Muestreo en Minería: Conceptos y Procedimientos

El proceso de muestreo consiste en la recolección de cantidades moduladas de material (incrementos) del universo que se desea muestrear, para formar una muestra primaria o global, de tal forma que esta sea representativa del universo muestreado. Es decir, que la muestra (parte del universo) tenga exactamente las mismas características que el universo. La muestra es sometida a una serie de etapas que involucran operaciones de reducción de tamaño, homogenización y cuarteo.

Tipos de Muestras en la Industria Minera

Las muestras de los minerales pueden provenir de la mina y de la planta concentradora, es por este motivo que se separan en dos grupos:

• Muestras de mineral sólido y seco: De mina, tomadas por el departamento de geología y de Planta Concentradora de algún punto de las etapas de chancado y almacenamiento.
• Muestras de pulpa: De Planta Concentradora, tomadas de algún punto de la molienda, clasificación, flotación, espesamiento, filtrado y secado.

Procedimientos de Tratamiento de Muestras

• Si la muestra es sólida y seca, posee el siguiente procedimiento: Chancado, Molienda, Ensayo.
• Si la muestra está como pulpa, posee el siguiente procedimiento: Espesamiento, Filtrado, Secado, Desagregación, Ensayo.

Definiciones Clave en el Muestreo de Minerales

• Muestra: Una cantidad representativa del universo que se desea muestrear. El método de retirada de muestra debe garantizar que ella sea representativa de ese universo, en relación con los parámetros de interés.
• Incremento: Es una cantidad modular de material retirada del universo que se desea muestrear.
• Lote: Cantidad finita de material separada para una utilización específica.
• Muestra Primaria o Global: La muestra primaria o global es la cantidad de material resultante de la etapa de muestreo propiamente tal.
• Muestra final: La muestra final es una cantidad de material resultante de la etapa de preparación de la muestra primaria, que posee masa y granulometría adecuadas para la realización de los ensayos y/o análisis.

Tipos de Muestreo Manual

Muestreo Aleatorio

Es normalmente utilizado cuando se dispone de poca información sobre el material a ser muestreado. En este tipo de muestreo, los incrementos son escogidos al azar, de esta manera, todas las partes del material tienen la misma probabilidad de ser seleccionados.

Muestreo Sistemático

Es aquel donde los incrementos son recolectados a intervalos regulares, en términos de masa, tiempo o espacio.

Muestreo por Cono y Cuarteo

Consiste en mezclar el material para posteriormente apilarlo en forma de cono. Este se aplasta y se divide en forma de cruz (4 partes iguales). Se retiran 2 cuartos opuestos y los otros 2 restantes, que forman la nueva muestra, se vuelven a mezclar y el proceso se repite varias veces hasta obtener el tamaño apropiado de muestra.

Muestreo por División de Riffles

Para la operación de un cortador riffle, se deben tener en cuenta las siguientes reglas:

• Poseer al menos 12 canales, número par de canales.
• Abertura de canales mayor que 2 veces el diámetro máximo de las partículas.
• Alimentar o cargar lentamente, desde el centro, con el contenedor diseñado.

Muestreo Mecánico

Se lleva a cabo en equipos denominados muestreadores mecánicos que en su mayoría son automáticos, los cuales operan por el movimiento de un mecanismo colector a través del material a muestrearse que cae de una faja transportadora o tubería.

En estos equipos es importante que:

• El frente del mecanismo colector o cortador se presente en ángulos rectos a la corriente.
• El cortador se mueva a velocidad constante.
• El cortador sea bastante grande para pasar la muestra.
• El intervalo de tiempo debe ser predeterminado.

Técnica para la Preparación de Muestras

Cada incremento, cada submuestra o la muestra bruta requerirá ser molida y dividida para obtener la muestra sobre la cual se efectuará la medición correspondiente. Como regla, cuando se desee determinar sobre una muestra, esta no deberá dividirse.

Si la muestra está demasiado húmeda, se deberá llevar a cabo un presecado de esta.

La división de muestra deberá ejecutarse por alguno de los siguientes métodos:

• Método de división por riffle.
• Método de división por aparatos mecánicos que no introduzcan sesgo y satisfagan la precisión especificada.
• Métodos de división manual.

Granulometría y Tamizado

Granulometría

Es la distribución por tamaños de las partículas de un agregado, de tal manera que se puedan conocer las cantidades en peso de cada tamaño que aporta el peso total. Para separar por tamaños se utilizan los tamices de diferentes aberturas, las cuales proporcionan el tamaño máximo de agregado en cada una de ellas.

