Mine-to-smelter integration framework for regional development of porphyry copper deposits within the Chilean context

ABSTRACT

Trends toward the widespread use of electric vehicles and renewable energy sources all point to continued growth in copper demand. This demand will be met mainly by new primary copper production, with recycling expected to contribute significantly to copper supply. Significant quantities of copper ore are presently mined from porphyry deposits in which typically, near-surface copper oxides are recovered hydrometallurgically by leaching, solvent extraction and electrowinning, whereas the deeper copper sulphides are only amenable to milling followed by pyrometallurgical processing and electrolytic refining. The Chilean copper porphyries together are the largest group of operating copper mines and are likely to remain so into the future. However, several of these deposits are forecast to show increasing levels of arsenic-bearing minerals, such as enargite. As mature copper mining districts exhaust the near-surface oxides and higher-grade sulphides, individual mines will need to adjust their operations accordingly. However, it is considered that due to such changes, re-engineering efforts might be more economically coordinated across several mines, to collectively handle the evolving ore feeds. The present paper adapts a discrete event simulation (DES) approach to support mine-to-smelter integration within porphyry copper districts. Sample computations are presented that are loosely based on the Chilean context.

RÉSUMÉ

Les tendances d’utilisation généralisée des véhicules électriques et des sources d’énergie renouvelables indiquent toutes une croissance continue de la demande de cuivre. Cette demande sera satisfaite principalement par une nouvelle production de cuivre primaire, le recyclage devant contribuer d’une manière significative à l’approvisionnement en cuivre. Des quantités importantes de minerais de cuivre sont présentement extraites de gisements de porphyre dans lesquels, typiquement, les oxydes de cuivre proches de la surface sont récupérés par hydrométallurgie par lixiviation, extraction par solvant et extraction électrolytique, alors que les sulfures de cuivre plus profonds ne se prêtent qu’au broyage suivi d’un traitement par pyrométallurgie et l’affinage électrolytique. Les porphyres de cuivre chiliens forment ensemble le plus grand groupe de mines de cuivre en activité et le resteront probablement dans le futur. Cependant, plusieurs de ces gisements devraient montrer des niveaux croissants de minéraux porteurs d’arsenic, comme l’énargite. À mesure que les districts miniers de cuivre arrivés à maturité épuisent les oxydes proches de la surface et les sulfures de plus haute qualité, les mines individuelles auront besoin d’ajuster leurs opérations en conséquence. Cependant, on considère qu’en raison de tels changements, on puisse coordonner les efforts de réingénierie plus économiquement entre plusieurs mines, pour gérer collectivement l’alimentation de minerai en évolution. Le présent article adapte une approche de simulation d’évènements discrets (DES) pour supporter l’intégration de la mine à la fonderie dans les districts de porphyre cuprifère. Des exemples de calcul présentés sont plus ou moins basés sur le contexte chilien.

KEYWORDS:

• Discrete event simulation
• extractive metallurgy
• geometallurgy
• geostatistics
• mass balance
• porphyry copper
• system integration

Acknowledgements

Kevin Perez acknowledges the infrastructure and support of the doctoral programme in mineral process engineering at the Universidad de Antofagasta.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada [grant number 2020-04605].