CALAMAING. METALURGIAProyecto Planta Piloto

EQUIPOS Y VARIABLES DE LIXIVIACIÓN.

NOMBRES: AXEL MOLINA. OSVALDO SEGOVIA. BRYAN RIQUELME. ERICK HERNANDEZ.

PROFESOR: JOSÉ VÉLIZ ASIGNATURA: PROYECTO PLANTA PILOTO.

FECHA: 29- Agosto -2012

1

ÍNDICE.

2

3

4

1. OBJETIVOS .

1.1 OBJETIVOS GENERALES.

El objetivo general de este trabajo es dar a conocer y explicar los métodos de lixiviación, profundizando en la lixiviación en pilas y lixiviación en botadero

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Dar a conocer y explicar cuales son los métodos, ventajas y desventajas de estas técnicas de lixiviación, las variables operacionales y los equipos utilizados basándonos en las dos lixiviaciones mas utilizadas pila y botadero.

5

2. INTRODUCCIÓN

Dentro de la gran industria nacional, la minería toma gran importancia, ya que significa aproximadamente el 35% del dinero entrante al país. Es por esto que la minería debe concentrarse en la producción y bajo costo de operación.Debido a lo mencionado anteriormente, que se han establecido, diversos procesos para obtener, el metal de interés, y es donde nace la lixiviación de menas oxidadas. El proceso comprende la extracción del metal, por acción de un agente lixiviante, a través de una fase acuosa. Es ventajoso ya que el porcentaje de contaminación y de costos, es bastante inferior a otros procesos, haciéndolo rentable y amigable al medio ambiente, dos factores importantes, en el negocio de la minería.Dentro de la siguiente investigación, se profundizara en el proceso, así también daremos a conocer variables y equipos utilizados. Pondremos gran énfasis en los métodos de lixiviación, para una mayor comprensión.

6

3. TERMINOS TECNICOS

3.1 METALURGIA EXTRACTIVA

En general, se define la metalurgia extractiva como el arte entendido como el conjunto de reglas para hacer algo bien y la ciencia de extracción de metales desde sus minerales y otros materiales que los contiene mediante métodos físicos y químicos.

Esta, a su vez, se puede dividir en tres grandes campos de la actividad: La Hidrometalurgia La Pirometalurgia La Electrometalurgia.

La Hidrometalurgia corresponde a la tecnología de extraer los metales, desde los materiales que los contiene mediante medio físico-químico acuoso; La Pirometalurgia lo hace mediantes métodos físico-químico a altas temperaturas; y la Electrometalurgia mediante métodos electrolíticos.

3.2 HIDROMETALURGIA

Esta disciplina de la metalurgia extractiva trata del arte y la ciencia de la extracción de metales desde sus minerales o materiales que los contienen, a través de medios acuosos.En general, la hidrometalurgia se desarrolla en tres etapas físicos-químicas distintivas y secuenciales:

Una etapa es la disolución selectiva de los metales desde los sólidos que los contienen mediante una solución acuosa. Esta etapa se conoce con el nombre de lixiviación.

Una etapa de procesamiento y transformación de los metales disueltos en el medio acuoso de lixiviación mediante agentes externos que permiten la purificación y/o concentración de estos metales.

Una etapa de recuperación selectiva de los valores metálicos disueltos en el medio acuoso conocida como precipitación en la que se obtiene el metal en la forma de un producto sólido.

7

3.3 Cinética de Reacciones

El hecho de que una reacción sea termodinámicamente posible ( G<0), no es suficiente para predecir si la reacción va a pasar en una escala de tiempo razonable. Eso depende de la cinética de la reacción. Este factor es muy importante para la concepción y la evaluación de la rentabilidad económica de todos los procesos hidrometalurgicos. También en las plantas en operación, optimizar la cinética resulta generalmente en un mejoramiento del proceso.De esta forma, los productos finales de una operación hidrometalúrgica van a estar condicionados generalmente por condiciones de tipo cinético.

Por ejemplo, la lixiviación de la calcopirita y otros sulfuros con sulfato férrico es termodinamicamente factible (Existen discrepancias respecto a la reacción con sulfato férrico, también ocurre la reacción CuFeS2 + 4 Fe3+ => Cu2+ + 5 Fe3+ +2 S°):

CuFeS2 + 8 H2O => Cu2+ + Fe3+ + 2 SO42- + 17 e- + 16 H+17 Fe+3 +17 e- => 17 Fe2+

--------------------------------------------------------------------------------- G<0CuFeS2 + 16 Fe+3 + 8 H2O => Cu2+ + 17 Fe2+ + 2 SO42- + 16 H+

Pero en la práctica, después de 100 días de lixiviación, sólo se alcanza a poner en solución un 5 % de la calcopirita, 50 % de calcosina y 80% de covelina.

Reacción homogénea – heterogénea

Reacción Homogénea: Reacción química u electroquímica en la cual todos los productos y reactantes pertenecen a una sola y misma fase.

Ejemplo:

MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ <=> Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

Reacción Heterogénea: Una reacción es heterogénea si tiene lugar en dos o más fases.Ejemplo:

NaCl (sólido) <=> Na+ + Cl- (solución)

8

3.4. Etapas de una reacción

En general, los sistemas hidrometalúrgicos están caracterizados por sistemas heterogéneos, es decir, sus reacciones tienen lugar en una interface en la cual ocurre transferencia de materia de una fase a la otra.

Esquema de una reacción de lixiviación con disolución completa del mineral.

Las reacciones heterogéneas son controladas por la velocidad de la reacción química propiamente tal o por la transferencia de masa de los diversos reactantes hacia la superficie de contacto de las dos fases. En la figura Se muestra un modelo simplificado de lixiviación, con disolución completa del mineral. Este caso representa la disolución de especies puras que no forman residuos sólidos como producto de la reacción, tales como el oro en cianuro, la chalcantita en ácido sulfúrico.

Las etapas principales de una reacción son:

a) Transporte de masa de los reactantes gaseosos a través de la interfase gas - líquido y posterior disolución (cuando es el caso).

b) Transporte de masa de los reactantes a través de la capa límite solución - sólido, hacia la superficie del sólido.

c) Reacción química o electroquímica en la superficie del sólido, incluyendo adsorción y desorpción en la superficie del sólido y/o a través de la doble capa electroquímica.

d) Transporte de masa de las especies producidas a través de la capa límite hacia el seno de la solución.

9

La etapa controlante de una reacción es la de velocidad más lenta (R.D.S.: RateDetermining Step). El control de la reacción global puede ser:

Por transporte de masa (etapa 1, 2 o 4). Por reacción química (etapa 3). Mixto.

Las reacciones homogéneas son generalmente más rápidas que las reacciones heterogénea, ya que necesitan transporte de masa en una sola fase y que las especies en solución reaccionan rápidamente. Por otra parte, las reacciones heterogéneas implican el transporte de masa a través del límite entre dos fases, lo que a veces es la etapa controlante de las reacciones. Las reacciones más importantes en hidrometalurgía son heterogéneas, y a veces son controladas por el transporte de masa (difusión).

3.5. Velocidad de una Reacción

La velocidad de una reacción (v) es el número de moles transformados por unidad de tiempo del componente i involucrado en la reacción química.

