LIXIVIACIN

El uso primario de la hidrometalurgia corresponde a la extraccin de especies tiles contenidas en un mineral, mediante un reactivo en fase acuosa (agente lixiviante). Este reactivo acta ms o menos selectivamente sobre las especies de inters, promoviendo su disolucin y transporte desde la roca o mineral que los contiene hasta el seno de la solucin lixiviante. Esta operacin de extraccin comnmente se denomina lixiviacin.Si la especie a extraer es fcilmente soluble en agua (Ej.: Nitrato de sodio contenido en el caliche), el agente lixiviante ser solamente agua. Sin embargo, en la mayora de los casos de la minera metlica, la disolucin y extraccin se promueve mediante reacciones qumicas entre la especie a extraer y un reactivo de lixiviacin.La solubilidad de las especies mineralgicas en una fase acuosa depende fundamentalmente del pH y del Eh imperante en el sistema y el adecuamiento de dichas condiciones, es el objetivo ms significante de los reactivos de lixiviacin.http://www.google.com/patents/WO2012106831A2?cl=es

2.1. Estructura de los Minerales

La estructura cristalina de los minerales, est basada en la unin entre tomos; estas uniones pueden realizarse por enlaces primarios o secundarios, segn sea la energa de enlace que interviene. Los enlaces atmicos primarios son aquellos que desarrollan grandes fuerzas interatmicas y se pueden dividir en las 3 clases siguientes: metlicos, inicos y covalentes, aunque no es raro encontrar estructuras cristalinas en las que se presentan diferentes enlaces primarios. Los defectos de punto y de lnea en la estructura cristalina de los materiales, ocasionan desviaciones de una estructura ideal y esto a su vez, genera variaciones en las propiedades elctricas y como consecuencia en la reactividad global del slido, como consecuencia del movimiento de los electrones. Enlaces Inicos: En este actan fuerzas intermoleculares relativamente grandes, por transferencia electrnica se producen iones positivos y negativos que se mantienen unidos por fuerzas de Coulomb (atraccin entre iones positivos y negativos), el enlace inico es un enlace no direccional y relativamente fuerte. Enlaces Covalentes: Actan fuerzas interatmicas relativamente grandes creadas por la comparticin de electrones entre tomos dando lugar a la formacin de un enlace direccional.

Enlace Metlico: Actan fuerzas interatmicas relativamente grandes creadas por la comparticin de electrones deslocalizados, es decir electrones que ya no pertenecen a un tomo individual sino al cristal considerado como un todo.

Enlaces Mixtos: Existen muchos sistemas minerales que parecen pertenecer a tipos de enlaces intermedios, como ejemplo tenemos: Enlace metlico inico se presenta en las especies Galena, Pbs. Esfalerita, ZnS, Calcopirita, FeCuS2; enlace metlico covalente evidente en la Pirita, FeS2, Enlace covalente inico como es el caso del AgCl.

