PARÁMETROS CRITICOS EN EL DISEÑO DE PILA INDUSTRIAL DEL PROYECTO LIXIVIACIÓN DESULFUROS DE MINERA ESCONDIDA

Danny Castillo, Andrés Olea, Paul SmithsonProyecto de Lixiviación de Sulfuros

Minera Escondida Ltda., BHP BillitonTel. 203770 / Fax 201512

E-mail: danny.i.castillo@bhpbilliton.comAntofagasta, 10 Marzo 2005

RESUMEN

Minera Escondida Ltda. se encuentra construyendo una Pila botadero (ROM) industrial que tiene por objetivobeneficiar vía biolixiviación sulfuros marginales (0,3% a 0,7% CuT) de los rajos Escondida y Escondida Norte. Eldiseño de la Pila industrial se basó en los resultados de la Planta Piloto y Pila Demostrativa.

A fines de 1999, Escondida tomó la decisión de estudiar biolixiviación para los sulfuros marginales y se obtuvieronmuestras del rajo Escondida para pruebas en columnas y gaviones en la Planta Piloto. Las pruebas se enfocarona evaluar los siguientes parámetros: tipo de mineral, diferentes sistemas de aireación, inoculación, concentraciónde acido en el riego, estrategias de riego, etc.

En 2001 se realizó un botadero piloto de 300,000 TMS para demostrar el potencial de lixiviar mineral ROM yconfirmar los resultados de la Planta Piloto. Esta Pila está formada por 2 módulos de aproximadamente 100.000TMS cada uno y operó durante Mayo 2001 a Diciembre 2002.

Esta presentación entregará un sumario del escalamiento de los parámetros más importantes en el diseño de laPila industrial.

A. ANTECEDENTES

Minera Escondida Ltda. se encuentra construyendouna Pila botadero (ROM) para tratar vía biolixiviaciónsulfuros marginales (0,3% a 0,7% CuT) de los rajosEscondida y Escondida Norte. Se contempla laconstrucción de dos pilas típicas de 4.900 m x 2.000 m,cada una de 7 pisos de 18 m de altura y actualmente seestá partiendo con la Pila B1. La solución rica generadaalimentará una planta de extracción por solvente, la cuala su vez alimentará una planta de electro obtención queproducirá inicialmente 180.000 toneladas al año de cobrefino como cátodos de grado A.

La importancia de la biolixiviación para laproducción de cobre crece diariamente debido a lanecesidad de una tecnología amistosa con el medioambiente que sea fácil de implementar y que a la vezofrezca un ahorro considerable de capital y costo deoperación. Sin embargo, la aplicación no ha sido fácil yla falta de comprensión acerca de los temas claves hacausado que los proyectos industriales no logren cumplircon la producción diseñada y/o retrasos al tratar de lograrla capacidad de diseño. Por lo tanto, existe la necesidadde estudiar la tecnología tanto a escala de laboratoriocomo en planta piloto, especialmente como parte de losnuevos proyectos. Esto involucra un acercamientosistemático donde la condición industrial debe ser imitadaen el laboratorio y planta piloto para así lograr identificary estudiar los parámetros claves y luego estos resultadosson confirmados en una Pila Demostrativa, antes de laconstrucción de la planta industrial.

El proceso consistirá en formar pilas de mineralmarginal ROM sobre una base impermeable y percolarsoluciones ácidas a través de ellos. El cobre se disuelvemediante lixiviación debido a la oxidación asistida porbacterias en presencia de aire y a temperaturas favorablespara su actividad, siendo lo ideal que estas temperaturasfluctúen entre los 25° y 45º C. La calcosina en el mineralse disuelve relativamente rápido y el componente decalcopirita lo hace más lento y de manera incompleta,mientras que la lixiviación del mineral de covelina se sitúaentre la calcosina y la calcopirita. El cobre en los mineralesmarginales de Escondida se encuentra presente en ellosen aproximadamente las siguientes proporciones:

Calcosina 40%Calcopirita 50%Covelina 10%

En promedio el mineral contiene 3,1% de pirita,la que también se oxida, lo que contribuye a obtener elhierro que se necesita en una solución y, más importanteaún, esta oxidación genera la energía que permitemantener el balance de calor requerido para labiolixiviación.

