Apuntes Lixiviaxión-Clasificación

C A P A C I T A C I Ó N

Lixiviación-Clasificación

Especialista Técnico Reginaldo Rocco Rojas Edición N°24 Lugar de Edición INACAP Capacitación Revisión N°02 Fecha de Revisión Noviembre 2010 Número de Serie MAT-0337-10-123

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CONTENIDOS PGINA

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PGINA

Capítulo I/ INTRODUCCIÓN

3

Conocimientos básicos Proceso unitario

3 4

Capítulo II / MATERIAS PRIMAS

5

Mineral Solución líxiviante

5 6

Capítulo III / MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN Y EQUIPOS

6

Lixiviación in situ e in place Lixiviación en bateas Lixiviación por agitación Lixiviación en pilas Equipos principales Equipos secundarios

6 8 10 11 12 14

Capítulo IV / LIXIVIACIÓN EN PILAS

16

Tipos de pilas Fundamentos Métodos y operación de lixiviación en pilas

16 16 17

Capítulo V/ AGLOMERADO Proceso de aglomeración en tambores Parámetros y variables de operación Consumo de agua Consumo de ácido o base Balance de masa al proceso de aglomeración Concentraciones de ácidos o bases

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Capítulo VI / ETAPAS DE LIXIVIACIÓN EN PILAS

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Formación de la pila Etapas de riego

Capítulo VII / SOLUCIONES

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SISTEMA DE RIEGO Y RECOLECCIÓN DE 28

Goteo Aspersión Recolección y clasificación

29 29 29

Capítulo VIII / SELECCIÓN DE AGENTES LIXIVIANTES Aspectos químicos Aspectos de disposición Aspectos económicos

CAPÍTULO I /

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INTRODUCCIÓN

CONOCIMIENTOS BÁSICOS Lixiviación: (leaching) proceso hidrometalúrgico mediante el cual se provoca la disolución de un elemento desde el mineral que lo contiene para ser recuperado en etapas posteriores mediante electrólisis. Este proceso se aplica a las rocas que contienen minerales oxidados, ya que éstos son fácilmente atacables por los ácidos. En la lixiviación del cobre se utiliza una solución de ácido sulfúrico (H2SO4). Por Hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva (disolución) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución.

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La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los procesos hidrometalúrgicos.


Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos: (1) Disolución del componente deseado presente en la fase sólida. (2) Concentración y/o purificación de la solución obtenida. (3) Precipitación del metal deseado o sus compuestos.

PROCESO UNITARIO Los procesos hidrometalúrgicos están jugando un rol importante cada vez más importante en la metalurgia extractiva de minerales de baja ley y metales raros hay muchas razones para este creciente interés: •Los procesos hidrometalúrgicos están relativamente libres de polución, especialmente con respecto a la polución del aire; •Los procesos hidrometalúrgicos permiten el tratamiento de minerales de baja ley o materiales de desperdicios de minas que no pueden ser económicamente tratados por molienda, fundición y refinación convencional; •Los procesos hidrometalúrgicos permiten el minado y tratamiento de pequeños depósitos de minerales; •Los procesos hidrometalúrgicos son usualmente más baratos en costo capital que las fundiciones •Y las operaciones de los procesos hidrometalúrgicos son relativamente más fáciles de controlar. Un proceso hidrometalúrgico puede ser dividido generalmente en tres procesos unitarios principales; es decir, lixiviación del metal deseado en la solución, concentración y purificación de la solución impregnada y, finalmente, recuperación del metal. La LIXIVIACION comprende la disolución del valor metálico de una materia prima en una solución acuosa con agentes químicos apropiados en un espacio limitado.

CAPÍTULO II / MATERIAS PRIMAS Página 4 de 33


MINERAL (mineral, ore) compuesto químico inorgánico, de origen natural, que posee una estructura interna y composición química característica, formado como resultado de procesos geológicos. Un mineral puede estar constituido por un solo elemento (nativos, como por ejemplo: oro, plata, cobre) o, más comúnmente, por una asociación de distintos elementos (sulfuros, carbonatos, óxidos, etc.). En la actualidad se han reconocido más de 3.000 especies de minerales. Término minero que se refiere a la masa rocosa mineralizada o recurso que es susceptible de extraerse y procesarse con beneficio económico. De esta manera, se diferencia entre mineral y estéril o lastre, que no tiene valor económico. Mineral primario: (primary ore) zona primaria. Corresponde a la parte profunda de un yacimiento en que se han preservado las características de su formación original, con minerales formados a grandes presiones y temperaturas, por lo que las rocas son en general duras e impermeables. En yacimientos de cobre, los minerales de mena característicos son los sulfuros bornita, calcopirita y pirita. Mineral secundario: (secondary ore) zona secundaria. Corresponde a la parte que se ubica inmediatamente sobre la primaria, en que los minerales han sido alterados por efecto de la circulación de aguas de origen superficial, lo cual produce disolución de algunos minerales (por ejemplo, anhidrita) y enriquecimiento de los sulfuros, lo cual consiste en el aumento del contenido de cobre, pasando a constituir otro mineral (por ejemplo, transformación de calcopirita, con un 35% de cobre, a calcosina, con un 80% de cobre). Generalmente constituyen las zonas de mejores leyes en sulfuros de un yacimiento. Mineral oxidado: se refiere a los óxidos de cobre, que es una de las formas en la que se encuentra el cobre en la naturaleza. Mineral sulfurado de cobre: se refiere a un mineral que tiene cobre en forma de sulfuros.

