biolixiviacion de concentrados en la planta de lixiviacion - southern

Pgina 1 de 17 XXVII Convencin Minera Arequipa Per / Trabajos Tcnicos Technical Papers

INVESTIGACIN Y DESARROLLO DE PRUEBAS DE BIOLIXIVIACIN DE CONCENTRADOS COMO ALTERNATIVA DE APROVECHAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA

DE LIXIVIACIN EXTRACCIN POR SOLVENTES Y ELECTRODEPOSICIN LESDE TOQUEPALA

Joe Pezo Snchez Superintendente Tcnico Planta LESDE Toquepala

Email: [email protected]

Georgina Canal Estrada Jefe de Control de Calidad, Seguridad y Medio Ambiente


Edith Neyra Cordova Tcnico Polifuncional Laboratorio Acuosos


SOUTHERN PERU COPPER CORPORATION PLANTA LESDE

Telfon: 51 52 766111 Anexo 2489

Fax: 51 52 766018

Trabajos TcnicosTechnical Papers

Procesos metalrgicosMetallurgical Processes


1 RESUMEN

Desde el ao 1999 se han venido desarrollando pruebas de biolixiviacin de concentrados con el

propsito de evaluar las recuperaciones y los tiempos de procesamiento. Las recuperaciones a nivel

laboratorio indican que la promocin de la actividad bacteriana es uno de los factores para acelerar el

proceso de solubilizacin del cobre calcopirtico del concentrado. La actividad bacteriana se define como

la capacidad de adaptacin que tienen las bacterias en medios lixiviantes para elevar la velocidad de

oxidacin del in ferroso y convertirlo en frrico; este ltimo es el principal agente oxidante del sulfuro de

cobre secundario. El mecanismo para la lixiviacin del sulfuro primario o calcopirita es el resultado de la

interaccin de las bacterias ferrooxidantes, el oxgeno y el control de cido para mantener un pH por

debajo de 2.1.

Actualmente se siguen desarrollando pruebas de biolixiviacin de concentrados que incluyen estos

ltimos conceptos, con el propsito de evaluar la factibilidad tcnica y econmica de obtener licores de

cobre que puedan ser aprovechados utilizando la capacidad existente de extraccin por solventes y

electrodepositacin de la planta LESDE Toquepala.

2 ANTECEDENTES

La lixiviacin de concentrados no es una prctica reciente. Esta tcnica ha experimentado una serie de

innovaciones a travs del tiempo debido a la bsqueda de alternativas ms amigables al medio ambiente

en comparacin con el proceso convencional de concentracin, fundicin y refinera. Sin embargo, son

muy pocas las patentes que han logrado tener xito a nivel comercial con costos y retorno de inversin

competitivos. A continuacin, en la Tabla 1, se muestra un resumen de las compaas que han

desarrollado procesos de biooxidacin/biolixiviacin para la recuperacin de metales. Algunos de estos

procesos han encontrado aplicaciones comerciales.


Extrado de: INNOVATIONS in Copper. www.copper.org/innovations/2004/May. Tabla 1. Compaas que han desarrollado procesos de biooxidacin / biolixiviacin para la recuperacin de metales

Los procesos de lixiviacin de concentrados se basan en fenmenos qumicos o biolgicos o en una

combinacin de ambos. En la Tabla 2 se muestra un resumen de las caractersticas de estos procesos.

Fuente: Documento Tcnico Acorga Notes. Issue 2. April 2000. Tabla 2. Caractersticas de procesos patentados de lixiviacin de concentrados calcopirticos

La reposicin de lixiviable en botaderos depende de los planes de minado que estn basados

principalmente en la provisin de mineral para la Concentradora Toquepala. Esto significa que no se ha

tenido una reposicin constante de mineral hacia los botaderos y, en consecuencia, se tiene proyectada

una disminucin gradual del cobre recuperado por extraccin por solventes. En virtud de lo anterior, se

viene desarrollando desde el ao 1999 una serie de pruebas metalrgicas con la finalidad de evaluar la

recuperacin de cobre de los concentrados a partir de un proceso de biolixiviacin.

El cuerpo mineralgico de la mina Toquepala est basado en sulfuros primarios en un 80%, de all que

los concentrados tengan naturaleza calcopirtica.


A continuacin se detallan algunos avances en el desarrollo de las pruebas de lixiviacin realizadas en el

Laboratorio de Microbiologa de la Planta LESDE:

1997 Monitoreo microbiolgico del circuito de lixiviacin Toquepala y Cuajone. Pruebas de lixiviacin bacteriana con minerales de los Botaderos Sur Toquepala (J. Hurtado).