La velocidad se puede definir de varias formas:

(a) Basada en la unidad de volumen de fluido reaccionante(b) Basada en la unidad de volumen del reactor(c) Basada en la unidad de superficie interfacial en un sistema de dos fluidos o basada en la unidad de superficie del sólido en los sistemas líquido - sólido (reacción heterogénea):(d) Basada en la unidad de masa del sólido en los sistemas fluido-sólido

10

En la figura, se muestra un modelo simplificado de lixiviación, con formación de una capa de residuo poroso. Este caso es tal vez el más frecuente en lixiviación. La reacción de disolución de las especies sulfuradas de cobre con iones férricos, corresponde a este caso. La lixiviación de minerales de baja ley, en las que el material estéril o ganga constituye la fracción mayoritaria, puede considerarse también en ese grupo. La "capa" que se forma representa el estéril del mineral, mientras la disolución se propaga hacia el interior de la partícula.

Esquema de una reacción de lixiviación con formación de una capa porosa.

En este modelo, hay dos etapas adicionales:

5.- Difusión del reactivo a través de la capa sólida producida por la reacción (producto poroso)

6.- Transporte de masa de las especies solubles, productos de la reacción, a través de la capa sólida formada, hacia el seno de la solución.

11

3.6 Influencia de la ganga en cinética de reacción.

Los silicatos de la ganga pueden clasificarse en cinco categorías en términos de la velocidad y extensión con que reaccionan con el ácido estas categorías son:

Ganga altamente reactiva: esta ganga normalmente contiene proporciones significativas de especies minerales carbonatadas, incluyendo calcita, dolomita y siderita. Esta especié reacciona con el ácido con rapidez. un kilo de calcita consume 0,86 kg. de ácido. Luego un 1% de calcita en la roca (equivalente a 10 kg/ton) consumirá 8,6 kg de ácido por tonelada de mineral. Dependiendo de la ley de cobre disponible, la presencia de 1 a 10% de calcita puede ser económicamente no viable proseguir con la lixiviación acida.

Ganga mediamente reactiva: esta categoría significa la probable existencia de cantidades significativas hornoblenda, piroxeno y plagioclasa de calcio. Estas especies se disuelven relativamente rápido comparado con otros silicatos. Así las soluciones van perdiendo el ácido contenido y su oxidante. Es decir aumenta su PH y decae su EH con esto gradualmente disminuye su capacidad de lixiviar minerales de cobre y la cinética de disolución de estos decae.

Ganga moderadamente reactiva: esta categoría está compuesta principalmente por ortoclasas, biotita, albita y cuarzo. Estas especies son más lentas para disolverse que la hornoblenda y la plagioclasas de calcio así las soluciones van perdiendo su ácido y su oxidante en forma más lenta y el cobre puede disolverse mejor y más uniformemente para una misma altura del lecho del mineral que en este caso de las gangas es más reactivas vistas antes.

Ganga levemente reactiva: las rocas que se han visto alteradas a cuarzo, a sericita o a caolinita están compuestas de minerales que están en equilibrio o casi en equilibrio con las soluciones lixiviantes. El cuarzo no se disuelve en ellas y las sericita y la caolinita lo hacen muy lentamente por lo que son ideales para mantener el Eh y el PH de una disolución lixiviante.

Ganga no reactiva: las areniscas cuarcíferas son casi inertes a las soluciones de lixiviación y la cinética de disolución del cobre tiende a ser perfecta.

12

4. Difusión

La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción hidrometalurgica. Básicamente, la difusión es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de concentración dentro de la fase, tal como, por ejemplo, el potencial que provoca la transferencia de calor es el gradiente de temperatura. Cuando empieza una reacción (por ejemplo consumo de un reactante en la superficie de un sólido), un perfil de concentración se desarrolla poco a poco cerca de la interface sólido – líquido.

En reacciones de disolución o precipitación de un sólido, la difusión a través de una zona adyacente la interface sólido - líquido puede ser controlante de la velocidad. En condiciones de agitación constante, el espesor de esta zona permanece constante y pronto se obtiene una condición de estado estacionario en la cual la cantidad de material que entra en la zona es igual a la que deja la zona.

4.1. Capa de difusión.

La capa de difusión es una delgada capa de líquido adyacente a la interface sólido- líquido y que prácticamente se adhiere al sólido, debido a que es necesario que la velocidad de la solución sea nula en la interface con el sólido. El transporte de masa de especies disueltas a través de esa capa de líquido adherido al sólido se hace por difusión.

13

La figura representa la capa de difusión adyacente a la superficie del sólido (δx) con la concentración (línea de puntos) variando linealmente de acuerdo a la ecuación (6). La concentración verdadera se indica por la línea continua, lo que da una idea de las simplificaciones hechas. Si la etapa limitante es la difusión, entonces la especie llega a la superficie y se consume inmediatamente; su concentración es nula en la superficie del sólido (Cs=0).

4.2 El transporte de masa a través de la capa de difusión puede ser aumentado:

(1) Reduciendo el espesor de la capa de difusión.

(2) Aumentando el gradiente de concentración, esto es aumentando la concentración de la solución (C0).

(3) Aumentando la temperatura de la solución.

(4) Aumentando la superficie de contacto.

14

4.3 Influencia de las Características de las Partículas

Tamaño de las partículas

La superficie de reacción aumenta cuando disminuye el tamaño de las partículas.

Forma y textura de las partículas

El efecto de la forma de las partículas es poco importante en hidrometalurgia, y muy difícil de modelizar.

Factores mineralógicos

La reactividad de los granos de minerales es fuertemente afectada por factores tales que orientación cristalina, inclusiones, dislocaciones e impurezas.

Porosidad

La velocidad de cualquier reacción aumenta con la porosidad, ya que la difusión es más fácil y/o hay una mayor superficie de reacción.

Efectos galvánicos

Cuando dos minerales conductores están en contacto eléctrico en una solución, elde potencial más electronegativo se va a disolver preferentemente

15

5. LIXIVIACIÓN

La lixiviación consiste en la disolución de la especie de interés del mineral, por acción de un agente lixiviante externo (o proporcionado directamente por el mineral en condiciones apropiadas).El mineral puede ser chancado ½‘’ a 2‘’, y almacenado en pilas de 4 a 6 metros de altura sobre una carpeta plástica de polietileno de alta densidad (HDPE) o sobre el terreno natural sin chancar (lixiviación en botaderos). En general los diferentes métodos disponibles para ejecutar la operación del proceso de lixiviación de minerales, tratan de responder a las interrogantes fundamentales de toda actividad industrial humana, en términos de tratar de obtener el máximo beneficio económico con el mínimo de costos y complicaciones posibles.Se trata entonces de intentar lograr un correcto balance económico entre los recursos aportados, inversiones iniciales, gastos operacionales, energía, insumos, reactivos, acido, agua, mano de obra, etc. Y los beneficios – valor del producto recuperado que se espera obtener del procesamiento de las materias primas naturales que se desean explotar.

5.1. VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA LIXIVIACION:

La composición de la ganga (estéril) por su alto consumo de acido sulfúrico compitiendo con el metal de interés y su valor económico.

La mineralogía; hay especies oxidadas de rápida disolución como la atacamita (hidróxido de cloro) y otras menos, como el copper wad en asociación con el manganeso, finalmente están los sulfuros de difícil disolución.

El contenido de finos en el mineral enviado desde la mina, no permiten una buena percolación de la solución lixiviante en el lecho de mineral.

La proporción de arcillas, tapan las pilas. La granulometría: a mas grande menos es la recuperación del metal.

La concentración del disolvente: H2SO4 en el cobre y NaCN en el oro.