SOLUCIÓN LÍXIVIANTE Agua: que se utiliza en la industria se aprovecha como materia prima, refrigerante, depósito de vertidos y agente de transporte. En la minería, el agua se usa para separar los minerales de las rocas.

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Ácido sulfúrico: (H2SO4) como sustancia pura es un líquido aceitoso, transparente e incoloro. Cuando se calienta a más de 30 °C desprende vapores. Este ácido reacciona con todos los metales, por eso se utiliza en el proceso de lixiviación. En contacto con la piel puede ocasionar quemaduras graves.

CAPÍTULO

III / MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN Y

EQUIPOS LIXIVIACIÓN IN SITU E IN PLACE La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviación IN SITU se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. Por lo general, estas operaciones presentan actualmente un gran interés por los bajos costos de inversión y operación que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metálicos que de otra manera no podrían ser extraídos. Los bajos costos son consecuencia de evitar o al menos disminuir los costos de extracción minera, el transporte del mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la construcción de una planta de lixiviación. Generalmente, la recuperación es baja (< 50%). Dependiendo de la zona a lixiviar, que puede ser subterránea o superficial, se distinguen tres tipos de lixiviación in situ: Tipo I: Se trata de la lixiviación de cuerpos mineralizados fracturados situados cerca de la superficie, sobre el nivel de las aguas subterráneas. Puede aplicarse a minas en desuso, en que se haya utilizado el "block caving", o que se hayan fracturado hidráulicamente o con explosivos (IN PLACE LEACHING). Tipo II: Son lixiviaciones IN SITU aplicadas a yacimientos situados a cierta profundidad bajo el nivel de aguas subterránea, pero a menos de 300 -500 m de profundidad. Estos depósitos se fracturan en el lugar y las soluciones se inyectan y se extraen por bombeo.

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Tipo III: Se aplica a depósitos profundos, situados a más de 500 m bajo el nivel de aguas subterráneas.

 LIXIVIACIÓN EN BATEAS Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Un esquema de equipo empleado en lixiviación en batea se presenta en la siguiente figura:

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Los minerales a tratar por este método deben presentar contenidos metálicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un período razonable (3 a 14 días) y en trozos de tamaño medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversión inicial que requiere este tipo de proceso.

Carguío de los Estanques o Bateas Se realiza por diferentes medios, tales como camiones, correas transportadoras, puentes grúa. Debido a que el rango de tamaño del mineral es relativamente grande y heterogéneo, al cargar las bateas tiende a ocurrir una clasificación por gravedad, donde las partículas más grandes quedan en el fondo y las de menor tamaño arriba. Por esta razón se realiza un aglomerado con una cierta cantidad de agua para que las partículas más pequeñas se adhieran a las más grandes o bien se hace un curado previo. La cantidad de agua adicionada es del orden del 5 a 10% en peso respecto al mineral cargado. La carga de la batea se debe realizar por capas, para evitar el problema antes mencionado que provoca canalizaciones en el lecho mineral (sectores al interior del lecho que quedan sin “mojarse”).

Acumuladores de solución rica y preparación de solución líxiviante Estos acumuladores o estanques se usan para almacenar las soluciones ricas provenientes de los estanques de lixiviación; estos acumuladores sirven además para preparar las soluciones de ácido sulfúrico (caso cobre) que serán las encargadas de extraer la especie útil del mineral. Para preparar estas nuevas soluciones líxiviantes se usan soluciones débiles o agua, teniendo la precaución de agregar el ácido sobre el agua o solución débil. El agua utilizada puede ser agua de mar o agua salobre.

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Primera entrante, cobertura o ataque


Es la entrada de la primera solución líxiviante al estanque de percolación y se recomienda que esta entrada sea por pistón ascendente. La primera entrante debe ingresar al poco tiempo después que haya empezado el carguío de mineral y debe avanzar de tal manera que no aflore a la superficie. Sólo al final, una vez lleno el estanque con el mineral, la solución debe aflorar. De esta forma los gases que se generan por las reacciones químicas son expulsados fácilmente y además se evita problemas de canalizaciones posteriores.

Tiempo de contacto Una vez que la solución entrante (1a, 2a, etcétera) haya ingresado totalmente al estanque, es decir, que dicha solución esté en un cierto nivel sobre el mineral, se empieza a recircular la solución en el estanque por un cierto periodo de tiempo, que va a depender de la concentración de ácido libre y/o sulfato de cobre que se encuentre en la solución.

