REVISION DE LA LIXIVIACION EN PILAS DE MINERALES DE COBRE
Carlos Avendaño V. Sociedad Terral S.A.
* El enfoque usual respeta el comportamiento del mineral, detectado en pruebas y experiencia, con poca manipulación.
*
El enfoque de Terral:
- Reconoce las características y el comportamiento del mineral - Separa las condiciones que deben respetarse y los grados de libertad disponibles, - Concilia ambos y establece y logra un objetivo basado en los criterios económicos de una operación
UNA LIXIVIACION IDEAL * Debe maximizar las recuperaciones metalúrgicas. * Debe minimizar los consumos de ácido, de agua y de energía. * La solución rica generada debe cumplir consistentemente con las condiciones de concentración de cobre y ácido, que le impondría la planta SX para mantenerse en su eficiencia máxima. * Debe generar una solución rica limpia, sin sólidos suspendidos, coloides, fierro, cloro, manganeso y sulfatos totales, para minimizar los traspasos al electrolito y peligros de formación de borras.
UNA LIXIVIACION IDEAL.
* Debe anular los efectos de eventuales reductores, arcillas
intercambiadoras iónicas y silicatos complejos en el mineral.
* El curado -si se usa- debe adoptar dosis calculadas para que sean compatibles: - una máxima ganancia de cinética, - un mínimo potenciamiento del consumo de ácido y contribución de exceso a la solución rica y - una nula o mínima incorporación de impurezas solubles a las soluciones ricas. * Debe evitar la formación de capas freáticas e inundaciones localizadas, responsables de canalizaciones, deslizamientos y derrumbes de pilas.
UNA LIXIVIACION IDEAL.
* Idealmente, debe permitir el tratamiento conjunto de minerales de diversa mineralogía, incluidas oxidadas y sulfuradas.
* Debe administrar el comportamiento del fierro en solución, para que: - Estén las cantidades y proporciones "férrico-ferroso" para regenerar ácido, crear condiciones oxidantes y co-precipitar impurezas. - Se evite formar precipitados férricos coloidales que fomenten canalizaciones de soluciones. - Sea posible remover el agua de esos precipitados, cuando ellos se formen inevitablemente. - Existan contenidos adecuados para la actividad de bacterias, en la lixiviación de sulfuros.
1. LA ECUACION BASE: APORTE DE ACIDO = CONSUMO + SOBRANTE DE ACIDO - En el Curado - En el Riego - Por generación interna
- Por cobre y por ganga. - El sobrante de ácido sólo aparece luego de satisfechos los consumos.
El problema de la igualdad es que el consumo de ácido de la ganga depende de la disponibilidad de ácido (al menos en un rango) así, el consumo también depende del aporte y los términos de la ecuación son mutuamente dependientes.
Si: APORTE DE ACIDO < CONSUMO DE ACIDO Entonces: - Se afecta la recuperación metalúrgica
Si: APORTE DE ACIDO > CONSUMO DE ACIDO Entonces: - Casi se logra la recuperación metalúrgica máxima. - Se obtiene una buena cinética. - Aumenta el "consumo neto" de ácido. - Se incorporan impurezas a las soluciones. - Puede existir un sobrante de ácido.
Si: APORTE DE ACIDO = CONSUMO DE ACIDO EN UNA CONDICIÓN DE BAJA CONCENTRACION DE ACIDO EN LA SOLUCION RICA Y EN UN AMBIENTE QUE FOMENTE LAS REACCIONES REDOX.
Entonces se obtienen: Efectos positivos: * se activan las oxidaciones del fierro y del cobre * se inactivan interferentes: se oxidan los reductores y se pasivan las arcillas * Se con capacidad de intercambio iónico. * Se logra la recuperación metalúrgica máxima, al contar con Fe+3 como colaborador para lixiviar sulfuros y el Cu 0 que los reductores precipitaron. * Disminuye el consumo neto de ácido. * Las soluciones se limpian y se incorporan menos impurezas al sistema. Efectos negativos: * Se afecta la cinética.
2. La “razón de riego” La “razón de riego” suministra las soluciones de riego que
activan la físico-química del sistema y está asociada a las condiciones que determinan: -
El ácido necesario para obtener las concentraciones de cobre, ácido e impurezas establecidas como objetivo en el PLS,
-
Las interacciones entre las cinéticas de la recuperación del cobre, del consumo de ácido y de disolución de impurezas y,
-
La definición de un objetivo factible de recuperación bajo criterios económicos, en condiciones estudiadas en pruebas metalúrgicas y en la operación.
* La forma de usar la “razón de riego” conduce a “técnicas de lixiviación”, que tienen parámetros y variables dependientes.
