UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
TESIS
“LIXIVIACION DE MINERALES AURIFEROS DE BAJA LEY
CON AMINO ACIDOS Y PEROXIDO DE HIDROGENO EN MINERA YANACOCHA ”
PRESENTADO POR:
PRESENTADA POR: Bach. ANGLAS ROQUE EFRAIN EDGARD Bach. ALVAREZ HUANUQUEÑO GREGUER
PARA OPTAR EL TITULO T ITULO PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERO METALURGISTA METALURGISTA Y DE D E MATERIALES.
HUANCAYO – PERÚ 2 015
ASESOR: ING. JUAN GUERRA MUÑOZ
ASESOR: ING. JUAN GUERRA MUÑOZ
DEDICATORIA A mis padres, Salustio Álvarez y Domitila Domitila Huanuqueño Y hermanos. Por haber tenido la responsabilidad de educarme, todos estos años. Es un privilegio ser su hijo. Son los mejores padres. G.A.H
A mis padres Darío Anglas y Lucia Lucia Roque por haber tenido la responsabilidad de educarme y guiarme dignamente en el logro de mis objetivos. Al amor de mi vida, mi esposa Hilda, quién me me brindo todo su apoyo para el término de este informe, a mis hijos, Jesica y Sergio motores de mi superación. E.E.A.R.
AGRADECIMIENTO Nuestro agradecimiento al ing. Juan Guerra Muñoz, por su valioso apoyo y su acertada dirección como asesor para la elaboración y redacción de esta Tesis; de igual manera mi gratitud a los señores Ingenieros miembros del jurado por su apoyo y dirección para la finalización de este trabajo, así mismo nuestro más profundo agradecimiento a todos mis profesores de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales.
G.A.H., E.E.A.R.
Indice.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................1 RESUMEN ..............................................................................................................................5 CAPITULO I ...........................................................................................................................6 I
GENERALIDADES ........................................................................................................6 1.1 Aspectos generales sobre Minera Yanacocha.....................................................6 1.2 UBICACIÓN Y ACCESO AL ÁREA DEL PROYECTO . ............................................8 1.2 La extracción del oro y el medio ambiente ..............................................................16 1.3 Cianuro ..........................................................................................................................16 1.4 Mercurio .........................................................................................................................17 1.5 Contaminación ambiental .................................................................................................17 1.6 Drenaje ácido .................................................................................................................. 18 1.7 Previsión al futuro ............................................................................................................18
II
Consecuencias posibles de la minería. ................................................................. 19 2.1 Daño a la tierra. .......................................................................................................... 19 2.2 Liberación de sustancias tóxicas. ............................................................................. 20 2.3 Drenaje ácido de minas.. ...........................................................................................21 2.4 Salud y seguridad de los trabajadores. .................................................................... 22 2.5 Polvo. ..........................................................................................................................22 2.6 Ruido. ..........................................................................................................................23 2.7 Desmontes y relaves.. ...............................................................................................23 2.8 Fundiciones. ...............................................................................................................24 2.9 Legislación y costo. ....................................................................................................24 2.10 Minerales Industriales. .............................................................................................25 2.11 Declaraciones de impacto ambiental. ....................................................................25 2.12 Microorganismos y minería in situ. ......................................................................... 26 2.13 El futuro.. ..................................................................................................................27
CAPITULO II ........................................................................................................................28 II
FORMULACION DE LA INVESTIGACION ...............................................................28 2.1
El problema .......................................................................................................... 28
2.1.1 Planteamiento del problema........................................................................... 28 2.2 FORMULACION DEL PROBLEMA ......................................................................... 30 2.2.1 General. ...............................................................................................................30
2.2.2 Específicos. ......................................................................................................... 30
2.3 Objetivos ...................................................................................................................30 2.3.1 Objetivo General .................................................................................................30 2.3.2 ESPECIFICOS ....................................................................................................31
2.4 Justificación .............................................................................................................31 2.5 Planteamiento de la Hipótesis............................................................................... 32 2.5.1 General ................................................................................................................ 32 2.5.2 Específicas ..........................................................................................................32
2.6 Variables: ................................................................................................................... 33 2.6.1 Variables Independientes: .................................................................................. 33 2.6.2 Variable Dependiente: ........................................................................................33
CAPITULO III .......................................................................................................................34 III
MARCO TEÓRICO ......................................................................................................34 3.1 Análisis Teórico .......................................................................................................... 34 3.1.1 Los Minerales Auríferos de Baja Ley ................................................................ 34 3.2 YACIMIENTOS EPITERMALES DE METALES PRECIOSOS. .............................38 3.3 Proceso de Lixiviación de Oro en Minera Yanacocha ............................................42 3.4 Mineralogía de Minera Yanacocha S.R.L ................................................................42 3.5 Los Aminoácidos en la Hidrometalurgia
.................................................................. 46
3.6 Los Aminoácidos ........................................................................................................ 47 3.7 Propiedades ...............................................................................................................49 3.8 Peróxido de Hidrógeno (agua oxigenada) ...............................................................50 3.9 Análisis del Proceso Propuesto ................................................................................51
CAPITULO IV ....................................................................................................................... 58 IV METODOS DE INVESTIGACION EXPERIMENTAL................................................ 58 4.1 Métodos de Investigación..........................................................................................58 4.2 Materiales ...................................................................................................................59 4.3 Equipos ....................................................................................................................... 59 4.4 Método ........................................................................................................................59
4.5 Procedimiento Experimental .................................................................................60 4.5.1 Lixiviación ............................................................................................................ 60 4.5.2 Adsorción ............................................................................................................. 60
4.6 Presentación y Discusión de Resultados ........................................................... 61 4.6.1 Efecto de la Temperatura ................................................................................... 61 4.6.2 Efecto de la Concentración de la Glicina ..........................................................63 4.6.3 Efecto del Peróxido .............................................................................................64
4.6.5 Efecto del Cu 2+ ....................................................................................................69 4.6.6 Adsorción de Au-glicinato en la presencia de Cu 2+ ......................................... 71 4.6.7 Efecto del tipo de ácido amino e interacciones sinérgicas . .............................74 4.6.8 La adsorción de oro de complejos aminoácidos en carbón activado . ............76 4.6.9 Efecto de la Pirita ................................................................................................79
CONCLUSIONES ................................................................................................................80 RECOMENDACIONES .......................................................................................................82 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 83
TESIS “LIXIVIACION DE MINERALES AURIFEROS DE BAJA LEY
CON AMINO ACIDOS Y PEROXIDO DE HIDROGENO EN MINERA YANACOCHA”
INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha puesto bastante énfasis de parte de los investigadores dedicados a la extracción metalúrgica de los metales como el oro en tratar de desarrollar tecnologías limpias en reemplazo de tecnologías contaminantes al medio ambiente y aunque la búsqueda de alternativas ha sido vigorosamente llevado a cabo por décadas, el cianuro es aun el agente de extracción elegido en la hidrometalurgia del oro. Esto es debido a una combinación de su disponibilidad, efectividad, economía, un probado nivel de tecnología y una capacidad de uso.
En el desarrollo de procesos metalúrgicos, en particular cuando se trata de seleccionar un disolvente para la extracción de oro a partir de un mineral debe ser adecuado a las características del mineral. Cuando el oro ocurre en una forma el cual no puede ser separado por medios físicos, el oro es extraído por disolución del metal usando reactivos químicos (una sustancia química usada 1
para detectar la presencia de oro por reacción) los cuales son llamados
“lixiviantes”. Idealmente esos lixiviantes o agentes lixiviantes deben de ser:
Baratos y reciclables
Selectivos
No tóxicos
Compatible con los procesos de recuperación de los flujos aguas abajo
El cianuro es el reactivo de lixiviación más ampliamente usado para la recuperación de metales preciosos, por ser barato, bien establecido y eficiente para la extracción del oro. Considerable atención ha sido puesta en la búsqueda de reactivos lixiviantes desde el comienzo de la década de los 80. La principal motivación es el temor al uso del cianuro, especialmente en el arranque de operaciones metalúrgicas recientes en nuevas zonas de minado de metales preciosos. A pesar de drásticas regulaciones de seguridad corrientemente aplicadas en las plantas de cianuración alrededor del mundo, riesgos ambientales reales y peligros de toxicidad humanos aún permanecen.
Otra aspecto por el renovado interés en los reactivos de lixiviación no cianurados es la velocidad incrementada de disolución del oro. Las velocidades de lixiviación rápidas incluyen tanques de lixiviación más pequeños que requieren costos de capital y consumos de energía más bajos. Sin embargo, los reactivos no cianurados a la fecha no han sido ampliamente empleados para la recuperación del oro y la plata, pero estos pueden encontrar aplicación en operaciones de tratamiento futuros cuando las restricciones ambientales no permitan la costumbre práctica de la cianuración. 2
En este estudio se pretende demostrar la efectividad en la lixiviación del oro cuando se usan soluciones de aminoácidos con peróxido de hidrógeno a bajas concentraciones. La aplicación del sistema de aminoácidos alcalino con per óxido de hidrógeno puede ofrecer una alternativa ambientalmente benigna para el proceso de lixiviación del oro, especialmente en el contexto de la lixiviación de menas de oro de grado en una lixiviación in-situ o en los procesos de lixiviación en pilas.
Como es conocido el oro es uno de los metales más nobles que existen en condiciones normales en la corteza terrestre, cuya naturaleza y propiedades han hecho que sea valioso y repercute su explotación minera – metalúrgica en las economías nacionales, por esta razón consideramos que es importante analizar y profundizar los conocimientos acerca de los mecanismos hidrometalúrgicos del proceso en el cual se empleen los aminoácidos como disolventes, de tal forma que pueda ser aplicado como método de beneficio de las menas de oro, inclusive cuando se trate de minerales de baja ley, que puedan ser beneficiados empleando técnicas de lixiviación in situ, en pilas o echaderos.
La tesis está estructurada de la siguiente forma, el primer capítulo presenta las generalidades del estudio, en el segundo se formula la investigación, en el siguiente se muestran los fundamentos teóricos, y en un cuarto capítulo se expone la parte experimental de la investigación, que comprende de la parte el trabajo de laboratorio, luego la presentación y discusión de resultados.
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En tal sentido es nuestra intención cumplir con las expectativas técnicas y pongo a disposición de mis jurados el presente estudio que me permita obtener el título de ingeniero metalurgista y de materiales. .
Los Autores.
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RESUMEN
En este estudio se ha estudiado la lixiviación del oro usando soluciones de aminoácidos con peróxido de hidrógeno a bajas concentraciones. La aplicación del sistema de aminoácidos alcalino con peróxido de hidrógeno puede ofrecer una alternativa ambientalmente benigna para el proceso de lixiviación del oro, especialmente en el contexto de la lixiviación de menas de oro de grado en una lixiviación in-situ o en los procesos de lixiviación en pilas. En la presencia de una sustancia oxidante u oxidantes, se observó que los aminoácidos pueden disolver el oro en estado alcalino en temperatura baja y moderada. El calentamiento de la solución de lixiviación entre el 40 y el 60°C se encontró oro que mejora la disolución alcalina significativamente en soluciones de aminoácidos - peróxido. También se descubrió que la disolución del oro aumenta al incrementar la concentración de aminoácidos, peróxido y pH. Los aminoácidos actúan sinérgicamente en la disolución del oro. Aunque la glicina presentó mayor oro disolución como un aminoácido particular en comparación con la histidina y la alanina, se encontró que la histidina mejora la disolución del oro cuando se utiliza en cantidades equimolares con la glicina. La presencia de iones Cu 2+ mejora el proceso de disolución del oro en soluciones de glicina - peróxido. El proceso va a proponer un proceso amigable con el ambiente para el tratamiento del oro con el fin de reemplazar el uso de cianuro en la lixiviación en pilas o la lixiviación in situ. Con la presencia de la pirita, la cantidad de oro lixiviado fue menor debido al consumo del peróxido en la oxidación de sulfuros. 5
CAPITULO I
I
GENERALIDADES
En el presente capítulo se consideran los aspectos que describen a la Unidad Productiva materia de este estudio, así como algunos aspectos de importancia como los aspectos ambientales vinculados a la extracción del oro, que ayudarán a enmarcar el ámbito de estudio de esta tesis.
