Recupe cu pera raci ción ón de Oro a tra tr avés vés de Procesos rocesos Biote Biot ecnológic cnol ógicos os Curso de Actu Actualización P rocesos Aurífer feros 15 al 17 de Diciembre 2004
Martha rt ha E. E. Ly Arrasc Ar rascue ue
Qu e es l a B i ot ote ec n ol olo o g ía? Es
la tecnología que hace uso de organismos vivos o de sus subproductos con el fin de obtener de bienes y servicios. Todas las líne íneas de trabajo por Tod las cuales se produ producen cen bienes bienes y servicios usando organismos vivos, sistemas y procesos biológicos.
Definiciones ¾
¾
¾
Biomin Biominer eríía: Biotecn Biotecnolo olog gía aplic aplicad ada a a la ind industr stria minero inero - metalúrg etalúrgica ica para para bus buscar la solución solución de de sus sus diferentes problemas productivos (recuperación de metales) y ambientales (remediación). Considerable aumento de I&D. Atractiva técnica y comercialmente ante las tecnologías convencionales. Desarrollos a nivel laboratorio, piloto, industrial. Biolixiviación: La conversión microbiana de un compuesto metálico insoluble a su forma soluble (oxidación de un sulfuro metálico a sulfato del metal, ej.: CuS Æ CuSO4). Biooxidación: Recuperación de un metal es mejorada por la descomposición del mineral, pero el metal ha ser recuperado no es solubilizado (ej.: Recuperación de oro a partir del mineral arsenopirita AsFeS2). P retrat retratam amiento. iento.
Otros procesos biotecnológicos ¾
Biosorción: Fijación de metales pesados en la pared de los microorganismos o biopolímeros para posterior recuperación. Funcionan como polímeros. Desarrollos a nivel laboratorio, piloto. Ej. Biopolímeros de quitosano HClAu4.capacidades de sorción entre 400 a 600 mg de Au/g de quitosano. (Ly Arrascue et al., 2003, Hydrometallurgy, 71(1-2), 191-200)
¾
¾
Bioacumulación: Incorporación de metales pesados al interior de la célula de los microorganismos. Ej. E. coli, Pseudomonas maltophilia. Mejoras en la recuperación utilizando células inmovilizadas en diferentes materiales. Pruebas a nivel laboratorio. Producción de cianuro: Microorganismos producen cianuro que ayudan a la recuperación de oro. Pruebas a nivel laboratorio.
B. Volesky, Sorption and Biosorption BV Sorbe Sorbex x , Inc., Inc., Mont Montrea reall – St. St. Lambert, Quebec, Canada, 2003
Acc o n d i c i o n am A amii en entt o d el Qu Quii t o s an ano o
• • • • •
(a) Membra Membranas nas de quitos quitosan ano o con Pd (antes (antes y desp después ués de reducc reducción ión quími química) ca) (b) Fibra Fibra hueca hueca para para aplica aplicació ción n en catál catálisi isiss soport soportada ada (c) (c) Módul Módulo o de fibr fibras as huec huecas as cata catalí líti tica cass (d) Perla de gel de quitosano (e) Fibra Fibra de quito quitosano sano
Biooxidación La Biooxidación es un tratamiento alternativo a la tostación y a la lixiviación a presión, que está siendo utilizado a nivel industrial para tratar concentrados refractarios de oro mediante reactores con agitación mecánica y para tratar minerales sulfurados de baja ley en pilas de lixiviación.
