TRABAJO N1 HIDROMETALURGIA

Integrantes: Viviana Monroy V. Daniel Palma S. Ren Rojas E. Alejandra Rubio M. Asignatura Hidrometalurgia Profesor Lionel Ahumada

INTRODUCCIN

La Hidrometalurgia puede definirse como aquella parte de la metalurgia extractiva que agrupa los procesos que tratan una mina mediante el uso de un disolvente adecuado, pasando el elemento til a una fase lquida y quedando la ganga inalterada para luego recuperar el elemento til desde la solucin enriquecida. Por lo tanto, podramos decir que la hidrometalurgia involucra las operaciones de: Disolucin: que implica el paso de las especies de valor desde la mina a una solucin Purificacin: que involucra la eliminacin de algunos elementos contaminantes desde la solucin. Recuperacin: es decir, obtener las especies o elementos de valor desde la solucin.

VENTAJAS Los metales pueden ser obtenidos directamente en forma pura desde la solucin. Los problemas de corrosin son relativamente menores que en la piro metalurgia. Los procesos generalmente son a temperatura ambiente. El manejo de los productos y materiales es relativamente fcil. Se prestan para e1tratamiento de menas de baja ley. No producen grandes problemas de contaminacin ambiental

DESVENTAJAS La separacin entre la ganga y la solucin puede ser dificultosa. Los procesos hidrometalrgicos son relativamente lentos. Cantidades muy pequeas de iones contaminantes pueden afectar el proceso posterior. De acuerdo a los procesos que involucra la hidrometalurgia podemos entonces mencionar que sta implica lixiviacin, purificacin de soluciones (extraccin por solventes o intercambio inico) y recuperacin (precipitacin o electro obtencin). Todo el estudio respecto a estos temas ser abordado tratando principalmente al elemento cobre.

LIXIVIACION El procesamiento de minas de cobre oxidadas y ciertos tipos de sulfuros, para la obtencin de ctodos de cobre de alta pureza, se realiza a travs de un proceso hidrometalrgico que incluyen las etapas de: preparacin y pretratamiento de mineral (chancado, aglomerado y curado); lixiviacin de las especies tiles, usando reactivos qumicos o accin bacterial; lavado y separacin de residuos slidos; purificacin y concentracin de la especie til presente en la solucin proveniente de lixiviacin, por medio de la extraccin por solvente; y finalmente la etapa de precipitacin del cobre disuelto en la etapa de electroobtencin. Lixiviacin es aquel proceso mediante el cual, se extrae selectivamente un compuesto, presente en una fase slida, a travs de la disolucin de las especies de inters, por medio de un agente lixiviante, que transforma stas especies en sales solubles. En el caso de la lixiviacin de menas de cobre el agente lixiviante es generalmente cido sulfrico y las sales solubles formadas son principalmente sulfatos. Dicho de otra forma, el proceso de lixiviacin permite que la especie de inters se transfiera desde un slido a una solucin, permitiendo descartar los slidos agotados y continuar con el procesamiento de la solucin para obtener el metal. Sin embargo, es necesario que la solucin obtenida en el proceso de lixiviacin tenga una concentracin apta para continuar con las etapas posteriores, de lo contrario no es viable el procesamiento de mineral.

AGENTE LIXIVIANTE El agente lixiviante es una solucin acuosa que contiene disuelto algn reactivo qumico o especie capaz de reaccionar con el mineral til a fin de solubilizarlo. Para escoger el agente lixiviante ms adecuado, se debe considerar entre otros: Caractersticas fsicas y qumicas del material a lixiviar. Debe disolver el metal o compuesto de inters en forma rpida y debe reaccionar con los minerales sin valor en forma lenta o despreciable. La solubilidad de los reactivos de lixiviacin debe ser alta, al igual que los productos del proceso para minimizar el volumen de las soluciones. Costo razonable y adecuada disponibilidad. Capacidad de regeneracin en forma simple. Mnimos problemas de corrosin en los equipos. En lo posible no debe ser peligroso para los seres humanos y el medio ambiente. Deben actuar en fro y en concentraciones diluidas.

La lixiviacin de minerales de cobre depende de varios factores, que tambin son comunes en la lixiviacin de otros minerales, y entre los que podemos mencionar: Tamao de partcula a que debe molerse o triturarse el mineral Composicin y concentracin del disolvente Tiempo de contacto, Tasa de Riego, Razn de lixiviacin Temperatura del disolvente, Consumo de Acido

REACCIONES DE LIXIVIACIN DE MINERALES DE COBRE Esto puede ser esquematizado a travs de la ecuacin, que representa al proceso de lixiviacin en trminos generales: MINERAL + (AGENTE LIXIVIANTE) (SOLUCIN) + OTROS PRODUCTOS Especies Oxidadas CRISOCOLA: CuSiO3 * 2 H2O ; 36.1 % Cu CuSiO3 * 2 H2O + H2SO4 .. CuSO4 + SiO2 + 3 H2O TENORITA: CuO; 79.7 % Cu CuO + H2SO4 .. CuSO4 + H2O ATACAMITA: CuCl2 * 3 Cu(OH)2 ; 50.5 % Cu CuCl2 * 3 Cu(OH)2 + 3 H2SO4 .. CuCl2 + 3 CuSO4 + 6 H2O Especies Sulfuradas CALCOSITA: Cu2S; 79.8 % Cu Cu2S + Fe2(SO4)3 .. CuS + CuSO4 + 2 FeSO4 CuS + Fe2(SO4)3 .. CuSO4 + 2 FeSO4 + S Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 .. 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + S COVELITA: CuS ; 66.4 % Cu CuS + Fe2(SO4)3 .. CuSO4 + 2 FeSO4 + S BORNITA: Cu5FeS4 ; 63.3 % Cu Cu5FeS4 + 6 Fe2(SO4)3 .. 5 CuSO4 + 13 FeSO4 + 4 S CALCOPIRITA: CuFeS2; 34.6 % Cu CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 .. CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 S

