CAPÍTULO III Oro

CAPÍTULO III PROCESAMIENTO HIDROMETALURGICO DEL ORO

POR: MSc. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ DOCENTE ESME/FAIN-UNJBG TACNA - 2011 12/06/2011

MSc. Ing. Nataniel Linares Gutiérrez

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OBJETIVO

Al término del estudio de este capítulo el estudiante estará capacitado en:

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• Preparación mecánica del mineral con oro y plata • Selección del método de disolución del oro • Termodinámica de la cianuración • Cinética de la disolución del oro • Cianuración por agitación • Cianuración por percolación • Aglomeración del mineral con oro


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INTRODUCCIÓN • Extraer el oro con un mínimo costo de producción y un máximo retorno financiero. • Liberación de las partículas de oro, para ser separado por métodos físico-químicos (por ejemplo, gravimetríaamalgamación, gravimetríaflotación) o • Hidrometalúrgicos (lixiviación con solución débil de cianuro u otro lixiviante alternativo). • Mena dócil o tratable es una mena que da recuperaciones de oro aceptables, mayores de 88 a 90%, cuando se muelen normalmente a 60 - 75% -m200 y tratada con solución débil de cianuro. • Mena refractaria o no dócil a la cianuración y requiere de una molienda extremadamente fina y/o un pre-tratamiento antes de cianuración.

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MENA ALIMENTADA A LA PLANTA DE ORO

CHANCADO Y CRIBADO

MOLIENDA Y CLASIFICACIÓN

CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA CIANURACIÓN INTENSIVA

ESPESAMIENTO FLOTACIÓN

TOSTACIÓN OXIDACIÓN A PRESIÓN BIO-OXIDACIÓN

PRE-AIREACIÓN

AGLOMERACIÓN

OXIDACIÓN EN PILA NEUTRALIZACIÓN

CIANURACIÓN

CIP (CARBÓN EN PULPA) RIP (RESINA EN PULPA)

CIL CARBÓN EN LIXIVIACIÓN

ELUCIÓN O DESORCIÓN CEMENTACIÓN CON ZINC PRECIPITACIÓN QUÍMICA

ELECTRODEPOSICIÓN

FUSIÓN ORO DORÉ

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Circuito Rougher

Mena de mina 2200 t/h

Transporte

Mineral de Mina

Ch. Giratoria

Chancado en dos o tres etapas

Pila de mena gruesa -200 mm, 120000 t

Hidrociclones P80 = 0,2 mm

Transporte Pila de liviación Mineral fino

Slución lixiviante o cianurante Manta impermeable

1350 t/h

Solución rica Estanque de soln. cargada

Alternativa Nº 1 Merrill-Crowe Circuito de precipitación con Zinc

Filtro clarificador

Molino SAG; 10,97 m Ch. Cono Symons 2x7' 500 t/h c/u; P80 = 50 mm

Alternativa Nº 2 Carbón en columna (CIC) Circuito de adsorción en carbón

Lechada de cal y cianuro de sodio

-10 mm

2 Molinos de Bolas de 18'x25'

Solución barren Columnas de carbón Estanque de soln. barren

4 Celdas OK 30 TC Cleaner

Banco A de 4 Celdas OK 150 TC scavenger

Carbón cargado

Lodo

Carbón desorbido a reciclaje

Torre de deseareación Polvo de Zinc

3 Celdas Columna de 150 m3

Polvo de Zinc

Banco B de 4 Celdas OK 150 TC Scavenger

Solución de alta ley

Lechada de cal y cianuro de sodio

2 Celdas Recleaner

Hidrociclones P80 = 0,030 mm

Tanque de desorción del carbón

2 Celdas Recleaner

Banco de 7 Celdas WEMCO 40 m3 Scavenger del Cleaner Molino Remolienda 600 Kw

Reciclaje Precipitado de oro Estanque de soln. barren

Precipitado de oro

Electrolito pobre a reciclaje

Celda de Electrodeposición

2 Espesadores Alta Velocidad, 27 m

Planta de Tostación y CIL

Cátodo de Oro

Pila de Concentrado

Carbón cargado

Flux

Horno de fusión

Espesador Alta Velocidad 10 m, Concentrado Final

Escoria 2 bancos Cianuración

CIP 1

CIP 2

CIP 3 CIP 4

CIP 5

Carbón desorbido

Filtro Prensa

Filtro Prensa

Columna de Elución

Estanque de soln. barren

Electrodeposición

Horno Reactivación

Horno Fusión

Carbón Reactivado Oro Bullión

Depósito de Relaves

Bullión doré a refinación

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SELECCIÓN DE MÉTODOS DE PROCESAMIENTO DE ORO La selección del proceso es el desarrollo sistemático de la ruta óptima para lograr la extracción del metal de un mineral en particular usando la tecnología más apropiada. Para el oro este procedimiento tiene dos caminos:

Optimizar la economía del proyecto, principalmente en función de la recuperación del oro y costo de procesamiento.

La selección de proceso de lixiviación del oro, es un procedimiento iterativo que generalmente comienza tan pronto como la exploración haya establecido la presencia de mineralización de oro en ley y tonelaje suficiente para que el yacimiento sea considerado una reserva potencialmente económica. El riesgo asociado al desarrollo de los proyectos de oro se puede reducir al mínimo planeando un buen programa de trabajo metalúrgico, y considerando los aspectos que se han considerado en el proyecto, tales como: el capital, el beneficio, el riesgo y los factores ambientales.

Desarrollar un proceso que satisfaga todos los requisitos del proyecto, incluyendo las consideraciones ambientales. 12/06/2011


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FACTORES EN UNA SELECCIÓN DE PROCESO Para la lixiviación o hidrometalurgia del oro, los factores que afectan la selección de proceso de extracción se pueden agrupar en seis áreas: 12/06/2011

• Geológico • Mineralógico • Metalúrgico • Ambiental • Geográfico • Económico y político MSc. Ing. Nataniel Linares Gutiérrez

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LIXIVIACIÓN DEL ORO Todas las rutas hidrometalúrgicas de la extracción del oro utilizan un paso de lixiviación para producir una solución del oro como producto intermedio.

Las soluciones alcalinas actualmente diluidas del cianuro son de uso exclusivamente para la disolución del oro y plata.

Otros lixiviantes tales como soluciones de tiourea, de tiosulfato, de bromuro y de yoduro son también alternativas potenciales a la cianuración que lixivian al oro y a la plata, algunos ya se están utilizando comercialmente.

El cianuro que lixivia se puede aplicar en varias formas:

lixiviación agitada,

lixiviación en pila o en botadero,

lixiviación en tina o vat, y

la lixiviación intensiva cuando se trata de concentrados. 12/06/2011


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PREPARACIÓN DEL MINERAL CON ORO Y PLATA Tra min nspor t era l de e de min a

La primera etapa del proceso del tratamiento es la reducción de tamaño de las partículas del mineral a un tamaño que da la liberación adecuada del oro de las partículas mineral.

Criba fija

Chancadora giratoria

Esto puede incorporar las operaciones típicas de trituración y molienda, sin embargo necesita minimizar la producción de finos antes de la etapa de concentración gravimétrica.

ja Fa

Tr

ta or sp an

Zaranda vibratoria 1

ra do

Nº

1

Partidor de carga

2 Ch. de Cono

Zaranda vibratoria 2

Faja transportadora Nº 2 Transporte a Pila de Cianuración

No se necesita que la partícula del oro sea liberada completamente, sólo se necesita un grado de liberación suficiente que permita obtener un concentrado bueno o una lixiviación adecuada 12/06/2011


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FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE CIANURACION DE MENAS DE ORO

La solubilidad del oro y la plata en soluciones acuosas de cianuro de potasio, se remontan al siglo XVIII. En 1840, el Dr. Wright Birmingham, descubrió que el oro metálico era soluble en solución de cianuro de potasio cuando se hacía circular una corriente eléctrica. En 1 843, Bagration, estudió la acción del cianuro de potasio sobre placas de oro en ausencia de corriente eléctrica y notó que ellas eran lentamente disueltas. En 1 846, Elsner, encontró que era importante el concurso del oxígeno en la disolución de oro y plata. 12/06/2011


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CIANURACIÓN DE ORO Actualmente la cianuración es el proceso más ampliamente usado en la lixiviación de minerales de oro, presentando las siguientes ventajas:

Tecnología conocida

Pero por otra parte presenta algunas desventajas, tales como:

Complicaciones de tipo ambiental

Química de reacción simple

Problemas de tipo cinético

Bajo consumo de reactivos

Problemas de refractabilidad

Bajos costos operacionales

Presencia de materias carbonaceas

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FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE CIANURACION DE MENAS DE ORO En 1 857, Faraday, indicó que una barra de oro era disuelta en una solución diluida de cianuro y también demostró que si la barra se ponía en la superficie del líquido, de modo que una cara esté en contacto con el aire, mientras que la otra esté sumergida en la solución, era disuelta más rápidamente que si dicha barra estuviera totalmente sumergida. En 1 877, W.A. Dixon encontró que aunque el cianuro, por sí mismo, es lento en disolver el oro y la plata, esta acción se acelera cuando se añade oxidantes alcalinos tales como el hipoclorito de sodio, el ferrocianuro de potasio y el dióxido de manganeso.