* Su combinación conduce a configuraciones del proceso que resuelven simultáneamente los problemas operacionales, que generalmente se refieren a los temas de: Manejo de minerales: Chancado, aglomeración, carga y configuración de pilas. Manejo de soluciones: Configuración de riego, secuencia de aplicación de soluciones, tasas y medios de riego, formas de recolección de soluciones, consumo de aguas. Aspectos de operación: Arrastres de finos, inundaciones y canalizaciones de solución, derrumbes de pilas, inyección de aire y otros.
EL EQUILIBRIO DEL ACIDO E IMPUREZAS: 1a Serie de Reacciones: 4 FeSO4(impregn) + O2(gas) + 10 H2O 4 Fe(OH)3(sólido) + 6 H2SO4(soluc.) 4 FeSO4(impregn.) + O2(gas) + 2 H2SO4(soluc.)
4 Fe(OH)3(sólido) + 4 H2SO4(soluc.) 2 Fe2(SO4)3(soluc.) + 12 H2O 2 Fe2(SO4)3(soluc.) + 2 H2O
Las especies de fierro se disuelven, principalmente al estado Fe+2. - El Fe+2 queda impregnado en la roca al detener el riego. - Se oxida a Fe+3 en contacto con el aire gaseoso o por acción bacterial y - El Fe+3 queda en un estado hidrolizado, simple o complejo. - El Fe+3 hidrolizado se re-disuelve en el ácido del riego siguiente y consume 0,86 Kg de ácido fresco/Kg de ión ferroso oxidado. - El Fe+3 eventualmente participa en reacciones rédox y retorna al estado ferroso Fe+2. -
2a Serie de Reacciones: Combinando la reacción anterior con: 12 FeSO4(impregn.) + 3 O2(gas) + 6 H2O
4 Fe(OH)3(sólido) + 4 Fe2(SO4)3(soluc.)
4Fe(OH)3(sólido)+4Fe2(SO4)3(soluc.)+2Na2SO4+12H2O
4NaFe3(SO4)2(OH)6(sólido) + 6H2SO4(soluc.)
12FeSO4(impregn.) +3O2(gas) +6H2O +2Na2SO4
4NaFe3(SO4)2(OH)6(sólido) + 6H2SO4(soluc.)
- Se repiten las oxidaciones consecuentes de la 1a Serie de reacciones, ó - Participa el Fe+3 que hidrolizó antes, ya re-disuelto según las reacciones. - Al subir el pH por el consumo de ácido del mineral y en presencia de otros iones, se forman jarositas. - Así se pierden desde las soluciones: fierro (Fe+3), sulfatos (1,15 Kg/KgFe) y otros iones presentes (p.ej.: Na+ = 0,13 Kg/KgFe) por precipitación virtualmente permanente y se regenera 0,86 Kg de ácido sulfúrico/Kg de fierro precipitado. - Así, las jarositas contribuyen a la eliminación de impurezas desde las soluciones y a la devolución de parte del ácido consumido. - Las diversas jarositas incorporan otros elementos (Mg, Al y otros) coabatidos. - Las jarositas se re-disuelven en ambientes más ácidos que los que las formaron.
La concentración de iones Fe+3 disponible en las soluciones para sus efectos depende del equilibrio entre: APORTES DE FERRICO = CONSUMOS DE FERRICO Por: Por: +3 - Presencia inicial de Fe - Consumos de Fe+3 del mineral y - Oxidación de Fe+2 presente reducción a Fe+2 - Redisolución de Fe+3 - Precipitación de jarositas hidrolizado Las causas del equilibrio son imposibles de analizar en laixiviación: - La contabilidad de las especies es externa y mide las entradas y salidas de iones, y sólo se observa la disolución o el abatimiento global consecuente. - Mientras al interior de la prueba se producen al mismo tiempo disoluciones y abatimientos de iones que no son registradas desde el exterior. Así, la cantidad de precipitados sólo es detectable por la mineralogía de los ripios, pero no lo es por la contabilidad metalúrgica.
EL RIEGO PULSANTE O INTERMITENTE -
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La lixiviación ocurre por una sucesión de cortos períodos de riego y de reposo. Los reposos permiten el drenaje y estruje de soluciones; las partículas permanecen húmedas, pero sin películas de líquido que las aíslen del aire en la cama de mineral.
Efectos Metalúrgicos: * La "razón de lixiviación" necesaria para lograr la recuperación objetivo disminuye, dado que las partículas de mineral admiten con mayor facilidad y eficiencia los reactivos de cada nueva solución de riego. También se vacían fácilmente de productos durante el estruje en cada etapa de reposo. * Este efecto hace innecesario aumentar las tasas de riego, para mejorar cinéticas y recuperaciones y, de paso, evita el deterioro de la concentración de cobre de las soluciones ricas.