LIXIVIACIN BACTERIANA La Biolixiviacin, Biohidrometalurgia o Biooxidacin de Sulfuros, puede ser definida como un proceso natural de disolucin que resulta de la accin de un grupo de bacterias principalmente del gnero Thiobacillus con habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberacin de los valores metlicos contenidos en ellos. Por mucho tiempo, se pens que la disolucin o lixiviacin de metales era un proceso netamente qumico, mediado por agua y oxigeno atmosfrico. El descubrimiento de bacterias acidfilas ferro y sulfooxidantes ha sido primordial en la definicin de la lixiviacin como un proceso catalizado biolgicamente. En trminos ms globales, se puede sealar que la biolixiviacin es una tecnologa que emplea bacterias especficas para lixiviar, o extraer, un metal de valor como uranio, cobre, zinc, nquel y cobalto presente en las menas o en un concentrado mineral. El producto final de la biolixiviacin es una solucin cida que contiene el metal valor en su forma soluble. De otro lado, el trmino biooxidacin es un utilizado para describir un proceso que emplea bacterias para degradar un sulfuro, usualmente pirita o arsenopirita, en la que el oro o la plata, o ambos, se encuentran encapsulados. La tecnologa microbiana presenta ventajas sobre los mtodos no biolgicos, entre los que podemos encontrar: Requiere poca inversin de capital (las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas cidas de minas). Bajos costos de operacin necesarios para las operaciones hidrometalrgicas en comparacin con los procesos convencionales. Relativa ausencia de polucin o contaminacin ambiental durante el proceso. El tratamiento del creciente acumulo de minerales de baja ley en las minas los que no pueden ser econmicamente procesados por los mtodos tradicionales.

Aspectos microbiolgicos Thiobacillus ferrooxidans: Los microorganismos que son responsables de la disolucin de los metales a partir de minerales son, principalmente, organismos quimiosintticos y autotrficos pertenecientes al gnero Thiobacillus, aunque como sealamos en un prrafo y tabla anterior, no es la nica. De las especies de Thiobacillus que se conocen la que ms atencin ha recibido es Thiobacillus ferrooxidans, cuya presencia fue demostrada por Colmer y Hinkle, a comienzos de los aos 50, en el drenaje unas minas de carbn, que reportaban altos contenidos de cido y fierro. T. ferrooxidans presenta forma bacilar, gram negativas, de 0.5 a 1.7 , algunas cepas tienen flagelos, es quimioautotrfico, capaz de oxidar compuestos inorgnicos como iones ferroso (Fe(II)) y azufre, los que le sirven de fuente primaria de energa. El carbono necesario para su arquitectura celular lo obtiene por fijacin de CO2, de manera similar a las plantas verdes (Ciclo de Calvin-Benson). Es aerobio (requiere de O2 como aceptor final de electrones), acidfilo (desarrolla en rangos de pH que varan entre 1.5 y 3.0), y a

temperaturas que oscilan entre 25-35 C. Es considerada como el mayor contribuyente en la produccin de aguas cidas que drenan de depsitos de metales sulfurados, gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando soluciones cidas de sulfato frrico.

Mecanismos de Lixiviacin Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviacin bacteriana son: directa e indirecta. a.- Lixiviacin Indirecta: Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son: Pirita: FeS2 + 7/2 O2 + H2O . FeSO4 + H2SO4 Ec. 1 2 FeSO4 + 1/2 O2 + H2SO4 . Fe2(SO4)3 + H2O Ec. 2 El sulfato frrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados. La lixiviacin con Fe2(SO4)3 recibe el nombre de lixiviacin indirecta porque se realiza en ausencia de oxgeno o de bacterias y, es responsable de la disolucin o lixiviacin de varios minerales sulfurados de cobre de importancia econmica: Calcopirita: CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 . CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 S Ec. 3 Calcocita: Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 . CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 S Ec. 4 El mecanismo de lixiviacin indirecta depende de la regeneracin biolgica del sulfato frrico (Ec.2). El azufre (S) generado en las reacciones Ec.3 y Ec.4 puede ser convertido en cido sulfrico (H2SO4) por T. ferrooxidans segn:

2 S + 3 O2 + 2 H2O . 2 H2SO4 Ec. 5

Este cido sulfrico, as generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria. b.- Lixiviacin Directa: Las bacterias ferrooxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos directamente sin la participacin del sulfato frrico producido biolgicamente. El proceso se describe en la siguiente reaccin: MS + 2 O2 . MSO4 Ec.6

Donde M representa un metal bivalente. Bacteria Pirita: 2 FeS2 + H2O + 15/2 O2 . Fe2(SO4)3 + H2SO4 Ec.7 Bacteria Calcopirita: 2 CuFeS2 + 17/2 O2 + H2SO4 . 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O Ec. 8 Dado que el fierro siempre est presente en ambientes de lixiviacin natural, es posible que tanto la lixiviacin indirecta como la directa ocurran de manera simultnea.