La concentración de oxigeno. La temperatura, la presencia de oxidantes.

El contenido de sólidos en suspensión en la solución lixiviante: por sobre 50 ppm. Se tapan los goteros.

16

5.2. CONTROLES OPERACIONALES REALIZADOS EN LA LIXIVIACION:

El primer control es en la mina: que los operadores respeten las proporciones de finos y gruesos, de gravas y rocas, de rocas y arcillas dadas por geología.

En segundo lugar, está el control de la granulometría, si esta se descontrola bajaran las recuperaciones.

La humedad del mineral: se está es muy alta se atollan las plantas de chancado con paralización de la producción.

Las leyes e impurezas del metal en el mineral (Fe, Al, Cl, etc.).

El contenido de oro o cobre a la entrada y salida del proceso de lixiviación, así como el acido sulfúrico y otros.

Control del consumo de ácido o CN.

Control del tiempo del ciclo aplicado al proceso.

Tasa de riego L/ HM2 en el caso de la lixiviación es en pila y botaderos, una tasa muy alta producirá inundaciones.

17

5.3. TIEMPO DE CONTACTO DE LA MENA CON LA SOLUCION:

Este se denomina el “tiempo de ciclo de lixiviación”, y depende de:

La granulometría del mineral.

De si es un oxido o un sulfuro: los óxidos se oxidan con mayor velocidad.

De la ocurrencia de las especie mineralizada en la roca o grava: si esta diseminada, en vetillas, etc. De eso depende el grado de penetración del disolvente en el material.

Del tipo de mineralización encontrada: una crisocola es de rápida disolución, menos el copper wad y bastante menos la calcopirita.

De si se trata de una lixiviación en botadero ROM, chancado en pilas o por agitación.

Para una lixiviación por agitación de especies (cristales) alta mentes solubles (sulfatos) de 5 a 15 minutos.

Para una lixiviación por agitación de polvos provenientes del chancado y de polvos provenientes de la fundición de concentrados ,3 horas.

Para una batea tradicional (inmersión) de 2 a 3 días.

Para un mineral ya lixiviado y chancado de 60 a 90 días.

Para un oxido con chancado terciario, 80 a 110 días. .

Para un botadero calcopiritico con ayuda bacteriana, de 3 a 5 años.

18

5.4. NATURALEZA Y COMPOSICION DE LA SOLUCION LIXIVIANTE .

La selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química, selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperación del cobre de la solución acuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico los agentes utilizados en la lixiviación del cobre se clasifican en:

1. Ácidos inorgánicos:

Ácido sulfúrico Ácido clorhídrico Ácido nítrico.

2. Bases:

Hidróxido de amonio.

3. Agentes oxidantes:

Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros.

4. Agentes acomplejantes:

Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros.

El ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por las razones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácido sulfúrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polución y obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo.

19

El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo, especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada Kg. de cobre producido se consumen de 2,5-7 Kg. de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% del costo de producción unitario.

El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son los agentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre.

20

5.5. OBJETIVOS DE LA LIXIVIACION:

Procesar económicamente minerales de cobre y oro, de leyes moderadas o bajas, llevando a la industria recursos que de otra manera quedarían abandonados.

Obtener un producto metálico final de alta pureza. Obtener un proceso limpio desde el punto de vista ambiental. Obtener un proceso de bajo consumo de energía en comparación al

proceso de piro metalurgia. Obtener atractivas recuperaciones metalúrgicas de cobre.

5.6. METODOS DE LIXIVIACION.

En la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosa extractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de:

Características físicas y químicas de la mena. Caracterización mineralógica. Ley de la mena. Solubilidad del metal útil en la fase acuosa. La cinética de disolución. Magnitud de tratamiento. Facilidad de operación. Reservas de mineral. Capacidad de procesamiento. Costo de operación y capital. Rentabilidad.

Una forma de clasificar los métodos de lixiviación es:

Lixiviación de lechos fijos:

in situ, in place en botaderos en pilas en bateas.

Lixiviación de pulpas:

por agitación, a presión ambiente en autoclaves.

5.7. RAZON DE LIXIVIACION

21

La Razón de Lixiviación en el proceso de lixiviación de pilas es una de las variables más importantes.

Rlix = (Volumen acumulado Irrigado, M3)/(Masa Pila, TMH)Rlix = m3/TMH

Este valor marca el máximo de volumen de solución de irrigación recomendado después del cual ya no hay más recuperación.

Abajo se ve una curva obtenida experimentalmente, sobre una Razón de lixiviación 1.70 ya no hay más extracción.

Industrialmente en las pilas se usa un valor de 2.3

Grafica de % de Recuperación de Cu Vs la Razón de Lixiviación, M3/Ton

22

23

Lixiviación en Botaderos

Lixiviación In Situ:

Leyenda: 1. Cuerpo mineralizado, 2. Pozo de inyección 3. Flujo de la solución, 4. Funfa perforada, 5. Bomba, 6. Pozo de recuperación, 7. Planta de procesamiento, 8. Tanque de solución lixiviante

Lixiviación por agitación

Lixiviación en Bateas Lixiviación en pilas

6. DESCRIPCION DE LOS METODOS DE LIXIVIACION.

6.1. Lixiviación in situ, in place.

La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviación IN SITU se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.

Por lo general, estas operaciones presentan actualmente un gran interés por los bajos costos de inversión y operación que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metálicos que de otra manera no podrían ser extraídos. Los bajos costos son consecuencia de evitar o al menos disminuir los costos de extracción minera, el transporte del mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la construcción de una planta de lixiviación. Generalmente, la recuperación es baja (< 50%).

Dependiendo de la zona a lixiviar, que puede ser subterránea o superficial, se distinguen tres tipos de lixiviación in situ:

Tipo I: Se trata de la lixiviación de cuerpos mineralizados fracturados situados cerca de la superficie, sobre el nivel de las aguas subterráneas. Puede aplicarse a minas en desuso, en que se haya utilizado el "block caving", o que se hayan fracturado hidráulicamente o con explosivos (IN PLACE LEACHING).

Tipo II: Son lixiviaciones IN SITU aplicadas a yacimientos situados a cierta profundidad bajo el nivel de aguas subterránea, pero a menos de 300 -500 m de profundidad. Estos depósitos se fracturan en el lugar y las soluciones se inyectan y se extraen por bombeo.

Tipo III: Se aplica a depósitos profundos, situados a más de 500 m bajo el nivel de aguas subterráneas.

24

Como se puede visualizar en la siguiente figura:

6.2. Equipos utilizados en el proceso:

Tubos perforados. Pozos de inyección Pozos de succión.

25

6.3. Lixiviación en botaderos.

Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de rajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (por ej. < 0.4% Cu) no pueden ser tratados por métodos convencionales. Este material, generalmente al tamaño "run of mine" es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad. Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (por ej. 40-60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal. Las soluciones se alimentan generalmente por aspersión.

Normalmente la lixiviación en botaderos es una operación de bajo rendimiento (pero también de bajo costo). Entre las diferentes razones para ello se puede mencionar:

Gran tamaño de algunas rocas (> 1 m).

Baja penetración de aire al interior del botadero.

Compactación de la superficie por empleo de maquinaria pesada.

Baja permeabilidad del lecho y formación de precipitados (yeso).

Excesiva canalización de la solución favorecida por la heterogeneidad de tamaños del material en el botadero.

