3.8 Planta hidrometalrgica

La Mina El Teniente drena aguas cidas producto de filtraciones a travs de lasrocas fracturadas y lixiviacin natural (qumica y bacteriana) de las mismas. El agua deinfiltracin proviene de los deshielos de las nieves acumuladas en el crter durante laestacin invernal.Desde el ao 1985 se aprovechan las aguas cidas de la mina con contenido decobre para alimentar una planta industrial de SX-EW, en el rea de Coln, que dependientedel caudal y su contenido de cobre produce aproximadamente 3.000 t/a de cobre enctodos.Por otro lado, desde marzo de 1992 opera una Planta de Tratamiento de Polvos deFundicin (PTPF), aledaa a las Plantas de SX-EW de Coln. Esta planta trata los polvos delos precipitadores electrostticos de la Fundicin de Caletones, extrayendo el cobre solubley estabilizando el arsnico contenido el ellos. El ripio con cobre insoluble es devuelto aCaletones para su reprocesamiento; mientras que el arsnico estabilizado es depositado enun vertedero autorizado. Las soluciones de cobre producidas se unen a las provenientes dela mina para su procesamiento en la planta de SX-EW.

En la Figura 3.6, Esquema General Plantas Hidrometalrgicas, se presenta eldiagrama de flujos de la Planta SXEW.

Figura 3.6: Esquema General Plantas Hidrometalrgicas.

PLANTA HIDROMETALURGIA

Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviacin selectiva (disolucin) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperacin de la solucin por diferentes mtodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolucin.

La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviacin y precipitacin por medio de electrlisis, donde los procesos electroqumicos son precedidos por los procesos hidrometalrgicos. Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalrgicos: 1.- Disolucin del componente deseado presente en la fase slida.

2.- Concentracin y/o purificacin de la solucin obtenida.

3.- Precipitacin del metal deseado o sus compuestos.

Los reactivos qumicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas propiedades para poder usarse, por ejemplo: no deben ser muy caros, deben ser fcilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos. Los procesos de lixiviacin y purificacin de la solucin corresponden a las mismas operaciones que se practican en el anlisis qumico, solamente que a escala industrial.

En estos apuntes slo se presenta los procesos hidro-electrometalrgicos de algunos de los metales ms comunes en Chile: el cobre y el oro. Se recomienda al estudiante referirse a las varias publicaciones que se publicaron estos ltimos aos en el campo de la hidrometalurgia para profundizar los temas que le interesan.PROCESO DE ELECTROOBTENCIN (EW)

La precipitacin por reduccin electroltica -comnmente conocida como electro obtencin o electro depositacin- es uno de los procedimientos actuales ms sencillos para recuperar -en forma pura y selectiva- metales que se encuentren en solucin. La electro obtencin es particularmente interesante en el proceso de produccin de cobre, ya que prcticamente todo el cobre de uso industrial a nivel mundial, requiere del grado de pureza establecido por los estndares del cobre electroltico.Bsicamente, este proceso consiste en recuperar el metal desde una solucin de lixiviacin debidamente acondicionada (solucin electrolito), y depositarlo en un ctodo, utilizando un proceso de electrlisis.

Para ello se hace circular a travs de la solucin electrolito, una corriente elctrica contina de baja intensidad entre un nodo (la solucin misma) y un ctodo. De esta manera, los iones del metal de inters (cationes) son atrados por el ctodo (polo de carga negativa) depositndose en l, y las impurezas quedan disueltas en el electrolito y tambin precipitan en residuos o barros andicos.Planta de Electro obtencin. Faena Radomiro Tomic. El edificio mide 493 m de largo por 39 m de ancho. La Capacidad de Diseo de la planta alcanza las 305.000 toneladas por ao.

La electro obtencin es un proceso de una gran importancia econmica, ya que permite recuperar metales -como cobre, oro y plata- a partir de recursos lixiviables que de otra forma seran inviables.MetalElectrolito CtodoComentario

AntimonioSoda y sulfuro de sodioAcero

CadmioSolucin de sulfatoAluminio Subproducto de recuperacin de Zn.

CromoSolucin de sulfatoHastelloy

CobaltoSolucin de sulfatoAcero inoxidable Producido junto al cobre en Zaire.

CobreSolucin de sulfatoAcero inoxidableSoluciones de lixiviacin de alta ley o tras la Extraccin por solventes.

GalioSolucin de sodio (NaOH)Acero inoxidableSubproducto de la produccin de aluminio desde bauxita.

ManganesoSolucin de sulfatoAcero inoxidable

MetalElectrolito CtodoComentario

NquelSolucin de sulfatoNquel o acero inox.

