Metalurgia del Oro

Industrias Mineras de Base Metálica 2010

Es un metal de transición blando, brillante, amarillo, pesado, maleable y dúctil.

El oro no reacciona con la mayoría de los productos químicos, pero es sensible al cloro y al agua regia. No le afecta el Aire.

El metal se encuentra normalmente en estado puro y en forma de pepitas y depósitos aluviales.

Se utiliza en la joyería, la industria y la electrónica por su resistencia a la corrosión.

Es el metal más maleable y dúctil que se conoce. Una onza (31,10 g) de oro puede moldearse en una lámina que cubra 28 m2.

Como es un metal blando, son frecuentes las aleaciones con otros metales con el fin de proporcionarle dureza.

Además, es un buen conductor del calor y de la electricidad.

Introducción

El oro se encuentra en la naturaleza en estado nativo o como una aleación con plata denominada ELECTRUM.

Otras aleaciones con metales del grupo del platino, o con cobre, son bastante raras. En cantidades muy pequeñas existen minerales del tipo teluro, como la calaverita (AuTe2), la krenneirita ((Ag,Au)Te) y la sylvanita ((Ag,Au)Te2).

El oro se encuentra en las redes de muchos minerales de cobre (en solución sólida), plomo, plata y platino en cantidades pequeñas, en particular en los sulfuros.

Minerales

Las menas de oro presentan dos características generales:

◦ El oro está prácticamente presente en su forma nativa, formando granos o partículas diseminadas en las betas de cuarzo y de otras rocas. Aparece a menudo aleado con plata, pero raramente con otros metales.

◦ Los contenidos medios de oro en menas explotables son siempre muy bajos rebasando raramente los 10g/Mg.

Oro libre: Cuando no está incluido en otros minerales. Es particularmente fácil de extraer por simple separación gravimétrica, amalgamación o cianuración directa.

Oro asociado a sulfuros de hierro: Diseminado bajo la forma de finas partículas en los cristales de pirita o de pirrotina. Su extracción necesita un proceso más complejo, precisando una preconcentración y una calcinación, seguida de una cianuración.

Oro asociado a minerales de arsénico o de antimonio: La presencia de estos elementos hace al tratamiento aún más difícil, y el proceso clásico (concentración, calcinación y cianuración) puede conducir a rendimientos de extracción demasiados bajos como para permitir una explotación económica.

Oro asociado a minerales de cobre, plomo y zinc: El oro puede ser un subproducto de otros metales. Algunos minerales de cobre, extraídos a gran escala, dan producciones importantes de oro. En la metalurgia del cobre, el oro sigue al cobre hasta su afino electrolítico donde es recuperado en los lodos electrolíticos.

Oro en menas refractarias: Se denominan menas refractarias de oro a aquellas en que el oro, visible al microscopio dentro de los sulfuros metálicos (piritas, arsenopiritas), no se puede liberar por molienda. Estas menas presentan dificultades o gastos excesivos en su cianuración.

Clasificación de menas

Región cuyo:◦ Veladero◦ Pascua Lama◦ Pachón (principalmente de cobre)◦ Famatima◦ Gualcamayo

Región Patagónica El desquite Calcatreu Cerro Vanguardia Manantial Espejo San José

Región Norte La Lumbrera Agua Rica

Yacimientos Argentinos

Extracción del Oro

Tratamiento de la menaAmalgamaciónCianuraciónRecuperación del oro con zincRecuperación del oro con Carbón ActivadoBiolixiviación

Antes de utilizar cualquiera de los procesos, la mena debe triturarse hasta que las partículas de oro queden liberadas y puedan ser concentradas o sometidas a la acción de un solvente. Las trituraciones groseras se pueden realizar en quebrantadoras giratorias o de mandíbulas, y las trituraciones más finas en molinos de bolas, de rodillos o de cilindros de acero.

Tratamiento de la mena (concentración gravimétrica, molienda)

Cuando el oro limpio entra en contacto con el mercurio líquido, éste forma una aleación con aquel para dar una partícula revestida con el metal líquido con propiedades similares a las del mercurio. Las partículas amalgamadas se adhieren unas a otras formando una masa plástica que se conoce como amalgama.