Desarrollo Bacteriano El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias juega un rol importante dentro del proceso de lixiviacin bacteriana, es por ello de mucha importancia el control de factores, como el pH, la presencia de oxigeno, la temperatura, la influencia de la luz, los requerimientos nutricionales, tamao de partcula, y el efecto de inhibidores, entre otros. pH: En general los T. ferrooxidans, desarrollan bien en medios cidos, siendo incapaces de desarrollar sobre Fe+2 a un pH mayor de 3.0. Normalmente los valores sobre el que los tiobacilos se desarrollan se ubican dentro del rango de 1.5 a 2.5. Oxgeno y CO2: La disponibilidad de oxgeno es un factor que controla la extraccin de metales por bacterias. No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado por los microorganismos en ambientes de lixiviacin. El dioxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricacin de su arquitectura celular. Nutrientes: Como todos los seres vivientes, T. ferrooxidans requiere de fuentes nutricionales para su ptimo desarrollo, entre las que tenemos fuente de N2 (amonio), de fosfato, de S, iones metlicos (como Mg+), etc. Magnesio, es necesario para la fijacin de CO2 y el fsforo es requerido para el metabolismo energtico. Los medios de cultivo empleados presentan estos requerimientos, siendo los ms importantes el 9K y el TK. Fuente de Energa: Los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energa los iones ferroso y azufre inorgnico. El fierro ferroso debe ser suplementado al medio cuando se trata de medios sintticos. En caso de utilizar mineral, no es necesario aadir Fe+2. Luz: La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de Thiobacillus, pero el fierro frrico ofrece alguna proteccin a los rayos visibles. Temperatura: El rango sobre el cual se desarrrollan se encuentran entre 25C y 35C. Presencia de Inhibidores: En los procesos de molienda o por accin propia del agente lixiviante se liberan algunos iones que en ciertas concentraciones resultan txicas para las bacterias ferrooxidantes afectando el desarrollo bacterial. La literatura seala que los niveles de tolerancia de las bacterias para ciertos metales es Zn+2 = 15 -72 g/l; Ni+2 = 12 - 50 g/l; Cu+2 = 15 g/l; Ag+ = 1ppb; UO2+2 = 200 - 500 mg/l, entre otros.

Otros microorganismos de importancia. Dentro de este grupo y estrechamente asociados a T. ferrooxidans encontramos a: Thiobacillus thiooxidans: Se lo puede encontrar en depsitos de azufre y sulfurosos, desde donde es fcil aislarlos. Se caracteriza porque slo es capaz de oxidar azufre. Desarrollan a temperatura entre 5C y 40C, a un pH en el rango de 0.6 a 6.0, siendo el ptimo 2.5. Son aerobios estrictos. T. acidophilus: Fue aislado por primera vez por Markosyan en 1973 a partir de minerales, describindolo con el nombre de T. organoparus. Presentan forma bacilar, son aerobios estrictos, oxida azufre y utiliza compuestos orgnicos como parte de sus requerimientos nutricionales. Tiobacilos semejantes a termfilos: Aunque no estn bien estudiadas, es reconocida su importancia en los procesos hidrometalurgicos. Muestran un activo crecimiento sobre medios conteniendo Fe+2 y sulfuros en presencia de extracto de levadura. Leptospirillum ferrooxidans: Son vibriones en forma de espira, como pseudococos. Mviles por la presencia de un flagelo polar simple. Las colonias sobre silica gel son pequeas y de color marrn rojizo debido a la formacin de fierro frrico. Son aerobios estrictos y quimioautotrficos obligados. Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energtica. Sulfolobus: Son bacterias gram negativas, que se presentan como clulas esfricas, con lbulos, inmviles, y la ausencia de flagelos y endosporas. Su pared celular carece de mureina.

APLICACIN DE LOS PROCESOS BIOTECNOLGICOS Biooxidacin de Sulfuros Muchos sulfuros metlicos pueden ser atacados por accin bacterial, dando lugar a la produccin de los correspondientes sulfatos solubles. Para sulfuros refractarios de oro y metales del grupo del platino, el ataque bacterial resulta siendo un pretratamiento. Oxidacin de la Pirita: La pirita (FeS2) es un sulfuro ampliamente distribuido y se lo puede hallar en asociacin con muchos metales como cobre, plomo, zinc, arsnico, plata, oro, entre otros. Su oxidacin da lugar a la formacin de sulfato frrico y cido sulfrico (Ec.1 y Ec.2). Sulfuros de Cobre: La oxidacin biolgica de sulfuros de cobre ha sido el proceso ms estudiado. El cobre se disuelve transformndose en sulfato de cobre (CuSO4). La Calcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre ms difcil de oxidar. Bajo la influencia de T. ferrooxidans la velocidad de oxidacin de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces ms que el proceso netamente qumico. Los sulfuros secundarios de cobre -Calcocita (Cu2S), covelita, bornita, son oxidados ms fcilmente bajo el impacto de las bacterias (Ec.3 y Ec.4). A nivel industrial, la tecnologa ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Per, etc.). Southern Per viene aplicando la tecnologa para la recuperacin de cobre en sus botaderos de sulfuros de baja ley de Toquepala. Ms recientemente, Billiton, de Sudfrica, realiza investigaciones para recuperar el cobre contenido en minerales arsenicales, en un proceso que ha denominado BIOCOP.

