TCNICAS DE LIXIVIACINLos mtodos de lixiviacin pueden ser divididos en seis tipos1. Lixiviacin "in-situ"2. Lixiviacin en botaderos (dump leaching)3. Lixiviacin en pilas (heap leaching)4. Lixiviacin en bateas inundadas (vat leaching)5. Lixiviacin por agitacin6. Lixiviacin a presin

En la lixiviacin in-situ no se aplican los mtodos de minera convencional, el mineral es regado con soluciones conteniendo agentes lixiviantes (generalmente cido sulfrico con cantidades variables de sulfato frrico y ferroso) en el mismo lugar del yacimiento, sin someterlo a labores de extraccin minera. Este mtodo se aplica a minas subterrneas que han terminado su etapa de explotacin o a cuerpos mineralizados de baja ley que no justifican un mtodo de minera convencional. La roca es primero fracturada mediante explosivos in-situ y se instala un sistema de pozos o tneles de drenaje para acumulacin de las soluciones cargadas que son posteriormente bombeadas a la superficie. En el caso de minas agotadas generalmente el mineral ya ha sido suficientemente fracturado por el proceso de explotacin al que ha sido sometido y no requiere fractura adicional, tambin es posible aprovechar niveles de trabajo inferiores de la mina para la recoleccin de solucionesLixiviacin in-situ

La lixiviacin se efecta mediante ciclos alternados de circulacin de aire y de soluciones. Los mtodos para aplicacin de la solucin lixiviante incluyen el uso de canales de distribucin y varios sistemas de regado en el caso que el cuerpo mineralizado est expuesto y pozos de inyeccin para depsitos subterrneos.Esta tcnica ha sido utilizada para lixiviar minerales de baja ley de cobre y de uranio. Su eficiencia es difcil de evaluar debido a que no se conocen con exactitud los tonelajes y contenidos minerales ni antes ni despus de lixiviacin. Generalmente la operacin de lixiviacin se prolonga por varios aos.

Las soluciones cargadas obtenidas por este mtodo tienen un contenido bajo de metal, para cobre por ejemplo, la concentracin del metal es generalmente menor a 1 gpl. Las principales dificultades del proceso surgen de la canalizacin que no permite una distribucin uniforme de soluciones en el mineral, y la posibilidad de acumulacin de lamas y sales que con el tiempo van llenando los intersticios entre las partculas y por lo tanto interfieren con el contacto solucin mineral. Esta tcnica se puede aplicar a dos tipos generales de depsitos mineralesPara depsitos ubicados sobre el nivel de aguas subterrneas. Este caso se denomina tambin lixiviacin in-situ gravitacional ya que sobre el nivel fretico las soluciones pueden moverse por gravedad y ser recolectadas en niveles inferiores. La mayora de las aplicaciones actuales de la lixiviacin in-situ corresponden a este tipo

Para depsitos ubicados bajo el nivel de las aguas subterrneas o lixiviacin in-situ forzada. Este mtodo hace uso de la permeabilidad interna de la roca y de las temperaturas y altas presiones que se generan a gran profundidad. En este caso las soluciones se aplican a travs de pozos inyectores del tipo usado en la explotacin del petrleo- y se succiona desde otra batera de pozos recolectores, dispuestos geomtricamente de modo de estimular el paso de las soluciones a travs de la roca del yacimiento y forzar la disolucin de los metales. Aunque esta tcnica tiene gran potencial para extraer cobre de depsitos profundos de minerales sulfurados, no ha sido todava muy utilizada en esa aplicacin

Este mtodo se aplica generalmente a materiales de muy baja ley que se descartan en la operacin normal de la mina, normalmente en operaciones a tajo abierto (desmontes o sobrecarga) y material del halo exterior del yacimiento que es de baja ley y con alto contenido de calcopirita. El material de baja ley generalmente es transportado por camiones o correas y es apilado en un sitio impermeable formando un botadero. La mayora de los botaderos son formados cerca de la mina usando formaciones naturales del terreno. Con frecuencia se rellenan valles angostos o el material es vaciado en la falda de un cerro. Cuando el terreno no es adecuado para recolectar las soluciones, debe realizarse una preparacin previa Los botaderos grandes pueden tener 200 m de altura, 80 m de ancho en la parte superior y unos 250 m en la parte inferior. Pueden contener 50000 a 300000 ton de mineral. Lixiviacin en botaderos (dump leaching)