1.1 Aspectos generales sobre Minera Yanacocha. El área donde se ubica la propiedad de Minera Yanacocha ha sido explorada desde la década del 60. En 1981, se descubrieron depósitos aprovechables, por lo cual la Compañía de Minas Buenaventura (empresa privada peruana), Newmont Mining Corporation (Newmont), una de las empresas mineras de oro más grandes del mundo y la Corporación Financiera Internacional (IFC) se asociaron y formaron la empresa Minera Yanacocha S.R.L. para iniciar la explotación de este yacimiento. Minera Yanacocha inició sus operaciones en agosto de 1993 con la ejecución del Proyecto Carachugo; posteriormente entraron en operación los Proyectos Maqui Maqui (1994), Cerro Yanacocha (1997) y la Quinua (2001) y Cerro Negro (2003). 6
El Proyecto Suplementario Yanacocha Oeste consiste fundamentalmente en la incorporación al plan de minado de Minera Yanacocha de las reservas mineras aún no explotadas en las zonas operativas de Cerro Yanacocha y La Quinua (zona oeste del asiento minero), dada la disminución de las reservas actualmente en explotación. La finalidad principal del Proyecto es dar continuidad a la actual extracción de mineral, introduciendo una nueva tecnología de procesamiento para la recuperación de los metales valiosos contenidos en un tipo de mineral no lixiviable, en paralelo con la tecnología de lixiviación en pilas actualmente utilizada en l as operaciones.
Actualmente, el material total removido alcanza las 200 millones de toneladas (Mt) por año (2005); este nivel se incrementará levemente durante los años 2008 y 2009, hasta llegar a minar en el orden de las 220 Mt, para luego disminuir progresivamente hasta el agotamiento de las reservas en el año 2015. Entre el año 2007 y 2015, se extraerán 348 Mt de material del Tajo Cerro Yanacocha, y 785 Mt del Tajo La Quinua (La Quinua 1, La Quinua 2 y La Quinua 3).
El Proyecto permitirá continuar con las actividades mineras hasta el año 2015 mediante la utilización de áreas aún no utilizadas en las zonas operativas de Cerro Yanacocha y La Quinua, como se mencionó anteriormente. Las características de una parte importante del mineral que se explotará como parte del Proyecto son distintas a las del mineral que Yanacocha históricamente ha venido explotando. El oro y plata contenidos en este nuevo tipo de mineral, por dureza o por contenido de cobre, no se
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puede extraer de manera eficiente y rentable mediante el proceso tradicional de lixiviación en pilas; es por esta razón que un componente importante de este Proyecto es la construcción y operación de una planta de producción (la Planta de Producción) que incluye una etapa de molienda húmeda, tanques de lixiviación, circuito de espesamiento, circuito de recuperación de cobre y plata, columnas de carbón, entre otros. La Planta de Producción hará posible el procesamiento de este nuevo tipo de mineral y de esta manera ayudará a dar continuidad a las operaciones manteniendo la capacidad productiva de la mina hasta el 2009, para luego ir disminuyendo progresivamente hasta el año 2015
1.2 UBICACIÓN Y ACCESO AL ÁREA DEL PROYECTO Las operaciones de explotación y procesamiento de Cerro Yanacocha y La Quinua se encuentran en el área de propiedad de Minera Yanacocha, ubicado a 32 km (por carretera) al norte de la ciudad de Cajamarca, en la Provincia de Cajamarca, al norte del Perú. El acceso al área de operaciones es mediante una carretera pavimentada que va desde Cajamarca a las
oficinas administrativas de Minera Yanacocha en el “Km24.5”, al suroeste del complejo minero. Las operaciones de Cerro Yanacocha y La Quinua se ubican en la denominada zona oeste del área de operaciones del complejo minero y conforman el área donde se emplaza el Proyecto.
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El Proyecto Suplementario Yanacocha Oeste se encuentra ubicado en la región intermontañosa de la zona norte de la Cordillera de los Andes. El área del Proyecto se encuentra al oeste del área operativa Carachugo e incluye la Divisoria Continental entre las cuencas de los océanos Pacifico y A tlántico. La topografía regional se caracteriza por la presencia de montañas de cimas elevadas y accidentadas, ondulantes colinas y valles intermontañosos con pendientes entre suaves y pronunciadas.
El área del Proyecto se caracteriza por un clima frío y húmedo con estaciones de lluvias y estiaje claramente definidas; típicamente, la estación de lluvias es de octubre hasta abril y la temporada de estiaje de mayo a septiembre. La precipitación anual promedio varía entre 1,176 mm y 1,362
El Proyecto Suplementario Yanacocha Oeste se encuentra ubicado en la región intermontañosa de la zona norte de la Cordillera de los Andes. El área del Proyecto se encuentra al oeste del área operativa Carachugo e incluye la Divisoria Continental entre las cuencas de los océanos Pacifico y A tlántico. La topografía regional se caracteriza por la presencia de montañas de cimas elevadas y accidentadas, ondulantes colinas y valles intermontañosos con pendientes entre suaves y pronunciadas.
El área del Proyecto se caracteriza por un clima frío y húmedo con estaciones de lluvias y estiaje claramente definidas; típicamente, la estación de lluvias es de octubre hasta abril y la temporada de estiaje de mayo a septiembre. La precipitación anual promedio varía entre 1,176 mm y 1,362 mm, las temperaturas promedio diarias reflejan una variación substancial (entre 0°C y 18°C). El área presenta un ecosistema de alta montaña ubicado en la región Jalca de acuerdo a la clasificación de las ocho regiones naturales del Perú.
La calidad del aire en el área, de acuerdo a los monitoreos realizados en los últimos años, presenta valores que cumplen con los estándares de calidad del aire. Como se mencionó anteriormente, el área del Proyecto comprende algunas áreas de operaciones mineras autorizadas y existentes y algunas áreas adyacentes a éstas. Estas operaciones producen ruido en el entorno inmediato de la mina como resultado de la construcción, voladuras y uso de equipo pesado para retirar y acarrear material.
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De acuerdo a los análisis de riesgo sísmico efectuados, el área de Yanacocha se encuentra bajo la influencia de dos fuentes principales de eventos sísmicos: la zona de subducción entre la placa continental sudamericana y la placa de Nazca (conocido como el Plano Wadati -Beniof), y una serie de sistemas de fallas geológicas regionales activas ubicadas en el área de influencia (300 km. de radio) del área del proyecto. Sin embargo, dentro de la zona crítica (100 km de radio) del área de estudio, no se han identificado fallas activas.
La geología del área de extracción minera consta de rocas volcánicas de la era terciaria que recubren un basamento cretáceo. Las rocas volcánicas terciarias incluyen piroclásticos, tobas volcánicas e intrusiones andesíticas que han sido clasificadas en cinco unidades principales: intrusivos y piroclásticos jóvenes, andesita superior, piroclásticos ricos en líticos, piroclásticos principales y andesita inferior. Estas unidades principales están dispuestas en capas horizontales aunque existen fallas que causan desplazamientos. La mineralización tiene lugar principalmente en las unidades piroclásticas principales y ricas en líticos y está controlada en buena parte por características estructurales locales y regionales y relacionadas con intrusiones andesíticas.
También existe una serie de depósitos glaciales y fluviales en las cuencas ubicadas justo al oeste y sur del tajo de Yanacocha. Estos depósitos se
denominan depósitos glaciales y fluviales “La Quinua” y se encuentran principalmente en el área del tajo de La Quinua y se extienden cuesta arriba 11
hacia el tajo de Yanacocha. Estos depósitos fueron originalmente morrenas glaciales y sedimentos aluviónicos que han sido reprocesados en diferentes grados y redepositados en cuencas deposicionales que rodean las áreas altas, pudiendo alcanzar hasta 340 m de espesor cerca de la falla de La Quinua.
En cuanto a la geoquímica del desmonte, los datos sobre balance ácido base (BAB) indican que el material de desmonte tiene el potencial de producir ácidez. Todos los tipos de alteración están compuestos predominantemente de cuarzo y cristobalita, los cuales no tienen la capacidad de neutralizar la acidez. Los silicatos que tienen capacidad de neutralizar la acidez, tales como plagioclasa, anfíboles y piroxenos, están presentes en cantidades no significativas, siendo poco probable mitigar de manera natural los efectos de la acidez generada por la oxidación de sulfuros.
En relación a los suelos, éstos están expuestos a condiciones ambientales sumamente drásticas por lo que presentan un desarrollo edafológico incipiente con importantes limitaciones productivas. El material parental es variado, siendo los depósitos detríticos de diversos orígenes los que predominan en el área de influencia y en toda la zona alta de la Jalca. Sobre la base de los estudios de línea base efectuados, se identificaron en el área de influencia del Proyecto 4 unidades de suelos, las que presentan diferencias atribuibles principalmente al material de origen, a la posición topográfica y a las condiciones ambientales donde se desarrollan.
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Desde el punto de vista del uso actual del suelo, la actividad minera ocupa una superficie de 931.52 ha. La superficie restante, correspondiente al 29.01% del área de influencia del Proyecto, se encuentra cubierta principalmente por pastos naturales.
Regionalmente, el área del proyecto Suplementario Yanacocha Oeste está ubicada en las cabeceras de cuencas hidrográficas del Río Porcón (subcuenca del Río Grande) y del Río Rejo. La Cuenca del Río Rejo está ubicada en el lado occidental de la divisoria continental y fluye hacia el Océano Pacífico a través del Río Jequetepeque. La subcuenca del Río Grande está en el lado oriental de la divisoria continental y fluye hacia el Océano Atlántico a través del Río Amazonas. Se cuenta con datos de caudales de las quebradas ubicadas en las partes altas, los cuales se caracterizan por presentar flujos periódicos o estacionales, con flujos de agua superficial que dependen de las precipitaciones.
Las partes altas de las cuencas poseen un lecho rocoso que, combinado con las gradientes pronunciadas y la escasa vegetación, da como resultado una mínima infiltración y alta escorrentía superficial. Estos drenajes superficiales, debido a la mineralización del área, presentan acidez natural. De acuerdo a la revisión de los datos, se ha determinado que, naturalmente, el agua superficial en el área de influencia del Proyecto tiene bajas concentraciones de metales; sin embargo, en algunos cursos de agua se presentan mayores concentraciones de hierro y manganeso, reflejando la naturaleza mineralizada de la zona. 13
Los acuíferos presentes en el área del Proyecto, incluyen acuíferos en lecho rocoso, fluvio-glacial, coluvio y aluvial no consolidado. De acuerdo a las características de los acuíferos, en general, el agua subterránea fluye hacia las cuencas del Río Porcón, Chonta y Rejo. El nivel del agua subterránea en los tajos ha descendido debido a las operaciones de de minado de Minera Yanacocha, mientras que en las demás áreas no se observan variaciones significativas. Los datos de calidad de agua subterránea indican que las aguas generalmente son ácidas. Esto se debe principalmente a las características mineralógicas de la zona.
En relación a la vegetación, el área de influencia del proyecto se encuentra ocupada por vegetación tipo Pajonal, la que se encuentra parcialmente intervenida por las actividades mineras. Las especies dominantes en el Pajonal son las poáceas Calamagrostis sp. y Stipa ichu. El número de especies identificadas en el área donde se realizaron los estudios de línea base (Sector La Quinua- Yanacocha-Río Grande) es de 125, las cuales corresponden a las divisiones Pteridophyta (10.4%) y Angiospermae (Monocotiledónea 28% y Dicotiledónea 61.6%). Del total de especies de flora registradas, las Polylepis racemosa y Budlejia incana se encuentran clasificadas en situación de amenazadas según la lista establecida mediante Resolución Ministerial 01710-77-AG; sin embargo, estas especies fueron registradas en sectores puntuales que se encuentran fuera del área de influencia directa del Proyecto.
