoría independiente de recursos

El recurso de B2 ha sido evaluado mediante tres auditorías bajo el código JORC 2012, ocurriendo la última en marzo de 2015, concluyéndose lo siguiente:

“El B2 Mineral Resource” cumple con los requisitos del código JORC 2012. La metodología de modelamiento del recurso y de los datos de origen es de alta calidad. Los procedimientos QA/QC utilizados durante los programas de perforación proporcionan la validación del conjunto de datos del ensayo.

Diseño del proceso

Pruebas de laboratorio

Las primeras pruebas de laboratorio se realizaron con las muestras obtenidas en la campaña de sondajes de 2004, posteriormente se realizaron pruebas con equipos industriales instalados en planta concentradora. El 2009 se realizaron las primeras pruebas en planta piloto, finalmente se desarrolló la campaña de sondajes del 2013 y con estos resultados se realizaron las pruebas finales de planta piloto con algunas pruebas complementarias de laboratorio.

Resultados de pruebas iniciales de laboratorio

Con las muestras obtenidas en la campaña de sondajes de 2004 se desarrolló un plan de pruebas con diferentes equipos de concentración gravimétrica: mesa Mozley, jig Kelsey J-200, MGS C-900 y Falcon UF-100, además de pruebas de flotación en laboratorio. Los mejores resultados se obtuvieron en los equipos de concentración gravimétrica, las pruebas de flotación no fueron exitosas.

Pruebas con equipos industriales

Debido a la incertidumbre asociada a que algunos equipos industriales repliquen los resultados de los equipos de laboratorio, tanto en recuperación como en calidad de concentrado y capacidad de tratamiento, se definió un plan de pruebas utilizando los equipos industriales que involucran mayor riesgo o sobre los cuales se tiene menor conocimiento para estas aplicaciones. Este plan de pruebas contempló usar el relave scavenger del circuito de flotación de la planta concentradora de San Rafael, por ser el flujo más parecido al material acumulado en el depósito B2. Los otros flujos por evaluar fueron las lamas y el concentrado de flotación.

El 2006 se adecuaron las instalaciones del Jig Kelsey J-1300 para ejecutar este plan de pruebas. Los resultados obtenidos en estas pruebas fueron similares a los reportados en el laboratorio y la capacidad fue confirmada de acuerdo a lo procesado en la planta industrial durante la prueba.

Para evaluar los resultados del MGS C-900, Minsur alquiló un MegaSep. Los reportes de estas pruebas no replicaron los resultados obtenidos en el laboratorio y no se alcanzó la capacidad indicada por el fabricante.

Debido a los buenos resultados en la concentración ultra fina en laboratorio con los Falcon UF-100 y UF-400, Minsur decidió adquirir dos unidades Falcon UF-6500 para realizar pruebas a nivel industrial, a pesar que estos equipos aún no se fabricaban industrialmente. Los resultados obtenidos en estas pruebas no fueron satisfactorias debido a problemas mecánicos de vibración y tiempos de limpieza de concentrados.

Pruebas de flotación en Universidad Técnica de Oruro

Con la finalidad de encontrar otra alternativa para recuperar el estaño del depósito B2, en el 2007, Minsur contrató los servicios de la Universidad Técnica de Oruro (UTO) para realizar pruebas de flotación en su laboratorio de concentración de minerales.

Los mejores resultados fueron obtenidos con muestras clasificadas y molidas en malla 100, seguidas de una etapa de deslame y flotación de sulfuros. En la flotación rougher se lograron recuperaciones de 50 a 79%, con leyes de 4 a 11% de estaño en el concentrado. En la etapa cleaner, se incrementó hasta 16 y 25% de estaño en el concentrado y las recuperaciones disminuyeron hasta un rango de 42 a 60%.

Todo el programa de pruebas de flotación fue realizado con agua de procesos de la mina San Rafael.

Pruebas de transición entre laboratorio y planta piloto

Después de haber confirmado la aplicabilidad de los equipos de concentración gravimétrica, el 2009, se implementó una planta piloto, cuya filosofía de proceso sería recuperar el estaño liberado por concentración gravimétrica en espirales y Falcon. Posteriormente, el relave sería remolido en un molino IsaMill M-20 y un Stirred Media Detritor, para evaluar y comparar los consumos de energía y operatividad de cada uno de los equipos, seguido de una etapa de deslame y otra de flotación de estaño. Adicionalmente, se realizaron pruebas de molienda en el IsaMill a diferentes grados de molienda para realizar pruebas de flotación en laboratorio con diferentes colectores de estaño: AP-845, A-22, RC-1, MDB-811, Sascol 400, AM-28 y Teuton 400.

