CURSO LIXIVIACION EN PILASDefinicinProceso hidrometalrgico ( fisicoqumico ) basado en la propiedad de ciertas sustancias de pasar de la fase slida a la lquida al estado de un compuesto complejo o inico mediante la accin de un disolvente adecuado. En general, es el cambio de fase slida a lquida. En el proceso ocurre una disolucin parcial respecto a la mena, es decir, se disuelve la especie de valor, quedando la ganga ( material estril, sin valor comercial ) sin disolver, producindose de esta manera la separacin.

La minera a partir de soluciones o Hidrometalurgia se define como las formas de recuperacin de un metal o compuesto desde su mena por medio de una solucin que fluye disolviendo las especies de inters desde la roca, esto es aplicable tanto para minerales lixiviables como para minerales que requieren de reacciones qumicas, aguas de descartes y soluciones de formacin.

Algunos minerales se lixivian en forma natural, formando soluciones ricas las que son llamadas Aguas de Mina, la recuperacin de estas soluciones representa las primeras aplicaciones de la Hidrometalurgia. La Hidrometalurgia es un campo interdisciplinario que comprende la geologa, qumica, hidrologa, metalurgia extractiva, minera, ingeniera de procesos y economa. Algunos de los factores que se han de considerar en un proyecto hidrometalrgico son:1. La qumica de lixiviacin2. La qumica de la roca (ganga)3. Los flujos de solucin en el mineral (percolacin)4. Espacio libre en el mineral para permitir el paso de la solucin5. Porosidad de la roca6. Transporte desde el interior de la roca al flujo (difusin qumica)7. Tecnologa de recuperacin del metal/mineral8. Impacto ambiental9. Prdida de soluciones10. Qumica de la solucin rica11. Balance de agua12. Manejo de soluciones (piscinas, bombeo, riego, coleccin, etc.)

Los reactivos lixiviantes ms comunes son los siguientes:

Para el caso de especies oxidadas de cobre, el agente lixiviante ms comn es el cido sulfrico (H2SO4), dada su buena selectividad respecto de la ganga salvo, si sta es de naturaleza calcrea. Su disponibilidad y costo en el mercado nacional ha bajado en el primer caso, y ha subido demasiado, en el segundo caso ( 80 a 105 US$/ton ) Su manejo y transporte en camiones especiales resulta sencillo.

En el caso de minerales mixto de cobre (xidos y sulfuros secundarios) se utiliza, generalmente, el sistema de lixiviacin en pilas, cida o cida/frrica; sto ltimo, dependiendo de las caractersticas del mineral en relacin a su composicin mineralgica y la ley de cobre insoluble. Sobre las pilas de material mineralizado se riega una solucin de agua con cido sulfrico que disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solucin de sulfato de cobre, que se purifica y se concentra (SX) antes de llevarla a la electroobtencin y/o cristalizacin-recristalizacin. MECANISMO DE LA LIXIVIACIN DE XIDOS DE COBREEl problema de la extraccin de una o varias especies desde la mena por medio de un disolvente puede ser resuelto por dos mtodos:

a) Por disolucin directa de la especie de valor por el disolvente. SOLUTO CONTENIDO EN LA MENA + DISOLVENTE = SOLUCION

DISOLUCION DE LA MALAQUITACu2(OH)2CO3 + 2H2SO4 2CuSO4 + CO2 + 3H2O

DISOLUCION DE LA AZURITACu3(OH)2(CO3)2 + 3H2SO4 3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O

DISOLUCION DE LA CRISOCOLACuSiO3 2H2O + H2SO4 CuSO4 + SiO2 + 3H2O

DISOLUCION DE LA CUPRITACu2O + H2SO4 CuSO4 + Cu + H2O

ATACAMITA

CALCANTITACu2SO45H2O

REACCIONES QUMICAS SECUNDARIAS Los carbonatos de la ganga, como las sales de fierro, tambin sern atacadas por los reactivos de la solucin lixiviante de acuerdo al siguiente sistema:a) CaCO3 + H2SO4 CaSO4(s) + CO2 + H2Ob) Fe(OH)2 + H2SO4 FeSO4 + 2H2Oc) 2Fe(OH)2 + H2SO4 + 2HCl FeCl2 + FeSO4 + 4H2Od) Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2Oe) 2Fe2O3 + 3H2SO4 + 6HCl 2FeCl3 + Fe2(SO4)3 + 6H2O