El oro y la plata se separan, normalmente, por amalgamación.

Proceso: El concentrado, que tiene un contenido elevado en agua, se introduce en un tambor de bolas de acero en el que rota durante 12 horas. Al cabo de este tiempo, las partículas de oro, ya liberadas, están en condiciones de amalgamarse, para lo que se añade el mercurio. El tambor continua rotando 2 horas más y la amalgama resultante se separa de los otros componentes en un hidrociclón, el exceso de agua u de mercurio se eliminan en un filtro prensa. El mercurio de la amalgama se elimina por destilación, dejando una masa impura de oro esponjoso que se funde en lingotes.

Amalgamación

Se basa en el hecho de que cuando la mena finamente dividida, que contiene solamente algunos gramos del metal por tonelada, se trata con una solución diluida de cianuro de potasio o de sodio, el oro y la plata se disuelven con gran facilidad, mientras que la mayoría de los demás componentes metálicos permanecen inalterados.

La reacción para la lixiviación del oro metálico en una solución diluida de cianuro está representada por la ecuación de Elsner:

Cianuración

El consumo de cianuro es siempre elevado (entre 0,11 y 0,22 kgNaCN/tn de mena) debido a pérdidas mecánicas y a reacciones secundarias. Estas reacciones secundarias se producen con sustancias denominadas cianicidas, , por ejemplo ácido sulfúrico, CO2, FeS, y otros minerales sulfurados.

Se deben evitar, en la medida de lo posible, los efectos perjudiciales de las sustancias cianicidas. Para ello, se emplea soda cáustica, o mejor cal, las cuales neutralizan la acidez.

Molienda húmeda del mineral. Disolución. Separación del licor de oro. Tratamiento del precipitado y de la ganga (RECUPERACIÓN).

La molienda húmeda del mineral tiene como objetivo liberar el oro (y la plata). Se realiza a menudo en presencia de cianuro y cal. Esta última, en cantidades necesarias para mantener el pH de la pulpa en 10,5. Se obtiene con esto una pulpa de productos finos reciclándose los gruesos para ser molinos de nuevo.

La pulpa obtenida en la molienda se introduce en reactores y se mantiene en suspensión por medio de agitación mecánica y/o neumática. Es ahora cuando se trata la mena con el cianuro sódico o potásico. La velocidad de reacción es baja y el tiempo de permanencia en el reactor es de 24 a 48 hs.

La separación del licor de oro se puede hacer pos espesamiento y filtración o por lavado en contracorriente. El primer método consiste en recoger la pulpa obtenida en la cuba de reacción y separar el licor rico mediante espesadores, para acabar haciendo un filtrado.

Etapas de la Cianuración

El mineral agotado se separa de la solución en grandes filtros de vacío rotativos. El filtrado se trata con zinc, preactivado en una solución de acetato de plomo, para precipitar el oro:

El oro bruto se trata con ácido sulfúrico para eliminar el exceso de zinc, se seca y se tuesta con aire a 800°C para oxidar el plomo, el zinc y el hierro.

Recuperación con Zinc

El carbón activo es útil debido a la gran capacidad de la estructura carbonosa, que pone a disposición del sistema una superficie enorme, para adsorber diversas especies. En el caso de cianuro de oro, el proceso es más químico que físico y se basa en el hecho de que el oro unido a 2 cianuros en el complejo, en presencia de carbón, forma otra unión química.

Existen 3 métodos:◦ CIP (Carbon in Pulp)◦ CIL (carbon in Leach)◦ CIC (Carbon in Column)

Recuperación del oro con Carbón Activado

Es el método preferido a nivel mundial para la recuperación del oro de la pulpa cianurada.

La base del proceso consiste en que a medida que el oro se disuelve contacta con el carbón activo y se adsorbe en su superficie.

La fácil separación del carbón retira de la solución de lixiviación el oro que se reextrae de aquél con una solución alcalina concentrada.