ANTES DEL PROCESO DE BIOOXIDACION
Au ocluido
Arsenopirita
Cianuración directa: 10 – 12 % recuperación de oro
DESPUES DEL PROCESO DE BIOOXIDACION
Arsenopirita
Au libre
São Bento Ore - Refractory Gold Au
Pirrotita Au
Arsenopirita
Cianuración directa: 30 - 45% recuperación de oro
;Inicio
;Final
Fechas de importancia ¾
Recuperación de cobre de las aguas d e mina de Río Tinto, España, 1670
¾
Lixiviación de cobre en botaderos en Río Tinto, 1900 Lixiviación en USA en 1920 Influencia de las bacterias en la oxidación de hierro, 1940
¾ ¾ ¾ ¾
¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Aislamiento de Thiobacillus
ferrooxidans ,
1947 (Colmer & Hinkle)
T. ferrooxidans es encontrado ser el catalizador causante de la producción
excesiva de drenaje ácido que disuelve el uranio en Denison Mine, Canadá y en Gencor´s West Rand Consolidated Mines en Sudáfrica, 1950 Inicio de investigaciones en oxidación bacteriana por Gencor en 1960
Aislamiento de microorganismos azufre oxidantes de aguas termales, 1960´s (Brierley & Brock) Arqueae como un nuevo reino, 1970´s (Woese) Biolixiviación de concentrado sulfurado de arsénico, P inches, 1975 Biolixiviación de cobre en Toromocho, Perú, 1970´s
¾
Planta de biolixiviación de cobre en Lo Aguirre, Compañía Minera Pudahuel, 1980-1996 (16,000 tpd)
¾
Biooxidación de sulfuro refractario, Marchant & Lawrence,1983 Comisionado de planta piloto continua para tratar concentrado de Fairview, 1984 Plantas piloto de Biooxidación en Norteamérica, 1985-1990
¾ ¾ ¾
Arranque de primera planta industrial en Fairview, Sudáfrica para tratar 10 tpd de concentrado, 1986
Fechas de importancia ¾
Arranque de reactor BIOX en Sao Bento, Brasil para tratar 120 tpd como pretratamiento de concentrado en lixiviación a presión, 1990
¾
Gunpowder’s Mammoth Mine, Australia, biolixiviación de cobre 1991- presente Ampliación de planta industrial de Biooxidación en Fairview a 40 tpd, 1991 Mt. Leyshon, Australia, biolixiviación de cobre 1992- cerrado Arranque de planta BIOX en Harbour Lights, Australia para tratar 40 tpd, 1992 Cerro Colorado, Chile biolixiviación de cobre 16,000 tpd 1993-presente Girilambone, Australia biolixiviación de cobre 2,000 tpd 1993-presente Arranque de planta BIOX en Wiluna, Australia para tratar 115 tpd, 1993
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Arranque de planta BIOX en Sansu, Ghana para tratar 720 tpd, 1994 Comisionado de planta Youanmi, Australia con tecnología BacTech, 1994 Ivan-Zar, Chile biolixiviación de cobre 1,500 tpd 1994- presente Quebrada Blanca, Chile biolixiviación de cobre 17,300 tpd 1994- presente Expansión de planta BIOX en Ghana para tratar 1,000 tpd, 1995 Expansión de planta BIOX Wiluna para tratar 155 tpd, 1996 Planta piloto BioNIC, 300 kpd, 1996 Estudios genéticos detallados para diferenciar arqueas de eubacterias, 1996 Andacollo, Chile biolixiviación de cobre Chile 16,000 tpd 1996 presente Dos Amigos, Chile biolixiviación de cobre Chile 3,000 tpd 1996 presente
Fechas de importancia ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Van a Billiton las biotecnologías en metales básicos como BioCOP, BioNIC y BioZINC, 1997
Arranque de planta piloto BioCOP en Chuquicamata 70 kpd, Chile, 1997 BacTech y Mintek hacen joint venture, 1997 Gencor se une a Gold Fields y forman Gold Fields Limited que continua con el desarrollo de la biotecnología BIOX, 1998 Zaldivar, Chile biolixiviación de cobre Chile 20,000 tpd 1998 presente Arranque de planta BIOX en Tamboraque, Perú para tratar 60 tpd, 1998. Comisionado de planta Beaconsfield en Tasmania con tecnología BACOX (BacTech), 2000 En comisionado de planta en Laizhou en Shandong, China con tecnología BACOX, 2001
BHP-Billiton con Codelco (Alliance Copper S) utilizan BioCOP industrialmente, 2003 Geobiotics utiliza proceso de biooxidación en pilas GEOCOAT, Agnes, Sudáfrica, 2003 A punto de ser comercial, Mintek-Peñoles
Estructura celular
Microorganismos de importancia Microorganismos
Algunos conceptos básicos Quimiolitotrófico: para crecer solo necesitan sales inorgánicas, obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. Heterótrofo: crecen en medios orgánicos, carbohidratos para formar nueva biomasa Autótrofo: usan el CO2 del aire como recurso de carbono para síntesis de nueva biomasa Mixotrofo: tanto en medio inorgánico como orgánico Mesófilo: temperatura óptima 15-30ºC Termófilo: temperatura óptima mayor a 60º C Acidófilo: ambiente ácido Aeróbico: necesita presencia de O 2 como aceptor de e Obligado/Estricto Facultativo:desarrollo tanto en medio aeróbico y anaeróbico
Clasificación de microorganismos según temperatura óptima a) Mesófilos: Acidithiobacillus ferrooxidans, At. thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Ferroplasma acidiphilum, F. acidarmanus
b) Termófilos moderados(40º-60ºC): At. caldus, L. ferriphilum, L. thermoferrooxidans, Sulfobacillus thermosulfidooxidans , c) Termófilos obligados (> 60ºC): Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera.
