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Conceptos de lixiviación de minerales

Antecedentes El cobre debido a su naturaleza química de la mena, se puede obtener por:
Pirometalurgia (minerales sulfurados)
Hidrometalurgia (minerales oxidados) Hidrometalurgia La disolución química es una propiedad que presentan muchos minerales frente a determinados sistemas acuosos conteniendo ácidos. Diagrama conceptual de un proceso hidrometalúrgico de cobre

Chancado – Clasificación

Curado – Aglomerado

Lixiviación

Extracción Por Solvente

Cátodos de Cobre Electro – Obtención

Del punto de vista de interacciones tenemos el siguiente diagrama

1.- FUNDAMENTOS EN LA LIXIVIACIÓN DE COBRE 1.1 Introducción El proceso de lixiviación, es una etapa fundamental en un proceso hidrometalúrgico que involucra la disolución del metal a recuperar desde una materia prima sólida, en una solución acuosa, mediante la acción de agentes químicos. Esta transferencia del metal hacia la fase acuosa, permite la separación del metal contenido en la fase sólida, de sus acompañantes no solubles. En la hidrometalurgia del cobre, dada la variedad de sustancias sólidas que contienen cobre, factibles de beneficiar por lixiviación, complican la extensión de los fundamentos del sistema lixiviante (sólidos-agentes extractantes-métodos). Las materias primas pueden clasificar en dos grupos según su origen: Fuentes Primarias: Menas extraídas de yacimientos. Fuentes secundarias: Desechos de procesos. Chatarra metálica. Basura doméstica. Efluentes de plantas. Las fuentes primarias son las menas naturales las cuales pueden ser menas nativas, oxidadas, o menas sulfuradas, de acuerdo a la composición mineralógica y contenido de cobre. En una clasificación más detallada desde el punto de vista químico, la fase sólida a lixiviar presenta tres clases: Cobre metálico: · Metal nativo. · Chatarras. · Productos de cementación. · Barros anódicos. Cobre Oxidado: · Menas oxidadas. · Calcina de tostación. · Nódulos marinos polimetálicos. Cobre Sulfurado: · Menas sulfuradas. · Matas cupríferas. · Productos sulfurados. Lógicamente que las fuentes de mayor importancia para la extracción de cobre las constituyen las menas oxidadas y sulfuradas. Aunque el tratamiento de menas sulfuradas es comúnmente realizada por flotación-pirometalurgia, la vía hidrometalurgia permite recuperar cobre contenido en las menas mixtas o sulfuradas de baja ley acumuladas en los botaderos de los tajos en explosión minera o en el mismo yacimiento (in-situ).

1.2 Agentes lixiviantes La selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química, selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperación del cobre de la solución acuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico los agentes utilizados en la lixiviación del cobre se clasifican en: Ácidos inorgánicos: · Ácido sulfúrico · Ácido clorhídrico · Ácido nítrico Bases: · Hidróxido de amonio · Agentes oxidantes: · Amoniaco, · Sales de amonio, · Cianuros, · Carbonatos, · Cloruros · Agentes acomplejantes: · Amoniaco, · Sales de amonio, Cianuros, Carbonatos, Cloruros El ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por las razones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácido sulfúrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polución y obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo. El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo, especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada Kg. de cobre producido se consumen de 2,5-7 Kg. de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% del costo de producción unitario. El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son los agentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre. 1.3 Métodos de lixiviación En la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosa extractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de: · Características físicas y químicas de la mena. · Caracterización mineralógica. · Ley de la mena. · Solubilidad del metal útil en la fase acuosa. · La cinética de disolución. · Magnitud de tratamiento. · Facilidad de operación. · Reservas de mineral. · Capacidad de procesamiento. · Costo de operación y capital. · Rentabilidad. La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de métodos para lixiviarlos, entre estos tenemos:

· Lixiviación in-situ. · Lixiviación en botaderos. · Lixiviación en pilas. · Lixiviación reactores agitados. · Lixiviación en autoclaves o reactores a presión. El detalle de los métodos se describe en la Tabla 1.1. Tabla 1.1 Resumen de técnicas de lixiviación Rango de Aplicaciones y Resultados

Métodos de lixiviación En Botaderos

En pilas

Percolación

Agitación

Ley del mineral

Baja ley

Baja-media

Media-alta

Alta ley

Tonelaje

Grande

Gran a mediano

Amplio rango

Amplio rango

Inversión

Mínima

media

Media a alta

alta

Granulometría

Corrido de mina

Chancado grueso Chancado medio Molienda húmeda

Recuperaciones típicas

40 a 50%

50 a 70%

70 a 80%

80 a 90%

Varias semanas

Varios días

horas

Tiempo tratamiento

de Varios años

Soluciones Problemas principales aplicación

Diluidas 1-2 g/L Diluidas 1-2 g/L 20-40 g/L Cu Cu Cu en

-Recuperación su incompleta.