En 1 887, Mac Artur y Forrest, aplicaron estos conocimientos para la disolución del oro y la plata desde sus minerales y desde entonces, el proceso de cianuración se ha extendido a todas las minas de oro y plata de la Orbe. Ahora se le conoce con el nombre de Proceso MacArtur-Forrest. 12/06/2011


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FUNDAMENTOS DE LA CIANURACIÓN Para que esta lixiviación se produzca, la solución lixiviante debe contener tres componentes químicos esenciales. Estos son:

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Los dos primeros son los reactantes químicos que disuelven a los metales preciosos en la forma de complejos y el último es un componente esencial que le da el carácter alcalino a la solución, permitiendo el accionar químico del ion cianuro en forma más eficiente, menos riesgosa y una operación económica debido a los siguientes aspectos positivos:

El ion cianuro (CN-)

La lixiviación en ambiente alcalino es más selectiva respecto a la ganga.

El oxígeno disuelto en la solución (O2)

Las soluciones alcalinas corroen menos a los materiales de los equipos utilizados (acero, madera, hormigón, etc.).

El ion hidroxilo (OH-)

Facilidad de la deposición de los relaves y efectuar un mejor control de la contaminación ambiental. MSc. Ing. Nataniel Linares Gutiérrez

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SOLUBILIDAD DEL ORO Y PLATA EN SOLUCIONES ACUOSAS DE CIANURO •

Se han propuesto varias teorías para explicar el mecanismo de la disolución de oro y plata en solución acuosa de cianuro. Entre ellas tenemos las siguientes:

•

1. Teoría del oxígeno. Propuesta en 1 846 por Elsner, determinó que el oxígeno era vital para la disolución del oro en soluciones de cianuro. La reacción química propuesta por Elsner es:

4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O  4 NaAu(CN)2 + 4 NaOH

(3.1)

•

La disolución de la plata se puede representar por una ecuación de reacción similar.

•

2. Teoría del Hidrógeno. Propuesta entre 1888 y 1892 por L. Janin, quien patentó una reacción de disolución del oro, la cual muestra que se genera gas hidrógeno durante la cianuración del oro. La reacción es:

2 Au + 4 NaCN + 2 H2O  2 Na Au (CN)2 + 2 NaOH + H2

(3.2)

•

En 1893 Maclaurin y en 1896 Christy, mediante pruebas experimentales concluyeron que el oxígeno es vital para la disolución del oro, con lo que ratificaron la teoría de Elsner.

•

3. Teoría del peróxido de hidrógeno. En 1896 G. Bodlander sugirió que la disolución del oro con solución de cianuro se lleva a cabo en dos etapas, de acuerdo a las siguientes reacciones:

2 Au + 4 NaCN + O2 + 2H2O

 2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2O2

(3.3)

H2O2 + 2 Au + 4NaCN

 2NaAu(CN)2 + 2NaOH

(3.4)

4 Au + 8NaCN + O2 + 2 H2O  4 Na Au (CN)2 + 4 Na(OH) 12/06/2011


(3.5) 16

• El peróxido de hidrógeno se forma como un producto intermedio. Bodlander pudo calcular que se formó un 70% de la cantidad teórica de H2O2, que debería formarse de acuerdo a su reacción.

• Muchos experimentos han mostrado que la disolución del oro y la plata en NaCN y H2O2 en ausencia de oxígeno es un proceso lento, por tanto, la segunda reacción de Bodlander es: 2 Au + 4NaCN + H2O2  2NaAu(CN)2 + 2NaOH • la cual es una reacción de reducción, H2O2 + 2 e  2 OH• Que toma lugar en pequeña proporción. En realidad la disolución se inhibe si hay gran cantidad de H2O2, debido a la oxidación del ion cianuro a cianato. El ion cianato no tiene acción disolvente sobre el oro: CN- + H2O2  CNO- + H2O 12/06/2011


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•

4. Teoría de la formación de cianógeno. En 1 896 S. B. Christy, sugirió que el oxígeno era necesario para la formación de gas cianógeno, el cual creyó que era el agente activo de ataque para la disolución del oro y la plata. Las reacciones son:

O2 + 4 NaCN + 2 H2O  2 (CN)2 + 4 NaOH 4 Au + 4 NaCN + 2(CN)2  4 NaAu(CN)2 •

La suma de estas dos reacciones da la ecuación de reacción de Elsner.

•

5. Teoría de la formación de cianatos. En 1 905 Mac Actur, postuló que si el oxígeno era necesario para la disolución, entonces el cianato de potasio que creía era formado por la oxidación del cianuro, efectivamente podía ser el agente activo responsable de la disolución. Pero en 1 913 esta suposición fue refutada por Green, quien demostró que el cianato no tiene acción disolvente sobre el oro y la plata.

•

En 1 934 Barsky y colaboradores determinaron la energía libre de formación de iones complejos auro y argentocianuros y a partir de estos datos calcularon el cambio de energía libre en las reacciones sugeridas. Resultando favorecidas las teorías de Elsner y Bodlander, las cuales muestran una alta constante de equilibrio por lo tanto, la reacción procederá hasta que todo el cianuro se haya consumido o todo el oro se haya disuelto. La ecuación de reacción de Janin, termodinámicamente no es posible por mostrar una constante de equilibrio demasiado baja (ec. 3.2). Más tarde en 1 947, esta teoría fue experimentalmente demostrada por Thompson.

•

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• 6. Teoría de la corrosión. En 1943 B. Boonstra fue el primero en reconocer y demostrar que la disolución de oro en solución acuosa de cianuro es similar a un proceso de corrosión de metales, en el cual, el oxígeno disuelto en la solución, es reducido a peróxido de hidrógeno y ion oxhidrilo. Postuló que la reacción de Bodlander se podía dividir en los siguientes pasos. O2 + 2 H2O + 2 e-



H2O2 + 2 OH-

H2O2 + 2 e-



2 OH-



Au+ + e-



AuCN

Au

Au+

+ CN-

AuCN + CN-

 Au(CN)2-

Au + O2 + 2CN- + 2H2O + e-



Au(CN)2- + 2OH- + H2O2

• Más tarde en 1 947, esta teoría fue experimentalmente demostrada por Thompson. 12/06/2011


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•

7. Postulado de Habashi. En 1 966-67 Habashi apoya la primera ecuación de reacción de Bodlander 

2 Au + 4 NaCN + O2 + 2H2O •

2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2O2

y considera que el proceso de disolución del oro es de naturaleza electroquímica. Esta conclusión se basa en los siguientes hechos:  Por cada 2 equivalentes de metal disuelto, se consume 1 mol de O2.  Por cada 1 equivalente de metal disuelto, se consumen 2 moles de cianuro.  Se forma peróxido de hidrógeno durante la disolución de oro y plata y se produce 1 mol de H2O2 por cada 2 equivalentes de metal disuelto.  La disolución del oro y la plata en solución de NaCN + H2O2 en ausencia de oxígeno, se ha demostrado experimentalmente que es un proceso lento. Así la reacción

H2O2 + 2 Au + 4NaCN •

2NaAu(CN)2 + 2NaOH

tiene lugar en menor grado. Lo cual demuestra que la disolución de oro y plata se inhibe cuando hay exceso de H2O2 debido a la oxidación del ion cianuro a cianato, el cual no tiene acción de disolución sobre el metal. CN- + H2O2

•





CNO- + H2O

Estas situaciones se verán con mayor amplitud y detalle en los siguientes tópicos. 12/06/2011


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VARIABLES DEL PROCESO DE CIANURACIÓN

Las principales variables que gobiernan el proceso de cianuración de las menas auríferas son entre otras las siguientes:

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• La concentración del cianuro. • El pH o alcalinidad. • Tiempo de cianuración. • La temperatura. • Tamaño de partícula. • Aireación • Cianicidas o descomposición del cianuro.