1998 Biolixiviacin en columnas con mineral de Toquepala y Cuajone (C. Brierley).

9901 Desarrollo de pruebas de biolixiviacin en vasos agitados con sulfuros primarios y colas de

concentradora (tailings).

2002 Pruebas de lixiviacin de concentrado a nivel de laboratorio usando fiolas aireadas a 25% de concentracin de pulpa en una solucin acidulada y solucin de refino con incubacin en un Bao Mara a 45oC. La aireacin fue proporcionada a travs de un tubo de acero inoxidable SS316L en forma de cuello de ganso que contactaba con la solucin.

2003 Pruebas de lixiviacin de concentrado a nivel de laboratorio con aireacin por burbujeo, variacin de temperatura (35oC y 42oC) y concentracin inicial de cido incrementa sobre la solucin de refino (6 g/L y 19.2 g/L).

2004 Pruebas de lixiviacin de concentrado a nivel de laboratorio de corto tiempo con modificacin de concentracin inicial de cido y reemplazo de los sistemas de aireacin con burbujeo por sistemas de agitacin con paletas (uso de bafles a fin de incrementar el coeficiente de transferencia de masas aire solucin concentrado).

Implementacin de procedimientos para evaluar la actividad o viabilidad bacteriana.

Inicio de pruebas con reduccin de la concentracin de pulpa del 25% al 13%, con variacin de la

concentracin inicial de cido y adicin de inculos bacterianos activos.

3 CONSIDERACIONES TERICAS

3.1 ASPECTOS MICROBIOLGICOS

3.1.1 Caracterizacin bacteriana

Se tiene evidencia de actividad bacterial en sectores localizados de los botaderos. La caracterstica

principal de estos sectores es la alta temperatura sobre la superficie de reaccin del mineral. Las

temperaturas monitoreadas reportan valores de 50C a 60C en las zonas de alta actividad. Concientes

de la necesidad de estudiar a mayor profundidad este fenmeno, se realizan caracterizaciones e

identificacin de especies microbiolgicas desde las soluciones de percolacin. En febrero de 1998, C.

Brierley desarrolla una caracterizacin preliminar de las soluciones de percolacin detectando la

presencia bacterias mesoflicas como Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans y

Thiobacillus Thioxidans, principalmente.

En diciembre de 1998, J. Hurtado corrobora esta informacin a travs de una caracterizacin de las

bacterias presentes a partir de cultivos mixtos de las soluciones del circuito de lixiviacin de Toquepala y

Cuajone identificando las siguientes especies: Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans,


Sulfobacillus sp., Filamentos, Diplococos, Cocos grandes, Bacilos filamentosos, Cocobacilos

refringentes, Bacilos grandes poco coloreados, Pleomrficos, Sulfolobus, Hongos, Levaduras.

Estas caracterizaciones demuestran que se tiene una variedad de especies bacteriales que trabajan

como un cultivo mixto que es responsable de los puntos localizados de actividad bacterial en los

botaderos de Toquepala. Considerando que las bacterias presentes actan como un cultivo mixto en

forma natural en los botaderos, la investigacin se centr en evaluar el comportamiento de este conjunto

de bacterias en lugar de cultivos aislados para su uso en pruebas de lixiviacin de sulfuros primarios y

concentrados calcopirticos. Se han desarrollado pruebas de aislamiento bacterial de Thiobacillus

ferroxidans en placas con medio selectivo con poco xito debido a la competencia de nutrientes con

otros microorganismos.

3.1.2 Recuento bacterial

Desde el ao 2002 se est realizando un seguimiento de la poblacin bacterial mediante el recuento en

placa o cmara de Neubauer. El objetivo de esta medicin referencial es correlacionar la poblacin

bacterial con el potencial de oxidacin de la solucin de percolacin, temperatura y las rotaciones de

reas de lixiviacin en botaderos.

Sin embargo, es importante precisar que el recuento bacteriano en el PLS no permite determinar el

grado de actividad de la bacteria para oxidar el in ferroso a frrico promoviendo un ambiente oxidante

en la solucin que permita aumentar la velocidad de extraccin de cobre soluble secundario y de cobre

primario (calcopirita).

