Conceptos de lixiviación de minerales

AntecedentesEl cobre debido a su naturaleza química de la mena, se puede obtener por:Pirometalurgia (minerales sulfurados)Hidrometalurgia (minerales oxidados)Hidrometalurgia

La disolución química es una propiedad que presentan muchos minerales frente a determinadossistemas acuosos conteniendo ácidos.Diagrama conceptual de un proceso hidrometalúrgico de cobreChancado – ClasificaciónLixiviaciónExtracción Por SolventeElectro – ObtenciónCátodos de CobreCurado – Aglomerado

Del punto de vista de interacciones tenemos el siguiente diagrama

1.- FUNDAMENTOS EN LA LIXIVIACIÓN DE COBRE1.1 IntroducciónEl proceso de lixiviación, es una etapa fundamental en un proceso hidrometalúrgico que involucra ladisolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa, mediante laacción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separacióndel metal contenido en la fase sólida, de sus acompañantes no solubles. En la hidrometalurgia delcobre, dada la variedad de sustancias sólidas que contienen cobre, factibles de beneficiar porlixiviación, complican la extensión de los fundamentos del sistema lixiviante (sólidos-agentesextractantes-métodos).Las materias primas pueden clasificar en dos grupos según su origen:Fuentes Primarias:Menas extraídas de yacimientos.Fuentes secundarias:Desechos de procesos.Chatarra metálica.Basura doméstica.Efluentes de plantas.Las fuentes primarias son las menas naturales las cuales pueden ser menas nativas, oxidadas, omenas sulfuradas, de acuerdo a la composición mineralógica y contenido de cobre.En una clasificación más detallada desde el punto de vista químico, la fase sólida a lixiviar presentatres clases:Cobre metálico:· Metal nativo.· Chatarras.· Productos de cementación.· Barros anódicos.Cobre Oxidado:· Menas oxidadas.· Calcina de tostación.· Nódulos marinos polimetálicos.Cobre Sulfurado:· Menas sulfuradas.· Matas cupríferas.· Productos sulfurados.Lógicamente que las fuentes de mayor importancia para la extracción de cobre las constituyen lasmenas oxidadas y sulfuradas.

Aunque el tratamiento de menas sulfuradas es comúnmente realizadapor flotación-pirometalurgia, la vía hidrometalurgia permite recuperar cobre contenido en las menasmixtas o sulfuradas de baja ley acumuladas en los botaderos de los tajos en explosión minera o en elmismo yacimiento (in-situ).

1.2Agentes lixiviantesLa selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química,selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperación del cobre de la soluciónacuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico los agentes utilizados en la lixiviación delcobre se clasifican en:Ácidos inorgánicos:· Ácido sulfúrico· Ácido clorhídrico· Ácido nítricoBases:· Hidróxido de amonio·Agentes oxidantes:· Amoniaco, · Sales de amonio, · Cianuros, · Carbonatos, · Cloruros·Agentes acomplejantes:· Amoniaco, · Sales de amonio, Cianuros, Carbonatos, ClorurosEl ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por lasrazones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácidosulfúrico (H2SO4), es el SO2producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polucióny obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo.El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo,especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada Kg. de cobre producido seconsumen de 2,5-7 Kg. de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% delcosto de producción unitario.El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son losagentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre.1.3 Métodos de lixiviaciónEn la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosaextractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de:· Características físicas y químicas de la mena.· Caracterización mineralógica.· Ley de la mena.· Solubilidad del metal útil en la fase acuosa.· La cinética de disolución.· Magnitud de tratamiento.· Facilidad de operación.· Reservas de mineral.· Capacidad de procesamiento.· Costo de operación y capital.· Rentabilidad.La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de métodos para lixiviarlos,entre estos tenemos:

· Lixiviación in-situ.· Lixiviación en botaderos.· Lixiviación en pilas.· Lixiviación reactores agitados.· Lixiviación en autoclaves o reactores a presión.El detalle de los métodos se describe en laTabla 1.1.Tabla 1.1 Resumen de técnicas de lixiviaciónRango deAplicaciones yResultadosMétodos de lixiviaciónEn Botaderos En pilas Percolación AgitaciónLey del mineral Baja ley Baja-media Media-alta Alta leyTonelaje Grande Gran a mediano Amplio rango Amplio rangoInversión Mínima media Media a alta altaGranulometría Corrido de mina Chancado grueso Chancado medio MoliendahúmedaRecuperacionestípicas40 a 50% 50 a 70% 70 a 80% 80 a 90%Tiempo detratamientoVarios años Varias semanas Varios días horasSoluciones Diluidas 1-2 g/LCuDiluidas 1-2 g/LCu20-40 g/L Cu 5-15 g/L CuProblemasprincipales en suaplicación-Recuperaciónincompleta.-Reprecipitaciónde Fe y Cu.-CanalizacionesEvaporación.-Evaporación.-Pérdida desolucionesSoluciones muydiluidas.-Recuperaciónincompletarequiera degrandes áreas.-Canalizaciones.-Re-precipitación-Evaporación.-Soluciones diluir.-Bloqueo porfinos.-Requiere demás inversión.-Manejo demateriales.-Necesita demayor control enla planta.-Molienda.-Lavado

encontracorriente-Tanque derelaves-Inversión muyalta-Requiereabundante agua.-Control de laplanta es mássofisticado.

1.4 Cinética de la lixiviaciónLa termodinámica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reacción química enciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reacción a ocurrir. Sin embargo, latermodinámica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema procederá hacia elequilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cinética por lo tanto nos daráinformación muy valiosa, tanto para la ingeniería de un proceso, como para predecir velocidades enuna gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr unrendimiento óptimo en el menor tiempo posible.En general, un estudio cinético puede aportar dos tipos de información importantes para:Diseño de quipos y proceso.Determinación de mecanismos.Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser éstemanejable en la práctica, es muy importante en todo proceso metalúrgico, pero en hidrometalurgia esun apoyo fundamental por varias causas:· Los procesos

hidrometalúrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior.· Las reacciones son de carácter heterogéneo.· En general, los proceso hidrometalúrgicos aplicados son lentos.El mecanismo de reacción entre un sólido y una solución involucra las siguientes etapas consecutivas:1. Disolución de reactantes gaseosos en la solución acuosa (si los hubiera).2. Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase sólido-líquido.3. Transporte de los reactantes a través de una capa producto o ganga de mineral hacia la superficiede reacción (difusión: poros; sólido).4. Reacción química de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorción; químicas;electroquímicas).5. Transporte de los productos solubles a través de la capa producto hacia la superficie sólido-líquido.6. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solución.Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa sólidaproducto o el mineral no está bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas esproporcional al área de interfase sólido-líquido y del área de reacción, que en algunos casos puedecoincidir. También la etapa más lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puede implicarun control, químico o por transporte. Los factores que afectan la cinética de las reaccionesheterogéneas de lixiviación son numerosos, destacándose:· Temperatura.· Geometría, tamaño, porosidad del sólido.· Formación producto sólido o no.· Tipo de control.· Naturaleza reacción química.· Concentraciones de los reactantes y productos solubles.· Reacciones laterales ocurrentes.

1.5Lixiviación óxidos de cobre1.5.1 Aspectos teóricos de la lixiviación en pilasLa lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que consiste en la recuperación en forma iónica demetales valiosos (Cu, Zn, Au, etc.) de los minerales primarios y/o secundarios. La recuperación seefectúa por reacciones iónicas de disolución efectuadas a condiciones de temperatura ambiente porintermedio de soluciones acuosas.Iones : Materia con carga eléctrica que se obtiene al disolver un compuesto químico.Pueden ser de dos clases, con carga positiva o cationes Cu+2, Fe+3, H+, Na+, etc. y concarga negativa o aniones SO4-2, NO3-, CO3-2, etc.Solución acuosa (fase acuosa): Es una mezcla líquida de agua con algún compuestoquímico ácido o básico disuelto en ella que permiten contener iones metálicos.La fuente principal de las materias primas, para la lixiviación son los minerales. Estos pueden serminerales oxidados y minerales sulfurados.A continuación daremos a conocer algunos conceptos del proceso de lixiviación.Minerales oxidados.Minerales sulfurados.Lixiviación de óxidos.Lixiviación de sulfuros.Ganga de minerales.

Condiciones óptimas para la lixiviación de cobre.La escala de pH.1.5.2Minerales oxidadosLos minerales oxidados y carbonatos son usualmente encontrados cerca de la superficie en las minasde tajo abierto, estos se forman debido a la descomposición y alteración de minerales sulfuradosprimarios.Los óxidos metálicos son fácilmente solubles en medio ácido, los principales minerales oxidados decobre son:

Tabla Nº 1.2FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA Crisocola CuSiO3Malaquita CuCO3. Cu (OH)2Azurita 2CuCO3. Cu(OH)2Cuprita Cu2OTenorita CuO1.5.3 Minerales sulfuradosEn las minas de tajo abierto los minerales sulfurados se encuentran por debajo de la capa de óxidos, ypor lo tanto no han sufrido cambios por efectos del medio ambiente, su tratamiento generalmente serealiza por operaciones tradicionales de chancado, molienda, flotación, fundición y electrorefinación,sin embargo la técnica de lixiviación bacterial, permite la extracción del cobre de estos minerales debaja ley.Los principales minerales sulfurados son:Tabla Nº 1.3FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA Calcopirita CuFeS2Bornita Cu5FeS4Calcosita Cu2SCovelita CuS1.5.4Lixiviación de óxidosLos minerales oxidados contienen minerales de cobre y minerales de ganga o sin valor comercial. Elcobre se encuentra en forma de silicatos de cobre o crisocola y en forma de carbonatos de cobre comomalaquita y azurita, también se encuentra pequeñas cantidades de sulfatos de cobre tales como lacalcocita y la chalcopirita.Los óxidos se caracterizan principalmente por tener como ganga una matriz o roca madre decarbonatos (caliza), que son consumidores de ácidos y tienen un alto contenido de arcilla que dificultala percolación de la solución durante la lixiviación en pilas.La crisocola, un hidroxisilicato con una estructura cristalina abierta, se lixivia rápidamente en ácidosulfúrico (H2SO4) de acuerdo a la siguiente reacción:CuSiO3. 2H2O + H2SO4

+ 2H20 Cu+2+ + 5H2O + SiO2

El Cu+2es el ión cúprico, el principal estado del cobre cuando este se disuelve en solución. Los ionesen la solución pueden tener cargas positivas, tales como el ión cúprico (Cu+2) o cargas negativas, talescomo el ión sulfato (SO4-2).Al igual que la crisocola, la malaquita, la azurita se lixivia bastante rápido en ácido sulfúrico lasreacciones químicas para este proceso de lixiviación son las siguientes:MalaquitaCu2(OH)2CO3+ 2H2SO4+ 7H2O 2CuSO4+ 10H2O + CO2AzuritaCu3(OH)2(CO3)

2+ 3H2SO4+ 11H2O 3CuSO4+ 15H2O + 2CO21.5.5Lixiviación de sulfurosLos minerales sulfurados contienen minerales de cobre y se forman durante largos periodos detiempos geológicos mediante la lixiviación parcial de la calcopirita (Cu Fe S2), conocida como sulfuroprimario.El cobre que se encuentra en la calcosita y covelina se puede disolver en la solución de lixiviación enla forma de ión cúprico (Cu+2) mediante una reacción con ión férrico (Fe+3) que es uno de los agentesoxidantes mas poderosos que se conocen.La covelina se lixivia con solución de ácido sulfúrico de acuerdo a la siguiente reacción.Cu2S + 4Fe+3+ 2Cu+2+ + S01.5.6Ganga de mineralesLos minerales de cobre ocupan una pequeña porción del total del volumen de roca en Tintaya. Lamayor porción de la roca contiene varios complejos de alumínicos-silicatos, carbonatos que es eldesmonte o ganga del mineral.1.6Efecto de la ganga en los sistemas de lixiviaciónLa silico-ganga asociada a los minerales de cobre influyen en el sistema en base a:Mayor consumo de ácido.Disolución y precipitación de impurezas.

Menor cinética de lixiviación.Características de escurrimiento de lechos percolantes.

Pérdida de cobre.Algunos aspectos geoquímicos de las gangasFeldespastos, especie de la familia de los silicatos; son minerales formadores de roca primariasígneas y su cristalización es asociada a la cristalización del magma.Arcilla, aluminosilicatos hidratados; formados por descomposición y alteración de feldespatos, y porlo tanto, de carácter secundario.Todas las reacciones de disolución de las silico-gangas en medio ácido consumen ácido sulfúrico, ypor lo tanto inciden en un aumento del consumo neto del reactivo en el sistema.Gangasasociadas a la anortita, ortoclasa, montmorillonita, esmectita, illita, albita, incorporan agua ensu estructura y podría ello derivar en complejas operaciones, tales como:Tabla Nº 1.4Técnicas delixiviaciónFenomenología Problema operacionalAgitación Tixotropía Dificultad en la separaciónsólido-líquidoPilas Higroscopía Estabilidad de pilasEl swelling(hinchamiento de cierto tipo de arcilla por absorción de agua y solutos), genera seriosproblemas de escurrimiento hidráulico en los lechos respectivos.1.7 Condiciones óptimas para la lixiviación de cobreDentro de las principales zonas marcadas en el diagrama mostrado en laFigura 1.1, losdiferentescestados químicos del cobre son mostrados como estables. Esto simplemente significa que laforma dada del cobre puede existir en lascondiciones de pH (es el logaritmo negativo de laconcentración de iones hidrógenos de la solución) y Eh mostrados en los ejes del diagrama. Porejemplo, en un pH de 8,0 el cobre puede existir ya sea como CuO ó como Cu(OH)2, para adquirir Eh(es el potencial de oxidación o reducción de las reacciones involucradas) entre 0,2 voltios y 0,75voltios. En un Eh de –0,2 voltios el CuFeS2puede existir entre valores de pH de 0,0 yaproximadamente 8,25. El Eh es una medida (en voltios) de la fuerza de oxidación de una reacciónparticular. El pH es una medida de acidez que será explicada posteriormente en su principio.En los dos principales estados metalúrgicos del cobre esta la crisocola CuSiO3y malaquitaCuCO3.Cu(OH)2. Para obtener el cobre en un estado en donde se disuelva en la solución de lixiviación,es necesario formar Cu+2.Del diagrama, el CuO y el Cu (OH)2se convierten en Cu+2si 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 adición de soluciónde lixiviación disminuye en pH. Cuanto menor sea el valor de pH de 5,4 el CuO y el Cu(OH)2llegan aser menos estables y mayor es el porcentaje de CuO y Cu(OH)2que se convierte a Cu

+2. El porcentaje

de conversión es el porcentaje de cobre recuperado. El CuCO3sigue el mismo proceso general, nomostrado en este diagrama.En lenguaje práctico, el pH efectivo para la pila de lixiviación está en el rango de 0,5 a 3,0 y con un Ehpor encima de 0,6 voltios para conseguir una lixiviación homogénea.Figura 1.1Condiciones necesarias para la lixiviación en pilas de mineral de cobreLa escala de pHEl pH en una solución expresa su acidez o alcalinidad relativa en una escala de 0 al 14 (véase laFigura 1.2). El pH expresa la concentración del ión hidrógeno (H+). El agua destilada pura tiene unvalor de pH de 7 y es considerado como neutro (ni ácido ni alcalino). Los valores de pH quedisminuyen de 7 a 0 indican un aumento de acidez, y los valores de pH que aumentan de 7 a 14indican un aumento de alcalinidad. Cada unidad en la escala de pH representa un cambio de 10por gradiente en la concentración. Por ejemplo, una solución de pH de 1 es 10 veces más ácidaque una solución de pH 2. Sin la escala de pH, expresar la concentración de los iones hidrógenorequiere números tales como 0.0 a 0.00000000001 gramos por litro. El conteo de ceros o el uso de

una notación científica hacen que el valor de dichos números llegue a ser rápidamenteinmanejable. Mientras que la definición formal del valor del pH llega a ser bastante útil, observe losvalores de pH de algunas soluciones y materiales más comunes que están listados a continuación:Tabla Nº 1.5SOLUCIONES pHÁcido sulfúrico (H2SO4) para lixiviación de cobre. 1,0Jugo gástrico humano (estómago). 1,0 – 3,0Gaseosas. 2,0 – 4,0Naranjas. 4,0 – 5,0Cerveza. 4,5 – 5,0Plátanos. 4,5 – 4,7Harina de cereales. 5,0 – 6,5Leche de vaca. 6,3 – 6,6Agua potable. 6,4 – 8,0Sangre humana. 7,3 – 7,5Huevos de gallina. 7,6 – 8,00,1 N bicarbonato de sodio (NaHCO3). 8,40,1 N cianuro de sodio (NaCN) para lixiviación de oro. 11,00,1 N hidróxido de sodio (NaOH). 13,0Figura 1.2La escala de PH

1.7Agentes lixiviantesLa selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química,selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperación del cobre de la

soluciónacuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico los agentes utilizados en la lixiviacióndel cobre se clasifican en:Ácidos inorgánicos:Ácido sulfúricoÁcido clorhídricoÁcido nítricoBases:Hidróxido de amonioAgentes oxidantes:AmoniacoSales de amonioCianurosCarbonatosClorurosAgentes acomplejantes:AmoniacoSales de amonioCianurosCarbonatosClorurosEl ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por lasrazones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácidosulfúrico (H2SO4), es el SO2producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polucióny obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo.El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo,especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada Kg. de cobre producido seconsumen de 2,5-7 Kg. de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% delcosto de producción unitario.El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son losagentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre.1.8Métodos de lixiviaciónEn la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosaextractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de:Características físicas y químicas de la mena.Caracterización mineralógica.