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Respecto a la fauna, en total se registraron 30 especies de fauna en toda el área del Proyecto, de las cuales más del 70% estuvieron representados por aves. El orden Paseriformes fue el de mayor riqueza con 14 especies, entre las cuales destacan las especies Zonotrichia capensis (gorrión americano), Catamenia anales (semillerito colifajeado) y Thraupis bonariensis (Tangara
azulamarillo), todas especies poco comunes o raras de observar. Ninguna de las especies registradas se encuentra en categoría de conservación.
El ecosistema acuático de los cursos de agua fue estudiado considerando el área de influencia del Proyecto. La biomasa promedio de perifiton y los índices de comunidad de macroinvertebrados bentónicos por lo general fueron similares entre las estaciones ubicadas aguas arriba y aguas abajo de las operaciones mineras. Los parámetros de población de peces se mantuvieron parejos entre sí independientemente del tipo de lugar (dentro de influencia de la mina y sitios de control) de cuerdo con factores de condición promedio calculado. Además, se detectaron anfibios en 2 sitios de control.
Los recursos arqueológicos en el área de influencia del Proyecto han sido estudiados en diversos estudios arqueológicos, cubriendo el área total que será intervenida por el mismo. Todos estos estudios se ejecutaron bajo la supervisión del Instituto Nacional de Cultura, con quienes desde marzo del 2004, se encuentra vigente un Convenio de Cooperación Interinstitucional, en virtud del cual el INC supervisa de manera permanente todas las actividades y proyectos de Minera Yanacocha. 15
Los estudios arqueológicos realizados demostraron que el área posee evidencias de ocupación prehispánica, específicamente por la cultura Cajamarca y Huacaloma, aunque en algunas sectores se encontraron escasas evidencias de ocupación Inca. La mayoría de los sitios arqueológicos identificados ya han sido excavados y rescatados, en mérito a los estudios de evaluación arqueológica en la modalidad de rescate realizados y aprobados por el INC, muchos de estos sitios fueron liberados. La mayor parte del área de influencia del Proyecto cuenta con el CIRA respectivo.
1.2 La extracción del oro y el medio ambiente La minería de oro proveniente de la tierra puede tener graves consecuencias ambientales. Como la minería es un proceso ineficiente, grandes extensiones de tierra deben ser destruidas para obtener una porción relativamente pequeña de oro. La extracción química de oro a partir de los minerales por los que está rodeado emplea productos químicos altamente tóxicos que pueden filtrarse en el medio ambiente. El oro extraído se procesa en las fábricas contaminantes. Por último, las minas que durante mucho tiempo han permanecido abandonadas pueden seguir envenenando el medio ambiente que les rodea, ya que el agua lava los productos químicos y minerales tóxicos.
1.3 Cianuro El oro se suele encontrar en pequeñas concentraciones en roca. Con el fin de disolver la roca y obtener el oro puro, la roca tiene que ser disuelta. El cianuro es uno de los productos químicos más eficaces para este uso. Sin 16
embargo, el cianuro es altamente tóxico para los seres humanos, y las grandes cantidades del mismo necesarias para extraer el oro a menudo pueden terminar en el medio ambiente si es que no es controlado adecuadamente. El cianuro es altamente tóxico para los humanos y la vida silvestre; una cantidad menor a un grano de arroz es suficiente para matar a un ser humano.
1.4 Mercurio El mercurio se usa para el mismo propósito que el cianuro, extraer oro de los minerales por los que está rodeado. Con este método, el mercurio se combina con grava y lodo para hacer un líquido abrasivo que separa el oro de la roca. El mercurio se absorbe fácilmente por el suelo que rodea a una mina de oro, lo que significa que una gran parte de las enormes cantidades de mercurio utilizadas para extraer el oro termina en el medio ambiente. Aunque ya no es común, el mercurio se utilizaba ampliamente en las minas de oro, y dicho continúa teniendo efectos nocivos sobre el ecosistema. El Instituto Nacional de Ciencias de Salud Ambiental estima que la minería de oro en la cordillera de la Sierra Nevada en California introdujo hasta 8 millones de libras de mercurio después de sólo tres décadas de funcionamiento, que terminó en 1888. Los niveles de mercurio siguen siendo altos en la región.
1.5 Contaminación ambiental La minería de oro produce una considerable contaminación atmosférica. Muchas minas de oro son pozos al aire libre. El polvo se produce durante la
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excavación, lo que puede ser perjudicial para las personas que viven en l os alrededores. Los vapores de los productos químicos tóxicos que se utilizan en el proceso de extracción se mezclan con los gases de los autos y de la maquinaria pesada en el lugar, produciendo un espacio densamente contaminado. Fuera de las instalaciones, la mayoría del oro se envía a una planta de procesamiento para someterse a la fundición, un proceso por el cual el oro se funde para eliminar las impurezas. Estas instalaciones de fundición pueden producir grandes cantidades de contaminación ambiental.
1.6 Drenaje ácido El drenaje ácido se produce cuando el agua, ya sea de lluvia o aguas subterráneas, se lava a través de una mina. Esta agua se drena dentro del ecosistema, trayendo consigo los productos químicos tóxicos que estaban latentes en la mina. El Instituto Nacional de Ciencias de Salud Ambiental señala que esto puede ocurrir incluso si la mina está cerrada desde hace más de 100 años. Un estudio realizado por la Agencia de Protección Ambiental muestra que hasta un 40% de todas las cuencas hidrográficas en el oeste de Estados Unidos se han visto afectadas por el drenaje ácido de las minas. El drenaje ácido puede tener una serie de efectos a largo plazo sobre el medio ambiente, desde matar a los peces y otros animales hasta envenenar el agua potable para los seres humanos.
1.7 Previsión al futuro Aunque la minería de oro ha sido históricamente una empresa dañina para el medio ambiente, los recientes avances en los estándares de tecnología y en la industria están ayudando a mitigar el daño. Las plantas de fundición, 18
igual que muchas fábricas en Estados Unidos, son cada vez más limpias y se atienen a los estándares de emisiones altas. Están siendo tomadas medidas por las empresas mineras para evitar el drenaje ácido de las minas, como comprobar los niveles de minerales peligrosos en el suelo antes de perforar. El cianuro sigue siendo el material estándar de la industria para la extracción, ya que no se ha encontrado un reemplazo efectivo.
1.8 Efectos ambientales de operaciones mineras La mayor parte de las minas tienen una planta de procesamiento del mineral en sus cercanías y muchas tienen una fundición cercana. Para la evaluación del impacto ambiental del desarrollo de una nueva operación minera se deben considerar los efectos de las operaciones vinculadas a la extracción del oro. Tanto desde el punto de vista del minado, transporte, beneficio, extracción metalúrgica, refinación, e inclusive aspectos vinculados a su comercialización.
II
Consecuencias posibles de la minería. 2.1 Daño a la tierra. Se ha estimado que el uso de tierra para uso minero entre 1976 y 2000 es de 37.000 km2; esto es cerca del 0,2% de toda la superficie terrestre. Los países desarrollados tienen una mayor proporción de terrenos perturbados por la actividad minera que los menos desarrollados. El grado de recuperación de esos terrenos es creciente y muchos hoyos antiguos se han utilizado para botar desperdicios de minas antiguas o domésticos. Otras áreas mineras han sido transformadas en reservas naturales o parques recreativos. En el futuro las minas producirán menos deshechos ya que las labores son rellenadas con los mismos (corte y relleno). Esto 19
encarece la explotación, pero es necesario ya que se estima que 27.000 Mt de minerales y sobrecarga se extraen de la corteza terrestre cada año. En Chile la minería se concentra en la mitad norte del territorio, donde el daño a la tierra se minimiza debido a que existe una baja densidad de población, por las condiciones desérticas o semi-áridas. Sin embargo, las restricciones para el uso indiscriminado de terrenos para los procesos o deshechos mineros está cada vez más regulada.
2.2 Liberación de sustancias tóxicas. Los metales no solo son importantes para el uso que hacemos de ellos, sino que también son parte integral de nuestra naturaleza y de otros organismos vivos. Sin embargo, así como hay elementos metálicos que son componentes esenciales para los organismos vivos, las deficiencias o excesos de ellos pueden ser muy perjudiciales para la vida. En el medio natural los excesos pueden generarse por drenajes de aguas de minas, de desmontes o de relaves mineros. Algunos metales, como cadmio y mercurio, y metaloides como antimonio o arsénico, los cuales son muy comunes en pequeñas cantidades en depósitos metálicos son altamente tóxicos, aun en pequeñas cantidades, particularmente en forma soluble, la cual puede ser absorbida por los organismos vivos. Lo mismo se aplica al plomo, pero afortunadamente este metal es bastante poco reactivo a menos que sea ingerido y la mayoría de los minerales naturales de plomo son muy insolubles en aguas subterráneas. El cianuro se ha utilizado desde hace mucho tiempo para recuperar oro en plantas de procesamiento y en el 20
campo aurífero más grande del mundo, la cuenca del Witwatersrand de Sudáfrica, allí existe una contaminación mayor de las aguas superficiales con Co, Mn, Ni, Pb y Zn como resultado del proceso de cianuración y oxidación de aguas ácidas de mina. El cianuro mismo no es un problema ya que se descompone bajo la influencia de los rayos ultravioleta en las capas superficiales. No obstante, en los países desarrollados la legislación requiere el establecimiento de plantas de neutralización de cianuro en todos los usos industriales de este producto químico. La recuperación de los elementos tóxicos en actividad minera puede plantear problemas de almacenamiento de los mismos; por Ej. en la fundición Caletones de la mina El Teniente se recupera arsénico (trióxido de arsénico) mediante filtros electrostáticos, para que este elemento tóxico no se disperse en el aire, pero se había acumulado una cantidad significativa de tambores con este material constituyendo un riesgo su permanencia en el sector industrial. Actualmente está siendo transportado a un depósito de una empresa privada, pero incluso el transporte de elementos tóxicos representa un riesgo ambiental, ante la posibilidad de accidentes.
2.3 Drenaje ácido de minas. Las aguas ácidas generadas por la minería actual o pasada resultan de la oxidación de minerales sulfurados principalmente pirita en presencia de aire, agua y bacterias. La pirita es uno de los sulfuros más comunes y abundantes asociados a mineralización hidrotermal y normalmente es parte de la ganga siendo incorporada en los deshechos mineros (desmontes o relaves) y su 21
oxidación produce ácido sulfúrico y óxidos de hierro. Las aguas ácidas atacan otro minerales, produciendo soluciones que pueden acarrear elementos tóxicos al medio ambiente, Ej. cadmio o arsénico. La generación de aguas ácidas puede ocurrir durante la exploración, operación y cierre de una mina. Esta agua pueden venir de tres fuentes principales: sistemas de desagüe de minas, tranques de relaves y desmontes. Estas descargas pueden producir desde algunos efectos menores como decoloración local de suelos y drenajes con precipitación de óxidos de Fe, o llegar a una extensa polución de sistemas de ríos y tierras de cultivo. En algunos distritos mineros el problema es mayor después del cierre de las operaciones mineras. Esto se debe a la recuperación del nivel de aguas subterráneas después que se remueve el equipo de bombeo que mantenía secas las labores mineras.
2.4 Salud y seguridad de los trabajadores . Existe el riesgo de exposición de los trabajadores mineros a materiales tóxicos derivados de las menas en las minas, plantas y fundiciones (ej. Cd, Pb, Hg) y a los reactivos químicos utilizados en el procesamiento de menas, para lo cual deben considerarse las medidas de protección adecuadas. En minas de uranio y plantas de tratamiento la exposición a radiación debe ser mínima, lo cual requiere que estas minas tengan un alto nivel de ventilación para remover el polvo de mineral y el gas radón.
2.5 Polvo. El control de polvo debe ser importante en cualquier mina en la cual se genere polvo silíceo puesto que este puede producir silicosis y 22
enfermedades pulmonares asociadas. El polvo debe ser mantenido en un mínimo en las minas y áreas industriales asociadas para proteger a los mineros y habitantes locales.
2.6 Ruido. Las operaciones mineras, plantas y fundiciones usualmente tienen altos niveles de ruido. Este es uno de los peligros ocupacionales más comunes y los trabajadores deben ser adecuadamente protegidos de ruidos peligrosos o niveles de ruido distractivos. El ruido tampoco debería afectar a los habitantes en las vecindades de actividades mineras.