De estas reacciones secundarias, la ms beneficiosa sera la formacin de sulfato frrico, Fe2(SO4)3 y de cloruro frrico, FeCl3, ya que cooperan en la lixiviacin de algunas especies de cobre presentes como los sulfuros ( Por ejemplo, Calcosina ).

f) Cu2S + 2Fe2(SO4)3 2CuSO4 + 4FeSO4 + Sg) 3CuO + 2FeCl3 Fe2O3 + 3CuCl2

El cloruro ferroso generado no es muy conveniente ( aunque ataca algunas especies cuprferas ), ya que parte del cobre queda como cloruro cuproso ( CuCl2 ). Este es un precipitado que se pierde junto a los ripios. 3CuO + 3H2O + 2FeCl2 CuCl2 + Cu2Cl2 (s) + 2Fe(OH)3

Anlisis del carbonato de calcio De los minerales de ganga, el ms perjudicial es el CaCO3. CaCO3 (s) + H2SO4(l) => CaSO4(s) + CO2(g) + H2O Produce alto consumo de cido sulfrico. a) Consumo real: 3 a 5 k de H2SO4/ k de Cu recuperado. b) Consumo terico: 1.54 k de H2SO4/ k de Cu.

Produce sulfato de calcio slido, el cual cristaliza sobre las sustancias que se estn disolviendo Impide el contacto entre la solucin lixiviante y las especies solubles.El proceso se retarda y puede llegar a detenerse. El cido, tambin ataca a la ganga, la cual est constituida por minerales que producen un menor o mayor consumo de ste. Los que consumen menos cido son: los silicatos y los que consumen ms cido son: los xidos e hidrxidos de fierro y aluminio, adems, de los carbonatos de metales alcalinos.

Lixiviacin en Pilas La lixiviacin en pilas corresponde a una tcnica de lixiviacin percolante donde la solucin se desplaza a travs de un lecho de partculas slidas, previamente acondicionada y sin inundarla, a objeto de poner en solucin especies valorables. Es de inters conocer el contenido de cobre total, cobre soluble, fierro total y azufre total. La identificacin de las especies minerales tiles y las de la ganga son de inters para definir las condiciones de lixiviacin, pretratamiento, tipo de solucin lixiviante y presencia de impurezas en las soluciones finales.

En la lixiviacin en pila, la solucin de lixiviacin requiere de concentraciones de cido bajas, lo que eventualmente podra representar una desventaja si sabemos que en el inicio de la cintica de extraccin la etapa controlante es la reaccin qumica del cobre de la superficie de las partculas, y en la medida que la reaccin avanza pasa a tener mayor importancia la difusin en el slido. Esta posible desventaja es eliminada en el proceso de lixiviacin en pila gracias a la operacin preliminar del curado cido.

CONDICIONES Y CONSIDERACIONES Disponer de amplias superficies de terreno, relativamente llanas, con menos de 10% de pendiente. Calcular los flujos de aporte y evaporacin para mantener un balance equilibrado de lquidos efluyentes.La pila perder agua por:a) Evaporacin a la atmsferab) Permanencia en los ripios como humedad residualc) Prdidas de proceso en derrames, filtraciones y descartes ocasionales

Capacidad y flexibilidad para admitir grandes variaciones de leyes de mineral y tiempos de lixiviacin. Utilizar lminas impermeables sencillas para evitar prdidas por infiltracin y la contaminacin del subsuelo. Realizar un estudio geomecnico del material depositado para alcanzar la mxima altura posible y evitar el derrumbe de la pila. Disponer de represas de lquidos intermedios y finales. Considerar un margen de sobrecapacidad del sistema para absorber situaciones de exceso por tormentas lluvias en el rea en explotacin o explotada.

