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REVISION DE LA LIXIVIACIONEN PILAS DE MINERALES DE COBRE

Carlos Avendao Varas

Ingeniero Civil Qumico

Sociedad Terral S.A

1. INTRODUCCION

Hoy en da, la lixiviacin en pilas es un proceso industrial ampliamente difundido para el tratamiento

de minerales con especies oxidadas y sulfuros secundarios de metales base en este caso,

generalmente con apoyo de tcnicas bacterianas- y que ya se intenta y explora intensamente para

el tratamiento de los sulfuros primarios.

Las metodologas usadas se originaron en el procesamiento de minerales oxidados y generalmente

se basan en pruebas metalrgicas y la experiencia industrial, que terminan por relacionar las

variables econmicas primarias (recuperacin, consumo de cido y cintica) con las condiciones

adoptadas (granulometra de mineral, dosis de cido en curado, tasa de riego, altura de apilamientoy aplicacin de soluciones con alguna forma de contracorriente), para obtener resultados que se

expresan en las duraciones de los ciclos y en las concentraciones de especies en las soluciones

ricas.

Hasta cierto punto, este enfoque usual presenta una cierta dosis de fatalismo, en el sentido que se

basa en adoptar un respeto estricto del comportamiento del mineral, con pocas posibilidades de

manipularlo para lograr objetivos ms bien basados en los requerimientos econmicos en unafaena hidro-metalrgica.

Este documento presenta un enfoque diferente, basado en reconocer las caractersticas y el

comportamiento del mineral, para separar simultneamente aquellas condiciones que deben

respetarse y los grados de libertad disponibles de modo que sea posible conciliar ambos aspectos


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2. CARACTERISTICAS DE UNA LIXIVIACION IDEAL

Partiendo de la base que el comportamiento del mineral, dentro de ciertos lmites, puede ser

dirigido hacia un comportamiento objetivo, proponemos los siguientes requerimientos para una

lixiviacin ideal, algunas de inters de la lixiviacin y otras deseables por la Planta SX que

procesar sus soluciones:

Del inters de la lixiviacin:

Debe maximizar la recuperacin metalrgica y minimizar consumos de cido, de agua y de

energa.

Debe anular los efectos de eventuales reductores, arcillas intercambiadoras inicas y silicatos

complejos en el mineral.

El curado -si se usa- debe adoptar dosis calculadas de modo que sean compatibles:

* una mxima ganancia de cintica,

* un mnimo potenciamiento del consumo de cido y contribucin de exceso a la solucin

rica, y

* una nula o mnima incorporacin de impurezas solubles a las soluciones ricas.

Debe evitar la formacin de capas freticas e inundaciones localizadas, que se traducen en

canalizaciones y deslizamientos o derrumbes del apilamiento.

Debe permitir idealmente, el tratamiento conjunto de minerales de diversa mineraloga,

incluidas especies de xidos y de sulfuros.

Debe permitir administrar el comportamiento del fierro de modo que:

* Se mantengan en solucin las cantidades y proporciones "frrico-ferroso" para producir

las interacciones deseadas, en cuanto a: la regeneracin de cido, a la creacin de

condiciones oxidantes y a la co-precipitacin de impurezas.

* Se mantengan en solucin los contenidos necesarios para el comportamiento adecuado

de bacterias en la lixiviacin de sulfuros.


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Debe generar una solucin rica limpia, sin slidos suspendidos, coloides, fierro, cloro,

manganeso y sulfatos totales, para minimizar peligros de borras y de traspasos al electrolito

que causen descartes y consumos de agua tratada, aditivos y energa en calentamiento.

Afirmamos que tal lixiviacin es factible de obtener, por lo que:- La recuperacin metalrgica es una meta objetivo y no necesariamente un resultado o

variable dependiente del mineral, al menos en un rango que generalmente es mayor de loque se piensa.

- Esta meta objetivo de recuperacin queda limitada por factores econmicos asociados a latcnica de la lixiviacin.

- Diferentes tcnicas de lixiviacin proceden a cinticas y a costos diferentes.