CIP (Carbon in Pulp) – Carbón en pulpa

Con el método CIP se tratan menas que tienen contenidos variables de oro (0,25 a 100g/Mg). La densidad de la pulpa varía entre 1,30 y 1,45 g/cm3 dependiendo de su viscosidad. Una tonelada de carbón puede adsorber hasta 70kg de oro.

Este proceso se diferencia esencialmente de la cianuración clásica por la ausencia de etapas de separación sólido-líquido (filtración y clarificación) y por el hecho de que el agente extractante es reciclable.

La operación se realiza sobre la pulpa cianurada y finalmente cribada (100μm) en reactores, con agitación que operan en contracorriente. El tiempo de contacto necesario entre el carbón y la pulpa es de 1h. Los granos de carbón activo deben ser de 2 a 3 mm de tamaño y suficientemente resistentes a la abrasión. El carbón, el oro y la plata, se recuperan al final del proceso por flotado con aire y cribado o bien por flotación espumante.

Se diferencia del anterior en que el carbón se añade directamente en el tanque lixiviador y a medida que se disuelve el oro, se va adsorbiendo.

Este método se recomienda cuando hay material carbonoso autóctono en la pulpa, que adsorbería el oro, produciendo pérdidas.

CIL (Carbon in Leach) – Carbón en lixiviación

Cuando se hace separación sólido-líquido antes de introducir el carbón.

Posteriormente, se extraen los metales preciosos del carbón y se reactiva este para su reutilización.

Para ello, se realiza una percolación en caliente (70°C) de una disolución de sosa y alcohol.

El oro se recupera por electrólisis con cátodo de lana de hierro.

La reactivación de los granos de carbón, se realiza por vía seca, a una temperatura de 600-750°C.

CIC (Carbon in Column) – Carbón en Columna

Eficiente para el tratamiento de concentrados de alta ley por lo desmesurado que sería el tamaño de una planta capaz de tratar todo en uno.

La gran ventaja de este procedimiento, es que deja liberado el oro de la mena refractaria solubilizando los sulfuros y el arsénico, dos formas más eficaces, en términos ecológicos, de manejar ambos elementos que cuando se produce su combustión.

En este proceso se genera ácido y se eleva la temperatura, lo que se debe controlar por medio de la densidad de la pulpa (10-15%). La temperatura se mantendrá entre 35 y 40°C y el pH será en torno a 1,5 y 2, pues este es el medio preferido por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans y otras bacterias similares que aparecen en los sistemas de lixiviación. El control del pH se consigue por la adición de cal al reactor de biolixiviación.

Biolixiviación

Afino del OroMétodos Tradicionales:

Proceso con ácido nítrico Proceso con ácido sulfúrico Proceso con Agua Regia Proceso de base clorhídrico

Métodos Actuales Proceso Miller Proceso Wohlwill Recuperación de Oro de lodos anódicos

Tienen en común el uso de solventes acuosos y distintos ácidos minerales inorgánicos.

Métodos Tradicionales

El ácido nítrico es un reactivo muy eficiente para la solución de los metales base y de la plata que puedan acompañar al oro; sin embargo, el oro contenido en el material de partida, no debe exceder el 30% para que el proceso no pierda eficacia.

El residuo que queda después de la lixiviación con ácido nítrico se lava con ácido clorhídrico y se funde. En muy raros casos se llega a obtener oro de un 99,9% de pureza.

Este proceso no tuvo demasiado éxito debido al elevado precio del ácido, a la formación de compuestos del tipo NOx y a la dificultad de eliminar ciertas impurezas.

Proceso con ácido nítrico

Este proceso necesita que el material aurífero sea una aleación de oro con plata o con cobre para que la lixiviación tenga éxito. La solubilización de la plata y de todos los metales que forman sulfatos solubles, da lugar a un residuo aurífero que se puede fundir y moldear. El oro obtenido no es de elevada pureza.

La desventaja de este proceso era que producía dióxido de azufre y que no se podían tratar materiales de partida que tuvieran plomo.