Por lo general el mineral en los botaderos no es sometido a una reduccin de tamao previa y tiene el tamao que obtuvo en el proceso de extraccin, lo que se conoce como mineral ROM (Run of Mine). Tambin se pueden tratar por esta tcnica ripios de lixiviaciones antiguas como es el caso de Chuquicamata que desde 1988 esta lixiviando nuevamente los antiguos botaderos deripiosLa solucin de lixiviacin, agua o cido sulfrico diluido es regada en la parte superior del botadero y se filtra a travs del material recolectndose en la base. Estas operaciones se caracterizan por tener ciclos muy largos (generalmente mayores de 1 ao) y las recuperaciones son bajas (40 a 60%), pero los costos son muy bajos. La figura siguiente ilustra un proceso de lixiviacin en botaderos

Las siguientes condiciones son esenciales para una operacin de lixiviacin en botaderos: (1) circulacin efectiva de aire, (2) buena actividad bacterial, (3) contacto uniforme de la solucin con las partculas. El mayor problema encontrado en la lixiviacin en botaderos es la precipitacin de sales, especialmente sales de hierro en las caeras de drenaje y en el interior del botadero. La hidrlisis del ion frrico produce la precipitacin de hidrxido y jarositas cuando el pH de la solucin es > 3.Fe2(SO)3 + 6H2O Fe(OH)3 + 3H2SO4

2 Fe2(SO)3 + 12H2O 2HFe3(SO)2(OH)6 + 5H2SO4 Jarosita de hidrgeno

En presencia de lcalis, se forman jarositas de Na, NaFe3(SO4)2(OH)6, o de K, KFe3(SO4)2(OH)6. Existen adems otras sales que pueden precipitar obstruyendo el lecho de mineral, como yeso, CaSO4, u otros sulfatos. La precipitacin de todos estos compuestos resulta en la formacin de capas impermeables que impiden el movimiento de las soluciones dentro del botadero o pueden cubrir la superficie de las partculas retardando o deteniendo su posterior reaccin. Una vez formados estos compuestos son muy difciles de re-disolver.

En la lixiviacin en botaderos muchas veces no es necesario agregar cido ya que ste es generado por las reacciones mismas de lixiviacin. La velocidad de disolucin de los sulfuros metlicos es enormemente acelerada por accin de las bacterias. Las lixiviaciones en botaderos e in-situ corresponden a las primeras aplicaciones industriales de la lixiviacin bacteriana. Sin embargo, debido al escaso valor econmico de los minerales tratados, estos procesos no pueden controlarse bien y se pueden considerar en gran parte como procesos espontneos. El control de la operacin se complica por el hecho que una parte importante de las aguas de lluvia o aguas de deshielos incrementa el flujo de soluciones en el botadero generando grandes fluctuaciones en la produccin de soluciones de la operacin. Este aspecto debe ser contemplado en las instalaciones de tratamiento de las soluciones producidas, generalmente extraccin por solventes. Dicha planta debe tener gran flexibilidad para tratar flujos muy variables de solucin segn la poca del ao.

La tcnica de lixiviacin en pilas (heap leaching) es similar a la lixiviacin en botaderos excepto que se aplica a depsitos de minerales oxidados o mixtos y con mayor planificacin en la formacin de las pilas de mineral. Esta tcnica se usa como mtodo primario de tratamiento de menas de minerales oxidados y mezclas de xidos con sulfuros secundariosLixiviacin en PilasEl material a lixiviar, previamente triturado, se acumula sobre una base o carpeta impermeable formando pilas sobre las que se roca la solucin lixiviante. El tamao de las pilas, el grado de trituracin ms apropiados, la cantidad ptima de cido y la velocidad de irrigacin generalmente se determinan mediante pruebas experimentales que se realizan en columnas o gaviones. Estas variables dependen de la ley del mineral y de sus caractersticas fsicas

En la formacin de las pilas es muy importante minimizar la compactacin de los slidos para asegurar la buena distribucin de las soluciones y la penetracin de oxgeno (esto ltimo se requiere solamente si la mena contiene especies que requieren oxidacin como Cu2O, CuS, Cu2S)Cuando el mineral es fino 100% -3/8 o 100% -1/4, se acostumbra realizar un aglomerado del mineral para mejorar la permeabilidad de la cama de slidos. Cuando se lixivian minerales de cobre se acostumbra a agregar cido concentrado junto con el agua en la aglomeracin para efectuar el curado cido. Con este curado cido se consigue mejorar la disolucin de cobre (a travs de la disolucin de gran parte del cobre superficial de las partculas) y adems inhibir la disolucin de algunas especies indeseables como el aluminio y la slice

