PARÁMETROS CRITICOS EN EL DISEÑO DE PILA INDUSTRIAL DEL PROYECTO LIXIVIACIÓN DE SULFUROS DE MINERA ESCONDIDA Danny Castillo, Andrés Olea, Paul Smithson Proyecto de Lixiviación de Sulfuros Minera Escondida Ltda., BHP Billiton Tel. 203770 / Fax 201512 E-mail:
[email protected] [email protected] Antofagasta, 10 Marzo 2005
RESUMEN Minera Escondida Ltda. se encuentra construyendo una Pila botadero (ROM) industrial que tiene por objetivo beneficiar vía biolixiviación sulfuros marginales (0,3% a 0,7% CuT) de los rajos Escondida y Escondida Norte. El diseño de la Pila industrial se basó en los resultados de la Planta Piloto y Pila Demostrativa. A fines de 1999, Escondida Escondida tomó la decisión decisión de estudiar estudiar biolixiviación biolixiviación para los sulfuros sulfuros marginales marginales y se obtuvieron obtuvieron muestras del rajo Escondida para pruebas en columnas y gaviones en la Planta Piloto. Las pruebas se enfocaron a evaluar los siguientes parámetros: parámetros: tipo de mineral, diferentes sistemas de aireación, inoculación, concentración de acido en el riego, estrategias de riego, etc. En 2001 se realizó un botadero piloto de 300,000 TMS para demostrar el potencial de lixiviar mineral ROM y confirmar los resultados de la Planta Piloto. Esta Pila está formada por 2 módulos de aproximadamente aproximadam ente 100.000 TMS cada uno y operó durante Mayo 2001 a Diciembre 2002. Esta presentación entregará un sumario del escalamiento de los parámetros más importantes en el diseño de la Pila industrial.
A. ANTECEDENTES
Minera Escondida Ltda. se encuentra construyendo una Pila botadero (ROM) para tratar vía biolixiviación sulfuros marginales (0,3% a 0,7% CuT) de los rajos Escondida y Escondida Norte. Se contempla la construcción de dos pilas típicas de 4.900 m x 2.000 m, cada una de 7 pisos de 18 m de altura y actualmente se está partiendo con la Pila B1. La solución rica generada alimentará una planta de extracción por solvente, la cual a su vez alimentará una planta de electro obtención que producirá inicialmente 180.000 toneladas al año de cobre fino como cátodos de grado A. La importancia de la biolixiviación para la producción de cobre crece diariamente debido a la necesidad de una tecnología amistosa con el medio ambiente que sea fácil de implementar y que a la vez ofrezca un ahorro considerable de capital y costo de operación. Sin embargo, la aplicación no ha sido fácil y la falta de comprensión acerca de los temas claves ha causado que los proyectos industriales no logren cumplir con la producción diseñada y/o retrasos al tratar de lograr la capacidad de diseño. Por lo tanto, existe la necesidad de estudiar la tecnología tanto a escala de laboratorio como en planta piloto, especialmente como parte de los nuevos proyectos. Esto involucra un acercamiento sistemático donde la condición industrial debe ser imitada en el laboratorio y planta piloto para así lograr identificar y estudiar los parámetros claves y luego estos resultados son confirmados en una Pila Demostrativa, antes de la construcción de la planta industrial. El proceso consistirá en formar pilas de mineral marginal ROM sobre una base impermeable y percolar soluciones ácidas a través de ellos. El cobre se disuelve mediante lixiviación debido a la oxidación asistida por bacterias en presencia de aire y a temperaturas favorables para su actividad, siendo lo ideal que estas temperaturas fluctúen entre los 25° y 45º C. La calcosina en el mineral se disuelve relativamente rápido y el componente de calcopirita lo hace más lento y de manera incompleta, mientras que la lixiviación del mineral de covelina se sitúa entre la calcosina y la calcopirita. El cobre en los minerales marginales de Escondida se encuentra presente en ellos en aproximadamente las siguientes proporciones: Calcosina Calcopirita Covelina
40% 50% 10%