Avance o saliente Comprobado que la solución líxiviante tiene baja concentración de ácido libre o alta concentración de cobre o que el mineral de la batea se ha agotado, se procede a sacar dicha solución del estanque, recibiendo el nombre de avance o saliente. Cabe destacar qua a medida que una solución sale del estanque, otra está entrando, la que desplaza a la anterior según un sistema de pistón. Generalmente las 3 primeras salientes van a proceso posterior por su alto contenido de cobre y las restantes pasan a otros estanques para completar su nivel adecuado de especie útil.

Lavado o etapa de desimpregnación Una vez que el mineral se ha “agotado”, se retira la última saliente en las condiciones de concentración en que se encuentre y se procede a lavar el mineral que ha quedado impregnado de solución, la cual se trata de recuperar al máximo. El agua de lavado es del orden, del 30 a 35% en peso del mineral cargado.

Descarga de bateas Es la etapa en la cual se procede a desechar el mineral agotado (ripio), mediante el empleo de dragas, palas, etc.

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Mantención o reparación Es la etapa que corresponde a la reparación de las paredes del estanque, del falso fondo o de la tela filtrante.


 LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN La lixiviación por agitación se utiliza en los minerales de leyes más altas, cuando los minerales generan un alto contenido de finos en la etapa de chancado, o cuando el mineral deseado está tan bien diseminado que es necesario molerlo para liberar sus valores y exponerlos a la solución líxiviante. Es también el tipo de técnica que se emplea para lixiviar calcinas de tostación y concentrados. Se recurre a la agitación mediante burbujeo o bien a la agitación mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta que se logra la disolución completa, siendo el tiempo de contacto de los sólidos con la solución del orden de horas comparado con el proceso de lixiviación en pilas que requiere meses. Los agitadores mecánicos son simplemente impulsores colocados en el interior del tanque (, mientras que los tanques agitados con aire son a menudo tanques de tipo "Pachuca". Sus ventajas comparativas con otros métodos de lixiviación son: - Alta extracción del elemento a recuperar. - Tiempos cortos de procesamiento (horas). - Proceso continuo que permite una gran automatización. - Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos. Sus desventajas son: - Un mayor costo de inversión y operación. -

Necesita una etapa de molienda y una etapa de separación sólido líquido (espesamiento y filtración).

En la región de Atacama, Chile, se puede mencionar la planta "La Coipa", propiedad de Minera Mantos de Oro y mayor productora de plata del mundo.

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Utiliza el proceso de cianuración de oro y plata por agitación en ocho tanques en serie. Procesa 16000 t/día de mineral para producir 8214 kg/año de oro y 3315 t/año de plata (1993).


LIXIVIACIÓN EN PILAS El esquema general del proceso se puede observar en la figura. El mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o subterránea, debe ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeración, para conseguir una granulometría controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad. Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución líxiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal). Las aguas sobrantes del proceso vuelven a ser acondicionadas para ser recicladas hacia las pilas. También en algunos casos es preciso añadir agua nueva, para reponer las fuertes pérdidas de evaporación del circuito. Se denomina cancha de lixiviación a la superficie de apoyo de la pila donde se coloca la impermeabilización. Cuando la cancha es recuperada para reutilizarla con un nuevo mineral se trata de lixiviación en PILAS DINÁMICAS, mientras que si el terreno no es recuperado y, por lo tanto, el mineral agotado queda en el depósito como nueva base para otra pila, se está en la lixiviación en PILAS ESTÁTICAS o PERMANENTES.

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La solución rica (S.R. o P.L.S: pregnant leach solution) es generalmente impura y diluida y deberá ser purificada y concentrada antes de recuperar el metal. En la hidrometalúrgia del cobre, eso se realiza mediante la extracción por solvente seguida por la electrodepositación del cobre. La solución rica sólo contiene 4 - 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H2SO4 y es impura (5 g/l Fe, SÍO2, AI2O3, coloides, sólidos en suspensión).

EQUIPOS PRINCIPALES Considerando que la economía de un proceso de lixiviación es sensible a los costos de manejo de materiales, se han desarrollado equipos de apilamiento, un exponente destacado es el apilador autopropulsado de bajo perfil de carga, que es capaz de recibir la descarga directamente desde la tolva de un camión y disponerlo en las pilas en forma similar a stackers de gran capacidad, este equipo es aplicable ventajosamente para instalaciones en el rango intermedio de hasta 12-15.000 toneladas por día. En el contexto de los sistemas de carga para toneladas mayores, se usan sistemas de correas cortas, móviles y articuladas (grass-hoppers), que se articulan flexiblemente en secuencia, para conducir continuamente el mineral desde el punto

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fijo de la entrega de materiales hasta la posición cambiante de un apilador móvil que forma las pilas.