Mallas de los Tamices

Las series de tamices están estandarizadas en cuanto a la relación entre las mallas consecutivas. La serie normal tiene una relación √2 y la serie doble tiene una relación de 4√2. Para definir el tamaño característico del material retenido en el tamiz se recurre a:

Tamaño promedio geométrico: Este tamaño se define debido a la relación geométrica que existe entre las mallas.

Series de Mallas para Tamices

• Serie TYLER Americana
• Serie ASTM-E-11-61 Americana
• Serie AFNOR Francesa
• Serie BSS-410 Británica
• Serie DIN-4188 Alemana

Parámetros de Control en el Análisis Granulométrico

Distribución Granulométrica

En las distintas etapas de conminución de una mena se producen partículas de diferentes tamaños. Para caracterizar el comportamiento metalúrgico del material en cada operación individual, surge la necesidad de cuantificar la cantidad de partículas en la muestra.

• Fracción retenida parcial (r%) f3i.
• Retenida acumulada (R%) R3i.
• Pasante acumulada (F%) F3i.

Análisis Granulométrico

• Fracción retenida parcial, f3i: Fracción en peso del total de la muestra, que queda retenida en un tamiz i.
• Fracción retenida acumulada, R3i: Representa partículas mayores que el tamiz i.
• Fracción pasante acumulada, F3i: Representa a todas las partículas inferiores al tamaño de la abertura del tamiz i.

Errores de Muestreo

Son aquellos que se producen como consecuencia de la ejecución del muestreo. Esto se debe a que intervienen factores en la extracción de las muestras de un determinado lote y en su preparación hasta obtener la muestra para el proceso analítico (ensaye químico, pruebas metalúrgicas, etc.).

Clasificación de los Errores de Muestreo

• Operaciones de muestreo: Son todas aquellas que contribuyen al error total de muestreo, TE.
• Operaciones analíticas: Son las que generan el error de análisis AE, tales como ensaye, análisis de humedad, granulometría, % de sólidos en pulpa.
• Error fundamental, FE: Corresponde al mínimo error de muestreo que se tendría si se seleccionara cada fragmento o partícula aleatoriamente, una a la vez. A pequeña escala, la heterogeneidad de constitución es responsable del error fundamental.
• Error de agrupamiento y segregación, GE: Corresponde a un error adicional debido a que en la práctica las muestras no se colectan tomando un fragmento a la vez, de manera aleatoria. A pequeña escala, la heterogeneidad de distribución es responsable del error de segregación.
• Error de delimitación del incremento, DE: Ocurre por desviaciones de un módulo isótropo de observación que asegure una probabilidad constante de muestreo en todas las direcciones relevantes del lote.
• Errores de preparación, PE: Este error tiene que ver con la integridad de la muestra y considera los siguientes posibles errores:
  • Error por contaminación: Por polvo, material presente en el circuito de muestreo, abrasión (de anillos de oro de los técnicos encargados de manipular las muestras), corrosión.
  • Error por pérdida: Polvo que se vuela, material que queda en el circuito de muestreo, pérdida accidental de una porción de la muestra.
  • Error por alteración: De composición química, mineralógica y física.
  • Error humano: Mal entrenamiento, mala mantención y limpieza de equipos.
  • Fraude y sabotaje: Común en muestreo comercial.

Teoría de Pierre Gy

La teoría de Pierre Gy proporciona una fórmula para calcular la masa mínima de muestra necesaria para un muestreo representativo:

Donde:

• M: masa mínima de muestra (g).
• C: factor de muestreo del material (g●cm3).
• d: diámetro máximo de partículas en la muestra (cm).
• S: error estadístico que contiene el muestreo.

S = 

Donde:

• n: 1 para una confiabilidad entre 67-100%
• n: 2 para una confiabilidad entre 95-100%
• n: 3 para una confiabilidad entre 99-100%

Preparación de Muestras: Procedimientos Estándar

La preparación de muestras incluye todos los pasos que se siguen en el laboratorio para hacer que la muestra resulte adecuada para el análisis químico. Una preparación de muestras correcta resulta en submuestras que son representativas de la muestra total. SGS ha hecho suyo el compromiso de suministrar procedimientos de preparación que produzcan datos significativos y fiables tras el análisis. Proporcionamos preparación de muestras para un amplio elenco de materiales, como rocas, minerales, minerales pesados, sedimentos y sólidos, humus, vegetación, agua y materiales de proceso y reciclados. En la preparación de las muestras, SGS utiliza procedimientos estándar en el sector combinados con su pericia técnica.