- Entonces, la principal variable independiente resulta ser la tcnica de lixiviacin convenientepara lograr la recuperacin objetivo.

Tales tcnicas de lixiviacin tienen como parmetros independientes:

* La definicin de la base de la tcnica: qumica o rdox.

* Si la base es rdox, la definicin de si las oxidaciones sern bacterianas o atmosfricas.

* La forma de usar las reacciones rdox en la lixiviacin, aunque la tcnica base sea qumica.

* La forma de resolver la ecuacin de "aporte = consumo de cido".

Las variables dependientes de las tcnicas de lixiviacin resultan ser:

* La recuperacin metalrgica, muy incidente en los costos del proceso.

* El consumo de cido, tambin muy incidente en los costos del proceso.

* La cintica, incidente en la configuracin de las instalaciones y por lo tanto en las inversiones.

* El contenido de impurezas de las soluciones, a su vez incidente en las configuraciones,

inversiones y costos de los procesos que siguen a la lixiviacin.

Que deben combinarse para resolver simultneamente los problemas operacionales de lalixiviacin; algunos con incidencia en los diseos e inversiones y otros en los costos, y que

generalmente se refieren a los temas de:

Manejo de minerales: Chancado, aglomeracin, carga y configuracin de pilas. Manejo de soluciones: Configuracin de riego, secuencia de aplicacin de soluciones,

tasas y medios de riego formas de recoleccin de soluciones


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3. REVISION DEL EQUILIBRIO DEL ACIDO

Partiendo de la base de considerar al cido sulfrico como una de las fuerzas impulsoras ms

importantes de la lixiviacin, podemos comenzar el anlisis con la simple ecuacin de equilibrio:

APORTE DE ACIDO = CONSUMO + SOBRANTE DE ACIDO

- En el Curado Por cobre y por ganga.

- En el Riego El sobrante de cido slo aparece luego de satisfechos los

consumos.

- Por generacin interna

El problema de esta igualdad es que el consumo de cido de la ganga depende de ladisponibil idad de cido (al menos en un rango); as, el consumo tambin depende delaporte y los trminos de la ecuacin son mutuamente dependientes.

Consecuentemente, debe incorporarse una referencia de la relacin entre el ambiente generado

por el aporte de cido y la recuperacin metalrgica, a partir de la cual debe establecerse la

condicin adicional en la que debe verificarse la ecuacin, para que sus resultados sean aplicables

industrialmente.

Si: APORTE DE ACIDO < CONSUMO DE ACIDO

Entonces: - Se afecta la recuperacin metalrgica

Si: APORTE DE ACIDO > CONSUMO DE ACIDOEntonces: - Casi se logra la recuperacin metalrgica mxima.- Se obtiene una buena cintica.

- Aumenta el "consumo neto" de cido.

- Se incorporan impurezas al sistema.

- Puede existir un sobrante de cido


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Entonces se obtiene

Efectos positivos: * Se activan las oxidaciones del fierro y del cobre* Se inactivan interferentes: se oxidan los reductores y se pasivan las

arcillas con capacidad de intercambio inico.

* Se logra la recuperacin metalrgica mxima, al contar con Fe+3

como colaborador para lixiviar sulfuros y el Cu0

que los reductoresprecipitaron.

* Disminuye el consumo neto de cido.

* Las soluciones se limpian y se incorporan menos impurezas al

sistema.

Efectos negativos: * Se afecta la cintica.

4. REVISION DE LA RAZON DE LIXIVIACION

De acuerdo con la experiencia y observaciones de Terral S.A. la ecuacin base de una lixiviacin

est condicionada cinticamente por la razn de riego necesaria para suministrar las soluciones

que activan la fsico-qumica del sistema, ya que est asociada a las condiciones adicionales

necesarias para resolver:

- El aporte de cido necesario para obtener simultneamente concentraciones de cobre, cido e

impurezas pre-establecidas como objetivo para la solucin rica,

- A las interacciones detectadas en estudios metalrgicos y por experiencia operacional, entre las

cinticas del consumo de cido, de la recuperacin metalrgica y de la disolucin de impurezas

y,


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5. LA ACTIVACION DEL PROCESO