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EQUIPOS SECUNDARIOS La disposición de equipos secundarios se muestra en las siguientes figuras:

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CAPÍTULO IV / LIXIVIACIÓN EN PILAS Página 15 de 33


TIPOS DE PILAS

• Pila renovable, su piso es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviación se retira el ripio, para reemplazarlo con material fresco. • Pila permanente, su piso no es reutilizable de modo que terminado el ciclo de lixiviación no se retira el ripio, sino que se abandona. • Pila modular, es una combinación de las anteriores, en la que se impermeabiliza una vez el piso, el ripio se abandona, pero sobre él se deposita el material fresco formando una segunda capa en el sentido vertical. Desde el punto de vista de su operación las pilas se clasifican en: • Pilas Unitarias, todo el material depositado pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de tratamiento. •Pilas dinámicas, en una misma pila coexisten materiales que están en diversas etapas del ciclo de tratamiento.

FUNDAMENTOS Es una lixiviación por percolación del mineral acopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectar las soluciones, su gran flexibilidad operativa le permite abarcar tratamientos cortos (semanas) con mineral chancado fino o bastante prolongado (meses y hasta años) con material grueso. El mineral es tratado con soluciones ácidas diluidas, distribuidas en la superficie de la pila a una determinada tasa de riego, expresada en litros por unidad de tiempo y por m2 de superficie de pila (flujo específico de riego), limitada por la percolabilidad del material, es decir, por la capacidad del mineral chancado a una granulometría dada, para drenar la solución alimentada en esta superficie por los regadores, sin inundarse o formar capas freáticas en el interior de la pila del mineral. Durante el paso a través del mineral el ácido se consume en el ataque de la mena y la ganga, incorporando a la fase acuosa las especies solubles, para que sean evacuadas por la canaleta recolectora ubicada en el frente de su base. El ciclo metalúrgico o de lixiviación de una pila o módulo, es el período de tiempo Página 16 de 33

medido en días o meses, en que un mineral es depositado en una cancha de lixiviación o pad, y es sometido a las siguientes operaciones:


• Regadío con solución líxiviante, en las pilas dinámicas se puede distinguir un riego rico y uno intermedio. • Lavado con agua, esta etapa se realiza con el fin disminuir la impregnación de solución químicamente activa, ya sea porque conviene un elemento valioso en solución o porque contiene un líxiviante pululante y peligroso. • Drenaje, el ripio antes de retirarlo en el caso de una pila renovable, o abandonarlo en el caso de una pila permanente, es dejado en reposo para que percole la cantidad de solución contenida entre los límites de humedad de percolación y de humedad de impregnación del material. • Carga y Descarga, en el caso de las pilas renovables, algunos autores hacen formar parte de este ciclo también el tiempo de construcción de la pila y el de su remoción.

MÉTODOS Y OPERACIÓN DE LIXIVIACIÓN EN PILAS De las pruebas de lixiviación en columnas y consideraciones económicas se determina el tipo de pila a adoptar, su configuración y metodología de trabajo, para minerales frescos y de baja ley, el tipo más usual corresponde a la pila renovable y dinámica, se adopta en general este tipo de configuración por requerir una menor inversión unitaria, por el mejor aprovechamiento del piso impermeable, permitir ciclos de manejo de materiales diarios y uniformes, concentraciones estables y regulares de las soluciones de proceso, disminuir las pérdidas de agua por evaporación, al tener menores superficies expuestas por taludes, y finalmente, disminuir el capital de trabajo al acortar el tiempo necesario para la recuperación del cobre. Por la configuración de la pila, la dirección de flujo de las soluciones es en contracorriente, respecto a la calidad del mineral (según su ubicación en el ciclo metalúrgico), se riegan con agua los sectores agotados para reposición de las pérdidas por evaporación e impregnación del ripio a retirar. Los sectores inmediatamente anteriores se riegan con solución de refino de la planta de extracción por solventes, generando una solución intermedia que se utilizará en el riego de los minerales más fresco. Se agrega ácido de reposición sólo el correspondiente al consumo de la ganga.

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Dado que las soluciones ricas se procesan en unidad de extracción por solvente y se retorna a lixiviación el ácido correspondiente al consumo de cobre. Por la misma razón, es importante controlar el ácido libre en la lixiviación, para que su concentración en la solución rica se mantenga en los niveles más bajos posibles.


La pila perderá agua a través de: evaporación a la atmósfera, retiro de los ripios lavados como humedad residual, pérdidas de proceso por derrames, filtraciones y descartes ocasionales. Ellas se reponen directamente al sistema como agua de lavado de los ripios tratados, al final del ciclo de riego en la forma ya descrita. Las menas en general, presentan cationes y aniones solubles que se incorporarán a las soluciones de proceso y se acumularán en el circuito de lixiviación. Algunos re precipitarán por sobresaturación natural en los ripios y se retirarán junto a ellos al final del ciclo. Si ello no ocurre, producirán efectos no deseados en el sistema y deberán retirarse por descarte parcial de soluciones, la forma más adecuada consistirá en acortar el lavado final de los ripios de forma de que permanezcan en ellos como impregnación final.