2.7 Desmontes y relaves. La minería frecuentemente involucra mover mucho material estéril o de leyes no económicas y depositarlos en desmontes en las cercanías de las minas (debido a que el transporte es caro), asimismo el procesamiento del mineral produce relaves que deben almacenarse en condiciones que no afecten el drenaje local y no hayan escapes o infiltración de sustancias perjudiciales. Una manera de minimizar los deshechos mineros es utilizar el método de corte y relleno, utilizar los desmontes para crear nuevas formas de relieve para ocultar las operaciones mineras y reducir la emisión de ruido o procesar los desmontes para usarlos en la industria de la construcción. Los relaves del procesamiento de mineral de cobre de la mina El Salvador fueron descargados por años en el río Salado y a través de este río al mar en la bahía de Chañaral. Esto ya no ocurre en la actualidad, los relaves actualmente se depositan en un tranque, pero la contaminación de la
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bahía de Chañaral persiste y persistirá por mucho tiempo más debido a los relaves allí depositados.
2.8 Fundiciones. Las fundiciones emiten SO 2, el cual junto con NOx y CO2 origina lluvia ácida. Esto también ocurre en plantas eléctricas termoeléctricas que usan carbón. Las fundiciones de Caletones de Codelco y Ventanas de Enami liberan alrededor de 400 ton al día de SO 2 al aire (actualmente una parte se recupera para producir ácido sulfúrico, pero todavía la mayor parte se dispersa en el aire). Las aguas de lluvias normales tienen un pH de alrededor de 5,7, pero en el este de EEUU y Europa occidental ellas pueden llegar a pH 2,9 y los lagos de esas áreas han sufrido una disminución de los peces en ellos. Áreas mineras antiguas con varias fundiciones pueden llegar a estar rodeadas de tierra estéril donde la vegetación ha sido destruida por los ácidos y el suelo erosionado. Las tierras muertas alrededor de las fundiciones de cobre-níquel de Sudbury en Ontario, Canadá se extienden por 100 km 2, pero las emisiones han disminuido en un 50% por lo que esto está mejorando.
2.9 Legislación y costo. Los medios legales para establecer medidas anti-polución son muy necesarias y muchas compañías mineras mayores siguen actualmente estrictas regulaciones auto-impuestas (certificaciones ambientales de sus propios países de orígen). La legislación ambiental ha sido incorporada crecientemente en los países desarrollados y también en Chile y otros países mineros latinoamericanos. Sin embargo, los acuerdos
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o cooperación con la industria extractiva son raros, existe más la norma de oposición de conservacionistas o ambientalistas.
2.10 Minerales Industriales. Las operaciones de minerales industriales (no-metálicos) tienen un impacto similar en el ambiente como los metálicos, aunque en general se trata de operaciones de menor escala que proporcionalmente causan menos impacto y a que se remueve menos material estéril para su explotación.
2.11 Declaraciones de impacto ambiental. Actualmente la legislación exige la realización de estudios de impacto ambiental para todas las operaciones mineras y declaraciones de impacto ambiental para las actividades de exploración minera. Los estudios ambientales deben incluir los efectos sobre la sociedad, vegetación, fauna, sitios de interés arqueológico, clima, calidad del aire, ruido, aguas superficiales y subterráneas, los métodos propuestos para la recuperación de los terrenos al término de 5 la operación minera, etc. En algunos países se exige además una garantía para asegurar que la recuperación de los terrenos realmente ocurra al final de la minería. Los estudios debe incluir un registro de la condición del ambiente en el área minera potencial, cuando se hizo la solicitud respectiva (nivel base ambiental). Las compañías recogen esta información en la etapa de exploración, incluyendo la descripción de la superficie y fotografías, análisis geoquímicos para mostrar los valores medios de metales y acidez y detalles de la flora y fauna locales previa a la operación. Esto es esencial
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dado que localmente puede existir contaminación natural; Ej. en la zona de la mina El Indio existen vetas y vetillas con enargita y/o escorodita lo que produce naturalmente altos niveles de arsénico en el río Malo que drena la zona (de ahí su nombre); el río Malo es afluente del río Elqui y hace un tiempo atrás en este último se detectaron valores relativamente altos de arsénico, lo que llevó a acusar a la Cía. Minera El Indio de contaminar sus aguas. Sin embargo, los altos valores de arsénico eran normales dentro del río Malo (de acuerdo al registro histórico) y su presencia en el río Elqui se debía a un período de sequía que redundó en menor volumen de agua en este último y por ende menor dilución del elemento tóxico.
2.12 Microorganismos y minería in situ. Muchos depósitos de sulfuros (Ej. pórfidos cupríferos) tienen una porción superior con óxidos de cobre. Estas menas pueden ser beneficiadas, si es necesario, fracturándolas con explosivos y luego regando soluciones ácidas para lixiviar in situ los metales y bombeando la solución para recobrar el cobre (o uranio). Esto permite explotar depósitos de muy baja ley que de otra forma no serían económicamente viables; en Santa Cruz, Arizona se está llevando a cabo un proyecto de este tipo en un cuerpo de mena que contiene 4.5 Mt con 1,5% Cu. En Chile se ha utilizado la lixiviación in situ en la chimenea de brecha Quetena al SW de Chuquicamata y también se ha utilizado para lixiviar los desmontes con óxidos de baja ley de Chuquicamata. En 1947 se descubrió que bacterias en soluciones ácidas (Thiobacillus ferrooxidans) juegan un rol en la oxidación de sulfuros, por lo que el uso
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de lixiviación bacteriana puede proveer un método de li xiviación in situ de depósitos. La lixiviación in situ proveería un método de explotación que produciría mucho menos perturbación de los terrenos y menos producción de material de desecho, así como mucho menor consumo de energía. Su deficiencia actual es que es mucho más lento que el procesamiento directo de las menas y existe el riesgo que las soluciones ácidas contaminen las aguas subterráneas o superficiales si su flujo no es bien controlado.
2.13 El futuro. Las medidas descritas junto con reciclaje y sustitución y tecnología de nuevos materiales jugarán un rol en reducir el impacto de explotaciones mineras en el ambiente, pero en el futuro inmediato debemos cuidar que exista un creciente sentido de responsabilidad de todos aquellos involucrados en la industria minera. En 1992 diecinueve compañías se unieron para dar origen al Concilio Internacional en Metales
y Ambiente cuyo objetivo es “promover el desarrollo, implementación y armonización de prácticas ambientales adecuadas y políticas y prácticas de salud que aseguren la producción, uso y reciclaje y disposición de metales.
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CAPITULO II II
FORMULACION DE LA INVESTIGACION
El desarrollo de la formulación de la investigación está basada en el método científico, se inicia con el planteamiento del problema, luego los objetivos y justificación de la tesis, que nos permitirá luego de teorizar el problema plantear la hipótesis, variables y conclusiones.
2.1 El problema 2.1.1 Planteamiento del problema Las necesidades actuales de preservar el medio ambiente hace que todas las actividades del hombre en la actualidad sean planificadas, organizadas y ejecutadas con esa finalidad. Una de las actividades productivas que generan impactos sustanciales para con el medio ambiente es la minero-metalúrgica, como es el caso de la lixiviación por cianuración de minerales auríferos en pilas el cual es realizado en Minera Yanacocha, cuyos pri ncipales efectos son la generación de emisiones de líquidos, sólidos y gases, aparte del ruido y otros impactos, que a lo largo del último siglo han venido deteriorando 28
grandemente el hábitat del hombre, la fauna y la flora, aparte de modificar el paisaje natural.
El proceso metalúrgico particular seleccionado para la extracción de oro a partir de un mineral debe ser adecuado a las características del mineral. Cuando el oro ocurre en una forma el cual no puede ser separado por medios físicos, el oro es extraído por disolución del metal usando r eactivos químicos (una sustancia química usada para detectar la presencia de otro por reacción)
los cuales son llamados “lixiviantes”. Idealmente esos lixiviantes o agentes lixiviantes deben de ser:
Baratos y reciclables
Selectivos
No tóxicos
Compatible con los procesos de recuperación de los flujos aguas abajo
Actualmente la empresa está abocada a continuar con sus proyectos de extracción y procesamiento de sus yacimientos auríferos, pero enfrentándose a condiciones como el agotamiento de sus principales reservas y las nuevas oportunidades que se presentan enfrentan retos de las bajas leyes de las especies valiosas y cambios en la mineralogía de dichos yacimientos. Por esta razón consideramos que este problema debe de ser abordado,
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incluyendo la perspectiva de uso de reactivos lixiviantes que sean ambientalmente factibles.
2.2 FORMULACION DEL PROBLEMA Esto nos permite plantear las siguientes interrogantes:
2.2.1 General. ¿Qué alternativa de beneficio ambientalmente posible podrá ser utilizado para minerales auríferos de baja ley en Minera Yanacocha?
2.2.2 Específicos. a)
¿Cómo afecta la concentración de los reactivos lixiviantes empleados en la disolución del oro?
b)
¿Cómo influye la presencia de otras especies mineralógicas como la pirita en el proceso de lixiviación?
2.3 Objetivos 2.3.1 Objetivo General Buscar una alternativa para reemplazar a la cianuración convencional para la lixiviación en pilas, en el tratamiento de minerales auríferos de baja ley en Minera Yanacocha.
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2.3.2 ESPECIFICOS a)
Determinar la influencia de la concentración de los reactivos lixiviantes empleados en la disolución del oro.
b)
Establecer la influencia de la presencia de otras especies mineralógicas como la pirita en el proceso de lixiviación.
2.4 Justificación Para la implementación de este trabajo de investigación es necesario plantear los aspectos del porque es importante realizar este estudio metalúrgico, por tal efecto indicamos las siguientes justificaciones:
a) Las exigencias actuales cuando se pretende desarrollar proyectos para la extracción de los recursos minero metalúrgicos en lo que se refiere al desarrollo sostenible es la de buscar tecnologías limpias, es decir se debe propender al desarrollo de las actividades extractivas de los recursos naturales pero sin perjudicar el entorno ecológico, teniendo como meta un futuro donde nuestros descendientes tengan un perfecto equilibrio con la naturaleza. b) Últimamente se han realizado nuevos descubrimientos de yacimientos de oro, fundamentalmente caracterizados por su baja ley y se ha demostrado un gran potencial productivo de este metal en nuestro país, esto hace que sea 31
necesario optimizar las tecnologías en lo referente a su metalurgia e xtractiva y específicamente en el aspecto hidrometalúrgico. c) Los reactivos orgánicos combinados con oxidantes como agentes lixiviantes del oro son una de las alternativas que están siendo estudiadas y que ofrece ventajas importantes sobre otros disolventes del oro desde el punto de vista ambiental, lo cual tiene que ser demostrado con este trabajo.
2.5 Planteamiento de la Hipótesis 2.5.1 General La lixiviación en pilas con soluciones diluidas de amino ácidos y peróxido de hidrógeno, es una alternativa a la cianuración convencional de minerales auríferos de baja ley en Minera Yanacocha.
2.5.2 Específicas a) La aplicación de bajas concentraciones de los amino ácidos favorece la disolución del oro.
b) La presencia de especies mineralógicas como la pirita influye negativamente en la cinética de disolución por consumir parte de los reactivos empleados.
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2.6 Variables: Las variables son determinadas en función del estudio que se pretende realizar es decir se requiere determinar si es efectivo el uso de los aminoácidos como agentes acomplejantes, para este efecto al considerarse que es una reacción química, se tiene que estudiar las principales variables, para definir su efectividad, como es la cinética del proceso, siendo las que influyen:
2.6.1 Variables Independientes: Referidas a las que van a influir sobre la variable dependiente o variable respuesta.
Temperatura
Tiempo de lixiviación
Cantidad y concentración de amino ácidos
Cantidad de peróxido de hidrógeno
Concentración de iones metálicos
2.6.2 Variable Dependiente: Estas variables o respuesta, son las obtenidas luego de manipular experimentalmente las variables independientes:
Cinética de lixiviación
Disolución de oro
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CAPITULO III III
MARCO TEÓRICO
El marco teórico es dedicado al planteamiento del análisis del problema, que consiste en la realización del estudio teórico previo en el que desarrollamos los aspectos más fundamentales de los avances tecnológicos y científicos, materia de estudio vinculado a la propuesta de esta tesis.