Ley de la mena.

Solubilidad del metal útil en la fase acuosa.La cinética de disolución.Magnitud de tratamiento.Facilidad de operación.Reservas de mineral.Capacidad de procesamiento.Costo de operación y capital.Rentabilidad.La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de métodos para lixiviarlos,entre estos tenemos:Lixiviación in-situ.Lixiviación en botaderos.Lixiviación en pilas.Lixiviación reactores agitados.Lixiviación en autoclaves o reactores a presión.El detalle de los métodos se describen en la siguiente tablaTabla 1.6Resumen de técnicas de lixiviaciónRango deAplicaciones yResultadosMétodos de lixiviaciónEn Botaderos En pilas Percolación AgitaciónLey del mineral Baja ley Baja-media Media-alta Alta leyTonelaje Grande Gran a mediano Amplio rango Amplio rangoInversión Mínima media Media a alta altaGranulometría Corrido de mina ChancadogruesoChancadomedioMoliendahúmedaRecuperacionestípicas40 a 50% 50 a 70% 70 a 80% 80 a 90%Tiempo detratamientoVarios años Varias semanas Varios días horasSoluciones Diluidas 1-2 g/LCuDiluidas 1-2 g/LCu20-40 g/L Cu 5-15 g/L CuProblemasprincipales en suaplicación-Recuperaciónincompleta.-Reprecipitaciónde Fe y Cu.-Recuperaciónincompletarequiera degrandes áreas.-Canalizaciones.-Bloqueo porfinos.-Requiere demás inversión.-Manejo de-Molienda.-Lavado encontracorriente-Tanque de

-CanalizacionesEvaporación.-Evaporación.-Pérdida desolucionesSoluciones muydiluidas.-Re-precipitación-Evaporación.-Solucionesdiluir.materiales.-Necesita demayor controlen la planta.relaves-Inversión muyalta-Requiereabundanteagua.-Control de laplanta es mássofisticado.1.9 Cinética de la lixiviaciónLa termodinámica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reacción química enciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reacción a ocurrir. Sin embargo, latermodinámica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema procederá hacia elequilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cinética por lo tanto nos daráinformación muy valiosa, tanto para la ingeniería de un proceso, como para predecir velocidades enuna gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr unrendimiento óptimo en el menor tiempo posible.En general, un estudio cinético puede aportar dos tipos de información importantes para:Diseño de quipos y proceso.Determinación de mecanismos.Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser éstemanejable en la práctica, es muy importante en todo proceso metalúrgico, pero en hidrometalurgia esun apoyo fundamental por varias causas:Los procesos hidrometalúrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior.Las reacciones son de carácter heterogéneo.En general, los proceso hidrometalúrgicos aplicados son lentos.El mecanismo de reacción entre un sólido y una solución involucra las siguientes etapas consecutivas:1. Disolución de reactantes gaseosos en la solución acuosa (si los hubiera).2. Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase sólido-líquido.3. Transporte de los reactantes a través de una capa producto o ganga de mineral hacia lasuperficie de reacción (difusión: poros; sólido).4. Reacción química de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorción; químicas;electroquímicas).5. Transporte de los productos solubles a través de la capa producto hacia la superficiesólido-líquido.6. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solución.

Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa sólidaproducto o el mineral no está bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas esproporcional al área de interfase sólido-líquido y del área de reacción, que en algunos casos puedecoincidir. También la etapa más lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puedeimplicar un control, químico o por transporte. Los factores que afectan la cinética de las reaccionesheterogéneas de lixiviación son numerosos, destacándose:Temperatura.

Geometría, tamaño, porosidad del sólido.Formación producto sólido o no.Tipo de control.Naturaleza reacción química.Concentraciones de los reactantes y productos solubles.Reacciones laterales ocurrentes.2.1. Cinética de lixiviaciónTomando en como ejemplo la disolución Copper WadCuO + 2H+= Cu2++ H2OSe observa que el cobre que se encuentra formando una red cristalina en estado sólido, por intermediode la reacción química de ácido que “ ataca” el mineral, éste se transfiere ( pasa) de una fase acuosa auna fase líquida, ahora como electrolito Cu++.SoluciónNúcleo de mineral noreaccionadoEstado en t iemo tPelícula deZona PorosaReaccionada2+CuOEstado Inicial

2.0LIXIVIACIÓN ÓXIDOS DE COBRELos minerales oxidados son el producto de la degradación de un depósito o zona originalmentesulfurado, la cual se alteró por acción del oxigeno, aguas freáticas, bio-oxidación, etc.En general la cinética de lixiviación de los óxidos de cobre es dependiente de la actividad de los ioneshidrógeno en el sistema acuoso. El área de la superficie de reacción, geometría, tamaño, formaciónproducto de reacción insoluble, también afectan la cinética. La disolución de óxidos de cobrenormalmente no requiere la presencia de un agente oxidante para que se de una reacción deoxidación-reducción. Una excepción, es la disolución de cuprita (óxido cuproso) en soluciones ácidas.En ausencia de oxígeno o u otro oxidante la reacción es:+ + +En presencia de oxígeno, la cuprita reacciona para formar iones cúpricos en solución:+ + +En presencia de un ión férrico:En el caso de la crisocola, Pohlman y Olson determinaron que la disolución obedece al modelo delnúcleo reducido con un control mixto.La capa de sílice es una barrera para la difusión del extractante, la otra es la reacción química en elfrente móvil.Los sulfatos básicos de cobre, los cloruros y carbonatos presentan alta velocidad de disolucióncomparada con la crisocola y la cuprita, al lixiviarlas con ácido.Considerando los óxidos incluidos en la roca matriz formando un fragmento de mena, para la cinéticaes fundamental las siguientes características:Tamaño fragmentos.Modo ocurrencia de los minerales útiles.Porosidad de los fragmentos.Reactividad de la ganga.Composición minerales útiles.Ley de cobre.Forma de contactar los fragmentos sólidos con la fase acuosa ácida.

Concentración de ácido en la solución.La porosidad de los fragmentos es muy importante para la cinética de lixiviación con trozosgruesos, la presencia de grietas, capilares, poros abiertos en la roca afectan la velocidad depenetración de la solución acuosa. Sullivan, determinó, que la acción capilar de penetración juntoa la solubilidad del gas que llena los poros en el lixiviante, son los dos factores más importantespara el transporte de la solución acuosa a través del volumen del fragmento.

Para Sullivan, el tamaño del fragmento es la variable primaria confiable que afecta la velocidad depenetración de la solución. El chancado de menas no sólo reduce la distancia que debe serpenetrada, si no que también incrementa el número de pasajes disponibles para la entrada de lasolución por creación de grietas, fisuras microcópicas, micro-capilares. Cuando los pasajes estáncompletamente llenos de agua, el transporte del extractante a los sitios de ataque sólo se realizapor difusión en el medio líquido lo que es un proceso lento. Las reacciones de los óxidos de cobremás comunes al lixiviarlos con ácido son:Azurita:Malaquita:Atacamita:Crisocola:Brocantita:Tenorita:Cuprita:2.1 Óxidos refractarios:Dentro de las materias minerales como recursos para extraer cobre, hay dos casos que son de altointerés de análisis por su problemática y desafío que presentan, estos son:Menas de cobre de yacimientos tipo “exóticos”.

Nódulos marinos polimetálicos.Las características comunes de estos recursos cupríferos para su procesamiento hidrometalúrgicoson:Refractariedad a la lixiviación ácida tradicional.No presentación de especies mineralógicas de cobre separadas, sino formandomezclas amorfas de óxidos metálicos hidratados.Presencia de óxido de manganeso tetravalente como fase que contiene al cobreoxidado distribuido.

La ganga consiste de varios minerales arcillosos (caolín, montmorillonita, clorita,sílice, etc.).Facilidad de conminución (Wi = 7 Kwh. / ton).Pincheira y colaboradores, determinaron las propiedades físico-químicas de los minerales y suincidencia en la lixiviación y electroobtención, observándose que en cuanto a la extracción de cobre esmás importante el grado de alteración de la roca que la especie mineralógica de cobre predominante(atacamita, crisola, “Koper wad”, “Koper pictch”).Clasificación geológica % Caolín %Extrucción cobreFrescos 5 85Alteración leve 5-10 77Alteración parcial 15-20 60Alterados 20-40 37Para las muestras alteradas, se estima que la refractariedad se debe al “ Koper wad” por micas yarcillas portadoras de cobre.Las lixiviaciones ácido-reductoras , muestran una mayor extracción del cobre, por disolucióndel manganeso a través de un mecanismo redox.En el caso de los nódulos polimetálicos, a pesar de ser porosos (60%) y con una superficie específicade alrededor de 200 (m²/g), su lixiviación ácida directa a baja temperatura es lenta. Dado suscontenidos en manganeso, se han propuesto métodos para disolver la matriz de manganesotetravalente, mediante pretratamiento de reducción térmica, lixiviación ácida-reductora, lixiviación conHCl . Todos los avances logrados en lixiviación de nódulos estimaron disolver elNi, Cu y Co contenidos y no el manganeso.2.2Lixiviación de sulfurosLa lixiviación de sulfuros de cobre se caracteriza por:Requerir condiciones oxidantes.Dado el carácter de buenos conductores electrónicos de los sulfuros, principalmente la cinéticade disolución de ellos, está controlada por procesos electroquímicos.

Cinética menor comparada con óxidos.Interacción con actividad bacterialFormación de fases sólidas intermedias durante la lixiviación.La extracción hidrometalúrgica del cobre a partir de sulfuros, actualmente se realiza para menas debaja ley, por métodos que utilizan la acción bioquímica y de largo tiempo de ataque (in-situ; botaderos).El procesamiento hidrometalúrgico de sulfuros de alta ley o concentrados de flotación no ha logradocompetir económicamente con la vía flotación fundición.Los sistemas lixiviantes de sulfuros de cobre son numerosos, pero comercialmente escasos, parapresentar el comportamiento de los sulfuros de cobre en forma más concisa, analizaremos lasespecies más comunes.

2.2.1CovelitaLa disolución de covelita en sulfato férrico-ácido, se ha postulado comoLa velocidad de disolución, está controlada por la reacción química y la concentración de ejerceun pronunciado efecto sobre la velocidad solamente hasta el máximo de 0,005 M.La disolución con soluciones de H2SO

4- O2es más lenta que con soluciones de sulfato férrico.2.2.2CalcocitaSullivan en 1930, determinó que la disolución de calcocita en soluciones de sulfato férrico, se realizaen dos etapas.La reacción global es:Sullivan, observó que el azufre elemental no fue formado hasta que la extracción alcanzara alrededorde 50% de cobre, esto indica que la reacción de la primera etapa es muy rápida comparada con lasegunda. Varios estudios posteriores han establecido:El producto CuS no es covelita normal.La etapa inicial es rápida con una energía de activación baja y control por transporteen la fase acuosa.La segunda etapa está controlada químicamente.2.2.3BornitaSu disolución por debajo de 40 °C con , se realiza por dos etapas, siendo la primera mucho másrápida, termina con la disolución del 28% del cobre, la segunda es lenta y prácticamente se detienecuando un 40% del Cu ha sido extraído. A temperaturas mayores, las dos etapas se presentan, larápida hasta 40% de extracción y la lenta hasta disolución total.Ugarte, propone el mecanismo a temperatura > 40% °CEtapa 1:Etapa 2:

2.2.4CalcopiritaEs el mineral de cobre más común y refractorio a la disolución relativamente comparado con otrossulfuros. Por lo anterior, numerosos estudios de cinética y procesos de lixiviación se han realizado, sinembargo, varios aspectos de la disolución de la calcopirita no están completamente resueltos cuandose utiliza ión férrico.Las conclusiones obtenidas en la disolución con ión férrico a pesar de no haber consenso, coincidenen:oLa disolución se realiza por la reacción:oCinética parabólica y control por transporte a través de la capa producto de azufreoCuando se emplea sulfato férrico, la velocidad de disolución es directamenteproporcional a la concentración de hasta 0,01 M.oEn el caso de cloruro férrico, la velocidad depende de la concentración del ión férrico.

oLas soluciones de cloruro férrico son más extractantes que las de sulfato, cualidad quees más presentable cuando la temperatura está sobre 50 °C.oLa energía de activación es alta.oTodos los autores, expresan que la calcopirita es relativamente refractaria paralixiviarse.Para la etapa controlante, se han sugerido varias teorías:Bauer y Beckstead, consideran la etapa controlante a la difusión de a través de la capa producto. Dutrizac, estima lo anterior para una concentración de 0,01 M , para mayores valores elcontrol es debido a la difusión de iones . Muñoz, ha propuesto últimamente que el control es porel transporte de electrones por la capa producto de azufre y el mecanismo siguiente:Reacción Anódica:Reacción Catódica:3.0 Lixiviación en pilas

3.1.Aspectos teóricos de la lixiviación en pilasEn éste proceso el mineral de cobre es tratado con soluciones ácidas diluidas, distribuidas en lasuperficie de la pila a una determinada tasa de riego, expresada en litros por unidad de tiempo y porm2de superficie de pila, limitada por la percolabilidad del material, esto es, por la capacidad del mineralchancado a una granulometría dada, para drenar la solución alimentada en ésta superficie por losregadores, sin inundarse o formar capas freáticas en el interior del montón de mineral.Durante el paso a través del mineral, el ácido 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 canaletarecolectora ubicada en el frente de su base.Las fuerzas que regulan el fenómeno y por lo tanto la velocidad de reacción en la interfase sólido-líquido, deben ser parte de un movimiento hidráulico del tipo capilar y sólo en segunda instancia deuno de carácter gravitatorio, debido a que la lixiviación en pilas tiene en si una cinética lenta,comparada con procesos del mismo tipo que trabajan con lechos inundados (lixiviación por percolacióny agitación) y por el grado de conminución a que es sometido el mineral. La solución debe mojar todala roca para que pueda penetrar en todo los poros.Se entenderá como ciclo de lixiviación de una pila o módulo, el tiempo medido en días o meses, enque un mineral es depositado en una cancha de lixiviación y es sometido a las siguientes operaciones:Lixiviación o regadío con solución lixiviante . En las pilas de tipo dinámico, se puedendistinguir un riego rico y un riego intermedio.Lavado con agua.Esta etapa se realiza con el fin de disminuir la impregnación desolución químicamente activa, ya sea porque contiene un elemento valioso en solución, o,porque contiene un lixiviante peligroso.Drenaje . El ripio antes de retirarlo, en el caso de una pila renovable, o de abandonarlo enel caso de una pila permanente, es dejado en reposo para que percole la cantidad desolución contenida entre los límites de humedad de precolación y de humedad deimpregnación del material.Carga y descarga . En el caso de pilas renovables, involucra el tiempo de construcción dela pila y su remoción.3.2Clasificación de los tipos de pilas3.2.1Respecto al pisoUna primera clasificación de las pilas es de acuerdo con el piso que pueden tener, de acuerdo a:3.2.1.1 Pila renovableSu piso es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviación se retira el ripio, para reemplazarlocon material fresco.Campo de aplicación:Minerales de alta ley, alta recuperación, rápida cinética de lixiviación, apropiadas para lixiviación demenas primarias.Características generales:

Pilas relativamente bajas para permitir una rápida carga y descarga del material, de granulometría finay la altura se define por el sistema de carguío y por la concentración de las soluciones a obtener.3.2.1.2Pila PermanenteSu piso no es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviación no se retira el ripio, sino que seabandona.Campo de aplicación:Minerales de baja ley, baja recuperación, lenta cinética, lixiviación secundaria de ripios y amplioespacio disponible.Características generales:Pilas elevadas para lograr una alta densidad de carga por m² de pila, granulometría alta, diseñadaspara cargas sucesivas de mineral en capas y la altura queda limitada por las necesidades de oxígenoen el interior de la pila.3.2.1.3Pila ModularEs una combinación de ambas anteriores, en que solo se impermeabiliza una vez el piso, el ripio seabandona, pero sobre él se deposita material fresco formando una segunda capa en el sentidovertical. Este tipo de pila se utiliza principalmente en la lixiviación de minerales en botaderos.3.3Respecto a la operaciónDesde el punto de vista de su operación las pilas pueden clasificarse en los siguientes tipos:3.3.1Pila UnitariaSe impermeabilizan diferentes sectores de la planta y todo el material de cada uno de estos sectorespasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de lixiviación.Características:Carga de una vez la totalidad de la pila y la descarga de una vez al término del ciclo de lixiviación,ventajosa para plantas de baja capacidad; operación más simple y flexible.3.3.2Pila dinámicaSe impermeabiliza un sector de la planta y en ésta única no existen materiales que están en lasdistintas etapas del ciclo de lixiviación.Características:En cada período, que puede ser diario o múltiplos de la alimentación diaria, descarga un módulo ydescarga otro, los cuales además van directamente adosados a sus respectivos sectores de la pila,con la condición de que no haya contacto entre la mena fresca y el ripio agotado. De esta forma lacamada queda formada por sub. -Pilas internas; tiene menor inversión unitaria, mejor aprovechamientodel piso impermeable, ciclos de operación muy regulares; concentraciones muy estables y regulablesde las soluciones de proceso; menor capital de trabajo.

4.0 TECNOLOGIA DE LA LIXIVIACIONINTRODUCCIÓNEsta sección describe la operación de lixiviación en la cual el mineral aglomerado se distribuye en pilasy se lixivia para recuperar el cobre con solución de refino y solución de lixiviación intermedia (ILS). Laoperación de lixiviación depende de las piscinas y de las bombas de solución, así como de la adiciónde agua de reposición sin tratar y de ácido sulfúrico. Los operadores del área de lixiviación debenconocer el funcionamiento de los sistemas de bombeo de las piscinas de solución. Estos sistemas seanalizan en este módulo.4.1 PISCINAS Y BOMBAS DE SOLUCIÓNLa solución que se distribuye hacia la pila de lixiviación se origina en las diversas piscinas delixiviación. Las bombas centrífugas verticales de las piscinas envían la solución al destino deseado.La piscina de refino recoge la solución de la operación de SX (extracción por solventes) después deque se ha extraído la mayor parte del cobre de la PLS (solución rica de lixiviación). La solución derefino se recicla hacia las fajas de lixiviación durante un ciclo de lixiviación de segunda etapa pararecuperar el cobre remanente en el mineral después de que ha finalizado la lixiviación de primeraetapa.La piscina de ILS (solución de lixiviación intermedia) recoge la solución producida por la lixiviaciónparcial del cobre del mineral en las fajas de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa.Luego, esta solución se bombea hacia las fajas de lixiviación y se recicla como solución de lixiviacióndurante la operación de lixiviación de primera etapa.La piscina de PLS recoge la solución producida por la lixiviación del cobre del mineral en las fajas delixiviación durante el ciclo de lixiviación de primera etapa. Luego, esta solución fluye por gravedadhacia el proceso de

SX (extracción por solventes) para su posterior procesamiento con el fin derecuperar el cobre contenido.4.2 Piscina de refinoEl refino (solución agotada a aprox.0,44gramos por litro [g/L] de cobre en el proceso de SX) de laoperación de SX fluye por gravedad hacia la piscina de refino. La piscina de refino tiene unacapacidad normal dependiendo del las condiciones de la planta. Desde aquí, se bombea hacia lasfajas de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa para recuperar el cobre que quedaen el mineral después de finalizar la lixiviación de primera etapa. La solución resultante, denominadaILS (solución de lixiviación intermedia), fluye por gravedad hacia la piscina de ILS. El refino contieneaproximadamente9,7g/L de ácido sulfúrico libre y tiene un pH de aproximadamente1,20. El ácido enel refino realiza la lixiviación de segunda etapa.Se agrega agua de reposición a la piscina de refino desde el suministro de agua fresca, según seanecesario, para reemplazar el agua perdida por evaporación de la superficie de la pila de lixiviación yde las piscinas. También se agrega agua fresca para reponer la solución retenida con el residuo de lalixiviación.Se agrega ácido sulfúrico a la solución de refino para reponer el ácido consumido durante el proceso.El ácido es bombeado, a una razón controlada, desde el estanque de almacenamiento de ácidosulfúrico hacia la línea de alimentación de refino. La piscina de refino rebasa por gravedad hacia laslíneas de recolección que alimentan la piscina de ILS. Estas líneas de recolección serán analizadasmás adelante en esta descripción.Bombas de refino El refino es bombeado desde la piscina de refino por bombas de accionamiento de velocidad variablemultietapas de turbina vertical. Generalmente, tres bombas están operando y una está de reserva.Las bombas están provistas accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay unaválvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución sedevuelva a través de la bomba cuando no está funcionando.4.3 Piscina de solución de lixiviación intermedia (ILS)

La solución de lixiviación intermedia (ILS), producida por la lixiviación parcial del cobre del mineral enla pila de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa, fluye por gravedad desde la pilade lixiviación hacia la piscina de ILS. Luego, esta solución vuelve a la pila de lixiviación en forma desolución de lixiviación para ser usada durante la operación de lixiviación de primera etapa. La ILScontiene aproximadamente11,5g/L de ácido sulfúrico libre y tiene un pH de aproximadamente1,2. Elácido de la ILS realiza la lixiviación de primera etapa del cobre contenido en el mineral para produciruna solución rica con aproximadamente4,68 g/Lde cobre.Se agrega ácido sulfúrico a la piscina de ILS para reponer el ácido consumido durante el proceso. Elácido se bombea, a una razón controlada, desde el estanque de almacenamiento de ácido sulfúricohacia la línea de alimentación de ILS.Bombas de ILS La solución ILS es bombeada desde la piscina de ILS por bombas multietapas de turbina vertical .Lasbombas están provistas de accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay unaválvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución sedevuelva a través de la bomba cuando no está funcionando.4.4 Piscina de solución rica de lixiviación (PLS)La solución rica de lixiviación (PLS) es producida por la lixiviación de cobre del mineral en la pila delixiviación durante el ciclo de lixiviación de primera etapa. Ésta fluye por gravedad desde la pila delixiviación, a través de un sistema de tuberías colectoras, hacia la piscina de PLS. Esta solución fluyepor bombeo desde la piscina de PLS hacia la planta de SX (extracción por solventes) para su posteriorprocesamiento, con el fin de recuperar el cobre contenido. La solución de PLS contieneaproximadamente

4,68 g/L de cobre y3,8 g/Lde ácido sulfúrico libre y tiene un pH deaproximadamente1,55.Bombas de PLS La solución de PLS es bombeada desde la piscina de PLS por bombas multietapas de turbina verticalGeneralmente, tres bombas están operando y una está de reserva. Hay una válvula de no retornoinstalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución se devuelva a través de labomba cuando no está funcionando.4.5 PILA DE LIXIVIACIÓNCaracterísticas del mineral de lixiviaciónEl mineral de lixiviación primero se extrae, se chanca y se aglomera. Luego, se transporta a la pila delixiviación mediante una serie de correas transportadoras y el apilador lo deposita en la pila delixiviación. En la etapa de chancado, el mineral es chancado de forma tal que el80 por cientode laspartículas de mineral tengan menosde1/2pulgadade diámetro y el 100 por ciento del mineral tengaun diámetro inferior a¾ de pulgada. El mineral contiene0,7 a 1,0 por cientode cobre soluble. Elcobre soluble está presente en forma de un mineral, que se disuelve fácilmente en una solución deácido sulfúrico.El principal componente de mineral de cobre del mineral es una mezcla de brochantita y antlerita [Cu(4-3)SO4(OH)]. El cobre en este mineral se disuelve relativamente rápido en una solución de ácidosulfúrico. Los otros componentes de mineral que contienen cobre en el mineral principal son lacrisocola [(CuAl)2H2Si2O5.H2O] y cobre nativo oxidado (CuO2). El cobre en estos minerales se disuelvelentamente en una solución de ácido sulfúrico. La mayor parte de este cobre no se recuperará durantela operación de lixiviación.El mineral también contiene una variedad de minerales arcillosos, tales como ilita, moscovita y sericita.Estos minerales no contienen cobre.4.6 Construcción de la pila de lixiviaciónLa base de la pila es tierra natural compactada con una inclinación general ascendente de 1 a 5grados, que va de oeste a este. Sobre el suelo, se pone cuidadosamente una capa de tierra

especialmente seleccionada. Esta capa ayuda a proteger el único revestimiento de 60 milésimas depulgada de HDPE (polietileno de alta densidad) que se pone a continuación. Ésta es la

barreraimpermeable que recoge las soluciones de lixiviación y evita la pérdida de solución hacia el suelo. Elrevestimiento impermeable se extiende para traslapar un revestimiento similar colocado en las zanjascolectoras de solución que rodean el borde de la pila. Sobre el revestimiento, se coloca una serie detuberías colectoras de 4 pulgadas. Luego, se coloca otra capa de material cuidadosa-menteseleccionada. Esta capa tiene aproximadamente 0,6 metros de espesor y es la última capa depreparación antes de colocar el mineral. Entre el mineral y esta capa, se coloca una serie de tuberíascolectoras de 6 pulgadas. Las tuberías colectoras recogen la solución de lixiviación que drena hacia elfondo de la pila. Esta solución es dirigida al oeste, hacia las tuberías colectoras principales analizadasmás adelante en esta descripción. La pila de lixiviación está construida sobre una superficie preparadaespecialmente, como se ilustra en laFigura 4.1.Figura 4.1Pila de lixiviación y revestimientoLa pila de lixiviación está construida en capas. Estas capas también se denominan pisos. Una vezque se ha puesto suficiente mineral en un piso y el piso está debidamente preparado, se colocan lastuberías de distribución de solución sobre la superficie del piso superior. Se conectan las tuberías ycomienza el ciclo de lixiviación.La construcción de los pisos es un elemento importante en la operación del área de lixiviación, debidoa que la programación del área de lixiviación debe tomar en cuenta el avance de la construcción de lospisos de lixiviación.El piso se divide en franjas largas y angostas llamadas fajas. Para el primer piso de la pila delixiviación, una fajacomúnmentemide 160 metros de ancho por 900 metros de largo (la dimensión de900 metros va de oeste a este). Cada faja se divide en cuatro bloques, cada uno de aproximadamente160 metros de ancho por 225 metros de largo. Debido a la pendiente natural del mineral, a medidaque se agregan pisos adicionales a la pila, la longitud de las fajas disminuye progresivamente en lacima de cada piso adicional.

La pila de lixiviación se construye en dos fases. En la Fase 1, los pisos se construyen, primero, en ellado sur de la pila. Mediante la construcción de rampas en las fajas y utilizando la apiladora, el piso seconstruye 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 construcción de fajas en la esquina sudeste de la Faja 7, que es el inicio de laFase II.El primer piso de la Fase II se deposita a medida que los equipos se mueven desde la Faja 7 a la Faja8 y continúan a las Fajas 9, 10 y 11. Se depositan otros tres pisos sobre las Fajas 7 a 11, lo que haceque la pila de lixiviación 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 largode la pila este hasta el extremo de la Faja 11. Esto crea el Piso 5. Se depositan otros dos pisosidénticos. Aunque el Piso 8 se crea de la misma forma que los tres pisos anteriores, la cantidad defajas del Piso 8 disminuye a diez para crear una pendiente. Es necesario crear una pendiente en lapila para mantener las paredes estables. Los Pisos 9 al 11 son idénticos al Piso 8. En el Piso 12, lacantidad de fajas se reduce a nueve para aumentar la estabilidad de la pila. Los Pisos 13 y 14 sonidénticos al Piso 12.4.7 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Y RECOLECCIÓN DE SOLUCIÓNConceptos generales sobre riegoEl riego es la aplicación oportuna y uniforme de agua /solución a un lecho de lixiviación con el objetode producir la máxima recuperación de la especie de valor (cobre).4.7.1Diseño del sistema de riegoLa capacidad de la instalación debe ser suficiente para satisfacer las necesidades de riego en lacondición de máxima demanda.La clave de un buen diseño de riego consiste en establecer de la forma más precisa posible losrequerimientos que posteriormente se le exigirán a la instalación.El sistema de riego debe estar construido con materiales resistentes a:Agentes químicos que se utilizan en la lixiviación.

Desgaste por el uso y las condiciones de operación.Condiciones climáticas de trabajo.El sistema de riego debe poseer un sistema de control que asegure un funcionamiento continuo, deacuerdo a los estándares establecidos, y además, entregando la máxima flexibilidad a la operación.El cálculo del diseño de un sistema de riego debe cumplir con las normas estipuladas para lossistemas hidráulicos, principalmente:Las pérdidas de carga (cañerías codos, válvulas, emisores y otros accesorios).Medidas de protección de las instalaciones, operación y ambiente.Accesorios para la operación, control y mantención.La instalación debe ser optimizada en su relación costo /beneficioSe deben llevar a cabo estudios y análisis que permitan conocer los parámetros que determinan lasrestricciones a los que deba someterse el proyecto.

4.7.2Caracterización del sistema de riego4.7.2.1 Caracterización GeotécnicaAnálisis de estabilidad de la pila durante la lixiviación.Propiedades resistentes (cohesión- fricción).Efecto de la humedad.Nivel freático.Deformación volumétrica.Factor de seguridad.4.7.2.2Caracterización metalúrgicaMecanismos que controlan la cinética de extracción del cobre:Aspectos químicos.Aspectos físicos (fenómenos de transporte).Identificar la influencia del riego en estos mecanismos de control.4.7.2.3Caracterización hidrodinámicaEl riego debe ser definido en función de las características hidrodinámicas del material que se quierelixiviar, para:Optimizar el rendimiento metalúrgico.Asegurar la estabilidad de la pila.Reducir los costos.Aumentar la simplicidad del proceso.Maximizar la concentración de cobre en la solución.Convencionalmente durante el riego, predomina el movimiento vertical hacia abajo debido a la accióngravitatoria. No obstante, en realidad el flujo puede resultar bi o tridimensional.De esta forma los bulbos de humectación pueden presentar formas cilindrocónicas y hasta esféricas.El flujo de solución y el calendario de riego deben correlacionar con la fracción de líquido que participaen el transporte del cobre, evitando saturaciones del lecho, que eventualmente pueden serlocalizadas.El objetivo fundamental en la definición del calendario de riego es maximizar el contacto solución-mineral.4.8Tecnologías de riego4.8.1 Goteo

Se llama así a los sistemas que aplican solución con caudales bajos (<=16 L/h) por puntos individualesde emisión. En ellos se produce la disipación de una gran cantidad de energía por la que el líquidosale gota a gota. En el riego por goteo se debe tener en cuenta:Las características principales que se deben tener presentes en la selección de un emisor son:Caudal uniforme y constante. Poco sensible a las variaciones de presión.Poca sensibilidad a las obturaciones.Elevada uniformidad de fabricación.