Para lograr una buena mezcla y aglomeracin homognea de las partculas el equipo ms apropiado es el tambor aglomerador, que se muestra esquemticamente en la figura

Esquema de tambor aglomerador industrial

Este consiste de un cilindro metlico con revestimiento de goma anticida o neopreno y provisto de elevadores (lifters). En la parte central del cilindro se ubican tuberas perforadas para el suministro de agua, que siempre es agrega primero para humedecer el mineral, y ms al interior del tambor para el suministro del cido concentrado. El tambor aglomerador gira a baja velocidad y tiene una inclinacin para que la carga fluya a lo largo de l

Vistas de los tambores aglomeradores: (A) lateral y (B) frontal (A) (B)

Concepto y objetivo del proceso de aglomeracinEl proceso de aglomeracin, consiste en mezclar un mineral, cido sulfrico y agua, los cuales sometidos a un movimiento de rodadura, producen la agregacin de las fracciones finas generando partculas de mayor tamao El mejoramiento del escurrimiento de las soluciones de lixiviacin se debe a que las partculas finas se adhieren sobre la superficie de las partculas ms grandes formndose el aglomerado. Esto permite generar un lecho de mineral con tamao de material homogneo, evitndose el taponamiento de los espacios del lecho por el menor arrastre de finos. Por lo tanto, la aglomeracin busca producir en el lecho de la pila: mayor permeabilidad, distribucin homognea de la solucin lixiviante y proporcionar una estructura fsica estable en el apilamiento

Formas y mecanismos de formacin de aglomeradosLa aglomeracin es la unin de partculas individuales de mineral para formar aglomerados (agregados o racimos de partculas). La aglomeracin se puede llevar a cabo mediante dos formas a) Por presin, mecanismo segn el cual las partculas son unidas mecnicamente, ejerciendo presin entre stas y para lo cual se utilizan rodillos, que tienen cavidades con la forma final del producto aglomerado que se desea obtener

b) Por roleo, basado en el principio de movimiento de partculas que estn dispersas, y mediante su aproximacin, se activan las fuerzas de cohesin y las partculas se unen, generando partculas de mayor tamao. Bsicamente, en la aglomeracin por roleo, el equipo rotatorio agita las partculas, logrando el acercamiento entre stas, las cuales mediante la presencia de puentes de lquido, se adhieren unas a las otras. Por lo tanto, las partculas deben tener una pelcula de lquido, cuyo espesor debe ser el adecuado para formar dichos puentes permitiendo que los glmeros adquieran una estabilidad y resistencia mecnica deseable. En la figura siguiente se ilustra un puente tpico entre partculas Puente tpico de lquido entre partculas

Las fuerzas que mantienen a las partculas adheridas provienen de dos fuentes: la tensin superficial y los enlaces qumicos entre las partculas

Variables del proceso de aglomeracinDentro de las variables que condicionan la calidad del glmero, se encuentran las propiedades fsico-qumicas del mineral, caractersticas de diseo y operacin del tambor aglomerador, y la humedad de aglomeracin, esta ltima la ms importante para generar glmeros de buena calidad Geometra de las partculas: Su principal efecto es el aspecto fsico, aunque tambin afecta la velocidad de reaccin. De esta variable depende el grado de adherencia de las partculas ms pequeas a las ms grandes. Con un material representativo esta variable se puede considerar constante Caractersticas Geolgicas: El tipo de mineralizacin y la ganga asociada, entre otras caractersticas, ejercen una fuerte influencia en el aspecto fsico (higroscopia) y en el qumico (consumo de cido y grado de sulfatacin)

Granulometra: La influencia fundamental de esta variable es en el aspecto qumico, ya que influye fuertemente en la velocidad de la transformacin qumica. En el aspecto fsico su influencia radica en el hecho que a menor granulometra se produce una mayor produccin de finos, disminuyendo las cualidades fsicas y aumentando la probabilidad de que erosionen los aglomerados, producindose posibles segregaciones de finos que a su vez son capaces de provocar canalizaciones e impermeabilizaciones al interior del lecho. Las partculas de menor tamao sern mejor atacadas por el cido

Cantidad de agua: Parmetro crtico en la operacin de aglomeracin y curado. Su total ausencia es nefasta en los aspectos qumico y fsico. En el aspecto fsico influye en la formacin de puentes lquidos y fuerzas capilares que dan al lecho las cualidades fsicas que requieren. En el qumico, es el medio de transporte utilizado por los iones de hidrgeno para difundir a travs de las partculas hacia el ncleo de la reaccin y es el medio de transporte utilizado por los iones cpricos, producto de la reaccin, para emerger a la superficie de las partculas