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EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DEL CIANURO •

•

•

La velocidad de disolución del oro aumenta rápidamente siguiendo un comportamiento casi lineal con el aumento de la concentración del cianuro, hasta que se alcanza un máximo Más allá de este valor, al aumentar la concentración del cianuro, ya no aumenta la cantidad de oro disuelto; mas por el contrario tiene un leve efecto retardador y aumenta el consumo. La concentración del cianuro disminuye debido al aumento del pH de la solución, es decir, el ion cianuro es sometido a hidrólisis, según la reacción: CN- + H2O

•



El agua de la solución con este gas (HCN) y oxígeno atacan al oro formando en AuCN que es insoluble y peróxido de hidrógeno, según la reacción: 2 Au + 2 HCN + O2

•

HCN + OH-



2 AuCN + H2O2

En la práctica, la concentración de cianuro varía entre 0,1 a 1,5 g/l

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EFECTO DE LA ALCALINIDAD •

De acuerdo a lo anterior, es importante que la solución de cianuro se mantenga en un ambiente alcalino durante la lixiviación del oro, por dos razones:  Prevenir la hidrólisis del cianuro. Forma HCN  Prevenir la descomposición del cianuro por el CO2 atmosférico. CN- + H2CO3

•

•

•



HCN + HCO3-

En ambos casos se libera HCN, el cual no tiene acción disolvente sobre el oro y la plata. Una alta alcalinidad, disminuye la velocidad de disolución en forma lineal en el rango de pH entre 11 y 13. La alcalinidad de la solución de cianuro debe controlarse con mucho cuidado, con el objeto de alcanzar velocidades altas de disolución de oro y plata. En la práctica, el rango usual de pH está entre 10,5 a 11,5. Para mantener el pH operacional de 10,5 a 11,5 en las Plantas de Procesamiento, se puede emplear cal o soda cáustica (NaOH) como agentes alcalinizantes. La cal es de uso más común por tener alta acción química alcalinizante y menor costo. El hidróxido de sodio es de mayor costo que la cal, pero presenta la ventaja de ser altamente soluble lo que facilita la preparación, manejo y dosificación. 12/06/2011

Ag + CN- ↔ AgCN-(s) AgCN-(s) ↔ AgCN(s) + 1eAgCN(s) + CN-↔ Ag(CN)-2


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EFECTO DE LA ALCALINIDAD El uso de la cal o la soda cáustica como controlante del pH, debe estudiarse en cada caso específico con bastante detenimiento, puesto que cada uno presenta efectos de carácter químico diferentes en el proceso global, como son:

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• Efecto en la generación de incrustaciones de sales insolubles tales como CaCO3, Mg(OH)2, CaSO4.2H2O. • Efecto dispersante y floculante. • Efecto en la viscosidad de las pulpas. • Efecto en la química del proceso de recuperación del oro desde pulpa (CIP) y desde soluciones claras (CIC, Merril-Crowe). • Efecto en la química de efluentes y depósitos de relaves. • Efecto en la reactividad química con los minerales de ganga. • Efecto en la velocidad de disolución del oro y plata durante la lixiviación.

Cuando se usa cal, ésta cumple un rol de mucha significancia en el proceso global de beneficio por cianuración para la extracción del oro y la plata. Entre las funciones de mayor importancia tenemos:


• Inhibir la hidrólisis del cianuro. • Neutralizar los componentes ácidos de la mena, agua fresca y productos de reacciones. • Flocular las lamas. • Aglomerar finos en el pre-tratamiento de la mena a lixiviar en pilas. • Facilitar el tratamiento de efluentes y control de la contaminación ambiental.

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EFECTO DEL TIEMPO DE CIANURACIÓN Es muy variable y depende de factores tales como: La composición mineralógica,

El tamaño de las partículas de oro,

El grado de liberación,

porosidad de la mena, concentración de cianuro en la solución, y La temperatura del medio ambiente. 12/06/2011


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EFECTO DE LA TEMPERATURA Aquí se puede notar que al aumentar la temperatura aumenta también aumenta la velocidad de disolución del oro, pero el contenido de oxígeno en la disolución tiende a disminuir.

Existe una temperatura que da la máxima velocidad o rapidez de disolución del oro, la cual se encuentra alrededor de 85C

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Efecto de la temperatura en la velocidad de disolución del Oro con solución al 0,25% de KCN.


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EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA La mena algunas veces tiene que ser molida muy fina para liberar a las partícula de oro y hacerlas adecuadas para la lixiviación con soluciones de cianuro alcalino. Debido a que: Barrsky y colaboradores (1934) informa que bajo condiciones óptimas de aireación y agitación, se ha determinado que la velocidad máxima de disolución de oro es de 3,25 mg/cm2/h.

Esto es equivalente a una penetración de 1,68 micrones/hora en cada lado de una partícula de oro de forma plana, lo que significa una reducción total en espesor de 3,36 micrones/h.

Una partícula de oro de 45 micrones de grosor (m350) se disuelve por cianuración en aproximadamente 13 horas; una partícula de 150 micrones de grosor (m100) se disuelve en 44 horas. Esto según Hedley y Tabacnick (1958) y Henley (1975).

Las partículas gruesas se recuperan por gravimetría, puesto que no podrían ser disueltas completamente en un tiempo de cianuración económicamente aceptable. 12/06/2011


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EFECTO DEL OXÍGENO El oxígeno es importante en la disolución del oro, pero la cantidad de oxígeno disuelto en soluciones diluidas de cianuro depende de cuatro factores:

• La altitud (presión barométrica). • La temperatura de la solución. • El tipo o intensidad de agitación. • La fuerza iónica de la solución.

Un gráfico importante para la determinación de la presión a cualquier altura sobre el nivel del mar y la concentración de oxígeno es el que se da muestra en la figura. El gráfico A, se usa para determinar la presión barométrica a varias alturas, las cuales están dadas en pies y graficadas sobre el eje horizontal y las presiones en mm, sobre el eje vertical.

Para hallar la presión que corresponde a una cierta altura se sigue la línea de la elevación hacia abajo hasta la intersección con la curva X, luego se sigue horizontalmente a la derecha donde se lee la presión. En el gráfico B las temperaturas están graficadas sobre el eje horizontal y la cantidad de oxígeno, en miligramos por litro de agua, sobre el eje vertical. 12/06/2011


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EFECTO DE LOS IONES EXTRAÑOS SOBRE EL PROCESO DE CIANURACIÓN El oro explotado se encuentra generalmente como metal nativo y también asociado con cantidades variables de plata o electrum. Los minerales más importantes asociados al oro son: Pirita (FeS2), galena (PbS), Zinc (Zn), Esfalerita (ZnS), Arsenopirita (FeAsS), estibnita, pirrotita (FeS) y chalcopirita (CuFeS2). Los minerales más comunes de la ganga son el cuarzo, feldespatos, micas, calcitas y minerales de selenio y magnetita.

Si el mineral de oro contiene material carbonáceo, este perturba el proceso, ya que adsorbe al complejo cianurado de oro y plata.

Los metales disueltos en las soluciones cianuradas influencian la disolución del oro, ya sea acelerándola o retardándola. 12/06/2011


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EFECTOS CONSIDERADOS EN LA CIANURACIÓN DE ORO EFECTOS ACELERANTES

EN LA CINURACIÓN DE ORO HAY DOS EFECTOS

EFECTOS RETARDANTES

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EFECTOS ACELERANTES La presencia de pequeñas cantidades de plomo, mercurio, bismuto y sales de talio, aceleran la disolución del oro.

A partir de la determinación de potenciales de electrodo en soluciones cianuradas se ha encontrado que el oro realmente puede desplazar los iones de esos cuatro metales. De ahí que la disolución rápida del oro en presencia de estos iones puede deberse a la alteración en la superficie del oro al mezclarse con estos metales desplazados 12/06/2011


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EFECTOS RETARDANTES Consumidores de Cianuro (CIANICIDAS)

EFECTOS RETARDANTES

Consumidores de oxigeno

Consumidores de cianuro y oxigeno

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CONSUMO DEL OXÍGENO EN LA SOLUCIÓN •

Cualquier reacción marginal que prive a la solución de cianuro del contenido de oxígeno, conducirá a una disminución de la cantidad de disolución.

•

La pirrotita, se descompone en medio alcalino formando hidróxido ferroso y sulfuro de sodio:



FeS + 2 OH•

En presencia de oxígeno, el hidróxido ferroso es fácilmente oxidado a hidróxido férrico, 2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O

•

Fe(OH)2 + S2-



2 Fe(OH)3

Mientras que el ion sulfuro es parcialmente oxidado a tiosulfato, 2 S2- + 2 O2 + H2O



S2O32- + 2 OH-

•

Contribuyendo de esta manera al agotamiento del oxígeno de la solución.