Resistente a la agresividad química y ambiental.Bajo costo.Estabilidad de la relación caudal- presión a lo largo del tiempo.Poca sensibilidad a los cambios de temperatura.Reducida pérdida de carga en el sistema de conexión.El riego por goteo es recomendable cuando:La disponibilidad del líquido es escasa.No existe riesgo de precipitación de sales presentes en la solución.Existe régimen de viento fuerte y permanente.Las condiciones de temperatura son extremas (pueden funcionar enterrados).Según el diámetro de la sección mínima de paso, tuberías, emisores y sistemas integrados puedenclasificarse en:Muy sensibles a las obturaciones: d <= 0,7 mm.Sensibles 0,7 mm < d <=1,5 mm.Poco sensibles d > 1,5 mm.Velocidades mayores a 4,5 m/seg. reducen muchos las obturaciones.Es recomendable que el sistema de filtrado no deje pasar partículas sólidas dediámetros mayores a 1/10 del diámetro de la sección mínima de paso delgotero.4.8.2AspersiónPuede decirse que se trata de un sistemaen el que la superficie de la pila recibe la solución enforma de lluvia. Básicamente un sistema de riego por aspersión consta de:Grupo de bombeo.tuberías de transporte.Tuberías de distribución.Aspersores.Elementos auxiliares.Prácticamente todos los terrenos pueden se regados por aspersión, es especialmente recomendableen:o

Suelos de textura gruesa (arenosos).oCuando la disponibilidad del recurso hídrico no es limitante.oCuando se tienen aguas muy duras y hay peligro de incrustaciones.oRequieren una buena oxigenación de la solución.oLos aspersores pueden ser clasificados por:- Capacidad de tamaño (tamaño de boquilla).- Tamaño de gota ángulo de riego.- Anulo de influencia.- Giratorios o fijos.- Sistemas portátiles o fijos.Comparativamente con el riego por goteo presenta las siguientes ventajas:

Mayor simplicidad de instalación.Mayor versatilidad para el riego.Menor mantención (soluciones sucias).Desventajas del riego por aspersión:Menor precisión en la entrega de la solución, por consiguiente mayor gasto de ésta.Mayor presión de trabajo que acarrea mayor riesgo de daño y más necesidad deenergía por m3de solución gastada.Registra mayor pérdida por evaporación.El impacto de las gotas en la superficie produce una mayor compresión de la corteza.4.9 Distribución de la soluciónLa solución de lixiviación se distribuye hacia la pila de lixiviación a partir de dos fuentes: la solución derefino y la ILS (solución de lixiviación intermedia). La solución que se usa en cualquier área de la pilaen un momento dado depende de un programa de lixiviación predeterminado. Por lo general, la ILS seusa para producir la PLS de mayor ley y el refino, para producir la ILS de menor ley.4.9.1 Estaciones portátiles de control de flujoPara controlar el flujo de solución hacia la pila, hay estaciones portátiles de control de flujo. Cadaestación está dedicada a una faja. Cada estación portátil de control de flujo tiene cuatro líneas que seextienden sobre la pila de lixiviación. Las líneas de solución principales de refino y de ILS van endirección norte a sur, en el lado oeste de la pila de lixiviación. Las tuberías se colocan en zanjasrevestidas con HDPE. La tubería hacia las estaciones portátiles de control de flujo sale de estas líneasprincipales de solución.Las estaciones portátiles de control de flujo constan de un flujómetro magnético y una válvula decontrol. Además, hay válvulas de mariposa para aislar el flujo de solución de las líneas principales derefino y de ILS. A medida que la solución fluye hacia la estación portátil de control de flujo, primero seencuentra con el flujómetro magnético. Este instrumento tiene el mismo diámetro interno que la líneaque se conecta a las líneas principales de solución. El flujómetro magnético mide el caudal de solucióny transmite esta lectura de flujo a la sala de control de SX. Aquí se indica el flujo y se registra el flujototal que pasa por el tubería. También se usa la señal de caudal para el control automático del flujo.Cuando la solución pasa el flujómetro, entra a una sección de tubería . En esta sección de tubería, seinstala una válvula de control de flujo. Ésta es una válvula de bola con un actuador accionadoeléctricamente. El motor eléctrico que opera al actuador es controlado automáticamente por el DCS,en base a la lectura de flujo del flujómetro magnético. De esta forma, el DCS puede mantener un flujoprefijado por el operador a través de la tubería, ajustando la abertura de la válvula. Una vez que lasolución sale de la válvula de control de flujo, entra a otra tubería, que lleva la solución al sistema dedistribución de la solución de lixiviación, sobre la pila.

Figura 4.2Tubería principal de solución4.9.2 Sistema de distribución de solución del bloqueCada línea de la estación portátil de control está dedicada al control del flujo de la solución en unbloque dentro de la faja. Dentro de cada bloque, hay líneas matrices secundarias, equipadas

conválvulas de mariposa para aislar y controlar el flujo de la solución. Los tubos de los goteros tienenaproximadamente 45 metros de largo y salen de cada una de estas líneas matrices secundarias. Lostubos de los goteros están separados aproximadamente 0,76 metros.

Figura 4.3Vista de planta de la tubería del bloque de lixiviaciónLas líneas matrices secundarias constan de tramos cortos de tuberías de cloruro de polivinilo (PVC)que pueden ser transportados por una o dos personas. Las tuberías se unen con acoplamientos dedesconexión rápida. Hay una serie de tubos de 1/2 pulgada de diámetro (12 mm de diámetro)conectados a las líneas 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 sulongitud. .

Figura 4.4Detalle de una matriz secundariaLa operación de los goteros en los tubos de goteros es vital para el éxito de la operación de lixiviación.El gotero a presión se analiza con mayor detalle en el siguiente principio de operación.4.9.3 Principio de operación Goteros a presiónEl objetivo del gotero es controlar en forma precisa el flujo de solución de lixiviación que va acada área de la pila de lixiviación. El gotero reduce la presión en el tubo de gotero desdeaproximadamente 138 kPa en la entrada del gotero a 0 kPa en el orificio de descarga de lasolución. Esto se logra gracias a una serie de orificios perforados en el gotero. El diseño deestos orificios también controla el caudal de descarga del gotero a aproximadamente, 8 litros porhora. .Los goteros están insertos en el tubo de goteo a intervalos aproximados de 0,6 metros. Elgotero está fijo en el tubo, con la admisión del gotero cerca del centro del tubo. Esto ayuda areducir la cantidad de partículas que entran al gotero, ya que las partículas tienden adesplazarse por el fondo del tubo de goteo.Si entran partículas al gotero y son muy grandes como para pasar por los orificios, se puedenalojar en el orificio, deteniendo el flujo. Debido al bloqueo, se acumula presión detrás de lapartícula.Debido

a que el orificio está hecho de un material de silicona flexible y se puede expandir hasta50 veces su tamaño nominal, a medida que se acumula presión detrás de la partícula, ésta es

forzada a pasar por el orificio que se expande y a la siguiente cámara del gotero. Luego, elorificio vuelve a su tamaño y operación normales. Finalmente, la partícula pasa por todos losorificios y es descargada en la pila de lixiviación.Figura 4.5Gotero a presión4.9.4Principio de operaciónAspersorInicialmente los aspersores (wobblers) fueron desarrollados para la irrigación agrícola. Vea laFigura 4.6 .Están fabricados de termoplástico de alta densidad, el aspersor tiene solo una partemóvil y ningún resorte metálico. Las únicas partes móviles son el deflector y el trípode, los cualesestán sobre una base sujetados por un portaboquilla. La solución ingresa al aspersor por la basehasta el propulsor y la boquilla. El tamaño de la boquilla es seleccionado para un flujo enparticular.Puesto que la solución sale de la boquilla a alta velocidad, golpea las ranuras en el deflector ytrípode. Debido a la fuerza de la solución estas ranuras de deflector y el trípode se balancean yrotan al mismo tiempo. Este movimiento combinado crea un círculo uniforme de solución. El áreade aspersión puede ser hasta de (5,5 m) de diámetro, dependiendo de la presión de la solución yel flujo nominal.

Figura 4.6AspersorDurante la operación normal, se lixivian varios módulos al mismo tiempo. El númeropuede variar dependiendo de las condiciones actuales. Por lo menos un módulo adicionalestá siempre equipado con una red completa de tuberías y aspersores, de tal manera quela etapa de lavado pueda detenerse en un módulo y empezarse en otro sin demora.Luego del lavado de un módulo y ponerlo en su ciclo de reposo, su red de tuberías yaspersores pueden ser movidos a un nuevo modulo. Siempre que sea posible, el nuevomódulo debe ser ripiado antes de colocar las tuberías.

4.10 Sistema de recolección de soluciónSe han instalado tuberías colectoras en el revestimiento de HDPE en una zanja de la base oeste de lapila de lixiviación. Estas tuberías recogen y transportan la solución de lixiviación a las piscinas desolución. Hay colector para la ILS y un segundo colector para la PLS. Las tuberías y el revestimientoestán cubiertos por una capa de drenaje de un tamaño máximo de 500 mm de roca harneada.El revestimiento bajo las tuberías colectoras se prolonga hacia el oeste, por debajo de la tubería queviene de las bombas de solución. Luego, el revestimiento termina en una berma al oeste de las líneasde las bombas de solución. De esta manera, todos los derrames o filtraciones de las líneas derecolección, de las líneas de las bombas de solución o de la pila misma se juntan en el punto más bajo,la zanja, donde están instaladas las tuberías colectoras y, finalmente, se juntan en el colectorsecundario que lleva la filtración hacia la piscina de ILS.Hay un extenso sistema de tuberías colectoras sobre y bajo la pila de lixiviación que alimenta loscolectores principales. Las tuberías colectoras de la pila están instaladas debajo del primer piso y enla base de cada piso sucesivo. El sistema de recolección de cada piso sucesivo consta de una seriede tuberías de recolección y cámaras de traspaso. Las tuberías llevan la solución a las cámaras detraspaso. Desde allí, la solución fluye hacia las tuberías colectoras. La solución puede fluir a la

tuberíacolectora ya sea de ILS o de PLS. El destino lo elige el operador y puede ser controlado mediante lasválvulas de aislación en las líneas colectoras que alimentan los colectores.Figura 4.7Corte transversal del sistema colector de soluciónDurante la operación normal, fluye un gran volumen de solución a través de la pila. Si el operador dejade agregar solución nueva en la parte superior de la pila, la solución sigue fluyendo fuera de la pila yhacia la piscina durante algún tiempo. Parte de la solución queda atrapada en la pila. La parte quefluye fuera de la pila se denominadrenado de la pila de lixiviación (efluente). Existen piscinas desolución de PLS y de ILS las que pueden almacenar aproximadamente 16 horas de drenado de la pilade lixiviación.

Figura Nº 4.8 Detalle de revestimiento

La pila de lixiviación esta construida en capas. Estas capas también se denominan pisos.

4.11 Construcción del módulo de lixiviaciónSe presentan a continuación algunas variables constructivas de módulos de lixiviación:Tabla Nº 4.1Aspectos constructivos de pilas dinámicasImpermeabilización del pisoInstalación de tuberías de drenaje 4‘’ (101,6 mm)Formación de la pila Apilador radialDrenajes principales 18‘’ (457,2 mm)Forma que presenta TrapezoidalAltura 3,5 mTonelaje promedio 6 400 – 8 300 tÁngulo de reposo 45º4.12Sistema de lixiviación y lavado en pilas sistema dinámicoEl método de lixiviación en pilas es de pilas dinámicas por módulos.En base al trabajo de análisis extensivo y experiencias operacionales, la planta utiliza un ciclo de 38días por cada módulo, verTabla 4.2Ciclo de lixiviación:Tabla 4.2Ciclo de lixiviaciónCICLO DE LIXIVIACIÓN DÍASApilamiento de materiales e instalaciones de tuberías 2 díasLixiviación con alta concentración de ácido 3 díasLixiviación con mediana concentración de ácido 5 díasLixiviación con rafinato 22 díasLavado de pilas 3 díasDrenado de pilas 2 díasRetiro de tuberías y ripios 1 día

TOTAL 38 díasEl ciclo está diseñado para lograr una recuperación óptima de cobre soluble en ácido que se describea continuación:La bomba dosificadora de ácido muy concentrado, es la encargada de dosificar el ácido que seadiciona al rafinato; la mezcla de ácido muy concentrado y rafinato se realiza en el mezclador estático

de ácido, esta mezcla se dirige hacia el área de lixiviación, para un riego de alta concentración deácido.La bomba dosificadora de ácido concentrado es la encargada de dosificar el ácido que se adiciona alrafinato; la mezcla de ácido concentrado y rafinato se realiza en el mezclador estático de ácido; estamezcla se dirige hacia el área de lixiviación, para un riego de mediana concentración de ácido.La bomba dosificadora de ácido es la encargada de dosificar el ácido que se adiciona al rafinato (sifuera necesario); la mezcla de ácido concentrado y rafinato se realiza en el mezclador estático deácido; esta mezcla se dirige hacia el área de lixiviación, para un riego de rafinato.Las cantidades de ácido hacia los mezcladores estáticos son controladas por el sistema de controlDCS, los controladores indicadores de relación de flujo de ácido son los encargados directos pararealizar esta labor, la adición se calcula por medio de una relación existente entre la cantidad derafinato entrante al mezclador y el valor deseado de flujo de ácido sulfúrico que se quiere adicionar enla pila.El sistema de riego del módulo se realiza por goteo, este sistema cuenta con tuberías de riego de 20mm de diámetro, y una longitud de 106 m. Se disponen separadas, una de otra a una distancia de 0,5m; cada emisor de goteo se encuentra a una distancia de 0,5 m, la densidad de riego es de 15 L/h/m2

.En laFigura 4.9 ,se ilustra el detalle de la línea de riego por goteo. La lixiviación con altaconcentración de ácido dura 3 días, la lixiviación con mediana concentración 5 días, y la lixiviación conrafinato dura 22 días.Figura 4.9Detalle de una conexión de riego por goteo

Para la etapa de lavado que dura 3 días, se utiliza un sistema de riego por aspersión con agua, enel cual se utilizan aspersores, cada módulo requiere de 2 filas de 11 aspersores, la distancias entreaspersor y aspersor es de 10,6 m. En laFigura 4.10se muestra el detalle del riego por aspersión.Figura 4.10Detalle de la línea matriz de riego por aspersiónSistema de recolección de soluciónSe han instalado tuberías colectoras de sobre el revestimiento HDPE conectadas a las tuberías de ; lastuberías colectoras recogen la solución de lixiviación que drena hacia el fondo de la pila de lixiviación,esta solución se dirige hacia las dos tuberías principales .El revestimiento de HDPE se prolonga por debajo de la tubería que viene de las bombas de solución ytermina en las líneas de las bombas de solución. De esta manera, todos los derrames o filtraciones delas líneas de recolección, de las líneas de las bombas o de las pilas se junta en el punto más bajo.Hay un extenso sistema de tuberías colectoras bajo la pila de lixiviación que alimenta a los colectoresprincipales garantizando que la solución sea enviada a la poza de solución.

