Conceptos de lixiviacin de minerales

Antecedentes El cobre debido a su naturaleza qumica de la mena, se puede obtener por:

Pirometalurgia (minerales sulfurados) Hidrometalurgia (minerales oxidados)

Hidrometalurgia

La disolucin qumica es una propiedad que presentan muchos minerales frente a determinados sistemas acuosos conteniendo cidos.

Diagrama conceptual de un proceso hidrometalrgico de cobre

Chancado Clasificacin

Lixiviacin

Extraccin Por Solvente

Electro Obtencin Ctodos de Cobre

Curado Aglomerado

Del punto de vista de interacciones tenemos el siguiente diagrama

1.- FUNDAMENTOS EN LA LIXIVIACIN DE COBRE 1.1 Introduccin El proceso de lixiviacin, es una etapa fundamental en un proceso hidrometalrgico que involucra la disolucin del metal a recuperar desde una materia prima slida, en una solucin acuosa, mediante la accin de agentes qumicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separacin del metal contenido en la fase slida, de sus acompaantes no solubles. En la hidrometalurgia del cobre, dada la variedad de sustancias slidas que contienen cobre, factibles de beneficiar por lixiviacin, complican la extensin de los fundamentos del sistema lixiviante (slidos-agentes extractantes-mtodos). Las materias primas pueden clasificar en dos grupos segn su origen: Fuentes Primarias: Menas extradas de yacimientos. Fuentes secundarias: Desechos de procesos. Chatarra metlica. Basura domstica. Efluentes de plantas. Las fuentes primarias son las menas naturales las cuales pueden ser menas nativas, oxidadas, o menas sulfuradas, de acuerdo a la composicin mineralgica y contenido de cobre. En una clasificacin ms detallada desde el punto de vista qumico, la fase slida a lixiviar presenta tres clases: Cobre metlico: Metal nativo. Chatarras. Productos de cementacin. Barros andicos. Cobre Oxidado: Menas oxidadas. Calcina de tostacin. Ndulos marinos polimetlicos. Cobre Sulfurado: Menas sulfuradas. Matas cuprferas. Productos sulfurados. Lgicamente que las fuentes de mayor importancia para la extraccin de cobre las constituyen las menas oxidadas y sulfuradas. Aunque el tratamiento de menas sulfuradas es comnmente realizada por flotacin-pirometalurgia, la va hidrometalurgia permite recuperar cobre contenido en las menas mixtas o sulfuradas de baja ley acumuladas en los botaderos de los tajos en explosin minera o en el mismo yacimiento (in-situ).

1.2 Agentes lixiviantes La seleccin del agente qumico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad qumica, selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperacin del cobre de la solucin acuosa en forma econmica. Desde el punto de vista qumico los agentes utilizados en la lixiviacin del cobre se clasifican en: cidos inorgnicos: cido sulfrico cido clorhdrico cido ntrico Bases: Hidrxido de amonio Agentes oxidantes: Amoniaco, Sales de amonio, Cianuros, Carbonatos, Cloruros Agentes acomplejantes: Amoniaco, Sales de amonio, Cianuros, Carbonatos, Cloruros El cido sulfrico es el agente lixiviante ms ampliamente utilizado en la lixiviacin del cobre, por las razones de cualidad qumica, costo de fabricacin y disponibilidad. Una fuente de produccin de cido sulfrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polucin y obtener cido como subproducto a un costo relativamente bajo. El consumo de cido sulfrico es un tem 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 cido, (segn la mena). El consumo de cido absorbe de un 20 a 40% del costo de produccin unitario. El oxgeno atmosfrico y el in frrico producido por accin bioqumica sobre minerales, son los agentes oxidantes ms econmicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre. 1.3 Mtodos de lixiviacin En la industria se practican varios mtodos para contactar la fase slida con la solucin acuosa extractante en un espacio confinado. La seleccin del mtodo de lixiviacin depende de: Caractersticas fsicas y qumicas de la mena. Caracterizacin mineralgica. Ley de la mena. Solubilidad del metal til en la fase acuosa. La cintica de disolucin. Magnitud de tratamiento. Facilidad de operacin. Reservas de mineral. Capacidad de procesamiento. Costo de operacin y capital. Rentabilidad. La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de mtodos para lixiviarlos, entre estos tenemos:

Lixiviacin in-situ. Lixiviacin en botaderos. Lixiviacin en pilas. Lixiviacin reactores agitados. Lixiviacin en autoclaves o reactores a presin. El detalle de los mtodos se describe en la Tabla 1.1.

Tabla 1.1 Resumen de tcnicas de lixiviacin

Rango de Aplicaciones y

Resultados Mtodos de lixiviacin

En Botaderos En pilas Percolacin Agitacin

Ley del mineral Baja ley Baja-media Media-alta Alta ley Tonelaje Grande Gran a mediano Amplio rango Amplio rango Inversin Mnima media Media a alta alta

Granulometra Corrido de mina Chancado grueso Chancado medio Molienda hmeda

Recuperaciones tpicas

40 a 50% 50 a 70% 70 a 80% 80 a 90%

Tiempo de tratamiento

Varios aos Varias semanas Varios das horas

Soluciones Diluidas 1-2 g/L Cu

Diluidas 1-2 g/L Cu

20-40 g/L Cu 5-15 g/L Cu

Problemas principales en su aplicacin

-Recuperacin incompleta. -Reprecipitacin de Fe y Cu. -Canalizaciones Evaporacin. -Evaporacin. -Prdida de soluciones Soluciones muy diluidas.

-Recuperacin incompleta requiera de grandes reas. -Canalizaciones. -Re-precipitacin -Evaporacin. -Soluciones diluir.

-Bloqueo por finos. -Requiere de ms inversin. -Manejo de materiales. -Necesita de mayor control en la planta.

-Molienda. -Lavado en contracorriente -Tanque de relaves -Inversin muy alta -Requiere abundante agua. -Control de la planta es ms sofisticado.

1.4 Cintica de la lixiviacin La termodinmica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reaccin qumica en ciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reaccin a ocurrir. Sin embargo, la termodinmica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema proceder hacia el equilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cintica por lo tanto nos dar informacin muy valiosa, tanto para la ingeniera de un proceso, como para predecir velocidades en una gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr un rendimiento ptimo en el menor tiempo posible. En general, un estudio cintico puede aportar dos tipos de informacin importantes para:

Diseo de quipos y proceso. Determinacin de mecanismos.

Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser ste manejable en la prctica, es muy importante en todo proceso metalrgico, pero en hidrometalurgia es un apoyo fundamental por varias causas: Los procesos hidrometalrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior. Las reacciones son de carcter heterogneo. En general, los proceso hidrometalrgicos aplicados son lentos. El mecanismo de reaccin entre un slido y una solucin involucra las siguientes etapas consecutivas: 1. Disolucin de reactantes gaseosos en la solucin acuosa (si los hubiera). 2. Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase slido-lquido. 3. Transporte de los reactantes a travs de una capa producto o ganga de mineral hacia la superficie de reaccin (difusin: poros; slido). 4. Reaccin qumica de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorcin; qumicas; electroqumicas). 5. Transporte de los productos solubles a travs de la capa producto hacia la superficie slido-lquido. 6. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solucin. Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa slida producto o el mineral no est bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas es proporcional al rea de interfase slido-lquido y del rea de reaccin, que en algunos casos puede coincidir. Tambin la etapa ms lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puede implicar un control, qumico o por transporte. Los factores que afectan la cintica de las reacciones heterogneas de lixiviacin son numerosos, destacndose: Temperatura. Geometra, tamao, porosidad del slido. Formacin producto slido o no. Tipo de control. Naturaleza reaccin qumica. Concentraciones de los reactantes y productos solubles. Reacciones laterales ocurrentes.

1.5 Lixiviacin xidos de cobre

1.5.1 Aspectos tericos de la lixiviacin en pilas

La lixiviacin es un proceso hidrometalrgico que consiste en la recuperacin en forma inica de metales valiosos (Cu, Zn, Au, etc.) de los minerales primarios y/o secundarios. La recuperacin se efecta por reacciones inicas de disolucin efectuadas a condiciones de temperatura ambiente por intermedio de soluciones acuosas.

Iones: Materia con carga elctrica que se obtiene al disolver un compuesto qumico. Pueden ser de dos clases, con carga positiva o cationes Cu+2, Fe+3, H+, Na+, etc. y con carga negativa o aniones SO4-2, NO3-, CO3-2, etc.

Solucin acuosa (fase acuosa): Es una mezcla lquida de agua con algn compuesto qumico cido o bsico disuelto en ella que permiten contener iones metlicos.

La fuente principal de las materias primas, para la lixiviacin son los minerales. Estos pueden ser minerales oxidados y minerales sulfurados.

A continuacin daremos a conocer algunos conceptos del proceso de lixiviacin.

Minerales oxidados. Minerales sulfurados. Lixiviacin de xidos. Lixiviacin de sulfuros. Ganga de minerales. Condiciones ptimas para la lixiviacin de cobre. La escala de pH.

1.5.2 Minerales oxidados

Los minerales oxidados y carbonatos son usualmente encontrados cerca de la superficie en las minas de tajo abierto, estos se forman debido a la descomposicin y alteracin de minerales sulfurados primarios.

Los xidos metlicos son fcilmente solubles en medio cido, los principales minerales oxidados de cobre son:

Tabla N 1.2

FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA Crisocola CuSiO3 Malaquita CuCO3 . Cu (OH)2

Azurita 2CuCO3 . Cu(OH)2 Cuprita Cu2O Tenorita CuO

1.5.3 Minerales sulfurados

En las minas de tajo abierto los minerales sulfurados se encuentran por debajo de la capa de xidos, y por lo tanto no han sufrido cambios por efectos del medio ambiente, su tratamiento generalmente se realiza por operaciones tradicionales de chancado, molienda, flotacin, fundicin y electrorefinacin, sin embargo la tcnica de lixiviacin bacterial, permite la extraccin del cobre de estos minerales de baja ley.

Los principales minerales sulfurados son: Tabla N 1.3

FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA Calcopirita CuFeS2

Bornita Cu5FeS4 Calcosita Cu2S Covelita CuS

1.5.4 Lixiviacin de xidos

Los minerales oxidados contienen minerales de cobre y minerales de ganga o sin valor comercial. El cobre se encuentra en forma de silicatos de cobre o crisocola y en forma de carbonatos de cobre como malaquita y azurita, tambin se encuentra pequeas cantidades de sulfatos de cobre tales como la calcocita y la chalcopirita.