5-15 g/L Cu

-Recuperación -Bloqueo por -Molienda. incompleta finos. -Lavado en requiera de -Requiere -Reprecipitación de contracorriente grandes áreas. de Fe y Cu. más inversión. -Tanque de -Canalizaciones. -Canalizaciones -Manejo de relaves -Re-precipitación materiales. Evaporación. -Inversión muy -Evaporación. -Necesita de alta -Evaporación. mayor control en -Soluciones diluir. -Requiere la planta. de -Pérdida abundante agua. soluciones -Control de la Soluciones muy planta es más diluidas. sofisticado.

1.4 Cinética de la lixiviación La termodinámica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reacción química en ciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reacción a ocurrir. Sin embargo, la termodinámica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema procederá hacia el equilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cinética por lo tanto nos dará información muy valiosa, tanto para la ingeniería de un proceso, como para predecir velocidades en una gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr un rendimiento óptimo en el menor tiempo posible. En general, un estudio cinético puede aportar dos tipos de información importantes para: 

Diseño de quipos y proceso.



Determinación de mecanismos.

Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser éste manejable en la práctica, es muy importante en todo proceso metalúrgico, pero en hidrometalurgia es un apoyo fundamental por varias causas: · Los procesos hidrometalúrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior. · Las reacciones son de carácter heterogéneo. · En general, los proceso hidrometalúrgicos aplicados son lentos. El mecanismo de reacción entre un sólido y una solución involucra las siguientes etapas consecutivas: 1. Disolución de reactantes gaseosos en la solución acuosa (si los hubiera). 2. Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase sólido-líquido. 3. Transporte de los reactantes a través de una capa producto o ganga de mineral hacia la superficie de reacción (difusión: poros; sólido). 4. Reacción química de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorción; químicas; electroquímicas). 5. Transporte de los productos solubles a través de la capa producto hacia la superficie sólido-líquido. 6. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solución. Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa sólida producto o el mineral no está bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas es proporcional al área de interfase sólido-líquido y del área de reacción, que en algunos casos puede coincidir. También la etapa más lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puede implicar un control, químico o por transporte. Los factores que afectan la cinética de las reacciones heterogéneas de lixiviación son numerosos, destacándose: · Temperatura. · Geometría, tamaño, porosidad del sólido. · Formación producto sólido o no. · Tipo de control. · Naturaleza reacción química. · Concentraciones de los reactantes y productos solubles. · Reacciones laterales ocurrentes.

1.5 Lixiviación óxidos de cobre 1.5.1 Aspectos teóricos de la lixiviación en pilas La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que consiste en la recuperación en forma iónica de metales valiosos (Cu, Zn, Au, etc.) de los minerales primarios y/o secundarios. La recuperación se efectúa por reacciones iónicas de disolución efectuadas a condiciones de temperatura ambiente por intermedio de soluciones acuosas. 

Iones: Materia con carga eléctrica que se obtiene al disolver un compuesto químico. +2 +3 + Pueden ser de dos clases, con carga positiva o cationes Cu , Fe , H , Na+, etc. y con -2 -2 carga negativa o aniones SO4 , NO3 , CO3 , etc.



Solución acuosa (fase acuosa): Es una mezcla líquida de agua con algún compuesto químico ácido o básico disuelto en ella que permiten contener iones metálicos.

La fuente principal de las materias primas, para la lixiviación son los minerales. Estos pueden ser minerales oxidados y minerales sulfurados. A continuación daremos a conocer algunos conceptos del proceso de lixiviación.

1.5.2




Minerales oxidados.




Minerales sulfurados.




Lixiviación de óxidos.




Lixiviación de sulfuros.




Ganga de minerales.




Condiciones óptimas para la lixiviación de cobre.