Adsorción de la bacteria a la superficie del mineral Paso esencial para la acción catalizadora bacteriana sobre el mineral ¾ Depende del estado de crecimiento de la población y el grado de oxidación del sustrato (equilibrio dinámico) ¾ Ocurre por períodos y depende del estado fisiológico de las bacterias (adaptación) ¾ Dos estadíos: fisioadsorción (interacción electrostática) y adsorción química ¾ Dos factores que influencian: Carga de la superficie bacteriana/ Exometabolitos ¾ Pili, formación de mucosa ¾ Zonas de corrosión ¾
ac ores que n uenc an a ve oc a de la reacción ¾ La naturaleza del mineral ¾ La solubilidad del mineral ¾ Tipo de semiconductor es
el mineral ¾ El potencial electroquímico entre el mineral y la solución acuosa
Factores que influencian la actividad bacteriana ¾ Tamaño
de partícula ¾ Densidad de pulpa ¾ Temperatura ¾ pH, Eh ¾ Nutrientes esenciales ¾ Inhibidores ¾ Aireación, concentración de O2 y CO2 ¾ Sensibilidad a los metales pesados ¾ Limitación genética de los microorganismos para que puedan adaptarse a determinados minerales y condiciones ácidas.
Nutrientes •Medios de cultivo inorgánicos •Fuente de carbono: CO2 •Fuente de energía: ferroso, especie azufrada reducida •Aireación: O2
Aireación •CO2: fuente de carbono •CO2 se suministra con el aire •Aire se dimensiona para cumplir con demanda de O2 •Siendo así, siempre se estará limitado por C •0.03% CO2 en aire, O2/CO2 =700 •Estequiometría: órdenes de magnitud menor •Coeficientes de transferencia similares •Enriquecimiento con CO2
Algunos medios de cultivo Composición (g/L) 9K Jones y Kelly Bryner y (NH4)2SO4 KH2PO4 K 2HPO4 KCl MgSO4·7H2O Ca(NO3)2 H2SO4 (10 N) FeSO4·7H2O Al2(SO4)3·18H2O
3,0 0,5 0,1 0,5 0,01 1 mL/L 44,2 -
0,36 0,054 0,15 pH 1,6 3-13 -
Anderson 1,0 0,1 0,05 3,0 0,1 pH 2,65 10 4,0
Estado fisiológico de la bacteria
¾ La resistencia a los iones metálicos
depende del grado de adaptación y del hábitat de las cepas silvestres. ¾ Mecanismos de resistencia debida a los plásmidos (ej. al Hg 2+, UO2 2+). ¾ Construir tolerancia creciente por subcultivos continuos
Actividad catalítica de la bacteria Fin: Oxidación del Fe(II) acuoso, Fe(II) y S en los minerales Interacción de la bacteria con la superficie (adsorción) Factores que influencian en la velocidad de la reacción Características del crecimiento bacteriano La resistencia a los iones metálicos depende del grado de adaptación y del hábitat de las cepas silvestres. Mecanismos de resistencia debida a los plásmidos Construir tolerancia creciente por subcultivos continuos
Aislamiento de cultivos bacterianos ¾
¾ ¾ ¾
Principales fuentes de cultivos bacterianos: drenaje ácido de mina, mineral, agua y pulpas de fuentes volcánicas. Procedimiento de subcultivos. Medio 9K. Aislamiento de cultivos puros. Mantenimiento, guardado y reserva de los cultivos.
