ISSN: 0016-7975
Embedded Files
Concentración de minerales/Mineral concentration/Concentração mineral
Determinación del grado de recuperación metalúrgica de vanadio (V) contenidos en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar
Determination of degree of metallurgical recovery of vanadium (V) contained in tailings sands produced in small gold mining, at Las Claritas sector, Sifontes municipality, Bolivar state
Determinação do grau de recuperação metalúrgica de vanádio (V) contido nas areias de rejeitos produzidos na mineração artesanal de ouro, em sector Las Claritas, município de Sifontes, estado Bolivar
Víctor González
Ing°Min°, Esp. Profesor Agregado, Universidad de Oriente (UDO). Correo-e: victor.gonzalez@udo.edu.ve
Yarulsi García
Ing°Min°, DEA. Profesora Asistente, UDO. Correo-e: yarulsigarcia@udo.edu.ve
Gisela Silva
Ing°Geó°, MSc. Profesora Asistente, UDO. Correo-e: giselasilva77@gmail.com
Recibido: 25-2-18; Aprobado: 19-7-18
Abstract
The research is part of tailings sands produced in small gold mining at Las Claritas sector, Sifontes municipality, Bolivar state, Venezuela, to provide experimental information on the processing of tailings sands to obtain Vanadium in form of pentoxide and some other element of interest, preliminary through tests and laboratory methods already existing and applied to other types of materials. The method applied for metallurgical recovery is the Analytical March method using sodium carbonate for dissolution in an alkaline medium and subsequent acidification to obtain a precipitate containing the metal(s) in question. As relevant results, the final concentrations in the precipitate of the metals vanadium, cobalt, nickel, zinc and magnesium were on average 2.529, 976, 344.431 and 13.782 ppm, respectively, reflecting that nickel was the metal that had the greatest enrichment where its concentration increased 12.900 times in relation to its initial concentration in the head sample, followed by zinc, vanadium, cobalt and manganese with 932, 34, 25 and 18 times, respectively. With this test it is concluded that this analytical process in alkaline medium with sodium carbonate does not have much efficiency in the metallurgical recovery of vanadium for this type of sands rich in silica, iron and aluminum, since only a metallurgical recovery was achieved. 0.25%. On the other hand, nickel did react well to this process, achieving metallurgical recovery of 94% 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, para aportar información experimental, del procesamiento de las arenas de relaves para la obtención de Vanadio en forma de pentóxido y algún otro elemento de interés, 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 es el método de Marcha Analítica utilizando carbonato de sodio para disolución en medio alcalino y posterior acidificación para obtener un precipitado que contiene el o los metales en cuestión. Como resultados relevantes se tiene que las concentraciones finales en el precipitado de los metales vanadio, cobalto, níquel, zinc y magnesio fueron en promedio 2.529, 976, 344.431 y 13.782 ppm, respectivamente, reflejándose que el níquel fue el metal que tuvo un mayor enriquecimiento donde su concentración aumentó 12.900 veces en relación a su concentración inicial en la muestra cabeza, seguido por el zinc, vanadio, cobalto y manganeso con 932, 34, 25 y 18 veces, respectivamente. Con este ensayo se concluye que este proceso de marcha analítica en medio alcalino con carbonato de sodio no tiene mucha eficiencia en la recuperación metalúrgica de vanadio para este tipo de arenas ricas en sílice, hierro y aluminio, ya que solo se alcanzó una recuperación metalúrgica de 0,25 %. Por otro lado, el níquel si reaccionó bien a este proceso alcanzando una recuperación metalúrgica de 94 % en promedio.
Resumo
A pesquisa é parte das areias de rejeitos produzidos na mineração artesanal de ouro, em Las Claritas, município Sifontes, estado Bolivar, Venezuela, sector estatal para fornecer informação experimental, processamento das areias de rejeitos para obter a partir Pentóxido de vanádio como e alguns outros elementos de interesse, preliminarmente através de ensaios e métodos laboratoriais já existentes e aplicadas a outros tipos de materiais. O método aplicado para recuperação metalúrgica é o método de execução análise usando carbonato de sódio alcalino para dissolução na acidificação do meio e posterior para um precipitado que contém o metal em questão. Como resultados de pesquisa relevantes para as concentrações finais no vanádio metais precipitado, cobalto, níquel, zinco e magnésio foram 2.529 média, 976, 344.431 e 13,782 ppm, respectivamente, refletindo que o níquel foi o metal que tinha uma maior enriquecimento onde sua concentração aumentou 12.900 vezes em relação a sua concentração inicial no cabeçote da amostra, seguido pelo zinco, vanádio, cobalto e manganês com 932, 34, 25 e 18 vezes, respectivamente. Com este teste, conclui-se que este processo de marcha analítica em meio alcalino com carbonato de sódio não tem muita eficiência na recuperação metalúrgica de vanádio para este tipo de areias ricas em sílica, ferro e alumínio, desde uma recuperação só chegou Metalúrgica 0,25%. Por outro lado, o níquel se ele reagiu bem a esse processo, alcançando uma recuperação metalúrgica de 94% em média.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Areia de rejeitos, Arenas de relaves, metallurgical recovery, mineração em pequena escala, nickel, níquel, pequeña minería, recuperación metalúrgica, recuperação metalúrgica, sand tailings, small-scale mining, vanadio, vanádio, vanadium.