La escala de pH. Minerales oxidados

Los minerales oxidados y carbonatos son usualmente encontrados cerca de la superficie en las minas de tajo abierto, estos se forman debido a la descomposición y alteración de minerales sulfurados primarios. Los óxidos metálicos son fácilmente solubles en medio ácido, los principales minerales oxidados de cobre son:

Tabla Nº 1.2

1.5.3

FORMA MINERALOGICA

FORMA QUIMICA

Crisocola

CuSiO3

Malaquita

CuCO3 . Cu (OH)2

Azurita

2CuCO3 . Cu(OH)2

Cuprita

Cu2O

Tenorita

CuO

Minerales sulfurados

En las minas de tajo abierto los minerales sulfurados se encuentran por debajo de la capa de óxidos, y por lo tanto no han sufrido cambios por efectos del medio ambiente, su tratamiento generalmente se realiza por operaciones tradicionales de chancado, molienda, flotación, fundición y electrorefinación, sin embargo la técnica de lixiviación bacterial, permite la extracción del cobre de estos minerales de baja ley. Los principales minerales sulfurados son: Tabla Nº 1.3

1.5.4

FORMA MINERALOGICA

FORMA QUIMICA

Calcopirita

CuFeS2

Bornita

Cu5FeS4

Calcosita

Cu2S

Covelita

CuS

Lixiviación de óxidos

Los minerales oxidados contienen minerales de cobre y minerales de ganga o sin valor comercial. El cobre se encuentra en forma de silicatos de cobre o crisocola y en forma de carbonatos de cobre como malaquita y azurita, también se encuentra pequeñas cantidades de sulfatos de cobre tales como la calcocita y la chalcopirita. Los óxidos se caracterizan principalmente por tener como ganga una matriz o roca madre de carbonatos (caliza), que son consumidores de ácidos y tienen un alto contenido de arcilla que dificulta la percolación de la solución durante la lixiviación en pilas. La crisocola, un hidroxisilicato con una estructura cristalina abierta, se lixivia rápidamente en ácido sulfúrico (H2SO4) de acuerdo a la siguiente reacción: CuSiO3

.

2H2O

+

H2SO4

+

2H20

+2

Cu

+

+

5H2O

+

SiO2

+2

El Cu es el ión cúprico, el principal estado del cobre cuando este se disuelve en solución. Los iones +2 en la solución pueden tener cargas positivas, tales como el ión cúprico (Cu ) o cargas negativas, tales -2 como el ión sulfato (SO4 ). Al igual que la crisocola, la malaquita, la azurita se lixivia bastante rápido en ácido sulfúrico las reacciones químicas para este proceso de lixiviación son las siguientes: Malaquita Cu2(OH)2CO3

+

2H2SO4

+

7H2O

2CuSO4

+

10H2O

+

CO2

Azurita Cu3(OH)2(CO3)2

1.5.5

+

3H2SO4

+

11H2O

3CuSO4

+

15H2O

+

2CO2

Lixiviación de sulfuros

Los minerales sulfurados contienen minerales de cobre y se forman durante largos periodos de tiempos geológicos mediante la lixiviación parcial de la calcopirita (Cu Fe S2), conocida como sulfuro primario. El cobre que se encuentra en la calcosita y covelina se puede disolver en la solución de lixiviación en +2 +3 la forma de ión cúprico (Cu ) mediante una reacción con ión férrico (Fe ) que es uno de los agentes oxidantes mas poderosos que se conocen. La covelina se lixivia con solución de ácido sulfúrico de acuerdo a la siguiente reacción. Cu2S

1.5.6

+

+3

4Fe

+

+2

2Cu

+

+

0

S

Ganga de minerales

Los minerales de cobre ocupan una pequeña porción del total del volumen de roca en Tintaya. La mayor porción de la roca contiene varios complejos de alumínicos-silicatos, carbonatos que es el desmonte o ganga del mineral. 1.6

Efecto de la ganga en los sistemas de lixiviación La silico-ganga asociada a los minerales de cobre influyen en el sistema en base a:


Mayor consumo de ácido.




Disolución y precipitación de impurezas.




Menor cinética de lixiviación.




Características de escurrimiento de lechos percolantes.




Pérdida de cobre.

