Técnica aplicada a las características de calidad al muestreo en camiones mineros

En este trabajo se presenta una metodología que sirvió de base para determinar el grado de representatividad del muestreo en los camiones mineros para el control de la calidad de los minerales que ingresan a los Depósitos de Homogeneización y de estos hacia el proceso fabril de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa. El propósito fue precisar el grado de concordancia entre el muestreo de rutina (muestreo en camiones) y otro que pudiera brindar mayor información sobre la variabilidad y calidad del material muestreado (muestreo en Pilas de Mineral). Se utilizaron para ello normas estandarizadas sobre muestreo y preparación de muestras y se aplicaron técnicas estadísticas con el empleo del programa STATGRAPHICS Centurion XV. En el trabajo se describe la metodología del muestreo y el esquema de preparación empleado para la caracterización de muestras según las particularidades tecnológicas exigidas en el proceso industrial. Los principales resultados del trabajo revelan que no hay diferencia significativa para un nivel de confianza del 95 % entre el muestreo en camiones y el muestreo especial realizado en Pilas de Mineral para los elementos de interés (níquel, hierro y cobalto), lo que demuestra que el método de muestreo rutinario utilizado para el monitoreo del flujo de menas al proceso fabril y documentado según procedimiento, puede mantenerse al comprobarse su aptitud, siempre y cuando el resto de las operaciones de preparación se realicen bajo correctas prácticas de muestreo.

Palabras Clave: Protocolo de muestreo, control de calidad, limonita, serpentina

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Technique applied to the quality characteristics sampling Mining trucks

In this work it is shown a methodology that paved the way to determine the sampling representativity grade in mining trucks for the quality control of the minerals that come onto the Homogenization Dumps towards the industrial process at Comandante Ernesto Che Guevara Company, at Moa City, the purpose was specifying the concordance degree between the daily sampling (mining trucks sampling) and another that could give further information about the variability and mineral quality of the sampled material (mineral pilas sampling). To achieve this, were used, standard regulations about sampling and samples preparation and were applied statistical studies through the use STAGRAPHICS Centurion XV program. Throughout the work it is described the sampling methodology and the preparation diagram for the samples characterization according to the technological peculiarities demanded by the industrial process. The main work results reveal that there´s not a significant difference for a 95% of confidence level between the mining trucks sampling and the special one done in Mineral Pilas for the ruling elements (nickel, iron and cobalt), demonstrating that the procedure can be kept while confirming its aptitude, anytime the rest of the preparation operations are developed under correct sampling practices.

Key words: Sampling Protocol, Quality Control, Limonite, Serpentine

Introducción

Toda planta metalúrgica requiere de un correcto diseño en los sistemas de calidad que garanticen un muestreo representativo en toda la cadena productiva del proceso (mina-planta metalúrgica) y, que permita a la dirección técnica y administrativa la toma de decisiones oportunas que garanticen minimizar las pérdidas económicas por fallas de productos, servicios o procesos. Por consiguiente, a la representatividad del muestreo hay que dedicar tiempo y recursos por lo engorroso de su manipulación y preparación, lo que se acrecienta cuando se efectúa el muestreo manual de minerales heterogéneos.

Para la planificación minera y durante todo el proceso físico-metalúrgico por donde transita el mineral durante las diferentes etapas de transformación hasta obtener productos finales se sustentan a partir de muestras que se suponen sean representativa de la población de donde son extraídas; para ello, se requiere contar con un protocolo de muestreo para el control de las características de calidad del mineral que ingresa al proceso metalúrgico.

El control minero-metalúrgico en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara (ECG) se inicia durante el acarreo de los minerales extraídos de los diferentes frentes de minerías hacia los depósitos de homogeneización y de éstos hacia la planta metalúrgica.

La ECG para el muestreo en los camiones mineros utiliza el procedimiento de muestreo manual empleando una cuchara normalizada; se toman tres incrementos por cada camión (en el centro de la cama del camión, a la distancia de 1,0 a 1,3 m del centro de la cama hacia el frente y a igual distancia desde el centro de la cama hacia atrás). La muestra parcial (base húmeda) de cada camión es de un peso promedio de 1 800 g. La norma de empresa [1] establece el muestreo al 100 % de los camiones que conforman un lote (20 a 25 camiones) procedente de un mismo yacimiento o de las depósito de homogeneización; de la combinación de las muestras parciales se constituye la muestra compuesta que se prepara para los ensayos físico-químicos para determinar las características de calidad del mineral que ingresa al proceso fabril.