3.1 Análisis Teórico 3.1.1 Los Minerales Auríferos de Baja Ley Los yacimientos minerales se forman a partir de procesos eficientes de segregación y concentración de determinados elementos químicos. Estos procesos, que pueden ser magmáticos, metamórficos, hidrotermales y/o sedimentarios, pueden ser explicados, así como la mayoría de los procesos geológicos, en términos de la teoría de la Tectónica de Placas. Los procesos característicos de cada escenario geotectónico favorecen el enriquecimiento en determinados elementos y la génesis de ciertas tipologías
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de yacimientos minerales. De este modo, cada contexto geotectónico se caracteriza por una métalo génesis determinada, y es de esperar que la historia métalo genética de una región ajuste con su evolución tectónica.
Por consiguiente, las diferentes tipologías de los yacimientos metálicos se asocian a ciertos tipos de rocas, a un marco tectónico y en ocasiones, a periodos geológicos determinados. El Ciclo de Wilson explica el desarrollo evolutivo de la tectónica de placas, es decir, considera que los diversos contextos geotectónicos, condicionados por el tipo de límite de placas y la naturaleza de las placas que interactúan, son estadios o etapas que se suceden de forma consecutiva. Si consideramos la metalogénia como un aspecto de la historia de la corteza terrestre, podemos estudiar la formación de los yacimientos metalíferos como un proceso evolutivo y cíclico. Para ello, se pueden correlacionar los procesos métalo genéticos con los diferentes estadios evolutivos del ciclo geotectónico que nos indica el modelo de Wilson. Con el fin de dar una visión global de la metalogénia, la estructuración de los contenidos que se desarrollarán en esta materia se ajusta a los estadios tectónicos del Ciclo de Wilson .
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Figura N° 1. Metalogénesis y Ciclo de Wilson
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Figura N° 2. Relación entre el Contexto Geotectónico y la Metalogenia Ejemplo de la relación entre el contexto geotectónico y la metalogenia. Modelo de la cuenca carbonífera del SW de los Catalánides ( NE Península Ibérica). En este modelo se ilustra la génesis de depósitos de sulfuros masivos (Pb-Zn-Cu) encajonados en sedimentos ( sedex y emplazamientos), y la circulación de fluidos a través de las series sedimentarias depositadas en el seno de una cuenca subducente delimitada por fallas normales, con altos y bajos sedi mentos y con vulcanismo básico alcalino.
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3.2 YACIMIENTOS EPITERMALES DE METALES PRECIOSOS Los depósitos epitermales son aquellos en los que la mineralización ocurrió dentro de 1 a 2 Km de profundidad desde la superficie terrestre y se depositó a partir de fluidos hidrotermales calientes. Los fluidos se estiman en el rango desde <100ºC hasta unos 320ºC y durante la formación del depósito estos fluidos hidrotermales pueden alcanzar la superficie como fuentes termales. Los depósitos epitermales se encuentran de preferencia en áreas de volcanismo activo alrededor de los márgenes activos de continentes o arcos de islas y los más importantes son los de metales preciosos (Au, Ag), aunque pueden contener cantidades variables de Cu, Pb, Zn, Bi, etc.
Figura N° 3. Sistema Volcánico - Hidrotermal La mineralización epitermal de metales preciosos puede formarse a partir de
dos tipos de fluidos químicamente distintos. Los de “baja sulfuraci ón” reducidos y tienen un pH cercano a neutro (la medida de concentración de iones de 38
hidrógeno) y los fluidos de “alta sulfuración”, los cu ales son más oxidados y ácidos. Los términos de alta y baja fulguración se refieren al estado de oxidación del azufre. En los de alta fulguración el azufre se presenta como S 4+ en forma de SO2 (oxidado) y en los de baja sulfuración como S -2 en forma de H 2S (reducido). Los fluidos de baja sulfuración (BS) son una mezcla de aguas-lluvias (aguas meteóricas) que han percolado de superficie y aguas magmáticas (derivadas de una fuente de roca fundida a mayor profundidad en la tierra) que ha n ascendido hacia la superficie. Los metales preciosos han sido transportados en solución como iones complejos (en general bi-sulfurados a niveles epitermales; clorurados a niveles más profundos) y para fluidos de baja sulfuración la precipitación de metales ocurre cuando el fluido hierve al acercarse a la superficie (ebullición). Los fluidos de alta sulfuración (AS) se derivan principalmente de una fuente magmática y depositan metales preciosos cerca de la superficie cuando el fluido se enfría o se diluye mezclándose con aguas meteóricas. Los metales preciosos en solución derivan directamente del magma o pueden ser lixiviados de las rocas volcánicas huéspedes a medida que los fluidos circulan a través de ellas. En ambos tipos de depósitos (BS y AS) los fluidos circulan hacia la superficie a través de fracturas en las rocas y la mineralización a menudo se presenta en esos conductos (mineralización controlada estructuralmente), pero también pueden circular por niveles de rocas permeables y eventualmente mineralizar
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ciertos estratos. Los fluidos de BS generalmente forman vetas de relleno con metales preciosos o series de vetas/vetillas más finas, denominadas
“stockwork” o “sheeted -veins”. Los fluidos de AS más calientes y ácidos penetran más en las rocas huéspedes originando cuerpos mineralizados vetiformes, pero también diseminación en las rocas. Los depósitos de oro de BS pueden contener cantidades económicas de Ag y cantidades menores de Pb, Zn y Cu, mientras los de sistemas auríferos de AS a menudos producen cantidades económicas de Cu y algo de Ag. La exploración geoquímica de estos depósitos puede resultar en distintas anomalías geoquímicas, dependiendo de la mineralización involucrada. Los sistemas de BS tienden a ser más ricos en Zn y Pb, más bajos en Cu y con razones Ag/Au más altas. Los de AS pueden ser más ricos en As y Cu con razones Au/Ag más bajas. La fineza del oro (=Au/Au+Ag x 1000) en yacimientos epitermales es en general baja (promedio 685 en sistemas del Pacifico SW), es decir el oro contiene apreciables cantidades de plata (color amarillo pálido a blanco) y en muchos casos se presenta como electrum (aleación natural de oro y plata); en contraste los yacimientos de tipo pórfido o skarn presentan normalmente más alta fineza del oro (promedio 920). Los depósitos epitermales contribuyen significativamente a la producción mundial de oro y constituyen blancos de exploración que deben ser evaluados cuidadosamente sobre la base de la cantidad de metal que pueden proveer y a que costo.
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Figura N° 4. Depósitos Epitermales y Placeres Auríferos La cantidad de oro en cualquier tipo de depósito se calcula basado en la ley y tonelaje disponible. Mientras mayor es la ley, menor es el tonelaje requerido para hacer una explotación económica. Un depósito de alta ley podría tener leyes de 10 a 150 g/t Au, mientras que los de baja ley en el rango de 1 a 5 g/t Au. Los depósitos de baja ley pueden tener hasta, y posiblemente más de 200 millones de toneladas (Ej. Mina La Coipa en el distrito de Maricunga con 52,1 Mt con 1,58 g/t Au y 60,3 g/t Ag; ley de corte 1 g/t Au equi valente; Oviedo et el., 1991), mientras que los de alta ley son frecuentemente más pequeños.
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3.3 Proceso de Lixiviación de Oro en Minera Yanacocha. El concepto del proceso de lixiviación por pilas se empleó por primera vez en la extracción del cobre a mediados del siglo XVIII a partir de los minerales oxidados de yacimientos pórfidos. La aplicación para menas de metales preciosos fue sugerida originalmente por la Dirección de Minas de los Estados Unidos en 1967. En 1971 la empresa Carlin Gold Mining ya empleaba el método para tratar minerales de baja ley. Estos estudios fueron patentados en Nueva York en 1974. Actualmente la lixiviación en pilas es el proceso más usado en la recuperación de minerales con oro diseminado y de baja ley. En 1992, se inicia la biooxidación de minerales en pilas, abriendo una nueva oportunidad de tratamiento a los minerales refractarios al proceso de lixiviación en pilas.
3.4 Mineralogía de Minera Yanacocha S.R.L El mineral en Minera Yanacocha se caracteriza por ser de formación volcánica terciaria, es un deposito diseminado, de gran volumen, y contenido metálico bajo, muestra una alteración típica de la alunita (sulfato K, Fe) en los que el oro
ha sido depositado con pirita en los agujeros de lixiviación del cuarzo “cuarzo cavernoso” y luego por estar cerca de la superficie, ha quedado como impregnaciones en las paredes del cuarzo o dentro de los FeOx. El depósito está formado principalmente por cuarzo y sulfuros primarios, estos han sufrido 42
alteraciones y han formado otras especies espec ies como la jarosita y gohetita. El oro se encuentra diseminado en partículas muy finas en estos minerales.
Se ha determinado tres especies definidas como: Mineral con abundante FeOx, principalmente gohetita coloidal, y jarosita muy fino fi no derivados principalmente de la oxidación de pirita diseminada, los granos son diminutos y sumamente raros de 0.002 a 0.004 mm. El rutilo diseminado parece comprender la única fase metálica bien definida.
Figura N° 5. Fotografía presentando a la gohetita coloidal y la jarosita después de la oxidación de la pirita
Una estimación cercana del mineral es: cuarzo
71.0 %
alunita
4.0 %
rutilo
1.5 % 43
circón jarosita FeOx gohetita
0.25 % 19.0 % 4.0 %
trazas de pirita
Mineral con abundante pirita que se ha introducido principalmente en la matriz como los granos relativamente toscos y en forma de racimos.
El sulfuro se ha oxidado y formado la jarosita y el gohetita muy pequeñas, sumamente raro, los granos están ampliamente esparcidos en tamaños de 0.002 a 0.015 mm.
Figura N° 6. Fotografía presentando a la pirita oxidándose formando jarosita y gohetita
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Una estimación cercana del mineral es: cuarzo
72.0 %
sericita
2.0 %
diaspore
6.0 %
alunita
4.0 %
rutilo
0.75 %
trazas de circón trazas de apatita jarosita gohetita
15.0 % 0.25 %
Mineral con pirita muy fina que se ha introducido a lo largo del cuarzo, principalmente en la matriz. La mayoría de los sulfuros se han oxidado y formado la jarosita y gohetita. Se puede observar que todavía permanecen los granos diminutos de pirita, el tamaño es 0.002 a 0.01 mm. (2 a 10 micras).
Figura N° 7. Fotografía mostrando una matriz mineralizada con pirita p irita fina en cuarzo 45
Una estimación cercana del mineral es: cuarzo 95.0 % rutilo 1.0 % trazas de apatita trazas de circón jarosita 2.0 % gohetita 2.0 % trazas de pirita
El mineral de La Quinua es un depósito aluvial que se ha depositado sobre las laderas del cerro del mismo nombre, se han identificado cuatro tipos de mineral.
La caracterización del mineral de La Quinua Central corresponde a 243’131,000 ton. de Mudflow (69 .18%), 33’924,000 ton. de mudflow clay pyrite (9.65%),
11’687,000 ton. de ferricreta aglomerated (3.33%), 62’697,000 ton. de ferricreta Run of Mine (17.84%). Como puede observarse, del total de mineral en este
yacimiento (351’439,000 ton.), este contiene m ayoritariamente el material denominado mudflow que no puede ser utilizado tal como está en la lixiviación.
3.5 Los Aminoácidos en la Hidrometalurgia El objetivo de esta investigación es evaluar un proceso hidrometalúrgico amigable con el medio ambiente para lixiviación de oro. En tal sentido se pretende investigar un posible proceso alternativo que no requiere condiciones significativamente diferentes en el proceso convencional de procesos de cianuración, y que permitiría que el complejo de oro lixiviado sea estable y sea 46
adsorbido en el circuito de proceso convencional de carbón en pulpa (CIP) o carbón en columna (CIC). De los l os reactivos estudiados, sólo la glicina no está en uso en la industria del oro, mientras que el álcali y el peróxido de hidrógeno son utilizados en el proceso y están en uso actualmente, ya sea en los lixiviados, o en destrucción de cianuro.