Algunos aspectos geoquímicos de las gangas Feldespastos, especie de la familia de los silicatos; son minerales formadores de roca primarias ígneas y su cristalización es asociada a la cristalización del magma. Arcilla, aluminosilicatos hidratados; formados por descomposición y alteración de feldespatos, y por lo tanto, de carácter secundario. Todas las reacciones de disolución de las silico-gangas en medio ácido consumen ácido sulfúrico, y por lo tanto inciden en un aumento del consumo neto del reactivo en el sistema. Gangas asociadas a la anortita, ortoclasa, montmorillonita, esmectita, illita, albita, incorporan agua en su estructura y podría ello derivar en complejas operaciones, tales como: Tabla Nº 1.4 Técnicas lixiviación

de

Fenomenología

Problema operacional

Agitación

Tixotropía

Dificultad en la separación sólido-líquido

Pilas

Higroscopía

Estabilidad de pilas

El swelling (hinchamiento de cierto tipo de arcilla por absorción de agua y solutos), genera serios problemas de escurrimiento hidráulico en los lechos respectivos. 1.7 Condiciones óptimas para la lixiviación de cobre Dentro de las principales zonas marcadas en el diagrama mostrado en la Figura 1.1, los diferentescestados químicos del cobre son mostrados como estables. Esto simplemente significa que la forma dada del cobre puede existir en las condiciones de pH (es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógenos de la solución) y Eh mostrados en los ejes del diagrama. Por ejemplo, en un pH de 8,0 el cobre puede existir ya sea como CuO ó como Cu(OH)2 , para adquirir Eh (es el potencial de oxidación o reducción de las reacciones involucradas) entre 0,2 voltios y 0,75 voltios. En un Eh de –0,2 voltios el CuFeS2 puede existir entre valores de pH de 0,0 y aproximadamente 8,25. El Eh es una medida (en voltios) de la fuerza de oxidación de una reacción particular. El pH es una medida de acidez que será explicada posteriormente en su principio. En los dos principales estados metalúrgicos del cobre esta la crisocola CuSiO3 y malaquita CuCO3.Cu(OH)2. Para obtener el cobre en un estado en donde se disuelva en la solución de lixiviación, +2 es necesario formar Cu . +2

Del diagrama, el CuO y el Cu (OH)2 se convierten en Cu si el pH es disminuido por debajo de 5,4 (encima de un Eh de 0,4). En efecto, esto es exactamente lo que ocurre cuando la adición de solución de lixiviación disminuye en pH. Cuanto menor sea el valor de pH de 5,4 el CuO y el Cu(OH)2 llegan a +2 ser menos estables y mayor es el porcentaje de CuO y Cu(OH)2 que se convierte a Cu . El porcentaje

de conversión es el porcentaje de cobre recuperado. El CuCO3 sigue el mismo proceso general, no mostrado en este diagrama. En lenguaje práctico, el pH efectivo para la pila de lixiviación está en el rango de 0,5 a 3,0 y con un Eh por encima de 0,6 voltios para conseguir una lixiviación homogénea.

Figura 1.1 Condiciones necesarias para la lixiviación en pilas de mineral de cobre

La escala de pH El pH en una solución expresa su acidez o alcalinidad relativa en una escala de 0 al 14 (véase la Figura 1.2 ). El pH expresa la concentración del ión hidrógeno (H+). El agua destilada pura tiene un valor de pH de 7 y es considerado como neutro (ni ácido ni alcalino). Los valores de pH que disminuyen de 7 a 0 indican un aumento de acidez, y los valores de pH que aumentan de 7 a 14 indican un aumento de alcalinidad. Cada unidad en la escala de pH representa un cambio de 10 por gradiente en la concentración. Por ejemplo, una solución de pH de 1 es 10 veces más ácida que una solución de pH 2. Sin la escala de pH, expresar la concentración de los iones hidrógeno requiere números tales como 0.0 a 0.00000000001 gramos por litro. El conteo de ceros o el uso de

una notación científica hacen que el valor de dichos números llegue a ser rápidamente inmanejable. Mientras que la definición formal del valor del pH llega a ser bastante útil, observe los valores de pH de algunas soluciones y materiales más comunes que están listados a continuación: Tabla Nº 1.5

SOLUCIONES

pH

Ácido sulfúrico (H2SO4) para lixiviación de cobre.

1,0

Jugo gástrico humano (estómago).

1,0 – 3,0

Gaseosas.

2,0 – 4,0

Naranjas.

4,0 – 5,0

Cerveza.

4,5 – 5,0

Plátanos.

4,5 – 4,7

Harina de cereales.

