Propuesta de tesis doctoral en tratamiento de minerales / ingeniería de procesos

Desarrollo de un modelo predictivo de
operaciones de concentración de minerales basado en la mineralogía cuantitativa para el diseño y la supervisión de los procesos de tratamiento de minerales.

Tesis doctoral en procesamiento de minerales – Desarrollo de un modelo predictivo de las operaciones de concentración de minerales basado en la mineralogía cuantitativa.

Jun 9, 2023 | Simulación de procesos

El desarrollo y la difusión de las técnicas de mineralogía cuantitativa en la industria extractiva ofrecen numerosas perspectivas para investigar el potencial de todo el recurso mineral. Permite una descripción detallada del material, desde la primera exploración, en todas las fases de desarrollo de un proyecto minero y durante toda la vida de una explotación hasta su rehabilitación. Aunque las técnicas de modelización y simulación de procesos están probadas y han demostrado su eficacia desde hace tiempo, la mineralogía cuantitativa aporta nuevas perspectivas de modelización y mayores posibilidades para la naturaleza predictiva de la simulación. Esta combinación permite abordar no sólo los principales productos de valor, sino también los coproductos que satisfacen la demanda del mercado y el potencial de reutilización de los residuos de producción en aplicaciones localizadas, con una perspectiva de residuo cero. Este enfoque permite orientar lo mejor posible las pruebas de laboratorio o en planta piloto que validarán las hipótesis retenidas al tiempo que mejoran los modelos predictivos implementados, modelos que se reutilizan en el diseño y la optimización de la planta a escala industrial.

Este enfoque está aún en pañales y los escasos ejemplos de aplicación demuestran la necesidad de una clarificación metodológica. CASPEO, que desarrolla y publica herramientas de análisis para el tratamiento de minerales, ya sea mediante un enfoque estadístico (variabilidad de las mediciones, conciliación de datos por balance de materiales) o basado en la modelización y la simulación, ha diseñado estas herramientas con vistas a la gestión y el tratamiento de los datos procedentes de la mineralogía cuantitativa. Aunque los modelos de explotación por unidades son capaces de integrarlos, aún es posible introducir mejoras para vincular mejor los datos de mineralogía a su rendimiento.

En el marco del proyecto EXCEED Horizon Europe, se está investigando el potencial multiproducto de los recursos minerales de litio, con este objetivo de residuo cero. Una parte importante del programa de investigación de este proyecto se refiere a la mineralogía cuantitativa de las menas de estos yacimientos europeos y otra a su utilización para el diseño y la optimización de unidades de tratamiento mediante técnicas de modelización y simulación de procesos.

Así pues, se va a llevar a cabo un trabajo de investigación para el desarrollo de un método de toma en consideración de la mineralogía cuantitativa en las fases de diseño y seguimiento de las plantas de tratamiento de minerales, aplicado inicialmente a los casos del proyecto EXCEED, pero generalizado después a todos los tipos de recursos minerales.

En el marco del desarrollo de nuestras actividades, proponemos :

Un puesto de doctorado CIFRE (M/W)

Orléans (Francia)

Objetivos

  • Objetivo principal:Desarrollo de un modelo predictivo de las operaciones de concentración de minerales (principalmente flotación) basado en una caracterización fina de las menas utilizando, entre otras, técnicas de mineralogía cuantitativa con el fin de obtener conjuntos de datos suficientemente detallados para predecir mejor la valorización de estas menas mediante simulación.
  • Objetivos secundarios: el desarrollo de métodos y técnicas de pretratamiento de estos datos de caracterización (como el análisis discriminante o la identificación paramétrica), la mejora de los modelos matemáticos de las operaciones unitarias para tener en cuenta estos datos, y la aplicación del conjunto a los casos estudiados, como en el marco del proyecto EXCEED.

Organización del trabajo de investigación

Definir métodos y técnicas de preprocesamiento de datos de mineralogía cuantitativa.

