Instituto de Geología Económica Aplicada
Curso Mineralogía Aplicada Técnicas de identificación de los Minerales de Mena Caracterización Mineralógica y el Proceso Metalúrgico Preparación de Secciones Pulidas y Briquetas Técnicas de Microscopía de Luz Reflejada Reconocimiento de propiedades bajo el microscopio
prof: Marcos Pincheira N.
Caracterización Mineralógica en el Proceso metalúrgico Brinda apoyo básico a geólogos, metalurgistas e ingenieros de mina, respecto de la cantidad, calidad, modo de ocurrencia, distribución y asociación de las fases minerales de mena y ganga en el yacimiento. El buen conocimiento de las características mineralógicas en el yacimiento es imprescindibles para desarrollar modelos, simular y optimizar el rendimiento de los procesos de conminución y recuperación metalúrgica. En la actualidad la tendencia es que la Mineralogía aplicada a la geometalurgia sea capaz de cuantificar los diversos parámetros mineralógicos involucrados, para sectorizar las características mineralógicas críticas del depósito, definiendo unidades geometalurgicas.
Delimitación mena-estéril mediante la ley química 1° Supuesto: Recuperación homogénea
2° supuesto: Basta la Ley en los bloques
Estéril
Mena
Recuperación heterogénea debida a las texturas y mineralogía de mena y ganga
Preguntas frecuentes en el análisis mineralógico aplicado ¿ Cual es la composición de las especies de mena ?
¿ Cual es la variabilidad de las especies de mena en el yacimiento ? ¿ Cuales son las impurezas que acompañan la mena ? ¿ Que especies de ganga acompañan la mena ?
¿ Son especies consumidoras de ácido ? ¿ Como varía la dureza de la roca en función de la mineralogía ? ¿ En que forma ocurre la mena, cuales son sus texturas ?
¿Cual es el grado de liberación de la mena - que porcentaje de la
mena está ocluida ? ¿ En el caso de oclusión, cual es la ganga que la encierra ? ¿ Cual es la granulometría de la mena ? ¿ Presencia de arcillas ?
Estudios de caracterización mineralógica Estudio del Mineral “in situ”: Composición mineralogía de la mena y ganga del yacimiento (zonación), sus asociaciones, modos de ocurrencia de la mena (análisis textural), tamaño y forma de los granos de mena. Definición de Unidades Geometalurgicas
Conminución y liberación de la mena
Molienda
Ganga y mena de cobre casi completamente separados
Estudio de la Cabeza: Composición mineralógica y asociaciones de la mena y ganga en la cabeza. Grado de liberación-oclusión. Química mineral de la mena. Tamaño de partículas
Asociaciones mena ganga complejas, inclusiones, intercrecimientos, microinclusiones, grado de liberación
“Stockeado”: Procesos de oxidación superficial de la mena Ripios Flotación de la mena Concentrado de mena de cobre
Estudio de las Colas: Perdidas en las colas por liberación incompleta por oclusión en ganga silicatada, perdidas por asociación con ganga o por sobremolienda.
Estudio del Concentrado: Porcentaje de recuperación, asociaciones y composición de la mena en el concentrado, contenido de impurezas y trazas contaminantes, presencia de ganga.
FRACTURAMIENTO DE MATERIALES MINERALIZADOS: Grado de liberaci贸n
Diagrama mostrando la forma de fracturarse en un fragmento de roca compuesto por dos minerales: a) Fragmento inicial contiene dos fases minerales A y B.
INFLUENCIA DE LAS TEXTURAS (MODOS DE OCURRENCIA) EN LA LIBERACIÓN
Partículas de similar tamaño y forma pero diferente textura y composición.
Texturas de Microinclusi贸n Mineral huesped: calcopirita Microinclusiones de enargita
Mineral huesped: pirita Microinclusiones de oro y calcopirita
Micro texturas y QuĂmica Mineral
1
2
3
Micro texturas y QuĂmica Mineral
1
2
3
Micro texturas y QuĂmica Mineral
1
1
VARIABLES MINERALÓGICAS EN LA FLOTACIÓN • Granulometría (molienda) – Sobremolienda y submolienda • Grado de liberación • Mineralogía de mena y ganga – Oxidados de Cu – Lamas – Arcillas – Ganga hidrofóbica • Texturas – Ej: pirita activada – Exsoluciones – Oclusión de la mena 100 90
Recuperación de Cu, (%)
80 70 60 50 40 30 20 10
0 1
10
100
Tamaño de Partícula, (micrones)
1000
MINERALOGIA APLICADA AL BENEFICIO DE MINERALES Caracterización mineralógica
Métodos para la obtención de datos
1- Identificación de las especies
Análisis químicos, microscopía, difracción de rayos X, Qemscan
2- Composición de los minerales
Análisis químicos de materiales “puros”, microsonda electrónica (EPMA)
3- Distribución de elementos mayoritarios y minoritarios (trazas)
Análisis químicos de elementos mayores en roca total; barridos por elemento por fluorescencia de rayos X; análisis químicos (AAS, ICP) de la mena; microsonda electrónica EPMA
4- Porcentaje en volumen de los minerales de mena y ganga
Recuento modal bajo el microscopio; Análisis de imágenes e integración de áreas, Qemscan
5- Distribución del tamaño, forma de partículas y asociación mineral
Recuento modal bajo el microscopio; Análisis de imágenes, Qemscan
6- Análisis textural de la mena y grado de liberación-oclusión
Recuento modal bajo el microscopio; Análisis de imágenes, Qemscan
7- Análisis de microfracturamiento
Análisis de imágenes
Instituto de Geología Económica Aplicada
Curso Mineralogía Aplicada Teoría de la Luz en Microscopía de Mena
Relator: Marcos Pincheira N.