Etapas en la Preparación de Muestras

1. Recogida y manipulación de muestras: Recogida de muestras, procesado de preparación previa, clasificación, registro, embalaje, etc., pesado de muestras e informes de los pesos obtenidos.
2. Paquetes de preparación de muestras:
   • Secado, pulverización fina a 75 µm nominales utilizando un molino de cuba móvil con disco («bowl-and-puck»).
   • Secado, triturado y pulverización separada a 75 µm nominales.
   • Secado, triturado a -6 mm, pulverización fina a 75 µm nominales utilizando un molino de cuba móvil con disco («bowl-and-puck»).
   • Secado, triturado hasta que el 75% pasa por una criba de 2 mm, 250 g de submuestra, y pulverización hasta que el 85% pasa por una criba de 75 µm.
   • Secado, triturado hasta que el 90% pasa por una criba de 2 mm, 250 g de submuestra, y pulverización hasta que el 85% pasa por una criba de 75 µm.
3. Devolución y retención de muestras: Devolución de muestras residuales, devolución de muestras de pulpa, almacenamiento de pulpas, almacenamiento de elementos rechazados durante 30 días.
4. Procedimientos varios: Muestras compuestas, enjuagado o lavado en seco (utilizado para limpiar pulverizadores y, con ello, evitar contaminaciones cruzadas).

Procedimiento para Determinar la Humedad

1. Transferir la muestra problema a una bandeja de masa (W1) y medir la masa total (W3).
2. Esparcir la muestra a un espesor uniforme sobre la bandeja, luego ponerla a secar en el horno de secado, que ha sido previamente controlado a una temperatura específica (105 ºC ± 5ºC).
3. Para el material a granel que es propenso a ser afectado por la oxidación, deberán especificarse las condiciones apropiadas de secado de antemano.
4. Sacar la bandeja con la muestra del horno a intervalos regulares de tiempo y medir la masa.
5. Continuar secando hasta alcanzar un peso constante en dos pesadas sucesivas a lo menos.
6. Cuando se haya finalizado el secado, medir inmediatamente la masa (W2), mientras la muestra aún está caliente.

Cálculo de la Humedad

* b

Tolerancia Permisible: Cuando la determinación de humedad sea llevada a cabo en duplicado.

Valor Determinado

1. El contenido de humedad de un mineral (B%) deberá ser la media aritmética de las dos mediciones parciales (C%), la cual deberá redondearse al primer decimal.
2. En el caso que se haya determinado una humedad de presecado por estar muy húmeda la muestras, dicho contenido de humedad deberá agregarse al contenido de humedad obtenido anteriormente (en el punto 1).

El resultado deberá redondearse al primer decimal y representará el contenido de humedad del mineral.

Método para Determinar la Masa Seca

La masa seca de una muestra mineral se calcula mediante la siguiente expresión y el resultado se redondea para tener cuatro cifras significativas.

Métodos de Determinación de Densidad de Pulpa

Determinación de Densidad de Pulpa en Terreno

Esta se realiza por medio de la balanza Marcy.

Determinación de Densidad de Pulpa en Laboratorio

Esta se obtiene de acuerdo al siguiente procedimiento:

• Pesar el recipiente con la muestra de pulpa obtenida del turno correspondiente.
• Secar la muestra obtenida.
• Una vez seca la muestra, pesar la cantidad de material seco.
• Pesar el recipiente que contenía la muestra vacío.

Control Granulométrico en Terreno

Este tipo de control se realiza normalmente en las plantas concentradoras por parte de los operadores de terreno para verificar en el momento el tamaño de partícula que se está enviando a la etapa de flotación. Normalmente, el control se realiza en el rebose de los hidrociclones.

Procedimiento de Control Granulométrico en Terreno

1. Tomar una muestra de pulpa en el rebose del hidrociclón, utilizando un cortador de muestra adecuado, asegurándose de cortar todo el flujo de pulpa y en lo posible a una velocidad constante.
2. Medir la densidad de pulpa en la balanza Marcy.
3. Vaciar la pulpa en la malla de control elegida y proceder a eliminar todo el material menor a la abertura de la malla. La eliminación del material fino se realiza en forma manual removiendo el material con algún elemento que no produzca trituración del material ni rotura del tamiz.
4. Una vez que la pulpa se ha deslamado se procede a vaciar el material grueso o arena al tacho de la balanza Marcy en forma cuidadosa, de tal forma de no perder material.
5. Luego se agrega agua hasta completar el volumen del tacho y se pesa.
6. Finalmente calcular el % de material retenido en la malla.