Sulfuros de Metales Preciosos: La lixiviacin bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro (principalmente, pirita y/o arsenopirita) en la que se encuentra "atrapada" la partcula aurfera, permitiendo la posterior recuperacin de la misma por cianuracin convencional. Realmente, el proceso resulta siendo un pretratamiento antes que una disolucin directa del metal. Los procesos industriales han tenido enorme aplicacin, entre los que destacan: el proceso BIOX, de Gencor, y que tiene plantas como la de Ashanti con capacidad para tratar hasta 1000 tpd de mineral. En el Per la tecnologa es aplicada en el Proyecto Tamboraque de Minera Lizandro Proao, para recuperar oro contenido en arsenopirita. Mintek, tambin ha desarrollado el proceso MINBAC, y Bactech de Australia ha desarrollado un proceso que emplea bacterias moderadamente termfilas para el tratamiento de sulfuros preciosos y de metales base que se conoce como el proceso BACTECH. En 1998, Mintek y Bactech se han asociado para comercializar el proceso a nivel mundial. Esta asociacin ha dado sus primeros frutos y ya se ha iniciado la construccin de la planta que emplea esta tecnologa en Tasmania para tratar el mineral aurfero refractario del proyecto Beaconsfield. Las evaluaciones preliminares han reportado una recuperacin de hasta el 98% del oro contenido en el mineral. 2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O . Fe2(SO4)3 + 2 H3AsO4 Ec.4 Se ha determinado que existen tres poblaciones distintas de bacterias lixiviantes de cobre: Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans y Leptospirillum ferrooxidans, consideradas similares a los primeros seres vivos existentes en el planeta por su capacidad de sobrevivir en ambientes inorgnicos. La clave de esta tecnologa radica en la participacin activa de bacterias de la especie Thiobacillus Ferroxidans, stas contribuyen a disolver el cobre contenido en minerales del tipo calcosina, covelina y bornita. En el proceso de biolixiviacin destinado a lixiviar sulfuros se repiten los pasos del procesamiento aplicado a los xidos (chancado, curado, aglomerado, lixiviacin en pilas, extraccin por solventes y electroobtencin). La diferencia con el proceso explicado anteriormente radica en la participacin activa de los microorganismos, que requiere cuidar en forma especial las variables que influyen en su crecimiento y actividad. En la Tabla 2.3.1 se lista una serie de bacterias que pueden actuar en la lixiviacin. En relacin con su forma, las bacterias tipo bacillus tienen forma de bastn, las spirillum son espirales y las lobus son esferas lobuladas.

BACTERIA Thermosulfidooxidans Sulfolobus acidocaldarius Sulfolobus brierleyi Leptospirillum ferrooxidans Thiobacillus thiooxidans

OXIDAN Fe+2, S Fe+2, S Fe+2, S S, S2O3 S, S2O3

T (C) 40 50 70 75 70 - 75 28 - 30 28 - 30

Ph 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0 3.5 2.0 3.5

LIXIVIACIN EN PILAS (HEAP LEACHING) El mineral a lixiviar es chancado previamente a una granulometra que puede variar entre bajo 2 pulg. y pulg. para luego acopiar el mineral ya chancado, formando una pila de base cuadrada, sobre un piso previamente impermeabilizado. La altura de la pila puede ir desde 1.5 hasta 5 metros, dependiendo de consideraciones metalrgicas y sistema de carguo. El piso de la pila se prepara adecuadamente y se impermeabiliza con carpetas de poliuretano, dndole al piso una leve pendiente de alrededor de un 3 %, dirigida hacia una canaleta de recoleccin de soluciones. La pila se riega por aspersin o goteo desde encima, mediante sistemas de tuberas conectadas a mangueras que alimentan los goteros o aspersores. La gran ventaja de la lixiviacin en pilas radica por una parte, en el inventario de soluciones de regado, la cual es muy inferior que en lixiviacin por agitacin y en bateas. Por otra parte, los costos de inversin y operacin son muy inferiores respecto de los sistemas antes mencionados, pues no se requiere de infraestructura y equipos sofisticados salvo, un buen sistema de regado y carguo de la pila. Etapas en la lixiviacin en pilas Como tratamiento previo a la lixiviacin misma, se puede implementar principalmente dos pretratamientos: un curado cido para lograr un aumento en la cintica de lixiviacin y un proceso de aglomeracin para minimizar el efecto adverso que generan los finos en la permeabilidad del lecho. Curado cido Este pretratamiento, tiene como objetivo acelerar la cintica de disolucin por aumento del tiempo de contacto entre el agente lixiviante y el mineral. En forma prctica, el proceso de curado cido consiste en dosificar cido sulfrico concentrado o soluciones concentradas de este reactivo al mineral de cobre en una etapa previa al carguo de la pila. De esta forma, se logra la reaccin anticipada de las especies oxidadas de cobre, an las ms refractarias, para transformarlas a sulfato de cobre. Por otra parte, el hecho de agregar cido concentrado al mineral antes de cargarlo en la pila, permite neutralizar en parte las gangas calcreas y reducir el consumo de cido durante la etapa de lixiviacin, disminuyendo el ciclo de lixiviacion. Otro efecto positivo que se relaciona con el proceso de curado cido, se relaciona con la evacuacin de los gases producto de las reacciones qumicas, antes del carguo de mineral en la pila, lo que favorece la precolacin de la solucin lixiviante a travs del lecho de mineral. La cantidad de cido a dosificar debe ser tal que permita lograr la mxima disolucin de la especie de inters, la menor disolucin de ganga posible y la menor generacin de finos producto de las reacciones qumicas. Ciclo de Lixiviacin Se entender como ciclo Metalrgico o de Lixiviacin de una pila a mdulo, el perodo de tiempo medido en das, o meses, en que un mineral es depositado en una cancha de lixiviacin y es sometido a las siguientes operaciones.