OroSolucin de cianuroLana de acero

PlataSolucin de nitratoPlata o grafito

TelurioSolucin de sodio (NaOH)Acero inoxidable

ZincSolucin de sulfatoSolucin de sodio (NaOH Aluminio Acero inoxidable Produccin de zinc en polvo.

Los nuevos procesos de purificacin y concentracin de soluciones lixiviadas, como la extraccin por solventes (SX) en el caso del cobre y el carbn activado (CA) para el oro, han permitido ampliar el mbito de aplicacin de la electro obtencin a la recuperacin de estos metales. Tanto es as que algunos metales como el Zinc, dependen casi exclusivamente de la electro obtencin para lograr una recuperacin que sea econmicamente viable. A su vez, esta tecnologa tambin es una alternativa muy competitiva para tratar minerales combinados de cobre-cobalto y nquel-cobalto.Celdas electrolticas (EW)

Para realizar el proceso de electro obtencin se requiere de instalaciones especializadas llamadas celdas electrolticas equipadas con sistema de circuitos elctricos para hacer circular una corriente elctrica continuas de baja intensidad.Para que el proceso se realice eficientemente se requiere considerar los siguientes aspectos:

Configuracin de circuitos

Para proveer de la corriente continua que requiere el proceso de electrlisis, se utilizan equipos rectificadores de corriente que mantienen constantes las caractersticas del flujo elctrico. La tecnologa de los rectificadores ha evolucionado siendo actualmente la norma el uso de transfo-rectificadores tristorizados, lo que ha hecho a estos equipos ms accesibles y econmicos. Los requerimientos de filtros para el control de corrientes armnicas constituyen en la actualidad los mayores factores del aumento de costos de estos rectificadores. Los filtros se utilizan para lograr un mejor efecto con dos unidades (celdas de electro obtencin), en vez de una sola.Celdas Electrolticas. Faena Radomiro Tomic.

Caractersticas de las conexiones elctricas:

Normalmente, las conexiones elctricas de las celdas de electro obtencin son muy sencillas, ya que se intenta disminuir los trayectos, en corriente continua y alta tensin, desde los rectificadores de corriente hasta los bancos de celdas electrolticas.

Barras conductoras de cobre de seccin rectangular: En general, la conexin se hace con paquetes de estas barras, apernadas y con distanciadores que permitan la circulacin interna de aire para la mejor refrigeracin. Estas son conocidas con su nombre en ingls: bus-bars

Al poner las celdas en serie, se requiere slo una conexin en los extremos del banco de celdas. Si al trmino del primer banco, stas se conectan con un solo conductor a otro banco paralelo a su lado, el recorrido desde el rectificador disminuye an ms. Este tipo de conexiones es la ms usada en la mayora de las instalaciones recientes para electro obtencin de cobre. De esta forma, varias unidades similares constituyen las diversas secciones de una operacin ms grande, por ejemplo:

Dos secciones separadas por un patio central de trabajo, como es el caso en las plantas de EW de Quebrada Blanca, Mantoverde, Lince y Santa Brbara (con una capacidad de produccin entre 45.000 y 8.0000 ton de ctodos de cobre al ao).

Slo una seccin, como en las operaciones de EW de Lo Aguirre, Dos Amigos, Biocobre y El Teniente, diseadas para menos de 25.000 ton/ao de cobre fino.

Cuatro secciones, como en las plantas de operacin de El Abra y Radomiro Tomic, diseadas para hacer EW de ms de 200.000 ton/ao de ctodos de cobre.

Barra triangular: En este caso la conexin elctrica es en serie, con una barra triangular (de 2 a 2,5 cm de arista) que sirve de apoyo y contacto en su eje afilado, para los nodos de una celda y los ctodos de la celda contigua. Este es el sistema ms utilizado.

Otros perfiles: Recientemente, se han incorporado otros perfiles para la barra de contacto, tipo "hueso para perro" o dogbone, pero la ms usada sigue siendo la de perfil triangular. Los aisladores inter celdas, que separan y apoyan los nodos y ctodos, se conocen como camping-boards. Recomendaciones de uso

Como los ctodos de un lado y los nodos de la celda contigua, estn todos conectados en paralelo a travs de esta barra de contacto, es importante un buen y constante aseo de los contactos.

Tambin, se debe comprobar uno a uno los respectivos apoyos, ya que los electrodos deben recibir la misma corriente. Cuando unos reciben ms corriente que otros, se producen densidades de corriente muy diferentes, que inducen el crecimiento de dendritas, que pueden provocar cortocircuitos y calentar las barras y contactos hasta incluso llegar a derretir los apoyos de los aisladores de plstico. Para detectar estos puntos anmalos se pueden usar un gaussmetro, detectores de temperatura con visores infrarrojos, o bien el monitoreo de voltaje de cada celda. Lo importante es corregir rpidamente la anomala para maximizar la eficiencia de corriente. Mediante estas observaciones se puede determinar las caractersticas de la conexin de los electrodos de dos celdas contiguas.