Las pilas de lixiviación serán alimentadas tantocon el mineral marginal actualmente acopiado como conel que se genere en el futuro. Dicho mineral serátransportado, en camiones, desde sus actuales lugaresde acopio, en el caso del mineral actualmente apilado, ydesde su yacimiento de origen, en el caso del mineralque se extraiga en el futuro. El mineral marginal queaparezca antes de que las pilas estén listas o cuando nohaya suficientes superficies con carpetas disponibles,será acopiado de manera separada y, posteriormente,será parte de la alimentación de las pilas.

La Pila se preparará mediante compresión y conun revestimiento HDPE y/o LLDPE de alrededor de 1,5mm de grosor. El HDPE y/o LLDPE será protegido poruna capa de mineral chancado fino, nivelada, hasta lograr70 cm de grosor que sea necesario para proteger lastuberías instaladas de drenaje y luego se instala el sistemade aireación.

Una vez que el mineral sea dispuesto, seráescarificado en ambas direcciones. Luego, la superficiede la pila será equipada con un sistema de tuberías dedistribución para el riego por goteo. Además se va cubrirla superficie del mineral con thermofilm (plástico) paraminimizar pérdidas de calor.

El diseño de la Pila se baso en los estudiosrealizados en la Planta Piloto que empezaron con mineralbotadero a partir del año 2000 y después los resultadosmetalúrgicos fueron confirmados en una PlantaDemostrativa.

El 21 de mayo del 2001, se dio inicio a una pruebade lixiviación con 300.000 TM de mineral extraído de laMina (ROM), para demostrar el potencial de la biolixiviaciónpara sulfuros de baja ley, como parte del programa depruebas del Proyecto de Lixiviación de Sulfuros. El objetivoprincipal de esta prueba es confirmar el rendimiento dela lixiviación de sulfuros de cobre que se obtiene en elprograma de pruebas (gaviones y columnas) de la PlantaPiloto.

D. INOCULACIÓN DE BACTERIA

Figura 1 muestra resultados de pruebas encolumnas que se realizaron en la Planta Piloto para verel impacto de la inoculación (Col 01-01 con inoculación,Col 22-03T sin inoculación).

Los resultados muestran que la inoculación acelerala cinética de lixiviación de cobre significativamente porqueaporta una gran cantidad de bacteria al mineral que porsu origen contiene inicialmente una baja población debacteria lixiviante igual que la solución de riego. En otraspalabras, la inoculación reduce el �lag-period� de lixiviaciónque normalmente se experimenta cuando se inicianpruebas con mineral y soluciones de riego frescas.

B. OBJETIVOS

El objetivo de esta charla es presentar la metodología que se realizó en el diseño de la Pila industrial dondese empleó los resultados de la planta piloto-planta demostrativa para asegurar un diseño confiable que cumplacon el plan de puesta en marcha y la capacidad de la nueva Planta. El enfoque fue en los parámetros clavespara el éxito de la biolixiviación.

C. INTRODUCCIÓN

Los estudios de las Planta Pilotos demostraron que los siguientes variables son claves para el éxito de labiolixiviación:

1. Inoculación de bacteria con el primer riego de solución;2. Diseño probado del sistema de aireación;3. Minimizar perdidas de calor para lograr alcanzar una alta temperatura en la Pila; y4. Control de ácido en la solución de riego.

Este paper va entregar información de cómo se evaluó cada uno de estos parámetros en las Plantas Pilotos yposteriormente su escalamiento en el diseño de la Pila.

También se evaluó diferente dosis de inoculación (5, 10, y 20 L/TM) encontrándose que no hay un granimpacto de alimentar una alta dosis de inoculo. Se tomo la decisión de usar una dosis de 10 L/TM en la Pilaindustrial y se está construyendo una Planta de inoculación para producir el volumen de inoculo necesario para elprimer riego de solución.

Figura 2 muestra el diagrama de flujo de la Planta de inoculo.

E. SISEMA DE AIREACIÓN

Para un efectivo proceso de biolixiviación es necesarioel aporte de aire, esto debido a que la disponibilidad deoxígeno es un factor que controla la extracción de metalesvía bacterial. No se conoce en el actual estado del arteotro oxidante que pueda ser utilizado por losmicroorganismos en ambientes de lixiviación. A su vezel dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbonopara la fabricación de su arquitectura celular.