3.1.3 Actividad bacterial

El mtodo utilizado para evaluar la viabilidad de las bacterias en el PLS consiste en adicionar una

pequea porcin de PLS a un medio conteniendo 9 g/L de in ferroso (Medio 9K). Cuando este in

ferroso se convierte a in frrico, la solucin se torna color anaranjado claro. La oxidacin natural (sin

bacterias), en una prueba de vaso agitado, cambiar la solucin a color anaranjado despus de 25-30

das, dependiendo de la temperatura. Por el contrario, un crecimiento activo de un cultivo mixto con

presencia de Thiobacillus ferrooxidans tornar a una solucin anaranjada en un rango de seis das. De

acuerdo con este criterio es posible determinar cualitativamente el grado de viabilidad bacterial mediante

inspeccin del tiempo en que la solucin se torna naranja; a menor tiempo de oxidacin mayor

activacin. Tambin es posible determinar en forma cuantitativa la mxima conversin de ferroso en

frrico (cambio de coloracin a naranja) y para ello se requiere realizar anlisis del contenido de fierro y

ferroso en la solucin.


Para promover soluciones ms activas se requiere utilizar una muestra de solucin oxidada en pruebas

sucesivas de oxidacin de forma que se logre reducir el tiempo de oxidacin de seis das hasta uno.

Esta reduccin de tiempo significa que el cultivo mixto ha logrado adaptarse al medio convirtindola en

una bacteria ms eficiente en oxidar al ferroso. Este tipo de cultivos son los que se usarn en las

pruebas iniciales de lixiviacin de concentrados.

3.1.4 Inactivacin bacterial - Importancia del pH

Las bacterias son muy sensibles al pH. Es importante mantener el medio con un pH de 1.8 a 2.2.

Valores por debajo de 1.8 inhiben la actividad bacterial afectando la conversin de ferroso a frrico y, por

ende, disminuye la recuperacin de cobre soluble secundario y de cobre primario en un proceso de

biolixiviacin. El incremento de frrico en el medio aumenta el carcter cido de la solucin, por lo que

se recomienda regular el pH utilizando una base fuerte como el hidrxido de sodio (NaOH).

3.1.5 Biolixiviacin de concentrados

La biolixiviacin de concentrados es un proceso que, mediante participacin de bacterias activas,

posibilita acelerar la oxidacin del in ferroso a frrico. El in frrico se constituye en el agente oxidante

capaz de producir la disolucin del cobre contenido en el mineral secundario y primario presente en el

concentrado.

3.1.6 Reacciones tpicas de biolixiviacin

Los concentrados de Toquepala son bsicamente calcopirticos (CuFeS2). La calcopirita es el mineral de

cobre ms comn y refractario a la disolucin en comparacin con otros sulfuros.

De acuerdo con informacin bibliogrfica, se tienen las siguientes ecuaciones qumicas para poder

explicar la lixiviacin de los sulfuros primarios, a condiciones ambientales y sin actividad bacterial:

CuFeS2 + Cu+2 2 CuS + Fe+2 (3)

Inicialmente la calcopirita reacciona con el cobre, precipitando el cobre como novelita y liberando ferroso

en la solucin. Como paso siguiente de la lixiviacin, la covelita se somete a disolucin:

CuS + 8 Fe+3 + 4 H2O Cu+2 + SO4= + 8 Fe+2 + 8 H+ (4)

Para condiciones de actividad bacterial:

CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S (5)


Los subproductos de la reaccin (hierro ferroso y azufre) son oxidados por bacterias a frrico y cido

sulfrico.

Para el caso de la bornita, se tiene:

Cu5FeS4 + Fe2(SO4)3 + 8.5O2 5CuSO4 + 2FeSO4 + FeO (6)

Como se puede apreciar, la bornita requiere de la presencia de oxgeno para facilitar su disolucin. En

las reacciones de la calcopirita y la covelita, la formacin de azufre elemental, al reaccionar con el sulfato

frrico, tiene un efecto significante en la cintica de la reaccin. Puesto que el azufre formado ocurre en

la superficie del mineral, este se comporta como una barrera de difusin que perjudicara la cintica.

Este efecto, puede tener una relacin con la temperatura, puesto que a mayores temperaturas no

solamente se promueve la formacin de la capa si no que esta se torna ms densa y, por lo tanto,

reduce la velocidad de difusin de las especies. En conclusin, la limitante de la lixiviacin cido frrica

de la calcopirita es el proceso de transporte de electrones a travs del azufre producido que recubre la

superficie del mineral, lo que ha sido evaluado por Muoz 5.