Por su parte, la circulacin de la corriente de nodo a ctodo a travs del electrolito, se puede determinar mediante el movimiento de los cationes en la solucin, y por medio de las barras y los contactos de apoyo, a travs de la circulacin de los electrones en el slido conductor.

Diseo y materiales para celdas electrolticas

Industrialmente, hay una gran variedad de celdas electrolticas. La fabricacin y seleccin de ellas depende de factores tales como:

Tipo de electrolito, si es acuoso o de sales fundidas.Tipo de ctodo, si es lquido o slido, o bien si es compacto, esponjoso o particulado.Tipo de proceso, si es electro obtencin (EW) o electro refinacin (ER).En soluciones acuosas, las celdas de EW y de ER convencionales varan muy poco entre s, lo que no sucede en otros casos como los que veremos a continuacin.

Celdas para procesamiento de sales fundidas Para las sales fundidas, la situacin es muy diferente de un caso a otro, considerando si el metal se puede depositar en un lquido mas pesado o mas liviano que el electrolito mismo. Es as que para cada situacin se requiere un diseo especfico.

Por ejemplo, la produccin del aluminio es diferente a otros casos de sales fundidas, ya que los nodos son consumibles.Celdas para lecho particulado fluidizado Desde hace aos, los lechos de material particulado como concentrados de sulfuros, cementos agranallados, mata agranallada y recortes de recuperacin secundaria de metales, son un desafo interesante para la electrlisis directa, que evite los pasos intermedios, ya sea por va pirometalrgica o por lixiviacin y purificacin. En estos casos se logran altas densidades de corriente, de 10 a 100 veces las alcanzadas en los sistemas convencionales, debido al permanente movimiento y friccin de las partculas, lo que ayuda a despolarizarlas, y desprende los eventuales residuos de la disolucin del nodo de partida. Por ejemplo, el azufre elemental de un sulfuro.

En este caso, los tamaos de las instalaciones son menores, lo que incide en disminuir significativamente los costos de capital de inversin. Sin embargo, an las aplicaciones son escasas, a nivel piloto y sin divulgacin masiva.

Existe tambin un sistema de circulacin independiente de un electrolito andico (anolito) y de un electrolito catdico (catolito), ambos separados por una membrana conductora o diafragma.Celda para produccin directa de lminas de metal

Mediante este tipo de celdas se puede lograr en forma directa y continua la preparacin de una lmina de cobre electroltico. Esta celda contiene un ctodo en forma de tambor, parcialmente sumergido en el electrolito de la celda, y que gira con velocidad variable de acuerdo al espesor de la lmina que se desea obtener.Celda cilndrica para electro obtencin de oro

El procesamiento de concentracin de oro por carbn activado, termina con la recuperacin electroltica del oro, usando como electrolito la solucin de elucin de carbn. En estos casos, se usa un nodo inerte de acero y un ctodo, compuesto de un conductor inserto con lana de acero colocada en un contenedor apropiado.Celda convencional para electrlisis en medio acuosa

El diseo de celdas electrolticas para medios acuosos vara muy poco, ya que en general se trata de nodos y ctodos suspendidos verticalmente, frente a frente unos de otros.

Las diferencias tienen que ver con el uso final, segn se trate de electro obtencin (EW) o de electro refinacin (ER). En EW es ms necesario renovar y agitar el electrolito frente a las placas, ya que con la nueva solucin se renueva el metal para la depositacin. Recomendaciones generales

En la EW es necesaria la permanente renovacin y agitacin del electrolito frente a las placas, ya que con la nueva solucin cada vez se renueva el metal para la depositacin.

En cambio, en la electro refinacin, el metal se renueva y recorre slo el espacio entre placa y placa, por lo que la agitacin requerida en el bao es bastante menor: basta con movimiento convectivo y de agitacin suave en la renovacin normal del electrolito.

En el caso de la EW de cobre, cerca del fondo de las celdas electrolticas existe un anillo de distribucin de soluciones, que consiste en una caera perimetral con una perforacin frente a cada espacio interplaca nodo-ctodo.

En ambos casos debe cuidarse de reservar un cierto espacio en el fondo de la celda para la acumulacin y evacuacin de los residuos de nodos en el caso del EW, y de barros andicos, en la ER.

En ambos casos (EW y ER), y tanto para cobre como nquel, se debe cuidar el ingreso y distribucin del electrolito en las celdas para evitar la contaminacin de los ctodos con la remocin accidental de las impurezas acumuladas en el fondo de la celda.