Cultivos mixtos Contribución beneficiosa a nivel industrial. ¾ Distribución de los microorganismos en los minerales depende del tipo de microorganismo y condiciones ambientales. ¾ Mecanismos de interacción entre los microorganismos: ¾ a) entre dos quimiolitotróficos ¾ b) un quimiolitótrofo y un heterótrofo Fairview: ¾ Ej. Leptospirillum y At. ferrooxidans thiooxidans. Minoritario At. ferrooxidans. ¾
¾El factor que determina la
velocidad de la biolixiviación de los minerales y la velocidad del desarrollo bacteriano es la NATURALEZA DEL MINERAL
Reacciones químicas del mecanismo directo (lixiviación de contacto) 2FeAsS +7O2 +2H2O +H2SO4 --->Fe2(SO4)3+2H3AsO 4FeS2 +15O2 +2H2O ---->2 Fe2(SO4)3 +2H2SO4 4FeS +9O2 +2H2SO4 ---> 2 Fe2(SO4)3 +2H2O
Reacciones químicas del mecanismo indirecto FeAsS +Fe2(SO4)3+H2O+1.5O2→H2AsO4 + 3FeSO4 +S 0 FeS 2 +Fe2(SO4)3→3FeSO4 +2S 0 (ataque férrico) 4FeSO4 +2H2SO4 +O2→2Fe2(SO4)3 +2H2O (Generación ión férrico) 2S 0 +2H2O + 3O2 →2H2SO4 (Generación de ác.sulfúrico)
Reacciones secundarias de precipitación de arseniato férrico, disolución ácida de carbonatos y precipitación de jarosita 3H2AsO4 +Fe2(SO4)3 → 2 FeAsO4 +3H2SO4 CaMg(CO3)2 + 2H2SO4 → CaSO4 +MgSO4 + 2CO2 +2H2O 3 Fe2(SO4)3 +12H2O +M2SO4 →2MFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4 Donde M+ es K +, Na+, NH4+, H3O+
Características de los Procesos Reacciones exotérmicas: calentamiento de pulpa, biopilas ¾ Control de temperatura en pilas es dificultoso ¾ Utilización de bacterias/arqueas extremadamente termófilas ¾ En reactores: enfriamiento, 15-20% sólidos ¾ Grandes volúmenes de aire: reduce el tiempo de lixiviación; mayor costo operativo (uso de ventiladores de baja presión, alto volumen) ¾
Pilas y Botaderos Baja inversión •Operación simple •Buena recuperación •Largos tiempos de operación •Sistema heterogéneo •Dificultad en el control del proceso •Minerales de baja ley. Mercado •Descartes y desechos (botaderos) •Tecnología alternativa a pirometalurgia
Reactores •Facilidad de optimización del procesos •Facilidad de control •Buena recuperación •Alta productividad volumétrica •Limitación por tamaño: concentrados •Aplicación actual a minería del oro •Aplicación cercana a minería del cobre
Reactores •Selección y diseño: •Sistema heterogéneo gas/líquido/sólido •Sustrato complejo •Modalidad de operación: continua •Tipo de reactor: tanque agitado •Carácter autocatalítico •Sustrato difícilmente metabolizable •Solución óptima: arreglo de reactores
A s amento e cu t vo acter ano e Drena e Ac o de Mina del nivel 710 Coricancha 4,000 m.s.n.m.
Caudal 245m3/día ¾ pH 2 ¾ REDOX 650 mV ¾ Ión férrico 2.5-5 g/l ¾ 1 ppm de As ¾ Población bacteriana ~105 bacterias/ml ¾
Financiamiento y soporte técnico de la organización alemana GTZ para implementación planta piloto en TECSUP. Con los resultados exitosos del pilotaje desarrollado por compañía MLPSA, GENCOR (hoy Gold Fields Limited) realiza la ingeniería de detalle de la planta industrial BIOX® para tratar 60 TM de concentrado de arsenopirita.