Proceso con ácido sulfúrico

Sólo se puede aplicar a productos con un alto contenido de oro. Es conveniente que el contenido en plata no sobrepase el 10% debido a la formación de cloruro de plata que origina densas capas sobre el material.

En este proceso, a diferencia de los dos anteriores, el oro pasa junto con los metales base a la solución acuosa, mientras que la plata permanece con el residuo.

Las desventajas de este procedimiento son el elevado costo de los ácidos, el alto costo del equipo, la producción de vapores de NOx y que sólo se pueden tratar ciertos materiales de partida.

Proceso con Agua Regia

El oro se puede disolver en ácido clorhídrico en presencia de un oxidante. La plata precipita en este medio y puede aprovecharse si se para.

El oro, posteriormente, se precipita con ácido oxálico. El paladio puede precipitar con el oro.

Los metales básicos, como el cobre, se pueden precipitar con dióxido de azufre.

Las precipitaciones se deben repetir varias veces para conseguir metales puros.

Este método tiene ventajas ya que es barato en equipo, es rápido y, por lo tanto, recomendable para cantidades pequeñas de metal.

Proceso de base clorhídrico

Métodos Actuales

Se basa en el hecho de que el oro no forma fácilmente cloruros mientras que la mayoría de las impurezas que lo acompañan sí. Además, a una temperatura de tratamiento con cloro gaseoso de 1150°C, unos cloruros son volátiles y otros están fundidos.

Debido a esta propiedad, dichas impurezas se pueden eliminar mediante el burbujeo de cloro en el oro fundido.

El cobre y la plata se recogerán en la escoria y los otros metales se volatilizarán; primero lo harán el zinc, hierro y plomo, y luego el cobre y la plata.

Se puede decir, de forma general, que con este método se obtiene un oro de un 99,5% de pureza. El problema es que no se separan los metales del grupo del platino.

Proceso Miller

Este proceso utiliza la electrólisis para el refino de oro. El metal impuro se moldea en ánodos y los cátodos son de Ti u Au muy fino.

El electrolito es una solución acuosa de ácido tetracloroáurico (2M) con ácido clorhídrico (2,5M). El ácido tetraáurico se produce mediante la siguiente reacción:

La temperatura es de 70°C. Se utilizan 5 ánodos de unos 10kg y 6 cátodos, la tensión total es de 1,5v y la densidad de corriente del orden de 0,07 A/cm2.

Proceso Wohlwill

Para obtener oro de alta pureza se necesita realizar una electrólisis que presenta algunos problemas. La disolución anódica del oro es en la forma Au(III), pero una parte de este metal pasa a la solución como Au(I). Esto da lugar a la obtención de malos depósitos catódicos y a la formación de finos de oro en la celda electrolítica. Los finos se pueden eliminar si se emplea una densidad de corriente alta y un cátodo proporcionalmente más pequeño que el ánodo.

Las reacciones en el ánodo son:

Las reacciones en el cátodo son:

Este proceso se aplica a materiales con un contenido en plata inferior al 10%. El principal problema se debe a la polarización que genera la plata y a la obtención de cátodos cada vez más impuros.

A pesar de utilizar distintos métodos para evitar estos problemas es difícil obtener de forma continua, mediante este procedimiento, un oro con una pureza superior al 99,99%.

El proceso es un poco lento, lo que cuesta dinero, pero permite aprovechar los metales del grupo del platino. Se afina por este procedimiento, aproximadamente entre la cuarta parte y un tercio del oro producido.

Gran parte del oro que se produce se obtiene como producto secundario de las operaciones electrolíticas en las refinerías de cobre. En dichas refinerías, se recogen los lodos anódicos del afino del cobre, en los que se concentra la plata y el oro. En primer lugar se eliminan impurezas como el níquel, selenio, telurio y plomo por copelación. El producto obtenido, un concentrado de plata-oro, se trata a ebullición con ácido sulfúrico concentrado para eliminar la plata y el cobre. Se obtiene así un oro en forma de arena que se funde y se refina electrolíticamente.

Proceso para recuperar el oro de lodos anódicos