•

Los minerales de arsénico consumen oxígeno 6 As2S2 + 3 O2

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

2 As2O3 + 4 As2S3


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CONSUMO DEL CIANURO LIBRE EN LA SOLUCIÓN •

El cianuro libre es consumido además por lo siguiente:

•

Formación de complejos al disolver minerales de cobre, zinc y hierro que están asociados en las menas de oro, consumen o agotan el contenido del ion CN- de la solución,

•

Minerales sulfurados de hierro, tales como la pirita, marcasita y pirrotita. El orden de reactividad con el cianuro acuoso alcalino es: Pirrotita  Marcasita  Pirita

•

La pirrotita se descompone del siguiente modo: FeS



Fe2+ S2-

Fe2+ + 6 CNFe2+



Fe3+ 3 OH-



Fe(CN)64-

Fe3+ + e

Fe(OH)3

•

En consecuencia, cuando la mena contiene considerable cantidad de pirrotita o marcasita, se recomienda pre-airear la pulpa antes de agregar el cianuro, con el fin de formar el Fe(OH)3 sobre la partícula, evitando la formación de ferrocianuros y ion sulfuro.

•

Minerales de cobre, donde la mayoría de ellos, excepto la calcopirita, se lixivian rápidamente en soluciones de cianuro, formando una cadena de complejos con el ion Cu2+. [Cu(CN)2]-  [Cu(CN)3]2-  [Cu(CN)4]3-

•

Aquí vemos que 4 moles de cianuro se requieren para disolver un mol de cobre, razón principal del alto consumo de cianuro al usarlo como lixiviante. 12/06/2011


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•

Reacción con la Calcosita: Cu2S + 6 CN- + H2O



2 Cu(CN)3-- + HS- + OH-

Reacción con la cuprita, Cu2O + 6 CN- + H2O  2 Cu(CN)3-- + 2 OH•

Reacción con la malaquita, 2CuCO3 + 8 NaCN  2 Cu(CN)3-- + 2CO3-- + (CN)2 + 8Na+ (CN)2 + 2 NaOH  NaCNO + NaCN + H2O

•

Reacción con la covelita, 2 CuS + 8 NaCN

•

2 Cu(CN)3-- + 2S-- +

(CN)2 + 8Na+

Los minerales de arsénico consumen cianuro y retardan la lixiviación, a través de la reacción As2S3 + CN-

•





CNS- + AsS-- + S=

La antimonita (Sb2S3) también presenta cualidades inhibidoras de la cianuración. 12/06/2011


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CONSUMIDORES DE CIANURO Y OXÍGENO • El ion sulfuro inhibe fuertemente la disolución de oro, ya que se adsorbe fuertemente sobre la superficie de la partícula de oro, bajando la cinética, consume cianuro y oxígeno, según la reacción:

2 S-- + 2 CN- + ½ O2 + H2O



2 CNS- + 2 OH-

• Para remover este ion S-- a menudo se suele agregar sales de plomo para convertirlo en PbS insoluble. • Tiosulfato y tiocianato. Los tiosulfato se forman por la descomposición de sulfuros y consumo de cianuro, 2 S2O3-- + 2 CN- + O2 Tiosulfato



2 CNS- + 2 SO4-tiocianato

• El tiosulfato es disolvente del oro en presencia de ferrocianuro.

• El tiocianato (CNS-), se forma al reaccionar CN- con S--, S, S2O3-- y disuelve oro. 12/06/2011


36

•

Los sulfuros de cobre solubles en cianuro consumen oxígeno. Cu2S + 6 CN- + ½ O2 + H2O



2 Cu(CN)3-- + 2 OH- + S

•

El ion Cu(CN)-- afecta la cianuración del oro y la cinética de extracción no es afectada si la razón CN- total en solución/Cu total disuelto se mantiene en un valor mayor a cuatro.

•

Cationes metálicos.

•

La presencia de Fe2+, Fe3+, Ni2+, Zn2+, Mn2+, etc. en la lixiviación causan consumo de cianuro, debido a la formación de complejos estables con el CN-.

•

La cal precipita a estos iones, disminuyendo el consumo de cianuro.

•

Ion calcio.

•

Este ion que está presente por la cal y cuando se utiliza el Ca(CN)2 tiene un efecto inhibidor a pH mayor de 10,5, debido a la precipitación del peróxido de calcio sobre la superficie de la partícula de oro. El ion Ca2+ también reacciona con el ion SO4-formando un sulfato insoluble. Un efecto positivo del ion Ca2+ es que flocula las lamas de sílice, las cuales están cargadas negativamente en pulpas alcalinas. 12/06/2011


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Agentes acelerantes

• Los iones Pb2+, Bi2+, Hg2+, Tl2+, etc. son agentes acelerantes de la lixiviación, debido a que causan despasivamiento de las partículas de oro.

Agentes oxidantes

• El KMnO4, NaClO, NaClO3 y el H2O2 a bajas concentraciones aceleran la cinética y oxidan el S-- y las materias orgánicas, pero en mayores concentraciones son pasivantes y destruyen el ion CN-.

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Reactivos de flotación

Los reactivos de flotación hacen lenta la lixiviación de oro, debido a que impiden el ataque por el CN- en fase acuosa.

En la flotación se emplean generalmente como colectores los xantatos y los ditiofosfatos los cuales tienen un efecto negativo sobre la cianuración por tener el ion sulfuro, que es un poderoso veneno para la reacción de cianuración

Estos deben ser destruidos previa tostación o adicionar mayor cantidad de cianuro

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HIDROMETALURGIA DEL ORO

Fundamento de la hidrometalurgia del oro y la plata

Química de cianuro Equilibrio ácido-base del cianuro 12/06/2011


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LA QUÍMICA DEL CIANURO El cianuro es un anión singular cargado que consiste en un átomo de carbón y un átomo de nitrógeno unidos con un enlace triple, CN-.

La forma más tóxica de cianuro es el cianuro libre, que incluye a dicho anión y el cianuro de hidrógeno, HCN, en un estado gaseoso o acuoso. A un pH entre 9.3 y 9.5, el CN- y el HCN están en equilibrio, con cantidades iguales de cada componente. En un pH de 11, sobre el 99% del cianuro permanece en la solución como CN-, mientras que a pH 7, el 99% del cianuro existirá como HCN. Aunque el HCN es altamente soluble en agua, su solubilidad disminuye con temperatura creciente y bajo condiciones altamente salinas. El gas y el líquido del HCN son descoloridos y tienen el olor de almendras amargas, aunque no todos los individuos pueden detectar el olor. 12/06/2011


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HIDRÓLISIS DEL CIANURO • En la hidrólisis, el cianuro se hidroliza en el aire húmedo y en soluciones acuosas. El equilibrio se establece rápidamente y dependiendo del pH, más o menos el HCN resulta a partir de la disociación siguiente: NaCN  H 2 O  NaOH  HCN

• La constante de disociación del ácido hidrociánico débil es de 4,36 x 10-10 y el equilibrio depende del pH. A pH de 9,4 (valor de pk) el 50% del cianuro está presente como HCN 12/06/2011

Diagrama pH – Eh del sistema CN- - H2O a 25 ºC En esta figura puede verse que el cianuro es termodinámicamente inestable en el agua y sufrirá oxidaciones espontáneas a cianato. Afortunadamente para la industria mundial del oro, esta reacción de oxidación es bastante lenta


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EQUILIBRIO ÁCIDO/BASE DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO • Las reacciones de equilibrio químico, sin intervención de electrones pueden expresarse en su forma genérica de acuerdo a la siguiente reacción:

Reactantes  Productos • por lo tanto, para el caso del ácido cianhídrico se puede expresar como:      H CN   K  HCN  H  CN HCN  • Donde, la condición de equilibrio viene dada por: Greacción  Gº RT ln K 12/06/2011

• Pero Entonces:

Greacción = 0

Gº  RT ln K ln K  

G º RT

• Donde:  Gº: Variación de la energía libre estándar de la reacción (J/mol) GºR : (iiº)productos + (iiº)reactantes.  i : Coeficiente estiquiométrico  iº: Potencial químico de los constituyentes del sistema (Giº)  R : Constante Universal; 8,314 J/K mol.  T : Temperatura absoluta; 298,15K (25ºC).