1aSerie de Reacciones:

4 FeSO4(impregn.) + O2(gas)+ 10 H2O 4 Fe(OH)3(slido) + 4 H2SO4(soluc.)

4 Fe(OH)3(slido) + 6 H2SO4(soluc.) 2 Fe2(SO4)3(soluc.) + 12 H2O

4 FeSO4(impregn.) + O2(gas) + 2 H2SO4(soluc.) 2 Fe2(SO4)3(soluc.) + 2 H2O

- Las especies de fierro se disuelven, principalmente al estado Fe+2.

- El Fe+2queda impregnado en la roca al detener el riego

- Luego se oxida a Fe+3

en contacto con el oxgeno gaseoso o por accin bacteriana y- El Fe+3queda en un estado hidrolizado, simple o complejo.

- El Fe+3hidrolizado se re-disuelve al aportar ms cido en el riego siguiente y consume 0,86

Kg de cido fresco/Kg de in ferroso oxidado.

- El Fe+3eventualmente participa en reacciones rdox y retorna al estado ferroso Fe+2.

2a Serie de Reacciones:

12 FeSO4(impregn.) + 3 O2(gas)+ 30 H2O 12 Fe(OH)3(slido)+ 12 H2SO4(soluc.)

8 Fe(OH)3(slido) + 12 H2SO4(soluc.) 4 Fe2(SO4)3(soluc.)+ 24 H2O

12 FeSO4(impregn.) + 3 O2(gas)+ 6 H2O 4 Fe(OH)3(slido)+ 4 Fe2(SO4)3(soluc.)

que se combina con:

4Fe(OH)3(slido)+ 4Fe2(SO4)3(soluc.)+ 2Na2SO4+ 12H2O 4 NaFe3(SO4)2(OH)6(slido)+ 6 H2SO4(soluc.)

12 FeSO4(impregn.)+ 3 O2(gas)+ 6 H2O + 2 Na2SO4 4 NaFe3(SO4)2(OH)6(slido)+ 6 H2SO4(soluc.)


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- En consecuencia, las jarositas contribuyen a la eliminacin de impurezas desde las

soluciones y a la devolucin de parte del cido consumido.

- Existen diversos tipos de jarositas que incorporan otros elementos (se ha controlado Mg, Al y

otros) que son tambin co-abatidos.

- Las jarositas slo se re-disuelven en ambientes mucho ms cidos que los que las formaron.

Entonces, el proceso de lixiviacin, su cintica, recuperacin metalrgica, consumos de cido y lastasas de abatimientos quedan controladas por:

* La concentracin de cido en las soluciones, que determinan la cintica y las tasas de

disolucin de fierro segn los ambientes de pH al interior de la pila y de modo que terminan

por traducirse en un menor contenido de cido libre en la solucin rica y consecuentemente

en el refino.

* El ambiente de potencial Eh en la pila, que define las formas de oxidacin del in ferroso;

este ambiente puede controlarse por oxidacin atmosfrica o con participacin de bacterias,

en un ambiente que les sea compatible.

* En consecuencia, es conveniente dilucidar la relacin entre la acidez que fomenta la cintica

de la recuperacin y la que, al mismo tiempo, disuelve impurezas o las abate, a tasas ms

all de lo prudente, en la 1 etapa de lixiviacin del mineral fresco alimentado a la pila cuando

su consumo de cido es an elevado y puede elevar el pH.

* Es tambin conveniente establecer la relacin entre el pH y el contenido de fierro de las

soluciones, ya que este in es el responsable del ambiente de potencial rdox (Eh) necesario

para las oxidaciones y para el abatimiento de impurezas.

* Sobre la base del comportamiento experimental del fierro, se consideran adecuadas tasas

mximas de abatimiento del orden de 2 KgFe/TM, como jarositas dispersas, para evitar

bloqueos localizados de la percolacin.