La glicina es un aminoácido con un grupo carboxílico y un grupo amino. Se utiliza como un agente de nivelación en los procesos de cobreado ácidos (proceso de recubrimiento rec ubrimiento electrolítico). La glicina tiene varias ventajas sobre el cianuro y sus alternativas como al tiosulfato sódico, tiocianato, tiourea, halogenuros: es un reactivo que es benigno para el medio ambiente, producido en grandes cantidades industriales, y es significativamente más barato que muchos otros lixiviantes y las soluciones son estables a través de un amplio rango de Eh - pH. Debido a su acción complejante, la glicina también puede aumentar la solubilidad de iones de cobre en soluciones acuosas.
3.6 Los Aminoácidos Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. las proteínas. Dos Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación entre el grupo amino de uno y el carboxilo del otro, liberándose una molécula de agua y formando un enlace amida que se 47
denomina enlace peptídico; peptídico; estos dos "residuos" de aminoácido forman un dipéptido. dipéptido. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, hasta formar un polipéptido. polipéptido. Esta reacción tiene lugar de manera natural dentro de las células, en los ribosomas. Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son L-alfa-aminoácidos. Esto significa que el grupo amino está unido al carbono contiguo al grupo carboxilo (carbono alfa) o, alfa) o, dicho de otro modo, que tanto el carboxilo como el amino están unidos al mismo carbono; además, a este carb ono alfa se unen un hidrógeno y una cadena (habitualmente denominada cadena lateral o radical o radical R) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de cada uno de los diferentes aminoácidos. Existen cientos de radicales por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero solo 22 (l os dos últimos fueron descubiertos en el año 2002) forman parte de las proteínas y tienen codones específicos en el código el código genético. La unión de varios aminoácidos da lugar a cadenas llamadas péptidos o polipéptidos, que se denominan proteínas cuando la cadena polipeptídica supera una cierta longitud (entre 50 y 100 residuos aminoácidos, dependiendo de los autores) o la masa la masa molecular total supera las 5000 uma 5000 uma y, especialmente, cuando tienen una estructura tridimensional estable definida.
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3.7 Propiedades
Ácido-básicas.
Se refiere al comportamiento de cualquier aminoácido cuando se ioniza. Cualquier aminoácido puede comportarse como ácido y como base, por lo que se denominan sustancias anfóteras. sustancias anfóteras. Cuando una molécula presenta carga neta cero está en su punto isoeléctrico. Si un aminoácido tiene un punto isoeléctrico de 6,1 su carga neta será cero cuando el pH sea 6,1. Los aminoácidos y las proteínas se comportan como sustancias tampón. sustancias tampón.
Ópticas.
Todos los aminoácidos excepto la glicina la glicina tienen 4 sustituyentes distintos sobre su carbono alfa (carbono asimétrico o quiral), lo que les confiere actividad óptica; esto es, sus disoluciones desvían el plano de polarización cuando un rayo de luz polarizada las atraviesa. Si el desvío del plano de polarización es hacia la derecha (en sentido horario), horario), el compuesto se denomina dextrógiro, mientras que si se desvía a la izquierda (sentido antihorario) se denomina levógiro. levógiro. Un aminoácido puede en principio existir en sus dos formas enantioméricas formas enantioméricas (una dextrógira y otra levógira), pero en la naturaleza lo habitual es encontrar sólo una de ellas. Estructuralmente, las dos posibles formas enantioméricas formas enantioméricas de cada aminoácido se denominan configuración D o L dependiendo de la orientación relativa en el
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espacio de los 4 grupos distintos unidos al carbono alfa. Todos los aminoácidos proteicos son L-aminoácidos, pero ello no significa que sean levógiros. Se consideran L-aminoácidos los que estructuralmente derivan de Lgliceraldehído y D-aminoácidos los derivados del D-gliceraldehído.
Químicas.
Las que afectan al grupo carboxilo, como la descarboxilación. Las que afectan al grupo amino, como la desaminación. Las que afectan al grupo R o cadena lateral.
Solubilidad.
No todos los aminoácidos son igualmente solubles en agua debido a la diferente naturaleza de su cadena lateral, por ejemplo si ésta es ionizable el aminoácido será más soluble.
3.8 Peróxido de Hidrógeno (agua oxigenada) El peróxido de hidrógeno (H2O2), también conocido como agua oxigenada,
dioxogen o dioxidano, es un compuesto químico con características de un líquido altamente polar, fuertemente enlazado con el hidrógeno tal como el agua, que por lo general se presenta como un líquido ligeramente más viscoso que ésta. Es conocido por ser un poderoso oxidante. A temperatura ambiente es un líquido incoloro con sabor amargo. Pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno gaseoso se encuentran naturalmente en el aire. El peróxido de hidrógeno es inestable y se descompone lentamente en 50
oxígeno y agua con liberación de calor. Su velocidad de descomposición puede aumentar mucho en presencia de catalizadores. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede causar combustión espontánea cuando entra en contacto con materia orgánica o algunos metales, como el cobre, la plata o el bronce. El peróxido de hidrógeno se encuentra en bajas concentraciones (del 3 al 9 %) en muchos productos domésticos para usos medicinales y como blanqueador de vestimentas y el cabello. En la industria, el peróxido de hidrógeno se usa en concentraciones más altas para blanquear telas y pasta de papel, y al 90 % como componente de combustibles para cohetes y para fabricar espuma de caucho y sustancias químicas orgánicas. En otras áreas, como en la investigación, se utiliza para medir la actividad de algunas enzimas, como la catalasa.
3.9 Análisis del Proceso Propuesto La alternativa actual del uso de un lixiviante como el cianuro plantean muchos problemas. Pese a que el sistema cobre amoniacal - tiosulfato de sodio es el principal competidor mostrado en diferentes estudios (Sparrow y Woodcock, 1995; Aylmore, 2001, 2005; Jeffrey, 2001; Breuer, 2002; Fleming et al., 2003; Chandra y Jeffrey, 2004; Oraby, 2010; Oraby et al., 2010), es un poco caro, tiene una química de lixiviación compleja que llevan a la formación de polisulfuros como productos intermedios, es muy sensible al pH (poco estable) y se aplica a un número limitado de menas de oro. Lo que no es 51
económicamente viable producirlo en el sitio, se requiere separación posterior complejo y no es biodegradable. A pesar de estos desafíos, el tiosulfato ha sido aplicado en planta piloto desde el decenio de 1980, y se ha utilizado en los procesos de lixiviación en pilas Newmont Gold (Wan y otros., 1994). Industrialmente, Barrick Gold ha implementado una retroadaptación del sistema tiosulfato de calcio a sus operaciones en Nevada (Choi, 2013). Un desarrollo de lixiviación in situ del oro con complejos de EDTA férrico y oxalato férrico en sioluciones de tiosulfato ha sido estudiado por Heath y otros (2008). Sin embargo, el sistema tiosulfato - hierro (III) para ser operativo debe ser controlado el pH, lo que aumenta la complejidad de la aplicación de este sistema en la lixiviación en pilas o en la lixiviación in situ. Por otra parte, se encontró que en la presencia de la tiourea aumenta velocidad de oxidación del oro (Chandra y Jeffrey, 2004).
Sin embargo, la tiourea ha sido identificado como un
carcinógeno potencial y su uso ha sido recibido con escepticismo.
En el sistema principal tiosulfato – amonio - cobre, la presencia de amoníaco puede causar problemas de seguridad ambiental del medio circundante por la evaporación de amoniaco (Aylmore, 2005; Aylmore y Muir, 2001). El amoníaco plantea riesgos para el medio ambiente y problemas de toxicidad tanto como un gas en el aire y como en solución. El valor límite umbral (VLU) (estándar internacional) del gas amoníaco en el aire, es de 14 mg/m3 (Gos y Rubo, 2000), que es muy similar a la de HCN (15 mg/m 3). En adición, el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) recomienda un límite de exposición de 25 ppm (18 mg/m 3), un promedio de unas 10-h de programa de trabajo de un 52
operador regularmente con un límite de 35 ppm (27 mg/m3) no se sobrepase en 15 minutos por período de trabajo (NIOSH, 2000).
La aplicación de la lixiviación in situ (ISL), o lixiviación en pilas o lixiviación en bateas, de minerales complejos y de baja ley tienen un gran potencial, ya que elimina la necesidad de transportar y levantar grandes cantidades de mineral de las operaciones de minado subterráneo y a cielo abierto (por ISL) o puede eliminar extremadamente la energía gastada en la molienda (ya sea por lixiviación en pilas o bateas). La lixiviación in situ ha sido u sado en la producción de uranio desde mediados de la década de 1970 (Mudd, 2001).
El objetivo de esta investigación es evaluar un proceso hidrometalúrgico más amigable ambientalmente para la lixiviación del oro. En este trabajo se investigó un
posible
proceso
alternativo
que
no
requiera
de
condiciones
significativamente diferentes que en el proceso convencional de procesos de cianuración, y que permitiría que el oro en los complejos lixiviados sean establea y adsorbidos en un sistema de carbón en pulpa o carbón en columna. Los reactivos propuestos, sólo glicina no está en uso en la industria del oro, mientras que el álcali y el peróxido de hidrógeno utilizados en el proceso están en uso actualmente, ya sea en la lixiviación, o en la destrucción de cianuro (Lee et al., 1989; Lorosch, 1990; Lorosch y Kappes, 1991; Guzmán et al., 1999).
La glicina es un aminoácido con un grupo carboxílico y un grupo amino. Se utiliza como un agente de nivelación cobre baños ácidos. La glicina tiene varias 53
ventajas sobre el cianuro y sus alternativas como el tiosulfato sódico, tiocianato, tiourea, halogenuros: es un reactivo benigno para el medio ambiente, producido en grandes cantidades industriales, y es significativamente más barato que en muchas alternativas y que las soluciones lixiviantes son estables en un amplio rango de Eh - pH. Debido a su acción acomplejante, la glicina también puede aumentar la solubilidad de iones de cobre en solución acuosa (Aksu y Doyle, 2001, 2002).
La solubilidad del oro en diferentes soluciones de aminoácidos ha sido estudiado por Zhang y otros (1996) y Brown y Smith (1982). Recientemente, Feng y Van Deventer (2011) también han encontrado que en la extracción del oro fue grandemente mejorado con soluciones de tiosulfato, mejorado por la adición de aminoácidos (L-valina, glicina, DL-a-alanina y L-histidina).
Desde ese punto de vista, la aplicación de la solución que contiene glicina y peróxidos en la disolución del oro puede alcanzar una prometedora velocidad de disolución del oro. En otro documento, (Oraby y Eksteen, 2014) han examinado el mecanismo de lixiviación del oro en soluciones de glicina peróxido. En general, la estequiometría de la disolución del oro en soluciones alcalinas de glicina se describe en la Ec. (1):
54
La presencia de oxidantes solubles, diferentes del oxígeno, en la lixiviación del oro usando glicina se espera que mejore la disolución del oro, como sus concentraciones no está limitada por la solubilidad del aire/oxígeno, ni dar lugar a importantes oxidaciones de aminoácidos. La Tabla 1 resume las ventajas del proceso glicina – peróxido para lixiviar y recuperar el oro. La Tabla 1 resume las ventajas de lixiviación del oro con la glicina-peróxido.