5,0 – 6,5

Leche de vaca.

6,3 – 6,6

Agua potable.

6,4 – 8,0

Sangre humana.

7,3 – 7,5

Huevos de gallina.

7,6 – 8,0

0,1 N bicarbonato de sodio (NaHCO3).

8,4

0,1 N cianuro de sodio (NaCN) para lixiviación de oro.

11,0

0,1 N hidróxido de sodio (NaOH).

13,0

Figura 1.2 La escala de PH

1.7 Agentes lixiviantes La selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química, selectividad, facilidad de producir y regenerar, que permite la recuperación del cobre de la solución acuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico los agentes utilizados en la lixiviación del cobre se clasifican en: Ácidos inorgánicos: Ácido sulfúrico Ácido clorhídrico Ácido nítrico




Bases:

Hidróxido de amonio Agentes oxidantes:






Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros

Agentes acomplejantes:






Amoniaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros

El ácido sulfúrico es el agente lixiviante más ampliamente utilizado en la lixiviación del cobre, por las razones de cualidad química, costo de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción de ácido sulfúrico (H2SO4), es el SO2 producido en las fundiciones de cobre lo que permite disminuir la polución y obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo. El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo, especialmente en las plantas de mediana y baja capacidad, ya que por cada Kg. de cobre producido se consumen de 2,5-7 Kg. de ácido, (según la mena). El consumo de ácido absorbe de un 20 a 40% del costo de producción unitario. El oxígeno atmosférico y el ión férrico producido por acción bioquímica sobre minerales, son los agentes oxidantes más económicos y empleados en los sistemas lixiviantes oxidantes para el cobre. 1.8

Métodos de lixiviación





En la industria se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosa extractante en un espacio confinado. La selección del método de lixiviación depende de: Características físicas y químicas de la mena. Caracterización mineralógica. Ley de la mena.











Solubilidad del metal útil en la fase acuosa. La cinética de disolución. Magnitud de tratamiento. Facilidad de operación. Reservas de mineral. Capacidad de procesamiento. Costo de operación y capital. Rentabilidad.

La hidrometalurgia del uranio del cobre, presentan las mayores variedades de métodos para lixiviarlos, entre estos tenemos:






Lixiviación in-situ. Lixiviación en botaderos. Lixiviación en pilas. Lixiviación reactores agitados. Lixiviación en autoclaves o reactores a presión.

El detalle de los métodos se describen en la siguiente tabla Tabla 1.6 Resumen de técnicas de lixiviación Rango de Aplicaciones y Resultados

Métodos de lixiviación En Botaderos

En pilas

Percolación

Agitación

Ley del mineral

Baja ley

Baja-media

Media-alta

Alta ley

Tonelaje

Grande

Gran a mediano

Amplio rango

Amplio rango

Inversión

Mínima

media

Media a alta

alta

Granulometría

Corrido de mina

Chancado grueso

Chancado medio

Molienda húmeda

Recuperaciones típicas

40 a 50%

50 a 70%

70 a 80%

80 a 90%

Varias semanas

Varios días

horas

Tiempo tratamiento Soluciones

de Varios años

Diluidas 1-2 g/L Diluidas 1-2 g/L 20-40 g/L Cu Cu Cu

Problemas -Recuperación principales en su incompleta. aplicación -Reprecipitación de Fe y Cu.

-Recuperación -Bloqueo por incompleta finos. requiera de grandes áreas. -Requiere de más inversión. -Canalizaciones. -Manejo de

5-15 g/L Cu -Molienda. -Lavado en contracorriente -Tanque

de

-Canalizaciones

-Re-precipitación materiales.

Evaporación.

-Evaporación.

-Evaporación.

-Soluciones diluir.

-Pérdida soluciones

de

relaves

-Necesita de -Inversión muy mayor control alta en la planta. -Requiere abundante agua.

Soluciones muy diluidas.

-Control de la planta es más sofisticado.

1.9 Cinética de la lixiviación La termodinámica predice las condiciones de equilibrio a que debe llegar una reacción química en ciertas condiciones dadas, es decir, mide la tendencia de una reacción a ocurrir. Sin embargo, la termodinámica no nos dice nada acerca de la velocidad con que el sistema procederá hacia el equilibrio ni tampoco nada respecto, al mecanismo de las reacciones. La cinética por lo tanto nos dará información muy valiosa, tanto para la ingeniería de un proceso, como para predecir velocidades en una gran variedad de condiciones. Esto es importante porque el metalurgista necesita lograr un rendimiento óptimo en el menor tiempo posible. En general, un estudio cinético puede aportar dos tipos de información importantes para:



Diseño de quipos y proceso. Determinación de mecanismos.