Esencialmente todos los depsitos de cobre porfirtico contienen pirita, que est entremezclada en

abundancia; y es este componente qumicamente oxidado el que produce sulfato frrico a travs de las

siguientes reacciones:

FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4 (7)

2FeSO4 + 0.5O2 + H2SO4 Fe2(SO4 )3 + H2O (8)

La reaccin 8 es muy lenta y significa un pequeo aporte de sulfato frrico durante el perodo de vida del

botadero. Sin embargo, estas ecuaciones (7 y 8) explican la produccin de cido en las pruebas de

lixiviacin de concentrados y promueven las reacciones de inicio de la lixiviacin de la calcopirita.

CuFeS2 + 2Fe2(SO4 )3 -------- CuSO4 + 5FeSO4 + 2S

3.1.7 El rol de la bacteria en la lixiviacin de sulfuros

La bacteria Thiobacillus Ferroxidans utiliza el dixido de carbono como su fuente de carbn.

Adicionalmente requiere una fuente de nitrgeno as como fosfatos para su quimio sntesis y crecimiento

a travs de la energa derivada de la oxidacin cataltica del in ferroso, sulfuros de metal insolubles o

azufre elemental.


La lixiviacin bacteriana se puede considerar como un proceso de oxidacin bioqumica que es

catalizada por microorganismos. La biolixiviacin se aplica industrialmente al cobre y al uranio,

pero ya se tienen pruebas de laboratorio para la extraccin de Ni, Zn, Pb, Co, As, Sb, Mo, Bi, y

Cd, a partir de minerales sulfurados. Se puede resumir el proceso en la siguiente ecuacin: (M

es un metal bivalente).

MS + 2O2 ---- BACTERIAS MSO4

Las reacciones de biolixiviacin de cobre se dan en dos formas: el mecanismo directo, que se da por la

accin de la bacteria sobre el mineral; y el efecto indirecto, que se da por la transformacin del in

ferroso, a in frrico, y es este el que finalmente oxida al mineral. En la prctica, los dos mecanismos se

dan a la vez.

En la siguiente tabla se describen las principales bacterias asociadas a procesos de lixiviacin.

Tabla 3. Microorganismos de importancia en hidrometalurgia

Como consecuencia del efecto de las bacterias, las principales reacciones de lixiviacin de botaderos o

depsitos de cobre porfirticos son enormemente aceleradas por el rol cataltico que tienen. As tenemos:

2FeSO4 + 0.5O2 + H2SO4 Fe2(SO4 )3 + H2O (8a)

Lacey y Lawson 6 han demostrado que la velocidad de reaccin de la ecuacin 8a es 106 veces mayor

que la velocidad de la reaccin 8. En consecuencia, la ecuacin 7 puede ser completada debido a la

disponibilidad de sulfato frrico.

Bacteria


B t i

B t i

FeS2 + Fe2(SO4 )3 3FeSO4 + S (10)

Asimismo, en presencia de bacterias el azufre elemental formado en las reacciones de lixiviacin con

sulfato frrico es convertido en cido sulfrico a travs de catlisis bacterial.

2S + 3O 2 + H2O 2 H2SO4 (11)

Karavaiko 7, asegura que la bacteria tambin oxida xido ferroso, que se puede formar por las

reacciones de lixiviacin de la bornita.

Como conclusin, tenemos que la bacteria tiene un significante efecto indirecto en las reacciones de

lixiviacin de sulfuros, como se muestra en los siguientes ejemplos:

FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4 (7a)

CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe2(SO4 )3 + H2O (12)

Para resumir, las reacciones que ocurren durante la lixiviacin cido bacterial de sulfuros de

baja ley en botaderos, cuyo mineral que contiene inclusiones separadas de pirita y calcopirita,

son las siguientes:

1) FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

2) FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

3) 2FeSO4 + 0.5O2 + H2SO4 Fe2(SO4 )3 + H2O

4) FeS2 + Fe2(SO4 )3 3FeSO4 + S

5) CuFeS2 + 2Fe2(SO4 )3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S

6) 2S + 3O 2 + H2O 2 H2SO4

7) CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe2(SO4 )3 + H2O

3.1.8 Curva tpica de recuperacin de cobre en prueba de biolixiviacin de concentrados

calcopirticos

Las curvas de recuperacin de las pruebas de biolixiviacin de concentrados de sulfuros primarios de

cobre tienen un patrn de comportamiento definido y estn en funcin de la bioqumica de las reacciones

Bacteria

Bacteria

Bacteria

Bacteria

Bacteria

Bacteria

Bacteria


ocurrentes en el proceso. Al inicio de la prueba se solubiliza la mayor parte del cobre soluble en cido y

el comportamiento de la curva de extraccin es casi lineal; solo un 10% del cobre total es soluble.

CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O (Disolucin de la tenorita)

El pH se debe mantener bajo control en valores de 2 con la finalidad de mantener una actividad bacterial

ptima considerando la posibilidad de adicionar subsecuentes inculos bacterianos ms activos que nos

permitan acelerar la extraccin y favorecer la cintica de solubilizacin del sulfuro secundario. Para

entonces, la curva describir una forma logartmica.

Cu2S + 0,5 O2 + 2 H+ 2 Cu+2 + S + H2O (Rx. de la calcosita)

Un paso importante es la lixiviacin de la pirita, que en realidad es una oxidacin del ferroso a frrico

acelerada en presencia bacterial. El cido y el frrico generado aumentan el carcter cido de la

solucin y de algn modo favorecen la pasivacin bacterial cuando el pH est por debajo de 1.8, y ello

se refleja cuando el potencial (Eh) deja de aumentar y en consecuencia se retarda la extraccin de Cu.

FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

Las reacciones de biolixiviacin de concentrados de sulfuros primarios de cobre estn asociadas a

fenmenos qumicos y biolgicos. Exactamente, cuando existe actividad bacteriana, no puede

discriminarse el mecanismo qumico del mecanismo biolgico, pero es la actividad bacteriana la que

acelera la cintica de oxidacin del fierro y permite que este fierro oxidado lixivie el sulfuro secundario.

2FeSO4 + 0.5O2 + H2SO4 Fe2(SO4 )3 + H2O

CuS + 8 Fe+3 + 4 H2O Cu+2 + SO4= + 8 Fe+2 + 8 H+ (Rx. de lixiviacin frrica)

Finalmente, la curva de extraccin tiende a ser asinttica cuando parte del mineral se pasiva, esto ocurre

a una recuperacin de 60-70%. Es aqu donde se podra recurrir a una remolienda del concentrado a fin

de lograr un grado de liberacin apropiado para continuar utilizando la biolixiviacin como medio para

recuperar cobre del concentrado.

4 DESARROLLO EXPERIMENTAL

4.1 ACTIVIDAD BACTERIAL

Objetivo: Determinar la actividad bacteriana en las soluciones de percolacin del circuito de lixiviacin

Toquepala por medicin directa o indirecta de la velocidad de oxidacin del ferroso a frrico.

Bacteria

Bacteria


Para determinar si el Thiobacillus ferrooxidans est presente en las muestras de las soluciones de

percolacin, tratamos de cultivar la bacteria en medio ferroso. Se ha de tener en cuenta que el in Fe2+

es oxidado al in Fe3+, y para entonces la solucin habr cambiado del color amarillo al anaranjado

oscuro. Provocando la oxidacin con aireacin natural en un vaso o reactor agitado, pasarn 27 das

aproximadamente hasta que la muestra vire al color anaranjado. Pero un crecimiento activo de los

cultivos en laboratorio lograr este cambio en menos de 24 horas. De este modo, al registrar el nmero

de horas requeridas para que la prueba vire a este color, podemos determinar el grado de viabilidad de

la bacteria presente en la muestra.

4.1.1 Biolixiviacin de concentrados

Objetivo: Lograr el 25-30% de la extraccin inicial de Cu en el concentrado en el lapso de 24-48 horas de

lixiviacin.

Para biolixiviar concentrados calcopirticos necesitamos suministrar oxgeno a altas velocidades en el

circuito de lixiviacin. Bajo estas condiciones podemos solubilizar cobre a 350 mg/L/h. Para crear estas

ptimas condiciones, necesitamos usar un sistema de agitacin por paletas para convertir la produccin

de grandes burbujas de aire en millones de burbujas muy pequeas.

A estas altas velocidades de oxidacin, la bacteria necesita nutrientes. Para estos casos trabajamos con

el medio de cultivo 0 K y manteniendo toda la solucin en Bao Mara a 35oC. El aire usado debe estar

libre de aceites puesto que pequeas trazas de aceites lubricantes del compresor inhibirn la actividad

bacterial y debe ser suministrado directamente por debajo de las paletas de agitacin y en el centro del

vaso. Una buena prctica es usar un pequeo filtro de algodn en la lnea de aire para atrapar cualquier

remanente de aceite.

Las paletas deben ser instaladas a la mitad del dimetro y por encima de la base del vaso. La velocidad

de agitacin debe ser de tal modo que la suspensin de la solucin y el concentrado lleguen a formar

una espuma caracterstica. Bajo ninguna circunstancia la velocidad debera exceder 3.6 m/s.