2.2Mtodos de LixiviacinUn proceso de lixiviacin exitoso requiere cumplir las siguientes caractersticas: 1.- El metal valioso debe ser soluble en un solvente utilizable en forma econmica y en condiciones ambientalmente aceptables.2.- El metal debe ser econmicamente recuperable desde la solucin.3.- Los elementos o impurezas co-extradas durante la lixiviacin deben poder separarse de la solucin o del metal valioso en forma adecuada.Adems de las caractersticas anteriores que necesariamente se deben cumplir, tambin existen caractersticas deseables que influyen de manera determinante en los costos y viabilidad del proceso. Dichas caractersticas son:1.- Los minerales de la ganga deben ser poco reactivos frente a la solucin lixiviante.2. El reactivo lixiviante debe ser susceptible de ser recuperado (o regenerado) para su reuso o reciclaje.3.- El material de alimentacin (mineral, concentrados) no debe contener arcillas ya que estos complican el proceso de separacin slido/liquido posterior4.- El material de alimentacin debe ser suficientemente poroso para permitir el contacto de la solucin lixiviante con la fase a disolver y proporcionar una superficie interfacial adecuada ya sea para las reacciones qumicas como para los fenmenos de transferencia de masa.5.- El reactivo lixiviante debe de baja corrosividad hacia los materiales utilizados en la planta para minimizar los costos de equipamiento y mantencin, y no debe ser txico para minimizar los riesgos para el personal y hacia el medioambiente.Los diferentes mtodos de lixiviacin que se tratan a continuacin, responden al objeto fundamental de todo proyecto metalrgico, es decir, alcanzar el mximo de beneficio econmico con el mnimo de costos y procesos posibles. Por lo tanto, cada uno de estos mtodos busca lograr el correcto balance entre los recursos aportados y el beneficio alcanzado al procesar estos recursos. En esta bsqueda, es necesario involucrar operaciones, para aumentar la cintica y recuperacin de metales durante la lixiviacin, o para mejorar la selectividad de la extraccin, comnmente el mineral original se somete a pretratamiento que pueden involucrar procesos qumicos o fsicos. Los pretratamientos posibles caen dentro de algunas de tres siguientes categoras: Conminucin. Concentracin Cambios QumicosConminucin: Esta operacin conduce a la disminucin de la granulometra del material a tratar mediante chancado o molienda. El objetivo metalrgico de este pretratamiento es aumentar el rea superficial por unidad de masa, lo cual incrementa los fenmenos de transporte de masa en los sistemas heterogneos.Concentracin: La concentracin de minerales de alimentacin antes de la lixiviacin es un pretratamiento que es aplicable en el caso de lixiviacin en pulpas. Esto tiene las ventajas de requerir menor volumen de solucin lixiviante para la lixiviacin, disminuir el consumo de reactivo por la ganga, obtener mayor concentracin de metales en las soluciones ricas y aumentar la capacidad de tratamiento de metal valioso con relacin al volumen de reactor. Obviamente este pretratamiento supone un costo adicional que debe ser cotejado desde el punto de vista econmico.Cambios Qumicos: Los cambios qumicos como mtodos de pretratamiento pueden estar orientados a mejorar el proceso de disolucin de los metales valiosos, o a disminuir la reactividad de la ganga frente al agente lixiviante. Los cambios qumicos pueden ser promovidos mediante aplicacin de calor o por el uso de reactivos qumicos.La secuencia de estas operaciones se aplica a la lixiviacin de concentrados , lo cual no corresponde al total de casos; puesto que en general, en la mayor parte de los casos de lixiviacin, se aplica sobre las sustancias naturales siendo as el primer proceso de carcter qumico a que es sometido el mineral. En el proceso de lixiviacin, la temperatura, mineraloga, concentracin del solvente, porosidad, agitacin y el tamao de partculas, son los parmetros ms importantes que determinan tanto la velocidad de recuperacin, como el rendimiento de recuperacin. En todas las variantes tecnolgicas de aplicacin de la lixiviacin un aumento de la temperatura provoca una recuperacin ms rpida y un rendimiento ms elevado. Sin embargo, el factor ms determinante para alcanzar el objetivo de la lixiviacin es el parmetro tiempo; es decir la duracin del proceso extractivo. Teniendo en cuenta lo anterior se presentan los principales mtodos de lixiviacin en orden al factor tiempo en que se desarrollan:

Lixiviacin IN SITU

La lixiviacin in situ, es una tcnica poco conocida en la recuperacin de minerales y elementos metlicos de los yacimientos minerales. Comprende mtodos de disolucin en agua y lixiviacin mediante compuestos qumicos acuosos que se inyectan en los depsitos minerales.

Existe un gran nmero de minerales que se pueden recuperar por estos mtodos: Por disolucin aprovechando la solubilidad en agua y la forma masiva de ocurrencia geolgica; por lixiviacin en el propio emplazamiento mediante soluciones qumicas similar a la lixiviacin superficial. Por lixiviacin In Situ se puede recuperar minerales o metales de yacimientos minerales en los que no son aplicables mtodos convencionales de la minera mecanizada debido a su baja ley, profundidad de emplazamiento, diseminacin, y que poseen alto grado de permeabilidad natural o creada artificialmente mediante tcnicas como la hidrofracturacin del yacimiento.