Los xidos se caracterizan principalmente por tener como ganga una matriz o roca madre de carbonatos (caliza), que son consumidores de cidos y tienen un alto contenido de arcilla que dificulta la percolacin de la solucin durante la lixiviacin en pilas.

La crisocola, un hidroxisilicato con una estructura cristalina abierta, se lixivia rpidamente en cido sulfrico (H2SO4) de acuerdo a la siguiente reaccin:

CuSiO3 . 2H2O + H2SO4 + 2H20 Cu+2 + + 5H2O + SiO2

El Cu+2 es el in cprico, el principal estado del cobre cuando este se disuelve en solucin. Los iones en la solucin pueden tener cargas positivas, tales como el in cprico (Cu+2) o cargas negativas, tales como el in sulfato (SO4-2).

Al igual que la crisocola, la malaquita, la azurita se lixivia bastante rpido en cido sulfrico las reacciones qumicas para este proceso de lixiviacin son las siguientes:

Malaquita

Cu2(OH)2CO3 + 2H2SO4 + 7H2O

2CuSO4 + 10H2O + CO2

Azurita

Cu3(OH)2(CO3)2 + 3H2SO4 + 11H2O

3CuSO4 + 15H2O + 2CO2

1.5.5 Lixiviacin de sulfuros

Los minerales sulfurados contienen minerales de cobre y se forman durante largos periodos de tiempos geolgicos mediante la lixiviacin parcial de la calcopirita (Cu Fe S2), conocida como sulfuro primario.

El cobre que se encuentra en la calcosita y covelina se puede disolver en la solucin de lixiviacin en la forma de in cprico (Cu +2) mediante una reaccin con in frrico (Fe+3) que es uno de los agentes oxidantes mas poderosos que se conocen.

La covelina se lixivia con solucin de cido sulfrico de acuerdo a la siguiente reaccin.

Cu2S + 4Fe+3 +

2Cu+2 +

+ S0

1.5.6 Ganga de minerales

Los minerales de cobre ocupan una pequea porcin del total del volumen de roca en Tintaya. La mayor porcin de la roca contiene varios complejos de alumnicos-silicatos, carbonatos que es el desmonte o ganga del mineral.

1.6 Efecto de la ganga en los sistemas de lixiviacin

La silico-ganga asociada a los minerales de cobre influyen en el sistema en base a: Mayor consumo de cido. Disolucin y precipitacin de impurezas.

Menor cintica de lixiviacin. Caractersticas de escurrimiento de lechos percolantes. Prdida de cobre.

Algunos aspectos geoqumicos de las gangas

Feldespastos, especie de la familia de los silicatos; son minerales formadores de roca primarias gneas y su cristalizacin es asociada a la cristalizacin del magma. Arcilla, aluminosilicatos hidratados; formados por descomposicin y alteracin de feldespatos, y por lo tanto, de carcter secundario. Todas las reacciones de disolucin de las silico-gangas en medio cido consumen cido sulfrico, y por lo tanto inciden en un aumento del consumo neto del reactivo en el sistema.

Gangas asociadas a la anortita, ortoclasa, montmorillonita, esmectita, illita, albita, incorporan agua en su estructura y podra ello derivar en complejas operaciones, tales como: Tabla N 1.4

Tcnicas de lixiviacin Fenomenologa Problema operacional

Agitacin Tixotropa Dificultad en la separacin slido-lquido

Pilas Higroscopa Estabilidad de pilas

El swelling (hinchamiento de cierto tipo de arcilla por absorcin de agua y solutos), genera serios problemas de escurrimiento hidrulico en los lechos respectivos.

1.7 Condiciones ptimas para la lixiviacin de cobre

Dentro de las principales zonas marcadas en el diagrama mostrado en la Figura 1.1, los diferentescestados qumicos del cobre son mostrados como estables. Esto simplemente significa que la forma dada del cobre puede existir en las

condiciones de pH (es el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrgenos de la solucin) y Eh mostrados en los ejes del diagrama. Por ejemplo, en un pH de 8,0 el cobre puede existir ya sea como CuO como Cu(OH)2 , para adquirir Eh (es el potencial de oxidacin o reduccin de las reacciones involucradas) entre 0,2 voltios y 0,75 voltios. En un Eh de 0,2 voltios el CuFeS2 puede existir entre valores de pH de 0,0 y aproximadamente 8,25. El Eh es una medida (en voltios) de la fuerza de oxidacin de una reaccin particular. El pH es una medida de acidez que ser explicada posteriormente en su principio.

En los dos principales estados metalrgicos del cobre esta la crisocola CuSiO3 y malaquita CuCO3.Cu(OH)2. Para obtener el cobre en un estado en donde se disuelva en la solucin de lixiviacin, es necesario formar Cu+2.

Del diagrama, el CuO y el Cu (OH)2 se convierten en Cu+2 si el pH es disminuido por debajo de 5,4 (encima de un Eh de 0,4). En efecto, esto es exactamente lo que ocurre cuando la adicin de solucin de lixiviacin disminuye en pH. Cuanto menor sea el valor de pH de 5,4 el CuO y el Cu(OH)2 llegan a ser menos estables y mayor es el porcentaje de CuO y Cu(OH)2 que se convierte a Cu+2. El porcentaje

de conversin es el porcentaje de cobre recuperado. El CuCO3 sigue el mismo proceso general, no mostrado en este diagrama.

En lenguaje prctico, el pH efectivo para la pila de lixiviacin est en el rango de 0,5 a 3,0 y con un Eh por encima de 0,6 voltios para conseguir una lixiviacin homognea.

Figura 1.1 Condiciones necesarias para la lixiviacin en pilas de mineral de cobre

La escala de pH

El pH en una solucin expresa su acidez o alcalinidad relativa en una escala de 0 al 14 (vase la Figura 1.2 ). El pH expresa la concentracin del in hidrgeno (H+). El agua destilada pura tiene un valor de pH de 7 y es considerado como neutro (ni cido ni alcalino). Los valores de pH que disminuyen de 7 a 0 indican un aumento de acidez, y los valores de pH que aumentan de 7 a 14 indican un aumento de alcalinidad. Cada unidad en la escala de pH representa un cambio de 10 por gradiente en la concentracin. Por ejemplo, una solucin de pH de 1 es 10 veces ms cida que una solucin de pH 2. Sin la escala de pH, expresar la concentracin de los iones hidrgeno requiere nmeros tales como 0.0 a 0.00000000001 gramos por litro. El conteo de ceros o el uso de

una notacin cientfica hacen que el valor de dichos nmeros llegue a ser rpidamente inmanejable. Mientras que la definicin formal del valor del pH llega a ser bastante til, observe los valores de pH de algunas soluciones y materiales ms comunes que estn listados a continuacin:

Tabla N 1.5

SOLUCIONES pH

cido sulfrico (H2SO4) para lixiviacin de cobre. 1,0 Jugo gstrico humano (estmago). 1,0 3,0 Gaseosas. 2,0 4,0 Naranjas. 4,0 5,0 Cerveza. 4,5 5,0 Pltanos. 4,5 4,7 Harina de cereales. 5,0 6,5

Leche de vaca. 6,3 6,6

Agua potable. 6,4 8,0 Sangre humana. 7,3 7,5 Huevos de gallina. 7,6 8,0 0,1 N bicarbonato de sodio (NaHCO3). 8,4 0,1 N cianuro de sodio (NaCN) para lixiviacin de oro. 11,0 0,1 N hidrxido de sodio (NaOH). 13,0

Figura 1.2 La escala de PH

1.7 Agentes lixiviantes

La seleccin del agente qumico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad qumica, selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperacin del cobre de la solucin acuosa en forma econmica. Desde el punto de vista qumico los agentes utilizados en la lixiviacin del cobre se clasifican en:

cidos inorgnicos:

cido sulfrico cido clorhdrico cido ntrico

Bases:

Hidrxido de amonio

Agentes oxidantes:

Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros

Agentes acomplejantes:

Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros

El cido sulfrico es el agente lixiviante ms ampliamente utilizado en la lixiviacin del cobre, por las razones de cualidad qumica, costo de fabricacin y disponibilidad. Una fuente de produccin de cido sulfrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polucin y obtener cido como subproducto a un costo relativamente bajo.

El consumo de cido sulfrico es un tem 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 cido, (segn la mena). El consumo de cido absorbe de un 20 a 40% del costo de produccin unitario.

El oxgeno atmosfrico y el in frrico producido por accin bioqumica sobre minerales, son los agentes oxidantes ms econmicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre.

1.8 Mtodos de lixiviacin

En la industria se practican varios mtodos para contactar la fase slida con la solucin acuosa extractante en un espacio confinado. La seleccin del mtodo de lixiviacin depende de:

Caractersticas fsicas y qumicas de la mena. Caracterizacin mineralgica. Ley de la mena.

Solubilidad del metal til en la fase acuosa. La cintica de disolucin. Magnitud de tratamiento. Facilidad de operacin. Reservas de mineral. Capacidad de procesamiento. Costo de operacin y capital. Rentabilidad.

La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de mtodos para lixiviarlos, entre estos tenemos:

Lixiviacin in-situ. Lixiviacin en botaderos. Lixiviacin en pilas. Lixiviacin reactores agitados. Lixiviacin en autoclaves o reactores a presin.

El detalle de los mtodos se describen en la siguiente tabla Tabla 1.6

Resumen de tcnicas de lixiviacin

Rango de Aplicaciones y

Resultados Mtodos de lixiviacin

En Botaderos En pilas Percolacin Agitacin

Ley del mineral Baja ley Baja-media Media-alta Alta ley

Tonelaje Grande Gran a mediano Amplio rango Amplio rango

Inversin Mnima media Media a alta alta

Granulometra Corrido de mina Chancado grueso

Chancado medio

Molienda hmeda

Recuperaciones tpicas

40 a 50% 50 a 70% 70 a 80% 80 a 90%

Tiempo de tratamiento

Varios aos Varias semanas Varios das horas

Soluciones Diluidas 1-2 g/L Cu

Diluidas 1-2 g/L Cu

20-40 g/L Cu 5-15 g/L Cu

Problemas principales en su aplicacin

-Recuperacin incompleta.

-Reprecipitacin de Fe y Cu.

-Recuperacin incompleta requiera de grandes reas.

-Canalizaciones.

-Bloqueo por finos.

-Requiere de ms inversin.

-Manejo de

-Molienda.

-Lavado en contracorriente

-Tanque de

-Canalizaciones

Evaporacin.

-Evaporacin.

-Prdida de soluciones

Soluciones muy diluidas.

-Re-precipitacin

-Evaporacin.

-Soluciones diluir.

materiales.

