Resumen Resum en [1] [2] Para procesar un tipo de mineral es importante comprender el recurso de que posee mediante análisis tanto químicos como geológicos, luego de comprender el recurso que se pose se comienza com ienza diseñar un programa de pruebas apropiado, donde la prueba inicial debería realizarse a muestras con diferentes características litológicas. Una vez que se encuentre terminado el modelo detallado de la roca, las pruebas de columna para conocer el comportamiento del mineral durante la lixiviación pueden llevarse a cabo para distintos compuestos. Estos compuestos debiesen incluir la mayor cantidad de tipos de rocas respecto a su distribución, tanto en sección transversal como en lo más profundo. Una vez que la evaluación de recur sos determine que el tratamiento puede potencialmente ser de lixiviación en pilas, los objetivos principales del programa de pruebas debe ser dete rminar: 1) Nivel general de extracción versus la unidad litológica, profundidad y ley del mineral 2) Recuperación versus el tamaño del triturado 3) Potencial producción de finos con el triturado 4) Degradación de la ganga sobre la lixiviación 5) El consumo de ácido y el efecto del tamaño de la partícula 6) La química clave de la solución de equilibrio 7) La práctica comercial de las pilas de lixiviación Para el desarrollo del programa de pruebas se consideran importantes los siguientes ítems a considerar: 1) Colección de muestras 2) Tipos de mineral 3) Preparación de la muestra 4) Tipos de pruebas 5) Altura de la pila 6) Interpretación y escalamiento
Colección de muestras Es bueno tener una colección de m inerales que se considere una muestra representativa para poder realizar las pruebas y así desarrollar satisfactoriamente la pila de lixiviación. Mientras esto no se realice, la única opción para m itigar es ser muy flexible con la hipótesis de diseño de la solución impregnada (PLS), el grado, el tiempo y el área de lixiviación. Los nuevos métodos de perforación y muestreo permiten evaluar e l contenido de cobre total y cobre soluble y permiten adecuar el modelado de grados del yacimiento. De todas formas solo el perforado de núcleo es capaz de entregar la información necesaria para desarrollar el modelo de tipo de roca requerido para el desarrollo del diseño de una pila de lixiviación de bajo riesgo.
Tipos de mineral Un entendimiento adecuado de la mineralogía es sumamente importante para e l diseño del programa de pruebas de trabajo. L a respuesta metalúrgica, tanto en el tiempo de extracción como en el consumo de ácido, ácido, puede ser completamente diferente para minerales oxidados o por el contrario para secundarios, de transición, y minerales de sulfuros primarios.
Óxidos Minerales oxidados o minerales formados en un ambiente oxidante pueden ser tratados de muchas formas. Algunos minerales oxidados como la malaquita y la azurita se pueden lixiviar extremadamente rápido. Luego la crisocola es la más rápida de disolver. De todas formas, la lixiviación de la mayoría de los óxidos es dos o tres veces más rápida r ápida que la de los sulfuros primarios. Una de las más grandes diferencias entre el oro y el cobre en cuanto a pilas de lixiviación es el tiempo. El tiempo de recuperación del oro para una pila de 6 a 15 metros es de 60 a 150 días, cuando para poder recuperar un nivel similar de cobre soluble se requiere de 150 a 300 días. Para los minerales supérgenos de cobre este tiempo asciende de 300 a 900 días dependiendo del grado del yacimiento. Esto se debe por lo general al impacto que
general el alto contenido de finos naturales como la arcilla, la degradación del yacimiento, y los altos niveles de reactivo necesario para disolver y desplazar más masa.
Sulfuros: La mineralogía de los sulfuros de cobre, especialmente los secundarios que se presentan como posibles candidatos a lixiviación, es muy compleja. Una gama amplia de minerales de cobre primarios como la c alcopirita o la enargita, o los minerales de cobre secundarios que son sometidos a oxidación son complejos. Cada mineral tiene su propio nivel de solubilidad, donde la cinética de disolución se encuentra limitada por la gran cantidad de productos reaccionantes. La disolución de minerales sulfurados es electroquímica en la naturaleza, requiere la presencia del ión férrico generalmente e n sulfuros de nivel medio. Es necesario del comportamiento de oxidación catalítica de la bacteria “Acidithiobacillus ferrooxidans” a 45°C. La experiencia comercial indica que con ae ración forzada incrementa, en la mayoría de los casos, entre un 3% a un 8% la extracción sobre los 300 a 500 días para yacimientos de cobre con contenido de 1,2% de cobre total comparado con la aeración no forzada.