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EQUILIBRIO ÁCIDO/BASE DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO •

Del análisis del equilibrio se obtiene la expresión: [CN  ]total  [CN  ]x(1  10 pK  pH )

•

Con esta ecuación se construye un diagrama de equilibrio ácido/base del ácido cianhídrico, pero sin antes expresarla porcentualmente. Esto es: [CN  ]total %[CN ]  x100 1  10 pK  pH 

•

Y para el % HCN se tiene la siguiente expresión:

%HCN   100  %[CN  ] 12/06/2011

Equilibrio HCN/CN- versus pH


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TERMODINAMICA DEL PROCESO • Es necesario recurrir a una revisión de sus principales propiedades termodinámicas de la lixiviación del oro, representados clásicamente por los diagramas de Pourbaix que relaciona el potencial del óxidoreducción (Eh) del metal con el Ph del medio 12/06/2011

Diagrama E - pH para el sistema Au-H2O-CN- a 25C . Concentración de todas las especies solubles de oro = 10-4M, CN- libre = 10-3M


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TERMODINAMICA DEL PROCESO DE CIANURACIÓN Ag+ + 2CN-  AgCN2• • •

K = [AgCN2-]/[Ag+][CN-]2 = 1018.8 log[Ag+]/[Ag(CN)2-] = -2log[CN-] – 18.8 pCN = 9.4 + 0.5log[Ag+]/[Ag(CN)2-] Au+ + 2CN-  AuCN2-

• • •

K = [AuCN2-]/ [Au+] [CN-]2 = 1038 log[Au+]/[Au(CN)2-] = -2log[CN-] – 38 pCN = 9.4 + 0.5log[Au+]/[Au(CN)2-] AgCN2- + e  Agº + 2CN-

• • • •

Eth = Ethº + 0.06log [AgCN2-]/ [CN-]2 Ethº = -0.31V Eth = -0.31 - 0.12log[CN-] + 0.06log[AgCN2-] Eth = -0.664 - 0.12log[CN-] AuCN2- + e  Auº + 2CN-

• • • •

Eth = Ethº + 0.06log[AuCN2-]/[CN-]2 Ethº = -0.60V Eth = -0.60 - 0.12log[CN-] + 0.06log[AuCN2-] Eth = -0.96 - 0.12log[CN-]

•

De acuerdo a esto se construyo la figura que se da a continuación para una concentración de CNNa total = 10-2M que corresponde aproximadamente a 0.05% NaCN, 12/06/2011


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De esta forma la presencia de aire, oxígeno, peróxido de hidrógeno u otro oxidante es necesario para la disolución del oro en soluciones de cianuro.

Diagrama E - pH para el sistema Au-H2O-CN- a 25C, Concentración de todas las especies solubles de oro = 10-4M CN- libre = 10-3M 12/06/2011


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MECANISMO CINÉTICO DE LA CIANURACIÓN •

•

•

La termodinámica a través de los diagramas antes estudiados nos indica la posibilidad de efectuarse las reacciones de disolución del oro y la dirección como la extensión que estas pueden seguir, pero no muestra la velocidad con que estas se producen hasta alcanzar el equilibrio. Este aspecto o limitación es importante para el metalurgista que necesita recuperar el máximo de los metales valiosos (preciosos) al más bajo costo. En un proceso hidrometalúrgico, cuando las partículas sólidas reaccionan con un reactivo líquido que las rodea, se considera generalmente dos modelos ideales. Estos son: – Modelo del núcleo sin reaccionar o núcleo recesivo. – Modelo de conversión progresiva, volumétrico o de reacción generalizada. 12/06/2011


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El primer modelo fue desarrollado en 1955 por Yagi y Kunii, considerando que los productos son solubles, el mecanismo de reacción entre la partícula sólida de oro y la solución de cianuro involucra cinco etapas principales. Estas son: Difusión y transporte de las moléculas del reactivo a la superficie de la partícula sólida. Transferencia de masa de reactante

Adsorción del reactivo en la superficie de la partícula.

Difusión Transferencia de masa de producto

Reacción en la superficie de la partícula.

FLUIDO

Sólido en reacción química

Conducción

Transferencia de calor

Desorción de los productos de la superficie reaccionante.

Difusión de los productos solubles formados a través de la capa de película hacia el seno del fluido.

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Oro en poros

Aquí, como es el oro el que deseamos transferirlo a la solución, el mecanismo de reacción entre el oro sólido (oro nativo) y la solución lixiviante involucra 6 etapas principales, a saber: 12/06/2011

Oro en fracturas

• Absorción o disolución del oxígeno en la solución. • Transporte de cianuro y oxígeno disuelto a la interfase sólido-líquido. • Adsorción de los reactantes CN- y O2 en la superficie sólida. • Reacción de disolución de carácter electroquímica. • Desorción de los complejos solubles de oro-cianuro y otros productos de reacción desde la fase sólida. • Transporte de los productos desorbidos de la zona de reacción a la solución.

Oro accesible

Oro no accesible

Área anódica 

Au  Au  e

CN 



Au CN 2



Au   2CN   Au CN 2



e

Electrones

O2  H 2 O  2e   H 2 O2  2OH 

O

2

 2 H 2 O  4e   4OH 



O2 , H 2 O H 2 O2 , OH 

Área catódica

 Capa límite de Nernst


50

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51

•

Por lo tanto se alcanza la velocidad límite, cuando la razón de concentración de cianuro a oxígeno en la solución es igual a 6, de ahí que, en la práctica este valor es de gran importancia. Si se usa un exceso de soluciones concentradas de cianuro, respecto al oxígeno disuelto, éste es desperdiciado. De otro lado, si se alcanza saturar de oxígeno una solución pobre en cianuro libre, la velocidad de cianuración será lenta. Además, a temperatura ambiente y presión atmosférica el oxígeno disuelto en agua es:

•

8,2 mg O2 = 0,27 x 10-3 mol/l

•

Por lo tanto:

•

[CN-] = 6 x 0,27 x10-3 mol/l, ó 0,01% CN- en solución.

•

En conclusión diremos que: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

La disolución del oro y también la plata, en soluciones de cianuro, es un proceso de corrosión electrolítico en la cual el oxígeno capta electrones en la zona catódica de la superficie metálica, mientras que el metal entrega electrones en la zona anódica de la superficie del oro, en este caso. Mediante este mecanismo, es posible predecir que la disolución del oro puede variar su velocidad con las concentraciones de CN- y O2 en la solución y con la intensidad de la agitación. A bajas concentraciones de CN- la velocidad depende solamente de CN- libre y a altas concentraciones de CN- la velocidad de disolución depende solamente de la concentración del O2 en la solución. La velocidad de disolución del oro está controlada por la concentración de O2 y su difusión hacia la superficie de ataque. El aumento en la concentración de cianuro libre no acelera la reacción. La velocidad de lixiviación con cianuro del oro y la plata es lenta, debido principalmente a la baja solubilidad del oxígeno en el agua, el cual es fundamental en la reacción química.

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FASES Y MÉTODOS DE PROCESAMIENTO DE MENAS AURÍFERAS Las menas auríferas se las puede agrupar en dos grandes tipos

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Para ambos tipos de menas, para la extracción del oro, de una u otra forma, su procesamiento por el método de lixiviación con solución de cianuro se efectúa mediante dos fases principales

Menas dóciles a la cianuración o menas cianurables

La fase de lixiviación

Menas no dóciles a la cianuración o menas refractarias

La fase de recuperación


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MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN DE MENAS AURÍFERAS La primera etapa en el proceso de cianuración es la conminución, la cual cosiste de la reducción de tamaño de la partícula de mineral que contiene al oro, mediante las operaciones de trituración y molienda, cuyo objetivo apunta a liberar las partículas de oro de la roca madre o mineral.

La lixiviación del oro y la plata desde sus menas con soluciones de cianuro se llevan a cabo mediante dos métodos generales:

Lixiviación por agitación.

Lixiviación por percolación. • Lixiviación en vat o batea. • Lixiviación en pila. • Lixiviación en botadero.

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LIXIVIACIÓN DE MENAS AURÍERAS DÓCILES A LA CIANURACIÓN Hay muchas operaciones unitarias y varios procesos unitarios que se aplican al procesamiento de menas de oro. La decisión de cuáles son los más aplicables para cada mena, puede hacerse utilizando una serie de diagramas libres, basados en generalizaciones y no en reglas definitivas. Para la selección del Proceso más apropiado, generalmente se suele hacer cuatro preguntas:

Para el desarrollo del proceso, con la información obtenida de los ensayes, hay dos métodos a considerar:

¿Qué cantidad de oro hay en la mena?

Realización de una sólida investigación mineralógica antes de comenzar el desarrollo de un proceso.

¿Qué cantidad de otros elementos (Cu, Zn, As, etc.) hay en la mena?

¿Cuál es el consumo de cianuro al lixiviar la mena?

Realizar pruebas de diagnóstico antes de empezar el desarrollo de un proceso.