-Necesita de mayor control en la planta.

relaves

-Inversin muy alta

-Requiere abundante agua.

-Control de la planta es ms sofisticado.

1.9 Cintica de la lixiviacin

La termodinmica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reaccin qumica en ciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reaccin a ocurrir. Sin embargo, la termodinmica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema proceder hacia el equilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cintica por lo tanto nos dar informacin muy valiosa, tanto para la ingeniera de un proceso, como para predecir velocidades en una gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr un rendimiento ptimo en el menor tiempo posible.

En general, un estudio cintico puede aportar dos tipos de informacin importantes para:

Diseo de quipos y proceso. Determinacin de mecanismos.

Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser ste manejable en la prctica, es muy importante en todo proceso metalrgico, pero en hidrometalurgia es un apoyo fundamental por varias causas:

Los procesos hidrometalrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior. Las reacciones son de carcter heterogneo. En general, los proceso hidrometalrgicos aplicados son lentos.

El mecanismo de reaccin entre un slido y una solucin involucra las siguientes etapas consecutivas:

1. Disolucin de reactantes gaseosos en la solucin acuosa (si los hubiera). 2. Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase slido-lquido. 3. Transporte de los reactantes a travs de una capa producto o ganga de mineral hacia la superficie de reaccin (difusin: poros; slido). 4. Reaccin qumica de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorcin; qumicas; electroqumicas).

5. Transporte de los productos solubles a travs de la capa producto hacia la superficie slido-lquido.

6. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solucin.

Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa slida producto o el mineral no est bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas es proporcional al rea de interfase slido-lquido y del rea de reaccin, que en algunos casos puede coincidir. Tambin la etapa ms lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puede implicar un control, qumico o por transporte. Los factores que afectan la cintica de las reacciones heterogneas de lixiviacin son numerosos, destacndose:

Temperatura. Geometra, tamao, porosidad del slido. Formacin producto slido o no. Tipo de control. Naturaleza reaccin qumica. Concentraciones de los reactantes y productos solubles. Reacciones laterales ocurrentes.

2.1. Cintica de lixiviacin

Tomando en como ejemplo la disolucin Copper Wad

CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O

Se observa que el cobre que se encuentra formando una red cristalina en estado slido, por intermedio de la reaccin qumica de cido que ataca el mineral, ste se transfiere ( pasa) de una fase acuosa a una fase lquida, ahora como electrolito Cu++ .

Solucin

Ncleo de mineral no

reaccionado

Estado en tiempo t

Pelcula de

Zona Porosa

Reaccionada

Cu2

H+ CuO

Estado Inicial

2.0 LIXIVIACIN XIDOS DE COBRE

Los minerales oxidados son el producto de la degradacin de un depsito o zona originalmente sulfurado, la cual se alter por accin del oxigeno, aguas freticas, bio-oxidacin, etc.

En general la cintica de lixiviacin de los xidos de cobre es dependiente de la actividad de los iones hidrgeno en el sistema acuoso. El rea de la superficie de reaccin, geometra, tamao, formacin producto de reaccin insoluble, tambin afectan la cintica. La disolucin de xidos de cobre normalmente no requiere la presencia de un agente oxidante para que se de una reaccin de oxidacin-reduccin. Una excepcin, es la disolucin de cuprita (xido cuproso) en soluciones cidas.

En ausencia de oxgeno o u otro oxidante la reaccin es:

+

+ +

En presencia de oxgeno, la cuprita reacciona para formar iones cpricos en solucin:

+ +

+

En presencia de un in frrico:

En el caso de la crisocola, Pohlman y Olson determinaron que la disolucin obedece al modelo del ncleo reducido con un control mixto.

La capa de slice es una barrera para la difusin del extractante, la otra es la reaccin qumica en el frente mvil.

Los sulfatos bsicos de cobre, los cloruros y carbonatos presentan alta velocidad de disolucin comparada con la crisocola y la cuprita, al lixiviarlas con cido.

Considerando los xidos incluidos en la roca matriz formando un fragmento de mena, para la cintica es fundamental las siguientes caractersticas:

Tamao fragmentos. Modo ocurrencia de los minerales tiles. Porosidad de los fragmentos. Reactividad de la ganga. Composicin minerales tiles. Ley de cobre. Forma de contactar los fragmentos slidos con la fase acuosa cida. Concentracin de cido en la solucin.

La porosidad de los fragmentos es muy importante para la cintica de lixiviacin con trozos gruesos, la presencia de grietas, capilares, poros abiertos en la roca afectan la velocidad de penetracin de la solucin acuosa. Sullivan, determin, que la accin capilar de penetracin junto a la solubilidad del gas que llena los poros en el lixiviante, son los dos factores ms importantes para el transporte de la solucin acuosa a travs del volumen del fragmento.

Para Sullivan, el tamao del fragmento es la variable primaria confiable que afecta la velocidad de penetracin de la solucin. El chancado de menas no slo reduce la distancia que debe ser penetrada, si no que tambin incrementa el nmero de pasajes disponibles para la entrada de la solucin por creacin de grietas, fisuras microcpicas, micro-capilares. Cuando los pasajes estn completamente llenos de agua, el transporte del extractante a los sitios de ataque slo se realiza por difusin en el medio lquido lo que es un proceso lento. Las reacciones de los xidos de cobre ms comunes al lixiviarlos con cido son:

Azurita:

Malaquita:

Atacamita:

Crisocola:

Brocantita:

Tenorita:

Cuprita:

2.1 xidos refractarios:

Dentro de las materias minerales como recursos para extraer cobre, hay dos casos que son de alto inters de anlisis por su problemtica y desafo que presentan, estos son:

Menas de cobre de yacimientos tipo exticos. Ndulos marinos polimetlicos.

Las caractersticas comunes de estos recursos cuprferos para su procesamiento hidrometalrgico son:

Refractariedad a la lixiviacin cida tradicional. No presentacin de especies mineralgicas de cobre separadas, sino formando

mezclas amorfas de xidos metlicos hidratados. Presencia de xido de manganeso tetravalente como fase que contiene al cobre

oxidado distribuido.

La ganga consiste de varios minerales arcillosos (caoln, montmorillonita, clorita, slice, etc.).

Facilidad de conminucin (Wi = 7 Kwh. / ton).

Pincheira y colaboradores, determinaron las propiedades fsico-qumicas de los minerales y su incidencia en la lixiviacin y electroobtencin, observndose que en cuanto a la extraccin de cobre es ms importante el grado de alteracin de la roca que la especie mineralgica de cobre predominante (atacamita, crisola, Koper wad, Koper pictch).

Clasificacin geolgica % Caoln %Extruccin cobre

Frescos 5 85

Alteracin leve 5-10 77

Alteracin parcial 15-20 60

Alterados 20-40 37

Para las muestras alteradas, se estima que la refractariedad se debe al Koper wad por micas y arcillas portadoras de cobre.

Las lixiviaciones cido-reductoras , muestran una mayor extraccin del cobre, por disolucin del manganeso a travs de un mecanismo redox.

En el caso de los ndulos polimetlicos, a pesar de ser porosos (60%) y con una superficie especfica de alrededor de 200 (m/g), su lixiviacin cida directa a baja temperatura es lenta. Dado sus contenidos en manganeso, se han propuesto mtodos para disolver la matriz de manganeso tetravalente, mediante pretratamiento de reduccin trmica, lixiviacin cida-reductora, lixiviacin con HCl. Todos los avances logrados en lixiviacin de ndulos estimaron disolver el Ni, Cu y Co contenidos y no el manganeso.

2.2 Lixiviacin de sulfuros

La lixiviacin de sulfuros de cobre se caracteriza por:

Requerir condiciones oxidantes. Dado el carcter de buenos conductores electrnicos de los sulfuros, principalmente la cintica de disolucin de ellos, est controlada por procesos electroqumicos. Cintica menor comparada con xidos. Interaccin con actividad bacterial Formacin de fases slidas intermedias durante la lixiviacin.

La extraccin hidrometalrgica del cobre a partir de sulfuros, actualmente se realiza para menas de baja ley, por mtodos que utilizan la accin bioqumica y de largo tiempo de ataque (in-situ; botaderos). El procesamiento hidrometalrgico de sulfuros de alta ley o concentrados de flotacin no ha logrado competir econmicamente con la va flotacin fundicin.

Los sistemas lixiviantes de sulfuros de cobre son numerosos, pero comercialmente escasos, para presentar el comportamiento de los sulfuros de cobre en forma ms concisa, analizaremos las especies ms comunes.

2.2.1 Covelita

La disolucin de covelita en sulfato frrico-cido, se ha postulado como

La velocidad de disolucin, est controlada por la reaccin qumica y la concentracin de ejerce un pronunciado efecto sobre la velocidad solamente hasta el mximo de 0,005 M.

La disolucin con soluciones de H2SO4 - O2 es ms lenta que con soluciones de sulfato frrico.

2.2.2 Calcocita

Sullivan en 1930, determin que la disolucin de calcocita en soluciones de sulfato frrico, se realiza en dos etapas.

La reaccin global es:

Sullivan, observ que el azufre elemental no fue formado hasta que la extraccin alcanzara alrededor de 50% de cobre, esto indica que la reaccin de la primera etapa es muy rpida comparada con la segunda. Varios estudios posteriores han establecido:

El producto CuS no es covelita normal. La etapa inicial es rpida con una energa de activacin baja y control por transporte

en la fase acuosa. La segunda etapa est controlada qumicamente.

2.2.3 Bornita

Su disolucin por debajo de 40 C con , se realiza por dos etapas, siendo la primera mucho ms rpida, termina con la disolucin del 28% del cobre, la segunda es lenta y prcticamente se detiene cuando un 40% del Cu ha sido extrado. A temperaturas mayores, las dos etapas se presentan, la rpida hasta 40% de extraccin y la lenta hasta disolucin total.

Ugarte, propone el mecanismo a temperatura > 40% C

Etapa 1:

Etapa 2:

2.2.4 Calcopirita

Es el mineral de cobre ms comn y refractorio a la disolucin relativamente comparado con otros sulfuros. Por lo anterior, numerosos estudios de cintica y procesos de lixiviacin se han realizado, sin embargo, varios aspectos de la disolucin de la calcopirita no estn completamente resueltos cuando se utiliza in frrico.