Pla lant nta a pi pilo loto to de d e Bi Bioox ooxid ida aci ción ón Diagrama de flujo FEED
P lanta lanta piloto continua continua ubicada ubicada en TECSUP TK - RA TK - R1 TK - R2 TK - R3 TK - E
AIR
Leyes
Relaves de Zinc: 3-5 gr/ton Au (0.14 oz/TM) ¾ 45 g/ton Ag (1.45 oz/TM) ¾ 10-13 % Fe ¾ 4-6 % As
Concentrado de arsenopirita
¾
25 gr/ton Au (0.8oz/TM) ¾ 57 g/ton Ag (1.83 (1.83 oz/TM) oz/TM) 30 % azufre como sulfuro ¾ 32-36% Fe ¾ 22-24% As ¾
¾
Resultados planta piloto Días de retención ret ención 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6
Biorea oreact ctor or Au (g/t g/t)) RA 23.77 23. R1 24.7 R2 25.5 R3 25.2 TE 28.3 RA 23.44 23. R1 24.7 R2 25.5 R3 27.5 TE 27.6 RA 23.11 23. R1 22.9 R2 23.9 R3 23.6 TE 23.4
2-
%S 19.55 19. 19.1 14.0 8.3 3.0 18.88 18. 20.0 17.0 8.1 4.0 16.66 16. 16.9 11.5 8.0 4.6
%oxida oxidaci ción ón de % de disolución S como sulfuro de oro 37.0 53.11 53. 40.1 56.1 57.6 74.1 74.6 88.0 92.0 92.0 38.0 57.88 57. 37.7 54.9 48.7 72.7 77.0 89.1 89.0 91.9 40.7 59.33 59. 39.6 56.7 58.9 79.5 71.4 88.1 83.6 91.6
Retos ¾
¾
¾
¾
Objetivo: Recuperación de oro y plata a partir del concentrado de arsenopirita utilizando el proceso de biooxidación. GoldFields realizó la ingeniería de detalle para la planta BIOX® para el tratamiento de 60 toneladas de concentrado de arsenopirita. Disminución del tiempo de retención de 8 a 5 días. Mínimo de 80% de oxidación de sulfuros. Recuperación de oro más de 90%. Utilización de las bacterias (cultivo mixto) aisladas del drenaje ácido de la mina Coricancha y adaptadas a altas concentraciones de arsénico (más de 20 g/l). Utilización del drenaje ácido de mina durante el proceso de biooxidación: disminución de uso de ácido sulfúrico y ión férrico que posibilita precipitados estables por la relación Fe/As > 3.
Consideraciones Forma de tanques ¾ Agitadores ¾ Oxidación primaria ¾ Oxidación secundaria ¾ Ingreso de aire ¾ Mantener temperatura con aislantes ¾ Solubilidad de nutrientes ¾ Mantener pH en rango óptimo 1.4-1.8 ¾ Medición de la velocidad de consumo de oxígeno ¾ Molienda del concentrado. Atrición ¾
Criterios de diseño de Planta BIOX® Tamboraque Presión atmosférica Temperatura máxima seca Temperatura máxima húmeda Capacidad de la Planta Disponibilidad de la Planta Análisis de mineral existente: - Azufre como sulfuro - Arsénico Análisis mineralógico: - Pirita - Arsenopirita % de sólidos en la pulpa de alimentación Tiempo de residencia total Número de reactores primarios en paralelo Número de reactores secundarios en serie Temperatura de la pulpa de biooxidación Pérdida de peso Requerimiento total de aire Calor generado en la reacción Número de estadíos CCD Razón de agua de lavado en CCD (agua de lavado: flujo de sólidos) Área requerida para el CCD Número de estadíos de neutralización Tiempo de residencia por estadío de neutralización
70.1 kPa 20 C 16 C 60 ton/día 95 % 30.0 % 26.0 % 35.3 % 56.5 % 20 % 5 Días 3 3 40 C 30 % 15,400 Nm3 /h 13,000 kW 3 8.2 9.0 m2 /t/ h 6 1 hora
Parámetros incremento inóculo para la planta industrial Volumen de los bioreactores: 10, 100, 1m3 y 10 m3 ¾ Agitación 360, 292, 160 y 120 rpm respectivamente ¾ Porcentaje de sólidos: 10% ¾ Medio 9K modificado utilizando AMD ¾ Temperatura 36-42 ° C ¾ Volumen del inóculo: 10% ¾ Molienda: 85% -45µm ¾ Oxígeno disuelto: mínimo 2 ppm ¾ Relación Altura/Diámetro de reactores: 1 ¾ Impulsor axial Lightnin A-315 ¾
50 45 40 35 30 g/l 25 20 15 10 5 0
50 45 40 35 30 g/l 25 20 15 10 5 0
Fe2+ Fe3+
0
1
2
3
4 5 DAYS
6
7
Figura 1. Oxidación del Fierro en bioreactor de 10 litros
8
9
Fe2+ Fe3+
0
1
2
3
4 5 DAYS
6
7
Figura 2. Oxidación del Fierro en bioreactor de 100 litros
8
9
50 45 40 35 30 g/l 25 20 15 10 5 0
100 ) % ( n o i t u l o s s i d d l o G
Fe2+ Fe3+
80 60 40 20 0
0
1
2
3
4
5 6 DAYS
7
8
Figura 3. Oxidación del Fierro en bioreactor de 1000 litr os
9
10
0
20
40
60
80
100
Sulphur breakdown (%)
Figura 4. Disolución del Oro vs. Descomposición del Sulfuro en bioreactor de 1000 litros