Pruebas de laboratorio y planta piloto

Tomando como referencia los resultados obtenidos durante las pruebas de laboratorio y planta piloto, se consideró la filosofía de proceso a seguir para desarrollar la mejor alternativa para este proyecto, la cual se muestra en la Figura 6. El proceso está conformado por una etapa de concentración gravimétrica en espirales y concentradores centrífugos, seguido de una molienda de preconcentrados, flotación de sulfuros, limpieza de concentrados gravimétricos en mesas y MGS. El relave de gravimetría fue enviado a un circuito de molienda inverso cerrado, la fracción fina fue remitida a una etapa de deslamado y flotación de sulfuros con la finalidad de preparar el material para la flotación de estaño.

Con esta configuración se realizaron diferentes pruebas para definir las mejores opciones de equipos. Las pruebas realizadas en la planta piloto fueron:

ν Esquema 7.

ν Esquema 7ª.

ν Esquema 7B.

ν Esquema 7C.

ν Confirmación 1.

ν Confirmación 2.

Los resultados de confirmación 2 fueron sometidos a una auditoría interna y externa en la que no se encontraron desviaciones significativas.

Después de haber definido la mejor configuración del proceso, se desarrolló una etapa de confirmación con la finalidad de congelar el flowsheet e iniciar las pruebas de variabilidad.

Los resultados obtenidos durante la prueba de confirmación en la planta piloto fueron los que se muestran en la Tabla 3.

Determinación de consumo de energía – Levin Test

Para el dimensionamiento del molino de remolienda de preconcentrados fue necesario determinar el consumo específico de energía. Para determinar este consumo, se llevaron a cabo pruebas de molienda por el método de Levin, para lo cual se envió una muestra al laboratorio de ALS en Australia. Estas pruebas de molienda se realizaron en circuito abierto, donde el F₈₀ de la alimentación fue 173 micras. Los productos obtenidos P₈₀ fueron de 64 hasta 86 micras, con consumos específicos de energía entre 14 y 6 kWh/t, respectivamente. El resumen de los resultados de estas pruebas se presenta en la Tabla 4.

Determinación del tipo de espiral

Las pruebas para determinar el tipo de espiral para la etapa de gravimetría fueron llevadas a cabo en la planta piloto de B2.

La principal variable evaluada fue el flujo, aplicándose 1.5, 2 y 2.5 tph., a diferentes porcentajes de sólidos: 30, 40 y 50%. Los spliters y las reglas fueron reguladas de tal manera de obtener una mejor calidad en el concentrado C₁, mejorando la recuperación en el concentrado C₂ y medios. Esto permitió que el concentrado C₁ pueda ser enviado directamente al circuito de limpieza de concentrados.

A partir del gráfico presentado en la Figura 8, desarrollado en base a los resultados de las pruebas realizadas, se puede interpretar que, tomando los concentrados C₁, C₂ y medios, se obtiene el 15% de recuperación de masa, el cual corresponde a una recuperación de estaño de 30%.

Basados en la información obtenida en las pruebas, se puede concluir que la capacidad recomendada en los espirales es de 2 tph., a 35 % de sólidos.

Definición del circuito ultrafino

Las pruebas para la definición de la configuración del circuito de concentración centrífuga para partículas ultrafinas en la limpieza de concentrados de flotación fueron desarrolladas en la planta piloto de B2 utilizando el Falcon UF-600. Para estas pruebas se utilizó una muestra del circuito de flotación de estaño (concentrado cleaner 2).

Las dos alternativas evaluadas fueron:

ν Rougher – Cleaner – Scavenger (RCS).

ν Rougher – Scavenger – Cleaner (RSC).

La alternativa RCS que se muestra en la Figura 8 fue la que presentó mejores resultados.

Las pruebas fueron realizadas con los siguientes parámetros:

ν 15% de sólidos.

ν 55 Hz.

ν 10 psi.

ν 120 segundos en el alimento.

ν 30 segundos en lavado.

La mejor alternativa para el proyecto es el circuito: Rougher – Scavenger – Cleaner (RSC) mediante el cual se obtienen mejores recuperaciones.

Pruebas en planta piloto

Pruebas de optimización en planta piloto

Las pruebas de optimización en la planta piloto se desarrollaron con el flowsheet congelado en la etapa anterior. El detalle de los resultados obtenidos se muestra en la Tabla 5.

Con el circuito optimizado, se logró incrementar la recuperación a 66% y 34% de estaño en el concentrado; mientras que la masa de las lamas y los concentrados de sulfuros disminuyeron considerablemente.