Preparación de la muestra Se debe tener más de una muestra para realizar las pruebas. Las pruebas por lo general se deben realizar en distintas columnas para comparar los resultados y determinar que parámetros se pueden variar para optimizar el proceso. Algunos de los parámetros que se pueden modificar con este ítem incluyen métodos de pretratamiento de ácido, razones de aplicación de soluciones variadas, el tamaño de triturad tipo de roca, entre otros.
Tipos de pruebas Una aproximación típica recomendada puede ser como lo siguiente:
Primera conducta mineralógica y pruebas de diagnóstico para determinar el contenido cobre soluble y el consumo de ácido e n ensayos de pulpa para caracterizar el mineral por litología y con profundidad y área transversal. (Resultado de la evaluación de recursos)
Prueba de “conduct bottle roll” para la caracterización preliminar de las especies solubles y consumo de ácido para grano grueso (posible prueba de estática) Prueba de mini columna (1,5 a 2 metr os) en ciclo abierto para pruebas de opciones de pretratamiento de ácido y solubilidad general a un par de tamaños de triturado Pruebas en columnas comerciales profundas de gran diámetro en ciclo cerrado con extracción por solvente para identificar el e fecto del tamaño del triturado, el grado del mineral versus las relaciones de recuperac ión, el esquema de pretratamiento de ácido, el control del pH, química del hierro, acumulación de las impurezas y mejor estimación global del consumo de ácido.
Pruebas piloto a gran escala, si se considera necesario.
El ensayo de consumo de ácido y esquemas de tratamiento previo se basa en pruebas empíricas desarrolladas por laboratorios particulares.
Tests Cobre soluble y contenido de hierro y consumo de ácido de la red ganga El paquete de datos analíticos inicial solicitado en intervalos de perforación del agujero es importante en la definición de no solo el rec urso de cobre total, sino que también el potencial del recurso para ser lixiviado en pila. De esto se obtiene un conocimiento previo del contenido de mineral soluble, el consumo de la red de ganga y el contenido de hierro ácido soluble.
Bottle roll test Este test realizado para granos gr uesos (sobre los 12 mm de diámetro) tiene una pequeña utilidad para el panorama general. Estos son indicativos de la facilidad del ácido y , en el caso de los depósitos de sulfuros, el contenido férrico soluble. El pH utilizado es entre 1,5 o 1,8 para los
ensayos del test de consumo de ácido en la pulpa, lo que debiese ser 2 a 4 veces más grande que el utilizado realmente en algunas pilas. Otro problema de este test es la degradación que puede tener lugar debido al desgaste, que compromete los resultados.
Mini-column tests (< 1-2 m de profundidad) Estas pruebas son generalmente usadas para determinar las técnicas de tratamiento previo del ácido y tener una noción de los e fectos del tamaño de triturado. La información del test se entrega rápidamente.
Full comercial depth tests Todas las pruebas que buscan desarrollar una pila de lixiviado exitosa tienen incorporada una prueba de columna de ciclo cerrado aproximándose mucho a las utilizadas a nivel comercial. La relación del pH, el ácido libre, la química del hierro y el potencial son algunos de los parámetros que se pueden observar.
