Diseño experimental para la optimización de la mezcla complejo MCF en el circuito de separación plomo-cobre

Abstract

El presente estudio se centró en la optimización del circuito de separación de plomo y cobre mediante la aplicación de un diseño experimental (DOE), con el objetivo primordial de mejorar la recuperación y la calidad del concentrado de cobre. Para ello, se investigó la formulación y dosificación de la mezcla de reactivos MCF (Metabisulfito de sodio, CMC y Fosfato). La investigación se llevó a cabo en tres etapas clave. La primera fase, con un diseño factorial, demostró que el CMC es la variable con mayor significancia en la separación plomo-cobre. Los análisis de regresión entre pares de elementos confirmaron esta influencia, con valores de t-Student superiores a 2, destacando una alta asociación física entre el cobre, el plomo y la plata. A partir de este hallazgo, la segunda etapa, mediante un diseño de mezcla hexagonal, permitió determinar la composición óptima de la mezcla: 86.96% de metabisulfito de sodio, 10.87% de fosfato y 2.17% de CMC. Esta nueva formulación no solo se mostró superior a la utilizada actualmente, sino que también se diseñó para no incrementar los costos de operación. Finalmente, la tercera etapa se enfocó en optimizar los parámetros operativos, concluyendo que el máximo rendimiento se alcanza con un tiempo de acondicionamiento de 11.5 minutos y una concentración del 10% de la mezcla. La implementación de este diseño propuesto permitió obtener un concentrado de cobre de alta calidad, alcanzando un 27.04% de cobre (Cu) y un 6.79% de plomo (Pb), valores que cumplen con los estándares proyectados. A nivel económico, esta optimización generará un ahorro mensual de $9,889, lo que se traduce en un ahorro total estimado de $79,105 para el resto del año. En conclusión, este estudio demuestra que el diseño experimental es una herramienta fundamental para la optimización técnica y económica en la industria minera.

This study focused on optimizing the lead-copper separation circuit by applying a Design of Experiments (DOE) approach. The primary objective was to improve the recovery and quality of copper concentrate by investigating the formulation and dosage of the MCF reagent mixture (Sodium Metabisulfite, CMC, and Phosphate). The research was conducted in three key stages. The first phase, using a factorial design, showed that CMC is the most significant variable in the lead-copper separation. The analysis of regression between pairs of elements confirmed this influence with t-Student values greater than 2, highlighting a strong physical association between copper, lead, and silver. Based on this finding, the second phase, using a hexagonal mixture design, determined the optimal composition of the mixture: 86.96% sodium metabisulfite, 10.87% phosphate, and 2.17% CMC. This new formulation was not only found to be superior to the one currently used but was also designed not to increase operational costs. Finally, the third phase focused on optimizing key operational parameters, concluding that maximum performance is achieved with a conditioning time of 11.5 minutes and a mixture concentration of 10%. The implementation of this proposed design allowed for the production of a high-quality copper concentrate, reaching 27.04% copper (Cu) and 6.79% lead (Pb), values that meet projected standards. Economically, this optimization will generate a monthly saving of $9,889, resulting in a total estimated saving of $79,105 for the rest of the year.

In conclusion, this study demonstrates that experimental design is a fundamental tool for technical and economic optimization in the mining industry, laying the groundwork for a more efficient and profitable operation.