La presente solicitud de patente de invención se dirige a un sistema para la detección y cuantificación de especies mineralógicas mediante difracción de rayos X (DRX) del concentrado de cobre seco antes de ser inyectado a un convertidor u horno de fusión. Específicamente, se dirige a un dispositivo que realiza un análisis mineralógico en linea y tiempo real de concentrado de cobre en horno de fusión baño fundido, mediante difracción de rayos X (DRX) el cual permite un Control de mezcla ideal para un proceso óptimo de sulfuro de cobre (Cu2S)-Metal Blanco, sulfuro de fierro (FeS)- Escoria y azufre pirítico (S2)-temperatura.

ARTE PREVIO

Conocer la calidad y cantidad de los minerales que se encuentran en el material concentrado seco previo a que ingresen a un horno de fusión es fundamental para llevar a cabo una correcta y eficiente operación de conversión. En la actualidad, en todas las fundiciones se toma una muestra de concentrado de cobre seco cada cierto tiempo, en forma previa a que ingrese dicho concentrado al horno. La mencionada muestra es llevada a laboratorio y es sometida a fluorescencia de rayos X. Esto es una técnica de análisis elemental donde se tiene como resultado porcentaje de Cu, Fe, S presente en la muestra y la mineralogía se determina por balance de masas y estequiometria.

La medición de mineralogía con DRX se hace esporádicamente ya que se lleva muestra a un laboratorio y se cuartea para tener una muestra representativa que no supera los 10 g de la muestra total extruida. En general el proceso de entrega de un

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HOJAS DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) resultado es lento, por lo que cuando el operador de la planta recibe un resultado puede haber pasado mucho concentrado de cobre, por lo tanto la medición no es oportuna y tampoco representativa.

Lo más cercano a la presente invención lo representa la solución descrita en el registro de patente CL42.629, el cual se dirige a un sistema de medición y análisis en línea de concentración de minerales para determinar la composición de los minerales, determinar el tamaño de grano o grado de molienda, el tipo de asociaciones de sulfuros y el grado de liberación de éstos, en procesos de flotación, que comprende una cámara de medición que consiste en un tubo de acero inoxidable que está dispuesto perpendicularmente en el centro de un goniómetro dispuesto en una plataforma horizontal, en que en un costado de dicha cámara de medición ha sido dispuesto un tubo emisor de rayos X y en el otro costado ha sido dispuesto un detector de dichos rayos X, en que tanto el tubo emisor como el detector se encuentran en el mismo plano definido por dicha plataforma horizontal; la cámara de medición comprendiendo una ventana paralela a su eje longitudinal y una compuerta dispuesta delante de dicha ventana y que cierra a la misma, en que ambas, compuerta y ventana, poseen una abertura, de 20 mm de diámetro, la cual es el punto por donde pasa una muestra de flujo de pulpa que proviene de una planta de concentración de minerales en un proceso de flotación, donde dicho flujo de pulpa se produce de abajo hacia arriba según sentido del eje longitudinal definido por dicho tubo de acero, en que sobre dicha abertura se hace incidir la emisión de rayos X desde el tubo emisor para luego ser recibidos por dicho detector; en donde dicha abertura es sellada con material transparente de delgado espesor para evitar el derrame de dicho flujo de pulpa por dicha ventana, en que para portar dicho material transparente se ha dispuesto dos cilindros, uno en cada costado y desfasado hacia atrás respecto de dicha cámara de medición, de modo que en uno de dichos dos cilindros se carga dicho material transparente y en el otro cilindro se va enrollando a medida que es usado.

La diferencia respecto a la presente invención es muy clara, por cuanto en el registro CL42.629 se está midiendo lo que ocurre con la pulpa con el concentrado que sale del proceso de flotación, lo cual es previo a que el concentrado sea sometido a secado, el cual cambia en proporciones una vez seco, por lo que conocer su verdadera calidad y cantidad en tiempo real, antes que ingrese al horno, es un tema que no resuelve ni esboza el registro en comento.

Asimismo, la publicación de patente US2002094060 describe un método y un aparato para presentar continuamente una muestra de una corriente de material particulado que contiene sustancias cristalinas y para analizar de manera efectiva y continua la muestra mediante difracción de rayos X. Un flujo de muestra extraído se alimenta a un portador en movimiento continuo y su superficie se alisa y se aplana para detectar y analizar los patrones de difracción de rayos X para proporcionar un análisis de composición para las sustancias cristalinas. La muestra se extrae continuamente del portador antes de que se alimente otra muestra sobre el portador. La invención es particularmente aplicable para el análisis de composición de fase de cemento y clinker de cemento y proporciona un análisis efectivamente continuo sustancialmente en tiempo real en contraste con los análisis de laboratorio de la técnica anterior de muestras discretas. A diferencia de la presente invención, la publicación citada se dirige a un campo de la técnica diferente al de la presente invención (industria del cemento) y no describe que el sistema pueda estar diseñado para ser instalado previo a la entrada de un horno de fusión para determinar la calidad y cantidad de minerales presentes en el concetrado que va a ser fundido y tampoco que esté tomando muestras en forma constante.

De esta forma, surge la necesidad de contar con una solución que permita detectar y cuantificar las especies mineralógicas del concentrado de cobre seco antes de ser inyectado a un convertidor u horno de fusión y que además sea capaz de realizar un análisis mineralógico en linea y tiempo real de concentrado de cobre en un horno de fusión baño fundido.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1 : representa un esquema ilustrativo de cómo quedará instalado el difractor de rayos X que forma parte del sistema de la invención.

Figura 2: repersenta una ilustración en planta del tránsito de la muestra de concentrado dentro del equipo difractor de rayos X que forma parte del sistema de la invención.