En la EW de oro y plata, cuando se escoge un diseo rectangular convencional, se suele usar como ctodo un canastillo (paraleleppedo rectangular) relleno con esponja o virutilla de acero. En esencia, este ctodo no difiere de otros ctodos verticales.Materiales

Se ha desarrollado con el tiempo un progreso significativo en los materiales de construccin de celdas convencionales, as como de las caeras y bombas.

A principios del siglo XX, las celdas eran de concreto revestidas de una proteccin estanca (lmina de plomo soldado). En la dcada de los '70 se introdujeron los revestimientos de membrana de plstico resistente al calor y a los productos qumicos del electrolito (entre ellas, el paraliner). A fines de los aos 80 se consolid el uso de un nuevo producto: el hormign polimrico, que es un hormign formado por resina de polister -que acta como ligante-, y arena de cuarzo -que acta como carga-, que permiti eliminar los revestimientos de membranas y hacer celdas monolticas prefabricadas, de una sola pieza.

En la actualidad, se han introducido materiales plsticos de creciente resistencia qumica y trmica, as como aceros inoxidables especiales donde hay casos como el del titanio, cuyo costo se ha reducido considerablemente.EFICIENCIA Y DENSIDAD DE CORRIENTE El concepto de eficiencia de corriente corresponde a la relacin que se establece entre el metal efectivamente depositado y el que debiera depositarse, de acuerdo con la cantidad de corriente elctrica aplicada.

A diferencia de lo que ocurre en EW, en la prctica industrial de la ER, las eficiencias de corriente efectivas, pueden ser muy altas -entre 95 y 98%-, ya que se trata de un proceso con muy pocas reacciones secundarias que puedan hacer mal uso de dicha energa.

En la EW, hay muchas reacciones posibles -tanto catdicas como andicas-, potencialmente competitivas a la reaccin principal, de modo que la desviacin del 100% de uso terico de la corriente se explica por varias razones.

Otra causa de aparente ineficiencia suele ser la prdida de corriente por cortocircuitos -entre nodo y ctodo, as como entre celda y celda- o por fugas de corriente a travs de las estructuras de la nave electroltica o de las propias celdas. Muchas plantas en operacin tienen fugas de corriente sin percibirlo, y combaten la supuesta ineficiencia de corriente, pensando en una causa electroqumica, cuando en realidad se trata de una falla estructural, o de simple mantencin y limpieza.

Siempre hay que recordar que el metal slo puede depositarse con la corriente que efectivamente pasa por el electrolito.

Los rangos de densidades de corriente aplicadas se distinguen en:

Sistemas de sales fundidasAlcanzan fcilmente los 10 y 15 kA/m2 (kilo amperes por metro cuadrado). Ello se debe a factores como la gran conductividad que se logra a altas temperaturas, la ausencia de limitaciones fsicas para el desplazamiento de la corriente y el uso directo de ella en el bao electroltico, sin posibilidad de fugas.

Soluciones acuosas Estn entre 200 y 300 A/m2, particularmente en los casos de EW y ER de cobre y nquel. Si las geometras de los electrodos son distintas entre s, puede haber diferentes densidades en el nodo en relacin al ctodo (desde el punto de vista prctico, la que interesa es la catdica).

Una manera de aumentar la densidad en forma considerable en estos sistemas acuosos, se encuentra en el uso de electrodos particulados y en efectuar la electrlisis en un lecho fluidizado. Si bien, esta tecnologa ha sido profusamente investigada, hasta ahora, no ha alcanzado aplicaciones industriales de relevancia.

Apilado y lixiviacinEl mineral chancado se enva por correas transportadoras hacia el rea de apilamiento, donde es depositado en una pila de 2.100 metros de largo por 650 metros de ancho y una altura de 9 metros, para luego ser irrigado por goteo con una solucin de cido sulfrico al 4%. Posteriormente, la solucin cida es percolada. El cobre de los minerales sulfurados se recupera por lixiviacin bioqumica, utilizando bacterias naturales del mineral. La solucin obtenida se lleva a una piscina (PLS) y de all, por gravedad, hasta la planta de extraccin por solventes.Una vez lixiviado el material, se retira de la pila mediante un sistema de roto-pala y es depositado en el rea de pilas de ripios, donde permanecer hasta el cierre de la faena.