Carguo de la pila Corresponde a la etapa de acopio de mineral sobre una superficie previamente preparada, operacin que normalmente se realiza por capas para evitar que las partculas gruesas se depositen en la parte inferior y las finas en la zona superior (segregacin del mineral), minimizando de esta forma el riesgo de canalizacin de la solucin lixiviante, situacin que genera sectores sin lixiviar y afecta negativamente el porcentaje de extraccin de la especie til. Primera entrante (Refino de Extraccin por solvente). Una vez completado el proceso de carguo de la pila es necesario comenzar a irrigar la solucin sobre la corona, ya sea empleando aspersores o goteros, esta primera solucin de irrigacin se conoce como primera entrante y normalmente corresponde a refino proveniente del proceso de extraccin por solvente. Recirculacin Una vez que la solucin es drenado de la pila, la solucin se recircula por un periodo de tiempo para procurar tiempo de contacto entre el mineral y la solucin lixiviante y de ser necesario se debe ajustar la cantidad de cido de la solucin para favorecer la cintica de disolucin de la especie til. El periodo de recirculacin depende de las concentraciones de cobre y/o cido libre presente en la solucin drenada. Avance (Drenaje de lixiviacin) Alcanzadas las condiciones requeridas de concentracin de cobre y cido libre, se extrae la solucin concentrada. Esta extraccin se obtiene por desplazamiento, tipo pistn, de la solucin concentrada por otra ms diluida. Generalmente las primeras soluciones salientes (PLS) van al proceso posterior (SX) por su alto contenido de cobre, mientras que las siguientes pasan a piscinas de ILS o refino desde donde reingresan a la pila. Lavado El lavado corresponde a la etapa de desimpregnacin del mineral agotado, y tiene por objetivo recuperar la mayor cantidad de solucin extractante y cobre disuelto. El agua de lavado, normalmente, es del orden del 30 a 35% del peso de mineral cargado. Drenaje de lavado El ripio antes de retirarlo como en el caso de una pila renovable o abandonarlo en una pila permanente, se deja en reposo para drenarlo o que percole la mayor cantidad de solucin contenida, entre los lmites de humedad de precolacin y de humedad de impregnacin del mineral ya agotado. Descarga Esta etapa se realiza solamente en las pilas renovables y consiste en retirar el ripio (mineral agotado) para reutilizar la superficie impermeable con una nueva carga de mineral. Sistemas de Lixiviacin en Pilas Desde el punto de vista de la utilizacin del piso y carpeta de impermeabilizacin, las pilas se pueden clasificar en:

Pila Permanente o de piso desechable: Es aquella en el que el mineral depositado en la pila, una vez completada la lixiviacin no se retira, esto es, el ripio resultante queda en el mismo piso. Este tipo de pila se aplica a minerales de muy baja ley, que tienen una baja recuperacin y una cintica de lixiviacin muy lenta. Tambin se usa en la lixiviacin secundaria de ripios. Es necesario disponer de un amplio espacio. Entre las caractersticas se pueden mencionar que se disean pilas altas. Se cargan sucesivos lechos de mineral, dependiendo su altura de las necesidades de oxigenacin del mineral. Pila Renovable o de piso reutilizable: En esta pila el ripio resultante de la lixiviacin es retirado para reemplazarlo por mineral fresco. Se aplica a minerales de baja ley y de alta recuperacin, y con una cintica alta de lixiviacin. Se utiliza en lixiviacin primaria. Entre las caractersticas podemos mencionar que se disean pilas relativamente bajas para permitir una rpida carga y descarga del material, generalmente hasta unos dos metros de altura.

La situacin por desarrollar en este trabajo es evaluar el diseo de pilas de lixiviacin permanente y el calculo de tambor aglomerado para los datos que veremos a continuacin

DATOS

Ton/dia

% CuOx

% Recuperacin

Densidad Aparente

Consumo de AC KgHt/KgCu

30.000

0,90

75%

1,65

4,0

Desarrollo.

1.

Fino = 30.000 Ton/da x 0,90 x 0,75 100

= 202,5 Ton /Da

202,5 x 30 = 6.075 Ton/ mes TMS Fino De Ton a Kilo = 202,5 x 1.000 = 202.500 Kg/dia 6.075.000 Kg/mes

2.

Capacidad de planta de chancado:

75% x 9,5 Kg Cu/tms = 7,125 KgCu/TMS 202.500 Kg Cu/ Da 7,125 Cu /TMS = 28,421 TMS /Da

3. Diseo capacidad de Pila de Lixiviacin 28.421,05 TMS /Da x 60 das = 1.705.263,16 TMS/2mes

1 Altura Pila de 6 metros 1,65 Ton/m3 x 6m = 9,9 TMS/ Superficie = 1.705.260 TMS 9,9 TMS/m2 = 172.248,5

Superficie produccin 17 Hectreas, (Demasiado alto para superficie de Cancha)

2 Altura de Pila de 8 metros. 1,65 Ton/m3 x 8 m2 = 13,2 TMS / Superficie = 1.705.260 TMS 13,2 TMS/m2 = 129.186,4 m2

Volumen de produccin para 2 meses = 1.705.260 TMS = 1.033.492 m3 1,65 t/m3 La 2 Alternativa de altura de pilar de 8 metros, reviste menos superficie y ser la alternativa usada.

DISEO DE LAS PILAS DE LIXIVIACIN DESCRIPCIN En esta parte de nuestro trabajo se presenta el diseo geomtrico de las pilas de lixiviacin, considerando los principales aspectos tcnicos, necesarios para satisfacer los requerimientos geotcnicos y ambientales que impone el proceso de lixiviacin primaria. El sector que ocuparan las 5 pilas de lixiviacin (2 pilas agotadas, 2 pilas en produccin y una en construccin) alcanza un rea de aproximadamente 45 hectreas, sector donde se depositar material proveniente del proceso de chancado, que corresponde a un ripio arenoso. En el diseo de las pilas de lixiviacin, se ha considerado una metodologa similar a la que se aplica en otros depsitos de estas caractersticas, es decir un terrapln con taludes en altura, con impermeabilizacin de fondo en base a geomembranas de polietileno de alta densidad (HDPE) de espesores mnimos de 1,0 mm, que pueden ser lisas o texturadas. Adems debern existir drenes de fondo principalmente en base a pendientes hacia sistemas de evacuacin de lquidos y de ah a piscinas de recepcin. Disposicin de los ripios Se define la disposicin de los ripios en el denominado sistema de pilas, que consiste en disponer los residuos sobre la superficie de terreno natural, con posterioridad al retiro del material de relleno artificial que ocupa gran parte del rea en estudio y que se ha presentado en los estudios estratigrficos. El rea debe ser preparada dejando superficies relativamente llanas con pendiente suave (3 a 4%), considerando la colocacin de zanjas de intercepcin, desvo de aguas lluvia y canales de conduccin de los lquidos lixiviados desde los ripios depositados. Para la produccin propuesta en este ejercicio y segn los clculos expuestos anteriormente de 1.033.492,73 m3 de material a lixiviar en 2 meses, se define:

Altura de las pilas de lixiviacin igual a 8,0 m Superficie mnima para 2 pilas es de 129.186,5 m2 (60 das produccin) Superficie de una pila 64.593 m2 Volumen para dos meses de produccin 1.033.492,73 m3 Pendiente del talud de las pilas de lixiviacin 1:1,5 (vertical : horizontal)

Con estos requerimientos dimensionamos nuestra Pila la cual contempla contener el volumen de 1 mes de produccin TMS.