Pruebas de variabilidad en planta piloto

Los factores clave identificados durante el desarrollo de todas las pruebas metalúrgicas realizadas en laboratorio y planta piloto son: granulometría (expresada en % -# 325) y la ley de estaño en el alimento.

Los parámetros de % -# 325 y %Sn, se han seleccionado para mejorar el entendimiento del comportamiento metalúrgico del material. La información utilizada para el análisis se basó en el modelo de bloques, a partir de la cual en base a la granulometría se ha determinado el porcentaje acumulado de tonelaje, identificándose un límite superior de 90% y un límite inferior de 10%. En esta región se definieron dos puntos (44% -# 325 y 55% -# 325) que representa un percentil del 40 y 60%, respectivamente, y a partir de los cuales se generaron tres rangos granulométricos. Con esto se busca lograr una representatividad del 80% del depósito.

Para la selección de las regiones representativas respecto a la ley de estaño en la alimentación, se ha determinado a partir del 80% de la selección granulométrica un límite superior de 90% y un límite inferior de 10% del tonelaje restante. En esta región se definieron dos puntos (0.92% Sn y 1.05% Sn) que representa un percentil del 40 y 60%, respectivamente, a partir de los cuales se generaron tres rangos de ley de estaño. Con esto se busca lograr una representatividad del 64% del depósito.

Pruebas de fundición de concentrados en Pisco

Las pruebas de fundición de concentrados fueron llevadas a cabo en Pisco. Para el desarrollo de estas se utilizó un total de 14.5 toneladas de muestra de concentrado producido en la planta piloto B2. Debido a que el concentrado obtenido solo alcanzaba para un batch de fusión en el horno Ausmelt, se decidió preparar 87 t de concentrado sintético, mezclando concentrado de San Rafael (gravimétrico + flotación) y arena sílice hasta alcanzar la composición química similar al concentrado de B2, la cual se presenta en la Tabla 6. Esto permitió programar una prueba consistente en seis batches de fusión con el concentrado sintético y un batch con el concentrado de B2.

La proporción de concentrado de B2 frente al concentrado sintético de San Rafael fue determinada por el tonelaje de B2 disponible para la prueba, simulando un tratamiento anual de 35,000 t de concentrado de San Rafael y 16,750 t de B2.

La recuperación de estaño en metal crudo en fundición fue de 64% frente a la recuperación de línea base de 70%. La extrema finura del concentrado y los mayores tenores de hierro en relación al contenido de estaño en el concentrado explican esta menor recuperación de estaño al metal crudo.

El efecto del hierro en la fundición se muestra en la Figura 10.

Adicionalmente se tuvo que realizar pruebas de aglomerado de concentrados para evitar las pérdidas en el proceso de fundición.

Resultados

Como resultado de las pruebas desarrolladas en laboratorio y planta piloto B2 por Minsur y otras llevadas a cabo por terceros, el proceso para la recuperación de estaño a partir de los relaves antiguos de la operación de la mina San Rafael se muestra en el diagrama de bloques en la Figura 11, el cual corresponde al estudio de factibilidad y los resultados del proceso en el balance metalúrgico, que sirvieron como base para la ejecución del proyecto.

La capacidad de la planta fue definida en el estudio de prefactibilidad de acuerdo a los recursos y oportunidad del negocio. El grado de cabeza fue estimado según la información incluida en el reporte “Estimación de Recursos Minerales de Sn” preparado por M. Carbajal en abril 2014, procesadas por Amec Foster Wheeler para el desarrollo del plan de minado. La recuperación de estaño y el grado del concentrado fueron estimados por Minsur en base a las pruebas de la planta piloto y complementarias de variabilidad desarrolladas en la planta piloto B2.

Ejecución del proyecto

El Plan de Ejecución del Proyecto (PEP), incluye la implementación de la planta concentradora, ampliación de la subestación eléctrica, línea de transmisión en 10 kV, ampliación del depósito de relaves B3 y facilidades para la construcción.

El PEP ha sido desarrollado de acuerdo a los lineamientos para la preparación de planes de ejecución del estándar N° DM-STD-PE-14 de Minsur e integra la implementación de los diferentes componentes del proyecto, en alineamiento con los objetivos e hitos establecidos por la empresa para el proyecto B2.

Para la selección del tipo de contrato principal para la ejecución del proyecto, se realizaron distintas evaluaciones comparativas, analizándose los riesgos ponderados asociados a dos tipos de contrato: EPC y EPCM. En base a los resultados de las evaluaciones se determinó mantener la ejecución del proyecto mediante un contrato EPCM.