4.13 LIXIVIACIÓN EN PILAS PERMANENTELas soluciones de lixiviación (tanto refino como ILS) son distribuidas en la parte superior de las pilas delixiviación durante la operación normal. Las soluciones escurren por los pisos y disuelven el cobre delmineral aglomerado. Cuando las soluciones llegan al revestimiento impermeable, son recolectadas enlas tuberías colectoras y se envían a las piscinas de solución.4.13.1Bloques y ciclo de lixiviaciónCada piso de una pila de lixiviación se divide en fajas, cada una de las cuales es alimentada por lasestaciones portátiles de control de flujo. Cada estación portátil de control de flujo tiene cuatro tuberíasque se extienden por la parte superior y a través de la pila de lixiviación de oeste a este. Cada líneaalimenta un bloque de lixiviación individual; es decir, hay cuatro bloques por estación de control deflujo. Cada bloque tiene aproximadamente 160 metros de ancho y 225 metros de largo y cubre unárea aproximada de 36.320 metros cuadrados. Debido a que la pila de lixiviación no es cuadrada ensu esquina sudoeste, las fajas y los bloques de esa área, en cierta forma, son más pequeños que elresto.Tabla 4.3Terminología de las pilas de lixiviaciónTérmino Ancho Profundidad Largo ÁreaFaja Base 160 m 6 m* Variable—hasta 900 mAproximadamente 144.000 m2Bloque Ancho superior160 m6 m* 225 m Normalmente36.320 m2Piso 1.760 m 6 m* Variable—hasta 900 mAproximadamente 1.584.000 m2* Los aglomerados son apilados a una altura de 6 m. Después de aplicar las soluciones delixiviación, el material se compacta y la altura del piso disminuye en cierta medida.LaTabla 4.4muestra las características de la solución de lixiviación utilizada para lixiviar el mineral.Tabla 4.4Características de la solución de lixiviaciónConstituyente Refino (g/l*) ILS (g/l*) PLS (g/l*)

Cobre (Cu++) 0,41 1,0 4,68Total de hierro (Fe) 10-18 10-18 10-18Ácido sulfúrico(H2S04)9 a 10 9 a 10 9 a 10pH 1,3 1,2 1,5* Gramos de constituyente contenido en un litro de solución.En base al trabajo de análisis extensivo y a la experiencia operacional, se utiliza un ciclo de 105 díasen cada bloque, como se describe más adelante en laTabla 4.5. Este período no incluye el tiempo decolocación del mineral en un piso. El tiempo para terminar la construcción de un piso varía de 3 a 6meses, dependiendo del área del piso.

Tabla 4.5Ciclo de lixiviaciónActividad DíasCurado de ácido 1Instalación de tuberías 2Irrigación de la pila 80Drenaje sin riego 10Remoción de las tuberías 2Compactación y preparación 5Contingencias 5Total 105El ciclo está diseñado para lograr una recuperación de cobre soluble global del 85 por ciento. Si esnecesario, se puede modificar en base a la experiencia y las condiciones de operación actuales.Durante el período de 80 días de irrigación de solución de lixiviación, tanto el refino como la ILS seesparcen sobre la superficie de los bloques. Con el diseño de la tubería de la estación portátil decontrol, es posible alimentar refino e ILS a la misma faja. Esto da flexibilidad al programar la lixiviacióndel mineral para maximizar la recuperación de cobre.Normalmente, la ILS se usa para el primer período de irrigación de los bloques y el refino se usa parael resto del tiempo de lixiviación de los bloques. Sin embargo, en la práctica, el tiempo de cambio realde ILS a refino varía de un bloque a otro, debido a que todo el mineral de los bloques no esexactamente igual y algunos bloques pueden lixiviar más rápido que otros. El programa para pasar deuna solución a la otra es determinado por el supervisor y por el personal metalúrgico, y puedemodificarse en base a la experiencia y las condiciones actuales.En condiciones de operación normales, se obtienen regularmente muestras del mineral aglomeradoque se está poniendo en cada bloque en la planta de aglomeración. Las muestras se llevan allaboratorio metalúrgico y son lixiviadas bajo condiciones estándares. Los resultados de estas pruebasayudan a los operadores, supervisores y personal metalúrgico a hacer todos los ajustes necesarios alciclo de lixiviación.4.13. 2Programa de lixiviaciónA un tonelaje de producción de diseñode 54.000 a 67.500toneladas métricas secas por día, un flujocombinado de refino e de ILSa 7.200 m3por hora y una razón de goteo de 15 litros por hora por metrocuadrado de superficie de pila de lixiviación, la pila de lixiviación requiereaproximadamente 480.000 metros cuadrados de área de lixiviación activa. Esto es equivalente a más de 13 bloques en lixiviación almismo tiempo.Como lo indica el análisis anterior, cada bloque de la pila de lixiviación está en una etapa diferente delciclo en un determinado día. A fin de controlar la operación general de manera eficiente, lossupervisores y el personal metalúrgico preparan planes mensuales y anuales que muestran qué fajasse van a construir y qué bloques estarán en lixiviación durante el período del plan. Esta información seusa para preparar un programa semanal que ayude

a los operadores a programar su trabajo enterreno. 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 producción de cobre.4.13.3 Irrigación de solución de lixiviaciónDurante la operación normal, la solución fluye por los colectores, los subcolectores y los tubos degoteros para salir finalmente por los goteros. El operador ajusta las diferentes válvulas de mariposapara lograr el caudal deseado hacia los bloques y equilibrar el flujo hacia los cinco subcolectores. La

solución de lixiviación se aplica al mineral en los bloques a una razón de 15 litros por minuto por metrocuadrado. Con un área de bloque de 36.320 metros cuadrados, esta razón es equivalente a un flujo desolución de aproximadamente 545 metros cúbicos por hora para cada bloque.4.13.3 Estrategia de control de la distribución de la soluciónLa meta global de la estrategia de control de la distribución de la solución es lograr un flujorelativamente uniforme de solución de lixiviación a través de todos los goteros de la pila de lixiviación.La operación correcta del sistema de distribución de la solución requiere una comunicación ycooperación estrechas entre los operadores de la sala de control y de terreno. Como regla general,cuando se va a alimentar solución a una línea de alimentación de bloque vacía, el operador en terrenoabre completamente todas las válvulas de mariposa de 6 pulgadas de la matriz secundaria que va albloque que se va a lixiviar. Luego, el operador en terreno debe abrir la válvula de mariposa de 12pulgadas correspondiente de la línea principal de refino o de ILS, dependiendo de la solución que vayaa poner en los bloques de lixiviación. Este procedimiento ayuda a evitar una contrapresión excesiva enlos colectores y en las líneas matrices secundarias y

permite que escape el aire atrapado.Cuando la solución está fluyendo en forma continua, el operador en terreno ajusta el flujo de soluciónque va al bloque a 545 m3por hora. Esto se logra al ajustar las válvulas de mariposa de 6 pulgadas delas líneas matrices secundarias que alimentan los bloques. Si es necesario, el operador puede ajustartodas las válvulas de mariposa en las líneas matrices secundarias del bloque para lograr una razón deaplicación uniforme sobre la superficie del bloque.Durante la operación normal, los operadores frecuentemente cambian el flujo de solución de lixiviación(tanto refino como ILS) desde un bloque de lixiviación a otro y, con menor frecuencia, de una estaciónportátil de control de flujo a otra. El procedimiento de operación normal es iniciar el flujo de soluciónhacia el nuevo bloque o a la nueva estación portátil de control de flujo antes de detener el flujo hacia elbloque o a la estación portátil de control de flujo en funcionamiento. Este procedimiento ayuda a evitarla formación de presión excesiva en los colectores y en las líneas matrices secundarias.4.13.4 Monitoreo de la producciónPara asegurar que siempre haya una volumen adecuado de PLS con el correcto contenido de cobrepara las plantas de extracción por solventes (SX), el personal metalúrgico de la planta entrega uninventario de solución en forma regular (generalmente, semanal o mensualmente). Las anotacionesimportantes de este inventario y el equilibrio masa relacionadas son los caudales de solución y losanálisis químicos. Los caudales, tanto instantáneos como acumulativos en períodos de tiempo, sonmedidos y registrados por los flujómetros y transmitidos al DCS. Una responsabilidad importante deloperador es anotar los caudales, según lo instruya el personal metalúrgico de la planta, anotándolo enla planilla de control.4.13.5 Mezclador estáticoEl mezclador estático mezcla el rafinato o el agua de proceso con el ácido sulfúrico para que ambosfluyan a través de una tubería hacia los módulos de lixiviación.Principio de operación Mezclador estáticoEl mezclador estático (Static Mixer) es un equipo de acero inoxidable cuya función es la de realizar lamezcla homogénea de ácido sulfúrico con el rafinato con volúmenes que previamente han sidoregulados para el riego de los módulos de lixiviación.Consiste en un tubo a través del cual pasa rafinato a un caudal determinado por las bombas derafinato. En la parte central y en forma paralela a la tubería se encuentra una tubería pequeña pordonde ingresa el ácido sulfúrico que es bombeado por una bomba dosificadora a un caudalpredeterminado. Al ocurrir el contacto entre ambos fluidos (rafinato y ácido) ocurre la mezcla que esayudada por dos deflectores que se encuentran internamente antes y después de la descarga deácido. Estos deflectores provocan mayor turbulencia y por ende la mezcla es rápida.

Figura 2.1.7 Mezclador estático de ácido

5.0 LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓNEsta técnica se emplea para minerales que presentan una alta desintegración de la roca en contactocon soluciones acidulados, en minerales que generan un alto contenido de finos en las etapas dechancado, en el beneficio de menas en las que la especie de valor está en grano muy fino o muydiseminado en la roca. Es también el tipo de técnicas que se emplea para lixiviar calcinas detostación, en la lixiviación directa de concentrados de molibdenita para disolver el cobre.La lixiviación por agitación puede realizarse en forma Bach, continúa en serie y continúa encontracorriente5.1Variable del proceso:El análisis de las variables de la lixiviación por agitación en sistemas industriales, para la definición yoptimización del proceso, debe necesariamente hacer confluir aspectos técnicos-operacionales yeconómicos. Bajo un punto de vista netamente técnico, el análisis debe realizarse considerando lasextracciones del elemento de cobre, disolución de impurezas y consumo de reactivo lixiviante (ácido).Así por ejemplo, en la definición de la granulometría deberá considerarse un tamaño tal que nocontenga un exceso de “ gruesos” que produzcan problemas en la agitación (embancamientos,aumento de la potencia del agitador y otros) y que por otra parte, no contenga un exceso de finos, quedificulten la separación sólido-líquido posterior de la pulpa lixiviada. Debido a lo anterior y además,para disminuir los consumos de energía por concepto de molienda, la agitación se deberá tratar derealizarla al mayor tamaño que la operación lo permita. Por otra parte,

tamaños más finos no sólofavorecerán la extracción del elemento, sino que pueden contribuir a un aumento significativo de ladisolución de impurezas y consumos de reactivo, lo que favorecerá la conclusión técnico-económica deemplear tamaños mayores en el proceso.La norma es emplear tamaños a 100%-20 mallas, con los cuales se obtienen extracciones de cobresatisfactoriamente altas y con una cinética favorable. La fracción fina se considera 200 mallas, la cualno debe exceder de 40% como valor práctico, para una eficiente separación sólido-líquido posterior ycon dosificaciones razonables de floculantes.La concentración de reactivo lixiviante dependerá de la composición química de la mena, del tipo delixiviación por agitación emplear y del proceso final de precipitación.Generalmente una operación en serie, con 3 a 5 reactores, permite una lixiviación adecuada yeconómica. El uso de 3 reactores por ejemplo, permite mantener una acidez elevada en el primario,moderada en el segundo y baja en el último. Además en éste se puede determinar la acidez libre ysegún ella, controlar la adición de ácido en el primer reactor. Indudablemente cada unidad dispone dealimentadores controlados de ácido sulfúrico concentrado para eventuales cambios en la operación.4.2 Aspectos teóricos de la lixiviación por agitaciónLa lixiviación por agitación se emplea en general para la disolución de la especie valiosa a partir demineral con granulometría fina.La lixiviación por agitación puede realizarse en una operación Bach o continua.La granulometría del mineral no debe contener exceso de grueso (ejemplo ¼” o 4#) ya que produciríanproblemas en la agitación, embancamientos, aumento de la potencia del agitador) y tampoco excesode finos que dificulten la separación sólido-líquido de la pulpa lixiviada en la etapa posterior.

El tamaño muy pequeño del mineral favorece a la extracción del cobre, contribuye a un aumentosignificativo de la disolución de impurezas y a un consumo excesivo de reactivo lixiviante. El mayorinconveniente yace en un alto costo operativo y dificultad en la separación sólido/líquido.Generalmente una operación en serie con 3 a 5 reactores permite una lixiviación adecuada yeconómica. La necesidad del manejo de reactores es definido por la cinética de extracción de mineralen particular En nuestra operación por ejemplo, permite adicionar ácido por etapas y además controlarel pH de la pulpa conforme a las exigencias que tenga la etapa subsiguiente.Se puede determinar el pH de la pulpa, y según ello controlar la adición de ácido en el primer reactor.Individualmente cada unidad dispone de alimentadores controladores de ácido sulfúrico concentradopara eventuales cambios de operación.Después de 5 horas de tiempo de retención, la mayoría del cobre ha sido lixiviado.Los principales minerales oxidados de cobre son:FORMA MINERALOGICA FORMA QUIMICA Crisocola CuSiO3Malaquita CuCO3. Cu (OH)2Azurita 2CuCO3. Cu(OH)2Cuprita Cu2OTenorita CuOEl mineral contiene 1,46% de cobre soluble en ácido, este cobre está presente principalmente enforma de Crisocola y Malaquita que se disuelve fácilmente con una solución de ácido sulfúrico endonde el cobre se encuentra en forma de silicatos de cobre o crisocola y en forma de carbonatos decobre como malaquita y otro tipo de óxidos en menor cantidad, también se encuentra en pequeñascantidades de sulfuros de cobre tales como la bornita, calcosita y la chalcocopirita cuya disolución esmuy mínima, prácticamente despreciable.Estos óxidos se caracterizan principalmente por tener como ganga una matriz o roca madre decarbonatos (caliza) de alto contenido de arcillas que dificultan la percolación de la solución.Las reacciones que se producen dentro de las etapas de lixiviación por agitación es (ejemplo):La crisocola, hidroxisilicato con una estructura cristalina abierta y de lixiviación rápida en ácidosulfúrico (H2SO4).CuSiO3

. 2H2O + H2SO4+ 2H2OCu+2+ SO4-2+ 5H2O + SiO2Al igual que la crisocola, la malaquita y la azurita se lixivian bastante rápido en ácido sulfúrico deacuerdo a la siguiente reacción:Malaquitade lixiviación con ácido sulfúricoCu2(OH)2CO3+ 2H2SO4+ 7H2O2CuSO4+ 10H2O + CO2

Los minerales sulfurados no son lixiviados durante los periodos de contacto corto, los óxidos metálicossin embargo son fácilmente solubles en medio ácido lo cual permite su fácil recuperación.Los problemas que ocasionan la ganga (silicatos o carbonatos) en la lixiviación por agitación son:Mayor consumo de ácido.Contaminación del PLS por disolución de impurezas.Dificultad en la separación sólido-líquido.Descripción del proceso de decantación en contracorriente continua y lavado CCDLa decantación en contracorriente continua y lavado CCD, tiene por objetivo alcanzar la separación dela solución de los sólidos lixiviados. Esta operación se lleva a cabo lavando la pulpa con rafinato encontracorriente y en varias etapas. El producto es la solución denominada PLS con alto contenido decobre, 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 primerespesador mientras que la solución de lavado (rafinato) es alimentado en el último espesador en unarreglo cascada; mientras la pulpa avanza hacia el último espesador, la solución de lavado avanza ensentido contrario hacia el primer espesador, de esta manera se produce el lavado de los sólidos.Los equipos asociados son:Una caja de alimentación para cada CCD de forma cilíndrica recubiertos interiormente conneopreno.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 etapaEl proceso trabaja con arreglo sencillo de cuatro espesadores en cascada CCD N° 1, CCD N° 2, CCDN° 3, CCD

N° 4.La pulpa sedimentada en este caso los ripios, con un rango de 40 a 50% de sólidos son retirados porla parte inferior mediante dos bombas, esta línea de bombeo descarga en el distribuidor del underflowde los CCD en el cajón correspondiente al espesador CCD N° 4 y luego enviado al tanque de ripiospara su bombeo por medio de 3 bombas en serie para que estas envíen los ripios hacia el cajón derelaves de la concentradora.El sistema de control DCS esta inmerso en el circuito de decantación en contracorriente y lavado, elflujo de lavado que ingresa al CCD Nº 4 (rafinato) es controlado mediante el controlador de relaciónde flujo de rafinato, el flujo requerido es calculado por medio de un transductor de flujo que además decalcular el flujo de ácido sulfúrico hacia los tanques de lixiviación por agitación, calcula el punto dereferencia o valor deseado de flujo de rafinato al CCD Nº 4.La densidad de la pulpa sedimentada en los cuatro espesadores también son controlados utilizandocontroladores indicadores de densidad uno para cada bomba de descarga del espesador