Capacidad de Pila V= 100 x 8 x 500 + 2 (((50 x 8)/2) x 500) = 600.000 m3 Ton = 600.000 m3 x 1,65 ton/m3 = 990.000 ton Esta dimensin satisface la necesidad de apilar 1.033.492,73 m3 y

Zanjas de conduccin de lixiviados Al pie de los taludes de las pilas de lixiviacin, se construirn zanjas para interceptar los lixiviados que se generen desde los ripios, por los procesos de lixiviacin a que se sometan las pilas. Las zanjas debern revestirse con un geomembrana de polietileno de alta densidad HDPE de 1,0 mm de espesor con sus uniones soldadas. La zanja deber tener una seccin libre de 0,80 m de ancho por 0,80 m de altura. Las zanjas de recoleccin del nivel basal debern conducir los lquidos a una cmara receptora, ubicada en el punto ms bajo del rea en estudio, construida en hormign armado, que tendr la funcin de acumular los lquidos recepcionados para su posterior bombeo y acumulacin. PREPARACIN DEL FONDO El fondo del rea a ocupar por las futuras pilas, deber prepararse perfilando el suelo natural con el propsito de dejar las pendientes de 3% a 4% y superficies adecuadas. Todas aquellas reas destinadas a servir de subrasante, una vez terminadas, debern estar libre de residuos o materiales deleznables, orgnicos y/o degradables, manteniendo una superficie regular y horizontal. Una vez alcanzados los niveles de terreno proyectados, se proceder a nivelar y compactar la subrasante mediante un equipo de rodillo vibratorio de peso mnimo de 4.000 kg.

Se incluir en estos procesos todos aquellos rellenos que se confeccionen para la conformacin de obras anexas. El material componente de estos rellenos, ser el que provenga de los cortes realizados en los movimientos de tierras y se compactarn en capas horizontales de espesor no superior a 0,30 m. El material componente del subsuelo resulta adecuado para la construccin de obras de tierras y por lo tanto se podra emplear como emprstito, previa seleccin sobretodo en lo que se refiere a la eliminacin de sobretamaos. Los suelos para obras anexas y rellenos, deben cumplir con las siguientes exigencias: Sistemas de impermeabilizacin basal El rea destinada al emplazamiento de las pilas de lixiviacin cuenta con una superficie de aproximadamente 45 Ha. En esta zona se habilitarn planos con pendientes suaves, sobre los cuales se construir el sistema de impermeabilizacin basal. En la construccin del sistema de impermeabilizacin se ha considerado la utilizacin de geosintticos en el fondo del rea de ubicacin de los ripios, con el propsito de impedir que el flujo de lquidos que se generan por la humedad contenida en los ripios y los aportes externos de agua, infiltren el suelo basal y contaminen las zonas aledaas. En la base del rea de emplazamiento de las pilas, se habilitarn paos colindantes con pendientes suaves, en la cual debe estar emplazado el sello de fondo, dejando superficies libres de gravas angulosas con tamao mayor a 3/8. La carpeta de fondo deber ser instalada sobre un material de relleno que asegure que no se producirn roturas de sta por punzonamiento o desgarros originados por los esfuerzos de traccin a los que seran sometidas en estados de solicitacin crticos. Para ello, en la superficie basal se emplear como capa de apoyo material arenoso asegurando por la va del harneado la no existencia de cantos angulares en el material,que puedan daar la geomembrana

Todo esto, posterior a la nivelacin superficial de la zona. Sobre la geomembrana, deber colocarse una primera capa de arena de 30 cm. de espesor, tambin para evitar punzonamientos o desgarros de la geomembrana. Sobre la superficie previamente aprobada, se colocar una geomembrana de HDPE de 1,0 mm de espesor, que se desplegar de forma tal que se minimicen las uniones de terreno.

CANCHAS DE LIXIVIACIN Bajo las condiciones definidas en este trabajo (2 pilas agotadas, 2 pilas en produccin y una en construccin), tomando en consideracin las toneladas de produccin y teniendo diseado las dimensiones de una pila, podemos definir el diseo de la cancha de lixiviacin. El nivel produccin a mover no justifica tener equipos para retiro y construccin de pilas de alto rendimiento (Roto Palas y Apiladores de Correas Mviles), se considera agotar dos pilas en dos meses, lo que implica que debemos realizar un movimiento en las pilas de 2134 Ton/dia.

Apilador RT de 10500 ton/hr

Para este proyecto se considera un movimiento aproximado de 2134 ton/da, por tanto para la construccin y remocin de las pilas de lixiviacin se considera utilizar cargadores y camiones de envergadura mediana.

Camiones de 30 Toneladas

Dimensionamiento de Cancha

AGLOMERADO Para evitar en gran parte los problemas de finos y de segregacin de las partculas de mineral, se usa la tcnica de Aglomeracin, tcnica con la cual se estabilizan los finos. Durante el proceso de aglomeracin las partculas finas del mineral se juntan y adhieren alrededor de los fragmentos ms gruesos formando pellets (Bolitas) con una porosidad apropiada que permite la difusin de la solucin de lixiviacin hacia el interior y hacia afuera de las partculas del mineral; facilitando, al mismo tiempo, un buen escurrimiento a travs de la pila y evitando la migracin de partculas finas hacia las restantes etapas del proceso.