6.4. Variables del proceso :

Granulometría: La granulometría, por efecto de ser un botadero, es mineral ROM, esto quiere decir, va desde > #100 a nivel superiores a 1m.

Ley del mineral: Por lo general dentro de este proceso, las leyes son bajas, desde un 0.4 hasta 0.15 %.

Tasa de riego

Altura de la pila

26

6.5. Preparación del terreno :  La mayoría de los botaderos, han sido construidos en algunas áreas de topografía favorable existente cerca de la mina que origina el mineral. Cuando se ha pensado en el futuro, la zona de botaderos ha sido seleccionada de modo de asegurar su impermeabilidad y poder utilizar la pendiente natural de valles y quebradas, para poder recuperar y recolectar soluciones. En algunos casos en que el terreno no es suficientemente impermeable, se preparan áreas especiales, similares a las de lixiviación en pilas. Por ejemplo. El suelo puede impermeabilizarse con capas compactadas de escorias, asfalto y sellos de material fino del mismo mineral o de la planta de flotación. Como existe una etapa de transporte del mineral desde la mina al botadero, se cuenta con la posibilidad de cierto control sobre la regularidad del tamaño; se trata que sea lo más uniforme posible. Además se cuida el menor tamaño posible a través de optimización de la tronadura. También aquí puede seleccionarse el material, tratando de evitar zonas mineralizadas conteniendo carbonatos u otra ganga soluble.

27

6.6. Forma y carguío de los botaderos:

La forma de la mayoría de los botaderos es la de un cono invertido truncado, el cual se desarrolla por las técnicas de carguío. El material adquiere un talud correspondiente a su tipo y tamaño. Normalmente una mina a rajo abierto trabaja con carguío de pala mecánica y transporte en camiones, es decir, los camiones descargan en el botadero; se debe tener cuidado y evitar la compactación por el peso de los camiones, la cual puede provocar zonas impermeables, apareciendo bolsones de solución en algunos puntos y regiones no mojadas en otros. Una manera adecuada sería descargar con camiones y emparejar el terreno con algún equipo más liviano. Cuando se realiza una lixiviación de sulfuros se realiza una pila del tipo dendrítico "finger dumps", con el propósito de aumentar la aireación por los taludes, este tipo de pila se observa en la pila de Sulfuros de baja Ley (SBL) en Chuquicamata.

6.7. Dimensiones :

Las dimensiones varían, siendo el rango entre unos pocos hasta varios miles de millones de toneladas. La altura total, del piso a la superficie, puede variar entre un par de metros hasta más de trescientos metros. Se debe notar que los botaderos disminuyen su altura después de la Introducción de soluciones, por varias razones:

a) Transporte de finos a los huecos, provocando compactación.b) Aumento del peso con la solución, provocando compactaciónc) Disolución y desintegración de los minerales del botadero.

28

6.8. Distribución de las soluciones:

Es necesario distribuir de la mejor forma posible las soluciones de lixiviación. En la mayoría de los casos se recirculan las soluciones pobres desde la etapa de recuperación del metal, agregándoles agua (para reponer agua perdida por fugas y evaporaciones) y ácido para mantener el pH entre 1,5-3,0, adecuado para la disolución de los minerales, prevenir la destrucción de las bacterias, minimizar la hidrólisis y precipitación de compuestos de hierro, etc. La distribución de las soluciones se realiza por riego, inundación y perforaciones verticales. La elección del método depende de las condiciones climáticas, altura, área, mineralogía, tamaño de partículas, etc.

a) Riego: Permite una distribución uniforme sobre el área superficial del botadero. Lo más común, es usar tuberías de goteros o aspersores. La solución es bombeada y la presión creada provoca una descarga controlada por las perforaciones y/o aspersores.

b) Inundación: Aquí se crean pozas de 1.5 x 1.5 m o canales de 0.5 x 10 m sobre la superficie del botadero, inundándolas con solución. En la zona de los taludes, normalmente se usan métodos de riego, ya que estas zonas son difíciles, la solución tiende a formar canales que siguen la máxima pendiente y no penetran al cuerpo del botadero.

29

c) Perforaciones verticales: En este caso la solución se Introduce mediante tuberías plásticas perforadas verticales al interior del botadero. Generalmente se perfora orificios de 15 cm de diámetro y a 2/3 de la altura, en una malla de 0.5x 1 m Las tuberías que se introducen son de 10 cm. Los flujos de las soluciones dependen de la permeabilidad, un rango general va de 1 (l/h m2) a 15 (l/h m2).

30

6.9. Materiales de construcción:

Los materiales de construcción que se utilizan deben ser resistentes a la corrosión de un medio ácido. Se cuentan con materiales plásticos como PVC, HDPE y polipropileno. También se usan resinas reforzadas con fibra de vidrio. Las tuberías de alta presión son de acero revestidas en HDPE.

6.10. Recolección de soluciones:

Se utilizan piscinas construidas a propósito, es común un fondo impermeabilizado una doble capa de HDPE con gomas o vinilo. La capacidad es de varios millones de galones.

6.11. Aspectos operacionales y de diseño:

Considerando el caso de botaderos de minerales oxidados y sulfurados de cobre, se han desarrollado varios modelos que permiten optimizar el diseño, operación y escalamiento de dichas operaciones. El problema es complejo y deben considerarse los aspectos siguientes:

Química del proceso, la cual es afectada e influenciada por un sin número de factores (reacciones generadoras y consumidoras de ácido, reacciones que requieren oxígeno, catálisis bacterial, reacciones de precipitación, naturaleza exotérmica de algunas reacciones, etc.).

Procesos de transporte involucrados, como transporte de soluciones, difusión de reactantes y productos, transporte de calor, etc., que son dependientes de factores como la geometría del botadero, modo y velocidad de flujo de soluciones de irrigación, distribución de tamaño de partículas, consolidación del material.

Independientemente de los modelos existentes, en cada caso específico debe realizarse estudios experimentales (a escala) para obtener parámetros de operación, además de los respectivos factores de escala. De estos estudios puede obtenerse:

flujo óptimo de lixiviante, de un modo cíclico o intermitente. Longitud del ciclo. Características de pH y concentración de iones en solución de entrada. Tamaño y distribución óptima de rocas. Altura o tamaño del botadero. Permeabilidad y consolidación del botadero. Tipo de inyección o aplicación de la solución para óptimo contacto o

saturación del botadero.

31

 6.12. Características de las soluciones:

Típicamente las soluciones de entrada tienen una razón ferroso a férrico mayor que uno, con un PH menor que 2,6 para evitar precipitación de hidróxidos de hierro o jarositas. Las soluciones efluentes por otra parte, tendrán una razón ferroso a férrico menor que uno. El hierro total de las soluciones efluentes puede ser hasta 20-40 g/l y la extracción no es afectada, pero estas altas concentraciones de hierro pueden afectar la eficiencia del proceso posterior de recuperación del metal. Otros elementos en solución pueden alterar algunas reacciones o ser tóxicos para las bacterias, alterando la catálisis bacterial y reduciendo las velocidades de reacción. Nótese que estos elementos tóxicos pueden acumularse en los efluentes y pueden irse acumulando en el sistema

.6.13. Velocidad de flujo y ciclo de irrigación:

Este parámetro es importante no sólo sobre la composición química del efluente, sino que también sobre aquéllos parámetros de la velocidad de lixiviación influenciados por la temperatura. Usualmente, tasas altas de irrigación no son eficientes porque se diluye innecesariamente el efluente y además este flujo de entrada enfría el material del botadero y las velocidades de reacción se reducen. La situación para botaderos muy grandes es diferente. Aquí, dada las grandes dimensiones, la disipación de calor es pobre y por lo tanto el material puede calentarse excesivamente. En este caso altas tasas de irrigación y períodos cortos de descanso, serán beneficiosos al reducir la temperatura del botadero. A este respecto se ha propuesto que la altura del botadero, puede estar limitado por el problema del sobrecalentamiento. Este es un problema pues conduce a disminuir la velocidad de disolución ya que disminuye la catálisis bacterial. A temperaturas muy altas, mayores de 55 ºC la situación se agrava y la disolución puede hasta detenerse.