Conocer cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser éste manejable en la práctica, es muy importante en todo proceso metalúrgico, pero en hidrometalurgia es un apoyo fundamental por varias causas:   

Los procesos hidrometalúrgicos operan a temperatura ambiente o algo superior. Las reacciones son de carácter heterogéneo. En general, los proceso hidrometalúrgicos aplicados son lentos.

El mecanismo de reacción entre un sólido y una solución involucra las siguientes etapas consecutivas: 1.

Disolución de reactantes gaseosos en la solución acuosa (si los hubiera).

2.

Transporte de los reactantes disueltos hacia la interfase sólido-líquido.

3. Transporte de los reactantes a través de una capa producto o ganga de mineral hacia la superficie de reacción (difusión: poros; sólido). 4. Reacción química de los reactantes con el mineral (reacciones; adsorción; químicas; electroquímicas). 5. 6.

Transporte de los productos solubles a través de la capa producto hacia la superficie sólido-líquido. Transporte de los productos solubles hacia el seno de la solución.

Algunas etapas en ciertos casos no se presentan, como sucede cuando no se forma capa sólida producto o el mineral no está bloqueado por la ganga. La velocidad de todas estas etapas es proporcional al área de interfase sólido-líquido y del área de reacción, que en algunos casos puede coincidir. También la etapa más lenta es la que controla la velocidad del proceso, lo que puede implicar un control, químico o por transporte. Los factores que afectan la cinética de las reacciones heterogéneas de lixiviación son numerosos, destacándose:








Temperatura. Geometría, tamaño, porosidad del sólido. Formación producto sólido o no. Tipo de control. Naturaleza reacción química. Concentraciones de los reactantes y productos solubles. Reacciones laterales ocurrentes. Solución

Núcleo de mineral no reaccionado

Cu2

Película de

H+

CuO

Zona Porosa Reaccionada

Estado Inicial 2.1. Cinética

de lixiviación

Estado en tiempo t

Tomando en como ejemplo la disolución Copper Wad +

2+

CuO + 2H = Cu

+ H2O

Se observa que el cobre que se encuentra formando una red cristalina en estado sólido, por intermedio de la reacción química de ácido que “ ataca” el mineral, éste se transfiere ( pasa) de una fase acuosa a ++ una fase líquida, ahora como electrolito Cu .

2.0 LIXIVIACIÓN ÓXIDOS DE COBRE Los minerales oxidados son el producto de la degradación de un depósito o zona originalmente sulfurado, la cual se alteró por acción del oxigeno, aguas freáticas, bio-oxidación, etc. En general la cinética de lixiviación de los óxidos de cobre es dependiente de la actividad de los iones hidrógeno en el sistema acuoso. El área de la superficie de reacción, geometría, tamaño, formación producto de reacción insoluble, también afectan la cinética. La disolución de óxidos de cobre normalmente no requiere la presencia de un agente oxidante para que se de una reacción de oxidación-reducción. Una excepción, es la disolución de cuprita (óxido cuproso) en soluciones ácidas. En ausencia de oxígeno o u otro oxidante la reacción es: +

+

+

En presencia de oxígeno, la cuprita reacciona para formar iones cúpricos en solución: +

+

+

En presencia de un ión férrico:

En el caso de la crisocola, Pohlman y Olson determinaron que la disolución obedece al modelo del núcleo reducido con un control mixto.

La capa de sílice es una barrera para la difusión del extractante, la otra es la reacción química en el frente móvil. Los sulfatos básicos de cobre, los cloruros y carbonatos presentan alta velocidad de disolución comparada con la crisocola y la cuprita, al lixiviarlas con ácido. Considerando los óxidos incluidos en la roca matriz formando un fragmento de mena, para la cinética es fundamental las siguientes características:        

Tamaño fragmentos. Modo ocurrencia de los minerales útiles. Porosidad de los fragmentos. Reactividad de la ganga. Composición minerales útiles. Ley de cobre. Forma de contactar los fragmentos sólidos con la fase acuosa ácida. Concentración de ácido en la solución.