Citar así/Cite like this/Citação assim: González et al. (2018) o (González et al., 2018).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
González, V., García, Y., Silva, G. (2018, diciembre). Determinación del grado de recuperación metalúrgica de vanadio (V) contenidos en las arenas de relaves producidas en la pequeña minería de oro, en el sector Las Claritas, municipio Sifontes, estado Bolívar. Geominas 46(77). 195-199.
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 de Venezuela 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 Vanadio, el cual posee excelentes propiedades anticorrosivas que le permiten ser utilizado como un aditivo del acero (Torres, 2001).
El área de estudio se encuentra en el grupo Botanamo de la Provincia de Pastora, donde se desarrolla la pequeña minería del oro utilizando 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 vanadio (V) en promedio es de 70 ppm. Algunos compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores en la producción de anhídrido maleico y ácido sulfúrico. Concretamente, es muy usado en la forma de pentaóxido de vanadio (V2O5), el cual se emplea en cerámicas (Mineral Information Institute, 2.011).
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 Vanadio en forma de pentóxido y algún otro elemento de interés, 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 Vanadio y elementos de interés 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 en las que se encuentran presente el Vanadio (V) y elementos de interés en las arenas de relaves.
Seleccionar el procedimiento de marcha analítica alcalina de cationes para la recuperación de Vanadio (V) en base a sus características químicas dentro de las arenas de relaves.
Determinar los costos de recuperación de los metales Vanadio (V) y elementos asociados 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 de los elementos vanadio y asociados.
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” , donde se obtuvieron resultados del porcentaje de composición por elementos químicos a través del Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) con 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 (M1-1, M1-2, M1-3, M2-1, M2-2, M3).
2. Preparación e Identificación de las muestras de arenas de relaves necesarias para la investigación (Vázquez, 1996): 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 la actividad 1) homogeneizar, cuartear y preparar tres compositos M-1, M-2 y M-3 definitivos de dos kilogramos cada uno, y luego dos compositos PVN1(M-1) y PVN2 (M-2 y M-3) de un kilogramo cada uno, los cuales serán utilizados para los ensayos correspondientes a la investigación .
3. Realización de ensayos químicos: se determinó la proporción en peso del elemento químico vanadio, entre otros, que constituyen la muestra cabeza, con la aplicación de Espectrometría de Masas con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP- OES), con el apoyo del IIBCAUDO. Los ensayos se hicieron por triplicado.
4. Realización de los ensayos de obtención del metal Vanadio y asociados. De acuerdo con el esquema de marcha analítica de cationes con carbonato de sodio se tienen los siguientes grupos (Bazán D, 2003):
Grupo I: Solubles en carbonato de sodio Cr (VI), As (III) y (V), VO3, MoO4, K, además de los aniones.
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 2M. 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 de 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).
Bajo estas premisas la marcha alcalina 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 (75 µm).
Se procedió a acidificar la muestra en solución de HNO3 2M, controlando la acidez para continuar con el tratamiento alcalino. 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 cuando disminuía el volumen, se centrifugó y se observó un precipitado que, de acuerdo a los grupos, debería estar formado por 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 y corresponden al grupo I. En este grupo se forma el metavanadato sódico (NaVO3). Se filtró para separar el precipitado y la solución que es la que contiene el NaVO3 se acidificó a pH de 2 a 3 con ácido sulfúrico (H2SO4), luego se centrifugó y dio un precipitado donde estaría en mayor proporción el vanadio. Se filtra y finalmente este precipitado se fundió en una mufla a 690 °C para producir pentóxido de vanadio (V2O5) (Wikipedia, 2014). Este procedimiento se realizó 14 veces para cada muestra. Estos precipitados calcinados se unificaron y se prepararon para determinar su pureza bajo ensayo con ICP-OES. Esto se realizó a cada muestra resultando un total de, aproximadamente, 29 gramos de muestra tratados entre PVN1 y PVN2, para obtener 2,1 miligramos de precipitado calcinado.
5. Determinación de los costos de recuperación: En base a los procedimientos aplicados, los cuales conllevaron a un consumo de reactivos, energía, equipos, se estimaron los costos de tratamiento por gramo de arenas de relaves para la recuperación del metales vanadio (V) en forma de pentóxido.
Resultados y discusión
Caracterización química
Se realizó la caracterización química a las muestras tomadas de las arenas de relaves (Tabla 1), donde se observa que los elementos 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, las concentraciones de vanadio, níquel, cobalto, cromo, magnesio y titanio son, en primera instancia, atractivas para su aprovechamiento metalúrgico.
Tabla 1. Concentración de elementos químicos. Muestra cabeza (ICP-OES).