¿Cuáles son la implicancias medio ambientales del procesamiento seleccionado? 12/06/2011


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• El primer método que es el de mayor aceptación, nos permite identificar los minerales que están presentes en la mena, su estado de alteración, tamaño de grano, entrelazado de los minerales, capas superficiales y encapsulamiento de los valores, los cuales dan pistas acerca de las operaciones unitarias que son más prometedoras para trabajar.

Muestra Representativa

Ensaye químico

Selección del método

Mineralogía

Prueba de flotación de diagnóstico

Conc. Gravimetrica de diagnóstico

P. de Lixiviación de diagnóstico

Selección de Operaciones Unitarias

Realización de Pruebas

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Las herramientas más utilizadas son : El Microscopio de luz reflejada y/o polarizada,

El Microscopio electrónico de barrido (SEM), para examinar espécimen pulido o secciones delgadas.

Otras técnicas empleadas son: La difracción de rayos X para identificar minerales que pueden tener varias formas cristalinas;

El análisis térmico diferencial (DTA)

El análisis termogravimétric o (TGA)

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El segundo método sirve para realizar las primeras pruebas de diagnóstico además de las mineralógicas, pero últimamente el método mineralógico se utiliza sólo para pruebas de productos para resolver problemas de procesamiento. Las pruebas de diagnóstico pueden incluir:

Separación gravimétrica de diagnóstico en mesas vibratorias en tamaño  2 mm (m10).

Flotación de diagnóstico con una molienda 80% -100 m con combinación de reactivos sugeridos en los manuales de los mejores suministradores de reactivos, indicará si este método tiene mérito.

Lixiviación de diagnóstico alcalina o ácida. Este método ha sido descrito por Malhotra, D y Amstrong, S (1992). El procedimiento puede incluir lixiviación a presión e incluso tostación. El procedimiento completo toma de 4 a 6 semanas y los costos en el rango de 2 000 a 4 000 dólares por muestra en un laboratorio comercial.


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• La ley de oro en las menas y los alcances del Geólogo del proyecto dirán mucho acerca de qué procesos son más prácticos antes de que se hagan las pruebas mineralógicas o las de diagnóstico. Mineral con Oro

< 2 g/t

> 2 g/t

Lixiviación en Pila

No

HL/CIP/CIL/Flot./Grav. Sí

¿La extracción es sencible al tamaño de Chancado/Molienda?

Lixiviación en Pila

CIP/CIL/Flot./Grav.

¿Es efectivo el tratamiento? Sí No

¿Es refractario a la lixiviación?

Flot./Grav.

No Sí

> 4 g/t

CIP/CIL

Sí No

Desarrollo del Proceso Declinar o Esforzarse

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Tostación, Autoclave, Biox, Ultra-molienda

Proceder con el desarrollo del Proceso

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A continuación veamos un diagrama de flujo que nos ayude a formarnos una idea cabal del procesamiento de menas auríferas Mineral de Mina

Chancado

Aglomeración

Lix. Pila

Molienda

Lix. Vat

Gravedad

Amalgamación

Flotación Oxidación

Precipitación

Adsorción Lixiviación

CIL

CIP

CCW

Re-extracción Electrólisis

Merrill-Crowe

Fundición

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El estudio del proceso de tratamiento de menas auríferas debe encaminarse a tres niveles:

Estudio a nivel de laboratorio. Estudio a nivel de planta piloto, y

Estudio a escala industrial. 12/06/2011


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LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN Utilizado para tratar menas de Au y Ag de ley económica al proceso. Estas menas deben contener oro fino, liberable durante la molienda, generalmente bajo -m150 a un 60 a 90 % -m200, bajo contenido de cianicidas, la densidad de pulpa se ajusta a 40 ó 50% de sólidos y velocidad de asentamiento aceptable en los espesadores. Las ventajas del proceso de lixiviación por agitación son:

Una desventaja de este método es los altos costos de operación e inversión, debido a la cantidad de equipos y operaciones a efectuar

Mineral de Mina

Altas recuperaciones del metal valioso.

Chancado Cribado Relave de Amalgamación Molienda

Tiempo de lixiviación relativamente corto. Permite utilizar los métodos de adsorción del oro CIP, CIL y CILO. 12/06/2011

Relave de Conc. Gravimétrica

Clasificación Lixiviación por Agitación Lavado en Contra Corriente Solución rica


Relave

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La agitación de la pulpa que rebosa del clasificador o descarga del espesador 1, tiene por objeto completar la disolución del oro por el ataque con cianuro, para lograr la extracción deseada. El tiempo de agitación en los agitadores varía en un rango de 6 a 48 horas, siendo mayor para menas de plata. Para prevenir el cortocircuito de la pulpa, es aconsejable trabajar por lo menos con tres agitadores en serie, en vez de un agitador grande y tener uno de reserva o stand-by para emergencia o reparación.

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Comúnmente se utilizan tres tipos de agitadores:

Nido de hidrociclones Molino de bolas

Mecánicos (Denver, devereux, turbo, etc.).

Espesador 40 a 50 % de sólidos

Alimento fresco

..... Sumidero Bomba

Tanque de lixiviación

Neumáticos (Pachuca, parral, etc.)

Neumáticomecánicos (Door).

TANQUE PACHUCA


AGITADOR DENVER

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Alimento

Alimento

Molino de bolas

Molino de bolas

Clasificador de rastrillos

Clasificador de Rastrillos

Jig

Circuito de flotación

Molino Amalgamador

Relave

Circuito de flotación Conc. Au Conc. A descarte

Filtro de discos

Relave

Lixiviación en agitadores Airlift

Agua clara

Espesadores

Espesador

Solución rica a extracción

Espesadores CCD

Lixiviación en super-agitadores DENVER

Solución lixiviante

Solución rica

Relave Espesadores de lavado en contra-corriente

Solución rica a extracción

Filtro de Discos

Relave

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Hidrociclón

Alimento fresco

Espesador

Molino de bolas NaCN Cal Aire

Sumidero

Bomba

Circuito de lixiviación

1 2 3 4 5 Agua fresca

Solución a Recuperación de Au Circuito de lavado en contracorriente CCD o CCW Relave

Relave

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BALANCE DE MATERIALES EN UN CIRCUITO CCD

  ' 4

L4 Y

  ' 3

L3 Y

  ' 2

L2 Y

Da Ya 

D3 Y3 

Agua Fresca

 

Lw Yw'

4

D2 Y2  3

D1 Y1 

Dd Yd  Relave

2

Pulpa Lix

 

Ld Yd'

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1


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LIXIVIACIÓN POR PERCOLACIÓN El proceso de lixiviación con cianuro por percolación previa trituración se puede llevar a cabo por:

Lixiviación en vat o batea (vat leaching).

Lixiviación en pila (heap leaching).

Lixiviación en botaderos (Dump leaching). 12/06/2011


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PREPARACION DEL MINERAL El mineral se debe chancar al 100%, al tamaño deseado que puede ser: 100 % - 1"; 100 % - ¾" ; 100 % - 1/2"; 100 % - 3/8" y se puede lograr: • Con dos etapas de trituración se puede lograr hasta 100% -1/2” • Para lograr 100% -3/8” se requiere tres etapas de chancado. • La cal, se debe añadir en conformidad con la prueba metalúrgica para neutralizar la acción de los ácidos, habitualmente se dosifica en seco durante el chancado. • Los minerales con alto contenido de arcilla son difíciles de tratar debido a los problemas de porosidad y permeabilidad del lecho, aglomerar. • Para superar los problemas de porosidad y permeabilidad se aglomera el mineral con cal y cemento, • Para facilitar una buena percolación de la solución lixiviante se debe aglomerar con 5 kg de cal o cemento por TM de mineral y 8 a 10% de humedad

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CIANURACIÓN POR PERCOLACIÓN EXPERIMENTAL

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LIXIVIACIÓN EN BATEA O VAT LEACHING La lixiviación en bateas o tinas (vat) fue utilizado desde inicios del siglo pasado para el tratamiento de menas con oro y plata, el cual fue abandonado por los años de 1930. Se le considera como el precursor de la lixiviación en pilas. En sus inicios el proceso fue llevado a cabo en tanques circulares de madera o acero con un diámetro de 3 a 5 veces su altura, el mismo que tenía un falso fondo de madera. 12/06/2011


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• Lixiviación en bateas es esencialmente una pila de lixiviación inundada con la solución y el mineral contenido en un estanque u otro embalse impermeabilizado adecuadamente. Su aplicación se limita a la lixiviación de materiales inusuales que no responden bien a la lixiviación en pila o lixiviación en botadero, pero no requieren de molienda para la liberación de oro, por ejemplo, óxido de baja ley/Minerales de libre molienda con la mayoría del oro presente en forma de partículas gruesas. Se trata de un proceso opcional raramente utilizado debido a los costos de operación generalmente superiores a los sistemas de lixiviación en pila y por agitación.