Cuando finalmente se logran altas extracciones de cobre, de algn modo la bacteria presente se habr

adaptado al concentrado. Luego se pueden iniciar nuevas pruebas usando la bacteria adaptada como

inculo. En tales circunstancias el segundo proceso de extraccin ser ms rpido. Se van a completar

varias transferencias en serie para lograr que la extraccin se complete en el tiempo de 3 a 5 das.


Condiciones de operacin para las pruebas iniciadas en el Biorreactor Applikon y vasos agitados

Condiciones de Operacin Biorreactor Applikon Vasos Agitados

PH 2.0 2.2 2.0 2.2 RPM 600 250

Temperatura (oC) 35 35 Volumen del medio 0 K 2 L 2 L Peso del concentrado 200 g 200g

Soluciones reguladoras de pH: H2SO4 NaOH

6 N 3 N

6 N 3 N

Inculo bacteriano 200 ml 200 ml

5 ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

5.1 CURVAS DE VELOCIDAD DE OXIDACIN

Segn se observa en la siguiente figura, la actividad bacteriana como una estimacin de la capacidad de

oxidacin del in ferroso en un momento dado solo se da cuando se encuentra en una fase exponencial

de crecimiento y est ntimamente vinculada con su metabolismo.

Las curvas del comportamiento del potencial redox fueron las siguientes:

En el grfico anterior se observa una oxidacin progresiva en las cinco muestras de percolacin. El

cambio de color se dio de manera casi simultnea para las soluciones Toquepala, Totoral y 3250 al

stimo da. Los PLS del Nor-Oeste y Cuajone oxidaron un da despus que las anteriores.

En lo referente a la velocidad de oxidacin, solo la percolacin Toquepala ha alcanzado el valor ms

alto. Esto significara que la poblacin ms activa se encontrara en esta percolacin. En el resto de

muestras, la actividad sera muy baja. A pesar de que la solucin del 3250 registra mayor poblacin

bacterial, podra darse el caso de que estas bacterias se encuentren inhibidas en su actividad bacterial.

Tiempo Vs. Eh

300.0325.0350.0375.0400.0425.0450.0475.0500.0525.0550.0575.0600.0625.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0

Tiempo (h)

Eh (m

V)

3250 Toquepala Totoral Nor-Oeste Cuajone

Velocidad de Oxidacin del In Ferroso

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Tiempo (h)

Vel

. Ox.

(mg

Fe 2

+ / L

*h)

3250 Toquepala Totoral Nor-Oeste Cuajone


5.2 CURVAS DE EXTRACCIN DE CU EN LAS PRUEBAS DE BIOLIXIVIACIN

Biorreactor Applikon

Durante la fase inicial de la lixiviacin, el pH tiende a incrementarse y a fin de mantener un valor de 2 se

ha aadido H2SO4 6N. Cuando se logra estabilizar el pH empieza una disolucin rpida de Cu y, segn

el grfico anterior, despus de 160 h se solubiliza cerca del 1.27% de Cu. El Eh decae desde los 331.6

mV como valor inicial al empezar la prueba hasta los 295.0 mV provocado por un perodo de latencia en

el microorganismo. Por alguna circunstancia asociada a un proceso de adaptacin al nuevo medio, las

bacterias retoman su actividad al cabo de 209.0 h.Vasos agitados

Las curvas en el grfico pueden denotar lixiviaciones tpicas de calcosita y calcopirita. La fase inicial

consiste de una oxidacin qumica de calcosita a covelita.

Despus de esta lixiviacin qumica, hay una fase de adaptacin (corta demora), despus de la cual

ocurre la oxidacin biolgica de la covelita.

Asimismo, pequeas cantidades de cido causan una subida inicial en la extraccin seguida de una fase

de estabilizacin de pH. La duracin de esta normalmente es determinada por las caractersticas del

mineral en cuanto a consumo de cido. Una vez que el pH se estabiliza en un rango biolgico deseable,

la oxidacin bacterial comienza.

Pruebas de Bio-Lixiviacin de Concentrados ToquepalaBioreactor Applikon (Abril 05)

1.27

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

0 25 50 75 100 125 150 175

Agitacin (h)Ex

trac

cin

(%)

Cu

Pruebas de Bio-Lixiviacin de Concentrados ToquepalaVasos Agitados

14.86

17.85

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

Agitacin (h)

Extr

acci

n d

e C

u (%

)

Vaso 1 Vaso 2


5.2.1 Potencial Eh y pH

Los requerimientos para el control del pH estn en funcin del consumo y/o generacin de cido segn

la naturaleza del concentrado. A fin de mantener el pH en el rango deseado, adiciones de NaOH de

algn modo han provocado precipitaciones del in Fe3+ como sulfato frrico y todo esto, junto con la

oxidacin de la pirita y las reacciones de hidrlisis, generan cido. Segn se nota, ello contribuye a la

generacin de cido que puede interferir con el proceso de oxidacin biolgica.