Teoría de la luz en fases minerales • TEORÍA ONDULATORIA: Esta teoría postula que la luz se
propaga como una onda, resultado de la transmisión, partícula a partícula de una vibración generada por la fuente luminosa. COMPONENTES DE UN RAYO DE LUZ COMPONENTE ELECTRICO
COMPONENTE MAGNÉTICO
Los componentes magnético y eléctrico de un rayo de luz vibran en ángulo recto entre sí, perpendicularmente a la dirección de propagación y en fase.
Luz natural y luz polarizada plana La luz natural, la procedente del sol, vibra en cualquier momento en todas las direcciones del espacio, posee infinitas direcciones de vibraci贸n y su eje coincide con el rayo. Estas direcciones se pueden representar vibrando dentro de un plano perpendicular a la direcci贸n de propagaci贸n.
ONDA S
Luz natural y luz polarizada plana Se denomina luz polarizada plana a aquella cuyas vibraciones estĂĄn restringidas a una Ăşnica direcciĂłn en el espacio. Los materiales que convierten la luz ordinaria en luz plano-polarizada se denominan polarizadores.
Cuando la luz atraviesa primero un polarizador y luego un analizador dispuestos con planos de vibración a 90° ocurrirá el bloqueo de la onda de luz y un observador situado a la derecha del analizador observará un campo oscurecido
PROPIEDADES DE LA LUZ EN MICROSCOPÍA DE LUZ TRANSMITIDA • La relación entre las trayectorias del rayo incidente, el reflejado y del rayo refractado fueron determinadas por la Ley de Snell :
n1 x senθ1 = n2 x senθ3
MEDIO 1 (n1)
INCIDENTE
REFLEJADO
REFRACTADO
Siendo ni el índice de refracción del medio i y θ el águlo del rayo de luz con respecto de la vertical
MEDIO 2 (n2)
1- INTERACCIÓN DE LA LUZ CON MATERIALES ANISÓTROPOS
El comportamiento de la luz al atravesar un cristal está controlado fundamentalmente por la estructura cristalina. En este sentido la propiedad más importante de un cristal es el índice de refracción (n), que se define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en esa sustancia. Se asume que el índice de refracción de la luz en el aire es esencialmente el mismo que en el vacío, = 1, por lo tanto el valor de n de un medio cualquiera será : (1)
n = V vacío / V medio o bien
(2)
n = 1/ V medio
La luz disminuye su velocidad cuando entra en una sustancia, así el índice de refracción será siempre mayor que 1. La mayor parte de los cristales minerales tienen índices de refracción entre 1,32 y 2,40.
Fluorita: n = 1,43
Diamante: n = 2,48
LAS REDES CRISTALINAS
Minerales isótropos, con idénticas propiedades en todas direcciones de su malla cristalina y Minerales anisótropos con propiedades que dependen de la dirección cristalográfica http://webmineral.com/jpowd/JPX/jpowd.php?target_file=Chalcopyrite.jpx
Así, se reconocen dos tipos básicos de comportamiento óptico de los materiales: ISÓTROPOS - igual índice de refracción en todas las direcciones. En esta categoría se encuentran los materiales vítreos y los cristales del sistema cúbico (granate, fluorita, pirita, esfalerita, etc.). ANISÓTROPOS - diferente índice de refracción en diferentes direcciones cristalográficas. Los cristales de todos los demás sistemas pertenecen a esta categoría. Los cristales anisótropos son divisibles en dos tipos: Uniáxico - tienen dos índices de refracción (sistema tetragonal y hexagonal) Biáxico - caracterizado por tres índices de refracción (triclínico, monoclínico y ortorrómbico)
Vidrio
Minerales CĂşbicos
Minerales otros Sistemas cristalogrĂĄficos
Doble refracción o birrefringencia Cada onda se descompone en dos ondas Cuando un rayo de luz atraviesa un cristal anisótropo se descompone en dos rayos cuyas ondas vibran en planos perpendiculares. Uno de los rayos cumple con las leyes físicas de la refracción (rayo ordinario) mientras que el otro no (rayo extraordinario). Ambos tienen valores diferentes del índice de refracción (vibran con direcciones diferentes) y siguen caminos diferentes dentro del cristal. A la salida del cristal se puede considerar que siguen caminos paralelos aunque las direcciones de vibración continúan siendo perpendiculares.