5.0 LIXIVIACIÓN BACTERIANAPara el ambiente, la introducción de una tecnología basada en biolixiviación representa un importanteadelanto, ya que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnología clásica depirometalurgia. En esta última, los sulfuros tratados en fundiciones, producen humos de chimeneas conaltos contenidos de SO2y arsénico.En la disolución de minerales sulfurados participan bacterias que requieren sólo de compuestosinorgánicos muy simples para multiplicarse, los mismos que se encuentran comúnmente en las aguasde los procesos hidrometalúrgicos. Otra de las características especiales de estas bacterias es sucapacidad de crecer en soluciones extremadamente ácidas para el común de los microorganismos (pHentre 1,5 y 3,5).Thiobacillus Ferroxidans es la bacteria que más se ha investigado en relación a la oxidación biológicade los sulfuros metálicos. Actualmente también se ha empezado a conocer el papel de otrosmicroorganismos, en especial deThiobacillus thiooxidans yLeptospirillum ferrooxidans . Lainvestigación microbiológica tiene mucho que decir, ya que aun existen muchas preguntas sincontestar sobre las bacterias que realmente están participando en los procesos de biolixiviación queoperan a nivel comercial.La Universidad de Chile ha sido pionera en éste campo. Los primeros trabajos de caracterización delas bacterias lixiviantes se realizaron a partir de 1973 en el Laboratorio de Microbiología de la Facultadde Ciencias Químicas y Farmacéuticas (Prof. Claudio González y colaboradores). En la década del 80,numerosos investigadores de la universidad, junto con investigadores de otras universidades y centrosde investigación, realizaron un ambicioso proyecto multidisciplinario, que incluyo el estudio de losaspectos moleculares, microbiológicos e ingenieriles de la biolixiviación, realizando contribucionescientíficas y tecnológicas reconocidas a nivel mundial.La empresa nacional no se ha quedado atrás y ha hecho aportes significativos en este tema.Diferentes divisiones de CODELCO han aplicado la biolixiviación en la extracción de cobre desde ripiosy otros. La Sociedad Minera Pudahuel realizó una importante innovación en este campo, desarrollandoun proceso para la lixiviación bacteriana de sulfuros secundarios. Esta tecnología ha demostrado serrentable y se aplica actualmente en la mina “Lo Aguirre”, la compañía minera “Quebrada Blanca” y lacompañía minera “Cerro Colorado”.5.1 MECANISMOS BIOLOGICOSLos siguientes son los diferentes factores biológicos más importantes que afectan al proceso delixiviación bacteriana.•Capacidad de oxidación directa e indirecta.•Adherencia a la superficie del mineral.•Biodiversidad de los microorganismos presentes.•

Estado fisiológico y presencia de agentes tóxicos para las bacterias lixiviantes.Entre todos estos factores, la viabilidad de la población bacteriana y su actibidad metabólica parece serun factor determinante en el éxito de un proceso de extracción por biolixiviación. Por esta razón, en lapresentación se discutirá especialmente el rol del estado fisiológico y el efecto agentes tóxicos en laviabilidad de las bacterias lixiviantes. En particular, se dará ejemplos de adaptación de cultivos ametales tóxicos (Cu, Zn, Hg) y los mecanismos moleculares de su resistencia a metales (Hg). Por otra

parte se revisará los distintos métodos analíticos disponibles para la determinación de la viabilidad dela población bacteriana y su actividad metabólica.5.2 Participación de la lixiviación bacteriana en la generación de los drenajes ácidos de minaSin embargo, estas bacterias también tienen su lado oscuro, que se manifiesta en la generación deácido y la posterior lixiviación de metales tóxicos desde desechos y desmontes de procesos mineros.Esto produce el llamado Drenaje Ácido de Mina. Ocurre frecuentemente a partir de desechos de minasabandonadas de carbón o de diferentes sulfuros metálicos y en el interior de los relaves. Se trata deuna contaminación múltiple, ya que se producen drenajes fuertemente ácidos, con altasconcentraciones de sulfato y de iones metálicos en solución y con precipitados de diferentes hidróxidosférricos. En la Tabla 1 se presenta un resumen de los distintos componentes de esta contaminación. ElDrenaje Ácido de Mina es una contaminación inorgánica de múltiples factores que se produce a partirde cierto tipo de minerales que se encuentran expuestos al aire y al agua.Tabla 5.1. Contaminación por múltiples factores causada por el drenajeácido de mina.Fuente del ácido Oxidación de pirita.Principal ácido presente Ácido sulfúrico.pH 1,5 - 3,0Acidez 110 - 64.000 mg/L de CaCO3Conductividad 600 - 30.000 mS/cmPrecipitados Hidróxidos férricos.Otros elementos presentes Cobre, níquel, zinc y plomo.La formación de ácido ocurre cuando las bacterias oxidantes de sulfuros y de hierro transforman lapirita y otros sulfuros en ácido sulfúrico. A esto lo podemos llamar la “enfermedad bacteriana” de lasminas y de los relaves abandonados.La “enfermedad” se inicia cuando se encuentran los tres principales agentes causantes: el aire, el aguay las bacterias ferrooxidantes. En esta condición las bacterias atacan a la pirita contenida en un relaveo en desechos de la minería y la oxidan, generando ácido y sulfato ferroso. El ion ferroso puede seguirsiendo oxidado por la bacterias, para producir el ion férrico. Este último ion posee capacidadesoxidantes muy fuertes, por lo que colabora con la acción de la bacteria, disolviendo diferentes metalesque se encuentran en el mineral. La turbidez se genera al precipitar los hidróxidos férricos. La acciónconcertada del aire, agua y bacteria no se detiene espontáneamente, más bien se potencia a si misma,debido a que va generando las condiciones de acidez y otras que son favorables a la proliferaciónbacteriana. En esto se parece mucho a lo que ocurre con la acción del fuego, cuando se encuentrancomburente, combustible y calor.

5.3 Control del Drenaje ácido de MinaComo en toda enfermedad, hay tres alternativas posibles de acción: prevenir, curar sus síntomas oatacar al agente causante. La prevención es muy difícil, ya que en la practica un proceso minerorequiere dejar al descubierto los minerales que se encontraban protegidos de la acción del aire, elagua y las bacterias. Sin embargo, es posible investigar en el laboratorio el potencial de los desechospara generar ácido.Para controlar los síntomas del problema, se ha empleado por décadas la adición de cal o calizas uotras formas de neutralización. Para lograr este objetivo, se requiere aplicar grandes cantidades de cal,por lo tanto es caro, se producen grandes cantidades de desechos y no siempre los resultados sontotalmente satisfactorios.5.4 Acción Bactericida: enfrentando directamente el problemaEn todo caso, parece ser que la estrategia más apropiada para el control de esta contaminación esactuar directamente contra el agente causante. Desde hace bastante tiempo se conoce que bacteriasde la especieThiobacillus ferrooxidans son muy sensibles a la presencia de ácidos orgánicos. Esto diola base para buscar agentes químicos que pudieran inhibir selectivamente a las bacterias generadorasde ácido, sin afectar al resto de la flora bacteriana o al ambiente. Se descubrió que lauril sulfato desodio y otros tensoactivos aniónicos cumplen con las condiciones indicadas anteriormente, siendoexcelentes bactericidas para elThiobacillus ferrooxidans

. Esto llevó al desarrollo de un sistema detratamiento consistente en una pulverización de la zona afectada para lograr un efecto inmediato, peroesto debe ir acompañado con la adición de estos mismos biocidas en forma de un producto granuladode liberación lenta. Esto último permite mantener una concentración activa del biocida en el tiempo apesar de la biodegradación y el lavado que se produce por acción del agua.El tratamiento se inicia con la adición del biocida. Esto provoca una rápida disminución de la actividadde las bacterias ferrooxidantes sobre la pirita y, por lo tanto, una disminución de la generación de ácidoin situ . Al no generarse productos altamente oxidantes, disminuye la disolución o lixiviación de losmetales. Todo esto trae consigo el aumento de la actividad de las bacterias heterotróficas propias delsuelo, regenerándose la capacidad de fijación de nitrógeno. Estos cambios llevan a un aumento de lacapacidad del suelo para retener humedad. Este punto es muy importante, ya que en condicionesavanzadas de recuperación del terreno, se detiene la generación de drenajes. A esto se le agrega unmejoramiento de la salud de la vegetación que coloniza y crece en estos suelos. Una vez que se llegaa este punto el suelo recupera su capacidad de generar humus y ácidos orgánicos, debido a la acciónde hongos y otros microorganismos. Esto cierra el ciclo de recuperación del suelo, ya que tanto elhumus como los ácidos orgánicos tienen una acción inhibidora adicional sobre las bacteriasferrooxidantes. Con esto, ya podemos decir que nuestro paciente puede ser dado de alta.Existen interesantes resultados de la aplicación de bactericidas en el control del drenaje ácido de minaen diferentes localidades de Estados Unidos, Australia e India. En todos los casos se ha demostradoque:•previene la formación de ácido y la lixiviación de metales,•se disminuye drásticamente la presencia deThiobacillus ferrooxidans , incrementandoparalelamente el desarrollo de bacterias heterotróficas, que son beneficiosas para el suelo, y•ayuda a la reforestación de los suelos.Estos resultados indican que la inhibición directa del agente causante puede ser el método más eficazpara controlar el drenaje ácido de mina. Por lo que parece prudente que en nuestro país se considere

este sistema de control y se evalúe su acción mediante pruebas de terreno, científicamentecontroladas, que permitan comparar sus ventajas (o posibles desventajas) con respecto a las prácticastradicionales de manejos de relaves y su posterior reforestación.5.5 Biosorción de metalesEl descubrimiento de la biosorción de metales ha servido de base para el desarrollo de nuevastecnologías que permitan la descontaminación mediante remoción de metales a partir de residuoslíquidos. En algunos casos, puede incluso pensarse en la recuperación de metales valiosos.La biosorción es un concepto que se ha acuñado para describir el fenómeno de captación pasiva deiones metálicos, en el cual sólo participan interacciones de tipo físico-química con los componentesexternos de la célula, por lo tanto, se trata de una unión de tipo reversible. No es necesario que elmicroorganismo se encuentre en activo crecimiento cuando va a ser utilizado en un proceso debiosorción, incluso se puede emplear biomasa muerta o inactiva. Por estas características, este últimofenómeno de captación pasiva es más adecuado para aplicarlo en un proceso de remoción de ionesmetálicos, pues es menos afectado por cambios en las condiciones ambientales, tales comotemperatura o la presencia de iones tóxicos.5.6 Principales mecanismos del proceso de biosorción de iones metálicosEn términos generales, la biosorción de los metales a distintas partes de la célula microbiana puedeocurrir por uno o más de los siguientes procesos:•Complejación•Coordinación•Intercambio iónico

•Adsorción•Microprecipitación de sales inorgánicas o metales.El Laboratorio de Microbiología de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de laUniversidad de Chile también se ha preocupado de incursionar en este tema, de interés para laempresa minera nacional. Es así como desde 1986 ha investigado la capacidad de biosorción demetales de numerosos microorganismos. En nuestro estudio se encontró que la biosorción de ionesmetálicos presentaba las siguientes características:1. La biosorción es un fenómeno físico-químico que presenta una saturación dependiente de laconcentración del ion metálico en equilibrio.2. La biosorción es una reacción muy rápida (la reacción alcanza e equilibrio en menos de 10minutos).3. La biosorción es un proceso dependiente del pH de la solución.4. Es posible eluir el metal captado bajando el pH a valores menores que 2.5. Existe competencia entre diferentes cationes por los sitios de unión en la biomasa.En una etapa posterior, se llegó al desarrollo de una nueva tecnología biológica de remoción de ionesmetálicos, a nivel de laboratorio. La principal ventaja del proceso es su simplicidad, lo que significa un

avance tecnológico significativo, permitiendo la descontaminación de efluentes mineros o industrialesmediante el empleo de materias primas disponibles a nivel local.Se trata de un proceso biológico para la remoción y/o recuperación de iones metálicos (Cu2+, Cd2+,Co2+, Zn2+, Ni2+, UO22+, etc.). Esta tecnología se complementa con una cepa microbiana que efectúaeficientemente el proceso de remoción de iones metálicos y un biorreactor apropiado para serempleado en el proceso.La universidad ya ha solicitado dos patentes nacionales, una para el proceso y el microorganismo yotra para el biorreactor. Por otra parte, nuestra tecnología fué recopilada en 1993 por la FundacionEuroChile como uno de los proyectos nacionales con real potencial comercial. Después de un procesode evaluación fue seleccionado para participar en la Primera Rueda de Negocios de Biotecnología enEuropa, realizada en Noviembre de 1994 en Düsseldorf y Paris.Al igual que en el caso de la biolixiviación de minerales sulfurados, será fundamental establecer unaasociación con la empresa minera nacional innovadora, para lograr su escalamiento y evaluación delproceso de biosorción en las condiciones de planta.En definitiva, podemos concluir que la biotecnología tiene excelentes posibilidades de aplicación en laindustria minera y que están dadas las condiciones para su desarrollo en el país. Ya se ha demostradoen la práctica el potencial de la biolixiviación bacteriana. Ahora parece que ha llegado el momento deque las bacterias nos ayuden en la lucha contra la contaminación hídrica.ArticuloBIOTECNOLOGIA EN LA DISOLUCION Y RECUPERACION DE METALES*Biól. José J. Guerrero RojasTelf.:(51-1) 989 4678 / 484 2284 ;e-mail :esojgue@hotmail.com*: Presentado en el Primer Congreso Peruano de Biotecnología y Bioingeniería, Trujillo, Perú,Noviembre 1998.RESUMENEn los últimos tiempos, laBiotecnología

se ha convertido en una alternativa viable para la extracciónde los valores presentes en las menas, así como para la recuperación de metales presentes ensoluciones acuosas contaminantes. En el sector minero metalúrgico, los procesos biotecnológicos hanlogrado ser aplicados con éxito en la lixiviación de cobre y uranio, y en el pretratamiento de sulfurosauríferos refractarios. En el Perú, laLixiviación Bacterianaha sido aplicada con éxito en larecuperación de oro contenido en arsenopirita en Tamboraque, y en la disolución del cobre presenteen los botaderos de Toquepala.INTRODUCCIONEl empleo de sistemas biológicos en los procesos industriales, conocida comoBiotecnología, ha sidousada desde tiempos inmemoriales en la producción de vino, cerveza, pan, en la fabricación deantibióticos, en la industria alimentaria, entre otras aplicaciones. En el sector minero metalúrgico, labiotecnología ha sido utilizada como una herramienta en la disolución y recuperación de los valoresmetálicos contenidos en menas. Mayormente, los procesos microbianos han sido empleados en lalixiviación de cobre y uranio, en el mejoramiento de la extracción de metales preciosos contenidos ensulfuros refractarios, y en el tratamiento de aguas residuales.El enorme potencial que representa el empleo de bacterias en los procesos mineros se grafíca con laafirmación que en 1979 brindara el Dr. Richard Manchee al respecto: ..."una planta de extracción deminerales del futuro podría tener el aspecto de una actual de tratamiento de agua: libre de la suciedady de los montones de escorias asociadas con las operaciones mineras, mientras que bajo el suelomillones de microbios realizarían las tareas que en nuestros días se caracterizan por el rugido de lasmáquinas, el ruido de los picos y el traslado de mineral".