Fundamento teórico

El muestreo de minerales en todo proyecto minero siempre está expuesto a errores inevitables que dificulta la representatividad de la muestra respecto a la población del cual fue extraída. Entre los principales problemas asociados al muestreo están:

• variedad de los constituyentes minerales presentes en la mena;

• distribución no uniforme de los minerales en la mena;

• variación en el tamaño de las partículas constituyentes (distribución de tamaño);

• variación en la densidad, dureza y forma de las partículas, etc.

El muestreo es la técnica conforme a la cual se extraen ciertos elementos de una población o universo para, mediante su análisis, inferir características de la población de la cual han sido extraídos. Se trata de un método que permite hacer economía de recursos a cambio de ciertos riesgos de naturaleza controlable. Por consiguiente, el riesgo de muestrear sin respetar los principios, la teoría y práctica de un muestreo correcto, es arribar a conclusiones erradas sobre la población, mientras que el beneficio es la optimización en el uso de recursos, dado el riesgo asumido [10].

La teoría de muestreo, introducida por Pierre Gy y luego extendida y llevada a la práctica por Francis Pitard y Dominique Francois Bongarcon, permite cuantificar la magnitud del error que se comete en las diversas etapas de un Protocolo de Muestreo, además de dar recomendaciones respecto a los procedimientos utilizados en los procesos de toma y preparación de muestras. El error que se comete proviene principalmente de dos fuentes: Las derivadas de las propiedades intrínsecas del material y de la toma y preparación de la muestra [19].

El muestreo manual en carros mineros (camiones, vagones, etc.) cuando se utiliza para la recolección de las muestras cucharas o palas de muestreo es una operación sumamente engorrosa y está expuesta a errores humanos. Ésta técnica de muestreo es catalogado como un método "no equiprobable" debido a que obligatoriamente la muestra es superficial [2], ya que las partículas de mineral por debajo del borde inferior de la baranda del camión no tienen ninguna probabilidad de formar parte de la muestra.

Alfaro (2002) [2], en su trabajo Introducción al Muestreo Minero expresa "Según Pierre Gy, creador de la teoría moderna del muestreo de minerales, cuando la condición equiprobable no se cumple, se tiene más bien un espécimen en vez de una muestra" (…). "La figura 1 muestra un ejemplo de espécimen, donde la extracciones se basan en la hipótesis no realista y peligrosa de homogeneidad".

Fig. 1 Representación esquemática de la toma de muestras sobre la cama del camión. Fuente: Alfaro 2002. Pág. 9.

Los métodos recomendados [12] para el muestreo en camiones dependen entre otros factores de:

• el grado de precisión deseado del muestreo;

• heterogeneidad del material a muestrear;

• tamaño, densidad y forma de las partículas y;

• condición práctica y económica para su aplicación.

Fig. 2 Métodos recomendados para ubicar los puntos de tomas de muestras parciales en medios de transportes.

Fuente: Vladimirovich L, O y Ariosa, I, J., 1986, pág. 296.

La ISO 12743 [4] recomienda el muestreo en camiones y vagones, en toda la sección del material, aplicando para ello sondas neumáticas por medio manual o mecánico. También recomienda aplicar éste método para materiales con tamaño máximo nominal de partículas = 10 mm; condiciones que no se cumple para el caso del muestreo en los camiones mineros de la empresa "Cmdte Ernesto Che Guevara" (ECG).

Por tanto, fue necesario diseñar una metodología de muestreo alternativa con el propósito de precisar el grado de concordancia entre el muestreo de rutina (muestreo en camiones, definido como Muestra B) y otro que pudiera brindar mayor información sobre la variabilidad y calidad del material muestreado. Para esto fue seleccionado el método de muestreo intensivo en Pilas de Mineral, definido como Muestra A, considerando éste último como un muestreo insesgado.

Materiales y métodos

Características químicas de las muestras

El material de estudio correspondió al mineral de los Depósitos solares de la ECG y del frente de minería actualmente en explotación (tabla 1). Para tal efecto se seleccionaron aleatoriamente los camiones que fueron muestreados siguiendo los procedimientos del muestreo de rutina [1] y posteriormente se aplicó el muestreo en Pilas de mineral.

Tabla 1:Composición química del muestreo de rutina (muestreo en camiones), en %

El método analítico para determinar los contenidos de níquel, hierro y cobalto se realizó por la técnica de ataque o digestión con mezclas de ácidos y la absorbencia por Espectrometría de Absorción Atómica (EAA). Para los nocivos (óxido de sílice y magnesio), se utilizó la descomposición mediante la fusión con mezclas de fundentes (Bórax y Carbonato de sodio). El fundido se lixivió con ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno y se leyó posteriormente por EAA.