Esta tcnica presenta grandes expectativas a futuro debido a las restricciones medio ambientales introducidas en los ltimos aos, dado que el sistema no perturba ni contamina la naturaleza, es de bajo costo operativo y baja inversin en desarrollo, equipo e infraestructura, sus dos restricciones principales son la posible contaminacin de acuferos subterrneos y su baja recuperacin.

Otras razones para intensificar la investigacin y uso de esta tcnica son la tendencia de los yacimientos minerales a presentar cada vez menores tenores, diseminacin de la (s) especie (s) de inters y mayor profundidad de ubicacin de tal manera que se aleja de su factibilidad econmica de explotacin por mtodos convencionales.

Dependiendo de la profundidad de los yacimientos y de la localizacin de acuferos, se presentan 2 modalidades de lixiviacin In Situ:

- Lixiviacin In Situ Gravitacional: Se presenta cuando el depsito se ubica encima del nivel fretico y la solucin lixiviante debe moverse por gravedad, lo cual requiere que la roca sea permeable y/o exista una fragmentacin previa por tneles antiguos. La solucin se recupera por bombeo con accesos operativos en los niveles inferiores.

- Lixiviacin In Situ Forzada: Cuando el yacimiento se ubica por debajo del nivel fretico de los acuferos subterrneos del lugar. En este caso se hace uso de la permeabilidad interna de la roca y de las condiciones de presin y temperatura que genera la profundidad. La solucin lixiviante se inyecta a travs de pozos como los desarrollados por la exploracin de petrleo y, se recupera el licor lixiviado por pozos colectores ubicados adecuadamente segn la descripcin geolgica del depsito. A mediados del Siglo XX, esta tcnica permiti lixiviar depsitos de NaCl (alita), KCl (silvina), minerales de Uranio y fosfatos principalmente. El tiempo del proceso puede ser de aos y alcanza recuperaciones menores al 30%.

Variables de la lixiviacin in situ

Geologa: Factores geolgicos influyentes son el origen, tipo, gnesis, ubicacin, geometra, caractersticas del mineral y de la roca, estructura, buzamiento, fallas, plegamientos, diaclasas, nivel fretico y corrientes de aguas artesianas.

Mineraloga: El diseo ms apropiado de recuperacin de las especies valiosas, debe basarse en la naturaleza qumica y fsica del proceso de formacin del mineral y de acuerdo a Dudas L. y otros (1974), en la reproduccin del estado de formacin del mineral. As, deben tomarse en cuenta la textura, porosidad, dureza, permeabilidad, cristalizacin, temperatura de formacin y distribucin de las especies de inters.

Hidrogeologa: El grado de porosidad y permeabilidad de la roca es un indicio de la presencia de corrientes de agua subterrnea. La porosidad de la roca no consolidada depende del grado de compactacin y de la forma y distribucin por tamaos. En un material consolidado la porosidad depender de su grado de cementacin y fracturamiento. Las rocas plutnicas, volcnicas y metamrficas tienen porosidades y permeabilidades pequeas que van de 1 a 3% y 0.005 a 0.20 mm/da, respectivamente, lo que minimiza la presencia de aguas subterrneas. Las rocas sedimentarias presentan porosidades entre 0.5 y 20% y permeabilidades entre 1 y 200 mm/da. Por lo tanto, las rocas sedimentarias son ms favorables a las corrientes de agua subterrneas por su granulometra de diversos tamaos, grado de cohesin y cementacin. Las fallas, diaclasas y alteraciones de la roca favorecen las corrientes de agua subterrnea y contribuyen al ciclo hidrolgico natural que es la fuente potencial de agua que debe cuidarse y preservarse (Ahlness J. K., 1991). Ahlness, Jon K., Tweeton D.R., Larson W. C. and Millenacker D, J, 1991. In situ Mining of Hard Rock+++++ Richner D. R. In Situ Mining of Soluble Salts. SME Mining Engineering Handbook H. L. Hartman, Senor Editor, Littleton, Colo. USA. 1992.+++++++