Por tal motivo se hace tremendamente importante eldesarrollo de un sistema de distribución de aire a nivelindustrial que permita una eficiente aireación del lechomineral bajo irrigación.

Dicho sistema debe ser económicamente rentable yfactible de implementar industrialmente, además debeprotegerse de las soluciones percolantes y soportar lacarga de varios metros de altura de mineral.

Así desde el año 1998 se empezó a desarrollar en PlantaPiloto el sistema de distribución de aire, implementadoa escala semi-industrial en Planta Demostrativa en elaño 2001 y perfeccionado en los años 2003 y 2004 conpruebas en modelos reales a escala industrial. Siendo eldiseño patente de propiedad de Minera Escondida Ltda.

F. CONTROL DE PÉRDIDAS DE CALOR

Otra variable de gran importancia para el proceso debiolixiviación corresponde a obtener en el lecho mineraluna temperatura adecuada para una óptima actividadbacterial.Esta variable se enfocó desde dos puntos de vista: elprimero desde el punto de vista de pruebas querepresenten fielmente la operación en una pila industrialy el segundo orientado a la misma operación industrialy consistió en identificar y probar estrategias queminimizaran las pérdidas de calor al ambiente en la pilade forma de obtener temperaturas lo adecuadamentealta para una buena actividad bacterial.

El primer punto guarda relación con una representaciónadecuada de un proceso de biolixiviación industrial enpruebas de columnas y gaviones. Para ello se diseñaronen Planta Piloto dispositivos de aislamiento térmico quepermitieron representar de forma más fidedigna laoperación industrial a través de pruebas.

Para el segundo enfoque se aplicaron dos estrategiasorientadas a minimizar las pérdidas de calor en la pilaen sus zonas más sensibles; el eje �Z� o altura del lechoy las pérdidas por evaporación de la solución de riego.Las soluciones propuestas (altura óptima y uso decubiertas protectoras o termo film) fueron ensayadas conéxito en Planta Demostrativa y Planta Piloto.

G. CONTROL DE ACIDO EN EL RIEGO

Existe una relación biouniquívoca entre el aporte de ácidoal mineral en el proceso de lixiviación y su consumo poréste. Por lo tanto el objetivo en este caso fue definir unaporte que por parte baja permitiera un pH adecuado enlas solucione para una actividad bacterial idónea y eldesarrollo de equilibrios químicos de disolución yprecipitación de especies desde y hacia las disolucionesque no afecte el proceso global de lixiviación.

Por otro lado el aporte no debe ser en exceso de formade no promover consumos excesivos de ácido y ladisolución exagerada de impurezas que pueda llevar enel equilibrio, recordando que es un proceso en circuitocerrado, a niveles nocivos para la actividad bacterial eincluso deterioros en los procesos de transferencia demasa en la lixiviación y efectos perniciosos en los procesosposteriores de SX y EW con pérdidas de calidad en elproducto final e incrementos innecesarios en los costosoperacionales.

Estos niveles de acidez fueron definidos en múltiplespruebas en Planta Piloto para la mayoría de las litologíasque serían tratadas en la futura Planta Industrial yverificadas en la prueba semi industrial de PlantaDemostrativa.

CONCLUSIONES

Tenemos las siguientes conclusiones:

1. El éxito de un proyecto industrial hidrometalúrgico depende de gran manera de la realización de un pilotajeadecuado que simule de la forma más cercana posible la operación industria e identificando desde ya los problemasque se enfrentarán; identificando e interpretando las variables con mayor incidencia; y ensayando las posiblessoluciones a los problemas encontrados.

2. Las Plantas Pilotos se convierten en ejes estratégicos incluso para la operación misma, ya que permiteevaluar la gran heterogeneidad de los yacimientos, adaptando los procesos a los nuevos requerimientos, ensayandosoluciones reales a mínimo costo, generando información de alto valor agregado y recursos humanos altamentecapacitados.

I. REFERENCIAS

R.K. Preece, Pre-test Grade and Sulphide Mineralogy of the Sulphide Leach DemonstrationTest Heap: Unpublished Minera Escondida Ltda. report, September 2001

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al equipo de Metalurgia de Sociedad Terral, S.A. por toda la colaboración entregada con la preparaciónde este paper.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al equipo de Metalurgia de Sociedad Terral, S.A. por toda la colaboración entregada con la preparaciónde este paper.

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