6.14. Equipos utilizados en el proceso:

Buldócer: Retroexcavadoras. Moto niveladora. Maquinas de sondaje. Camiones pluma.

32

7. CHANCADO DEL MINERAL

El chancado del mineral debe cumplir con tres objetivos:

a) Ser lo suficiente fino para que la mayoría de la especie metálica valiosa esta expuesta a la acción de la solución lixiviante. Por ej. : 100 % bajo 3/4". Para el caso de la lixiviación en pilas.

b) No puede producir demasiado partículas finas para no alterar la permeabilidad de la pila. (Por convención, se llama fina toda partícula bajo 100 mallas) “Material arcilloso” Por ej. : Partículas finas < 10%.

c) El mineral chancado debe ser el más homogéneo posible, todas las partículas siendo comprendidas en un estrecho rango de tamaño.

8. AGLOMERACIÓN

8.1. Lixiviación TL (Thin Layer)

Este concepto revolucionó la industria de lixiviación del cobre (Pudahuel 1980).Consiste en impedir la acumulación de solución en la pila. Al contrario de la lixiviación en bateas, la pila no se inunda. La solución escurre sobre las partículas de minerales, formando una capa delgada de líquido.

8.2. Permeabilidad del lecho

Se necesita que el lecho de partículas que conforman la pila sea bien permeable, para asegurar una buena percolación y dispersión de la solución lixiviante en la pila, sin escurrimiento preferencial. También, las pilas podrían derrumbarse si ocurre una acumulación de agua en la pila.

La permeabilidad del lecho de mineral es mayor si:

Las partículas son de tamaño suficientemente grande No hay acumulación de partículas finas El tamaño de las partículas es homogéneo en la pila No hay compactación de la pila por maquinaria pesada.

33

8.3. Proceso de aglomeración

De lo anterior, se deduce que se tiene que reducir la cantidad de partículas finas en la pila para aumentar su permeabilidad. Hoy en día, el proceso más empleado para solucionar el problema de los finos es la aglomeración.

El proceso de aglomeración consiste en esencia en la adhesión de partículas finas a las gruesas, que actúan como núcleos o la aglomeración de los finos con los finos, a partir de la distribución de tamaños en la alimentación.

8.4. Aglomeración por humedad

El proceso más simple de aglomeración es humedecer el mineral con líquido, hasta alcanzar un contenido de agua que origine una tensión superficial suficiente, para que al colisionar las partículas entre sí, los finos se adhieran a los tamaños gruesos. Se forma un puente líquido entre las partículas.

El cálculo teórico de la humedad óptima es casi imposible y depende de muchos factores como la mineralogía del mineral, contenido de finos, arcillas, Puede ser de 6 - 8 % para minerales muy limpios, hasta un 10-15 % H 2O para materiales normales.

34

8.5. Aglomeración por adherentes

Existen ciertos materiales que pueden mejorar la adherencia de las partículas finas a las gruesas, prolongando esta unión tanto en la manipulación como en la operación de lixiviación.

En el caso de la lixiviación del cobre, la aglomeración (o curado) se realiza con el mismo lixiviante ácido en un tambor rotatorio. Primero, se humecta el mineral (+/- 4%) con agua o solución pobre (refino). Después, se agrega ácido sulfúrico concentrado (+/- 30 kg/t o 3%), este ácido ataca el mineral y genera compuestos cementantes entre las partículas.Además de la aglomeración, ocurren reacciones químicas conduciendo a la formación de sulfatos de cobre y hierro (curado propiamente tal). Estas reacciones son exotérmicas y generan mucho calor. Por ejemplo:

CuO + H2SO4 => CuSO4 + H2OCuSiO3 + H2SO4 => CuSO4 + SiO2 + H2O

Después de la aglomeración en el tambor rotatorio, se deja reposar el mineral durante 24 h en la pila, para que se completen las reacciones químicas y que se adhieren entre sí las partículas en la misma pila.

En el caso de la aglomeración de minerales de oro y plata, los aglomerantes son normalmente el cemento y la cal. Estos reactivos mejoran la adhesión de las partículas entre sí, y también aumentan el pH del mineral para su posterior cianuración.

35

8.6. Equipos

El equipo más común es el tambor aglomerador. Consiste en un cilindro inclinado girando a baja velocidad, ocasionando el deslice (cascada) y la aglomeración del mineral previamente mojado con agua y/o adherentes.Se practica también la aglomeración en depósitos (stock), en cintas transportadoras y en platos:

36

9. LIXIVIACIÓN EN PILAS. El mineral de lixiviación primero se extrae, se chanca y se aglomera. Luego, se transporta a la pila de lixiviación mediante una serie de correas transportadoras y el apilador lo deposita en la pila de lixiviación. En la etapa de chancado, el mineral es chancado de forma tal que el 80 por ciento de las partículas de mineral tengan menos de ½ pulgada de diámetro y el 100 por ciento del mineral tenga un diámetro inferior a ¾ de pulgada.

El mineral contiene 0,7 a 1,0 por ciento de cobre soluble. El cobre soluble está presente en forma de un mineral, que se disuelve fácilmente en una solución de ácido sulfúrico. El principal componente de mineral de cobre del mineral es una mezcla de brochantita y antlerita [Cu (4-3) SO4 (OH)]. El cobre en este mineral se disuelve relativamente rápido en una solución de ácido sulfúrico. Los otros componentes de mineral que contienen cobre en el mineral principal son la crisocola [(CuAl) 2H2Si2O5.H2O] y cobre nativo oxidado (CuO2). El cobre en estos minerales se disuelve lentamente en una solución de ácido sulfúrico. La mayor parte de este cobre no se recuperará durante la operación de lixiviación. El mineral también contiene una variedad de minerales arcillosos, tales como ilita, moscovita y sericita. Estos minerales no contienen cobre.

Se denomina cancha de lixiviación a la superficie de apoyo de la pila donde se coloca la impermeabilización. Cuando la cancha es recuperada para reutilizarla con un nuevo mineral se trata de lixiviación en pilas dinámicas, mientras que si el terreno no es recuperado y, por lo tanto, el mineral agotado queda en el depósito como nueva base para otra pila, se está en la lixiviación en pilas estáticas o permanentes.

La solución rica (S.R. o P.L.S: pregnant leach solution) es generalmente impura y diluida y deberá ser purificada y concentrada antes de recuperar el metal.

En la hidrometalurgia del cobre, eso se realiza mediante la extracción por solvente seguida por la electrodepositación del cobre. La solución rica sólo contiene 4 – 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H2SO4 y es impura (5 g/l Fe, SiO2, Al2O3 coloides, sólidos en suspensión)

9.1. Variables del proceso

37

Se pueden estudiar el efecto de varias variables operacionales sobre la recuperación del metal valioso y la cinética realizando pruebas de laboratorio en columnas.