Resultados de los ensayos metalúrgicos en la recuperación de vanadio y metales asociados de las arenas de relaves
En la tabla 2 se muestran los valores de las concentraciones de los elementos contenidos en el precipitado calcinado, donde se observa que en cuanto al vanadio aunque la concentración aumentó 32 veces, la pureza del mismo solo llegó a 0,45 % en promedio, teniendo así los demás elementos una mayor participación en el porcentaje composicional del precipitado calcinado, excepto el Cobalto. El Níquel fue el de mayor concentración en el calcinado con un 34 % en promedio.
En la tabla 3 se presentan los cálculos de los porcentajes de recuperación metalúrgica de vanadio y metales asociados, donde se indica que a pesar de haber aumentado la concentración del vanadio durante el proceso alcalino, solo un 0,26 % en promedio del contenido metálico quedó en el precipitado en relación al contenido total en la muestra cabeza. Resultados parecidos se obtuvieron con el cobalto, zinc y magnesio con una muy baja recuperación metalúrgica. Caso contrario e inesperado se dio con el níquel, que representando un 34 % en la composición total del precipitado, se obtuvo una recuperación metalúrgica de 93 % en promedio en relación al contenido metálico inicial en la muestra cabeza.
Costos asociados a la recuperación metalúrgica de vanadio y asociados
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 con el procedimiento de Marcha analítica alcalina de cationes. El costo por cada gramo de muestra tratada con dicho 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 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 vanadio, níquel y titanio atractivo para su aprovechamiento de acuerdo a los tenores límites de explotación que se manejan a escala industrial en minería considerando que es un material suelto donde no se incurrirá en costos por operaciones de arranque de mineral, no tanto así para los demás elementos analizados en relación al tenor.
Como resultados relevantes se tienen que las concentraciones finales en el precipitado de los metales vanadio, cobalto, níquel, zinc y magnesio fueron en promedio 2.529, 976, 344.431 y 13.782 ppm, respectivamente, reflejándose que el níquel fue el metal que tuvo un mayor enriquecimiento donde su concentración aumentó 12.900 veces en relación a su concentración inicial en la muestra cabeza, seguido por el zinc, vanadio, cobalto y magnesio con 932, 34, 25 y 18 veces, respectivamente.
Tabla 2. concentración de elementos químicos en el concentrado calcinado.
Tabla 3. Porcentaje de recuperación metalúrgica de vanadio y elementos asociados (ATC= Alimentación Tenor Cabeza).
Tabla 4. Total del costo de las de muestras procesadas (29 gramos).
4 de abril 2018 DICOM : 60.000 Bs/US$
El porcentaje de recuperación metalúrgica del vanadio fue muy bajo, lo que pudiera sugerir que el vanadio se encontraba en un compuesto tal que se hizo refractario a la disolución alcalina, por lo que pudo precipitar gran parte del mismo durante la fase alcalina, quedando muy poco vanadio disuelto como metavanadato de sodio.
En el mismo orden de ideas, las bajas recuperaciones metalúrgicas del zinc, cobalto, magnesio, se pueden deber a que estos no fueron disueltos es la fase alcalina y precipitaron como se tenía previsto para los grupos del II al VI.
Por otro lado, el níquel que tuvo que haber precipitado junto con el cobalto, zinc y magnesio, fue disuelto en la solución alcalina con lo cual se obtuvo una recuperación metalúrgica inesperada de 94%. 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, con el método de marcha analítica en medio alcalino con carbonato de sodio se logran resultados más favorables con metales como el níquel que con metales raros como el vanadio.
El costo de tratamiento para la recuperación metalúrgica de vanadio y metales asociados está alrededor de 3 dólares por cada gramo tratado y en consecuencia el costo de tratamiento puede disminuir si el tenor o concentración de la muestra cabeza es mayor a los trabajado en esta investigación.
Debido al alto contenido de sílice en la muestra se presume que esto tuvo que ver con la baja recuperación metalúrgica del vanadio, por lo tanto es recomendable para una segunda prueba experimental hacer un pre-concentrado eliminando en gran parte la sílice y así tener una muestra sólida 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, Escuela de Ciencias de la Tierra, UDO Bolívar, y al Instituto de Investigación Biomédica y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Oriente (IIBCA-UDO).
Referencias
Bazán D, Becerra E, Lengua R. Separación de identificación de cationes en muestras sólidas usando el reactivo carbonato de sodio (MACS). Revista Ingeniería química. Vol. 5, N°2, 2003. Págs. 62-65.
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. Pp 21, 49, 52, 73, 78, 84, 85, 95, 97, 98, 101, 102, 104, 142, 144, 160, 162, 223
Mineral Information Institute. (2.011). Common minerals – Vanadium, Niobium. Recuperado el 07 de mayo de 2011 de http:// www.mii.org.
Oxido de vanadio (2014). Wikipedia-enciclopedia libre. Recuperado el 13 de junio de 2014. http://es.wikipedia.org/
Torres L., Kharisov B., Elizondo N. (2001). Recuperación de V, Cr, Ti y Mo de catalizadores gastados de la industria petroquímica. Revista Ciencia Uanl. Vol 4, Nº. 2 (abril-junio).
Vásquez, C., Pardavé W. (1996). Manual de Prácticas. Procesamiento de materias primas y manejo de sólidos particulados. Universidad Industrial de Santander.
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
Google Sites
Report abuse