Las conclusiones obtenidas en la disolucin con in frrico a pesar de no haber consenso, coinciden en:

o La disolucin se realiza por la reaccin:

o Cintica parablica y control por transporte a travs de la capa producto de azufre o Cuando se emplea sulfato frrico, la velocidad de disolucin es directamente

proporcional a la concentracin de hasta 0,01 M. o En el caso de cloruro frrico, la velocidad depende de la concentracin del in frrico. o Las soluciones de cloruro frrico son ms extractantes que las de sulfato, cualidad que

es ms presentable cuando la temperatura est sobre 50 C. o La energa de activacin es alta. o Todos los autores, expresan que la calcopirita es relativamente refractaria para

lixiviarse.

Para la etapa controlante, se han sugerido varias teoras:

Bauer y Beckstead, consideran la etapa controlante a la difusin de a travs de la capa producto . Dutrizac, estima lo anterior para una concentracin de 0,01 M , para mayores valores el

control es debido a la difusin de iones . Muoz, ha propuesto ltimamente que el control es por el transporte de electrones por la capa producto de azufre y el mecanismo siguiente:

Reaccin Andica:

Reaccin Catdica:

3.0 Lixiviacin en pilas

3.1. Aspectos tericos de la lixiviacin en pilas

En ste proceso el mineral de cobre es tratado con soluciones cidas diluidas, distribuidas en la superficie de la pila a una determinada tasa de riego, expresada en litros por unidad de tiempo y por m2 de superficie de pila, limitada por la percolabilidad del material, esto es, por la capacidad del mineral chancado a una granulometra dada, para drenar la solucin alimentada en sta superficie por los regadores, sin inundarse o formar capas freticas en el interior del montn de mineral.

Durante el paso a travs del mineral, el cido se consume en el ataque de la mena y de la ganga, incorporando a la fase acuosa las especies solubles para que sean evacuadas por la canaleta recolectora ubicada en el frente de su base.

Las fuerzas que regulan el fenmeno y por lo tanto la velocidad de reaccin en la interfase slido-lquido, deben ser parte de un movimiento hidrulico del tipo capilar y slo en segunda instancia de uno de carcter gravitatorio, debido a que la lixiviacin en pilas tiene en si una cintica lenta, comparada con procesos del mismo tipo que trabajan con lechos inundados (lixiviacin por percolacin y agitacin) y por el grado de conminucin a que es sometido el mineral. La solucin debe mojar toda la roca para que pueda penetrar en todo los poros.

Se entender como ciclo de lixiviacin de una pila o mdulo, el tiempo medido en das o meses, en que un mineral es depositado en una cancha de lixiviacin y es sometido a las siguientes operaciones:

Lixiviacin o regado con solucin lixiviante. En las pilas de tipo dinmico, se pueden distinguir un riego rico y un riego intermedio.

Lavado con agua. Esta etapa se realiza con el fin de disminuir la impregnacin de solucin qumicamente activa, ya sea porque contiene un elemento valioso en solucin, o, porque contiene un lixiviante peligroso.

Drenaje. El ripio antes de retirarlo, en el caso de una pila renovable, o de abandonarlo en el caso de una pila permanente, es dejado en reposo para que percole la cantidad de solucin contenida entre los lmites de humedad de precolacin y de humedad de impregnacin del material.

Carga y descarga. En el caso de pilas renovables, involucra el tiempo de construccin de la pila y su remocin.

3.2 Clasificacin de los tipos de pilas

3.2.1 Respecto al piso

Una primera clasificacin de las pilas es de acuerdo con el piso que pueden tener, de acuerdo a:

3.2.1.1 Pila renovable

Su piso es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviacin se retira el ripio, para reemplazarlo con material fresco.

Campo de aplicacin:

Minerales de alta ley, alta recuperacin, rpida cintica de lixiviacin, apropiadas para lixiviacin de menas primarias.

Caractersticas generales:

Pilas relativamente bajas para permitir una rpida carga y descarga del material, de granulometra fina y la altura se define por el sistema de carguo y por la concentracin de las soluciones a obtener.

3.2.1.2Pila Permanente

Su piso no es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviacin no se retira el ripio, sino que se abandona.

Campo de aplicacin:

Minerales de baja ley, baja recuperacin, lenta cintica, lixiviacin secundaria de ripios y amplio espacio disponible.

Caractersticas generales:

Pilas elevadas para lograr una alta densidad de carga por m de pila, granulometra alta, diseadas para cargas sucesivas de mineral en capas y la altura queda limitada por las necesidades de oxgeno en el interior de la pila.

3.2.1.3 Pila Modular

Es una combinacin de ambas anteriores, en que solo se impermeabiliza una vez el piso, el ripio se abandona, pero sobre l se deposita material fresco formando una segunda capa en el sentido vertical. Este tipo de pila se utiliza principalmente en la lixiviacin de minerales en botaderos.

3.3 Respecto a la operacin

Desde el punto de vista de su operacin las pilas pueden clasificarse en los siguientes tipos:

3.3.1 Pila Unitaria Se impermeabilizan diferentes sectores de la planta y todo el material de cada uno de estos sectores pasa simultneamente por las diversas etapas del ciclo de lixiviacin.

Caractersticas:

Carga de una vez la totalidad de la pila y la descarga de una vez al trmino del ciclo de lixiviacin, ventajosa para plantas de baja capacidad; operacin ms simple y flexible. 3.3.2 Pila dinmica Se impermeabiliza un sector de la planta y en sta nica no existen materiales que estn en las distintas etapas del ciclo de lixiviacin.

Caractersticas:

En cada perodo, que puede ser diario o mltiplos de la alimentacin diaria, descarga un mdulo y descarga otro, los cuales adems van directamente adosados a sus respectivos sectores de la pila, con la condicin de que no haya contacto entre la mena fresca y el ripio agotado. De esta forma la camada queda formada por sub. -Pilas internas; tiene menor inversin unitaria, mejor aprovechamiento del piso impermeable, ciclos de operacin muy regulares; concentraciones muy estables y regulables de las soluciones de proceso; menor capital de trabajo.

4.0 TECNOLOGIA DE LA LIXIVIACION INTRODUCCIN Esta seccin describe la operacin de lixiviacin en la cual el mineral aglomerado se distribuye en pilas y se lixivia para recuperar el cobre con solucin de refino y solucin de lixiviacin intermedia (ILS). La operacin de lixiviacin depende de las piscinas y de las bombas de solucin, as como de la adicin de agua de reposicin sin tratar y de cido sulfrico. Los operadores del rea de lixiviacin deben conocer el funcionamiento de los sistemas de bombeo de las piscinas de solucin. Estos sistemas se analizan en este mdulo. 4.1 PISCINAS Y BOMBAS DE SOLUCIN La solucin que se distribuye hacia la pila de lixiviacin se origina en las diversas piscinas de lixiviacin. Las bombas centrfugas verticales de las piscinas envan la solucin al destino deseado. La piscina de refino recoge la solucin de la operacin de SX (extraccin por solventes) despus de que se ha extrado la mayor parte del cobre de la PLS (solucin rica de lixiviacin). La solucin de refino se recicla hacia las fajas de lixiviacin durante un ciclo de lixiviacin de segunda etapa para recuperar el cobre remanente en el mineral despus de que ha finalizado la lixiviacin de primera etapa. La piscina de ILS (solucin de lixiviacin intermedia) recoge la solucin producida por la lixiviacin parcial del cobre del mineral en las fajas de lixiviacin durante el ciclo de lixiviacin de segunda etapa. Luego, esta solucin se bombea hacia las fajas de lixiviacin y se recicla como solucin de lixiviacin durante la operacin de lixiviacin de primera etapa. La piscina de PLS recoge la solucin producida por la lixiviacin del cobre del mineral en las fajas de lixiviacin durante el ciclo de lixiviacin de primera etapa. Luego, esta solucin fluye por gravedad hacia el proceso de SX (extraccin por solventes) para su posterior procesamiento con el fin de recuperar el cobre contenido. 4.2 Piscina de refino El refino (solucin agotada a aprox. 0,44 gramos por litro [g/L] de cobre en el proceso de SX) de la operacin de SX fluye por gravedad hacia la piscina de refino. La piscina de refino tiene una capacidad normal dependiendo del las condiciones de la planta. Desde aqu, se bombea hacia las fajas de lixiviacin durante el ciclo de lixiviacin de segunda etapa para recuperar el cobre que queda en el mineral despus de finalizar la lixiviacin de primera etapa. La solucin resultante, denominada ILS (solucin de lixiviacin intermedia), fluye por gravedad hacia la piscina de ILS. El refino contiene aproximadamente 9,7 g/L de cido sulfrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,20. El cido en el refino realiza la lixiviacin de segunda etapa. Se agrega agua de reposicin a la piscina de refino desde el suministro de agua fresca, segn sea necesario, para reemplazar el agua perdida por evaporacin de la superficie de la pila de lixiviacin y de las piscinas. Tambin se agrega agua fresca para reponer la solucin retenida con el residuo de la lixiviacin. Se agrega cido sulfrico a la solucin de refino para reponer el cido consumido durante el proceso. El cido es bombeado, a una razn controlada, desde el estanque de almacenamiento de cido sulfrico hacia la lnea de alimentacin de refino. La piscina de refino rebasa por gravedad hacia las lneas de recoleccin que alimentan la piscina de ILS. Estas lneas de recoleccin sern analizadas ms adelante en esta descripcin. Bombas de refino El refino es bombeado desde la piscina de refino por bombas de accionamiento de velocidad variable multietapas de turbina vertical. Generalmente, tres bombas estn operando y una est de reserva. Las bombas estn provistas accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay una vlvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solucin se devuelva a travs de la bomba cuando no est funcionando. 4.3 Piscina de solucin de lixiviacin intermedia (ILS)

