Procesos de lixiviacion gyVAMlSHELL 02, 2010 17 pagos PROCESOS DE LIXIVIACIÓN La lixiviación consiste en la disolución de la especie de interés del mineral, por acción de un agente lixiviante externo (o proporcionado directamente por el mineral en condiciones apropiadas). Los procesos de lixiviación dependiendo de las condiciones de concentración del mineral (concentrado, mineral de a ta ley o mineral de baja ley), y de sus características químicas y mineralógicas (sulfuros, óxidos o mixtos) se pueden efectuar en los siguientes tipos de procesos: 1.
Lixiviación de lecho ffoo or ercolacion. El mineral forma un e es irrigado por PACE 1 ori? una solución. El agen lix. tacto con el lecho mineral y a medida q desci ndo el metal de interés. La solución ri del lecho y luego pasa a la etapa de e En este grupo de procesos, se pueden distinguir: Lixiviación en el lugar (in place o in situ): Involucra la lixiviación de una mena fracturada en el yacimiento. La mena puede ser mineral de baja ley no extraído en la explotación del yacimiento y dejado en el lugar, o también cuerpos mineralizados que no pueden ser explotados por métodos convencionales.
La zona a lixiviar puede ser superficial o subterránea. Los tiempos de lixiviación son de varios meses hasta años. Lixiviación en bateas: Consiste en contactar un lecho mineral con una solución que percola e inunda la batea, que está provista de un fondo falso cubierto con un medio filtrante. La geometría características especiales como: alta ley de óxidos y mineralización expuesta; alta porosidad; baja generación de fino durante el chancado y el ataque químico; baja retención de humedad y mínima compactación del lecho.
Los clclos de lixiviación en este caso son de varios días. Lixiviación en botaderos: El método es aplicado para minerales e cobre de leyes marginales (menor que 0. 6% de Cu), manejando así grandes volúmenes de material que son depositados sobre la topografía existente en la zona, aprovechando las pendientes para el drenaje natural de soluciones. La solución lixiviante es aplicada sobre la superficie, mediante un sistema de distribución, percolando por gravedad. El tiempo de lixiviación es de varios años, con recuperaclones entre un 20 y 50%.
Lixiviación en pilas: Se basa en la percolación de la solución lixiviante a través de un mineral chancado y apilado, el que esta formando una pila sobre un terreno previamente mpermeabilizado. La base de la pila tiene una pendiente tal que permita que el líquido escurra a la canaleta de recolección de soluciones. La pila se riega por aspersión o goteo. La solución drenada se colecta en un estanque, para luego ser enviada a la etapa de recuperación del metal de interés, obteniéndose una solución agotada, la cual es acondicionada y reutilizada para lixiviar nuevas pilas de mineral.
Se aplica a minerales de alta ley debido a los costos de operación y transporte. Los tiempos de lixiviación en este proceso son de algunas semanas en el caso de inerales oxidados y varios meses en el caso de sulfuros. 2. Lixiviación por agitación La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamente molido, ya sean lamas, relaves, concentrados o cal es solo aplicable a material finamente molido, ya sean lamas, relaves, concentrados o calcinas de tostación, y se realiza utilizando reactores agitados y aireados.
Esta operación permite tener un gran manejo y control del proceso de lixiviación. Además, la velocidad de extracción del metal es mucho mayor que la lograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas. Es un proceso de mayor costo, ya ue incluye los costos de la molienda del mineral. En el caso de minerales de cobre se utilizan procesos en pilas o botaderos, es decir, grandes cantidades de minerales (que pueden ser aglomerados y/o curados en el caso de las pilas), se amontonan sobre una superficie plana o sobre el costado de una ladera.
Sobre estos apilamientos, es rociada o irrigada una solución ácida. Los microorganismos (en general bacterias autotróficas), se encuentran presentes en forma activa en estos ambientes y las reacciones químicas y biológicas en el interior del apilamiento solubilizan el cobre y otros elementos . 2 LIXIVIACION EN PILAS La lixiviación en pilas corresponde a un proceso mediante el cual se procede a extraer metales por percolacón de una soluclón a través de un lecho o pila de mineral. De este modo se obtiene una solución cargada en metales y otros iones la que es conducida a un proceso de recuperación.
Previo a la formación de la pila, el mineral debe ser chancado para lograr una adecuada granulometría, que permita una rápida y óptima lixiviación, utilizándose generalmente granulometrías de -W4″ hasta -3/4″ [7,19,23,27]. La elección de la granulometría decuada para un proceso de lixiwaclón en pila varía dependiendo del mineral a tratar y será entonces necesario realizar un test que de en pila varía dependiendo del mineral a tratar y será entonces necesario realizar un test que defina el tamaño óptimo de partícula.
La existencia de finos y lamas en la formación del lecho de lixiviación produce deficiencias en la fluidodinamíca al existir migración vertical de finos durante la operación, impidiendo un flujo uniforme de la solución. La segregación de finos, originada en el montaje de la pila o bien durante la operación, define areas iegas entre tamaños gruesos disminuyendo la percolación y conduciendo el flujo de solución por zonas de facil acceso o canalización. El proceso más empleado para enfrentar el problema de permeabilidad originado por los finos, es la aglomeración.