Efectos Físico-Químicos: * La exposición de partículas al aire en pulsos, oxida los reductores y al cobre metálico precipitado por ellos, altera e inhibe la acción de las arcillas intercambiadoras iónicas y la formación de silicatos amorfos y coloidales durante el proceso. * La exposición de partículas al aire permite la oxidación de los iones Fe+2 impregnados, que precipitan fácilmente por hidrólisis, pero en forma diseminada y con un mínimo de agua, con lo que se evitan los geles coloidales capaces de provocar canalizaciones. * Si hay posibilidad de asociarse con otros iones, parte del Fe+3 hidrolizado se disolverá al disponer de ácido en el riego siguiente y parte del fierro precipitará en forma virtualmente permanente, al estado de jarositas diseminadas. * En la lixiviación bacterial, proporciona el oxígeno a las bacterias.
Efectos Físico-Químicos: * Los iones Fe+3 re-disueltos, apoyan la recuperación de cobre y retornan al estado Fe+2 , y repiten el ciclo en el pulso de riego siguiente, según el ácido disponible en el riego siguiente. * En la precipitación permanente de jarositas, se arrastran por diversos mecanismos - notoriamente observados- iones de impurezas, entre ellos, parte importante de los cloruros y sulfatos. * Según el ambiente de pH en torno al ión Fe+2 al oxidarse a Fe+3 en el reposo, se regenera parcialmente el ácido, que se incorpora a la nueva solución como agente activo y se resta del consumo externo.
Efectos Hidráulicos: * Se disminuyen las canalizaciones, dado que en el reposo de cada pulso se borran las dejadas por el riego anterior, lo que obliga a la formación de nuevas rutas de paso en el siguiente ciclo de riego. * Disminuyen los peligros de inundación y derrumbes de pilas, dado que se permite el drenaje del lecho de mineral antes de su saturación. * En los reposos se deshidratan los voluminosos geles de jarositas coloidales y cambian al más des-hidradatado estado “sol”, de menor tamaño, con lo que se mantiene la porosidad
del lecho de mineral.
Mineral
Acido (eventual)
Agua (eventual) Agua
Curado * Acidulación de partículas. * Sulfatación parcial de especies. * Destrucción de interferentes.
Ref. a S.Rica
S.Int. a S.Rica
AVANCE SOL. INTERMEDIA
* Ajusta altas concentraciones de cobre y bajas las del ácido en PLS, aún a ex pensas de una leve menor cinética de recuperación en el período. * Precipita controladamente fierro y otros iones, en compuestos del tipo jarositas, para obtener PLS limpio. * Leve adición de refino para completar acidulación de las partículas. * Completa destrucción de interferentes
S.Int. a S. Int.
Ref. a S.Int.
RECIRCULACION .S. INTERMEDIA
* Proporciona la "razón de riego" para lograr las recuperaciones objetivo, por recirculación de una parte de la pila a su pozo, mientras otra parte avanza al riego de mineral fresco para generar PLS.
Agua a S. Int.
REFINO Y AGUA
* Completa el agotamiento de la cama, para lograr alta recuperación metalúrgica. * Reincorpora al ILS iones férricos hidrolizados, pero solubilizables, para apoyar la lixiviación del mineral más fresco y luego precipitarlo definitivamente en zona de mineral fresco. * Incorpora el ácido requerido para agotar el mineral. * El agua recupera impregnación.
Sol. Interm.
S. Rica
cido Etapas SX Extracción
Org. Desc.
Etapas SX Re-Extrac.
Etapa SX Lav. Org.
Org. Carg.
Refino Tk. Org.
cido
Nave EW
Agua Descarte Electrolito CONFIGURACION DE UN SISTEMA LX-SX-EW BALANCEADO (POR RECIRCULACION DE ILS)
Agua
Mineral
Acido (eventual)
Agua (eventual) Agua
Curado
Ref. a S. Rica
S. Rica a S. Rica
Ref. a S. Rica
Agua a S. Rica
cido S. Rica Org. Desc. cido Etapas SX Extracción
Refino
Etapas SX Re-Extrac.
Etapa SX Lav. Org.
Org. Carg. Tk. Org.
cido Agua
Nave EW
Descarte Electrolito CONFIGURACION DE UN SISTEMA LX-SX-EW BALANCEADO (POR RECIRCULACION DE PLS ACIDULADO)
Agua
CONCLUSIONES: - La recuperación metalúrgica puede ser una meta objetivo y no necesariamente un resultado o variable dependiente del mineral, en un rango que generalmente es mayor de lo que se piensa. - Esta meta objetivo de recuperación queda limitada por factores económicos asociados a la técnica de la lixiviación. - Diferentes técnicas de lixiviación proceden a cinéticas y a costos diferentes. - Entonces, la principal variable independiente resulta ser la “técnica de lixiviación” conveniente para lograr la
recuperación objetivo.