LaLixiviación Bacteriana,también conocida comoBiolixiviación,Biohidro-metalurgiaoBiooxidación de Sulfuros, puede ser definida como un proceso natural de disolución que resulta dela acción de un grupo de bacterias - principalmente del géneroThiobacillus - con habilidad de oxidarminerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos. Por muchotiempo, se pensó que la disolución o lixiviación de metales era un proceso netamente químico,mediado por agua y oxigeno atmosférico. El descubrimiento de bacterias acidófilas ferro- y sulfo-oxidantes ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizadobiológicamente.En términos más globales, se puede señalar que labiolixiviaciónes una tecnología que empleabacterias especificas para lixiviar, o extraer, un metal de valor como uranio, cobre, zinc, níquel ycobalto presente en las menas o en un concentrado mineral. El producto final de la biolixiviación esuna solución ácida que contiene el metal valor en su forma soluble. De otro lado, el términobiooxidaciónes un utilizado para describir un proceso que emplea bacterias para degradar un sulfuro,usualmente pirita o arsenopirita, en la que el oro o la plata, o ambos, se encuentran encapsulados.La tecnología microbiana presenta ventajas sobre los métodos no biológicos, entre los que podemosencontrar:1. Requiere poca inversión de capital (las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidasde minas).2. Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas en comparacióncon los procesos convencionales.3. Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.4. El tratamiento del creciente acumulo de minerales de baja ley en las minas los que no puedenser económicamente procesados por los métodos tradicionales.ASPECTOS MICROBIOLOGICOS

Thiobacillus ferrooxidans :Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a partir de minerales son,principalmente, organismos quimiosintéticos y autotróficos pertenecientes al géneroThiobacillus,aunque como señalamos en un párrafo y tabla anterior, no es la única. De las especies deThiobacillus que se conocen la que más atención ha recibido esThiobacillus ferrooxidans , cuyapresencia fue demostrada por Colmer y Hinkle, a comienzos de los años 50, en el drenaje unas minasde carbón, que reportaban altos contenidos de ácido y fierro.T. ferrooxidans presenta forma bacilar, gram negativas, de 0.5 a 1.7 µ, algunas cepas tienen flagelos,es quimioautotrófico, capaz de oxidar compuestos inorgánicos como iones ferroso (Fe(II)) y azufre, losque le sirven de fuente primaria de energía. El carbono necesario para su arquitectura celular loobtiene por fijación de CO2, de manera similar a las plantas verdes (Ciclo de Calvin-Benson). Esaerobio (requiere de O2como aceptor final de electrones), acidófilo (desarrolla en rangos de pH quevarían entre 1.5 y 3.0), y a temperaturas que oscilan entre 25-35ºC. Es considerada como el mayorcontribuyente en la producción de aguas ácidas que drenan de depósitos de metales sulfurados,gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando solucionesácidas de sulfato férrico.Mecanismos de LixiviaciónLos principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa eindirecta.a.-Lixiviación Indirecta:Dos reacciones importantes mediadas porT. ferrooxidans son:Pirita FeS2+ 3.5 O2+ H2OFeSO4+ H2SO4.................12 FeSO4+ 0.5 O2+ H2SO4Fe2(SO4

)3+ H2O................. 2El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados.La lixiviación con Fe2(SO4)3recibe el nombre de lixiviación indirecta porque se realiza en ausencia de

oxígeno o de bacterias y, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfuradosde cobre de importancia económica:Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3CuSO4+ 5 FeSO4+ 2 Sº ................. 3Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)32 CuSO4+ 4 FeSO4+ 2 Sº.................4El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción2). El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) porT. ferrooxidans según:2 Sº + 3 O2+ 2 H2O2 H

2SO4................. 5Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollode la bacteria.b.-Lixiviación Directa:Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente sin laparticipación del sulfato férrico producido biológicamente. El proceso se describe en la siguientereacción :MS + 2 O2MSO4.................. 6donde M representa un metal bivalente.bacteriaPirita 2 FeS2+ H2O + 7.5 O2Fe2(SO4)3+ H2SO4...... 7bacteriaChalcopirita 2 CuFeS2+ 8.5 O2+ H2SO42CuSO4+ Fe2(SO4)3+ H2O ..8Dado que el fierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es posible que tanto lalixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.Desarrollo Bacteriano

El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias juega un rolimportante dentro del proceso de lixiviación bacteriana, es por ello de mucha importancia el control defactores, como el pH, la presencia de oxigeno, la temperatura, la influencia de la luz, los requerimientosnutricionales, tamaño de partícula, y el efecto de inhibidores, entre otros.•pH: En general losT. ferrooxidans , desarrollan bien en medios ácidos, siendo incapaces dedesarrollar sobre Fe+2a un pH mayor de 3.0. Normalmente los valores sobre el que lostiobacilos se desarrollan se ubican dentro del rango de 1.5 a 2.5.•Oxígeno y CO2: La disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción demetales por bacterias. No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado por losmicroorganismos en ambientes de lixiviación. El dioxido de carbono es utilizado como fuentede carbono para la fabricación de su arquitectura celular.•Nutrientes: Como todos los seres vivientes,T. ferrooxidans requiere de fuentes nutricionalespara su óptimo desarrollo, entre las que tenemos fuente de N2(amonio), de fosfato, de S, ionesmetálicos (como Mg+), etc. Magnesio, es necesario para la fijación de CO2y el fósforo esrequerido para el metabolismo energético. Los medios de cultivo empleados presentan estosrequerimientos, siendo los más importantes el 9K y el TK.•Fuente de Energía: LosT. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los ionesferroso y azufre inorgánico. El fierro ferroso debe ser suplementado al medio cuando se tratade medios sintéticos. En caso de utilizar mineral, no es necesario añadir Fe+2.

•Luz: La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies deThiobacillus , pero el fierro férrico ofrece alguna protección a los rayos visibles.•Temperatura: El rango sobre el cual se desarrrollan se encuentran entre 25ºC y 35ºC.•Presencia de Inhibidores: En los procesos de molienda o por acción propia del agentelixiviante se liberan algunos iones que en ciertas concentraciones resultan tóxicas para lasbacterias ferrooxidantes afectando el desarrollo bacterial. La literatura señala que los nivelesde tolerancia de las bacterias para ciertos metales es Zn+2= 15 -72 g/l; Ni

+2= 12 - 50 g/l; Cu+2=15 g/l; Ag+= 1ppb; UO2+2= 200 - 500 mg/l, entre otros.Otros microorganismos de importancia:Dentro de este grupo y estrechamente asociados aT. ferrooxidans encontramos a:•Thiobacillus thiooxidans : Se lo puede encontrar en depósitos de azufre y sulfurosos, desdedonde es fácil aislarlos. Se caracteriza porque sólo es capaz de oxidar azufre. Desarrollan atemperatura entre 5ºC y 40ºC, a un pH en el rango de 0.6 a 6.0, siendo el óptimo 2.5. Sonaerobios estrictos.•T. acidophilus : Fue aislado por primera vez por Markosyan en 1973 a partir de minerales,describiéndolo con el nombre deT. organoparus . Presentan forma bacilar, son aerobiosestrictos, oxida azufre y utiliza compuestos orgánicos como parte de sus requerimientosnutricionales.•Tiobacilos semejantes a termófilos: Aunque no están bien estudiadas, es reconocida suimportancia en los procesos hidrometalurgicos. Muestran un activo crecimiento sobre mediosconteniendo Fe+2y sulfuros en presencia de extracto de levadura.•Leptospirillum ferrooxidans : Son vibriones en forma de espira, como pseudococos. Móvilespor la presencia de un flagelo polar simple. Las colonias sobre silica gel son pequeñas y decolor marrón rojizo debido a la formación de fierro férrico. Son aerobios estrictos yquimioautotróficos obligados. Utiliza Fe+2y FeS2como fuente energética.•Sulfolobus : Son bacterias gram negativas, que se presentan como células esféricas, conlóbulos, inmóviles, y la ausencia de flagelos y endosporas. Su pared celular carece demureina.MICROORGANISMOFUENTE ENERGETICApHTEMPERATURA (ºC)Thiobacillus ferrooxidans Fe+2, U+4, Sº 1.5 25 - 35Thiobacillus thiooxidans Sº 2.0 25 - 35Leptospirillum ferrooxidans

Fe+21.5 25 - 35Sulfolobus Sº , Fe+2, C orgánico 2.0 > a 60Acidiphilium cryptum C orgánico 2.0 25 - 35Th. intermedius Sº, S-2, C orgánico 2.5 30Th. napolitanus Sº, S-22.8 30Th. acidophilus Sº, S-23.0Th. thioparus Sº. S-23.5Thiobacillus TH2 y TH3Fe+2, S-26.0 50Metallogenium sp.Fe+24.5Heterotrofos C orgánico 25 - 40

Bacterias asociadas a la Lixiviación de MineralesAPLICACION DE LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOSBiooxidación de Sulfuros

Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacterial, dando lugar a la producción delos correspondientes sulfatos solubles. Para sulfuros refractarios de oro y metales del grupo del platino,el ataque bacterial resulta siendo un pretratamiento.•Oxidación de la Pirita: La pirita (FeS2) es un sulfuro ampliamente distribuido y se lo puedehallar en asociación con muchos metales como cobre, plomo, zinc, arsénico, plata, oro, entreotros. Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico (Reacciones 1 y2).•Sulfuros de Cobre: La oxidación biológica de sulfuros de cobre ha sido el proceso másestudiado. El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre (CuSO4). La chalcopirita(CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar. Bajo la influencia deT. ferrooxidans lavelocidad de oxidación de este sulfuro ase incrementa hasta en 12 veces más que el procesonetamente químico. Los sulfuros secundarios de cobre -chalcocita (Cu2S), covelita, bornita-,son oxidados más fácilmente bajo el impacto de las bacterias (Reacciones 3 y 4). A nivelindustrial, la tecnología ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Perú, etc.). SouthernPerú viene aplicando la tecnología para la recuperación de cobre en sus botaderos de sulfurosde baja ley de Toquepala. Más recientemente, Billiton, de Sudáfrica, realiza investigacionespara recuperar el cobre contenido en minerales arsenicales, en un proceso que hadenominadoBIOCOP.•Sulfuros de Metales Preciosos: La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz delsulfuro (principalmente, pirita y/o arsenopirita) en la que se encuentra "atrapada" la partículaaurífera, permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional.Realmente, el proceso resulta siendo un pretratamiento antes que una disolución directa delmetal. Los procesos industriales han tenido enorme aplicación, entre los que destacan: elprocesoBIOX, de Gencor, y que tiene plantas como la de Ashanti con capacidad para tratarhasta 1000 tpd de mineral. En el Perú la tecnología es aplicada en el Proyecto Tamboraque deMinera Lizandro Proaño, para recuperar oro contenido en arsenopirita. Mintek, también hadesarrollado el procesoMINBAC, y Bactech de Australia ha desarrollado un proceso queemplea bacterias moderadamente termófilas para el tratamiento de sulfuros preciosos y demetales base que se conoce como el procesoBACTECH.En 1998, Mintek y Bactech se hanasociado para comercializar el proceso a nivel mundial. Esta asociación ha dado sus primerosfrutos y ya se ha iniciado la construcción de la planta que emplea esta tecnología en Tasmaniapara tratar el mineral aurífero refractario del proyecto Beaconsfield. Las evaluacionespreliminares han reportado una recuperación de hasta el 98% del oro contenido en el mineral.2 FeAsS + 7 O2+ H2SO4+ H2

OFe2(SO4)3+ 2 H3AsO4

Proyecto,UbicaciónTipo & TamañoTecnología AplicadaHistoriaFairview, SudAfricaOro, 35 tm/ día GENMIN, tanque agitado Construido en 1986, enoperaciónSao Bento, Brazil Oro, 150 tm/día GENMIN, una fase de tanqueagitado previo al autoclaveConstruido en 1990, enoperaciónHarbour Lights,AustraliaOro, 40 tm/día GENMIN, tanque agitado Construido en 1992,paralizado en 1994Wiluna Mine,AustraliaOro, 115 tm/día GENMIN, tanque agitado Construido en 1993, enoperaciónSansu, Ghana Oro, 1000 tm/día GENMIN, tanque agitado Construido en 1994,ampliado en 1995, enoperaciónYouanmi,AustraliaOro, 120 tm/día BACTECH, tanque agitado Construido en 1994, enoperaciónLo Aguirre, Chile Cu, lixiviacón enpilasSoc. Minera Pudahuel, bio-pilasIniciado en 1980,paralizado en 1996Cerro Colorado,ChileCu, lixiviación enpilasSoc. Minera Pudahuel,biopilasConstruido en 1993, enoperaciónQuebradaBlanca, ChileCu, lixiviación enpilasSoc. Minera Pudahuel,biopilasConstruido en 1994, enoperaciónIvan-Zar, Chile Cu, lixiviación enpilasSoc. Minera Pudahuel,biopilasConstruido en 1994, enoperaciónMt, Leyshon,AustraliaCu/Au, lixiviación enpilasBiopila de capa delgada máscianuraciónConstruido en 1992, encierreGirilambone,AustraliaCu, lixiviación enpilasBiopila Construido en 1993, enoperaciónNewmont-Carlin,USAOro, lixiviación enpilasBiopila y cianuración Construido en 1995, enoperaciónToquepala, Perú Cu, lixiviación debotaderosDumps Iniciado en 1996, enoperaciónTamboraque,PerúOro, 60 tm/día BIOX, tanque agitado Construido en 1998, enoperación y producciónPlantas de Biooxidación en Operación•Sulfuros de Zinc: La acción bacterial de sulfuros de zinc también ha sido evaluada, y aunqueno se conoce de plantas comerciales su aplicación tiene un enorme potencial. La marmatita esel sulfuro de zinc más fácil de oxidar, influenciado enormemente por la presencia de fierro.

•Sulfuros de Plomo: La lixiviación bacterial de galenita origina la formación de PbSO

4que esinsoluble en medio ácido, característica que puede ser empleada en la separación de algunosvalores metálicos acompañantes en una mena de plomo.•Sulfuros de Níquel: El níquel es lixiviado a partir de sulfuros (pentandlita y milerita) y demenas de fierro en presencia deT. ferrooxidans de 2 a 17 veces más rápido que el procesonetamente químico.•Sulfuros de Antimonio: Se conocen de algunos trabajos que reportan la habilidad deT.ferrooxidans de oxidar antimonita (Sb2S3) a pH 1.75 y a 35ºC. También se reporta lacapacidad deB. thioparus yT. thiooxidans de oxidar este sulfuro.•Sulfuros de Metales Raros: Los metales raros se presentan en la parte cristalina de muchossulfuros o silicatos. Para liberarlos es necesario oxidar los sulfuros o destruir la matriz desilicato. La literatura reporta la posibilidad de oxidar, empleando bacterias del grupo deThiobacillus , de una variedad de estos metales, entre los que podemos encontrar galio ycadmio presente en la esfalerita (el principal transportador de estos elementos); de germanio ycobalto, de renio, selenio y telurio, titanio y uranio, entre otros.Desulfurización de CarbónLa presencia de azufre en las menas de carbón constituye un contaminante, cuya eliminación sepresenta como un problema, sobre todo desde el punto de vista ambiental. La oxidación biológica de laporción piritosa o sulfurada permitirá eliminar el azufre presente. Muchos trabajos de laboratorio handemostrado que un importante porcentaje (generalmente por encima del 90%) del azufre contenido enla pirita puede ser removido del carbón bituminoso, sub-bituminoso y lignito en periodos de una a dossemanas porT. ferrooxidans . También es posible emplear bacterias termófilas del géneroSulfolobus en la desulfurización de las menas de carbón.La remoción del azufre orgánico presente en el carbón por vía microbiana es un área de interés pormuchas razones. En algunos casos, la presencia de este tipo de azufre representa un porcentajeconsiderable del azufre total del carbón. Debido a que la efectiva desulfurización del carbón involucrala remoción del carbón orgánico como del inorgánico, los procesos microbianos que operan encondiciones cercanas a las ambientales, presentan innumerables ventajas sobre los métodos químicosy físicos convencionales.Biorecuperación de MetalesUna tarea importante de la hidrometalurgia es la recuperación de los metales presentes en lassoluciones, así como el tratamiento de las aguas residuales de las diferentes industrias, encumplimiento de las rigurosas normas ambientales. Existen muchos microorganismos con capacidadpara adsorber o precipitar metales. Algunas de las formas como los microbios recuperan los metalesse detallan a continuación:Precipitación

: La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros involucra el empleo debacterias sulfato reductoras para producir H2S, que tiene la capacidad de precipitar prácticamente latotalidad del metal contenido en una solución. Debemos hacer notar que el proceso se realiza enausencia de oxigeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros que requiere deoxigeno (proceso aeróbico).Biosorción: Las investigaciones sobre las biosorción de metales a partir de solucionesseñalan que la habilidad de los microorganismos permitiría recuperar hasta el 100% de plomo,mercurio, zinc, cobre, níquel cobalto, etc., a partir de soluciones diluidas. El empleo de hongos haceposible recuperar entre 96% a 98% de oro y plata. También se ha demostrado que cepas deThiobacillus son capaces de acumular plata, lo que permitiría recuperar este metal a partir de aguasresiduales de la industria fotográfica. La biosorción de metales conduce a la acumulación de estos enla biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular. En los hongos, la adsorción de metales seencuentra localizada en las moléculas de chitina y chitosan. De otro lado, el cobre puede serrecuperado a partir de óxidos, por hongos, que producen ácidos orgánicos que forman complejos conel cobre.Reducción: La reducción microbial de metales implica una disminución en la valencia delmetal. En algunos casos, la reducción es parcial (el metal reducido aún exhibe una carga neta),mientras que en otros el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.