AGLOMERACIN Y CURADO Las etapas de aglomeracin y curado, en la operacin, se confunden en una sola, pero para los efectos de facilitar la descripcin de cada uno, se analizaran por separado. Aglomeracin Podemos definir la aglomeracin, como un proceso de aumento de volumen, en el que est involucrada la unin de partculas pequeas con partculas de tamao mayor.

Curado o tiempo de envejecimiento Es el proceso por el cual el mineral aglomerado, en el cual se ha obtenido la humedad necesaria adicionando agua o lquidos de reciclo, es dejado reposar durante un tiempo (el cual es llamado tiempo de reposo) para que se produzcan las diferentes reacciones qumicas de oxidacin, hidrolizacin, sulfatacin, reacciones exotrmicas y otras que contribuyen y facilitan la lixiviacin posterior de los valores metlicos que se desea extraer. Con el proceso de aglomerado se logra lo siguiente: Las Partculas finas se ligan a las gruesas, formando pellets de un tamao uniforme, de menor densidad y mayor permeabilidad. Reducir la probabilidad de segregacin de las partculas finas durante el carguo y regado de la pila. Mejorar la permeabilidad de la pila debido a la uniformidad del tamao de las partculas. Mejorar la oxigenacin de la pila Fracturar la base matriz, lo que permite crear vas de ataque y penetracin. Mejorar la velocidad de extraccin, reduciendo el ciclo o tiempo de lixiviacin, lo que influye favorablemente, en la economa de las operaciones de la planta. Cuando la aglomeracin del mineral se efecta en conjunto con la solucin lixiviante, junto con obtener una mejor velocidad de percolacin, se obtiene un ntimo contacto entre la solucin lixiviante concentrada y el mineral; lo que generalmente permite una mayor velocidad de lixiviacin y recuperacin. A este procedimiento se le llama curado de mineral. Se pueden resumir las siguientes ventajas al agregar solucin lixiviante al mineral antes de apilarlo: Se logra una solucin muy homognea de la solucin lixiviante sobre toda la carga del mineral. Se obtiene un ntimo contacto entre la solucin lixiviante concentrada y el mineral, permitiendo que la etapa de lixiviacin termine en el menor tiempo posible. En la lixiviacin con cido sulfrico se produce una aceleracin de la cintica de sulfatacin debido al calor generado al producirse la mezcla cido sulfrico agua, que se traduce como una reaccin exotrmica. Algunas reacciones clsicas: Tenorita: Cu O + H2SO4. Cu SO4 + H2O Crisocola: Cu SiO3 * 2 H2O + H2SO4. Cu SO4 + SiO2 + 3 H2O

La aglomeracin surge as, como una alternativa viable para preparar un producto homogneo, previo a la carga de las pilas, asegurando una buena distribucin de la solucin de lixiviacin en todo el lecho de mineral y una permeabilidad adecuada para aceptar los flujos de riego requeridos por el proceso.

DESCRIPCIN DEL PROCESO DE CURADO CON CIDO El mineral grueso producto del chancado secundario y de la clasificacin, es transportado al rea de lixiviacin en pilas para la obtencin de PLS. El proceso de lixiviacin en pilas bsicamente se ha dividido en 3 etapas: Curado con cido, llevado a cabo en el tambor de curado. Transporte /apilamiento de mineral. Lixiviacin en pilas. El mineral grueso cuya fraccin es mayor a 0,4 mm (1/64) y menor a 38 mm (1 ) es acondicionada para la lixiviacin en pilas en el tambor de curado.

La funcin del tambor de curado es: Transformar el mineral triturado en un mineral de mayor solubilidad en medio cido. Disminuir el contenido de impurezas en un medio de alta acidez.

Formar aglomerados para aumentar la permeabilidad del mineral que se acopia en las pilas de lixiviacin (los finos que se forman por efecto del chancado secundario se adhieren a las partculas ms grandes y formen aglomerados). Al tambor de curado ingresa: Mineral con un tonelaje de mineral seco va la faja transportadora Refino cido sulfrico Agua de proceso en forma alternativa. La correa transportadora descarga el mineral en el chute de carga que alimenta el tambor de curado. Cuando se realiza el curado el tambor gira a una velocidad de 25% de la velocidad critica (segn criterios de diseo), la accin giratoria inclinada del tambor eleva las partculas de mineral dentro del tambor y permiten que caigan y rueden unas sobre otras formando los aglomerados, el tiempo de residencia del mineral en el tambor es 60 s. La correa transportadora cuenta con un pesmetro para controlar el peso del mineral que ingresa al tambor y as dosificar la cantidad de cido de acuerdo al peso del mineral. El mineral una vez curado, sale del tambor y a travs de su chute de descarga, es descargado hacia la correa transportadora que transporta el aglomerado hasta el apilador.

EQUIPO DE AGLOMERACIN En Tambor Rotatorio Este mtodo se aplica cuando el material contiene gran proporcin de finos (ms de 15% de tamaos inferiores a 150 m), pero al mismo tiempo debe contener tambin gruesos (aproximadamente un 50% de tamaos superiores a 150 m y con distribucin lo ms homognea posible hasta el tamao mximo de la operacin). As ser posible una aglomeracin de finos con los gruesos. El diseo del equipo es el clsico de cualquier cilindro rotatorio y obviamente su finalidad principal, por su volumen, es aumentar el tiempo de contacto entre finos y gruesos para que se produzca la aglomeracin. En los casos anteriores de aglomeracin en stocks o cintas el tiempo de contacto es mnimo (segundos). Por otro lado, al ser normalmente los tambores rotatorios de velocidad variable, pueden adaptarse a los cambios de la cabeza en proporcin o pegajosidad de finos y dosificacin de aglomerantes y solucin. En el caso de minerales muy arcillosos, puede presentarse un problema de adherencia y apelmazamiento en las paredes, ya que se trabaja con humedades crticas.