Preparar el material para llevarlo al tamao adecuado, de manera de lograr una permeabilidad mnima suficiente, que libere el mineral en la superficie y percole adecuadamente. Organizar un conjunto de pilas de manera de ordenar el flujo de lquidos en forma seriada, para lograr un enriquecimiento progresivo de la solucin al pasar de una pila en otra.

Para que la lixiviacin tenga xito se tienen que considerar una serie de factores, siendo el primero asegurar la permeabilidad de la masa a lixiviar, de manera que el lquido lixiviante pase a travs de todo el material y que el contacto entre el agente lixiviante y el mineral sea el ptimo.

CONSIDERACIONES PARA UN PTIMO CONTACTO ENTRE EL MATERIAL Y EL AGENTE LIXIVIANTE La localizacin de los minerales a disolver Volumen del material y distribucin de tamaos rea expuesta Superficie especfica Tamao de partculas Porosidad Presin capilar Rugosidad o aspereza de las superficies.

GRANULOMETRA DEL MINERAL A LIXIVIARLa granulometra del mineral chancado bordea entre 3/8 y Se debe controlar la presencia masiva de finos, con un harnero especial, antes de que ste sea procesado en la etapa de aglomeracin, ya que al existir una excesiva cantidad de finos, no va a permitir una percolacin de la solucin lixiviante en forma ptima, fuera de otros problemas operacionales, como lo es, por ejemplo, el derrumbe de pilas.

Cuando el mineral presenta una distribucin de tamaos de partculas, incluidas partculas muy pequeas, dependiendo de la forma de construccin de la pila, se puede producir segregacin, generando zonas de diferente permeabilidad. De esta manera, la solucin pasara solamente a travs de las zonas de mineral grueso. Para corregir estas deficiencias, el mineral debe ser aglomerado con agua o con algn agente aglomerante, como por ejemplo cal o cemento (lixiviacin alcalina); en las lixiviaciones cidas se aglomera con cido sulfrico concentrado dosificndolo de tal modo que slo humecte al mineral.

AGLOMERACIN Y/O CURADO El material ya chancado, puede ser aglomerado y curado, con agua y cido sulfrico concentrado, segn se requiera, dependiendo del valor final de la recuperacin de cobre, de su curva de cintica, y de la presencia de finos que afecten la percolacin de la solucin en la pila.El mineral se puede aglomerar en tambores aglomeradores, pero tambin hay operaciones que agregan el agua y el cido directamente sobre el mineral en una correa, cuando la cantidad de finos es limitada o el material es grueso (Zaldivar, RT).Luego el mineral es almacenado como pilas, para un tiempo breve de reposo, previo al tratamiento de lixiviacin.

Agente aglomerante o ligante 1. Lquidos: agua, soluciones de cido sulfrico, soluciones de cianuro ( para el oro ), etc.2. Slidos: cal, cemento, etc.

Se aglomera:a) Para unir los finos a las partculas ms gruesas y as optimizar la percolacin de la solucin lixiviante.b) Reducir la probabilidad de segregacin de las partculas finas durante el carguo y regado de la pila. c) Mejorar la permeabilidad de la pila debido a la uniformidad del tamao de las partculas. d) Mejorar la oxigenacin de la pila.

TAMBORES AGLOMERADORESEl mejor equipo para lograr estos dos efectos, de mezcla y de aglomeracin, es el tambor aglomerador.ste consiste en un cilindro metlico, revestido interiormente con neopreno o goma anticida, provisto de levantadores para lograr el rodado de la carga, e incluyendo las tuberas perforadas para el suministro del agua, para humedecer el mineral y para el suministro del cido concentrado.