Distribución del tamaño máximo nominal de las partículas en las muestras

El tamaño máximo nominal del material (d95) a muestrear es un parámetro importante que debe ser investigado con el propósito de calcular la masa media mínima de los incrementos y definir el número de la cuchara a emplear. Con esta finalidad muestras parciales fueron tomadas en las Pilas de Mineral conformadas. Las muestras fueron secadas, pesadas y cribadas por vía húmeda.

El análisis granulométrico se realizó según el procedimiento establecido en la NC 631: 2014 [8], utilizando el análisis de tamices por vía húmeda.

Los resultados confirman que el tamaño máximo nominal de las partículas fue como promedio 0,2 % de la masa retenida en éste tamiz de 12,5 mm.

Tabla 2: Comportamiento del tamaño máximo de partícula.

Por tanto, se asumió 12,5 mm como el tamaño máximo nominal de las partículas para el diseño de la nueva cuchara para el muestreo de rutina con las dimensionas siguientes.

Fig.3 Mínimas dimensiones recomendadas para la cuchara.

Fuente: ISO 12743: 2006 (E), tabla E.2, pág. 72.

Procedimiento para la toma de muestras

La toma y preparación de las muestras se realizó acorde con la norma de empresa vigente (NEIB 200-03 A: 2002) y lo establecido en la ISO 3082.

Tanto el muestreo a los camiones y en pilas de mineral se realizó con el empleo de una cuchara estandarizada de muestreo ? 50 [4]. Para la Muestra A, cada pila se dividió en tres niveles (tercio inferior, de la zona media y del tercio superior del volumen de la pila). El muestreo se realizó en cada intercepto de acuerdo a la red de la malla formada. (Fig. 3). El procedimiento que se detalla a continuación:

• a) Se seleccionó para el muestreo de camiones en días alternos procedentes de los Frentes Mineros y de los Depósitos Solares. El muestreo se realizó inmediatamente que los camiones fueron descargados.

• b) Se coordinó con la UB Mina depositar los camiones mineros muestreados en puntos predefinidos para descargar el camión y proceder al muestreo intensivo en las pilas de mineral. Para ello se contabilizó los parámetros siguientes: fecha de muestreo, yacimiento, bloque y pozo procedente del camión, tipo de mineral (limonítico o serpentínico), etc.

• c) La pila de mineral se dividió en tres niveles hipotéticos con el empleo de una malla de cuerdas anudadas en secciones aproximadas de 1,5 metros lineales de un punto a otro a todo el ancho de su base. Los niveles fueron esparcidos a 1 m uno de otro (diferentes alturas del talud formado). La pila fue dividida para el muestreo en dos extractos o sectores (norte y sur), procediendo a tomar porciones en cada una de las intersecciones de la malla.

• d) El nivel inferior se estableció a una distancia aproximadamente 300 mm de la base de la pila para evitar el error de segregación y agrupamiento.

• e) En cada intercepto se tomaron muestras parciales correspondiente a tres incrementos.

• f) Para cada muestra parcial se procedió como sigue: con el auxilio de la cuchara de muestreo se removió la capa de mineral recién formada de un espesor alrededor de 300 mm; posteriormente se tomó la muestra excavando un orificio rectangular de aproximadamente 150 mm de ancho por 150 mm de alto y 100 mm de profundidad; se recogió todo el volumen de mineral evitando pérdidas de finos o de partículas superiores a 75 mm y se depositaron en recipientes de polipropileno herméticos previamente codificados.

• g) Para el cálculo del tamaño mínimo de la masa parcial (base húmeda) fue empleado el método de Richard-Czeczott que tiene en cuenta la heterogeneidad del yacimiento, el tamaño máximo nominal de las partículas de interés.

(1)

donde:

Q- cantidad de muestra, kg;

es el diámetro máximo de la partícula, mm;

y coeficientes empíricos que son función del tipo de mineral y la heterogeneidad de los yacimientos.

Para el caso específico del trabajo, fueron seleccionados los siguientes valores: = 12,5 mm; = 0,06 y 1,8; por tanto, Q = 5,7 kg.

• h) Las masas de las muestras parciales como promedio (base seca) fue de 3 500 g y en total se tomaron alrededor de 37 muestras parciales por pilas de mineral (aproximadamente 160 kg de muestra por pilas muestreadas).

Fig. 3 Representación esquemática de la red de malla empleada para el muestreo en Pilas de Mineral.