El proceso de aglomeración consiste en esencia en la adhesión de partículas finas a las más gruesas que actuan como núcleos. Para que se produzca la unión de partículas es necesaria la acción de un agente aglomerante o aglutinante. En el caso de lixiviación de cobre en pilas, el aglomerante utilizado es agua junto con ácido ulfurico (adicionalmente, en algunos casos se utilizan aditivos que permitan mejorar las caracteristlcas del glomero). La adiclón de ácido permite la incorporación de una parte del agente lixiviante en la aglomeración, junto con mejorar las características del glomero.
La incorporación de ácido concentrado en la aglomeración define asimismo un proceso adicinal llamado curado ácido. En la etapa de curado se produce la sulfatación de los oxidos y algunos sulfuros al reaccionar con el ácido sulfúrico concentrado. Estas reacciones se ven favorecidas con el aumento de emperatura que se produce en el sistema de acuerdo con la hidrólisis del ácido sulfúrico, por lo cual es recomendable que sean en el sistema de acuerdo con la hidrólisis del ácido sulfúrico, por lo cual es recomendable que sean adicionados el ácido y el agua en forma separada.
El curado se completa con una etapa de reposo de uno a tres dias que asegura la reacción del ácido presente, para luego comenzar la lixiviación del mineral. Los procesos de aglomeración y curado son normalmente recomendados porque: mejoran la permeabilidad del lecho, disminuyen el tiempo de lixiviación, disminuyen (normalmente) el onsumo de lixiviantes, aumenta la concentracion en el PIS (de este modo se puede disminuir el tamaño de la planta de SX), los ciclos de lavado son más efectivos y aumenta el porcentaje de extraccón.
Sin embargo la adición de grandes cantidades de ácido puede generar problemas adicionales como se verá luego. Una vez aglomerado el mineral, se construye la pila, asegurándose que la disposición del material sea homogénea y se deja reposar por algunos días. Este período de reposo se denomina curado y permite la sulfatación de los óxidos existentes. Luego la pila es irrigada con la solución lixiviante por istemas de aspersion o goteo, utilizando tasas de irrigación desde 5 a 40 It/hr/m2.
En el caso de minerales oxidados, normalmente la irrigación es continua; en cambio para minerales mixtos o sulfurados se utiliza un sistema de irrigación intermitente para lograr una concentración más alta de cobre en la solución efluente, utilizando un menor volumen de solución [34]. Si en la operación se utiliza un circuito cerrado de solución, esta es continuamente recirculada entre las etapas de recuperación de cobre (por ejemplo una secuencia de extracción por solvente y lectro recuperación) y la pila. Esto tiene ventajas desde el p secuencia de extracción por solvente y electro recuperación) y la pila.
Esto tiene ventajas desde el punto de vista de la cantidad de soluciones que es necesario manejar y del consumo neto de ácido. Un sistema de operación típica en este sentido se muestra en la figura NO 2. 1. Figura 2. 1: Proceso de lixiviación en pilas, SK EW. La altura que debe tener la pila es un factor de decisión importante y su elección depende de la permeabilidad de la pila, la aireación del sistema y la concentración esperada de la solución. A veces pilas de menor tamaño tienen mayor recuperación, sin embargo se necesita mayor área de pila, lo cual es importante cuando la disponibilidad de terrenos es limitada.
Adicionalmente dependiendo de los equipos utilizados y la estabilidad del talud, se establecen límites a la altura de pila que es posible lograr. De acuerdo con su modo de operación existen dos tipos de pilas, estáticas y dinámicas [3]: Pila Dinámica: Implica la coexistencia en la pila de materiales que están en distintas etapas del ciclo de tratamiento. Consiste en reutilizar continuamente el mismo pad, el mineral agotado se etira del pad y se acopia en un botadero dejando el lugar para cargar mineral fresco.
Con este método se requiere poco terreno, pero el pad debe ser muy resistente, de modo de permitir un movimiento continuo de material en carga o descarga de las distintas zonas. * Pila Estática: Consiste en someter todo el mineral acopiado en el pad a las diversas etapas del ciclo de tratamiento (curado lixiviación – reposo — lavado) en forma simultánea. La velocidad de producción es variable y para mantener las condiciones de alimentación de extracción por solventes se deben combinar difer as condiciones de alimentación de extracción por solventes se deben combinar diferentes ciclos de lixiviación. ara los modos de operación mencionados, se debe combinar alguno de los métodos de construcción siguientes: * Pila Permanente: En esta configuración, el mineral se deposita en la instalación y una vez terminado el ciclo de tratamiento este permanece, pudiéndose utilizar como base para acopiar otra pila sobre él o simplemente es abandonado. * Pila Renovable: En este caso, se carga el mineral en pila y luego de ser tratado, los ripios son retirados para ser dispuestos n un botadero, siendo reemplazados por mineral fresco.