El agua y parte del cido se puede remplazar por soluciones de refino de la planta de extraccin por solventes y/o la purga de electrolito de la electro-obtencin.En estos casos debe cuidarse de evitar que el orgnico atrapado por arrastre, ingresen al tambor, pues se degrada con el cido concentrado y termina por contaminar todo el circuito de SX. Para evitar este efecto, previamente a su ingreso al tambor, las soluciones pobres deben ser tratadas por algn medio filtrante, como una columna de carbn activado.

TAMBORES AGLOMERADORES

Tambor aglomerador minera El Abra

CONSTRUCCIN DE LAS PILAS Y APILAMIENTO El mineral aglomerado con cierta cantidad de cido y de agua (en k/t) segn su mineraloga y su ganga, se acomoda en las pilas, que formarn los mdulos de riego, con superficie y altura determinadas, ngulo de reposo del mineral ya establecido, y con pendiente en dos sentidos: Inclinacin lateral, para el drenaje Inclinacin en sentido longitudinal, para la evacuacin de las soluciones. Para ayudar a la recoleccin de las soluciones se usan caeras de drenaje corrugadas y canaletas abiertas.

Canaleta receptora solucin rica Lambert

A este material mineralizado apilado y preparado, se le determina la densidad aparente que vara segn su porcentaje de finos. El apilamiento se puede realizar por distintos mtodos, entre ellos mediante un sistema de correas o mediante apiladores mviles. Las pilas se cargan habitualmente, entre 3 y 8 m, sobre un sustrato impermeable, normalmente protegido con una membrana de plstico que puede ser de polietileno de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LDPE) , de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC), que puede tener de 0.1 a 1.5 mm, segn la aplicacin.

La altura de las pilas, ya sean dinmicas o permanentes, va a depender de tres factores esenciales: Estabilidad mecnica del material Facilidad de extraccin del mineral, y Consumo del material lixiviante. CARGUIO DE MATERIALEn el caso de faenas pequeas que van de 300 a 2000 t/d, como por ejemplo Dos Amigos y Punta del Cobre, hasta 5000 t/d y 10000 t/d, como Quebrada-Damiana en El Salvador y Lince, en Michilla, se usan sistemas de camiones y apiladores de correa autopropulsados, evitando el uso de cargadores frontales. Este sistema de carguo se puede aplicar a pilas dinmicas y permanentes.

En faenas mayores, que van desde 10000 t/d y hasta 50000 t/d ( Manto Verde, Cerro Colorado y Quebrada Blanca ) se usan correas modulares articuladas que terminan en un apilador de correa o stacker.Sistema de carguo usado en pilas dinmicas y permanentes, sin restriccin.

En faenas aun mayores, desde 75000 t/d a 150000 t/d ( El Abra y Radomiro Tomic ), donde se prefieren complejos sistemas apiladores sobre orugas alimentadas con correas transportadoras estacionarias y mviles.Cuando se requiere remover el material ya lixiviado desde las pilas, por ser un sistema de pilas dinmicas, normalmente se usan recolectores tipo pala de rueda con capachos, llamados rotopalas o bucketwheel.

Sistema de Correas TripperCorreas tripper mviles

Apilador Marca Rahco Minera El Abra. Apilamiento Minera El Tesoro

Rotopala de capacidad nominal de 11.500 t/h.Rotopala de Radomiro TomicSistema de traslacin sobre orugas.Diariamente, remueve 220 mil toneladas de material lixiviado.

CLASIFICACION DE LAS PILASPILA DINAMICA: Implica que en el mismo sector de la pila en tratamiento, coexisten materiales que estn en diversas etapas del ciclo de tratamiento. Peridicamente se carga un mdulo y se abandona el tratamiento de otro.

En el caso particular de las operaciones mayores, que presentan cierta rigidez con los equipos de transferencia de minerales, se ha preferido una configuracin rectangular doble (dos rectngulos paralelos y adyacentes) con semicrculos en los extremos, donde se forma la pista de giro de los equipos de carguo y de descarga.