La solucin de lixiviacin intermedia (ILS), producida por la lixiviacin parcial del cobre del mineral en la pila de lixiviacin durante el ciclo de lixiviacin de segunda etapa, fluye por gravedad desde la pila de lixiviacin hacia la piscina de ILS. Luego, esta solucin vuelve a la pila de lixiviacin en forma de solucin de lixiviacin para ser usada durante la operacin de lixiviacin de primera etapa. La ILS contiene aproximadamente 11,5 g/L de cido sulfrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,2. El cido de la ILS realiza la lixiviacin de primera etapa del cobre contenido en el mineral para producir una solucin rica con aproximadamente 4,68 g/L de cobre. Se agrega cido sulfrico a la piscina de ILS para reponer el cido consumido durante el proceso. El cido se bombea, a una razn controlada, desde el estanque de almacenamiento de cido sulfrico hacia la lnea de alimentacin de ILS. Bombas de ILS La solucin ILS es bombeada desde la piscina de ILS por bombas multietapas de turbina vertical .Las bombas estn provistas de accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay una vlvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solucin se devuelva a travs de la bomba cuando no est funcionando. 4.4 Piscina de solucin rica de lixiviacin (PLS) La solucin rica de lixiviacin (PLS) es producida por la lixiviacin de cobre del mineral en la pila de lixiviacin durante el ciclo de lixiviacin de primera etapa. sta fluye por gravedad desde la pila de lixiviacin, a travs de un sistema de tuberas colectoras, hacia la piscina de PLS. Esta solucin fluye por bombeo desde la piscina de PLS hacia la planta de SX (extraccin por solventes) para su posterior procesamiento, con el fin de recuperar el cobre contenido. La solucin de PLS contiene aproximadamente 4,68 g/L de cobre y 3,8 g/L de cido sulfrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,55. Bombas de PLS La solucin de PLS es bombeada desde la piscina de PLS por bombas multietapas de turbina vertical Generalmente, tres bombas estn operando y una est de reserva. Hay una vlvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solucin se devuelva a travs de la bomba cuando no est funcionando. 4.5 PILA DE LIXIVIACIN Caractersticas del mineral de lixiviacin El mineral de lixiviacin primero se extrae, se chanca y se aglomera. Luego, se transporta a la pila de lixiviacin mediante una serie de correas transportadoras y el apilador lo deposita en la pila de lixiviacin. En la etapa de chancado, el mineral es chancado de forma tal que el 80 por ciento de las partculas de mineral tengan menos de 1/2 pulgada de dimetro y el 100 por ciento del mineral tenga un dimetro inferior a de pulgada. El mineral contiene 0,7 a 1,0 por ciento de cobre soluble. El cobre soluble est presente en forma de un mineral, que se disuelve fcilmente en una solucin de cido sulfrico. 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 rpido en una solucin de cido sulfrico. 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 solucin de cido sulfrico. La mayor parte de este cobre no se recuperar durante la operacin de lixiviacin. El mineral tambin contiene una variedad de minerales arcillosos, tales como ilita, moscovita y sericita. Estos minerales no contienen cobre. 4.6 Construccin de la pila de lixiviacin La base de la pila es tierra natural compactada con una inclinacin general ascendente de 1 a 5 grados, que va de oeste a este. Sobre el suelo, se pone cuidadosamente una capa de tierra

especialmente seleccionada. Esta capa ayuda a proteger el nico revestimiento de 60 milsimas de pulgada de HDPE (polietileno de alta densidad) que se pone a continuacin. sta es la barrera impermeable que recoge las soluciones de lixiviacin y evita la prdida de solucin hacia el suelo. El revestimiento impermeable se extiende para traslapar un revestimiento similar colocado en las zanjas colectoras de solucin que rodean el borde de la pila. Sobre el revestimiento, se coloca una serie de tuberas colectoras de 4 pulgadas. Luego, se coloca otra capa de material cuidadosa-mente seleccionada. Esta capa tiene aproximadamente 0,6 metros de espesor y es la ltima capa de preparacin antes de colocar el mineral. Entre el mineral y esta capa, se coloca una serie de tuberas colectoras de 6 pulgadas. Las tuberas colectoras recogen la solucin de lixiviacin que drena hacia el fondo de la pila. Esta solucin es dirigida al oeste, hacia las tuberas colectoras principales analizadas ms adelante en esta descripcin. La pila de lixiviacin est construida sobre una superficie preparada especialmente, como se ilustra en la Figura 4.1.

Figura 4.1 Pila de lixiviacin y revestimiento

La pila de lixiviacin est construida en capas. Estas capas tambin se denominan pisos. Una vez que se ha puesto suficiente mineral en un piso y el piso est debidamente preparado, se colocan las tuberas de distribucin de solucin sobre la superficie del piso superior. Se conectan las tuberas y comienza el ciclo de lixiviacin. La construccin de los pisos es un elemento importante en la operacin del rea de lixiviacin, debido a que la programacin del rea de lixiviacin debe tomar en cuenta el avance de la construccin de los pisos de lixiviacin. El piso se divide en franjas largas y angostas llamadas fajas. Para el primer piso de la pila de lixiviacin, una faja comnmente mide 160 metros de ancho por 900 metros de largo (la dimensin de 900 metros va de oeste a este). Cada faja se divide en cuatro bloques, cada uno de aproximadamente 160 metros de ancho por 225 metros de largo. Debido a la pendiente natural del mineral, a medida que se agregan pisos adicionales a la pila, la longitud de las fajas disminuye progresivamente en la cima de cada piso adicional.

La pila de lixiviacin se construye en dos fases. En la Fase 1, los pisos se construyen, primero, en el lado sur de la pila. Mediante la construccin de rampas en las fajas y utilizando la apiladora, el piso se construye de a una faja a la vez hasta completar todo el piso. Durante la Fase I, se construyen 6 fajas. Una vez que las Fajas 1 a 6 tienen una altura de cuatro pisos (24 m), comienza la construccin de fajas en la esquina sudeste de la Faja 7, que es el inicio de la Fase II.

El primer piso de la Fase II se deposita a medida que los equipos se mueven desde la Faja 7 a la Faja 8 y continan a las Fajas 9, 10 y 11. Se depositan otros tres pisos sobre las Fajas 7 a 11, lo que hace que la pila de lixiviacin tenga una altura uniforme de 24 metros en toda su longitud.

La Fase III comienza cuando se deposita un piso desde la esquina sudeste de la Faja 1 a todo lo largo de la pila este hasta el extremo de la Faja 11. Esto crea el Piso 5. Se depositan otros dos pisos idnticos. Aunque el Piso 8 se crea de la misma forma que los tres pisos anteriores, la cantidad de fajas del Piso 8 disminuye a diez para crear una pendiente. Es necesario crear una pendiente en la pila para mantener las paredes estables. Los Pisos 9 al 11 son idnticos al Piso 8. En el Piso 12, la cantidad de fajas se reduce a nueve para aumentar la estabilidad de la pila. Los Pisos 13 y 14 son idnticos al Piso 12.

4.7 SISTEMA DE DISTRIBUCIN Y RECOLECCIN DE SOLUCIN Conceptos generales sobre riego

El riego es la aplicacin oportuna y uniforme de agua /solucin a un lecho de lixiviacin con el objeto de producir la mxima recuperacin de la especie de valor (cobre).

4.7.1 Diseo del sistema de riego La capacidad de la instalacin debe ser suficiente para satisfacer las necesidades de riego en la condicin de mxima demanda. La clave de un buen diseo de riego consiste en establecer de la forma ms precisa posible los requerimientos que posteriormente se le exigirn a la instalacin. El sistema de riego debe estar construido con materiales resistentes a:

Agentes qumicos que se utilizan en la lixiviacin. Desgaste por el uso y las condiciones de operacin. Condiciones climticas de trabajo.

El sistema de riego debe poseer un sistema de control que asegure un funcionamiento continuo, de acuerdo a los estndares establecidos, y adems, entregando la mxima flexibilidad a la operacin. El clculo del diseo de un sistema de riego debe cumplir con las normas estipuladas para los sistemas hidrulicos, principalmente:

Las prdidas de carga (caeras codos, vlvulas, emisores y otros accesorios). Medidas de proteccin de las instalaciones, operacin y ambiente. Accesorios para la operacin, control y mantencin.

La instalacin debe ser optimizada en su relacin costo /beneficio Se deben llevar a cabo estudios y anlisis que permitan conocer los parmetros que determinan las restricciones a los que deba someterse el proyecto.

4.7.2 Caracterizacin del sistema de riego 4.7.2.1 Caracterizacin Geotcnica Anlisis de estabilidad de la pila durante la lixiviacin.

Propiedades resistentes (cohesin- friccin). Efecto de la humedad. Nivel fretico. Deformacin volumtrica. Factor de seguridad.

4.7.2.2 Caracterizacin metalrgica

Mecanismos que controlan la cintica de extraccin del cobre:

Aspectos qumicos. Aspectos fsicos (fenmenos de transporte).

Identificar la influencia del riego en estos mecanismos de control.

4.7.2.3 Caracterizacin hidrodinmica

El riego debe ser definido en funcin de las caractersticas hidrodinmicas del material que se quiere lixiviar, para:

Optimizar el rendimiento metalrgico. Asegurar la estabilidad de la pila. Reducir los costos. Aumentar la simplicidad del proceso. Maximizar la concentracin de cobre en la solucin. Convencionalmente durante el riego, predomina el movimiento vertical hacia abajo debido a la accin gravitatoria. No obstante, en realidad el flujo puede resultar bi o tridimensional. De esta forma los bulbos de humectacin pueden presentar formas cilindrocnicas y hasta esfricas. El flujo de solucin y el calendario de riego deben correlacionar con la fraccin de lquido que participa en el transporte del cobre, evitando saturaciones del lecho, que eventualmente pueden ser localizadas. El objetivo fundamental en la definicin del calendario de riego es maximizar el contacto solucin- mineral. 4.8 Tecnologas de riego 4.8.1 Goteo Se llama as a los sistemas que aplican solucin con caudales bajos (

Resistente a la agresividad qumica y ambiental. Bajo costo. Estabilidad de la relacin caudal- presin a lo largo del tiempo. Poca sensibilidad a los cambios de temperatura. Reducida prdida de carga en el sistema de conexin.

El riego por goteo es recomendable cuando:

La disponibilidad del lquido es escasa. No existe riesgo de precipitacin de sales presentes en la solucin. Existe rgimen de viento fuerte y permanente. Las condiciones de temperatura son extremas (pueden funcionar enterrados).

Segn el dimetro de la seccin mnima de paso, tuberas, emisores y sistemas integrados pueden clasificarse en:

Muy sensibles a las obturaciones: d

Mayor simplicidad de instalacin. Mayor versatilidad para el riego. Menor mantencin (soluciones sucias).

Desventajas del riego por aspersin:

Menor precisin en la entrega de la solucin, por consiguiente mayor gasto de sta. Mayor presin de trabajo que acarrea mayor riesgo de dao y ms necesidad de

energa por m3 de solucin gastada. Registra mayor prdida por evaporacin. El impacto de las gotas en la superficie produce una mayor compresin de la corteza.