Table 3 Biooxidation Control Parameters (Tank of 1000 liters) Day
Fe
2+
Fe
3+
AsT (g/l)
REDOX (mV)
pH
3.65
445
1.70
2,1 X 10
8
Limestone Bact. populat. % Sulphide Gold dissolution Add. (l) (cells/ml) sulphur (%)
0
9.70
4.90
1
9.90
4.40
437
1.68
2,8 X 10
8
2
9.00
5.60
443
1.68
3,1 X 10
8
3 4
8.40 7.40
9.50 13.30
1.59 1.49
5,8 X 10
8
14.53
455 485
5 6 7
6.50 5.10 3.10
18.80 25.40 33.10
1.48 1.40 1.26
1,8 X 10
19.90
547 578 593
5 10
8
0.90
37.35
602
1.27
23
3,8 X 10
9
9
0.15
43.20
634
1.29
10
4,3 X 10
9
10
0.10
46.60
670
1.29
10
5,5 X 10
9
24.10
30.00
10.00
21.00
18.00
8.30
68.00
3.00
93.10
9
Inoculum Building Up: de 10 litros a 10m3
Métodos analíticos Concentraciones de fierro ferroso y férrico en la solución por titulación con dicromato de potasio ¾ Arsénico total en la solución directo de la población ¾ Conteo bacteriana: contraste de fases ¾ OUR: velocidad de captación O2 ¾ Análisis en los sólidos: el residuo biooxidado es lavado, filtrado, secado y pesado para determinar la oxidación de los sulfuros. ¾ Cianuración (20 gr carbón/l solución de cianuro (0.5g/l). 25-30% sólidos. 72 horas. ¾
Resultados Building up Oxidación: ¾ ¾ ¾
96% As 94% Fe 90% de Azufre como sulfuro
Recuperación de oro: 93%
Diagrama de flujo típico de Planta BIOXR
Figure 3: Typical BIOX ® flowsheet
Condiciones operativas del Proceso BIOX Volumen de bioreactores 260 m3 ¾ Mantener pH entre 1.2 y 1.8 ¾ 2ppm Oxígeno disuelto en la pulpa ¾ 20% de sólidos ¾ Tiempo de residencia 4-5 días ¾ Temperatura 40-450C ¾ Nutrientes: sulfato de amonio, sulfato de potasio, fosfato diamónico (fertilizantes) ¾ Molienda concentrado 100% malla 200 ¾
CCD
BIOX® section
Neutralisation section
Experiencias Planta industrial Pruebas de toxicidad de materiales a utilizar: jebes, reactivos ¾ Posibilidad de manejar parámetros en forma automatizada ¾ Incorporación de toma de parámetros de control manual ¾ Manejo durante cortes de energía eléctrica prolongados ¾ Manejo del tiocianato ¾ Manejo de espumación ¾ Manejo de biocorrosión ¾
Mejoramiento del proceso ¾ Disminución del consumo de
nutrientes ¾ Incorporación de carbonato de calcio como fuente de CO2 ¾ Disminución del consumo de reactivos en neutralización
Neutralización efluentes de biooxidación 2 H3AsO4 + Fe2(SO4)3 → 2 FeAsO4 ↓ +3 H2SO4 3 Fe2(SO4)3 + 14 H2O → 2H3OFe3(SO4)2(OH)6 + 5H2SO4 H2SO4 + CaCO3 + H2O → CaSO4.2H2O ↓ + CO2 H2SO4 + CaO + H2O → CaSO4.2H2O ↓
;Fairview,
Sudáfrica Primera planta industrial de biooxidación (1986) ;Originalmente 10 TM/día ;Expansión de planta para tratar 55TM/día en 1999 ;Más de 15 años en producción.
Fairview como “ gran laboratorio” S 2-: 14% ¾ Recuperación de oro en cianuración: 97.1% ¾ Proyecto de biooxidación de trióxido de arsénico para producir precipitado estable ¾ Mejoras en circuito de neutralización: incremento de las velocidades de las bombas; aireadores superficiales ¾ Incremento en la capacidad de diseño: mejorando torres de enfriamiento, configuración del reactor. ¾
;Sao
Bento,
Brasil
(1991) ;En combinación con una planta de lixiviación a presión ; Operación de un tercer bioreactor (1998) ;70% oxidación en 1.5 días de retención para 19% de S 2-
;Wiluna, Australia,
1993 ;115 TM/día ;Expansión a 158 TM/día ;S 2-: 24% ;Oxidación final mayor a 96% ;Planta de Energía: gas natural
;Ashanti,
Ghana. ;720 TM/día (11.4% S 2-) ;Expansión a 960 TM/día ; Trata dos tipos de concentrados ;24 tanques de 1 millón de litros c/u (mayores reactores en el mundo)
; Tamboraque,
Perú (1998) ;60 TM/día arsenopiritas muy refractarias ;Capacidad de diseño en el 2002 ;Unica a 3,000 msnm ;Utilización de bacterias nativas ;Utilización de drenajes ácidos de mina en el proceso ;No operativa problemas mineros y financieros
Ventajas del Proceso BIOXR Inversión de capital menor lixiviación a
presión Proceso flexible y fácil de controlar Optimización de las recuperaciones Proceso más amigable con el medio ambiente Posibilidad para instalarse en áreas remotas.