MICROORGANISMOFORMA DE ADSORCIÓN Y PRECIPITACIÓNHongos, Levaduras y Bacterias Biosorción de elementos radioactivos y otros: Al, Ag, Zn, Cr, Ni, Cu, etc.Chitina y Chitosan Adsorción de Se, Zr, Hf, Ru de aguas circundantes en un sistema deenfriamiento de un reactor nuclear.Bacterias Sulfato Reductoras Precipitación de metales a partir de soluciones.C org. + SO4=Sº + CO2S=+ MeMeSBacterias Reductoras Reducción del metal.Cr+6Cr+3PERSPECTIVAS FUTURASSon numerosas las posibilidades que se presentan para la aplicación de los procesos biotecnológicosen el beneficio de los minerales, algunos de los cuales reseñaremos brevemente en las siguienteslíneas.Los microorganismos pueden ser utilizados como agentes floculantes o como colectores en losprocesos de flotación de minerales. La capacidad de muchos microorganismos de poder adherirse asuperficies sólidas gracias a la interacción existente entre la carga de la pared celular y las condicioneshidrofobicas, modificando la superficie del mineral permitiendo su flotación y floculación (empleado enla separación de las fases sólida y líquida de una pulpa). Por ejemplo,

se ha reporta que una bacteriahidrofobica es un excelente floculante para un número de sistemas minerales. Los minerales que hanpodido se floculados con esta organismo incluye a la hematita, ciertos lodos de fosfatos, floculaciónselectiva de carbón en menas piritosas, entre otras. Igualmente, este microorganismo es buen colectorde hematita, y puede ser empleado en reemplazo del colector químico.Otra área de enorme interés es el empleo de microorganismos heterótrofos, generalmente parte de laflora acompañante deThiobacillus , como herramienta para la lixiviación de sistemas no sulfurados.Tal es el caso del empleo de un esquema de lixiviación bacterial heterotrófico para menas lateriticas debaja ley y que permitiría incrementar enormemente las reservas economicamente explotables deniquel. También el empleo de heterotrofos en la lixiviación de menas de manganeso, plata y fosfatopodría incrementar el número de reservas para estos commodities importantes. Su empleo radica en laenorme ventaja que significa su rápida velocidad de crecimiento, en comparación con los autótrofos.La biodegradación de compuestos tóxicos orgánicos representa otro rubro importante de aplicación delos procesos biológicos. Debemos recordar que una amplia variedad de sustancias, tóxicas y notóxicas, pueden ser descargadas al medio ambiente como consecuencia de las operaciones mineras.Muchos de estos compuestos son productos químicos complejos empleados en flotación y enprocesos hidrometalurgicos. Otros incluyen a productos derivados del petróleo empleados de maneradiversa en las operaciones mineras. Se reporta la capacidad de especies deKlebsiella yPseudomonas en la degradación de reactivos de flotación.Asimismo, se reconoce la habilidad de ciertos microorganismos o de sus enzimas de degradar, bajociertas condiciones, cianuro empleado en la recuperación de oro y plata. Ejemplo a nivel industrial deesta aplicación, lo representa la planta de Homestake, en Estados Unidos, que viene funcionandodesde 1984, y emplea una cepa nativa dePseudomonas . En el Perú, se han realizado numerosasinvestigaciones al respecto por J. Guerrero (1992), J. Hurtado en la Universidad Cayetano Heredia ypor investigadores del Centro de Investigaciones Metalúrgicas de la Universidad Nacional de Trujillo.También es de potencial importancia el empleo de ciertas especies vegetales en la prospeccióngeológica de yacimientos minerales como en la limpieza y recuperación de suelos contaminados coniones metálicos pesados. Aunque el empleo de plantas u organismos completos escapa a la definiciónde biotecnología, el uso de estas permitirá centrar su aplicación en áreas donde se tiene depósitos derelaves antiguos o en zonas urbanas caracterizadas por su alto grado de contaminación.

6.0 DISEÑO SISTEMA DE CONTROL6.1 PARÁMETROS DE CONTROL DEL PROCESOEn esta sección se muestra los parámetros de control de proceso para lograr un control estricto de lasvariables y aumentar así la capacidad de producción de la planta.Tabla Nº 6.1Tabla de parámetros de control del proceso para la lixiviación en pilas Parámetro Unidades Balance Diseño

Recuperación del cobre como cobresoluble con ácido.% peso 80% del mineral alimentar a las pilas. % 83 83% del cobre recuperado de las pilasdel total de alimentación a planta.% 70Mineral seco tratado. t/h 353,7(18h) 461(18h)Altura de la pila. m 3,5 3,5Contenido de humedad durante lalixiviación.% sólidos 85 85Contenido de la humedad despuésdel drenado.% sólidos 88 88Consumo total del 100% de ácidoincluye SX-EW.Kg ácido/t demineral60 80Flujo de solución lixiviable. L/h/m215 17,5Pérdidas por evaporación de la pozade PLS.mm/d 4,5 4,5Pérdidas por evaporación.% desolución delixiviación2 2Acarreo de mineral e instalación detubería.d 2 2Lixiviación con ácido muyconcentrado.d 3 3Lixiviación con ácido concentrado. d 5 5Lixiviación con rafinato. d 22 22Lavado de Pilas. d 3 3Drenado de Pilas. d 2 2Retiro de tuberías y ripios. d 1 1

Parámetro Unidades Balance Diseño

Total Ciclo de lixiviaciónd 38 386.2 VARIABLES DE PROCESOA continuación se muestra la relación de variables del proceso, correspondientes a la lixiviación enpilas en la Planta de óxidos.La tabla de variables del proceso correspondiente ha sido dividida en:Sistema de proceso.Variable de proceso.Rango de operación.Método de control.Impacto sobre el proceso.Tabla Nº 6.1Relación de variables del proceso para la lixiviación en pilasÍtem Nombre de la variable de proceso1 Flujo de ácido sulfúrico para la lixiviación con alta concentración de ácido enlas pilas de lixiviación.2 Flujo de ácido sulfúrico para la lixiviación con mediana concentración en ácidode las pilas de lixiviación.3 Flujo de ácido sulfúrico para la lixiviación con rafinato en las pilas de lixiviaciónTabla Nº 6.3Variables del proceso para la lixiviación en pilasSistemadelprocesoVariable delprocesoTabla derangosMétodo de control Impacto en el procesoLixiviación Flujo de ácido 50 gpl. de El operador ingresa un Muy alta concentración

SistemadelprocesoVariable delprocesoTabla derangosMétodo de control Impacto en el procesoen pilas sulfúrico para lalixiviación con altaconcentración deácido en las pilasde lixiviación.ácido punto de referencia enel controlador indicadorde razón de flujo(FFIC–25591). Lasalida del controladormodula la dosificaciónde ácido en el rafinatopor medio de la bomba(MP-250-001) paramantener el caudalrequerido.de ácido, produce unadisolución de gangas y,aumentan los costos deproducción.Muy baja concentraciónno produce unaeficiente disolución delos óxidos de cobre.Lixiviaciónen pilasFlujo de ácidosulfúrico para lalixiviación conmedianaconcentración deácido

en las pilasde lixiviación25 gpl deácidoEl operador ingresa unpunto de referencia enel controlador indicadorde razón de flujo(FFIC–25592). Lasalida del controladormodula la dosificaciónde ácido en el rafinatopor medio de la bomba(MP-250-002) paramantener el caudalrequerido.Muy alta concentraciónde ácido, produce unadisolución de gangas y,aumentan los costos deproducción.Muy baja concentraciónno produce unaeficiente disolución delos óxidos de cobre.Lixiviaciónen pilasFlujo de ácidosulfúrico para lalixiviación conrafinato en laspilas de lixiviación.12 gpl deácidoEl operador ingresa unpunto de referencia enel controlador indicadorde razón de flujo(FFIC–25590). Lasalida del controladormodula la dosificaciónde ácido en el rafinatopor medio de la bomba(MP-250-003) paramantener el caudalrequerido.Muy alta concentraciónde ácido, produce unadisolución de gangas y,aumentan los costos deproducción.Muy baja concentraciónno produce unaeficiente disolución delos óxidos de cobre.Tabla Nº 6.4Relación de lazos de control para la lixiviación en pilas

Ítem Sección Código Lazos de Control Referencia P&ID 1 2.2.3.1250-M4-3-LC1 Control de alimentación de ácidosulfúrico al mezclador estático(MX-250-081) (High Acid). 250-D-0052 2.2.3.2250-M4-3-LC2 Control de alimentación de ácidosulfúrico al mezclador estático(MX-250-082) (Médium Acid).250-D-0053 2.2.3.3250-M4-3-LC3 Control de alimentación de ácidosulfúrico al mezclador estático(MX-250-083) (rafinato). 250-D-0056.3 CONTROL DE ALIMENTACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO A MEZCLADOR ESTÁTICO (HighAcid)PropósitoEl ácido sulfúrico muy concentrado es utilizado en la primera etapa del ciclo de lixiviación (tres días), elpropósito del control es mantener el flujo de ácido para un determinado flujo de rafinato y de esta formaestas dos soluciones en combinación, lixiviarán las pilas mediante los sistemas de riego.Los elementos que intervienen en el control se muestran a continuación:

Equipo Sensor TransmisorControla-doresIndicadores Actuadores Bombadosificadora deácido (MP-250-001).FE-25586 FIT-25586FI-25586Mezcladorestático (MX-250-081).FIT-25591 FFIC-25591FY-25591ControlautomáticoModo Relación El sensor de flujo (FE-25586) determina el flujo de rafinato que está pasando por la tubería en dondese encuentra el mezclador estático (MX-250-081). Un transmisor indicador de flujo en campo (FIT-25586) se encarga de acondicionar la señal del sensor y hacerla llegar al DCS, por lo que estainformación es presentada en la pantalla de supervisión del DCS.Un controlador indicador de relación de flujo (DCS)(FFIC-25591) compara ésta señal con otra señalenviada por un transmisor indicador de flujo (FIT-25591) instalado en la bomba dosificadora de ácido

sulfúrico (MP-250-001). Esta relación es cotejada con el punto de calibración de relación (valordeseado) ingresado por el operador de cuarto de control, luego el (FFIC-25591) emite una señaleléctrica al transductor electroneumático (FY-25591) que actúa sobre la bomba dosificadora antesmencionada para regular el flujo de ácido según el flujo de rafinato.Modo automáticoEl operador de cuarto de control puede cambiar el modo de operación del controlador indicador derelación de flujo (FFIC-25591) de modo relación a modo automático, en controlAutomático el operadorde cuarto de control puede deshabilitar la señal enviada por el transmisor indicador de flujo (FIT-25591) instalado en la bomba MP-250-001; en este caso, la señal enviada por el sensor (FE-25586)será comparada con el punto de calibración y el (FFIC-25591) enviará una señal de control hacia eltransductor de flujo (FY-25591) para que éste actúe directamente sobre la bomba (MP-250-001).Control manualEl operador de cuarto de control puede cambiar el modo de operación del controlador indicador remotode relación de flujo (DCS)(FFIC 25591) de modo relación o modo automático a control manual. EncontrolManual

, el operador de cuarto puede ajustar el flujo de ácido manualmente. A menos que existauna falla en el modo relación o modo automático, no existe ventaja alguna para operar en controlmanual. Bajo circunstancias normales, no se recomienda operar el control manual.6.4 CONTROL DE ALIMENTACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO A MEZCLADOR ESTÁTICO(Rafinato) Propósito

El rafinato en una cantidad determinada es utilizado en la tercera etapa del ciclo de riego de lixiviación(veintidós días), el propósito de este control es mantener un flujo de ácido para un flujo establecido derafinato y de esta forma estas soluciones lixiviaran las pilas mediante los sistemas de riego.Los elementos que intervienen en el control se muestran a continuación:Equipo Sensores TransmisorControla-doresIndicadores ActuadoresBombadosificadora deácido(MP-250-003).FE-25587 FIT-25587FI-25587Mezcladorestático(MX-250-083).FIT-25590 FFIC-25590FY-25590Control automáticoModo Relación El sensor de flujo (FE-25587) determina el flujo de rafinato que está pasando por la tubería en dondese encuentra el mezclador estático (MX-250-083). Un transmisor indicador de flujo en campo (FIT-25587) se encarga de acondicionar la señal del sensor y hacerla llegar al DCS, por lo que estainformación es presentada en la pantalla del supervisor del DCS.Un controlador indicador de relación de flujo (DCS)(FFIC-25590) compara esta señal con otra señalenviada por un transmisor indicador de flujo (FIT-25590) instalado en la bomba dosificadora de ácidosulfúrico (MP-250-003). Esta relación es cotejada con el punto de calibración de Relación (valordeseado) establecida por el operador de cuarto de control, luego el (FFIC-25590) emite una señaleléctrica a un transductor electroneumático (FY-25590) que actúa sobre la bomba dosificadora antesmencionada para regular el flujo de ácido según el flujo de rafinato.Modo automáticoEl operador de cuarto de control puede cambiar el modo de operación del controlador indicador derelación de flujo (FFIC-25590) de modo relación a modo automático, en controlAutomático el operadorde cuarto de control puede deshabilitar la señal enviada por el transmisor indicador de flujo (FIT-25590) instalado en la bomba (MP-250-003); en este caso, la señal enviada por el sensor (FE-25587)será comparada con el punto de calibración y el (FFIC-25590) enviara una señal de control sobre eltransductor de flujo electroneumático (FY-25590) para que este actúe directamente sobre la bomba(MP-250-003).Control manualEl operador de cuarto de control puede cambiar el modo de operación del controlador indicador derelación de flujo (DCS)(FFIC 25590) de modo relación o modo automático a control manual. En controlManual

, el operador de cuarto puede ajustar el flujo de ácido manualmente. A menos que exista unafalla en el modo relación o modo automático, no existe ventaja alguna para operar en control manual.Bajo circunstancias normales, no se recomienda operar el control manual.

6.5 Relación de las tablas de enclavamientos para la lixiviación en pilasEnclavamientos del circuito de lixiviación en pilasEquipos Condición de enclavamiento P E A/CBombas dosificadorase ácido (MP-250-001) (MP-250-002)(MP-250-003) ysolenoide (XEV-25528).A. Las bombas dosificadoras de ácidosulfúrico se encienden y la válvulasolenoide se activa y permite el flujo deácido sulfúrico cuando los sensores (Z5C-25528) (Z5C-25529) (Z5C-25530) seencuentran totalmente cerrados.XTransductor de flujo(FY-25591).A. El transductor lleva su salida a cero ydetiene la dosificación de ácido. Cuandoel flujo de rafinato hacia el mezclador(MX-250-081) es bajo-bajo (FALL-25586).XTransductor de flujo(FY-25592).A. El transductor lleva su salida a cero ydetiene la dosificación de ácido. Cuandoel flujo de rafinato hacia el mezclador(MX-250-082) es bajo-bajo (FALL-25585).X

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