CAPÍTULO V /

AGLOMERADO

PROCESO DE AGLOMERACIÓN EN TAMBORES En el caso de la lixiviación del cobre, la aglomeración (o curado) se realiza con el mismo lixiviante ácido en un tambor rotatorio. Primero, se humecta el mineral (+/- 4%) con agua o solución pobre (refino). Después, se agrega ácido sulfúrico concentrado (+/- 30 kg/t o 3%), este ácido ataca el mineral y genera compuestos cementantes entre las partículas. Además de la aglomeración, ocurren reacciones químicas conduciendo a la formación de sulfatos de cobre y hierro (curado propiamente tal). Estas reacciones son exotérmicas y generan mucho calor. Por ejemplo:

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Después de la aglomeración en el tambor rotatorio, se deja reposar el mineral durante 24 h en la pila, para que se completen las reacciones químicas y que se adhieren entre sí las partículas en la misma pila.


En el caso de la aglomeración de minerales de oro y plata, los aglomerantes son normalmente el cemento y la cal. Estos reactivos mejoran la adhesión de las partículas entre sí, y también aumentan el pH del mineral para su posterior cianuración. El equipo más común es el tambor aglomerador. Consiste en un cilindro inclinado girando a baja velocidad, ocasionando el deslice (cascada) y la aglomeración del mineral previamente mojado con agua y/o adherentes. Se practica también la aglomeración en depósitos (stock), en cintas transportadoras y en platos.

PARÁMETROS Y VARIABLES DE OPERACIÓN La aglomeración tiene como objetivo mezclar el material de la pila de finos con ácido y agua para acelerar la cinética de extracción en el proceso. Si se usa un tambor aglomerador los parámetros y variables son los siguientes: •

Flujo másico de mineral a aglomerar, ejemplo ton/hr.

•

Flujo másico de agregado de agua, 7-12% del mineral seco.

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•

Flujo másico de agregado de H2SO4 , entre 20 – 50 Kg/ton.

•

Tiempo de residencia en tambor aglomerador, 1 a 3 minutos.

•

Inclinación del tambor, 5 a 7 grados.

•

Ángulo de reposo del aglomerado, en grados.

•

Velocidad angular del tambor, en rpm.

•

Diámetro interior del tambor, en metros.

•

Velocidad crítica en rpm.

•

Largo del tambor, en metros.

•

Relación largo/diámetro alrededor de 3.

CONSUMO DE AGUA El consumo de agua dependerá principalmente de las características físicas del mineral, principalmente del contenido de humedad, si se trata de un mineral seco la humedad deber estar en 6 a 15%, la práctica y la experiencia definirán la humedad óptima y el sistema de riego más apropiado.

(m  msec o ) masa agua  hdo  100 mineral húmedo mhdo masa agua (mhdo  msec o )   100 % Base Seca  mineral sec o msec o % Base Húmeda 

CONSUMO DE ÁCIDO O BASE FORMULA

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FLUJO MÁSICO EN T/H x DOSIS Kq/T DENSIDAD EN Kg/Lt x 1000 Lt/m3 x PUREZA - El flujo másico es un promedio de lecturas del pesómetro. - La dosis es 10 Kg de ácido / tonelada de mineral, sin embargo esta puede variar según pruebas realizadas por el laboratorio metalúrgico.


-

La densidad y la pureza pueden ser obtenidas de la guía de despacho que trae cada camión de ácido que descarga en la planta, en caso contrario asuma: Densidad ácido = 1,84 Kg / Lt Pureza = 0,96 para poner directamente en la formula, que es igual a decir 96%

- Ejemplo: si el flujo másico es 200 T / H 200 T/hr x 10 Kg/T = 1,132 m3 / H 1,84Kg/Lt x 1000X0,96 CONSIDERACIONES Se pueden usar las siguientes fórmulas para convertir el valor del flujometro de ácido en m3/hora a otras unidades (hay 1000 litros en 1 m3 y considerando la gravedad específica del ácido es 1.84, es decir, un litro de ácido tiene una masa de aproximadamente 1,84 Kg): Flujo del ácido en litros/hora = lectura del flujometro *1000 Flujo del ácido en litros/minuto = lectura del flujometro * 1000/60 Flujo del ácido en Kg/hora

= lectura del flujometro *1000 * 1,84

Flujo del ácido en Kg/tonelada de material = lectura del flujometro * 1000 * 1,84/lectura del pesómetro. En caso de aglomerar con base, se agrega la cal en forma parecida, se puede agregar en seco o en solución.

BALANCE DE MASA AL PROCESO DE AGLOMERACIÓN Analizaremos un balance de masa de aglomerado con el siguiente proceso:

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Mineral procesado 625 ton/hr, con 1,0 a 1,5 % ley de Cu (al 2,3%H), se trabaja con tres tambores aglomeradores, que adicionan agua hasta 10% de humedad y ácido final de 20 Kg/ton, la humectación se realiza con solución de refino (densidad 1,2 gr/cm3, ph 0,9 , H2SO4 13,1 gpl), el ácido sulfúrico agregado es de 96% de pureza y densidad de 1,84 gr/cm 3. Realice el balance de materiales que se analizará en el desarrollo del curso.