Nuevos proyectos Futuras plantas en Uzbekistán para tratar 2,163 TM/día (26% S-2) y en Kazajiskan para tratar 192 TM/día (12% S2-). ; Otros: China, Australia, Ghana, Sud Africa. ; Constante Investigación para mejora continua de los procesos: diseño reactores, mejora aireación ; Reducción de Costos Operativos ; Reducción en consumo de ácido ; Reducción en costos del circuito de neutralización ; Reducción en costos de nutrientes ;
Distribución de los Costos de Capital 4%
3%
2% Tanques Agitadores
8%
Blowers
10% 54%
Thickeners Restantes
19%
Torres de Enfriamiento Bombas
• Parámetros críticos y posibles ahorros
Distribución de los Costos de Operación 5%
15% Reactivos
53% 27%
Energía Mantenimiento Personal
•Parámetros críticos y posibles ahorros •Comparación con Roasting & Pressure Oxidation •Gastos de Operación – rango típico: 50 – 90 US$/t conc
Eldorado Gold Corporation São Bento Mineração S.A
São Bento Ore - Refractory Gold Au
Pirrotita Au
Arsenopirita
Cianuración directa: 30 - 45% recuperación de oro
São Bento Diagrama de flujo Back Fill
Mina
Molienda
Flotación
CIL/Smelt
Pressox
BIOX®
Relaves
Neutralización
Implementación del tercer reactor BIOX® ¾ Tanque enjebado. ¾ Anillo de aireación ¾ Agitador Original tipo A315. ¾ Pruebas experimentales, evaluación
de resultados y decisión final. ¾ Integración con la las facilidades existentes: nutrientes, ácidos, tuberías, compresora, y sistema de enfriamiento. ¾ Commissioning y arranque
São Bento - BIOX® Tank en Operación Capacidad Operación: 450 m3 Dimensiones: 8.6 m DI 10.4 m altura Temperatura de Operación:42 °C
Source: Metallurgy Department
São Bento - Tercer BIOX® Tank en Operación
Source: Metallurgy Department
São Bento Total Plant Costs (%)
Neutralization and Effluent Treatment 17,0%
Milling and Flotation 13,3% CIL, Elution and Smelting 13,0% Others 8,3%
Pressure Oxidation 41,4%
Biox 7,1%
São Bento BIOX Costs (%)
Chemicals 13,6% Power 68,5%
Personnel 6,1% Maintenance 9,2% Others 2,6%
Proceso BacTech Desde inicios de los 80´s ¾ Utilización de termófilos moderados 50°C ¾ Primera Planta comercial fue Youanmi, que trató concentrado de oro refractario en Western Australia ¾ En 1997 BacTech se unió a Mintek (J ohannesburg, South Africa) para desarrollar biominería ¾ Siguientes plantas comerciales en Beaconsfield (Tasmania) y Laizhou (Shandong Province, China) emplean proceso BacTech/Mintek utilizando bacterias mesófilas ¾ También enfoca su trabajo en biolixiación en tanques agitados para tratar chalcopirita utilizando termófilos. ¾ J oint venture con Procesos Biometalurgicos SA de CV (PMB), con Peñoles SA de CV of Mexico (BacTech 2002). ¾
Planta Youanmi, Australia
Minacalpa Minera Aurífera Calpa S.A. (Minacalpa) es dueña de una mina subterránea de oro y de una planta de tratamiento para recuperar oro en Arequipa. ¾ El mineral es una mezcla de óxidos y sulfuros ¾ Aprox.100 tpd de concentrado se extrae, se flota y se cianura cantidad significativa de oro ¾ Una refractario está contenido en los relaves antiguos y en los relaves de la operación actual. ¾
Parámetros que afectan la recuperación de oro de los relaves de Minacalpa ¾
¾
¾ ¾
El oro está íntimamente asociado con la pirita la cual es refractaria a la cianuración directa La Biooxidación es una opción potencial para la oxidación de la pirita en los relaves e incrementar la extracción de oro. Cantidad significativa de tiocianato (SCN-) está presente en los relaves SCN- es tóxico para los microorganismos oxidantes de la pirita y antes debe ser removido de los relaves.