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6. TECNICAS OPERACIONALES

6.1 El riego pulsante o intermi tente

Una tcnica asociada a los mecanismos antes indicados es el uso de "pulsos de riego y

reposo", segn el cual, el ciclo de lixiviacin ocurrir en una sucesin de cortos perodos de

riego y de reposo, bsicamente de igual duracin.

El perodo de reposo permitir el drenaje y estruje completo de las soluciones, de modo que

las partculas permanezcan hmedas en las soluciones de riego, pero sin pelculas de lquido

que las aslen del aire que se introducir a la camada mineral.

Esta metodologa de aplicacin de soluciones de riego optimiza la lixiviacin en base a los

siguientes efectos:

i. Metalrgicos

* La "razn de lixiviacin" necesaria para lograr la recuperacin objetivo disminuye, dado que

las partculas de mineral admiten con mayor facilidad y eficiencia los reactivos de cada

nueva solucin de riego y, de la misma forma, se vacan de productos durante el estruje en

cada etapa de reposo.

* Esta optimizacin hace innecesario el recurso de presionar sobre las tasas de riego, para

mejorar cinticas y recuperaciones y de paso evita el deterioro de la concentracin de cobre

de las soluciones ricas.

ii Fsico-Qumicos

* Las mltiples exposiciones de las partculas al aire en los pulsos sucesivos, oxida los

reductores presentes y las partculas de cobre metlico precipitadas por ellos, altera las

arcillas intercambiadoras inicas e inhibe su comportamiento y la formacin de silicatos

amorfos y coloidales durante el proceso.


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* Dependiendo de la posibilidad de asociacin con otros iones, parte del frrico hidrolizado se

disolver al disponer de algo de cido fresco al reponer el riego y parte del fierro quedar

precipitado en forma diseminada y virtualmente permanente, al estado de jarositas.

* Los iones frricos hidrolizados y re-disueltos, se incorporan a la lixiviacin, apoyan la

recuperacin de cobre y retornan al estado ferroso, para luego repetir el ciclo en el pulso de

riego siguiente, en funcin de la disponibilidad de cido en las nuevas soluciones de riego.* En el estado de precipitacin permanente de los iones frricos al estado de jarositas, se

arrastran por diversos mecanismos - notoriamente observados- los iones que constituyen

impurezas, entre ellos, parte importante de los cloruros y sulfatos.

* Dependiendo del ambiente especfico en torno al in ferroso al momento de oxidarse a

frrico durante el reposo, se produce una regeneracin parcial de cido, que en el riego

siguiente se incorpora a la solucin como agente activo, restndose del consumo externodel reactivo.

iii. Hidrulicos

* Se disminuyen las canalizaciones, dado que en el reposo de cada pulso se borran las

dejadas por el riego anterior, lo que obliga a la formacin de nuevas rutas de paso en el

siguiente ciclo de riego.

* Disminuyen los peligros de inundacin y derrumbes de pilas, dado que se permite el

drenaje del lecho de mineral antes de su saturacin.

* En los reposos se deshidratan los voluminosos geles de jarositas coloidales y cambian al

ms des-hidradatado estado sol, de menor tamao, con lo que se mantiene la porosidad

del lecho de mineral.

6.2 La secuencias de aplicacin de las soluciones

Las formas de aplicacin de las soluciones dependen de la mineraloga del mineral


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acidulada), para lixiviar de xidos y las ms dciles calcosinas.

iii. En todos los casos debe usarse las relaciones cinticas y fsico qumicas

previamente estudiadas en laboratorio.

iv. Es conveniente sobredimensionar las instalaciones de recirculacin para ajustar la

lixiviacin de minerales de menor cintica, sin afectar las concentraciones objetivos

de la solucin rica.

v. La altura de la pila pasa a tener una consideracin independiente de la

concentracin de la solucin rica, dado que en el contexto expresado, el ajuste de

concentracin se obtiene mediante del arreglo de las recirculaciones. La definicin

de la altura queda dependiente de otros aspectos tales como: disponibilidad de

rea, relacin del costo de apilamiento con la altura o en superficie, la cintica y

costos de descarga (si proceden, en una pila renovable).