Se debe notar que una pila dinámica siempre será renovable. Otros factores que influyen sobre el funcionamiento de la pila, y por ende deben ser eficientemente manejados, son el flujo de irrigación y la composición de las soluciones de lixiviación a utilizar. Esta solución se debe recordar contiene a los agentes lixiviantes que atacarán el mineral y en forma posterior actuará como medio de transporte de los productos de la reacción, en particular de la especie metálica de interés. Caracterización de microorganismos lixiviantes
El análisis de la microflora presente en forma natural en los minerales utilizados en las faenas de lixiviación da como resultado la aislación de especies diversas tales como: Bacterias del tipo bacillus oxidantes de azufre ( Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus thioparus, Sulfolobus, etc. ), bacterias reductoras de azufre ( Desulfovlbrio desulfuncans, Gallionella), bacterias oxidantes de fierro (Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirilum ferrooxidans, Sulfolobus, etc. ), además de hongos, algas microscópic (Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirilum ferrooxidans, Sulfolobus, etc. además de hongos, algas microscópicas y protozoos [32]. En particular al imponer las condiciones de operación del circuito de lixiviacón (bajo pH, temperaturas moderadas o altas, ambiente oxidante, carencia de sustrato orgánico, etc. ), se verifica especialmente la proliferación de las siguientes bacterias ORGANISMOI TEMPERATURA FUENTE DE CARBONO I SUSTRATO I Thiobacillus ferrooxidans | 20 a 500CmesófiIo I C02 Fe2+, SO, Sulfuros I Lepstospinllum ferrooxidans 20 a 350Cmesófilo COZ I Thiobacillus thiooxidans 20 a 35UCmesófilo C02 SO Género sulf010bus | 60 a 800Ctermófilo I C02C orgánico I pe2+,
SO,Sulfuros Tabla 2. 4: Bacterias de mayor desarrollo en condiciones de circuitos de lixiviación. Entre éstas, las bacterias de mayor importancia son las del tipo Thlobacillus ferrooxidans, para las cuales encontramos la siguiente caracterización [25]: – Son mótiles, poseen flagelo polar y no forman esporas. Tienen forma de bastón. – Se reproducen por fisión binaria – Aeróbicas, quimioautotróficas. – Son Gram negativas. – Pueden actuar tanto en solución como adherida al mineral. – Son acidófilas. – Crecen en ambientes con ion ferroso, azufre o minerales sulfurados. Introducción
La biolixiviación de minera dos V relaves de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus Ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato, y para oxidar el ión ferroso a ión férrico. El Thiobacillus Ferrooxidans es eficaz en ambienteácido, aeróbico, móvil y quimioautotráfico y se presenta en forma de bastoncitos de 1-2 in de largo por 0. 5-1 . O in de ancho, gran negativas. Presentan punto isoeléctrico entorno de 4. 0 – 5. 0 y se desenvuelven en el intervalo de temperaturade 28 5 0 C.
La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus Ferrooxidans es el ión Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre y sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismoa base de N, p, K, y Mg, Car como elementos de trazo. La biolixiviación de sulfuros como procesobiohidrometalúrgico involucra un conjunto de reacciones químicas, metabólicas, enzimáticas y no enzimáticas, en el cuál el mineral insoluble es oxidado y otros metales de interésson liberados en solución. 2. Microrganismos y su aplicación en la biogeotecnología de metales.
Microorganismos y áreas de aplicación en hidrometalurgia Hasta ahora los siguientes procesos microbiológcos son de importancia en la hidrometalurgia. a) Oxidación de sulfuros, azufre elemental y fierro ferroso. b) Producciónde compuestos orgánicos, peróxidos, etc. por microorganismos organotróficos, los cuales atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable. c) Acumulación de elementos químicos o su precipitación por microorganismos. Rol de la bacteria en la oxidación de Fe2, so y sulfuros. La oxidaclón de Fe3, so y sulfuros esta mediada básicamente por las bact de Fe2, so y sulfuros.
La oxidación de Fe3, so y sulfuros esta mediada básicamente por las bacterias del género Thibacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobaclllus y Acldianus. Especialmente importante pa a la hidrometalurgia son las bacterias acidofílicas, a bajos valores de pH los metales son solubilizados y pueden eventualmente recuperarse como un productocomercial. Oxidación de Fe2+, so . Tabla NO 1 . Microorganismos de importancia en Hidrometalurgia (Anexo) Ferroxidans y otras bacterias. La reacción de oxidación se realiza probablemente de acuerdo al esquema siguiente: bacteria 4Fe2 02 + 4H4 4Fe3* + 2H20 (1) G3000 C -38. 0 Kj_mol-l
Esta reacción es importante para lixiviación de metales pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones; obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox en el medio. Oxidación de los sulfuros. La bacteria es capaz de oxidar los siguientes sulfuros – Pirita y Marcasita (FeS2) – Pirrotita (Fes) – Chalcopirita (CuFeS2) – sornita (su,pes4) – Covelita (Cu2S) – Tetrahedrita (CL18SB2S7) – Enargita (3Cu2,S. AS2S5) – Arsenopirita (FeAsS) – Realgar (AsS) – orpjmenta (AS2S3) – Cobaltita (COASS – Petlandita – Violarita (Ni2FeS4) – gravoita (Ni,Fe)S2 – Milerita (MS)