En promedio el mineral contiene 3,1% de pirita, la que también se oxida, lo que contribuye a obtener el hierro que se necesita en una solución y, más importante aún, esta oxidación genera la energía que permite mantener el balance de calor requerido para la biolixiviación. Las pilas de lixiviación serán alimentadas tanto con el mineral marginal actualmente acopiado como con el que se genere en el futuro. Dicho mineral será transportado, en camiones, desde sus actuales lugares de acopio, en el caso del mineral actualmente apilado, y desde su yacimiento de origen, en el caso del mineral que se extraiga en el futuro. El mineral marginal que aparezca antes de que las pilas estén listas o cuando no haya suficientes superficies con carpetas disponibles, será acopiado de manera separada y, posteriormente, será parte de la alimentación de las pilas. La Pila se preparará mediante compresión y con un revestimiento HDPE y/o LLDPE de alrededor de 1,5 mm de grosor. El HDPE y/o LLDPE será protegido por una capa de mineral chancado fino, nivelada, hasta lograr 70 cm de grosor que sea necesario para proteger las tuberías instaladas de drenaje y luego se instala el sistema de aireación. Una vez que el mineral sea dispuesto, será escarificado en ambas direcciones. Luego, la superficie de la pila será equipada con un sistema de tuberías de distribución para el riego por goteo. Además se va cubrir la superficie del mineral con thermofilm (plástico) para minimizar pérdidas de calor. El diseño de la Pila se baso en los estudios realizados en la Planta Piloto que empezaron con mineral botadero a partir del año 2000 y después los resultados metalúrgicos fueron confirmados en una Planta Demostrativa. El 21 de mayo del 2001, se dio inicio a una prueba de lixiviación con 300.000 TM de mineral extraído de la Mina (ROM), para demostrar el potencial de la biolixiviación para sulfuros de baja ley, como parte del programa de pruebas del Proyecto de Lixiviación de Sulfuros. El objetivo principal de esta prueba es confirmar el rendimiento de la lixiviación de sulfuros de cobre que se obtiene en el programa de pruebas (gaviones y columnas) de la Planta Piloto.
B. OBJETIVOS
El objetivo de esta charla es presentar la metodología que se realizó en el diseño de la Pila industrial donde se empleó los resultados de la planta piloto-planta demostrativa para asegurar un diseño confiable que cumpla con el plan de puesta en marcha y la capacidad de la nueva Planta. El enfoque fue en los parámetros claves para el éxito de la biolixiviación.
C. INTRODUCCIÓN Los estudios de las Planta Pilotos demostraron que los siguientes variables son claves para el éxito de la biolixiviación: 1. 2. 3. 4.
Inoculación de bacteria con el primer riego de solución; Diseño probado del sistema de aireación; Minimizar perdidas de calor para lograr alcanzar una alta temperatura en la Pila; y Control de ácido en la solución de riego.
Este paper va entregar información de cómo se evaluó cada uno de estos parámetros en las Plantas Pilotos y posteriormente su escalamiento en el diseño de la Pila. D. INOCULACIÓN DE BACTERIA Figura 1 muestra resultados de pruebas en columnas que se realizaron en la Planta Piloto para ver el impacto de la inoculación (Col 01-01 con inoculación, Col 22-03T sin inoculación). Los resultados muestran que la inoculación acelera la cinética de lixiviación de cobre significativamente porque aporta una gran cantidad de bacteria al mineral que por su origen contiene inicialmente una baja población de bacteria lixiviante igual que la solución de riego. En otras palabras, la inoculación reduce el lag-period de lixiviación que normalmente se experimenta cuando se inician pruebas con mineral y soluciones de riego frescas.
También se evaluó diferente dosis de inoculación (5, 10, y 20 L/TM) encontrándose que no hay un gran impacto de alimentar una alta dosis de inoculo. Se tomo la decisión de usar una dosis de 10 L/TM en la Pila industrial y se está construyendo una Planta de inoculación para producir el volumen de inoculo necesario para el primer riego de solución.
Figura 2 muestra el diagrama de flujo de la Planta de inoculo.
E. SISEMA DE AIREACIÓN
G. CONTROL DE ACIDO EN EL RIEGO
Para un efectivo proceso de biolixiviación es necesario el aporte de aire, esto debido a que la disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción de metales vía bacterial. No se conoce en el actual estado del arte otro oxidante que pueda ser utilizado por los microorganismos en ambientes de lixiviación. A su vez el dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.