Tabla 1 Beneficios de uso del sistema alcalino glicina – peróxido para la disolución del oro No tóxico
√
Son benignos para el Medio Ambiente
√
Una alta afinidad por el oro, la plata y el cobre
√
Química simple
√
Selectiva sobre minerales de ganga no sulfurados
√
Amplia aplicación
√
Potencial para la recuperación y la reutilización
√
Puede ser enzimáticamente y biológicamente destruido
√
Costo de reactivos
√
Se puede fabricar en el sitio (si es económicamente competitivo)
√
Su facilidad de transporte y logística, las restricciones al comercio
√
Estabilidad a través de un amplio rango ácido-base y redox
√
Operado sobre modos diluido y concentrado
√
55
Térmicamente estable y no volátil Aplicados a modos de lixiviación en sistema abiertos
√
Materiales de construcción
√
Recuperables mediante tecnologías convencionales de adsorción de
√
carbón
√
Utilizables en los países en desarrollo y los mineros artesanales
Y si bien Oraby y Eksteen (2014) han demostrado que las velocidades de reacción son un 1/20 a 1/30 de la cinética de lixiviación de cianuro en similares condiciones Eh y pH, el sistema lixiviante tiene especial valor en el medio ambiente abierto, sistemas de largo tiempo de lixiviación tal como se implementa en ISL y lixiviación en pilas (o incluso en modos de lixiviación en bateas). Estos modos de lixiviación, el transporte de masa a través de las partículas llega a ser el factor limitante. Las necesidades de calentamiento (a 60°C) para estos modos pueden ser fácilmente proporcionados mediante estanques solares o calentadores de agua solares de tubos, especialmente en zonas con mucho sol. Eksteen y otros (2014) han demostrado que el calentamiento solar de pilas de lixiviación para calentar soluciones recirculadas barren a temperaturas moderadamente elevadas (~ debajo de 60°C) puede lograrse fácilmente en las regiones subtropicales. El inventario térmico de las pilas o depósitos subterráneos (en el caso de ISL) proporciona amortiguación adecuada entre el día y la noche a las variaciones de temperatura.
56
Mientras Oraby y Eksteen (2014) discutieron algunos de los aspectos de la lixiviación del oro con sistemas de glicina peróxido, el enfoque de esta investigación fue de estudiar y evaluar el potencial de glicina en concentraciones más altas (0.3-1.0 M glicina), así como para evaluar el papel de la plata y aleaciones de plata - oro. En el documento de Oraby y Eksteen (2014), los autores han demostrado que los complejos de glicinato de oro y la plata pueden ser cargados con éxito a carbón activado de las soluciones de alta concentración de sistema lixiviación peróxido glicina. En este estudio se evalúan los sistemas aminoácidos- peróxido para aminoácidos en concentraciones más bajas (como sería considerada para la lixiviación en pilas e in-situ) y el efecto de la temperatura en esas concentraciones. Además, se evaluará el efecto de concentración del oxidante, el efecto de los iones catalíticos, el papel del tipo de los aminoácidos y la sinergia de mezclas de aminoácidos, el papel de la ganga de pirita y, por último, la adsorción en carbón de baja concentración cargada de las soluciones lixiviación. Mientras que las concentraciones del aminoácido establecido aún puede ser superior al de las correspondientes concentraciones de cianuro utilizado en la lixiviación del oro, los aminoácidos (en particular glicina) tienen estabilidad que permite el reciclaje y la reutilización en el circuito, mientras que el cianuro tiende a ser perdido, como ácido cianhídrico, tiocianato, cianato, ferrocianuro y una serie de cianuros ácidos débiles disociables, limitando su reutilización potencial.
57
CAPITULO IV
IV
METODOS DE INVESTIGACION EXPERIMENTAL
El desarrollo de los métodos de investigación experimental constituyen la parte más importante de este trabajo, el mismo se basa en el análisis teórico del problema, que fundamenta teóricamente la tesis lo que permite plantear las estrategias de experimentación en el laboratorio, donde se deben de definir los materiales y equipos necesarios, plantear el número de pruebas tanto previas como las definitivas, posteriormente se presentarán y discutirán los resultados.
4.1 Métodos de Investigación La metodología experimental planteada en este trabajo de investigación comienza en la formulación del estudio, esto se realiza con el planteamiento del problema, el cual es analizado más adelante desde un punto de vista teórico, con la finalidad de fundamentar la tesis lo que permite plantear las estrategias de experimentación en el laboratorio, donde se deben de definir los materiales y equipos necesarios, plantear el número de pruebas tanto previas como las definitivas, posteriormente se presentarán y discutirán los resultados.
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4.2 Materiales La muestra empleada para el desarrollo experimental es a nivel de laboratorio, se usó láminas de oro (20 cm 2), puesto se quiere demostrar que la glicina disuelve el oro. Los reactivos a emplear son: * Glicina * Peróxido de hidrógeno * Hidróxido de sodio * Carbón activado * Agua destilada Los reactivos son de grado analítico.
4.3 Equipos Se utilizará como equipo un reactor de vidrio de 3 litr os de capacidad, con sistema de control de temperatura, agitador de teflón, un embudo de vidrio para la alimentación de la muestra y los reactivos lixiviantes.
4.4 Método El trabajo de investigación experimental consiste en la preparación de la muestra. Para la determinación de las pruebas cinéticas y la efectividad del proceso, se realizan pruebas en sistemas agitados, antes de someter a pruebas por percolación que se realiza posteriormente para efectos de diseño de proceso, tal como se realiza en todas la pruebas experimentales de lixiviación. Luego se prepara el equipo de lixiviación, en el que se 59
acondiciona la solución lixiviante, se desarrollarán pruebas en diferentes rangos de temperatura, además en diferentes rangos de tiempos de lixiviación. Luego de cada prueba se realizarán los análisis químicos de las soluciones lixiviadas y los residuos sólidos producidos.
4.5 Procedimiento Experimental 4.5.1 Lixiviación Todos los experimentos se llevaron a cabo utilizando soluciones preparadas a partir de ya sea reactivos de grado analítico o sintético y agua filtrada pura. A menos que se indique lo contrario, todos los experimentos se llevaron a cabo utilizando agitadores magnéticos y barras magnéticas revestidos de teflón. A menos que se especifique lo contrario, 400 mL de 0.1 M glicina y 1% solución de peróxido se calienta en un vaso de precipitación a diferentes temperaturas y se agita a 300 r.p.m. Las láminas de oro (20 cm2) que se utilizan en todos los experimentos se realizaron a partir de oro puro de 99.99%. Antes de cada experimento, la superficie de la hoja fue pulida con hojas de carburo de silicio impermeable (FEPA P# 2400). Por último, el oro fue lavado con agua destilada y se dejan secar.
4.5.2 Adsorción Para la prueba de la actividad del carbón para adsorber el complejo oro-glicina, a menos que se indique lo contrario, 1.5 g/L de carbón fresco (-2.36+2.00 mm) se ha agregado a las soluciones cargadas después de la lixiviación. Los experimentos de adsorción se han llevado a cabo a temperatura ambiente y con 60
una velocidad de rotación del rodillo de 150 r/min. Con el fin de evaluar la adsorción del oro sobre el carbón, sub-muestras fueron tomadas en diferentes intervalos de tiempo y a continuación diluidos con cianuro de sodio acuoso antes de ser analizadas mediante ICP-OES.
4.6 Presentación y Discusión de Resultados 4.6.1 Efecto de la Temperatura La reacción de lixiviación del oro con la solución de glicina - peróxido ha demostrado que es una reacción químicamente controlada (Oraby y Eksteen, 2014) para concentraciones altas (p.ej. condiciones de tanque de lixiviación). En este estudio, en una concentración de 0.1 M glicina, el efecto de la temperatura se ha estudiado en 23, 30, 40, 60 y 75°C. La Fig. 1 muestra el efecto de la temperatura sobre la cinética de lixiviación del oro con glicina en soluciones diluidas. Claramente, se puede observar que la disolución del oro aumenta drásticamente a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, a alta temperatura (75°C) se encontró que la disolución inicial del oro es más rápida pero la cinética de lixiviación del oro disminuye rápidamente.
Lixiviación del oro es un proceso controlado químicamente en la que la temperatura afecta a la velocidad de reacción. Los resultados más interesantes se muestran en la Fig.1 que después de 264 h de lixiviación a temperatura ambiente, la velocidad de disolución del oro aumentó considerablemente una vez que la temperatura se ha elevado a 60°C.
61
Fig. 1. Efecto de la temperatura sobre la disolución del oro: 0.1 M glicina, 1% de H2O2, pH inicial 11.5, a diferentes temperaturas
La Fig. 2 ilustra la cinética de disolución de oro sobre el tiempo de lixiviación a diferentes temperaturas. Puede verse que a temperatura elevada, la cinética de lixiviación de oro inicialmente aumenta, a continuación, empieza a disminuir a través del tiempo de lixiviación. Como comparación de la cinética de lixiviación del oro del sistema de glicina-peróxido y un sistema seleccionado de lixiviación de oro en ausencia de cianuro y amoníaco, se constató que la cinética media de disolución del oro después de seis días de lixiviación a 75°C fue 39 x 10 -3 µmol/m2s, que es cerca de 20 veces superior a la cinética de lixiviación oro de 2 x 10-3 µmol/m2s del sistema tiosulfato férrico en ausencia de tiourea (Heath et al., 2008).
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Fig. 2. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de disolución del oro sobre el tiempo de lixiviación: 0.1 M glicina, 1% de H 2O2, pH inicial 11.5, a diferentes temperaturas.
4.6.2 Efecto de la Concentración de la Glicina La cinética de disoluciones de oro en soluciones que contienen diferentes concentraciones de glicina y 1% de peróxido de hidrógeno a pH 11 y una temperatura de 60°C fue estudiada y los resultados se repre sentan en la Fig. 3. Se puede observar en los resultados que se muestran en la Fig. 3 que la velocidad de disolución y el oro disuelto total se incrementa al aumentar la concentración glicina. Se puede observar que el oro puede ser disuelto en una concentración de glicina en muy baja concentración de reactivo a 25 mili Molar (mM) de glicina.
63
Fig. 3. Efecto de la concentración de glicina en la disolución del oro: glicina, 1% de H 2O2, pH 11. 60°C.
4.6.3 Efecto del Peróxido El peróxido de hidrógeno se descompone lentamente para liberar oxígeno de acuerdo con la Ec. (2):
La cinética de descomposición del H 2O2 depende de la temperatura, la concentración del peróxido, pH, así como la presencia de impurezas y estabilizadores (Dougherty y Anslyn, 2006). El peróxido de hidrógeno puede 64
oxidar glicina, pero sólo en presencia de una exposición p rolongada a la luz UV (Berger et al., 1999).
El pH de la solución y Eh en el tiempo ha sido monitoreado usando un medidor 90-FLMV. La Fig. 4 muestra los perfiles de Eh de las soluciones glicina peróxido de hidrógeno en el tiempo en diferentes concentraciones peróxido de hidrógeno. Es evidente que se puede observar en los resultados que se muestra en la Fig. 5, en el sentido de que el peróxido de hidrógeno es esencial para la disolución del oro y que la velocidad de disolución del oro es muy sensible a la concentración del peróxido de hidrógeno.
Fig. 4. Efecto de la concentración del peróxido de hidrógeno en el Eh medido de la solución de lixiviación: 0.1 M glicina, diferentes porcentajes de H2O2, pH 11.5, 60°C. 65
Fig. 5. Efecto de la concentración de peróxido de hidrógeno sobre la disolución de oro: 0.1 M glicina, diferentes porcentajes de H 2O2, pH 11.5, 60°C.
4.6.4 Efecto del pH El hidróxido de sodio se ha utilizado para ajustar el pH de las soluciones lixiviación. Según Suess y otros (1997), el peróxido es activado con un álcali y a pH más altos; el equilibrio de la Ec. (3) es conducida hacia la dirección correcta.
66
A pH más altos, la descomposición del peróxido aumenta para generar iones de hidróxido y oxígeno, como se muestra en la Ec. (4).
Incrementando el pH y temperatura de la solución de lixiviación puede producir radicales hidróxido desde el peróxido de acuerdo a la Ec. (5).
Los radicales hidróxido puede acelerar la disolución de oro como fue reportado por Nowicka et al. (2010) quienes indican que los radicales -OH en el reactivo Fenton para disolver el oro rápidamente en una superficie de oro pulido mecánicamente.
El efecto de la adición iones de hidróxido y, por ende, el pH de las soluciones en la disolución del oro, es mostrado en la Fig. 6. Se encontró que la disolución del oro en soluciones de glicina - peróxido es muy sensible al pH de la lixiviación y a los iones de hidróxido. La disolución del oro aumenta considerablemente al aumentar el pH de lixiviación a mayor alcalinidad.