Figura 1: Tambor de aglomerado de curado y sus componentes

Tambor rotatorio o aglomerador. Un tambor aglomerador consiste en una estructura cilndrica ubicada en forma horizontal, con una leve inclinacin orientada hacia la descarga y apoyada en una estructura soportante, que le permite rotar a una velocidad constante. El diseo y operatividad del tambor aglomerador, se fundamentan en procurar el tiempo de retencin necesario, para lograr la mejor distribucin posible de aglomerantes sobre el mineral. Es decir, mezclar homogneamente mineral y reactivos mediante rotacin

continua y as lograr la calidad de aglomeracin requerida en el proceso posterior de lixiviacin en pilas.

Componentes del tambor Aglomerador: Cilindro tambor: Comprende la carcasa de placas de acero en s, los refuerzos bajo las ruedas y transmisiones, las correas u otros refuerzos bajo las partes en rotacin. Conjuntos de rodillos de empuje: Consisten en dos rodillos con sus cojinetes y ejes apoyados sobre sus bases secundarias ajustables montadas en una de las bases del mun de forma que en cada lado de la rueda quede un rodillo y que cada empuje final del tambor quede contrarrestado por los rodillos de empuje para evitar que el tambor se desplace lateralmente. Transmisin de correa o rueda dentada: La transmisin o rueda dentada es la transmisin que hace girar el tambor, se monta en el exterior de la circunferencia del cilindro.

Conjunto de propulsin o conjunto de pin: Consiste en la transmisin de pin o rueda dentada, montada (directamente), a travs, de un eje elevador, cojinetes y un acoplamiento al reductor de la transmisin. Comprende igualmente el motor, cualquier acoplamiento adecuado o transmisin y una base para la propulsin con mecanismo de recepcin. Liners & lifters: Se encuentra ubicados dentro del tambor, los liners sirven para evitar el desgaste interno del cilindro, mientras los lifters se usan para sujetar a los liners y arrastrar y elevar el mineral dentro del cilindro para realizar un buen mezclado.

Control de las variables de operacin Flujo de mineral seco: Corresponde al mineral que ingresa al tambor aglomerador, a travs, de la correa de alimentacin y su rango de operacin normal. Flujo de cido concentrado: La adicin de cido corresponde al volumen de cido sulfrico, irrigado sobre el mineral alimentado al tambor aglomerador. Adicionar cido en exceso durante la aglomeracin, puede provocar inconvenientes tales como consumo excesivo por parte de la ganga. En cambio, si la adicin es menor a la requerida, se perjudica la cintica de lixiviacin y la recuperacin de cobre. Flujo de agua de proceso: Corresponde al volumen de irrigacin de agua sobre el mineral que ingresa al equipo. El agua debe ser rociada al mineral antes que el cido sulfrico, porque cuando se adiciona cido al agua se produce una reaccin violenta con liberacin de temperatura y emanacin de gases txicos, siendo esta una operacin altamente riesgosa. Tiempo de retencin: Es aquel establecido en pruebas metalrgicas preliminares, como el necesario para lograr la mejor homogeneizacin de los componentes introducidos al tambor aglomerador, este tiempo de retencin puede ajustarse variando las R.P.M. y/o la inclinacin del tambor.

Velocidad de rotacin: Adems de su influencia en el tiempo de retencin, la velocidad de rotacin del tambor aglomerador, tiene relacin con la calidad de distribucin de los elementos agregados.

Un aumento en la velocidad de rotacin, manteniendo el mismo ngulo de inclinacin del tambor, puede producir un desplazamiento de la cama de mineral en el tambor, reduciendo o dejando fuera del alcance el contacto directo de los agentes aglomerantes (agua, cido, soluciones cidas) con el material slido. En cambio, una reduccin en la velocidad de rotacin, manteniendo el mismo ngulo de inclinacin del tambor, puede producir una sobrecarga del motor del tambor, por aumento de la carga de mineral. Esta sobrecarga del motor se puede verificar controlando el incremento de amperaje del motor. ngulo de inclinacin: Aunque el Operador no tiene mucha injerencia en el control del ngulo del tambor haremos un anlisis si se modificara este parmetro. Si aumentamos el ngulo del tambor significa que disminuimos el tiempo de residencia del mineral en el equipo, por lo tanto, debemos realizar cambios en las variables operacionales de cidos, agua, etc. Si disminuimos el ngulo del tambor significa que aumentamos el tiempo de residencia del mineral en el equipo, por lo tanto, debemos realizar cambios en las variables operacionales de cidos, agua, etc. Control del Amperaje del Motor del tambor: Un aumento del amperaje del motor podra indicar un exceso de carga dentro del tambor. Una disminucin del amperaje podra indicar una disminucin de la carga de mineral dentro del tambor.

CONTROL OPERACIONAL DEL PROCESO En esta seccin se muestran las variables operacionales que el operador debe tomar en cuenta para lograr un control estricto de las variables y aumentar as la capacidad de produccin de la planta. Ver tabla. Variables operacionales del aglomerado.

Variables Operacionales del Aglomerado VARIABLE Flujo de alimentacin de mineral Densidad del aglomerado Humedad del material Dosificacin de cido Tamao de partcula UNIDADES m3/h t/m3 % humedad kg/t mm

Flujo de alimentacin de refino Flujo de alimentacin de cido concentrado Variables del equipo Tiempo de residencia Velocidad de rotacin del tambor de curado

m3/h m3/h

S %de la critica grados velocidad

Angulo de inclinacin

.. . .