Fragmentacin: El grado de fragmentacin de la roca genera la permeabilidad y porosidad en el mineral y origina micro fracturas en la roca que constituyen vas de flujo del lixiviante. Los mtodos de lixiviacin dependen de la forma de aplicacin del lixiviante y de su recuperacin. La inyeccin y recuperacin de la solucin cargada mediante arreglos de taladros largos en un yacimiento fracturado se puede aplicar cuando no es posible la aplicacin y recuperacin de las soluciones a travs de labores subterrneas.

Percolacin: Depende de las caractersticas fisicoqumicas del material a tratarse. Para acortar el tiempo de lixiviacin se debe considerar varios factores como textura y permeabilidad, presiones de los gases como el aire dentro del material, esfuerzo debido a presiones y profundidad, temperatura, tamao de partcula e interaccin fisicoqumica. La textura y permeabilidad regulan la velocidad de percolacin. El flujo en una roca de porosidad media est dado por la ecuacin de Darcy:Q = - K A P/( h) o V t = K / . P / xDonde: Q = caudal, Vt = velocidad de la solucin lixiviante, K = coeficiente de permeabilidad o permeabilidad especfica del mineral, A = rea de la seccin, P = presin del lquido a travs del material, h = profundidad del estrato o cuerpo mineralizado, = viscosidad de la solucin y P / x = gradiente de presin o cabeza hidrosttica de la solucin.Estas expresiones indican que el caudal de percolacin est en relacin directa de la permeabilidad especfica del material. El K tiene influencia en la velocidad de percolacin y esta puede reducirse por la presencia de gases o aire en la masa de mineral. La percolacin disminuye si la solucin se alimenta de arriba hacia abajo por entrampamiento del aire. Si la alimentacin es de abajo hacia arriba habr menor generacin de burbujas y las existentes sern desalojadas con facilidad. A mayor temperatura menor viscosidad y segn la ley de Darcy la velocidad de flujo es inversamente proporcional a la viscosidad de la solucin percolante por lo que a mayor temperatura mayor velocidad de flujo.Sullivan y otros (1981), concluyeron que el tamao de partcula es la variable que ms afecta la penetracin del lixiviante deduciendo que el tamao mnimo recomendable es malla -3 a -4. La disolucin y penetracin de la solucin lixiviante en las partculas dependen adems del grado en que el aire atrapado entre partculas es desalojado por la solucin.

Aplicacin de la solucin lixiviante

Se suministra en la parte alta de la columna vertical de mineral dejando percolar la solucin. La aplicacin del lixiviante puede hacerse por tres mtodos:

Aspersin, inundacin, e inyeccin. La aspersin se aplica a travs de tuberas instaladas sobre el material por tratar. La solucin lixiviante fluye por los vacos y poros existentes en la masa lixiviante.La inundacin consiste en colmatar el mineral almacenado y retenido mediante diques y elementos de contencin del lixiviante. La desventaja del sistema es que el lquido se evapora produciendo deposicin de sales ferrosas en la superficie.

Mediante la inyeccin se hace circular a presin la solucin lixiviante, a travs de tubos instalados hasta el fondo de la masa. Los tubos se colocan a diferentes profundidades (12 m o ms), en una malla media de 8 x 8 m. El espaciamiento ptimo se calcula en el campo mediante pruebas. La velocidad de aplicacin del lixiviante est en relacin directa de la permeabilidad del mineral, altura y superficie de la cancha.