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Las principales características que deben tener las menas para el tratamiento en bateas son:

La lixiviación en batea tiene cuatro etapas:

Mena con contenido de oro lixiviable por el cianuro.

Preparación de la mena o mineral con oro.

Mena con partículas de oro fino y laminar.

Lixiviación

Mena porosa y permeable.

Recuperación del oro.

Mena libre de material carbonoso.

Depositación del relave.

La lixiviación en bateas se pueden dividir en tres tipos desde el momento en que se introdujo en el mundo de la minería:

batea tradicional y batea continua.

Mena relativamente libre de cianicidas.

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batea inicial


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Batea continua: Donde durante este proceso de fluidifización del material, este alcanza un equilibrio hidráulico.

• La Jig batea de lixiviación continua Mackie 12/06/2011


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La fluidización se ve influenciada por los factores siguientes:

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• Expansión del lecho. Hay una separación uniforme entre las partículas en cada pulsación. Al comienzo del primer ciclo, las partículas tratan de tomar una posición de acuerdo a su tamaño de manera que el equilibrio se puede obtener en los primeros momentos. En el lecho al inicio de la fluidización la porosidad es un poco más grande que en un lecho relleno o empacado, y en realidad corresponde al estado más lento de un lecho empacado. • Percolación. Las partículas finas pueden causar problemas, ya que pueden comportarse como un barro que absorbe la solución de cianuro y haciendo difícil el movimiento de la cama. • Fricción Interior entre las partículas. El ángulo de reposo puede ser modificado en cada pulsación y las partículas gruesas pueden verse afectadas. Por lo tanto, el movimiento de las partículas gruesas está directamente influenciado por las fuerzas de la gravedad. La distribución de tamaño de las partículas en función de la altura está estrechamente relacionada con la distribución de la porosidad en los lechos. • Burbujeo. La solución dentro del mineral tiende a crear discontinuidad durante cada pulsación produciendo un movimiento algunas veces no continuos. • Elevación hidráulica. Es necesario presiones apropiadas que permitan mover el mineral y, por consiguiente mezcla de la solución y el mineral de manera uniforme. Esta presión está influenciada por la altura del depósito de solución. • Tasa de exposición. El material grueso requiere más tiempo y, por tanto, es necesario repetir varias veces cada ciclo (es decir, el tanque de solución se descarga de forma continua). Otro factor a considerar es la profundidad del lecho.


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La batea continua de lixiviación ofrece las siguientes ventajas: Mineral aurífero

Mineral aurífero

A 12/06/2011

• Alta y rápida recuperación debido a la alta tasa de lixiviación. • Aglomeración no es necesario (solo cuando la mena es arcillosa). • Flexibilidad para la ubicación de la planta. • Bajo consumo de energía. • El mantenimiento tiene un costo bajo. • Las partículas de oro grueso se puede recuperar por gravimetría antes de lixiviación. • Residuos se lava y se desintoxica de manera eficiente. • No hay problemas con la evacuación de residuos mineros.

Solución cargada

Mineral aurífero

B

Solución cargada


C 75

También necesita aglomeración de los finos o de relaves

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LIXIVIACIÓN EN PILA En la hidrometalurgia del oro uno de los métodos o procesos que mayor desarrollo ha tenido en estos últimos años es la lixiviación en pila, que significa lixiviar menas que han sido minadas trituradas o no y transportadas a plataformas impermeables para lixiviación por regado o inmersión y percolación de la solución a través de la mena apilada.

Este sistema permite explotar menas de baja ley al más bajo costo de operación y de mejor control de la contaminación medio ambiental, pero la decisión de elegir este método será adoptado después de un riguroso análisis del comportamiento metalúrgico del mineral, determinando adecuadamente en pruebas de laboratorio y constatado a nivel de planta piloto.

Básicamente, hay tres tipos diferentes de sistemas de lixiviación en pilas que pueden ser utilizados: •Sistema de lixiviación en “Pila removible” (RH). •Sistema de lixiviación en “Pila Permanente”(PH). •Sistema de lixiviación en “Pila Celular” (CH).

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PILA DE LIXIVIACIÓN

DETALLE DE LA CONSTRUCCIÓN DEL PAD

13/06/2011


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La lixiviación en pilas es un proceso hidrometalúrgico de disolución del oro nativo y plata mediante un solvente adecuado, - en este caso solución de cianuro de sodio - de una mena chancada , sin molienda previa, la cual ha sido acopiada formando una pila de una altura determinada en un piso impermeabilizado (comúnmente denominado Pad). Este piso tiene una pendiente dirigida hacia una canaleta de recolección de la solución de lixiviación. La pila se riega por aspersión mediante una serie de tuberías en las cuales se instalan los rociadores. La solución de cianuro y lechada de cal, al atravesar el lecho de mena, va disolviendo al oro y a la plata.

12/06/2011


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ESQUEMA DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN EN PILA • La lixiviación en pilas es una tecnología que presenta características muy positivas para la recuperación del oro y plata sin embargo, nunca debe olvidarse que hay otras técnicas alternativas que no deben de dejarse sin investigar. Puesto que, tomar a priori una decisión de elegir la Lixiviación en Pilas puede constituir un error de gran alcance

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12/06/2011


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En el estudio metalúrgico es de importancia extrema, evaluar entre otros aspectos lo siguiente:

Evaluación de :

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• Relación entre el grado de chancado y la recuperación, cinética y percolabilidad. • Relación entre el consumo versus recuperación y concentración de reactivo. • Influencia y condiciones de curado y aglomerado sobre la cinética y la recuperación.

• Curvas de la cinética de recuperación. • Concentración de especies en las soluciones obtenidas. • Influencia de la altura de la pila. • pH de trabajo. • Control de impurezas y manejo de descartes y desmonte o relave. • Influencia de la recirculación a la pila de soluciones tratadas en la Planta de Recuperación (cementación, electrodeposición, etc.).


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En el método de lixiviación en pila, para obtener recuperaciones aceptables, las menas deben reunir las siguientes características: • El tamaño de partícula de oro y plata deben ser extremadamente pequeñas. • Estas partículas deben reaccionar con el cianuro acuoso, debido a la porosidad natural de la mena o como resultado del chancado para aumentar la superficie expuesta. • Las menas deben ser pobres en cianicidas (sulfuros o sulfosales de Sb, Zn, Fe, Cu, As, minerales de Cu). • Estar exentas de materiales carbonáceos los cuales pueden adsorber los cianuros de oro y plata, disminuyendo la extracción. • Las menas no deben contener una excesiva cantidad de arcillas, que puedan impedir la percolación de las soluciones disminuyendo el contacto metal-solución.

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Para obtener recuperaciones aceptables utilizando la lixiviación en pila, las menas deben reunir las siguientes características:

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• El tamaño de partícula de oro y plata deben ser extremadamente pequeñas. • Estas partículas deben reaccionar con el cianuro acuoso, debido a la porosidad natural de la mena o como resultado del chancado para aumentar la superficie expuesta. • Las menas deben ser pobres en cianicidas (sulfuros o sulfosales de Sb, Zn, Fe, Cu, As, minerales de Cu). • Estar exentas de materiales carbonáceos los cuales pueden adsorber los cianuros de oro y plata, disminuyendo la extracción. • Las menas no deben contener una excesiva cantidad de arcillas, que puedan impedir la percolación de las soluciones disminuyendo el contacto metal-solución.


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TIPO DE PILAS Los tipos de pilas más usados son:

Pila permanente Pila renovable

Pila celular

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PILA PERMANENTE Denominadas también de piso desechable, es aquella en que la mena chancada o no chancada se amontona o se apila sobre un lecho impermeable en elevaciones de 5 a 8 m hasta una altura final de pila de 15 m. La solución lixiviante es generalmente irrigada en la superficie superior de la pila por un periodo fijo de tiempo y causar la percolación hacia abajo a través de toda la pila. La ventaja de este sistema es que la mena es lixiviada hasta el final de la operación, es decir que no se retira el ripio del piso una vez completada la lixiviación. 13/06/2011


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PILA PERMANENTE VENTAJAS

DESVENTAJAS 1.

Este sistema de lixiviación se aplica a menas de muy baja ley, que tienen una baja recuperación y una cinética de lixiviación muy lenta. También se utiliza en la lixiviación secundaria de ripios. Para su construcción es necesario contar con amplias áreas de terreno.