Condiciones ambientales: Esta variable no se puede manejar. Cuando la temperatura es muy alta y en un ambiente seco, la evaporacin de agua aumenta considerablemente influyendo en el tiempo de curado y en las propiedades fsicas y qumicas del lecho. Cuando ocurre lo contrario, cuando la temperatura es muy baja y la humedad ambiental muy alta, la calidad fsica del lecho disminuye y el tiempo de curado se alarga demasiado, pero el grado de sulfatacin puede aumentar en forma considerable Tiempo de curado: Esta variable influye directamente en el grado de aglomeracin y sulfatacin. Depende de las condiciones climticas de las reacciones qumicas exotrmicas que pueden ocurrir al interior del lecho que provoca evaporacin de agua y fundamentalmente en la cantidad de agua presente en el proceso

Humedad de aglomeracinEl contenido de humedad general, debido a los efectos de tensin superficial que tienen unidas a las partculas de mineral, es la variable ms importante para producir buenos aglomerados. Muy poca humedad hace imposible el desarrollo de una pelcula de lquido entre las partculas y conduce a una segregacin de tamaos de stas durante el apilamiento. Por otro lado demasiada humedad separa las partculas pequeas de las partculas ms grandes y provoca una mala distribucin de cido por escurrimiento Si la cantidad de agua excede el valor crtico, las superficies cncavas de la pelcula lquida se transforman en convexas con lo cual desaparecen las fuerzas de unin entre las partculas, como consecuencia el aglomerado se destruye y se forma una especie de suspensin slido lquido

La humedad ptima de operacin se define como la mxima humedad antes de llegar al punto adhesivo, valor en el cual el material se torna barroso, se pierde la esfericidad de los glmeros y adems distorsiona significativamente su distribucin de tamao Se ha encontrado que la humedad de aglomeracin depende principalmente del porcentaje de finos del material frescoRelacin contenido de finos -200# versus humedad ptima de aglomeracin

Curado cido de mineralEl curado consiste en introducir anticipadamente cido sulfrico concentrado durante el proceso de aglomeracin a objeto de modificar la composicin mineralgica del mineral, permitiendo as sulfatar los minerales de cobre, fracturar qumicamente las partculas, creando mayores vas de ataque y penetracin de la solucin hacia el mineral, e impactar en la cintica de extraccin del valor, especialmente al inicio del proceso de lixiviacin Adems de efectuar la disolucin de cobre, el cido para el curado, debe lograr un grado de neutralizacin de la ganga, necesario y suficiente, que proporcione durante el riego, una condicin favorable de proceso (pH adecuado) que no perturbe la disolucin adicional de cobre por el agente lixiviante (cido y/o frrico) y/o facilite precipitaciones indeseables

Generalmente el cido ptimo a adicionar en aglomeracin es el que permita obtener una mayor sulfatacin con una mnima acidez libre remanente y este depender principalmente de las caractersticas del mineral en cuanto a su grado de liberacin, contenido de cobre y reactividad de la ganga que la acompaa. Un exceso de cido puede producir una sobre lixiviacin de la ganga aportando impurezas perjudiciales principalmente para el proceso de extraccin por solventes La figura muestra los resultados de una prueba tpica de curado cido

Las variaciones en las caractersticas fsicas y mineralgicas del mineral (contenido de cobre lixiviable, contenido de finos, especies de ganga ms consumidoras), generan una demanda de la dosis de cido adecuada, por lo cual tambin prcticamente en todas las operaciones, el pronstico o manejo de la dosificacin mantiene aun gran distancia entre lo que debi ser y lo que realmente se aplica El comportamiento de la ganga se encuentra ntimamente ligado a las condiciones de acidez en las cuales se desarrolla el proceso, y esto lleva a que en el curado exista un mnimo de acidez libre. Adiciones elevadas de este reactivo pueden aumentar la reactividad de la ganga y en consecuencia aumentar el consumo de cido. En el proceso de lixiviacin, las reacciones con la ganga pueden tener severos efectos en los equilibrios de solucin y equilibrios solucin-mineral, acelerando la formacin de precipitados

Las pilas de lixiviacin pueden variar en altura entre 3 y 10 metros, y se instalan sobre un sustrato impermeable generalmente protegido con una membrana (geomembrana) de plsticos como polietileno de alta densidad (HDPE) de baja densidad (LDPE), de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC). Los espesores pueden variar entre 0.1 a 1.5 mm segn las exigencias de cada operacinDimensionamiento de pilas