  • Determinar los datos puramente mineralógicos que permitan el desarrollo y la utilización de los diferentes modelos de explotación unitaria que se consideren.
  • Identificar las mediciones en bruto realizadas por instrumentos analíticos (como QEMSCAN, MLA, espectroscopia Raman e IR, e incluso imágenes hiperespectrales de núcleos) que podrían aportar información sobre el comportamiento de los materiales y mejorar así los modelos matemáticos.
  • Definir los análisis adicionales (químicos o de otro tipo) que mejor completen la caracterización del material, así como el método para conciliar todos estos datos.
  • Estimar la precisión de estas mediciones, tanto a nivel de los instrumentos analíticos como de las etapas de muestreo, y ello automáticamente a partir de los resultados analíticos. Estimar la contribución de la conciliación de datos al aumento de la precisión de todos los resultados analíticos.
  • Identificar las fases portadoras de determinados elementos, como los radionucleidos u otros elementos valiosos (metales preciosos) o penalizadores, para poder controlar su comportamiento durante el tratamiento.

Relacionar los datos cuantitativos de mineralogía con el rendimiento de las operaciones unitarias.

  • Analizar los diferentes modelos de liberación de minerales con respecto a los datos de liberación procedentes del análisis de imágenes y los datos complementarios de otros métodos analíticos y pruebas de procesamiento. Determinar sus puntos fuertes y sus limitaciones con respecto a la liberación multimineral que puede producirse en las distintas fases del proceso de reducción del tamaño de las partículas.
  • Proponer un método de descripción fina del material que permita una descripción de la liberación multimineral en las distintas etapas de la molienda que responda a las necesidades de la modelización de las operaciones unitarias y que pueda alimentarse de datos procedentes de la mineralogía cuantitativa.
  • Mejorar los modelos de trituración para tener en cuenta esta fina descripción.
  • Determinar leyes, basadas en la física de los fenómenos o mediante un enfoque estadístico, que vinculen el rendimiento de las operaciones de separación de minerales a esta descripción fina, deconvolucionando los efectos de las condiciones de explotación a partir del potencial de separación vinculado al propio material.
  • Mejorar los distintos modelos de separación física o fisicoquímica, principalmente los de flotación, introduciendo estas leyes y garantizando al mismo tiempo una predicción de las características de los productos en forma de la misma descripción fina. La etapa de lixiviación, inicial al tratamiento hidrometalúrgico, también se abordará según los mismos criterios de análisis.

Validar los métodos y herramientas descritos anteriormente para los yacimientos de granito de metales raros y pegmatitas LCT.

  • En el contexto de los proyectos de caracterización de materiales finos mediante mineralogía cuantitativa, el doctorando tendrá acceso a las muestras de mineral objetivo. Es esencial que haya un ida y vuelta entre su trabajo y el de los equipos de caracterización, ya que los datos de caracterización alimentarán el trabajo de tesis, cuyos resultados guiarán las técnicas de caracterización.
  • Los modelos matemáticos mejorados se utilizarán para construir simuladores de plantas de tratamiento de minerales para los yacimientos estudiados en el proyecto. Esto incluye también pruebas a escala de laboratorio y en plantas piloto.

Proponer una generalización de los métodos descritos a otros tipos de depósitos, en forma de «guía de buenas prácticas».

  • Describir los métodos de caracterización que pueden utilizarse, los de pretratamiento de los datos obtenidos.
  • Describir cómo utilizarlos en un planteamiento de modelización y simulación, ya sea en el diseño de plantas o en la optimización.

Este trabajo de investigación implica conocimientos de ingeniería de tratamiento de minerales, modelización matemática de operaciones unitarias y, por tanto, de forma más general, de física y matemáticas. Por consiguiente, se dedicará una gran parte a la investigación bibliográfica para situar mejor el trabajo de investigación en el conjunto de trabajos existentes y orientarlo mejor. Este trabajo se llevará a cabo más o menos en el orden descrito en la lista anterior.

Entorno del proyecto de investigación

Se trata de un proyecto de investigación industrial que se lleva a cabo en la empresa CASPEO, con sede en Orleans (Francia), en el marco de un convenio de formación en investigación industrial (Cifre). El doctorando formará parte de la plantilla de la empresa y trabajará principalmente en los locales de CASPEO en Orleans, con estancias en los laboratorios de ENSG e incluso en otros laboratorios europeos.

Esta investigación doctoral será dirigida conjuntamente por la Universidad de Lorena – Ecole Nationale Supérieure de Géologie de Nancy (ENSG), en la persona del Profesor Lev Filippov, y por CASPEO, en la persona del Doctor Stéphane Brochot.

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