A diferencia del pH, el Eh estara en funcin de la proporcin de concentrado fresco, ya que este

actuara como un agente reductor debido a que reaccionara con Fe3+ para bajar el ratio Fe3+/Fe2+,

donde la bacteria simultneamente cataliza la oxidacin de Fe2+ a Fe3+. Es deseable mantener el

potencial tan grande como sea posible.

5.2.2 Extracciones de fierro

Aun cuando existen pocos estudios que describan y cuantifiquen la precipitacin del hierro que se

produce durante el proceso de biooxidacin, tampoco se ha podido evaluar y controlar en forma precisa

el pH debido al consumo y generacin simultnea de iones H+ a partir del gran nmero de reacciones

que ocurren en la solucin.

En condiciones de buena aireacin, la velocidad de crecimiento bacteriano se suele representar por una

ecuacin del tipo Monod modificada, segn la cual el desarrollo de las bacterias se encuentra limitado

Eh Vs pHBioreactor Applikon

270

290

310

330

350

370

390

410

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Agitacin (h)

Eh (m

V)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

pH

Eh (App) pH (App)

Eh Vs pHVasos Agitados

280310340370400430460490520550580610640670

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Agitacin (h)

Eh (m

V)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

pH

Eh (V1) Eh (V2) pH (V1) pH (V2)

Pruebas de Bio-Lixiviacin de Concentrados ToquepalaBioreactor Applikon (Abril 05)

0.46

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0 25 50 75 100 125 150 175

Agitacin (h)

Extr

acci

n (%

)

Fe

Pruebas de Bio-Lixiviacin de Concentrados ToquepalaVasos Agitados

9.83

24.40

-5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

Agitacin (h)

Extr

acci

n d

e Fe

(%)

Vaso 1 Vaso 2


por su proceso enzimtico de obtencin de energa a partir de la oxidacin del in ferroso (Fe2+) y por un

aumento de la concentracin de in frrico (Fe3+) en la solucin.

Se ha observado que a medida que progresa la biooxidacin del sulfato ferroso, el pH aumenta y la

solucin se va sobresaturando con respecto al frrico y, a su vez, la hidrlisis de frrico produce una

disminucin del pH de la solucin.

5.3 CONSUMO DE CIDO

A naturaleza del consumo y generacin de cido es importante debido a que las soluciones lixiviantes

deben mantenerse dentro del rango 2.0-2.2 para asegurar una ptima actividad bacterial. Las especies

qumicas en el concentrado reaccionan consumiendo o generando cido. Predominantemente, en las

pruebas que se estn llevando a cabo, la generacin de cido se da por la presencia de la pirita. La

bacteria rpidamente rompe la pirita de acuerdo con la siguiente reaccin:

2FeS2 + 15/2O2 + H2O Fe2(SO4)3 + H2SO4

6 ALTERNATIVA DE PROCESO INDUSTRIAL

Los resultados indican que la adaptacin de cultivos mixtos acelera e incrementa la extraccin llegando

a niveles de 40 a 60% de recuperacin, quedando por optimizar el tiempo de recuperacin, que

depender de la velocidad de oxidacin de cultivos bacteriales mixtos oriundos de Toquepala.

El proyecto pretende lixiviar biolgicamente concentrados de calcopirita m 400 en reactores agitados.

Normalmente, cuando se obtiene un 60-70% de extraccin, la pasivacin de la superficie del mineral

evita una lixiviacin posterior. Recientemente, se ha encontrado que cuando se usan bacterias

termoflicas, la pasivacin no se lleva a cabo y se obtienen extracciones mucho ms altas. Similarmente,

si la lixiviacin se lleva a cabo a un potencial de xido reduccin controlado (Eh) en un rango de 415-450

mV (Calomel), la pasivacin no ocurre.

Consumo y/o Generacin de AcidoVasos Agitados

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

Agitacin (h)

Aci

do (K

g/To

n co

nc.)

[H+] Vaso 1 [H+] Vaso 2

Consumo y/o Generacin de AcidoBioreactor Aplikon

-3

-2

-1

0

1

2

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Agitacin (h)

Aci

do (K

g/To

n co

nc.)

[H+] Vaso App


Una lixiviacin termoflica en reactor est en desarrollo en las operaciones de Chuquicamata en Chile.