2.

3.

4.

Entre las características se puede mencionar que se diseñan pilas altas para lograr una alta densidad de carga por m2 de pila. Se cargan capas sucesivas de mena, dependiendo su altura de las necesidades de aireación (oxigenación) del mineral en el interior de la pila. Se utiliza para menas de alta granulometría coma para baja granulometría y de alta resistencia mecánica. 13/06/2011

5.

6.

Su eficiencia de lixiviación u consumos de reactivo a menudo son relativamente pobres. Estas pilas generalmente ocupan grandes áreas de terreno. Esto da como resultado altos costos en descargado, en construcción del piso y aspersión de la solución y contaminación con agua de lluvia en los reservorios. El consumo de agua puede ser alto debido a las pérdidas por evaporación en el regado por aspersión. Las operaciones de lixiviación son dificultosas bajo condiciones climáticas frías. El lavado de soluciones ce lixiviación contaminadas de la pila después de alcanzar la altura final es dificultoso, lento y caro. La infiltración de agua de lluvia puede causar efluentes contaminados al escurrir de la pila por años. Inventarios grandes de oro son bloqueados en las menas no lixiviadas y soluciones cargadas en esta pila por largos periodos de tiempo.


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PILA RENOVABLE Denominada también pila de piso reutilizable. En este método de lixiviación, la mena minada es transportada a la planta de chancado, donde es triturada y luego apilada sobre un piso impermeable a una altura de 3 a 5 m y lixiviada mediante percolación descendente de soluciones de cianuro débiles por un periodo de 20 a 35 días. El relave o mena agotada puede ser sometida a un ciclo de lavado con agua y después ser transportada a una pila de relaves y luego reemplazada con mena fresca. Se aplica a minerales de baja ley, de alta recuperación, con una cinética alta de lixiviación. Se utiliza en lixiviación primaria de menas. Entre las características podemos mencionar que se diseñan pilas relativamente bajas para permitir una rápida carga descarga del material, generalmente hasta unos 3 metros de altura. Es aplicable para menas de baja granulometría. La altura se define por el sistema de carga y por las concentraciones que se quieran obtener en las soluciones finales. En este sistema se obtiene una mejor aireación (oxigenación) en el interior de la pila.

MINA

PREPARACIÓN MECÁNICA DEL MINERAL

Solución Lixiviante

PILA EN CARGA

PILA EN LIXIVIACIÓN

PILA EN DESCARGA

Planta de proceso

Estanque de solución rica

Estanque de solución pobre

Oro

Pila de relave

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS La principal ventaja de este sistema es que puede tener un alto grado de control y uniformidad sobre la lixiviación y lavado, propiciando que toda el área del piso impermeable sea utilizable. Esto significa que la máxima recuperación económica puede alcanzarse con un consumo mínimo de reactivos de lixiviación (cal y cianuro). Sin embargo, alguna menas requieren un periodo largo de lixiviación (arriba de 120 días) para alcanzar su máxima recuperación económica y/o pueden ser lentas en el lavado, las buenas recuperaciones y el buen lavado son a menudo no alcanzables por este sistema.

La principal desventaja de estos sistemas de lixiviación es que ellos generalmente tienen costos de operación y capital relativamente altos. El piso impermeable para lixiviar, el equipo de apilamiento, el piso impermeable para la pila de relaves (ripios) y los reservorios de agua de lluvia contaminada y facilidad de tratamiento son ítems de alto costo de capital.

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LOS REQUERIMIENTOS Y CONSIDERACIONES INVOLUCRADAS EN EL DISEÑO DEL PISO REUTILIZABLE Los requerimientos y consideraciones involucradas en el diseño del piso reutilizable son los siguientes: • • • • • • • •

Necesita predicción de ciclos de lixiviación cortos. Necesita mena de lixiviabilidad consistente. Necesita terreno llano limitado. Necesita lugar disponible para disposición de mena agotada. Necesita cobertura durable altamente resistente al medio ambiente. Puede tolerar clima árido a equilibrado. Permite cubrir la pila en climas húmedos debido a su área activa limitada. Requiere estanques más pequeños debido al impacto limitado de sucesos de inundación. • Requiere de doble manipuleo del material.

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PILA CELULAR •

Este método de lixiviación en pila celular fue patentada el 2 de julio de 1985 por P.H. Johnson. Combina los atributos de cada uno de los otros sistemas para dar un sistema medio ambiental seguro, eficiente y de bajo costo. La lixiviación en pila celular consiste de la formación de una pila alta multi-capa con una estructura celular interna. En las celdas de la capa superior de la pila ocurre una intensa, uniforme y lixiviación controlada, lavado y neutralización. Todas las capas de las celdas subyacentes están inactivas y reciben solamente una pequeña cantidad de infiltración de lluvia desde las áreas laterales de la pila. Las capas de la celda están separadas por un forro impermeable de PVC 20-mil y las celdas están delineadas por bermas de cascajo cubierto de PVC sobre la parte superior y fondo de las celdas.

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MÉTODO DE LIXIVIACIÓN EN VALLE O BOTADERO •

El método de lixiviación en valle o botadero, para el caso de oro, involucra la preparación y colocado de la mena hacia atrás de una estructura de retención. La lixiviación de la mena es realizada con un subsecuente levante de inclinación progresiva. La mayoría de la mena permanece en contacto con la solución lixiviante durante la operación. Al término de la lixiviación, la mena es dejada en el lugar, acomodada similar a un botadero de roca de desmonte. Reactivos

Mina Solución pobre

Mineral de baja ley de Oro

Oro

Planta de proceso

Receptor de la solución rics

Dique de contención

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Desde el punto de vista del sistema de funcionamiento y configuración de las pilas renovables o permanentes, pueden adoptar las siguientes configuraciones:

Pilas unitarias.

Mineral de Mina

Conminución primaria del mineral

DESCARGA

Mineral triturado

LAVADO

Pila dinámica.

OPERANDO O ACTIVA

ACTIVA

PLANTA DE PROCESOS

Estanque de solución rica ORO

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EN PREPARACIÓN O FUTURA


Estanque de solución pobre

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DIMENSIONAMIENTO DE UNA PILA • El dimensionamiento de una pila es una función simple de la capacidad de tratamiento, es decir, del tonelaje de mena a tratar. Es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones: – Peso específico o gravedad específica aparente, bajo las condiciones granulométricas de carga a la pila. – Altura de la pila, determinada en el laboratorio y de acuerdo con los equipos disponibles para su apilamiento y descarga. – Angulo de reposo de la mena, bajo las condiciones de carga a la pila.

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Para el dimensionamiento de una pila unitaria, se considera como forma normal de la pila a un tronco de pirámide, cuyo volumen se expresa como:

V

APx ( AxB  axb  3

AxBxaxb )

Para la determinación cuantitativa de la superficie media de la pila, correspondiente al área media de riego, según se muestra en la figura 3.31, es necesario recurrir a la expresión de la mediana, es decir:

Donde: AP = Altura de la pila. A x B = Área inferior de la pila (base) a x b = Área superior de la pila (corona)

M

Aa 2

Por trigonometría, de la figura 3.30, obtenemos la siguiente relación:

tg  

Por lo tanto, la superficie media de riego se expresa como:

AP 2 xAP  Aa Aa 2

Sm 

Y arreglando, tenemos:

 A  a 2 4

2 xAP Aa  tg  Si consideramos que la pila es de base cuadrada, nos permite concluir que sus lados son iguales, es decir, A = B y a = b, por lo que la ecuación (3.84) se reduce a:

V

M

APx ( A 2  a 2  Axa ) 3

Por otra parte, el volumen de mena a tratar en la pila unitaria está dado por la siguiente ecuación:

V 

T

a

Donde T = Es el tonelaje a tratar en la pila, en toneladas métricas. 3 a = Es el peso específico aparente de la mena, t/m .  = Es el ángulo de reposo del mineral o mena, en grados. AP = Altura de la pila, en m. Para determinar la necesidad de carpeta o piso impermeable, es imprescindible conocer las dimensiones de la base, es decir “A”, en este caso. Reemplazando en la ecuación (3.87), los 2 valores de “a” y “a ”obtenidos de la ecuación (3.85) y simplificando se obtiene:

V

AP  2 6 xAxAP 4 xAP 2  x 3A    3  tg  tg 2  

a

Utilizando el valor del volumen dado por la ecuación (3.88), reemplazando en la ecuación (3.89) y reacomodando, se obtiene:

A

AP 2  tg 

APxT

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



AP 4 3x tg 2 

AP


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CAPÍTULO III Oro

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