CONCENTRACIONES DE ÁCIDOS O BASES ÁCIDO El ácido sulfúrico es un ácido fuerte que, cuando se calienta por encima de 30 ºC, desprende vapores y, por encima de 200 ºC, emite trióxido de azufre. En frío, reacciona con todos los metales, incluido el platino; en caliente, su reactividad se intensifica. El ácido sulfúrico diluido disuelve el aluminio, el cromo, el cobalto, el cobre, el hierro, el manganeso, el níquel y el zinc, pero no el plomo ni el mercurio. Tiene una gran afinidad por el agua, y es por esta razón que absorbe la humedad de la atmósfera y extrae el agua de las materias orgánicas, carbonizándolas. Descompone las sales de todos los demás ácidos, excepto las del ácido silícico. El ácido sulfúrico se encuentra, en estado natural, en las proximidades de algunos volcanes y, sobre todo, en los gases volcánicos. Riesgos. La acción del ácido sulfúrico en el organismo es la propia de un agente tóxico general y un potente cáustico. Cuando se introduce en el organismo, bien sea en forma líquida o vapor, produce gran irritación y quemaduras químicas en las mucosas de los tractos digestivo y respiratorio, los dientes, los ojos y la piel.

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En contacto con la piel, el ácido sulfúrico produce una intensa deshidratación, con liberación de calor suficiente para producir quemaduras similares a las térmicas, que pueden ser de primero, segundo o tercer grado. La profundidad de estas lesiones depende de la concentración del ácido y de la duración del contacto. La inhalación de vapores de esta sustancia produce los siguientes síntomas: secreción nasal, estornudos, sensación de quemazón en la garganta y la región retroesternal. Estos síntomas van seguidos por tos, dificultad respiratoria, a veces acompañada de espasmos de las cuerdas vocales, y sensación de quemazón en los ojos, con lagrimeo y congestión de la conjuntiva. Los vapores con altas concentraciones de ácido sulfúrico pueden causar secreciones nasales y esputos sanguinolentos, hematemesis, gastritis, etc. Son también frecuentes las lesiones dentales, que afectan sobre todo a los incisivos, los cuales se tornan de color marrón, con estriaciones en el esmalte, caries y destrucción rápida e indolora de la corona dental. Las exposiciones profesionales a vapores de ácidos inorgánicos fuertes, como los del ácido sulfúrico, han sido clasificadas por la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC) como cancerígenos humanos. Las lesiones que se encuentra con más frecuencia en los trabajadores empleados en los procesos de producción de ácido sulfúrico son las quemaduras químicas. Las soluciones concentradas causan quemaduras profundas en las mucosas y la piel. Inicialmente la zona que ha contactado con el ácido está blanquecina, tornándose más tarde de color marrón para, finalmente, aparecer una úlcera perfectamente definida sobre una zona ligeramente enrojecida. Estas lesiones tardan mucho tiempo en curar y, con frecuencia, dejan extensas cicatrices que producen impotencia funcional. Si la quemadura es muy extensa, el pronóstico puede ser fatal. El contacto repetido de la piel con soluciones poco concentradas de este ácido produce desecación de la piel, ulceraciones en las manos y panadizo o inflamación crónica purulenta alrededor de las uñas. Las salpicaduras de ácido sulfúrico en los ojos son particularmente graves, pudiendo causar ulceración profunda de la córnea, queratoconjuntivitis y lesiones palpebrales con graves secuelas. La acción general tóxica del ácido sulfúrico determina una depleción alcalina del organismo, es decir, una acidosis que afecta al sistema nervioso central y produce agitación, marcha vacilante y debilidad generalizada. Medidas de salud y seguridad. Las medidas más eficaces son el completo cerramiento de los procesos y la mecanización de los procedimientos de manipulación para evitar el contacto de los trabajadores con el ácido sulfúrico. Se prestará una atención especial a los procesos de almacenamiento,