PILA DINAMICA TL

Las pilas dinmicas, una vez agotadas, son retiradas a travs de correas transportadoras a botaderos. Posteriormente, se construyen pilas permanentes, constituyendo la lixiviacin en pilas secundarias, donde se continua extrayendo el cobre remanente de los ripios, y as, se aumenta la recuperacin global del proceso, es decir, la recuperacin metalrgica de las pilas primarias ms de las pilas secundarias. PILA PERMANENTE:

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 de lixiviacin permanenteMinera Dos Amigos

Pilas permanentes, en las que las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores, aprovechando o no la impermeabilizacin existente.

Normalmente, este tipo de pilas se disea de forma de apilar mineral en capas sucesivas, una vez que ha terminado la lixiviacin del mineral de las capas inferiores, llegando hasta 6 a 7 pilas en total, montadas una tras otra.

Sistema de riego en lixiviacin en pilas Se puede clasificar en: Riego por Goteo Riego por aspersores y boquillas Riego por tuberas perforadas

Sistema de riego por goteo y aspersores, y recoleccin de soluciones El sistema de riego instalado permite distribuir las soluciones ya sea por medio de un sistema de goteros, que hasta pueden estar instalados bajo la superficie de las pilas cuando las condiciones son extremas (Quebrada Blanca a 4.400 msnm y temperaturas muy bajas) o por medio de aspersores tipo wobblers o sprinklers, dependiendo de la evaporacin y de la disponibilidad de agua de cada operacin. La solucin es bombeada y la presin creada provoca una descarga controlada por las perforaciones y/o aspersores.

Riego por goteo:Es recomendable en caso de escasez de lquidos, bajas temperaturas (climas muy fros) y/o con vientos fuertes y permanentes o cuando no hay peligro de precipitacin de sales que tapen los goteros. En la industria, se utiliza, generalmente, una tasa de riego del orden de 10 - 20 litros/hm2. El riego tiene que ser homogneo.

Riego por aspersores: Los aspersores son adecuados cuando hay agua en abundancia y cuando sta contenga gran cantidad de sales disueltas y no exista un clima muy riguroso.

TASA DE RIEGO Es el flujo de solucin de riego de la pila, la cual debe regar toda el rea superior. Con esta solucin se logra extraer el cobre contenido en la mena. A mayor tasa de riego, ms luego se extraer el cobre de la pila y, por ende, ms luego se agotar.

Las tasas controladas de irrigacin van en rangos desde 0.002 a 0.005 galones/min/pie (menores de 0.2 l/min/m2, lo que mantiene al material granular hmedo, pero no saturado).

Por lo general, en la extraccin de cobre y en donde el tipo de pilas es de grandes dimensiones, se utiliza una tasa de riego del orden de 10 a 20 l/h x m.

Piscinas de recoleccin de soluciones Las soluciones recogidas son llevadas primero a piscinas desarenadoras, para ser clarificadas y desde all fluyen a diferentes piscinas segn la calidad de la solucin:

Piscina de solucin rica (PLS) (Pregnant leaching solution), que tiene una dimensin tal que permite conocer el tiempo de retencin de la solucin. La solucin percolante rica, es enviada al prximo proceso que puede ser: extraccin por solvente (SX) o de ferrocementacin . Piscina de solucin intermedia (ILS), que se utiliza para regar el aglomerado fresco y generar as PLS, segn corresponda. Durante los primeros das de tratamiento, la pila es regada con estas soluciones, las cuales son reforzadas en cido para aumentar su capacidad de recuperar cobre desde el mineral recientemente depositado.

Solucin refino ( solucin pobre )En la segunda etapa de tratamiento, cuando una parte importante del cobre ha sido removido de los minerales, el material se riega con solucin retornante desde SX o de ferrocementacin. Esta solucin debe ser reforzada en cido antes de lixiviar los minerales en esta etapa de tratamiento.

Agua de lavadoLa pila, a la que se le ha extrado el mximo de cobre, es lavado con agua de manera de recuperar los ltimos valores posibles, antes de transportar a botadero.