Larger scale pilot heap tests Es necesario entender las limitaciones de los ensayos, ya que a veces no entregan la mejor información que la planeada con el test de columna, debido a los siguientes problemas:
La muestra no es representativa
Imposible construir de la misma manera que una pila comercial
Mejor atención a la solución de aplicación
Mejor oxigenación
Gran atención en los detalles
Algunas ventajas de la prueba piloto a gran e scala:
Entrenamiento del operador
Muestreo bajo condiciones climáticas
Las pruebas ROM requieres ensayos largos
Realizar las pruebas bajo condiciones reales de métodos de ubicación del mineral
Potencialmente mejor financiamiento para proyectos
Pruebas de pilas de lixiviación a gran escala: Altura de la pila En cuanto a la altura ideal de las pilas, siempre es mejor diseñar el proceso analizando las variable como la mineralogía, reactivo disponible, características hidráulicas. Las operaciones de menas supérgenas tiene resultados de lixiviación satisfactorios a una profundidad de 10 a 12 metros. La uniformidad de la distribución del tamaño de la partícula, con el t riturado y la aglomeración de ácido que proporciona, pueden extender la profundidad trabajable mejorando las características de la percolación. Si el reactivo puede ser provisto en el mismo lugar, como la oxidación bacterial de pirita y hierro ferroso junto al uso de aeración forzada, combinado con un buen comportamiento hidráulico, se puede tolerar grandes profundidades. Los óxidos de alto grado (entre 2 a 4%) de cobre, especialmente la malaquita y la azurita, pueden necesitar ser lixiviadas a menos profundidad para controlar el pH y mantener el cobre en solución. Estos minerales consumen ácido en grande cantidades, agotando pronto el ácido libre. El co ntenido excesivo de finos puede ser otro factor determinante a la hora de diseñar la altura de la pila. Una clave para entender las ventajas y desventajas que acarrean las diferentes alturas que puede adoptar la pila es conocer la capacidad planta y el nivel de extracción cuando se está considerando un tiempo de residencia más largo permitido.
Interpretación y escalamiento Es prácticamente imposible combinar e incorporar en una sola prueba de columna las condiciones de equilibrio que se necesitan en realidad. Además, los cambios en las condiciones del ambiente como la temperatura y la altura, no se puede alcanzar a menos que la prueba se realice en el sitio.
Es importante entender la ineficiencia que se da e ntre las pilas de lixiviación y las columnas. Según el autor no existe gran diferencia entre las columnas de diámetro pequeño o g rande, pero si tienen mejor representatividad que las pilas en la actualidad. En las siguientes figuras se encuentra el co mportamiento de laboratorio de las pruebas comparado con los datos reales obtenidos en el lugar.
La mayoría de las diferencias están relacionadas a las limitaciones del reactivo en contacto con el mineral. Un buen diseño debe anticiparse a una gama de ineficiencias y de factores de uniformidad y proveer suficiente tiempo para tratar con e stas variables. Existen limitaciones con respecto a la condición física y uniformidad de los parámetros de la pila, independiente del mineral. Algunos parámetros que se esfuerzan por co nseguir la uniformidad son: 1) 2) 3) 4) 5)
Grado del mineral Características del consumo de ácido Aplicaciones de la solución, especialmente a diferentes profundidades del mineral Distribución de la superficie y humedad Uniformidad en la permeabilidad
6) Uniformidad en la adición de ácido, a través de la aglomeración, si el tamaño de triturado lo permite 7) Tamaño de partícula En las siguientes figuras se encuentra el r ango de recuperación que se espera para una lixiviación comercial de 6 a 8 metros de pila, para óxido y mineral supérgeno c on aproximadamente un 1% de contenido de cobre soluble.
Diseño de una pila de lixiviación Los aspectos más importantes a considerar son: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
Diseño conceptual de lixiviado Diseño de almohadilla y revestimiento Metodo de contrucción de la pila Método de aplicación de la solución Diseño de extracción por solvente y e lectrowining Implementación del proyecto Asuntos de cierre
Influencia del tamaño de partícula en la cinética de lixiviación [2] Finalmente, luego de revisar las semejanzas e ntre resultado obtenidos con columnas y pilas de lixiviación, a continuación se observa en la figura 6 un gráfico que analiza el efecto que tiene el tamaño de la partícula en la rec uperación de cobre en una columna, a 30°C con la solución indicada en el gráfico.
A medida que el grano se vuelve más pequeño, se encuentran más sitios activos están expuestos a la solución. A medida que se desarrolla el proceso de lixiviación los reactivos penetran en el triturado fino y así es posible extraer m ayor cantidad de cobre soluble.
References [1] R. E. Scheffel, «Copper heap leach design and practice,» Mineral processing plant design, practice, and control, pp. 1571-1599.
[2] Y. Z.-l. H. H.-p. C. Q.-y. Liu Zhi-xiong, «Leaching kinetics of low-grade copper ore contaning calcium.magnesium carbonate in ammonia-ammonium sulfate solution with persulfate».