Revista del Instituto de Investigaciones FIGMMG Vol. 13, N. 25, 31-41 (2010) UNMSM ISSN: 1561-0888 (impreso) / 1628-8097 (electrnico)Minera in situ. Su aplicacin en un yacimiento de cobreoxidadoHard rock in situ mining. Its application in a copper oxide ore depositIng. Oswaldo Ortiz Snchez1, Ing. Silverio Godelia Canchari1, Carlos A. Soto M.2

La figura 4, representa la lixiviacion In Situ, tomada de: http://www.ucm.es/info/metal/transpare/Ballester/Premat12.pdf Lixiviacin en Botaderos

Se aplica al mineral estril que debido a su bajo tenor, no clasifica para pasar a planta de beneficio; sin embargo, es llevado a superficie despus de haber sido minado; tambin se aplica a las colas de procesos antiguos, actualmente se esta realizando a las colas de lixiviacin de Chuquicamata, de procesos de comienzos del Siglo XX.

El material es cargado por buldzer o camiones formando capas de 5 o 10 metros de alto, despus de ser lixiviada se desgarra o ripea, empleando un bulldzer, antes de colocar una nueva capa de mineral. La solucin se riega sobre la superficie usando aspersores o goteos en movimiento, esto depende del lugar en donde se realice la lixiviacin pues se deben considerar parmetros tales como la disponibilidad de lquido (agua) y de la altura sobre el nivel del mar para controlar la evaporacin. El terreno para realizar la lixiviacin debe ser preparado con el fin de poder colectar las soluciones lixiviadas con el mnimo de prdidas. Normalmente se prepara empleando membranas plsticas de baja o media densidad o bien emplear proteccin de PVC, este tipo de material es similar a los materiales empleados para el manejo y control de residuos slidos, por los Ingenieros ambientales. El tiempo del proceso es largo puede tomar mas de un ao y la mayor eficiencia reportada solo alcanza el 40 o 60% de extraccin; sin embargo, esto se ve compensado por los bajos costos de operacin.

Lixiviacin en Pilas

La lixiviacin en pilas, es un proceso en el cual el material se ha sometido a una baja reduccin de tamao (chancado) o ninguno, una vez extrado de la mina (colpas). En el caso de lixiviacin en pilas, el material puede ser chancado a granulometras tan bajas como 1/4, dependiendo de su respuesta en pruebas metalrgicas. Usualmente a esta granulometra se hace uso de las tcnicas de aglomeracin para minimizar el efecto negativo del material ms fino generado durante el chancado, en la percolabilidad del material.

La lixiviacin en pilas o desmontes generalmente se realiza colocando el material sobre superficies impermeables (arcillas compactadas, membranas sintticas de polietileno, etc.).

La solucin lixiviante es aplicada sobre la superficie de las pilas o montones de mineral, las cuales percolan el lecho mineral extrayendo en su recorrido las especies tiles. En el fondo, las soluciones enriquecidas son interceptadas por la superficie impermeable y a travs de un sistema de drenaje se colectan en pozos acumuladores.

Como cada pila corresponde a un sistema batch, normalmente se disponen varias pilas unitarias en serie, en donde se permite un flujo de la solucin lixiviante de una pila a otra en contracorriente. Esto significa que las soluciones de mayor concentracin de reactivo actan sobre pilas de mineral ms agotado. Una vez agotado el mineral de una pila, este es removido y reemplazado por mineral fresco. Esta disposicin en que cada pila es un proceso unitario, permite mantener un sistema de produccin continuo, el cual es manejado en funcin de los niveles de la especie til disuelta y de la concentracin de reactivo remanente.

Las caractersticas requeridas por la solucin rica dependern de los procesos diseados para la recuperacin y obtencin final del producto valioso.,El mismo efecto anterior puede ser logrado mediante el uso de pilas dinmicas, las cuales son de mayor extensin e irrigadas por sectores.

Si los ripios o mineral agotado de una pila se remueven desde la base impermeable, se dice que el sistema de lixiviacin en pilas es de piso reutilizable. Este diseo es aplicable en aquellos casos donde existen limitaciones de superficie disponible ya que tiene un costo de cargulo y transporte adicional para los materiales agotados, adems de requerir reas para los botaderos.

