Estudio referente al procesamiento de arcilla, factibilidad para la recuperación de caolinita de menas de arcilla de baja ley con altos contenidos de sílice en Cemento Andino S.A.

Abstract

La presente investigación comprende el desarrollo de diversas pruebas a nivel de laboratorio destinadas a recuperar la caolinita de canteras de arcilla marginal con altos contenidos de sílice. Para esto se plantearon dos métodos de procesamiento destinados a beneficiar este mineral no metálico: 1.- Método de dispersión y sedimentación. 2.- Método de molienda y clasificación. Las muestras de arcilla marginal pertenecen al lote N 1 – sectores A, B y C. Previamente al desarrollo de las pruebas se determinó la composición mineralógica del mineral de arcilla mediante Difracción de Rayos X. Con este análisis químico se confirma que se trata de arcilla caolinítica (2SiO2.Al2O3.2H2O), con alto contenido de sílice (SiO2) y cantidades significativas de hematita (Fe2O3), principalmente. Para realizar las pruebas con el método de dispersión y sedimentación, se prepararon muestras de arcilla marginal con una granulometría 100 % - malla N 100 (150 μm), y 100 % -malla N 170 (90 μm). Los parámetros operativos fueron los siguientes:  La granulometría de la muestra de arcilla marginal: 100 % -150 μm y -90 μm.  Peso de muestra de arcilla marginal: 50, 75 y 100 g.  Peso de carbonato de sodio: entre 0,3 y 1,5 g (8<pH<9).  Tiempo de agitación: 60 min.  Tiempo de sedimentación: 20 y 30 min. Los análisis químicos se realizaron por gravimetría y volumetría para determinar las cantidades (%) de los compuestos de alúmina (Al2O3), sílice y hematita, de la arcilla marginal, la arcilla caolinítica recuperada y la sílice sedimentada respectivamente. Los resultados de los balances de ensayes obtenidos con el método de dispersión y sedimentación, indican que si es posible lograr una aceptable separación de la sílice del mineral arcilloso y por consiguiente incrementar la ley de caolinita. Con este método la arcilla caolinítica recuperada presenta una ley máxima de alúmina (Al2O3) de 22 % con 55 % de recuperación. Esto se obtendrá al separar la caolinita dispersada luego de 30 minutos de sedimentación, el peso de muestra utilizado fue de 50 g, el peso de carbonato de sodio utilizado fue de 0,5 g y la granulometría fue 100 % -malla N 100 (150 μm). La ventaja de este método es que se obtiene una mayor recuperación de alúmina luego de separar la sílice (SiO2) de la caolinita. La desventaja es su alto costo operativo y de implementación a nivel industrial, sobre todo por el alto grado de molienda que necesita el mineral. Para efectuar este método de procesamiento se utilizaron diversos equipos y materiales de laboratorio, entre los principales destacan: Chancadora de quijadas, chancadora de rodillos, pulverizador de discos, horno eléctrico, tamices, probetas, vasos, agitador eléctrico, entre otros. También, se utilizó el reactivo químico: carbonato de sodio (Na2CO3), como agente dispersante. Para realizar las pruebas con el método de molienda y clasificación, primero se realizaron pruebas de moliendabilidad para determinar el tiempo óptimo de molienda. Los tiempos de molienda fueron de 2, 4, 6, 8, 10 y 12 minutos. Los parámetros operativos de la molienda fueron los siguientes:  Se prepararon muestras de arcilla marginal con una granulometría 100 % - malla N 6 (3000 μm).  La cantidad de muestra por molienda fue de 2 kg.  La cantidad de agua por molienda fue de un litro. Los parámetros operativos de la clasificación para 4 minutos de molienda (51 y 52 % -malla N 200), empleando un hidrociclón D4 fueron los siguientes:  Porcentaje de sólidos del alimento: 30,0 %.  Densidad de pulpa del alimento: 1233 g/l.  Tamaño de corte teórico d(50): 30 μm. Los análisis químicos se realizaron por gravimetría, volumetría y fluorescencia de rayos X para determinar las cantidades (%) de los compuestos de alúmina, sílice, hematita y otros compuestos secundarios; de la arcilla marginal, la arcilla caolinítica recuperada y la sílice separada respectivamente. Los análisis granulométricos se efectuaron con series de tamices para las muestras gruesas (+ 38 μm) y empleando un Granulómetro para las muestras finas (- 38 μm). Los resultados de los balances de ensayes obtenidos con el método de molienda y clasificación; también, indican que si es posible lograr una aceptable separación de la sílice del mineral arcilloso. La arcilla caolinítica recuperada presenta una ley máxima de alúmina (Al2O3) de 21 % con 53 % de recuperación. Esta arcilla recuperada se obtiene en el rebose del hidrociclón luego de clasificar el mineral molido por 4 minutos empleando un hidrociclón D4. La ventaja de este método es su bajo costo operativo y de implementación a nivel industrial comparado con el primer método. La desventaja es la menor recuperación de alúmina que se obtiene luego de separar la sílice (SiO2) de la caolinita, comparado con el primer método de procesamiento. Debido a la mínima desventaja de los resultados del segundo método comparados con el primero y sobre todo a la menor inversión que se necesitaría en un proceso industrial, se determinó que fuese el mejor método de tratamiento. Se optó también por este segundo método; porque en un futuro proceso industrial, es más flexible a los cambios de capacidad productiva y por la facilidad de su control operacional. Ante estas conclusiones se plantea y diseña un proceso industrial para una capacidad de tratamiento de 20 t/h de arcilla marginal ó de baja ley de caolinita. Para efectuar este método de procesamiento se utilizaron diversos equipos y materiales de laboratorio, entre los principales destacan: Espectrómetro de rayos X, granulómetro, chancadora de quijadas, chancadora de rodillos, pulverizador de discos, horno eléctrico, molino de bolas, filtro neumático, hidrociclón, tamices, probetas, vasos, brochas, entre otros. También, se utilizaron diversos reactivos químicos para los análisis por gravimetría y volumetría.