4.9 Distribucin de la solucin La solucin de lixiviacin se distribuye hacia la pila de lixiviacin a partir de dos fuentes: la solucin de refino y la ILS (solucin de lixiviacin intermedia). La solucin que se usa en cualquier rea de la pila en un momento dado depende de un programa de lixiviacin predeterminado. Por lo general, la ILS se usa para producir la PLS de mayor ley y el refino, para producir la ILS de menor ley. 4.9.1 Estaciones porttiles de control de flujo Para controlar el flujo de solucin hacia la pila, hay estaciones porttiles de control de flujo. Cada estacin est dedicada a una faja. Cada estacin porttil de control de flujo tiene cuatro lneas que se extienden sobre la pila de lixiviacin. Las lneas de solucin principales de refino y de ILS van en direccin norte a sur, en el lado oeste de la pila de lixiviacin. Las tuberas se colocan en zanjas revestidas con HDPE. La tubera hacia las estaciones porttiles de control de flujo sale de estas lneas principales de solucin. Las estaciones porttiles de control de flujo constan de un flujmetro magntico y una vlvula de control. Adems, hay vlvulas de mariposa para aislar el flujo de solucin de las lneas principales de refino y de ILS. A medida que la solucin fluye hacia la estacin porttil de control de flujo, primero se encuentra con el flujmetro magntico. Este instrumento tiene el mismo dimetro interno que la lnea que se conecta a las lneas principales de solucin. El flujmetro magntico mide el caudal de solucin y transmite esta lectura de flujo a la sala de control de SX. Aqu se indica el flujo y se registra el flujo total que pasa por el tubera. Tambin se usa la seal de caudal para el control automtico del flujo. Cuando la solucin pasa el flujmetro, entra a una seccin de tubera . En esta seccin de tubera, se instala una vlvula de control de flujo. sta es una vlvula de bola con un actuador accionado elctricamente. El motor elctrico que opera al actuador es controlado automticamente por el DCS, en base a la lectura de flujo del flujmetro magntico. De esta forma, el DCS puede mantener un flujo prefijado por el operador a travs de la tubera, ajustando la abertura de la vlvula. Una vez que la solucin sale de la vlvula de control de flujo, entra a otra tubera, que lleva la solucin al sistema de distribucin de la solucin de lixiviacin, sobre la pila.

Figura 4.2 Tubera principal de solucin

4.9.2 Sistema de distribucin de solucin del bloque Cada lnea de la estacin porttil de control est dedicada al control del flujo de la solucin en un bloque dentro de la faja. Dentro de cada bloque, hay lneas matrices secundarias, equipadas con vlvulas de mariposa para aislar y controlar el flujo de la solucin. Los tubos de los goteros tienen aproximadamente 45 metros de largo y salen de cada una de estas lneas matrices secundarias. Los tubos de los goteros estn separados aproximadamente 0,76 metros.

Figura 4.3 Vista de planta de la tubera del bloque de lixiviacin

Las lneas matrices secundarias constan de tramos cortos de tuberas de cloruro de polivinilo (PVC) que pueden ser transportados por una o dos personas. Las tuberas se unen con acoplamientos de desconexin rpida. Hay una serie de tubos de 1/2 pulgada de dimetro (12 mm de dimetro) conectados a las lneas matrices secundarias, las cuales se extienden por la superficie del bloque. Cada tubo de gotero tiene un grupo de goteros a intervalos de aproximadamente 0,6 metros en toda su longitud. .

Figura 4.4 Detalle de una matriz secundaria

La operacin de los goteros en los tubos de goteros es vital para el xito de la operacin de lixiviacin. El gotero a presin se analiza con mayor detalle en el siguiente principio de operacin.

4.9.3 Principio de operacin Goteros a presin El objetivo del gotero es controlar en forma precisa el flujo de solucin de lixiviacin que va a cada rea de la pila de lixiviacin. El gotero reduce la presin en el tubo de gotero desde aproximadamente 138 kPa en la entrada del gotero a 0 kPa en el orificio de descarga de la solucin. Esto se logra gracias a una serie de orificios perforados en el gotero. El diseo de estos orificios tambin controla el caudal de descarga del gotero a aproximadamente, 8 litros por hora. . Los goteros estn insertos en el tubo de goteo a intervalos aproximados de 0,6 metros. El gotero est fijo en el tubo, con la admisin del gotero cerca del centro del tubo. Esto ayuda a reducir la cantidad de partculas que entran al gotero, ya que las partculas tienden a desplazarse por el fondo del tubo de goteo. Si entran partculas al gotero y son muy grandes como para pasar por los orificios, se pueden alojar en el orificio, deteniendo el flujo. Debido al bloqueo, se acumula presin detrs de la partcula. Debido a que el orificio est hecho de un material de silicona flexible y se puede expandir hasta 50 veces su tamao nominal, a medida que se acumula presin detrs de la partcula, sta es

forzada a pasar por el orificio que se expande y a la siguiente cmara del gotero. Luego, el orificio vuelve a su tamao y operacin normales. Finalmente, la partcula pasa por todos los orificios y es descargada en la pila de lixiviacin.

Figura 4.5 Gotero a presin

4.9.4 Principio de operacin Aspersor

Inicialmente los aspersores (wobblers) fueron desarrollados para la irrigacin agrcola. Vea la Figura 4.6 . Estn fabricados de termoplstico de alta densidad, el aspersor tiene solo una parte mvil y ningn resorte metlico. Las nicas partes mviles son el deflector y el trpode, los cuales estn sobre una base sujetados por un portaboquilla. La solucin ingresa al aspersor por la base hasta el propulsor y la boquilla. El tamao de la boquilla es seleccionado para un flujo en particular.

Puesto que la solucin sale de la boquilla a alta velocidad, golpea las ranuras en el deflector y trpode. Debido a la fuerza de la solucin estas ranuras de deflector y el trpode se balancean y rotan al mismo tiempo. Este movimiento combinado crea un crculo uniforme de solucin. El rea de aspersin puede ser hasta de (5,5 m) de dimetro, dependiendo de la presin de la solucin y el flujo nominal.

Figura 4.6 Aspersor

Durante la operacin normal, se lixivian varios mdulos al mismo tiempo. El nmero puede variar dependiendo de las condiciones actuales. Por lo menos un mdulo adicional est siempre equipado con una red completa de tuberas y aspersores, de tal manera que la etapa de lavado pueda detenerse en un mdulo y empezarse en otro sin demora.

Luego del lavado de un mdulo y ponerlo en su ciclo de reposo, su red de tuberas y aspersores pueden ser movidos a un nuevo modulo. Siempre que sea posible, el nuevo mdulo debe ser ripiado antes de colocar las tuberas.

4.10 Sistema de recoleccin de solucin Se han instalado tuberas colectoras en el revestimiento de HDPE en una zanja de la base oeste de la pila de lixiviacin. Estas tuberas recogen y transportan la solucin de lixiviacin a las piscinas de solucin. Hay colector para la ILS y un segundo colector para la PLS. Las tuberas y el revestimiento estn cubiertos por una capa de drenaje de un tamao mximo de 500 mm de roca harneada. El revestimiento bajo las tuberas colectoras se prolonga hacia el oeste, por debajo de la tubera que viene de las bombas de solucin. Luego, el revestimiento termina en una berma al oeste de las lneas de las bombas de solucin. De esta manera, todos los derrames o filtraciones de las lneas de recoleccin, de las lneas de las bombas de solucin o de la pila misma se juntan en el punto ms bajo, la zanja, donde estn instaladas las tuberas colectoras y, finalmente, se juntan en el colector secundario que lleva la filtracin hacia la piscina de ILS. Hay un extenso sistema de tuberas colectoras sobre y bajo la pila de lixiviacin que alimenta los colectores principales. Las tuberas colectoras de la pila estn instaladas debajo del primer piso y en la base de cada piso sucesivo. El sistema de recoleccin de cada piso sucesivo consta de una serie de tuberas de recoleccin y cmaras de traspaso. Las tuberas llevan la solucin a las cmaras de traspaso. Desde all, la solucin fluye hacia las tuberas colectoras. La solucin puede fluir a la tubera colectora ya sea de ILS o de PLS. El destino lo elige el operador y puede ser controlado mediante las vlvulas de aislacin en las lneas colectoras que alimentan los colectores.

Figura 4.7 Corte transversal del sistema colector de solucin

Durante la operacin normal, fluye un gran volumen de solucin a travs de la pila. Si el operador deja de agregar solucin nueva en la parte superior de la pila, la solucin sigue fluyendo fuera de la pila y hacia la piscina durante algn tiempo. Parte de la solucin queda atrapada en la pila. La parte que fluye fuera de la pila se denomina drenado de la pila de lixiviacin (efluente). Existen piscinas de solucin de PLS y de ILS las que pueden almacenar aproximadamente 16 horas de drenado de la pila de lixiviacin.

Figura N 4.8 Detalle de revestimiento

La pila de lixiviacin esta construida en capas. Estas capas tambin se denominan pisos.

4.11 Construccin del mdulo de lixiviacin Se presentan a continuacin algunas variables constructivas de mdulos de lixiviacin:

Tabla N 4.1 Aspectos constructivos de pilas dinmicas

Impermeabilizacin del piso Instalacin de tuberas de drenaje 4 (101,6 mm) Formacin de la pila Apilador radial Drenajes principales 18 (457,2 mm) Forma que presenta Trapezoidal Altura 3,5 m Tonelaje promedio 6 400 8 300 t ngulo de reposo 45

4.12 Sistema de lixiviacin y lavado en pilas sistema dinmico

El mtodo de lixiviacin en pilas es de pilas dinmicas por mdulos.

En base al trabajo de anlisis extensivo y experiencias operacionales, la planta utiliza un ciclo de 38 das por cada mdulo, ver Tabla 4.2 Ciclo de lixiviacin:

Tabla 4.2 Ciclo de lixiviacin

CICLO DE LIXIVIACIN DAS Apilamiento de materiales e instalaciones de tuberas 2 das

Lixiviacin con alta concentracin de cido 3 das Lixiviacin con mediana concentracin de cido 5 das

Lixiviacin con rafinato 22 das Lavado de pilas 3 das Drenado de pilas 2 das

Retiro de tuberas y ripios 1 da TOTAL 38 das

El ciclo est diseado para lograr una recuperacin ptima de cobre soluble en cido que se describe a continuacin: La bomba dosificadora de cido muy concentrado, es la encargada de dosificar el cido que se adiciona al rafinato; la mezcla de cido muy concentrado y rafinato se realiza en el mezclador esttico

de cido, esta mezcla se dirige hacia el rea de lixiviacin, para un riego de alta concentracin de cido.

La bomba dosificadora de cido concentrado es la encargada de dosificar el cido que se adiciona al rafinato; la mezcla de cido concentrado y rafinato se realiza en el mezclador esttico de cido; esta mezcla se dirige hacia el rea de lixiviacin, para un riego de mediana concentracin de cido.