En abril de 2017 se obtuvo la aprobación de la Modificatoria al Estudio de Impacto Ambiental (MEIA), el cual permitió la gestión inmediata del Informe Técnico Sustentatorio (ITS), cuya aprobación fue obtenida en junio de ese año.

El plan para la adquisición de los equipos y materiales requeridos para el proyecto ha sido desarrollado en base a los hitos establecidos por Minsur para la implementación del proyecto. Considerando que la aprobación del estudio permitirá la disposición de los principales fondos para el proyecto, incluyendo la adquisición de los equipos principales.

Para la construcción de la planta concentradora se han establecido múltiples frentes de trabajo, cuya ejecución ha sido programada de acuerdo a la llegada de los equipos al sitio y la secuencia de ejecución de las obras civiles previas. La estrategia definida considera que el montaje de los equipos será realizado en simultáneo con el montaje de cada edificio, estableciendo prioridades.

Los trabajos para la ampliación de la subestación eléctrica, considerados críticos, deberán ser estrechamente coordinados con la unidad minera, incluyendo la ejecución de los tie-ins con las instalaciones existentes.

Para la ampliación del depósito de relaves B3 se ha planteado un solo paquete de contrato, el cual incluirá la construcción del dique, canal perimetral e instalación de los sistemas de disposición de relaves y recuperación de agua. Se implementarán diversas medidas de seguridad para el manejo del agua durante el proceso de construcción.

Terminadas las pruebas del comisionado etapa 1 con pruebas de agua y aire y el comisionado 2 asegurando que los diferentes subsistemas operan según su diseño, el equipo de comisionado transferirá la responsabilidad de las instalaciones al equipo de operaciones.

El equipo de operaciones completará el comisionado 3 y el arranque de la planta para la producción del primer concentrado y se alcance la producción, habiendo cumplido con las pruebas de performance o habiendo alcanzado el 60% de la capacidad de procesamiento.

Conclusiones

Luego de finalizado el estudio de factibilidad, mediante el cual se ha completado el diseño y planificación del proyecto de reaprovechamiento de relaves del depósito B2, el cual ha sido desarrollado cumpliendo con los requerimientos de los estándares establecidos del Minsur Way, se concluye que el proyecto es viable bajo las principales consideraciones indicadas a continuación.

1. El proyecto B2 se encuentra en la línea de la estrategia de desarrollo de negocios para las operaciones de Minsur en la mina San Rafael, reconociéndose en este estudio el potencial del recurso y su viabilidad técnica para el proceso. Esto maximiza el plan de continuidad de las operaciones en la unidad minera.

2. Se han obtenido para el proyecto B2, por parte de las autoridades, las aprobaciones del MEIA e ITS antes de los plazos establecidos. Esto demuestra la robustez técnica del proyecto para cumplir con la normativa medioambiental, de seguridad y social.

3. El proyecto B2 cuenta con la aceptación y comprensión de las inquietudes de las partes interesadas, tal como se identifican en el proceso de gestión y seguimiento de los diferentes stakeholders.

4. El proyecto se considera viable desde el punto de vista financiero, con un valor actual neto (VAN) de US$ 62 millones, considerando una tasa de descuento del 10%, una tasa interna de retorno del 15% y un periodo de retorno de la inversión de 5 años. La vida total de la mina de producción ha sido estimada en aproximadamente 9 años.

5. El proyecto cuenta con un total de 7.6 Mt de recursos a ser explotados, con una ley aproximada de 1.03% Sn, con una capacidad nominal de procesamiento de la planta concentradora de 2,500 tpd.

6. El costo inicial del proyecto ha sido estimado en US$ 210 M. El costo promedio de operación ha sido estimado en US$ 26.7/t de mineral tratado en planta. Adicionalmente, se ha estimado un costo de capital de sostenimiento de US$ 64 M a lo largo de la vida del proyecto. Se ha incluido una provisión de US$ 4.2 M para el cierre.

7. El cronograma del proyecto considera un periodo estimado de 24 meses para la ejecución, en la cual se desarrollará la ingeniería de detalle, trabajos tempranos y actividades de construcción de los componentes principales como: ampliación de la subestación eléctrica y planta concentradora.

Agradecimientos

A todo el personal que participó en el desarrollo de las pruebas de laboratorios y planta piloto, con quienes se desarrolló el proceso para hacer de este proyecto una alternativa técnica de recuperación de metales desde relaves, los cuales están considerados como pasivos mineros.

Bibliografía

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