Existe una relación biouniquívoca entre el aporte de ácido al mineral en el proceso de lixiviación y su consumo por éste. Por lo tanto el objetivo en este caso fue definir un aporte que por parte baja permitiera un pH adecuado en las solucione para una actividad bacterial idónea y el desarrollo de equilibrios químicos de disolución y precipitación de especies desde y hacia las disoluciones que no afecte el proceso global de lixiviación.
Por otro lado el aporte no debe ser en exceso de forma de no promover consumos excesivos de ácido y la disolución exagerada de impurezas que pueda llevar en el equilibrio, recordando que es un proceso en circuito cerrado, a niveles nocivos para la actividad bacterial e Dicho sistema debe ser económicamente rentable y incluso deterioros en los procesos de transferencia de factible de implementar industrialmente, además debe masa en la lixiviación y efectos perniciosos en los procesos protegerse de las soluciones percolantes y soportar la posteriores de SX y EW con pérdidas de calidad en el carga de varios metros de altura de mineral. producto final e incrementos innecesarios en los costos operacionales. Así desde el año 1998 se empezó a desarrollar en Planta Piloto el sistema de distribución de aire, implementado Estos niveles de acidez fueron definidos en múltiples a escala semi-industrial en Planta Demostrativa en el pruebas en Planta Piloto para la mayoría de las litologías año 2001 y perfeccionado en los años 2003 y 2004 con que serían tratadas en la futura Planta Industrial y pruebas en modelos reales a escala industrial. Siendo el verificadas en la prueba semi industrial de Planta diseño patente de propiedad de Minera Escondida Ltda. Demostrativa. Por tal motivo se hace tremendamente importante el desarrollo de un sistema de distribución de aire a nivel industrial que permita una eficiente aireación del lecho mineral bajo irrigación.
F. CONTROL DE PÉRDIDAS DE CALOR Otra variable de gran importancia para el proceso de biolixiviación corresponde a obtener en el lecho mineral una temperatura adecuada para una óptima actividad bacterial. Esta variable se enfocó desde dos puntos de vista: el primero desde el punto de vista de pruebas que representen fielmente la operación en una pila industrial y el segundo orientado a la misma operación industrial y consistió en identificar y probar estrategias que minimizaran las pérdidas de calor al ambiente en la pila de forma de obtener temperaturas lo adecuadamente alta para una buena actividad bacterial. El primer punto guarda relación con una representación adecuada de un proceso de biolixiviación industrial en pruebas de columnas y gaviones. Para ello se diseñaron en Planta Piloto dispositivos de aislamiento térmico que permitieron representar de forma más fidedigna la operación industrial a través de pruebas. Para el segundo enfoque se aplicaron dos estrategias orientadas a minimizar las pérdidas de calor en la pila en sus zonas más sensibles; el eje Z o altura del lecho y las pérdidas por evaporación de la solución de riego. Las soluciones propuestas (altura óptima y uso de cubiertas protectoras o termo film) fueron ensayadas con éxito en Planta Demostrativa y Planta Piloto.
CONCLUSIONES
Tenemos las siguientes conclusiones: 1. El éxito de un proyecto industrial hidrometalúrgico depende de gran manera de la realización de un pilotaje adecuado que simule de la forma más cercana posible la operación industria e identificando desde ya los problemas que se enfrentarán; identificando e interpretando las variables con mayor incidencia; y ensayando las posibles soluciones a los problemas encontrados. 2. Las Plantas Pilotos se convierten en ejes estratégicos incluso para la operación misma, ya que permite evaluar la gran heterogeneidad de los yacimientos, adaptando los procesos a los nuevos requerimientos, ensayando soluciones reales a mínimo costo, generando información de alto valor agregado y recursos humanos altamente capacitados.
I.
REFERENCIAS
R.K. Preece, Pre-test Grade and Sulphide Mineralogy of the Sulphide Leach Demonstration Test Heap: Unpublished Minera Escondida Ltda. report, September 2001
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al equipo de Metalurgia de Sociedad Terral, S.A. por toda la colaboración entregada con la preparación de este paper.
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