Figura 3: representa una ilustración que explica el concepto de medición de mineralogía a través de reyos X. Figura 4: representa un esquema de funcionamiento de un equipo estándar de DRX.

Figura 5: representa un difractograma que corresponde a un gráfico con los ángulos producto de la difracción que identifican el mineral y la altura de los picos intensidad o cuentas que se relaciona con el número de veces que fue detectado.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

El sistema de la invención está compuesto por una derivación de entrada (1 ) dispuesta en la tubería de inyección (2) de concentrado seco a un horno de fusión con baño fundido. La derivación de entrada (1 ) se encuentra conectada a un equipo de difracción de rayos X (3) por el cual circula una muestra que se extrae desde dicha tubería de inyección (2). Desde el equipo de difracción de reayos X (3) se disponde de una derivación de retorno (4) conectada a la tubería de inyección (2) de modo que la muestra que ya ha sido irradiada por el difractor de rayos X (3) vuelva al flujo normal de inyección hacia el horno de fusión, también podría ser depositada en un contenedor y luego integrada a la línea de producción de manera manual.

El sistema comprende una válvula de entrada próxima a la derivación de entrada (1 ) de modo que es activada cuando se desea que una fracción del concentrado seco que fluye por la tubería de inyección (2) sea derivada hacia el equipo de difracción de rayos X (3) para que sea objeto de muetreo. Será controlado remotamente y dará datos en línea. El sistema opera en un rango de tiempo de toma de muestras entre 5 y 20 minutos, preferentemente se espera tener una medición cada 15 minutos. Los bajos tiempos de estudio se deben a la tecnología del difractómetro con sensor curvo y sin partes móviles, además este tipo de tecnología disminuye las probabilidades de falla. La muestra de concentrado de cobre a medir pasa continuamente por el equipo de difracción de rayos X (3) a través de la derivación de entrada (1 ) para lo cual se activa la válvula de entrada que es controlada de forma automátizada. Esto asegura representatividad de la muestra.

El dato entregado es la mineralogía relevante (calcopirita, pirita, etc.) presente en la muestra y su concentración, tal como se ilustra en la figura 5. Además, con dichos datos se genera un gráfico que de cuenta de la variación en el tiempo tanto de las especies presente como su concentración.

El equipo de difracción de rayos X (3) escogido para formar parte del sistema, posee un plato giratorio (5) en que la zona de entrada (6) de la muestra se encuentra contigua a la derivación de entrada (1 ). Al girar el plato (5) la muestra pasa a través de la zona de difracción (7), donde es irradiada para seguir su trayecto hacia la zona de salida (8) de la muestra la cual se encuentra contigua a la derivación de salida (4). El equipo también puede estar comprendido un tubo cerrado de un material transparente o semi-transparente a los rayos X (Capton, AVC, aluminio, vidrio u otro)

La estimación de la cantidad de concentrado seco que es sometida a muestreo está definida por el radio del círculo que limita la zona del concentrado de cobre expuesta a rayos X o zona de difracción (7) de la muestra: (a-b)/2. Espesor muestra de concentrado de cobre expuesta a rayos X: h.

Volumen de muestra de concentrado de cobre expuesta a rayos X (VE): nh(a — b ) ²

V _E

4 Asi por ejemplo, si el el diámetro del porta muestra unitario del equipo de difracción de rayos X (3) es 14 [mm] y el espesor de la muestra es 0,5 [mm], cada porta muestra del sistema de múltiples muestras (30 muestras) tienen como diámetro 8 [mm] y 0,3 [mm] de espesor.

Si a=5 [cm], b=3,6 [cm] (a-b=1 ,4 [cm] diámetro porta muestra unitario) y h=0,1 [cm]. Entonces: VE =0,15394 [cc]

Densidad del concentrado de cobre seco que se inyecta al CT:

Promedio=1 ,9 [g/cc] Rango: 1 ,2 a 2,2 [g/cc]

Entonces masa expuesta a rayos X:

ME = 0,2925 [g]

Suponiendo que en dos segundos la masa de la muestra de concentrado de cobre sometida a los rayos X cambia totalmente entonces en 15 minutos la masa expuesta a rayos X será: 131 ,6 [g]. Es decir, se tendrá un difractograma con una masa mucho mayor a una medición típica de 45 [min].

Masa medida al día (24 [h]): 12,64 [kg]

Masa medida al mes: 379,2 [kg]

El sistema de la invención además comprende un computador de datos estándar conectado al equipo de difracción de rayos X, el cual permite obtener la lectura del equipo e interpretar los datos de mineralogía requeridos. Para llevar a cabo la medición, es necesario entender que la difracción de rayos X es la única técnica que permite la detección y cuantificación de especies mineralógicas. A nivel atómico se definen estructuras o planos cristalinos de los minerales que es única por especie. Se usan rayos X porque la longitud de onda (l) de estos permiten que la estructuras cristalinas difracten los rayos X (Figura 3).

De acuerdo a lo que se observa en la figura 4, El valor de l es fijo y lo determina el ánodo o anticátodo del tubo de rayos X escogido ^" d ^" es determinado por el mineral contenido en la muestra y el ángulo de difracción Q es la variable medida. La ley de Bragg relaciona las variables l, d y Q. El círculo de barrido (9) por la fuente y el detector para detección de ángulos de acuerdo a la ley de geometría de Bragg Brentano.

Al irradiar con rayos la muestra de mineral estos son difractados cambiando su dirección de propagación en distintos ángulos propios a cada especie. Con softwares especializados dispuestos en el computador de datos estándar se puede distinguir a qué y cuánta especie corresponde.