Extraccin por solventes (sx) y Electro-obtencinEn esta etapa del proceso, y luego de pasar por tanques y filtros, el cobre es transferido desde el rea de lixiviacin a una solucin purificada denominada electrolito, que luego pasa a la etapa siguiente de electro-obtencin.El electrolito es cargado en celdas de la planta de electro-obtencin, donde la corriente elctrica que circula entre las placas de nodos y ctodos induce al cobre a depositarse en los ctodos, obtenindose cobre de alta pureza. Una vez fuera de la planta, los ctodos son transportados va ferroviaria hacia el puerto de Antofagasta, desde donde son enviados a los destinos finales correspondientes.Organizar un conjunto de pilas de manera de ordenar el flujo de lquidos en forma seriada, para lograr un enriquecimiento progresivo de la solucin al pasar de una pila en otra.Etapas de la lixiviacin

Para que la lixiviacin tenga xito se tienen que considerar una serie de factores, siendo el primero asegurar la permeabilidad de la masa a lixiviar, de manera que el lquido lixiviante pase a travs de todo el material y que el contacto entre el agente lixiviante y el mineral sea el ptimo. El ptimo contacto entre el material y el agente lixiviante depende de los siguientes factores, los que deben ser considerados en todas las etapas del proceso:

La localizacin de los minerales a disolverVolumen del material y distribucin de tamaosrea expuestaSuperficie especficaTamao de partculasPorosidadPresin capilarRugosidad o aspereza de las superficies.Construccin de las pilas y apilamientoEl mineral aglomerado con cierta cantidad de cido y de agua (en kg/t) segn su mineraloga y su ganga, se acomoda en las pilas, que formarn los mdulos de riego, con superficie y altura determinadas, ngulo de reposo del mineral ya establecido, y con pendiente en dos sentidos:

Inclinacin lateral, para el drenajeInclinacin en sentido longitudinal, para la evacuacin de las solucionesA este material mineralizado apilado y preparado, se le determina la densidad aparente que vara segn su porcentaje de finos.

El apilamiento se puede realizar por distintos mtodos, entre ellos mediante un sistema de correas o mediante apiladores mviles.

Las pilas se cargan habitualmente entre 3 y 8 metros, sobre un sustrato impermeable, normalmente protegido con una membrana de plstico que puede ser de tipo polietileno de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LDPE), de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC), que puede tener desde 0,1 a 1,5 mm de espesor segn las exigencias de cada aplicacin.

Para ayudar a la recoleccin de las soluciones, se usan caeras de drenaje perforadas y canaletas abiertas.

De acuerdo con la utilizacin de las pilas se tienen:Pilas dinmicasdenominadas tambin de tipo "on-off", en las que el mineral se remueve, se enva a botadero despus de la lixiviacin y la base de la pila se puede reutilizar. Para las pilas dinmicas, se puede elegir cualquier configuracin que sea aceptable para la operacin de los equipos de carga y descarga, pero generalmente, se prefiere un rectngulo alargado. En el caso particular de las operaciones mayores, que presentan cierta rigidez con los equipos de transferencia de minerales, se ha preferido una configuracin rectangular doble (dos rectngulos paralelos y adyacentes) con semicrculos en los extremos, donde se forma la pista de giro de los equipos de carguo y de descarga.

Pilas permanentesen las que las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores, aprovechando o no la impermeabilizacin existente.La configuracin de una pila existente puede tener cualquier geometra segn las disponibilidades de espacio de cada lugar. Pero cuando no hay restricciones topogrficas, normalmente se usa una configuracin rectangular, en que una nueva capa slo se podr colocar cuando haya concluido la lixiviacin de la capa inferior que se debe cubrir.

Para el carguo del material se utiliza una variedad de sistemas segn el tamao de las instalaciones de cada faena.

En el caso de faenas pequeas que van desde 300 a 2.000 ton/da, como por ejemplo Dos Amigos y Punta del Cobre, hasta 5.000 y 10.000 ton/da, como Quebrada - Damiana en Salvador y Lince, en Michilla, se usan sistemas de camiones y apiladores de correa autopropulsados, evitando el uso de cargadores frontales, ya que destruyen los aglomerados. Este sistema de carguo se puede aplicar a pilas dinmicas y permanentes.

En faenas mayores, que van desde 10.000 y hasta 50.000 ton/da (Mantoverde, Cerro Colorado y Quebrada Blanca) se usan correas modulares articuladas (grasshoppers) que terminan en un apilador de correa o "stacker". En este caso la operacin puede ser realizada con pilas dinmicas o permanentes, sin restriccin.

Rotopala de capacidad nominal de 11.500 t/h.Sistema de traslacin sobre orugas.

En faenas an mayores, desde 75.000 a 150.000 ton/da (El Abra y Radomiro Tomic) donde se prefieren complejos sistemas apiladores sobre orugas alimentados con correas transportadoras estacionarias y mviles. Cuando se requiere mover el material ya lixiviado desde las pilas, por ser un sistema de pilas dinmicas, normalmente se utilizan recolectores tipo pala de rueda con capachos, conocidos como "rotopala" o "bucketwheel".