Las principales variables son:

La granulometría La altura de la pila La tasa de riego [l/h.m2] o [l/h.T] La concentración en ácido de la solución de riego Mineralogía Solubilidad Tipo de Riego El tiempo de lixiviación (Depende de la cinética (lix. química: 1 a 2 meses;

lix. bacterial: 3 a 12 meses). Concentración del Mineral de Interés Impurezas Solido en Suspensión presente en la Solución Obtenida (PLS)

Todos estos factores están relacionados entre sí. Por ejemplo, si se aumenta la altura de la pila, la concentración en ácido del primer metro es buena, pero baja a medida que la solución percola en la pila y el cobre de los estratos inferiores no se lixivia bien. Se puede aumentar la concentración en ácido de la solución de lixiviación, para salir de la pila con +/- 3 g/l [H+], pero más ácido se da a la ganga y más se come, así que se va a incrementar el consumo de ácido. Otra posibilidad es aumentar la tasa de riego, pero existe un riesgo de inundar la pila.

9.2. Ciclos de Lixiviación:

38

Los ciclos de lixiviación se refieren a las etapas que comprenden el proceso de lixiviación en pilas:

Carguío de las Pilas: se realiza por diferentes medios, tales como carretillas, cargadores frontales, correas transportadoras móviles (grass hoppers) etc. Debido a que el rango de tamaño del mineral es relativamente grande y heterogéneo, al cargar las pilas tiende a ocurrir una clasificación por gravedad, donde las partículas más grandes quedan en la parte inferior y las de menor tamaño arriba. Por esta razón se realiza un aglomerado con una cierta cantidad de agua para que las partículas más pequeñas se adhieran a las más grandes o bien se hace un curado previo. La cantidad de agua adicionada es del orden del 5 a 10% en peso respecto al mineral cargado. La carga de la pila se debe realizar por capas, para evitar el problema antes mencionado que provoca canalizaciones en el lecho mineral (sectores al interior del lecho que quedan sin "mojarse").

Acumuladores de solución rica y preparación de solución lixiviante: estos acumuladores o estanques se usan para almacenar las soluciones ricas provenientes de los estanques de lixiviación; estos acumuladores sirven además para preparar las soluciones de ácido sulfúrico (caso cobre) que serán las encargadas de extraer la especie útil del mineral. Para preparar estas nuevas soluciones lixiviantes se usan soluciones débiles o agua, teniendo la precaución de agregar el ácido sobre el agua o solución débil. El agua utilizada puede ser agua de mar o agua salobre.

Primera entrada o ataque: es la entrada de la primera solución lixiviante la pila de lixiviación en este caso, la solución entra por la superficie de ella según una tasa de riego predeterminada que permita que no se desmorone la pila. Acá existe un lecho de mineral parcialmente inundado.

Tiempo de contacto: una vez que cada solución entrante (1a., 2a., etc.) haya ingresado totalmente a la pila en forma secuencial, se empieza a recircular la solución en la pila por un cierto periodo de tiempo, que va a depender de la concentración de ácido libre y/o sulfato de cobre que se encuentre en la solución.

39

.Avance o saliente: comprobado que la solución lixiviante tiene baja concentración de ácido libre o alta concentración de cobre o que el mineral de la pila se ha "agotado", se procede a sacar dicha solución de la pila, recibiendo el nombre de avance o saliente. Cabe destacar que a medida que una solución sale de la pila, otra está entrando, la que desplaza a la anterior según un sistema de pistón. Generalmente las 3 primeras salientes van a proceso posterior por su alto contenido de cobre y las restantes pasan a otros estanques para completar su nivel adecuado de especie útil.

Lavado (etapa de desinpregnación): una vez que el mineral se ha "agotado", se retira la última saliente en las condiciones de concentración en que se encuentre y se procede a lavar el mineral que ha quedado impregnado de solución, la cual se trata de recuperar al máximo. El "agua" de lavado es del orden del 30 a 35% en peso del mineral cargado.

Descargas de las pilas: es la etapa en la cual se procede a desechar el mineral agotado (ripio), mediante el empleo de cargadores frontales y/o camiones, o rotopalas.

9.3. Construcción de las pilas

40

El diseño de las pilas debe tener en cuenta los siguientes factores:

La calidad del patio o base de apoyo (impermeable) Las facilidades de riego y recolección o drenaje del efluente. La estabilidad de la pila seca y saturada en agua Los tanques (piscinas) de soluciones ricas y pobres La forma de apilamiento o deposición del material lixiviable (Compactación,

homogeneidad).

9.4. Preparación de la base de las pilas

Se necesita disponibilidad de amplias superficies de terreno relativamente llanas (menos de 10% de pendiente). La cancha debe ser considerada con su sistema de impermeabilización, para controlar las pérdidas de soluciones y evitar contaminaciones del medio ambiente. El sistema consiste en:

Una base firme y consolidada, debidamente preparada Una capa de lecho granular sobre el que apoyar suavemente la lámina La lámina o capa de impermeabilización Un conjunto de drenaje o capa de recolección de líquidos Una capa protectora del sistema

Generalmente, las membranas o láminas de impermeabilización del patio son geomembranas de origen sintético (láminas de plástico: polietileno de alta densidad o PVC de 1 a 1.5 mm o polietileno de baja densidad de 0.2 a 0.3 mm de espesor) pero también pueden ser materiales arcillosos compactados sobre el propio terreno, hormigón, asfalto, etc. Se pueden disponer de membranas o sellados simples, dobles o triples, de acuerdo con el número de capas impermeables o membranas que se hayan utilizado.

Una parte importante de la construcción de la pila es el sistema de recolección de la solución rica, que, en general consta de grava o material filtrante sobre la lámina y tuberías perforadas drenantes de plástico.

9.5. Diseño de las pilas

41

En este párrafo, se considera el diseño de una operación mediana de lixiviación de óxidos de cobre, por ejemplo Mantos Verde (III región).

Datos

Capacidad de la planta: 48000 tCu/año = 4000 tCu/mes = 133 tCu/día Ley del mineral: 0.95 % CuT (0.80% Cu soluble + 0.15% Cu insoluble) Fierro: 5% Consumo de ácido: 3.5 kg ácido/kg Cu producido Recuperación en la pila: 80% CuT en 2 meses (le da las pruebas piloto) Granulometría: 100% < 3/8" Altura de la pila: 5 m (parámetro de diseño) Densidad aparente del mineral en la pila: 1.45 t/m3 (material chancado). Capacidad de la planta de chancado Se recupera 80% x 9.5 kg Cu/TMS = 7.6 kg Cu/TMS (TMS = Tonelada

Métrica Seca).

Entonces, se tiene que procesar

Superficie de terreno

El ciclo de lixiviación de una pila de mineral es de 2 meses. Entonces, el stock de mineral en la planta es de 17500 TMS/día x 60 días = 1.050.000 TMS.

Si se consideran pilas rectangulares (aproximación) de 5 metros de altura, se puede almacenar 1.45 TMS/m3 x 5 m = 7.25 TMS/m2.

La superficie de las pilas en funcionamiento es de

Pero todos los días, hay por lo menos una pila en carga, otra en descarga y se necesita espacio para el movimiento de las máquinas. La práctica indica que esos espacios ocupan un 10% de la superficie de las pilas en funcionamiento. Se necesita entonces una superficie total de terreno de 144827 m2 x 110% = 159310 m2.