67
Fig. 6. Efecto del pH de la solución de lixiviación en la disolución del oro: 0.1 M glicina, 1% de H2O2, a 60 C. °
La cinética de lixiviación del oro a pH mayores de 11 en soluciones que contienen 0.1 M glicina y 1% de peróxido de temperatura de lixiviación 60°C es preferible en el sistema glicina - peróxido. La Tabla 2 muestra las cantidades requeridas de sosa cáustica en mM para alcanzar el pH objetivo. El costo de mantenimiento de un pH alto con NaOH (en lugar de Ca(OH) 2) puede ser excesivo cuando uno considera las necesidades de cáustica para pH >11, pero depende de la mineralogía de la ganga de la mena.
68
De los resultados que se muestran en la Fig. 6, se puede observar que añadir peróxido adicional en el sistema para mejorar la disolución de oro, lo que indica la necesidad de mantener un constante nivel de peróxido en un proceso continuo.
Tabla 2 NaOH necesario para alcanzar el pH objetivo de la solución de lixiviación basado en glicina. pH de lixiviación
NaOH requerido (mM)
6.10
0
10.10
47.5
11.50
125.0
12.00
175.0
12.80
293.0
4.6.5 Efecto del Cu2+ En la lixiviación del oro con tiosulfato, es bien sabido que el Cu 2+ se utiliza como el principal oxidante. Además de ser el oxidante en el sistema tiosulfato, el cobre también cataliza la semi reacción de oxidación del oro reacción (Breuer y Jeffrey, 2002). En este trabajo, se encontró que la incorporación del Cu2+ al sistema glicina - peróxido mejora la disolución. La Fig. 7 muestra cómo la presencia de iones Cu 2+ acelera significativamente el proceso de disolución del oro en el sistema glicina - peróxido, un factor de importancia para la menas de cobre - oro. 69
Fig. 7. Efecto de los iones Cu 2+ en la disolución de oro: 0.1 M glicina, 0.1 % de H2O2, pH 11, a 30°C.
Otra prueba adicional se ha llevado a cabo para estudiar el efecto de los iones Cu2+ sobre la disolución de oro con el sistema glicina-peróxido mediante el aumento del pH de lixiviación a 11.9 y la concentración de peróxido a 0.3 %. Las cantidades de oro disuelto con este sistema respecto al tiempo de lixiviación se muestran en la Fig. 8. Una comparación entre los resultados de la Fig. 7 en la presencia de Cu2+ y la Fig. 8 puede conducir a un aumento de pH y del peróxido para la mejora de la disolución de oro. En un trabajo anterior, los autores (Oraby y Eksteen, 2014) han demostrado que el complejo oro-glicina se ha cargado exitosamente sobre el carbón activado a partir de soluciones de
70
glicina- peróxido solamente. En esta sección, la solución de oro - glicina en presencia de iones Cu 2+ se ha cargado en el carbón activado.
Fig. 8. Efecto de los iones Cu 2+ en la disolución de oro: 0.1 M glicina, 0.3 % de H2O2, 4 mm de Cu2+, pH 11.9 y 30°C.
4.6.6 Adsorción de Au-glicinato en la presencia de Cu2+ La cinética de adsorción de oro en carbón activado en presencia de iones Cu 2+ ha sido evaluada por la determinación de la constante actividad del carbón usando la Ec. (6):
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Δ[Au ó Ag]c = cambio en Au ó Ag sobre el carbón desde t = 0 a t = t horas; Δ[Au o Ag]s = Au o Ag en la solución en t = t horas; n = una constante derivada experimentalmente por la pendiente de la ecuación anterior, y k = constante de velocidad empírica en t = 1 h.
El oro adsorbido sobre carbón y las cantidades de metales en soluciones se han calculado y presentado en la Tabla 3.
La Fig. 9 también muestra el ploteo de Log (Δ [Au] c/ [Au]s) contra (Log t) para los datos que se muestran en Tabla 2. El experimento de adsorción demostró que el complejo oro-glicina en la presencia de Cu 2+ se adsorbe en el carbón activado en una cinética similar o incluso superior al complejo oro - cianuro. La constante de actividad calculada del carbón fue de 918 y el oro se carga 4.6 kg Au/tonelada de carbón. De los datos que se muestran en la Tabla 2 y Fig. 9, se puede concluir que la presencia de Cu 2+ no tiene un efecto negativo sobre la carga de oro en el carbón activado.
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Tabla 3 Adsorción de oro sobre carbón activado desde la solución cargada en la presencia de Cu2+.
73
Fig. 9. Gráfico de Log (Δ[Au] c / [Au]s) versus Log t para la solución cargada
Fig. 9. Gráfico de Log (Δ[Au] c / [Au]s) versus Log t para la solución cargada
después de la lixiviación (tiempo de carga 4 h, carbón, 2.5 g/L).
4.6.7 Efecto del tipo de amino ácido e interacciones sinérgicas Los amino ácidos glicina, histidina y alanina han sido utilizados para probar el efecto del tipo de los aminoácidos en las disoluciones de oro. L os experimentos se han llevado a cabo en 0.05 M de aminoácidos a pH 11 y 60°C de temperatura. La Fig. 10 muestra la disolución del oro en diferentes sistemas aminoácidos. Se puede observar que la disolución de oro inicial en solución de histidina es más rápido que en las soluciones de glicina y alanina; sin embargo, la ampliación de la lixiviación, se encuentra que la glicina disuelve más rápido al oro y en mayor extensión que la histidina y alanina.
74
Fig. 10. Efecto de los tipos de aminoácidos en la disolución de oro: 0.05 M aminoácidos, 1% de H2O2, pH 11, a 60°C.
Para evaluar el efecto de las mezclas de aminoácidos, una mezcla de 0.05 M de glicina y 0.05 M histidina, 1% de H 2O2, a pH 11.5 y 60°C. La Fig. 11 muestra los efectos de la utilización de una combinación de glicina - histidina y la glicina solamente sobre la disolución de oro. Está claro que el uso de una mezcla de la glicina y histidina disuelve al oro más que con glicina sola. El mecanismo de este fenómeno no está claro.
75
Fig. 11. Efecto de la mezcla de aminoácidos en la disolución de oro: 0.1 M aminoácidos, 1% de H2O2, pH 11, a 60°C.
4.6.8 La adsorción de oro de complejos aminoácidos en carbón activado La cinética de adsorción del oro en carbón activado desde las soluciones glicina - histidina ha sido evaluada por la determinación de la constante actividad del carbón usando la Ec. (6). El oro adsorbido sobre el carbón y las cantidades de metales en las soluciones se han calculado y presentado en la Tabla 4.
76
Tabla 4 Adsorción de oro en carbón activado desde soluciones de glicina-histidina
77
La Fig. 12 también muestra el gráfico de Log (Δ [Au] c/ [Au]s contra (Log t) para los datos que se muestran en la Tabla 3. El experimento de adsorción muestra que el oro de la solución que contiene glicina-histidina se adsorbe en el carbón activado. La constante actividad del carbón fue de 188 y el oro se carga 5.5 kg Au/tonelada de carbón. De los datos que se muestran en la Tabla 3 y la Fig. 12, se puede observar que el oro puede ser cargado en el carbón de las soluciones que contienen una mezcla de solución glicina histidina.
La Fig. 12 también muestra el gráfico de Log (Δ [Au] c/ [Au]s contra (Log t) para los datos que se muestran en la Tabla 3. El experimento de adsorción muestra que el oro de la solución que contiene glicina-histidina se adsorbe en el carbón activado. La constante actividad del carbón fue de 188 y el oro se carga 5.5 kg Au/tonelada de carbón. De los datos que se muestran en la Tabla 3 y la Fig. 12, se puede observar que el oro puede ser cargado en el carbón de las soluciones que contienen una mezcla de solución glicina histidina.
Fig. 12. Gráfico de Log (Δ[Au]c / [Au]s) versus Log t para solución cargada después de la lixiviación (tiempo de carga 23 h, carbón 1.55 g/L).
78
4.6.9 Efecto de la Pirita El cuerpo de mineral de oro puede contener diferentes minerales de la ganga de reactividad diferente; uno de los más frecuentes minerales reactivos de oro es la pirita. Para estudiar el efecto de la pirita, diferentes cantidades de minerales de pirita se agrega a la solución de lixiviación antes de la adición de hojas de oro. La Fig. 13 muestra el efecto de la pirita en la disolución de oro en soluciones que contienen pirita (FeS 2). Es evidente que la disolución del oro en la presencia de la pirita es menor en la ausencia de la pirita. La disminución de la disolución del oro puede ser referido al consumo de peróxido para oxidar a la pirita, o pirita catalizada por la descomposición del peróxido de hidrógeno. La oxidación de la pirita en soluciones de peróxido de hidrógeno puede ser representada por la Ec. (7) (Chirita, 2004).
Fig. 13. Efecto de la pirita en la disolución de oro desde las soluciones de glicina - peróxido: 0.1 M aminoácidos, 1% de H2O2, pH 11, a 60°C. 79
CONCLUSIONES
Observando los resultados de este estudio de investigación, se puede concluir en lo siguiente: 1. El uso de aminoácidos combinados con oxidantes como agentes lixiviantes del Oro, son una alternativa a la cianuración convencional que están siendo estudiadas, además ofrece ventajas importantes sobre otros disolventes de Oro desde el punto de vista ambiental.
2. Se ha demostrado que la glicina y otros aminoácidos, incluso en bajas concentraciones pueden utilizarse como lixiviantes de oro, dentro de los plazos adecuados para la lixiviación in-situ o pilas y lixiviación en bateas.
3. Los experimentos de lixiviación demostraron que la cinética de lixiviación de oro aumenta al aumentar la concentración glicina. Baja concentración de glicina (25 - 100 mM) se pueden utilizar de forma eficaz para la lixiviación del oro.
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4. También se ha demostrado que la solución lixiviada es muy sensible a la temperatura de lixiviación y la reacción es químicamente controlada.
5. La adición de Cu2+ al sistema glicina-peróxido mejora la disolución de oro.
6. También se encontró que la glicina disuelve más rápido al oro y en mayor medida que la histidina y alanina.
7. La disolución de oro la presencia de pirita es inferior a la medida en la ausencia de la pirita. La disminución de la disolución de oro puede ser referido al consumo de peróxido para oxidar a la pirita.
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RECOMENDACIONES
1. La experimentación más detallada tienen que ser continuadas en la profundización de los conocimientos de los parámetros operativos para la lixiviación con los reactivos estudiados, de tal manera que permita desarrollar propuestas industriales, es decir los aspectos vinculados al diseño de procesos y especificación de equipos.
2. Aun al demostrarse que los reactivos propuestos son amigables con el medio ambiente, el manejo de estos tiene que tener un adecuado manual de procedimientos, de tal forma que permita trabajar al operador con seguridad y sin ningún riesgo.
3. Es importante que se plantee un estudio de impacto ambiental sobre el proceso propuesto para demostrar que el método estudiado ofrece ventajas ecológicas frente a la cianuración.
4. El estado debe propiciar a través de las universidades trabajos de investigación que permitan resolver los problemas de la industria.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. AZAÑERO O., A., “Recuperación De Oro Y Plata De Minerales Por Heap Leaching“, UNMSM, Lima. 2. CEPECT, “El Oro”, Cepect-Concytec, Lima, 1990. 3. CYANAMID; "Manual De Productos Químicos Para La Minería", Edición Comercial, México, 1988. 4. DANA, H.; "Manual De Mineralogía", Editorial Reverté‚ S.A., Barcelona, España, 1965 5. HAUNG, H. H., TWIDWEL, L. G. Y MILLER, J. D.; "Hidrometalurgia" TOMOS I y II (Trad. Luis y Juan Chia A.) Ed. Popular. Lima. 6. HEINEN, H. J.; PETERSON, D. G.; LINDSTROM, R. E. “Processing Gold Ores Using Heap Leach- Carbon Adsorption Methods”, US Bureau of Mines, Information Circular 8770, 1978. 7. MISARI CH., F.; "Metalurgia del Oro", CEPECT, Lima - Perú, 1993, Tomo I y II. 8. MISARI CH., F.; "Metalurgia Del Oro", CEPECT, Lima - Perú, 1993, Tomo I y II 83