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manipulación y aplicación, a la ventilación e iluminación de los puestos de trabajo, al mantenimiento y a la limpieza, y al uso de equipos de protección personal. Además de las precauciones generales antes indicadas, el ácido sulfúrico no debe almacenarse en la proximidad de cromatos, cloratos o sustancias similares, por el peligro de incendio o explosión. Incendios y explosiones. El ácido sulfúrico y el ácido sulfúrico fumante no son inflamables por sí mismos, pero reaccionan violentamente con muchas sustancias, sobre todo materiales orgánicos, con liberación de calor suficiente como para provocar un incendio o explosión; además, el hidrógeno liberado durante la reacción con metales puede formar una mezcla explosiva con el aire. BASE de la sustancia Cal viva Sinónimos Cal, Cal aérea, Cal de construcción, Cal química, Cal de albañileral terrón, Cal fundente. Nombre químico y Fórmula Óxido de Calcio, Nombre de la sustancia Cal viva. Sinónimos Cal, Cal aérea, Cal de construcción, Cal química, Cal de albañilería, Cal terrón, Cal fundente. Nombre químico y Fórmula Óxido de Calcio, CaO. Frases de Riesgo: R37 Irritante para las vías respiratorias. R38 Irritante para la piel. R41 Riesgo de graves daños oculares. Frase de Seguridad: En comparación con la sustancia seca y en polvo, cuando se diluye con agua produce daños graves, en contacto con la piel (quemadura alcalina), especialmente si el contacto es prolongado. Ojos: Lavar los ojos inmediatamente con agua abundante. Conseguir, urgentemente, ayuda médica. Inhalación: Evitar la producción de polvo y retirar a la persona afectada hacia una zona con aire limpio. Conseguir, urgentemente, ayuda médica. Ingestión: Lavar la boca con agua. Beber abundante agua. NO provocar el vómito. Buscar ayuda médica. Nombre comercial Cal viva, Óxido de Calcio

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CAPÍTULO VI / ETAPAS DE LIXIVIACIÓN EN PILAS


FORMACIÓN DE LA PILA El mineral aglomerado con cierta cantidad de ácido y de agua (en kg/t) según su mineralogía y su ganga, se acomoda en las pilas, que formarán los módulos de riego, con superficie y altura determinadas, ángulo de reposo del mineral ya establecido, y con pendiente en dos sentidos: Inclinación lateral, para el drenaje Inclinación en sentido longitudinal, para la evacuación de las soluciones A este material mineralizado apilado y preparado, se le determina la densidad aparente que varía según su porcentaje de finos. El apilamiento se puede realizar por distintos métodos, entre ellos mediante un sistema de correas o mediante apiladores móviles. Las pilas se cargan habitualmente entre 3 y 8 metros, sobre un sustrato impermeable, normalmente protegido con una membrana de plástico que puede ser de tipo polietileno de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LDPE), de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC), que puede tener desde 0,1 a 1,5 mm de espesor según las exigencias de cada aplicación. Para ayudar a la recolección de las soluciones, se usan cañerías de drenaje perforadas y canaletas abiertas. De las pruebas de lixiviación en columnas y consideraciones económicas se determina el tipo de pila a adoptar, su configuración y metodología de trabajo, para minerales frescos y de baja ley, el tipo más usual corresponde a la pila renovable y dinámica, se adopta en general este tipo de configuración por requerir una menor inversión unitaria, por el mejor aprovechamiento del piso impermeable, permitir ciclos de manejo de materiales diarios y uniformes, concentraciones estables y regulares de las soluciones de proceso, disminuir las pérdidas de agua por evaporación, al tener menores superficies expuestas por taludes, y finalmente, disminuir el capital de trabajo al acortar el tiempo necesario para la recuperación del cobre. Por la configuración de la pila, la dirección de flujo de las soluciones es en contracorriente, respecto a la calidad del mineral (según su ubicación en el ciclo Página 25 de 33

metalúrgico), se riegan con agua los sectores agotados para reposición de las pérdidas por evaporación e impregnación del ripio a retirar. Los sectores inmediatamente anteriores se riegan con solución de refino de la planta de extracción por solventes, generando una solución intermedia que se utilizará en el riego de los minerales más fresco.


Se agrega ácido de reposición sólo el correspondiente al consumo de la ganga. Dado que las soluciones ricas se procesan en unidad de extracción por solvente y se retorna a lixiviación el ácido correspondiente al consumo de cobre. Por la misma razón, es importante controlar el ácido libre en la lixiviación, para que su concentración en la solución rica se mantenga en los niveles más bajos posibles. La pila perderá agua a través de: evaporación a la atmósfera, retiro de los ripios lavados como humedad residual, pérdidas de proceso por derrames, filtraciones y descartes ocasionales. Ellas se reponen directamente al sistema como agua de lavado de los ripios tratados, al final del ciclo de riego en la forma ya descrita. Las menas en general, presentan cationes y aniones solubles que se incorporarán a las soluciones de proceso y se acumularán en el circuito de lixiviación. Algunos re precipitarán por sobresaturación natural en los ripios y se retirarán junto a ellos al final del ciclo. Si ello no ocurre, producirán efectos no deseados en el sistema y deberán retirarse por descarte parcial de soluciones, la forma más adecuada consistirá en acortar el lavado final de los ripios de forma de que permanezcan en ellos como impregnación final.

ETAPAS DE RIEGO El riego de las pilas se puede realizar fundamentalmente por dos procedimientos: por aspersión o por distribución de goteo, este último siendo recomendable en caso de escasez de líquidos y bajas temperaturas. En la industria, se utiliza generalmente una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/h.m2. El riego tiene que ser homogéneo.

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La recolección de soluciones en las pilas queda determinada por el sistema de recolección de la solución rica, que, en general consta de grava o material filtrante sobre la lámina y tuberías perforadas drenantes de plástico.