A medida que aumenta la altura de la pila aumentan las exigencias de la geomembrana y generalmente se eligen membranas ms gruesas de HDPE debido a su mayor resistencia la ruptura. Sobre la geomembrana se instala normalmente una capa de grava que sirve como capa de drenaje para la solucin. Si el material de drenaje incluye partculas grandes o angulares puede ser necesario poner una capa amortiguadora entre la membrana y la capa de drenajeEl mineral a lixiviar se apila sobre la capa de drenaje. Para cargar el mineral en las pilas se utilizan varios sistemas segn el tamao de las instalaciones. Para faenas pequeas de 300 a 2000 ton/da se utilizan camiones y apiladores de correa autopropulsados como el que ilustra en la Figura 4.21. Para faenas grandes, de 1000 a 20000 ton/da, se usan correas modulares articuladas (grasshoppers) que terminan en un apilador de correa

En general se distinguen dos tipos bsicos de pilas de lixiviacin:

Pilas permanentes, en las cuales no se retira el mineral lixiviado (o ripio) una vez concluido del proceso de lixiviacin y las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores. Solo una vez que se ha alcanzado un lmite de altura, se deben construir nuevas pilas para continuar con el proceso. Generalmente este tipo de pilas se usa para material de baja ley y de granulometra gruesa, que tienen una velocidad de lixiviacin lenta. La distincin entre este tipo de pilas y los botaderos no es muy clara.

Pilas renovables (tipo on-off), en las cuales una vez concluido el ciclo de lixiviacin los ripios de retiran y se reemplazan por mineral fresco sobre la misma base anterior. Este tipo de pilas se utiliza preferentemente con mineral de alta ley (lixiviacin primaria de menas) y que tiene una cintica rpida, lo que garantiza una alta recuperacin. Las pilas por lo general son de baja altura para facilitar la carga y descarga del mineral. Para la descarga de los ripios normalmente se usan recolectores tipo pala de ruedas con capachos, conocidas como rotopalas. Los ripios son enviados a botaderos o pilas permanentes donde a veces se continua su lixiviacin

Las pilas pueden operar de dos formas: Pilas unitarias, en que todo el material depositado en la pila se lixivia simultneamente. Pilas dinmicas, en que en una misma pila coexisten materiales en diversas etapas de tratamiento.Las soluciones se distribuyen en la superficie de la pila por medio de goteros o por aspersores segn sea la tasa la evaporacin y la disponibilidad de agua. En zonas de clima muy fro puede se necesario a veces enterrar los goteros bajo la superficie de la pila para evitar congelamiento de las soluciones. Para la recoleccin de las soluciones se utilizan caeras de drenaje perforadas (que se instalan en la base de la pila, sobre el revestimiento impermeable, y/o sobre la capa de grava) y canaletas abiertas. Las carpetas impermeables sobre las que se forma la pila tienen una pendiente de 3 a 5 para permitir el flujo de las soluciones hacia las canaletas de recoleccin que las llevan a piscinas de almacenamiento desde donde son bombeadas al proceso de purificacin de soluciones y recuperacin del cobre

La concentracin de cido en la solucin de lixiviacin depende de la ley de los minerales a tratar y las soluciones cargadas pueden variar entre 3 gpl hasta unos 16 gpl de cobre para minerales ricosLa secuencia combinada de operacin en que la lixiviacin en pilas se realiza sobre un mineral triturado fino, aglomerado con agua y curado con cido se conoce como Proceso de Lixiviacin TL. Este proceso de us por primera vez en la mina Lo Aguirre, de Mineral Pudahuel, que oper desde 1980 hasta el ao 2000 y su uso se ha generalizado para el tratamiento de minerales de cobre oxidados o mixtos

Las variables de operacin de este proceso incluyen:- Granulometra del mineral- Dosificacin de agua y cido en el curado- Grado de aglomeracin de los finos durante el curado y consiguiente aumento de la porosidad dellecho.- Altura del lecho de mineralConcentracin de agentes lixiviantes en las soluciones- Ritmo de regado- Duracin de los ciclos de lixiviacin- Nmero de ciclos- Otros de menor importancia

Las ventajas que se atribuyen al Proceso de Lixiviacin TL son:- Bajo costo de inversin, similar al de una planta de lixiviacin por percolacin- Bajo consumo de cido: 60 a 70% del consumo de una operacin de lixiviacin en bateas.- Alta recuperacin desde minerales oxidados (80 a 90%).- Recuperaciones significativas de cobre desde minerales sulfurados secundarios (40 a 50%)- Bajo costo de operacin

Esquema general de la Planta xidos de Minera Escondida Ltda. (MEL)