Las pilas pueden ser dinmicas, cuando el mineral, terminada la lixiviacin, se enva a botaderos y la base de la pila puede ser reutilizada o permanentes en las que las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores aprovechando la permeabilidad existente. El tiempo del proceso puede tomar varios meses, segn el tipo de mineral a tratar, el tenor del elemento o especie de inters y el tamao de las partculas a lixiviar. Han sido reportadas extracciones del 70 al 85% por este sistema, similares a las alcanzadas en el proceso de percolacin, que se ver a continuacin. La Figura 5, representa los sistemas de lixiviacin en botaderos y en pilas.

CAPITULO III, LIXIVIACION DEL CALICHE.GENERALIDADESEl mineral de nitrato, caliche, es un conglomerado de materiales insolubles y estriles, tales como arenas, arcillas, cuarzo y silicatos, firmemente cementadas por sales solubles en donde Nitrato, Sulfato, Cloruro y son los principales aniones y Sodio, Magnesio, Potasio y Calcio son los principales cationes. Es comn encontrar sales complejas, como Bloetita (Na2Mg (SO4)2 4H2O), Polihalita (K2Ca2Mg (SO4)4 2H2O), y Glauberita (CaNa2 (SO4)2). Otro componente, el cual se encuentra en menores proporciones pero tiene un alto valor econmico, es el Yodo el cual se encuentra como Lautarita (Ca(IO3)2) y Hectorfloresita (Na9 (IO3)(SO4)4. (Ericksen, 1983; Jackson and Ericksen, 1994; Pokorny and Maturana, 1997.Las tpicas especies solubles en agua que se pueden encontrar en el caliche estn enlistadas en la Tabla N1.Tabla 1. Especies comunes solubles en agua presentes en el mineral de caliche.IonMineralFrmula

NitratoSulfato

Cloruro

YodatoNitrato de SodioNitrato de PotasioBloeditaPolihalitaGlauberitaYesoAnhidrita (Sulfato de Calcio)Halita (Cloruro de Sodio)Silvita (Cloruro de Potasio)LautaritaHectorfloresitaNaNO3KNO3Na2Mg(SO4)2*4H2OK2Ca2Mg(SO4)4+2H2OCaNa2(SO4)2CaSO4*2H2OCaSO4NaClKClCa(IO3)2Na9(IO3)(SO4)4

Los nicos yacimientos naturales de nitratos conocidos mundialmente son los chilenos, se presentan en la regin norte del pas, a lo largo de 700 Km desde Zapiga (19 36`sur 7014' oeste) por el norte, hasta Taltal (25 24'sur-7029' oeste) por el sur, ver Figura N1

La composicin qumica del caliche es muy variable dependiendo del yacimiento. En la siguiente tabla se presentan los resultados de anlisis qumicos de diferentes caliches.Tabla 2. Composicin qumica del caliche (%w/w).CALICHE GENERAL

Elemento%

NaNO34,5 8,5

Na2SO48,0 - 40

NaCl4,0 8,5

K0,25 1,25

Mg0,05 1,40

Ca0,75 4,20

SO4/NO31,7 4,7

Yodo0,025 0,055

KClO40,030 0,070

Solubilidad50 - 160

El mineral de caliche se explota por lixiviacin agitada y lixiviacin en pilas; el ultimo ha incrementado su importancia debido a la disminucin gradual de sus leyes (Wisniak and Garcs, 2001; Lauterbach, 2004). Las pilas son regadas con agua o una mezcla de aguas con soluciones intermedias recirculadas desde etapas posteriores del proceso. (Wheeler, 2010).Actualmente la factibilidad del uso de agua de mar como agente de lixiviacin se ha discutido porque el procesamiento del caliche se realiza en locaciones donde los recursos de agua fresca son escasos. El uso de agua de mar en esas reas por parte de la minera metlica, est bajo consideracin. (Taboada et al., 2012; Cochilco, 2012).

AnionesCationes

NO3-SO42-IO3-Cl-ClO4-Bo33-Na+K+Mg2+Ca2+

3.6749.4100.0464.1940.0360.0605.5750.5790.9710.597