Rayo incidente de luz polarizada plana Como la velocidad dentro del cristal será distinta para cada dirección de vibración, estas dos ondas irán desfasadas, habrá un retardo (delta). Este valor de delta es característico para cada mineral e indica la diferencia entre el índice de refracción mayor y menor: Delta = n mayor – n menor
En el caso de los materiales opacos (minerales metálicos) la luz perpendicularmente incidente es parcialmente reflejada, otra parte penetra el cristal y se refracta y finalmente es absorbida.
Las propiedades ópticas de los materiales opacos se expresan entonces en términos del índice de refracción n del medio y de su constante de absorción k. La reflectividad en el aire (n=1) de este medio opaco puede expresarse por: R = I/I0 = (n-1)2 + k2 / (n+1)2 + k2
Luz reflejada polarizada en el microscopio metalográfico Cuando un haz de luz polarizada plana incide y se refleja en una superficie pulida de un mineral opaco isótropo esta condición permanece inalterada en su dirección después de la reflexión. De forma análoga que en los minerales transparentes, las secciones básales de cristales opacos de los sistemas tetragonal y hexagonal (uniaxiales) son isótropas. Cuando un haz de luz polarizada plana es reflejada por una superficie pulida de un mineral uniaxial pero en una sección diferente de la basal, el haz reflejado puede ser considerado como dividido en dos haces polarizados en planos mutuamente perpendiculares de la misma forma como ocurre en medios translucidos.
Reflexi贸n en plano cualquiera de mineral opaco uniaxial
Interferencia de las ondas reflejadas resultantes
Al insertar el polarizador, observaremos como en los minerales traslucidos, cuatro posiciones de extinción y cuatro posiciones de máxima intensidad de una luz tenue coloreada, que logra atravesar el polarizador. Llamamos a este fenómeno colores de anisotropía o de interferencia que corresponde a uno de los parámetros determinativos principales en la sistemática de análisis bajo el microscopio de los minerales de mena.
Luz parcialmente absorbida; existe una componente en X y otra en la dirección Y, una de ellas logra atravesar el polarizador
Instituto de Geología Económica Aplicada
Curso Mineralogía Aplicada CONFECCION DE SECCIONES TRANSPARENTES-PULIDAS Y BRIQUETAS
prof: Marcos Pincheira N.
PREPARACIONES PETROGRﾃ：ICAS Las muestras de rocas o de granos minerales individuales requieren de un proceso de elaboraciﾃｳn previo, para poder ser estudiadas bajo el microscopio de luz reflejada.
PREPARACIONES PETROGRﾃ：ICAS PASO I: La muestra de roca es cortada con una sierra diamantada y reducida en tamaﾃｱo de tal forma de poder ser montada en un portaobjeto
PASO II: La muestra desbastada se pega con petropoxy 154 a un portaobjeto y se seca en una platina a temperaturas bajo 60ﾂｺC.
PREPARACION DE CORTES TRANSPARENTE-PULIDO
PREPARACIONES PETROGRﾃ：ICAS PASO III: La muestra reducida de tamaﾃｱo se comienza a desbastar segﾃｺn una secuencia de platos giratorios y abrasivos de diferente granulometrﾃｭa. MALLA 600
MALLA 400 MALLA 220
MALLA 80 ABRASIVO CARBURO DE SILICEO
TIEMPO
~10`
2-Desbaste y pulido de las muestras El desbaste se realiza mediante platos giratorios planos, por etapas, usando abrasivos de diverso tipo que generalmente son numerados de acuerdo al tamaĂąo de las partĂculas en mallas o micrones u otra medida. Algunos de los abrasivos mĂĄs usados son el carburo silicio, la alumina y las pastas de diamante.
Abrasivos NÂş
Micrones
100
150
200
75
260
60
325
45
400
38
600
30
1.200
15
1.800
9
3.000
6
8.000
3
14.000
1
60.000
0,5
120.000
0,25
Las etapas finales de desbaste suelen incluir una etapa de pulido a mano en una placa de vidrio con abrasivo 1.200, para pasar luego a las etapas de acabado óptico con abrasivo de 6 micrones que remueven la mayoría de las rayas de la superficie, luego el abrasivo de alumina de 1 micrón y finalmente la pasta de diamante de ¼ de micrón, ambos en un plato recubierto por un paño. Estos dos últimos abrasivos casi no remueven material, sino que sirven para darle el acabado óptico a la superficie.
GROSOR SECCIÓN TRANSPARENTE 30 MICRONES
TIEMPO ~10`
PREPARACIONES PETROGRﾃ：ICAS PASO V: La secuencia se completa con el pulido fino que cumple con el objetivo de eliminar las posibles rayas e imperfecciones de las etapas anteriores y darle el acabado ﾃｳptico final
EJEMPLOS DE SECCIONES TRANSPARENTES GRUESAS
SECCIÓN DELGADA > 30 MICRONES
SECCIÓN DELGADA 30 MICRONES
TABLA DE MICHEL LEVY
Fin