Proceso preliminar Minacalpa ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
¾
Producción de solución de biooxidación en tanques agitados Lavado del tiocianato con solución ácido férrica procedente de la biooxidación Sulfato férrico remueve el tiocianato de los relaves produciendo tiocianato férrico Relaves detoxificados se pueden biooxidar en pilas o tanques agitados y aereados Separación de finos biooxidados de la solución ácido férrica Neutralizar finos, extraer oro en la planta existente Usar la solución procedente de la biooxidación para continuar el lavado de tiocianato de los otros relaves Consider remolienda de los relaves para mejorar la cinética de oxidación y recuperación de oro.
Biooxidación en pilas Para el pretratamiento de minerales refractarios de oro de baja ley. ¾ Chancado-acidificaciónaglomeración del mineral sobre membranas. ¾ Altura de las pilas de 2 a 10 m.: generación de calor, balance de ácido, permeabilidad para el aire/agua. ¾
Oxidación de pirita Bacteria Pirita (FeS2) Azufre (So) Fe3+
Aglomerante
Fe2+ SO42-
Solución J arosita
Oxidación de pirita FeS 2 +14 Fe3+ +8 H2O → 15 Fe2+ +2 SO42- +16 H+ FeS 2 +2 Fe3+ → 3 Fe2+ +2 So
Oxidación ión ferroso Bacteria Pirita (FeS2)
Fe3+ O2
Azufre (So) Aglomerante Fe2+
Solución J arosita
Oxidación Fe2+ 4 Fe2+ +O2 +4 H+ → 4 Fe3+ +2 H2O
Oxidación Azufre Bacteria Pirita (FeS2) Azufre (So) Aglomerante Solución J arosita
Oxidación Azufre SO42O2
4 So +6 O2 +4 H2O → 4 SO42- +8 H+
Crecimiento bacteriano Bacteria Fe3+ SO42Fe2+
Fe3+ O2
Pirita (FeS2) Azufre (So) Aglomerante Solución
Fe2+
J arosita
NH4+ CO2
Biooxidación en pilas: Factores de importancia ¾ Flujo de solución ¾ Aglomeración ¾ Inoculación ¾ % CO2 ¾ Aireación ¾ Temperatura
Incubación
Test de Adecuación
Escalamiento en columnas
Rocas impregnadas
Spray
Irrigación de la pila
ALGUNAS REFLEXIONES QUE DEBEMOS CONSIDERAR…
Evolución de la producción de Cu PRODUCCIÓN DE COBRE EN CHILE 5000 4500 4000 3500
n o 3000 T e d 2500 s e 2000 l i
Total SX-EW Total
M1500
1000 500 0 Dic91
Dic93
Dic95
Dic97
Año
Dic99
Dic01
Dic03
Evolución de la producción de Cu
PRODUCCIÓN DE COBRE EN CHILE 1800 1600 1400
Total SX-EW
n 1200 o T 1000 e d s 800 e l i M
Total Lix Bacteriana CC, QB, ZAL
600 400 200
0 Dic- Dic- Dic- Dic- Dic- Dic- Dic91 93 95 97 99 01 03
Año
Producción de cátodos de biolixiviación
LIXIVIACIÓN BACTERIANA EN CHILE Los tres Grandes 160 140 n 120 o T 100 s 80 e l i 60 M 40 20 0 Dic- Dic- Dic- Dic- Dic- Dic- Dic91 93 95 97 99 01 03
Año
Zaldívar Cerro Colorado Quebrada Blanca
Presente de la Biohidrometalurgia ¾Proceso
operativo
sencillo, inversión y costo menor
a
los
procesos
convencionales ¾Conocimientos
más acabados, Ciencia
y Tecnología ¾Aplicaciones
a gran escala a minería
de Cu y Au ¾Amigable con el medio ambiente
Futuro ¾Fisiología y genética de mesófilos y
termófilos, mecanismos ¾Cinética del proceso ¾Operaciones de transferencia: gases ¾Reactores ¾Procesos a gran escala con arqueas
termófilas