La bomba dosificadora de cido es la encargada de dosificar el cido que se adiciona al rafinato (si fuera necesario); la mezcla de cido concentrado y rafinato se realiza en el mezclador esttico de cido; esta mezcla se dirige hacia el rea de lixiviacin, para un riego de rafinato.

Las cantidades de cido hacia los mezcladores estticos son controladas por el sistema de control DCS, los controladores indicadores de relacin de flujo de cido son los encargados directos para realizar esta labor, la adicin se calcula por medio de una relacin existente entre la cantidad de rafinato entrante al mezclador y el valor deseado de flujo de cido sulfrico que se quiere adicionar en la pila.

El sistema de riego del mdulo se realiza por goteo, este sistema cuenta con tuberas de riego de 20 mm de dimetro, y una longitud de 106 m. Se disponen separadas, una de otra a una distancia de 0,5 m; cada emisor de goteo se encuentra a una distancia de 0,5 m, la densidad de riego es de 15 L/h/m2 . En la Figura 4.9 , se ilustra el detalle de la lnea de riego por goteo. La lixiviacin con alta concentracin de cido dura 3 das, la lixiviacin con mediana concentracin 5 das, y la lixiviacin con rafinato dura 22 das. Figura 4.9 Detalle de una conexin de riego por goteo

Para la etapa de lavado que dura 3 das, se utiliza un sistema de riego por aspersin con agua, en el cual se utilizan aspersores, cada mdulo requiere de 2 filas de 11 aspersores, la distancias entre aspersor y aspersor es de 10,6 m. En la Figura 4.10 se muestra el detalle del riego por aspersin.

Figura 4.10 Detalle de la lnea matriz de riego por aspersin

Sistema de recoleccin de solucin

Se han instalado tuberas colectoras de sobre el revestimiento HDPE conectadas a las tuberas de ; las tuberas colectoras recogen la solucin de lixiviacin que drena hacia el fondo de la pila de lixiviacin, esta solucin se dirige hacia las dos tuberas principales .

El revestimiento de HDPE se prolonga por debajo de la tubera que viene de las bombas de solucin y termina en las lneas de las bombas de solucin. De esta manera, todos los derrames o filtraciones de las lneas de recoleccin, de las lneas de las bombas o de las pilas se junta en el punto ms bajo.

Hay un extenso sistema de tuberas colectoras bajo la pila de lixiviacin que alimenta a los colectores principales garantizando que la solucin sea enviada a la poza de solucin.

4.13 LIXIVIACIN EN PILAS PERMANENTE Las soluciones de lixiviacin (tanto refino como ILS) son distribuidas en la parte superior de las pilas de lixiviacin durante la operacin normal. Las soluciones escurren por los pisos y disuelven el cobre del mineral aglomerado. Cuando las soluciones llegan al revestimiento impermeable, son recolectadas en las tuberas colectoras y se envan a las piscinas de solucin. 4.13.1Bloques y ciclo de lixiviacin Cada piso de una pila de lixiviacin se divide en fajas, cada una de las cuales es alimentada por las estaciones porttiles de control de flujo. Cada estacin porttil de control de flujo tiene cuatro tuberas que se extienden por la parte superior y a travs de la pila de lixiviacin de oeste a este. Cada lnea alimenta un bloque de lixiviacin individual; es decir, hay cuatro bloques por estacin de control de flujo. Cada bloque tiene aproximadamente 160 metros de ancho y 225 metros de largo y cubre un rea aproximada de 36.320 metros cuadrados. Debido a que la pila de lixiviacin no es cuadrada en su esquina sudoeste, las fajas y los bloques de esa rea, en cierta forma, son ms pequeos que el resto.

Tabla 4.3 Terminologa de las pilas de lixiviacin

Trmino Ancho Profundidad Largo rea Faja Base 160 m 6 m* Variable

hasta 900 m Aproximadament

e 144.000 m2

Bloque Ancho superior 160 m

6 m* 225 m Normalmente 36.320 m2

Piso 1.760 m 6 m* Variablehasta 900 m

Aproximadamente 1.584.000 m2

* Los aglomerados son apilados a una altura de 6 m. Despus de aplicar las soluciones de lixiviacin, el material se compacta y la altura del piso disminuye en cierta medida.

La Tabla 4.4 muestra las caractersticas de la solucin de lixiviacin utilizada para lixiviar el mineral. Tabla 4.4 Caractersticas de la solucin de lixiviacin

Constituyente Refino (g/l*) ILS (g/l*) PLS (g/l*) Cobre (Cu++) 0,41 1,0 4,68 Total de hierro (Fe) 10-18 10-18 10-18 cido sulfrico (H2S04)

9 a 10 9 a 10 9 a 10

pH 1,3 1,2 1,5

* Gramos de constituyente contenido en un litro de solucin.

En base al trabajo de anlisis extensivo y a la experiencia operacional, se utiliza un ciclo de 105 das en cada bloque, como se describe ms adelante en la Tabla 4.5 . Este perodo no incluye el tiempo de colocacin del mineral en un piso. El tiempo para terminar la construccin de un piso vara de 3 a 6 meses, dependiendo del rea del piso.

Tabla 4.5 Ciclo de lixiviacin

Actividad Das Curado de cido 1 Instalacin de tuberas 2 Irrigacin de la pila 80 Drenaje sin riego 10 Remocin de las tuberas 2 Compactacin y preparacin 5 Contingencias 5

Total 105

El ciclo est diseado para lograr una recuperacin de cobre soluble global del 85 por ciento. Si es necesario, se puede modificar en base a la experiencia y las condiciones de operacin actuales. Durante el perodo de 80 das de irrigacin de solucin de lixiviacin, tanto el refino como la ILS se esparcen sobre la superficie de los bloques. Con el diseo de la tubera de la estacin porttil de control, es posible alimentar refino e ILS a la misma faja. Esto da flexibilidad al programar la lixiviacin del mineral para maximizar la recuperacin de cobre. Normalmente, la ILS se usa para el primer perodo de irrigacin de los bloques y el refino se usa para el resto del tiempo de lixiviacin de los bloques. Sin embargo, en la prctica, el tiempo de cambio real de ILS a refino vara de un bloque a otro, debido a que todo el mineral de los bloques no es exactamente igual y algunos bloques pueden lixiviar ms rpido que otros. El programa para pasar de una solucin a la otra es determinado por el supervisor y por el personal metalrgico, y puede modificarse en base a la experiencia y las condiciones actuales. En condiciones de operacin normales, se obtienen regularmente muestras del mineral aglomerado que se est poniendo en cada bloque en la planta de aglomeracin. Las muestras se llevan al laboratorio metalrgico y son lixiviadas bajo condiciones estndares. Los resultados de estas pruebas ayudan a los operadores, supervisores y personal metalrgico a hacer todos los ajustes necesarios al ciclo de lixiviacin. 4.13. 2Programa de lixiviacin A un tonelaje de produccin de diseo de 54.000 a 67.500 toneladas mtricas secas por da, un flujo combinado de refino e de ILS a 7.200 m3 por hora y una razn de goteo de 15 litros por hora por metro cuadrado de superficie de pila de lixiviacin, la pila de lixiviacin requiere aproximadamente 480.000 metros cuadrados de rea de lixiviacin activa. Esto es equivalente a ms de 13 bloques en lixiviacin al mismo tiempo. Como lo indica el anlisis anterior, cada bloque de la pila de lixiviacin est en una etapa diferente del ciclo en un determinado da. A fin de controlar la operacin general de manera eficiente, los supervisores y el personal metalrgico preparan planes mensuales y anuales que muestran qu fajas se van a construir y qu bloques estarn en lixiviacin durante el perodo del plan. Esta informacin se usa para preparar un programa semanal que ayude a los operadores a programar su trabajo en terreno. Aunque el programa puede ser ajustado en el corto plazo en base a las condiciones actuales, es importante mantener el plan general, a fin de poder cumplir las metas de produccin de cobre. 4.13.3 Irrigacin de solucin de lixiviacin Durante la operacin normal, la solucin fluye por los colectores, los subcolectores y los tubos de goteros para salir finalmente por los goteros. El operador ajusta las diferentes vlvulas de mariposa para lograr el caudal deseado hacia los bloques y equilibrar el flujo hacia los cinco subcolectores. La

solucin de lixiviacin se aplica al mineral en los bloques a una razn de 15 litros por minuto por metro cuadrado. Con un rea de bloque de 36.320 metros cuadrados, esta razn es equivalente a un flujo de solucin de aproximadamente 545 metros cbicos por hora para cada bloque. 4.13.3 Estrategia de control de la distribucin de la solucin La meta global de la estrategia de control de la distribucin de la solucin es lograr un flujo relativamente uniforme de solucin de lixiviacin a travs de todos los goteros de la pila de lixiviacin. La operacin correcta del sistema de distribucin de la solucin requiere una comunicacin y cooperacin estrechas entre los operadores de la sala de control y de terreno. Como regla general, cuando se va a alimentar solucin a una lnea de alimentacin de bloque vaca, el operador en terreno abre completamente todas las vlvulas de mariposa de 6 pulgadas de la matriz secundaria que va al bloque que se va a lixiviar. Luego, el operador en terreno debe abrir la vlvula de mariposa de 12 pulgadas correspondiente de la lnea principal de refino o de ILS, dependiendo de la solucin que vaya a poner en los bloques de lixiviacin. Este procedimiento ayuda a evitar una contrapresin excesiva en los colectores y en las lneas matrices secundarias y permite que escape el aire atrapado. Cuando la solucin est fluyendo en forma continua, el operador en terreno ajusta el flujo de solucin que va al bloque a 545 m3 por hora. Esto se logra al ajustar las vlvulas de mariposa de 6 pulgadas de las lneas matrices secundarias que alimentan los bloques. Si es necesario, el operador puede ajustar todas las vlvulas de mariposa en las lneas matrices secundarias del bloque para lograr una razn de aplicacin uniforme sobre la superficie del bloque. Durante la operacin normal, los operadores frecuentemente cambian el flujo de solucin de lixiviacin (tanto refino como ILS) desde un bloque de lixiviacin a otro y, con menor frecuencia, de una estacin porttil de control de flujo a otra. El procedimiento de operacin normal es iniciar el flujo de solucin hacia el nuevo bloque o a la nueva estacin porttil de control de flujo antes de detener el flujo hacia el bloque o a la estacin porttil de control de flujo en funcionamiento. Este procedimiento ayuda a evitar la formacin de presin excesiva en los colectores y en las lneas matrices secundarias. 4.13.4 Monitoreo de la produccin Para asegurar que siempre haya una volumen adecuado de PLS con el correcto contenido de cobre para las plantas de extraccin por solventes (SX), el personal metalrgico de la planta entrega un inventario de solucin en forma regular (generalmente, semanal o mensualmente). Las anotaciones importantes de este inventario y el equilibrio masa relacionadas son los caudales de solucin y los anlisis qumicos. Los caudales, tanto instantneos como acumulativos en perodos de tiempo, son medidos y registrados por los flujmetros y transmitidos al DCS. Una responsabilidad importante del operador es anotar los caudales, segn lo instruya el personal metalrgico de la planta, anotndolo en la planilla de control. 4.13.5 Mezclador esttico El mezclador esttico mezcla el rafinato o el agua de proceso con el cido sulfrico para que ambos fluyan a travs de una tubera hacia los mdulos de lixiviacin. Principio de operacin Mezclador esttico El mezclador esttico (Static Mixer) es un equipo de acero inoxidable cuya funcin es la de realizar la mezcla homognea de cido sulfrico con el rafinato con volmenes que previamente han sido regulados para el riego de los mdulos de lixiviacin. Consiste en un tubo a travs del cual pasa rafinato a un caudal determinado por las bombas de rafinato. En la parte central y en forma paralela a la tubera se encuentra una tubera pequea por donde ingresa el cido sulfrico que es bombeado por una bomba dosificadora a un caudal predeterminado. Al ocurrir el contacto entre ambos fluidos (rafinato y cido) ocurre la mezcla que es ayudada por dos deflectores que se encuentran internamente antes y despus de la descarga de cido. Estos deflectores provocan mayor turbulencia y por ende la mezcla es rpida.