En estos casos de faenas mayores, se ha preferido en general el sistema de canchas de lixiviacin dinmicas por el excesivo tonelaje de mineral, puesto que obligara a un complicado movimiento permanente de avance de las correas alimentadoras, si se quisiera operar en pilas permanentes con avance continuo.

Pero en Zaldivar y en el proyecto de ripios aglomerados de Chuquicamata, estos equipos han operado con un apila de tipo permanente y, por lo tanto, no han requerido instalar el sistema recolector de la rotopala.Sistema de riego y recoleccin de soluciones

El material mineralizado y apilado debe ser regado con una solucin lixiviante, para lo cual se tiende la malla de riego, que cubre toda el rea.

El sistema de riego instalado permite distribuir las soluciones ya sea por medio de un sistema de goteros, que hasta pueden estar instalados bajo la superficie de las pilas cuando las condiciones son extremas (Quebrada Blanca a 4.400 msnm y temperaturas muy bajas) o por medio de aspersores tipo wobblers o sprinklers, dependiendo de la evaporacin y de la disponibilidad de agua de cada operacin. Los sistemas de riego pueden ser de dos tipos:

Caeras de irrigacin por goteo dispuestas en malla para obtener una tasa de goteo determinada, la que se expresa en

Aspersores tipo wobblers, en toda el rea, y tambin para cubrir las reas no irrigadas por el goteo.El sistema de riego implementado en la pila tiene la funcin de permitir la circulacin de tres tipos de soluciones: las soluciones de refino, la solucin intermedia y/o el agua.

Una vez que la solucin lixiviante llega a la superficie de la pila y del mineral se producen una serie de etapas secuenciales. Fundamentalmente, existe un proceso de difusin (transporte) y un ataque qumico sobre la superficie del mineral.

En la superficie del mineral tienen lugar las siguientes etapas:

Difusin de los reactivos (agente lixiviante, agente lixiviante o reductor, iones H+ o OH- en la superficie del mineral.Adsorcin de los reactivos sobre la superficie del mineral.Reaccin qumica entre los minerales y los reactivos.Desercin de los productos de la reaccin de la superficie del mineral.Difusin de los productos solubles en la solucin.La rentabilidad y eficiencia econmica del proceso de lixiviacin es funcin del grado de disolucin o del porcentaje de extraccin.Sin embargo, factor de ms importancia es el tiempo necesario para lograr una extraccin aceptable, es decir, la velocidad a la cual ocurre la disolucin del mineral.

Al inicio del proceso, se produce una rpida extraccin de mineral, posteriormente sta decrece al mnimo posible de obtener para un tamao de partcula dado. Esta disminucin puede deberse a varias causas como:

Disminucin de la superficie expuesta al ataque qumico, lo que a su vez puede explicarse por el menor el nmero de partculas a disolver o porque en ella se forman compuestos insolubles.Disminucin de la concentracin de reactivos.Aumento de la concentracin de minerales en la disolucin, lo que puede llegar a la saturacin.Disminucin del grado de lixiviacin en partculas porosas al aumentar la distancia desde el punto de difusin inicial.

Recoleccin de solucionesTransporte de soluciones. Faena Radomiro Tomic.

Al costado de cada pila se encuentran las canaletas de recoleccin de las soluciones. Estas canaletas estn divididas en dos secciones para poder conducir por gravedad, separada e independientemente las soluciones ricas pobres y en mineral lixiviado.

Las soluciones recogidas son llevadas primero a piscinas desarenadoras, para ser clarificadas y desde all fluyen a diferentes piscinas segn la calidad de la solucin:

piscina de solucin rica (PLS), que tiene una dimensin tal que permite conocer el tiempo de retencin de la solucin.piscina de solucin intermedia (ILS), que se utiliza para regar el aglomerado fresco y generar as PLS, segn corresponda.En la base de las pilas se instalan membranas impermeables (geomembranas de origen sinttico) fabricadas de un material variante del polietileno, que permite interceptar las soluciones que escurren desde lo alto de la pila y conducirlas a las canaletas de recoleccin. Sobre las membranas se instalan caeras perforadas de drenaje y una cubierta de grava drenante.

El control de la permeabilidad de la pila, es fundamental para evitar las fugas. Adems de las membranas o lminas de impermeabilizacin de polietileno, stas pueden ser fabricadas de los materiales arcillosos compactados que se encuentran en el propio terreno o a partir del suelo del patio el que se debe mejorar con aditivos qumicos o minerales.