Medición de Flujos de Pulpa por Métodos Continuos

El flujo volumétrico de pulpas en tuberías puede ser determinado usando un medidor de flujo electromagnético o de ultrasonido.

Medidor Electromagnético

Son los más usados y basan su funcionamiento en la ley de inducción de Faraday, que establece que el voltaje inducido en un conductor que se mueve a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad de dicho conductor. En consecuencia, se requiere que la pulpa sea conductora de la corriente eléctrica para poder usarlos. Este equipo entrega el flujo volumétrico, para determinar el flujo másico se necesita conocer la densidad de la pulpa, por esto es una práctica muy común combinar un medidor magnético de flujo con un medidor de densidades.

Analizadores de Partículas en Línea

Para medir la distribución de tamaños de partículas finas en una pulpa existen varios equipos, siendo los más utilizados aquellos que utilizan la atenuación de ondas de ultrasonido a través de la pulpa. Uno de estos equipos es el PSM. La atenuación del sonido depende de la densidad y de la distribución de tamaños de las partículas. Es posible discriminar las señales de respuestas y obtener una señal que sólo refleje el efecto del tamaño.

Tipos de Cortadores de Pulpa

Manuales

Como su nombre lo indica, corresponden a implementos sencillos utilizados por una persona para la toma de muestra. Estos implementos pueden ser de variadas formas, y la utilización de cada uno de ellos va a depender del punto donde se quiera muestrear. Dentro de los diferentes equipos de muestreo manual empleados se encuentran los siguientes:

• Cortador de flujo de pulpa: Este implemento consiste en un balde con un diseño de boca de alimentación especial para realizar el corte del flujo de pulpa de acuerdo a las normas establecidas en muestreo.
• Muestreador de fondos de estanques: Tal como su nombre lo indica, se emplea para muestrear fondos de estanques y consiste en un recipiente que posee doble cilindro de metal con una válvula de muestreo en el extremo inferior, que opera de la siguiente manera: cuando el recipiente alcanza el fondo del estanque, el contrapeso es tirado hacia arriba permitiendo que el líquido o la pulpa entre al compartimiento (cilindro corredizo), quedando en su interior la muestra correspondiente, al cerrarse la válvula. Este tipo de muestreador puede ser usado para obtener muestras puntuales a distintas alturas en un estanque.

Automáticos

La aplicación práctica más satisfactoria para minimizar variables en la alimentación de flujos tales como segregación por tamaño durante el carguío de minerales en correas, sedimentación de partículas en una pulpa debido a cambios de velocidad, cambios de presión, etc., es el uso de cortadores de muestras. En este método, las muestras de material (sólido, líquido, pulpa) son tomadas cuando este está en movimiento, en el punto en que se produce la descarga por caída libre, haciendo un corte transversal al flujo.

Dado que el flujo puede presentar segregación o cambios de composición, la muestra tomada debe representar a todo el flujo. Cuando un cortador de muestras se mueve continuamente a través del flujo a una velocidad uniforme, la muestra tomada representa una pequeña porción del flujo total. Si el cortador se mueve a través del flujo a intervalos regulares el incremento de muestra obtenido es considerado representativo del flujo al momento de ser tomada la muestra.

Los principales factores que afectan la representatividad de la muestra son:

• Frecuencia de corte de la muestra.
• Técnica usada para obtener la muestra.
• Condiciones de resguardo de la muestra frente a la contaminación.
• Análisis de la muestra.

Cálculos en el Análisis Granulométrico

1. Se calcula el peso total de la muestra:
   • Peso total de la muestra (t) fracción granular gruesa (a) fracción granular fina (ba) t = a + ba
2. Se determina el peso pasante del tamiz no 200.
3. Se calcula el peso retenido en los tamices inferiores al tamiz no 4 con respecto a (ba).
4. Determinar el % retenido en cada tamiz, en cuanto a (t): % retenido parcial.
5. Calcula el % retenido acumulado.
6. Obtener % pasante de cada tamiz.
7. Se construye la curva granulométrica.
8. Se determina la gradación del suelo, mediante los Coeficientes de Uniformidad y Curvatura.