CAPÍTULO

VII / SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE SOLUCIONES

RIEGO

Y

El sistema de riego debe mojar la cantidad determinada de litros/hora x metro cuadrado, que se ha definido previamente en laboratorio en función de la capacidad de drenaje del material, teniendo como consideración secundaría la concentración de los soluciones a obtener. Sus condiciones básicas son: 1) Permitir un riego tan uniforme como sea posible. 2) Un tamaño de gota incapaz de provocar la aparición de finos, por ejemplo, desaglomerando el material. 3) Un tipo y tamaño de gota que no sea afectado por las condiciones ambientales, esto es, arrastre por el viento o pérdidas por evaporación. 4) Estar construido con materiales resistentes a los agentes químicos y condiciones de operación. Se requiere por lo tanto: 1) Diseñar las tuberías matrices de forma que estabilicen la presión de la línea, por ejemplo, aumentando su diámetro o conformando anillos de presión constante.

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2) Seleccionar cuidadosamente los dispositivos de riego de acuerdo con los criterios ya señalados.


3) Calcular su distribución conciliando su área de influencia y su capacidad de flujo con la tasa de riego deseada. Existe una gran variedad de dispositivos de riego, tales como: goteros, aspersores, mangueras quirúrgicas llamadas Wigglers, boquillas, cuyas características se encuentran en los catálogos de los correspondientes proveedores.

GOTEO a) Si el agua es escasa. b) Si el pH de trabajo no permite precipitación de las durezas del agua. c) Régimen de viento fuerte y permanente. d) Peligro de congelamiento en la alta cordillera.

 ASPERSIÓN a) Recurso agua no limitante. b) Aguas muy duras y peligro de precipitación de carbonatos. c) Régimen de viento moderado o intermitente a ciertas horas. d) Condiciones climáticas favorables, temperatura minina cercana 0 °C. e) Necesidad de 02 en la solución, sin posibilidad de adicionarlo en alguna instalación exterior.

 RECOLECCIÓN Y CLASIFICACIÓN Página 28 de 33

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


Las soluciones recogidas son llevadas primero a piscinas clarificadoras, para ser clarificadas y desde allí fluyen a diferentes piscinas según la calidad de la solución: Piscina de solución rica (PLS), que tiene una dimensión tal que permite conocer el tiempo de retención de la solución. Piscina de solución intermedia (ILS), que se utiliza para regar el aglomerado fresco y generar así PLS, según corresponda. En la base de las pilas se instalan membranas impermeables (geomembranas de origen sintético) fabricadas de un material variante del polietileno, que permite interceptar las soluciones que escurren desde lo alto de la pila y conducirlas a las canaletas de recolección. Sobre las membranas se instalan cañerías perforadas de drenaje y una cubierta de grava drenante. El control de la permeabilidad de la pila, es fundamental para evitar las fugas. Además de las membranas o láminas de impermeabilización de polietileno, éstas pueden ser fabricadas de los materiales arcillosos compactados que se encuentran en el propio terreno o a partir del suelo del patio el que se debe mejorar con aditivos químicos o minerales. El diseño de la alternativa más conveniente de membrana o sistema de sellado es un desafío importante de la ingeniería y no debe hacerse sólo por criterios económicos o de permeabilidad, sino por otros factores como durabilidad, picado, resistencia a la corrosión y otras condiciones ambientales que deben requerir experiencia y conocimiento previo.

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CAPÍTULO

VIII

/

SELECCIÓN

DE

AGENTES

LIXIVIANTES Página 30 de 33


ASPECTOS QUÍMICOS Los reactivos químicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir muchas propiedades para poder usarse, por ejemplo: no deben ser muy caros, deben ser fácilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos. Los procesos de lixiviación y purificación de la solución corresponden a las mismas operaciones que se practican en el análisis químico, solamente que a escala industrial.

ASPECTOS DE DISPOSICIÓN Los requisitos de selección de un agente líxiviante son: •

Grandes estanques de almacenamiento en puerto.

•

Buena infraestructura de descarga.

•

Sistemas de seguridad.

•

Máxima estabilidad química.

•

Máxima selectividad de la especie química a lixiviar.

•

Mínima capacidad de formar emulsiones estables en fase acuosa.

•

Máxima capacidad de carga.

•

Fácilmente manipulable.

•

No inflamable, no volátil y no tóxico.

•

Rápida cinética de extracción.

•

Conveniencia económica.

•

Disponibilidad para reposición.

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ASPECTOS ECONÓMICOS


Los requisitos de selección de un agente lixiviante comercial son: •

Máxima solubilidad en fase acuosa.

•

Máxima estabilidad química o mínima degradación.

•

Máxima estabilidad química de la sal metálica a generarse.

•

Máxima selectividad de la especie química a extraer.

•

Mínima capacidad de formar emulsiones estables en fase acuosa.

•

No inflamable, no volátil y no tóxico.

•

Rápida cinética de extracción.

•

Conveniencia económica.

•

Disponibilidad para reposición.

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Apuntes Lixiviaxión-Clasificación

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