Figura 2.1.7 Mezclador esttico de cido

5.0 LIXIVIACIN POR AGITACIN Esta tcnica se emplea para minerales que presentan una alta desintegracin de la roca en contacto con soluciones acidulados, en minerales que generan un alto contenido de finos en las etapas de chancado, en el beneficio de menas en las que la especie de valor est en grano muy fino o muy diseminado en la roca. Es tambin el tipo de tcnicas que se emplea para lixiviar calcinas de tostacin, en la lixiviacin directa de concentrados de molibdenita para disolver el cobre. La lixiviacin por agitacin puede realizarse en forma Bach, contina en serie y contina en contracorriente

5.1 Variable del proceso:

El anlisis de las variables de la lixiviacin por agitacin en sistemas industriales, para la definicin y optimizacin del proceso, debe necesariamente hacer confluir aspectos tcnicos-operacionales y econmicos. Bajo un punto de vista netamente tcnico, el anlisis debe realizarse considerando las extracciones del elemento de cobre, disolucin de impurezas y consumo de reactivo lixiviante (cido).

As por ejemplo, en la definicin de la granulometra deber considerarse un tamao tal que no contenga un exceso de gruesos que produzcan problemas en la agitacin (embancamientos, aumento de la potencia del agitador y otros) y que por otra parte, no contenga un exceso de finos, que dificulten la separacin slido-lquido posterior de la pulpa lixiviada. Debido a lo anterior y adems, para disminuir los consumos de energa por concepto de molienda, la agitacin se deber tratar de realizarla al mayor tamao que la operacin lo permita. Por otra parte, tamaos ms finos no slo favorecern la extraccin del elemento, sino que pueden contribuir a un aumento significativo de la disolucin de impurezas y consumos de reactivo, lo que favorecer la conclusin tcnico-econmica de emplear tamaos mayores en el proceso. La norma es emplear tamaos a 100%-20 mallas, con los cuales se obtienen extracciones de cobre satisfactoriamente altas y con una cintica favorable. La fraccin fina se considera 200 mallas, la cual no debe exceder de 40% como valor prctico, para una eficiente separacin slido-lquido posterior y con dosificaciones razonables de floculantes.

La concentracin de reactivo lixiviante depender de la composicin qumica de la mena, del tipo de lixiviacin por agitacin emplear y del proceso final de precipitacin.

Generalmente una operacin en serie, con 3 a 5 reactores, permite una lixiviacin adecuada y econmica. El uso de 3 reactores por ejemplo, permite mantener una acidez elevada en el primario, moderada en el segundo y baja en el ltimo. Adems en ste se puede determinar la acidez libre y segn ella, controlar la adicin de cido en el primer reactor. Indudablemente cada unidad dispone de alimentadores controlados de cido sulfrico concentrado para eventuales cambios en la operacin.

4.2 Aspectos tericos de la lixiviacin por agitacin La lixiviacin por agitacin se emplea en general para la disolucin de la especie valiosa a partir de mineral con granulometra fina.

La lixiviacin por agitacin puede realizarse en una operacin Bach o continua.

La granulometra del mineral no debe contener exceso de grueso (ejemplo o 4#) ya que produciran problemas en la agitacin, embancamientos, aumento de la potencia del agitador) y tampoco exceso de finos que dificulten la separacin slido-lquido de la pulpa lixiviada en la etapa posterior.

El tamao muy pequeo del mineral favorece a la extraccin del cobre, contribuye a un aumento significativo de la disolucin de impurezas y a un consumo excesivo de reactivo lixiviante. El mayor inconveniente yace en un alto costo operativo y dificultad en la separacin slido/lquido.

Generalmente una operacin en serie con 3 a 5 reactores permite una lixiviacin adecuada y econmica. La necesidad del manejo de reactores es definido por la cintica de extraccin de mineral en particular En nuestra operacin por ejemplo, permite adicionar cido por etapas y adems controlar el pH de la pulpa conforme a las exigencias que tenga la etapa subsiguiente.

Se puede determinar el pH de la pulpa, y segn ello controlar la adicin de cido en el primer reactor. Individualmente cada unidad dispone de alimentadores controladores de cido sulfrico concentrado para eventuales cambios de operacin.

Despus de 5 horas de tiempo de retencin, la mayora del cobre ha sido lixiviado.

Los principales minerales oxidados de cobre son:

FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA

Crisocola CuSiO3 Malaquita CuCO3 . Cu (OH)2

Azurita 2CuCO3 . Cu(OH)2 Cuprita Cu2O Tenorita CuO

El mineral contiene 1,46% de cobre soluble en cido, este cobre est presente principalmente en forma de Crisocola y Malaquita que se disuelve fcilmente con una solucin de cido sulfrico en donde el cobre se encuentra en forma de silicatos de cobre o crisocola y en forma de carbonatos de cobre como malaquita y otro tipo de xidos en menor cantidad, tambin se encuentra en pequeas cantidades de sulfuros de cobre tales como la bornita, calcosita y la chalcocopirita cuya disolucin es muy mnima, prcticamente despreciable.

Estos xidos se caracterizan principalmente por tener como ganga una matriz o roca madre de carbonatos (caliza) de alto contenido de arcillas que dificultan la percolacin de la solucin.

Las reacciones que se producen dentro de las etapas de lixiviacin por agitacin es (ejemplo):

La crisocola, hidroxisilicato con una estructura cristalina abierta y de lixiviacin rpida en cido sulfrico (H2SO4).

CuSiO3 . 2H2O + H2SO4 + 2H2O Cu+2 + SO4-2 + 5H2O + SiO2 Al igual que la crisocola, la malaquita y la azurita se lixivian bastante rpido en cido sulfrico de acuerdo a la siguiente reaccin:

Malaquita de lixiviacin con cido sulfrico

Cu2(OH)2CO3 + 2H2SO4 + 7H2O 2CuSO4 + 10H2O + CO2

Los minerales sulfurados no son lixiviados durante los periodos de contacto corto, los xidos metlicos sin embargo son fcilmente solubles en medio cido lo cual permite su fcil recuperacin.

Los problemas que ocasionan la ganga (silicatos o carbonatos) en la lixiviacin por agitacin son: Mayor consumo de cido. Contaminacin del PLS por disolucin de impurezas. Dificultad en la separacin slido-lquido.

Descripcin del proceso de decantacin en contracorriente continua y lavado CCD

La decantacin en contracorriente continua y lavado CCD, tiene por objetivo alcanzar la separacin de la solucin de los slidos lixiviados. Esta operacin se lleva a cabo lavando la pulpa con rafinato en contracorriente y en varias etapas. El producto es la solucin denominada PLS con alto contenido de cobre, los reactores en donde se produce este lavado son denominados decantadores (espesadores).

Se dice que opera en contracorriente porque la pulpa con un 40% a lavar se alimenta al primer espesador mientras que la solucin de lavado (rafinato) es alimentado en el ltimo espesador en un arreglo cascada; mientras la pulpa avanza hacia el ltimo espesador, la solucin de lavado avanza en sentido contrario hacia el primer espesador, de esta manera se produce el lavado de los slidos.

Los equipos asociados son:

Una caja de alimentacin para cada CCD de forma cilndrica recubiertos interiormente con neopreno.

Cuatro espesadores tipo E-CAT. Un distribuidor del underflow de los CCD. Bombas ubicadas en el underflow para realizar la transferencia de pulpa a cada etapa

El proceso trabaja con arreglo sencillo de cuatro espesadores en cascada CCD N 1, CCD N 2, CCD N 3, CCD N 4.

La pulpa sedimentada en este caso los ripios, con un rango de 40 a 50% de slidos son retirados por la parte inferior mediante dos bombas, esta lnea de bombeo descarga en el distribuidor del underflow de los CCD en el cajn correspondiente al espesador CCD N 4 y luego enviado al tanque de ripios para su bombeo por medio de 3 bombas en serie para que estas enven los ripios hacia el cajn de relaves de la concentradora.

El sistema de control DCS esta inmerso en el circuito de decantacin en contracorriente y lavado, el flujo de lavado que ingresa al CCD N 4 (rafinato) es controlado mediante el controlador de relacin de flujo de rafinato, el flujo requerido es calculado por medio de un transductor de flujo que adems de calcular el flujo de cido sulfrico hacia los tanques de lixiviacin por agitacin, calcula el punto de referencia o valor deseado de flujo de rafinato al CCD N 4.

La densidad de la pulpa sedimentada en los cuatro espesadores tambin son controlados utilizando controladores indicadores de densidad uno para cada bomba de descarga del espesador

5.0 LIXIVIACIN BACTERIANA Para el ambiente, la introduccin de una tecnologa basada en biolixiviacin representa un importante adelanto, ya que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnologa clsica de pirometalurgia. En esta ltima, los sulfuros tratados en fundiciones, producen humos de chimeneas con altos contenidos de SO2 y arsnico.

En la disolucin de minerales sulfurados participan bacterias que requieren slo de compuestos inorgnicos muy simples para multiplicarse, los mismos que se encuentran comnmente en las aguas de los procesos hidrometalrgicos. Otra de las caractersticas especiales de estas bacterias