Eso corresponde a un área de 400 m x 400 m, o 200 m x 800 m, o 100 m x 16.

Diseño de las Pilas

42

Geométricamente la pila tiene la forma de una pirámide truncada de base rectangular, de manera que su volumen geométrico está dado por:

V = H/3 * (A*B + a + b +√A*B*a*b)

Donde A, B, a, b corresponden a las aristas del prisma que muestra en la figura siguiente

Los elementos que conforman la pila son la corona, base y cuatro taludes. Haciendo un corte transversal en 1-1’, se tiene:

9.6. Técnicas de apilamiento del mineral

43

El uso de cargadores frontales y camiones ha sido desplazado, en los últimos proyectos, por apiladores autopropulsados de bajo perfil de carga, como en el caso de Lince, para tonelajes de 5000 a 10000 tpd. Para tonelajes mayores, 17500 tpd en Quebrada Blanca por ejemplo, se ha adoptado el sistema de correas cortas y móviles (grass hoppers) que se articulan flexiblemente en secuencia para transportar el mineral desde el aglomerador hasta el apilador móvil que construye la pila. Para tonelajes aún mayores, como en El Abra 125000 tpd., se implementaron otros tipos de equipos (apiladores sobre oruga).La altura de la pila fluctúa entre 2.5 m para sistemas de camión y cargador frontal, hasta 10 m para apiladores.

9.7. Diseño del sistema de riego

44

La capacidad de la instalación debe ser suficiente para satisfacer las necesidades de riego en la condición de máxima demanda .La clave de un buen diseño de riego consiste en establecer de la forma más precisa posible los requerimientos que posteriormente se le exigirán a la instalación. El sistema de riego debe estar construido con materiales resistentes a:

Agentes químicos que se utilizan en la lixiviación. Desgaste por el uso y las condiciones de operación. Condiciones climáticas de trabajo.

El sistema de riego debe poseer un sistema de control que asegure un funcionamiento continuo, de acuerdo a los estándares establecidos, y además, entregando la máxima flexibilidad a la operación.

El cálculo del diseño de un sistema de riego debe cumplir con las normas estipuladas para los sistemas hidráulicos, principalmente:

Las pérdidas de carga (cañerías codos, válvulas, emisores y otros accesorios).

Medidas de protección de las instalaciones, operación y ambiente. Accesorios para la operación, control y mantención.

La instalación debe ser optimizada en su relación costo / beneficio.

Se deben llevar a cabo estudios y análisis que permitan conocer los parámetros que determinan las restricciones a los que deba someterse el proyecto.

9.8. Riego de la pila

45

El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente por dos procedimientos: por aspersión o por distribución de goteo, este último siendo recomendable en caso de escasez de líquidos y bajas temperaturas. En la industria, se utiliza generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h.m2. El riego tiene que ser homogéneo

9.9. Caracterización del sistema de riego:

Caracterización Geotécnica:

Análisis de estabilidad de la pila durante la lixiviación:

Propiedades resistentes (cohesión- fricción).

Efecto de la humedad.

Nivel freático.

Deformación volumétrica.

Factor de seguridad.

9.10 Caracterización metalúrgica:

46

Mecanismos que controlan la cinética de extracción del cobre:

Aspectos químicos.

Aspectos físicos (fenómenos de transporte).Identificar la influencia del riego en estos mecanismos de control.

Caracterización hidrodinámica:

El riego debe ser definido en función de las características hidrodinámicas del material que se quiere lixiviar, para:

Optimizar el rendimiento metalúrgico.

Asegurar la estabilidad de la pila.

Reducir los costos.

Aumentar la simplicidad del proceso.

Maximizar la concentración de cobre en la solución. Convencionalmente durante el riego, predomina el movimiento vertical hacia abajo debido a la acción gravitatoria. No obstante, en realidad el flujo puede resultar bi o tridimensional. De esta forma los bulbos de humectación pueden presentar formas cilindro -cónicas y hasta esféricas. El flujo de solución y el calendario de riego deben correlacionar con la fracción de líquido que participa en el transporte del cobre, evitando saturaciones del lecho, que eventualmente pueden ser localizadas.

El objetivo fundamental en la definición del calendario de riego es maximizar el contacto solución-mineral.

10. TECNOLOGÍAS DE RIEGO

47

Se llama así a los sistemas que aplican solución con caudales bajos (<=16 L/h) por puntos individuales de emisión. En ellos se produce la disipación de una gran cantidad de energía por la que el líquido sale gota a gota. En el riego por goteo se debe tener en cuenta:

Las características principales que se deben tener presentes en la selección de un emisor son:

Caudal uniforme y constante. Poco sensible a las variaciones de presión.

Poca sensibilidad a las obturaciones.

Elevada uniformidad de fabricación.

Resistente a la agresividad química y ambiental.

Bajo costo.

Estabilidad de la relación caudal- presión a lo largo del tiempo.

Poca sensibilidad a los cambios de temperatura.

Reducida pérdida de carga en el sistema de conexión. El riego por goteo es recomendable cuando:

La disponibilidad del líquido es escasa.

No existe riesgo de precipitación de sales presentes en la solución.

Existe régimen de viento fuerte y permanente.

10.1. Técnicas de irrigación de las pilas

48

El riego es la aplicación oportuna y uniforme de agua /solución a un lecho de lixiviación con el objeto de producir la máxima recuperación de la especie de valor presente en el mineral

10.2. Goteo:

El riego depende de las características hidrodinámicas del material que se quiere lixiviar. Se recomienda el riego por goteo en situaciones en que se requiere asegurar la uniformidad y la aplicación de bajas tasas de riego (inferiores a 50 L/hm2).

El correcto funcionamiento de un gotero depende de una serie de factores: flujo laminar, helicoidales, pulsos, autocompensados, etc., lo que da lugar a una diversidad de productos comerciales

El riego por goteo, engloba algunos de los riegos localizados de alta frecuencia. La Tabla muestra la clasificación de los riegos localizados , utilizando un criterio de separación por caudal por emisor o por metro lineal del mismo.

10.3. Las ventajas de utilizar el riego por goteo son:-

49

disminución de la compactación de la superficie y su degradación-

disminución de la tasa de evaporación-

reducción de las pérdidas térmicas

Las condiciones de temperatura son extremas (pueden funcionar enterrados).Según el diámetro de la sección mínima de paso, tuberías, emisores y sistemas integrados pueden clasificarse en:

Muy sensibles a las obturaciones: d <= 0,7 mm.

Sensibles 0,7 mm < d <=1,5 mm.

Poco sensibles d > 1,5 mm.

Velocidades mayores a 4, 5 m/seg. Reducen muchos las obturaciones.

Es recomendable que el sistema de filtrado no deje pasar partículas sólidas de diámetros mayores a 1/10 del diámetro de la sección mínima de paso del gotero.

10.4. Aspersión:

50

Puede decirse que se trata de un sistema en el que la superficie de la pila recibe la solución en forma de lluvia. Básicamente un sistema de riego por aspersión consta de:

Grupo de bombeo. tuberías de transporte. Tuberías de distribución. Aspersores. Elementos auxiliares.

Prácticamente todos los terrenos pueden se regados por aspersión, es especialmente recomendable en:

Suelos de textura gruesa (arenosos). Cuando la disponibilidad del recurso hídrico no es limitante. Cuando se tienen aguas muy duras y hay peligro de incrustaciones. Requieren una buena oxigenación de la solución.