* Las tasas de riego se relacionan con las formas de lograr las "razones de lixiviacin", que

resultan ms incidentes en la cintica y en la recuperacin:

i. Consideraciones operacionales relacionadas con apozamientos, canalizaciones y

derrumbes de pilas resultan ms incidentes e importantes que la cintica asociada

a tasas elevadas, para procurar disminuir los tiempos de tratamiento.

ii. Las soluciones limpias, los minerales competentes (que no se degraden) y las

granulometras mayores resultan aptas para tasas de riego elevadas.

* Debe recordarse que una lixiviacin rpida no es un objetivo econmico en s mismo (en

general ms bien se contrapone a ello). Si lo son: una recuperacin elevada y un bajo

consumo de cido.

6.3 Respecto de las lixiviaciones bacterianas:

Los procesos bacterianos coexisten perfectamente con las lixiviaciones qumicas.


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* La oxigenacin del lecho es otro factor incidente. Ello conduce a que la altura de las pilas

incide en la forma de efectuarla:

- si son bajas y los tamaos de partcula son grandes, basta con la succin de aire

causada por el drenaje de lquido durante los reposos.

- si las alturas son mayores y la granulometra es pequea, debe recurrirse aaireacin forzada.

* Las aireaciones son ms efectivas durante los reposos.

* Un bajo contenido de impurezas en las soluciones es un factor determinante, dado que ello

somete a las bacterias a una suerte de "stress osmtico". Las bacterias se adaptan

lentamente a ambientes algo inadecuados, pero slo dentro de cierto rango.

7. CONFIGURACIONES OPERACIONALES.

En las pginas siguientes se ilustran dos enfoques alternativos de configuracin de pilas y plantas,

para resolver las tcnicas de lixiviacin propuestas:


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Revisin de la Lixiviacin en Pilas de Minerales de Cobre; Pgina 13 de14

LX Users Conference Chile; La Serena, Junio 2004

Carlos Avendao Varas Sociedad Terral S.A.

* Acidulacin de partculas.* Sulfatacin parcial de especies.* Destruccin de interferentes.

AVANCE SOL. INTERMEDIA RECIRCULACION .S. INTERMEDIA REFINO Y AGUA* Ajusta altas concentraciones de cobre * Proporciona la "razn de riego" para lo- * Completa el agotamiento de la cama,

y bajas las del cido en PLS, an a ex- grar las recuperaciones objetivo, por re- para lograr alta recuperacin meta-pensas de una leve menor cintica de circulacin de una parte de la pila a su lrgica.recuperacin en el perodo. pozo, mientras otra parte avanza al rie- * Reincorpora al ILS iones frricos hi-

* Precipita controladamente fierro y o- go de mineral fresco para generar PLS. drolizados, pero solubilizables, paratros iones, en compuestos del tipo ja- apoyar la lixiviacin del mineral msrositas, para obtener PLS limpio. fresco y luego precipitarlo defini-

* Leve adicin de refino para completar tivamente en zona de mineral fresco.acidulacin de las partculas. * Incorpora el cido requerido para* Completa destruccin de interferentes agotar el mineral.

* El agua recupera impregnacin.

Curado

Mineral

Etapas SX

Extraccin

Acido (eventual)

S. Rica

Refino

Sol. Interm.

Agua

Ref. aS.Rica

S.Int. aS.Rica

S.Int. aS. Int.

Ref. aS.Int.

Agua aS. Int.

Etapas SX

Re-Extrac.

Etapa SX

Lav. Org.

Nave

EW

Tk. Org.

Agua

cido

Org. Carg.

cido

Org. Desc.

Agua (eventual)


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Carlos Avendao Varas Sociedad Terral S.A.

Curado

Mineral

Etapas SX

Extraccin

Acido (eventual)

S. Rica

Refino

Agua

Ref. a S.Rica

S. Rica aS. Rica

Ref. a S.Rica

Agua aS. Rica

cido

Agua (eventual)

cido

Etapas SX

Re-Extrac.

Etapa SX

Lav. Org.

Nave

EW

Tk. Org.

Agua

Org. Carg.

cido

Agua

Org. Desc.

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