Aunque la extraccin bajo condiciones normales cesa en 60-70%, el 25-30% de la extraccin inicial se

pretende obtener en 24-48 horas de lixiviacin. Los residuos del material lixiviado an contienen el 25-

27% de cobre y pueden ser reprocesados y recuperados rpidamente con una flotacin simple.

Industrialmente, si se logran 500 tpd de concentrado conteniendo 25% de cobre, y se extrae

rpidamente el 30% disponible, se podra producir 37.5 tpd de ctodo de cobre adicional. El biorreactor

sera operado con 20% de densidad de pulpa, de modo que, a 30% de extraccin, el producto de 104

m3/h provenientes del reactor contendra 15 g/L de cobre. Desde que el reactor fuera operado con PLS,

el volumen de la planta de SX no cambiara, pero la ley total se incrementara cerca de 20%. Los

clculos preliminares indican que producir 37.5 tpd de cobre proveniente de concentrado requerira un

reactor con un volumen total de 5000 m3 si el tiempo de residencia es de dos das. Con un tiempo de

residencia de un da, el volumen del biorreactor sera 2500 m3. El biorreactor ms grande disponible en

el mercado es de 1000 m3, de modo que se requeriran varios reactores.

7 CONCLUSIONES

La oxidacin biolgica de sulfuros de cobre ha sido el proceso ms estudiado. El cobre se disuelve

transformndose en sulfato de cobre. La calcopirita es el sulfuro de cobre ms difcil de oxidar. Bajo la

influencia de T. ferrooxidans la velocidad de oxidacin de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces

ms que el proceso netamente qumico. Los sulfuros secundarios de cobre como la calcocita, la covelita

y la bornita son oxidados ms fcilmente bajo el impacto de las bacterias.

8 RECOMENDACIONES

Es necesario llevar un control ms minucioso del pH durante las pruebas a fin de mantenerlo en el rango

deseado. Se ha visto que a medida que se acidifica la pulpa el pH cae paulatinamente conllevando a la

inhibicin de la actividad bacteriana, es decir que la bacteria no oxida muy bien los sulfuros a valores

menores de 1.6. Para tales efectos es imprescindible la adicin de NaOH.

Asimismo, es necesario realizar ms pruebas para lograr mejorar los resultados en los subsecuentes

tests ya que en gran medida estos dependern de la calidad del inculo usado de experiencias previas,

teniendo en cuenta que los microorganismos necesitan pasar por una fase inicial de adaptacin.

El sistema de aireacin usado debe de ser mejorado a fin de lograr la generacin de burbujas de aire

mucho ms pequeas para conseguir una mejor dispersin en todo el volumen y as mejorar el

coeficiente de transferencia gas-slido-lquido.


9 REFERENCIAS

lvarez-Barn Fuentes, E., y Gali i Prats, L., Recuperacin de metales en menas pobres mediante

extremfilos.

Hurtado, J. E., Consultora en Microbiologa - Informe Final. Universidad Peruana Cayetano Heredia.

McKee, D., Leach SX EW Technical Commentary. Section 9.

Mihovilovic, E. D., Hidrometalurgia. Fundamentos, procesos y aplicaciones.

Mineral Association of Canada - Short Course Series Biological. Mineralogical

Interactions. Editors: J. M. McIntosh and L. A. Groat.

Misari Ch. F., Biohidrometalurgia, Tecnologa de la lixiviacin bacteriana de minerales.

Otn do Rego Monteiro Neto and Torma, A. E., Effects of Oxygen Mass Transfer on Chalcopyrite.

Leaching by Thiobacillus Ferroxidans.

Pezo Snchez, J. J., Modelamiento matemtico de lixiviacin de sulfuros de cobre de baja ley en los

botaderos de la mina Toquepala. Tesis presentada por el Bachiller para optar el Grado de Maestro en

Ciencias con Mencin en Ingeniera Metalrgica. Arequipa, Per, 2003.

Recent Bioleaching Developments. Creating Value through Innovation Biotechnology in Mining.

http://www.imm.org.uk/gilbertsonpaper.htm

Torma, A. E., Biodegradation of Chalcopyrite. Mineral Research Centre (R&D), Q. D. N. R.

Torma, A. E., P. R. Ashman, T. M. Olsen and K. Bosecker, Microbiological Leaching of a Chalcopyrite

Concentrate and Recovery of Copper by Solvent Extraction and Electrowinning.

WestCoast Biotech LTD., Proposal for Technical Assistance.

biolixiviacion de concentrados en la planta de lixiviacion - southern

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