Los aspersores pueden ser clasificados por:

Capacidad de tamaño (tamaño de boquilla). Tamaño de gota ángulo de riego. Anulo de influencia. Giratorios o fijos. Sistemas portátiles o fijos.

Comparativamente con el riego por goteo presenta las siguientes ventajas:

Mayor simplicidad de instalación. Mayor versatilidad para el riego. Menor mantención (soluciones sucias).Desventajas del riego por aspersión: Menor precisión en la entrega de la solución, por consiguiente mayor gasto

de ésta. Mayor presión de trabajo que acarrea mayor riesgo de daño y más

necesidad de energía por m3 de solución gastada. Registra mayor pérdida por evaporación. El impacto de las gotas en la superficie produce una mayor compresión de

la corteza.

10.5. Operación de las pilas

51

Al inicio de la operación, se deben disponer como mínimo de dos pilas, comenzándose con el riego de la primera de ellas. En un principio se obtendrá una alta concentración (Cmx) en la solución, que irá descendiendo hasta un valor por debajo de la concentración media (Cmd) de diseño. En este momento se pone simultáneamente en operación la segunda pila, con dos sistemas posibles:

a) Lixiviación de las dos pilas con obtención de una única solución rica final.

b) Lixiviación de la primera pila con producción de solución intermedia (pobre), que se recicla a la segunda pila nueva en donde se obtiene la solución rica. Este segundo sistema se generalizo, ya que permite alargar el tiempo de lixiviación de las pilas y/o disminuir el caudal de solución rica y entonces el tamaño de la planta de SX.

Cuando la primera pila alcanza el valor mínimo económico, se procede al lavado con agua fresca y drenaje hasta el agotamiento, yendo esta solución al depósito o piscina de solución estéril para recirculación al sistema. Al mismo tiempo se pone en operación una nueva pila.

Según las disponibilidades de área, la pila agotada se puede cargar y transportar a un vertedero cercano (pila dinámica o removible) o puede servir de base para la formación de una nueva pila (pila permanente).

La tendencia se desplaza al uso de pilas permanentes, para evitar los costos asociados a los movimientos de materiales residuales y aminorar las perdidas de solución por filtración a través de la lámina de plástico. Por ejemplo, en Mantos Verde, se planea subir hasta 6 pisos de 3 m cada uno.

Si el tiempo de lixiviación no es suficiente, la recuperación baja. Es un problema, porque no es posible aumentar el tiempo sin aumentar el área de la cancha de lixiviación

10.6. Equipos utilizados en el proceso:

52

Correas transportadoras. Roto pala Apilador. Sistema de riego. Sistema de recolección de solución.

Roto Pala

Apilador

53

Sistema de recolección de soluciones. (Pond de PLS)

Canaleta de Recolección de Soluciones

54

Sistema de Riego

Sistema de Bombas

11. ESQUEMA DE UN SISTEMA DE LIXIVIACIÓN EN PILAS

55

12. LIXIVIACIÓN EN BATEA (POR PERCOLACIÓN):

56

Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Los minerales a tratar por este método deben presentar contenidos metálicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un período razonable (3 a 14 días) y en trozos de tamaño medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversión inicial que requiere este tipo de proceso.

Ya que esos minerales no existen más, es una tecnología antigua actualmente en desuso.

Un esquema de equipo empleado en lixiviación en batea se presenta en la siguiente figura:

12.1.1. Equipos utilizados en el proceso :

Draga. Bombas. CAEX. Correas transportadoras. Bateas de Concreto

13. LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN.

57

La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución lixiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados.

Se recurre a la agitación mediante burbujeo o bien a la agitación mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta que se logra la disolución completa, siendo el tiempo de contacto de los sólidos con la solución del orden de horas comparado con el proceso de lixiviación en pilas que requiere meses. Los agitadores mecánicos son simplemente impulsores colocados en el interior del tanque, mientras que los tanques agitados con aire son a menudo tanques de tipo "Pachuca".

Sus ventajas comparativas con otros métodos de lixiviación son:

Alta extracción del elemento a recuperar Tiempos cortos de procesamiento (horas) Proceso continuo que permite una gran automatización Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos

Sus desventajas son:

Un mayor costo de inversión y operación Necesita una etapa de molienda y una etapa de separación sólido-líquido

(Espesamiento y filtración).

13.1 Variables del proceso

58

El análisis de las variables de la lixiviación por agitación en sistemas industriales, para la definición y optimización del proceso, debe necesariamente hacer confluir aspectos técnicos, operacionales y económicos.

Granulometría: El grado de molienda debe ser lo suficiente para exponer, por lo menos parcialmente, la superficie del mineral valioso a la acción de la solución lixiviante.Depende del tipo de mineral y de sus características mineralógicas. Deberá considerarse un tamaño tal que no contenga un exceso de gruesos (> 2 mm) que produzca problemas en la agitación (embancamiento, aumento de la potencia del agitador) y que por otra parte, no contenga un exceso de finos (menos de 40% <75 micrones), que dificulten la separación sólido-líquido posterior de la pulpa lixiviada. Debido a lo anterior, y además, para disminuir los consumos de energía por concepto de molienda y los costos de filtración y decantación, la agitación se deberá tratar de realizarla al mayor tamaño que la operación lo permita.

Tiempo de lixiviación: La economía del proceso de lixiviación es función del grado de disolución o porcentaje de extracción del mineral valioso. Sin embargo, esto no es tan importante como el tiempo necesario para una extracción aceptable, es decir la velocidad de disolución.

Mineralogía del mineral: El tamaño y la disposición de la especie valiosa influye el grado de molienda necesario para exponer esta especie a la solución lixiviante. La arcillas son una familia de minerales, aluminio-silicatos, existen en todos las menas y producen partículas muy finas (algunos micrones). La presencia de muchas arcillas puede impedir una buena filtración del relave.

14. CONCLUSIÓN

59

Finalizando la investigación, podemos concluir, que la lixiviación es el proceso más importante dentro de la hidrometalurgia, ya que sin ejecutar esta labor, no obtendríamos soluciones ricas en el metal de interés.

Además, este proceso es uno de los más limpios ya que la contaminación del medio ambiente es muy baja o nula si se tiene un buen control del procedimiento con soluciones acidas, otros procesos, como el

Piro-metalúrgico es altamente contaminante.

También es preciso señalar que los costos de producción dentro de la lixiviación son bajos, ya que no se debe utilizar tantos equipos, y su funcionamiento no comprende mayor implementación de tecnología.

Nos podemos referir a la lixiviación en pilas y en botaderos, como los procesos más utilizados actualmente. Como objetivo principal producir grandes volúmenes solución rica en la especie de interés y, a un bajo costo de producción obteniendo rentabilidades muy altas.

60

15. BIBLIOGRAFIA.

http://es.scribd.com/doc/72104927/Paper-Lixiviacion-en-Pilas-y-Bateas

http://es.scribd.com/doc/17443869/9/Metodos-de-la-lixiviacion

http://es.scribd.com/doc/61486467/Lixiviacion-1

http://www.slideshare.net/jekada/lixiviacion

Lixiviación.pdf Universidad de Atacama

Libro; Hidrometalurgia, Fundamentos, Procesos y aplicaciones.

Autor: Esteban Miguel Domic´ Mihovilovic´

61