El diseo de la alternativa ms conveniente de membrana o sistema de sellado es un desafo importante de la ingeniera y no debe hacerse slo por criterios econmicos o de permeabilidad, sino por otros factores como durabilidad, picado, resistencia a la corrosin y otras condiciones ambientales que deben requerir experiencia y conocimiento previo.

Se pueden disponen de membranas o sellados simples, dobles o triples, de acuerdo con el nmero de capas impermeables o membranas de igual o diferente tipo que se hayan utilizado. A continuacin se entrega una tabla de factores de seleccin del tipo de lminas.

Tipo de lminas

Materiales

Factores de seleccin

GeomembranasP.V.C.Polietileno de alta densidad (HDPE)Polietileno clorosulfurado (Butilo)Monmero dietilen-propileno (EPDM)Membrana industrial Chevron (CIM)Resina sinttica (Hypalon)Asfalto u hormign asfltico

Tipo material (espesor, resistencia, duracin)Material de apoyo y coberturaMtodo de colocacin y unin

Suelo natural o mejorado Suelo natural del sitioSuelo natural de otro lugarMezclas de suelo naturalesMezclas con bentonitasMezclas con aditivos minerales

Disponibilidad de materialesComposicin del suelo

Permeabilidad Tamao de granos Plasticidad Factibilidad de trabajoEstabilidad qumica

Construccin

Espesor de la lminaPreparacin /mezcladoCompactacin (reducir huecos, humedad ptima y espesor)

Proteccin

En el caso del cobre, los procesos hidrometalrgicos de lixiviacin producen en general dos tipos de soluciones:

Soluciones fuertes con contenidos de cobre en soluciones entre los rangos de 30 50 g/L que son aptas para entrar directamente al proceso posterior de electroobtencin.Soluciones dbiles cuyo contenido de cobre en solucin es menor a 10 g/L. Estas soluciones deben pasar por una etapa de concentracin va Extraccin por Solventes-Electroobtencin o simplemente ser tratadas por cementacin.

Lixiviacin de minerales de cobre

Los minerales de cobre en sus diferentes menas, se encuentran en la naturaleza asociados entre s y con otras especies mineralgicas, ms o menos diseminadas dentro de una roca matriz con la ganga correspondiente. Para el desarrollo de un proyecto de lixiviacin es necesario un conocimiento de las caractersticas del yacimiento y de la mena, y los factores que influyen en la lixiviacin.

En particular respecto a las caractersticas del yacimiento es importante considerar:

Su composicin mineralgica, por las interferencias que puedan producir en la lixiviacin las diferentes especies conteniendo o no cobre.Diseminacin de las especies: frecuencia y tamaos de los granosCarcter de la ganga, ya que ciertos minerales pueden estar dentro de una ganga carbonatada y consumir cido haciendo el proyecto inviable econmicamente.Caractersticas fsicas de la mena (cantidad de finos o lamas), as como sus propiedades de porosidad y permeabilidad, que son fundamentales en una lixiviacin esttica.Comportamiento de la roca en el chancado, en cuanto a crear o aumentar la fracturacin, exponiendo una mayor superficie al ataque qumico. Seleccin de agentes lixiviantes

Teniendo en cuenta las caractersticas del mineral, as como las reservas y el valor potencial del yacimiento, se selecciona el o los agentes lixiviantes ms idneos. Para ello se realizan diferentes caracterizaciones mineralgicas previas que permiten determinar los valores iniciales para realizar posteriormente las pruebas de laboratorio de lixiviacin en columnas unitarias.

El ideal sera elegir un solo agente qumico, que sea econmico y recuperable, y un ciclo de lixiviacin lo ms corto posible (ojal uno solo), para extraer un mximo de cobre y un mnimo de impurezas, lo cual es difcil en la mayora de los casos.

En la eleccin del proceso es fundamental conocer la cintica de la reaccin qumica que las influyen, mediante las diversas fases de investigacin en laboratorio. Para ello se hacen anlisis preliminares en botellas rotatorias y en columnas o vasijas, segn si el mineral es apto a la lixiviacin esttica o dinmica.

Por ltimo, al seleccionar previamente el agente lixiviante se debe considerar el proceso posterior de recuperacin del cobre a partir de la solucin madre. As, por ejemplo, si el lixiviante es el sulfato frrico, deben tenerse en cuenta los efectos perjudiciales del aumento de iones frricos en la solucin, para un posterior proceso de cementacin (alto consumo de chatarra) o electrodepositacin (mala eficiencia de corriente en electrlisis) o extraccin por disolventes (purificacin de hierro).

En la lixiviacin de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser cido sulfrico para minerales oxidados y sulfato frrico acidificado en medio oxidante, para minerales sulfurados.

Se distinguen dos casos:Lixiviante natural: producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos variables de cido, hierro e incluso cobre, segn la estacin del ao y zonas de produccin. Son las aguas de desage de minas.

Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato frrico suficiente, se controla tan slo el pH bajo (aadiendo cido sulfrico), para regular la acidez e impedir la precipitacin del hierro trivalente a hidrxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviacin. En caso de escasez de agua, se recircula parte de la solucin estril o se aportan aguas ms frescas de otras procedencias.

Lixiviante preparado: Se emplea el hierro trivalente en forma de sal cida (sulfato frrico), cuya concentracin en Fe3+ y cido se ajusta segn la investigacin y experiencia prctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser muy concentradas. El cido vara entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del 1%. En algunos casos hay una regeneracin del lixiviante en el propio proceso.Las soluciones estriles se recirculan o rechazan, con o sin depuracin. La recirculacin conlleva un aumento de compuestos tales como hierro, sulfatos, arsnico, cloro, cidos, etc. Este aumento, sobre todo en sustancias nocivas como el As, Cl, cidos, etc., puede ser perjudicial al proceso en s o en estados posteriores, por lo que debe efectuarse una depuracin o sangras, peridicamente.

Entre los agentes lixiviantes en la minera del cobre se cuentan agentes lixiviantes cidos y bsicos.

El agente lixiviante ms usado para minerales oxidados es el cido sulfrico, por lo que las soluciones que entran a electroobtencin son de CuSO4 H2SO4 ms impurezas, de modo que fundamentalmente se tienen iones de Cu+2, H+, SO4-2, SO+2.

La eleccin del agente qumico de lixiviacin va a depender de su costo, disponibilidad, estabilidad qumica, selectividad y grado de generacin de soluciones ricas en mineral, de tal forma que sea lo ms econmico y fcil de trabajar.

Agentes de lixiviacin ms utilizados

Tipo de agente

Ejemplos

cidos inorgnicoscido sulfricocido clorhdricocido ntrico

Bases hidrxido de amonio

Agentes

oxidantes oxgenoin frricoin cprico

Agentes complejantes amonacosales de amoniocianuroscarbonatoscloruros

En general, los minerales de cobre requieren una oxidacin previa para la posterior disolucin del metal. En el caso de los carbonatos y xidos de cobre slo se requerir un disolvente que es normalmente cido sulfrico, y en el caso de los sulfuros, un oxidante, cuya fuerza de oxidacin depender del tipo de sulfuro.

Al considerar el agente lixiviante, que suele constituir un costo importante del proceso, hay que tener en cuenta su disponibilidad (transporte), precio en planta, consumo y posibilidad de recuperacin. Igualmente las caractersticas corrosivas, por su influencia en los materiales de la planta industrial. Sin embargo, el aspecto ms importante es que el agente lixiviante tiene que ser efectivo y lo ms selectivo posible, para la disolucin del cobre del mineral a tratar. Las diferencias de las caractersticas de las menas son tan amplias, incluso dentro de una misma zona, que los principios qumicos establecidos slo pueden servir de gua para la seleccin del lixiviante.

Importante

Al momento de elegir el agente lixiviante es importante tener en cuenta la composicin mineralgica del material, tipo de ganga, tamaos de granos y diseminacin, contenido de azufre, presencia de carbonato, cloruros u otros constituyentes. Por lo que es necesaria la investigacin y la experiencia operativa, para seleccionar el lixiviante y obtener los datos necesarios para predecir el comportamiento de la lixiviacin.

Aplicacin de la solucin lixiviante

La lixiviacin propiamente tal se inicia con el riego por aspersin o goteo Los distintos sistemas de irrigacin, de aplicacin de la solucin, velocidades y efectos de la operacin de lixiviacin en vertederos, se pueden aplicar al sistema de lixiviacin en pilas, donde existe un mayor control de la operacin, con lo que se obtienen mejores resultados.

Para el logro de un resultado exitoso, es fundamental cuidar la distribucin de la solucin lixiviante a la mayor rea que sea posible, mediante un sistema de aspersin, y con la velocidad de aplicacin conveniente segn la adaptacin (permeabilidad) de la pila.

Si la solucin lixiviante se entrega de manera de aumentar la cantidad de lquido disponible en torno ellas, se trata de un sistema de riego no inundado o trickle-leaching, en el que al excederse los lmites de lquido correspondiente al estado capilar, se produce una suspensin slido/lquido. En ese momento ya no hay fuerzas para mantener las partculas en su sitio, los finos se desplazan, ocupando espacios entre las partculas mayores y, si hay arcillas, ambos factores cumplen un rol sellante, lo que conduce a un lecho inundado. Debe evitarse esta situacin, ya que para una buena operacin es esencial mantener una adecuada permeabilidad