Procedimiento para su preparación

Ambas muestras (muestreo de rutina y en Pilas de mineral) fueron preparadas bajo idénticas condiciones; para ello se procedió con las operaciones de preparación mecánicas típicas (secado parcial, mezclado, división, trituración, molienda húmeda, filtración, secado y pulverización). El esquema general de preparación se ilustra en la fig. 4.

Fig. 4 Esquema de preparación.

Resultados y discusión

La diferencia promedio entre el muestreo de rutina (Muestra B) versus en Pilas de Mineral (muestra A) arrojó los resultados que se muestran en la tabla 2. Donde se observa que como promedio no hubo diferencias significativas para un nivel de confianza del 95 % entre el muestreo especial realizados en Pilas de mineral y el muestreo de rutina, lo que indica que el muestreo actualmente practicado en la ECG es representativo para el monitoreo del flujo de menas al proceso fabril; siempre y cuando, se respeten los principios generales del muestreo y se realice una correcta toma y preparación.

Tabla 2: Resultados comparativos entre el Muestreo A vs Muestreo B, en %.

En la figuras 5 se muestra el análisis comparativo entre el muestreo de rutina y el muestreo especial efectuado para el níquel, cobalto y hierro.

Fig. 5 Resultados comparativos entre ambos métodos de muestreo; a) níquel, b) cobalto y, c) hierro.

Fig. 6 Resultados comparativos entre ambos métodos de muestreo para los nocivos; d) óxido de sílice, f) óxido de magnesio.

Conclusiones

Se demostró experimentalmente que no hay diferencia significativa entre el muestreo de rutina en los camiones mineros y el muestreo especial realizados en Pilas de mineral para un nivel de confianza del 95 %, lo que demuestra que el método de muestreo rutinario (muestreo en Tarima) utilizado para el monitoreo del flujo de menas al proceso fabril y documentado según el procedimiento, puede mantenerse al comprobarse su aptitud, siempre y cuando el resto de las operaciones de preparación se realicen bajo correctas prácticas de muestreo.

Bibliografía

• 1. 118-PO-1: 2014. Procedimiento para el muestreo y monitoreo de los minerales en los Depósitos Solares y Flujos Mineros. Revisión 00.

• 2. ALFARO, S. M. "Manual de Muestreo". Introducción al Muestreo Minero. Instituto de Ingeniero de Minas de, Santiago, Chile, 2002. [consultado 6 de diciembre de 2013]. Disponible en Internet:

• 3. ISO 10836: 1992. Iron ores- Methods of sampling and sample preparation for physical testing. 1er ed.

• 4. ISO 12743: 2006 – Copper, lead, zinc and nickel concentrates — Sampling procedures for determination of metal and moisture content.

• 5. JIS M 8100: 1992 – Particulate materials – General Rules for Methods of Sampling.

• 6. JIS M 8701: 1985. Iron Ores- Increment Sampling- Manual Method.

• 7. MITROFÁNOV, S. I., BARSKI, L. A. SAMYGIN V. D.1974. Investigación de la capacidad de enriquecimiento de los minerales. Editor Mir, Moscú, Capítulo V. 112-114pp.

• 8. NC 631: 2014 – Minerales. Análisis granulométrico por tamizado. Requisitos Generales. 2da. ed.

• 9. ORTIZ, C J. Apuntes de muestreo para evaluación de yacimientos. Cátedra de Evaluación de Yacimientos. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Universidad de Chile.

• 10. PITARD, F. Pierre, Gy´s. Sample Theory and Sampling Practice. Heterogeneity, Sampling Correctness, and Statistical Process Control, 2nd ed, 2 vol. 1993. United States of America. ISBN 0-8493-8917-8.

• 11. RUBIANE, Martín. 2011. Técnica de Muestreo para Auditorias. Guía Teórico–Práctico. Dpto. de Control de Operaciones de Créditos Público y Sustentabilidad. Argentina.

• 12. VLADIMIROVICH, L, O y Ariosa, I, J. Búsqueda, exploración y evaluación geólogo-económica de yacimientos minerales sólidos. Capítulo 4. I Parte. Editorial Pueblo y Educación, 1986.

Autor:

Ing. Annia Linares-Bong (*)

Ing. Roberto Majendié-Cemitiere (*),

Dr. C. Pedro E Beyris-Mazar (**)

* Centro de Investigaciones del Níquel (CEDINIQ), Moa, Holguín, Cuba

** Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Holguín, Cuba

[1] Los camiones 4, 5 y 6 correspondieron al Bloque M ? 64 a diferentes pozos y se caracterizaron por bajo contenido de n?quel.