La porosidad de los fragmentos es muy importante para la cinética de lixiviación con trozos gruesos, la presencia de grietas, capilares, poros abiertos en la roca afectan la velocidad de penetración de la solución acuosa. Sullivan, determinó, que la acción capilar de penetración junto a la solubilidad del gas que llena los poros en el lixiviante, son los dos factores más importantes para el transporte de la solución acuosa a través del volumen del fragmento.

Para Sullivan, el tamaño del fragmento es la variable primaria confiable que afecta la velocidad de penetración de la solución. El chancado de menas no sólo reduce la distancia que debe ser penetrada, si no que también incrementa el número de pasajes disponibles para la entrada de la solución por creación de grietas, fisuras microcópicas, micro-capilares. Cuando los pasajes están completamente llenos de agua, el transporte del extractante a los sitios de ataque sólo se realiza por difusión en el medio líquido lo que es un proceso lento. Las reacciones de los óxidos de cobre más comunes al lixiviarlos con ácido son: Azurita:

Malaquita:

Atacamita:

Crisocola:

Brocantita:

Tenorita:

Cuprita:

2.1

Óxidos refractarios: Dentro de las materias minerales como recursos para extraer cobre, hay dos casos que son de alto interés de análisis por su problemática y desafío que presentan, estos son:  

Menas de cobre de yacimientos tipo “exóticos”. Nódulos marinos polimetálicos.

Las características comunes de estos recursos cupríferos para su procesamiento hidrometalúrgico son:   

Refractariedad a la lixiviación ácida tradicional. No presentación de especies mineralógicas de cobre separadas, sino formando mezclas amorfas de óxidos metálicos hidratados. Presencia de óxido de manganeso tetravalente como fase que contiene al cobre oxidado distribuido.

 

La ganga consiste de varios minerales arcillosos (caolín, montmorillonita, clorita, sílice, etc.). Facilidad de conminución (Wi = 7 Kwh. / ton).

Pincheira y colaboradores, determinaron las propiedades físico-químicas de los minerales y su incidencia en la lixiviación y electroobtención, observándose que en cuanto a la extracción de cobre es más importante el grado de alteración de la roca que la especie mineralógica de cobre predominante (atacamita, crisola, “Koper wad”, “Koper pictch”). Clasificación geológica

% Caolín

%Extrucción cobre

5

85

Alteración leve

5-10

77

Alteración parcial

15-20

60

Alterados

20-40

37

Frescos

Para las muestras alteradas, se estima que la refractariedad se debe al “ Koper wad” por micas y arcillas portadoras de cobre. Las lixiviaciones ácido-reductoras , muestran una mayor extracción del cobre, por disolución del manganeso a través de un mecanismo redox. En el caso de los nódulos polimetálicos, a pesar de ser porosos (60%) y con una superficie específica de alrededor de 200 (m²/g), su lixiviación ácida directa a baja temperatura es lenta. Dado sus contenidos en manganeso, se han propuesto métodos para disolver la matriz de manganeso tetravalente, mediante pretratamiento de reducción térmica, lixiviación ácida-reductora, lixiviación con HCl. Todos los avances logrados en lixiviación de nódulos estimaron disolver el Ni, Cu y Co contenidos y no el manganeso. 2.2 Lixiviación de sulfuros La lixiviación de sulfuros de cobre se caracteriza por:  Requerir condiciones oxidantes.  Dado el carácter de buenos conductores electrónicos de los sulfuros, principalmente la cinética de disolución de ellos, está controlada por procesos electroquímicos.  Cinética menor comparada con óxidos.  Interacción con actividad bacterial  Formación de fases sólidas intermedias durante la lixiviación. La extracción hidrometalúrgica del cobre a partir de sulfuros, actualmente se realiza para menas de baja ley, por métodos que utilizan la acción bioquímica y de largo tiempo de ataque (in-situ; botaderos). El procesamiento hidrometalúrgico de sulfuros de alta ley o concentrados de flotación no ha logrado competir económicamente con la vía flotación fundición. Los sistemas lixiviantes de sulfuros de cobre son numerosos, pero comercialmente escasos, para presentar el comportamiento de los sulfuros de cobre en forma más concisa, analizaremos las especies más comunes.

2.2.1 Covelita La disolución de covelita en sulfato férrico-ácido, se ha postulado como

La velocidad de disolución, está controlada por la reacción química y la concentración de un pronunciado efecto sobre la velocidad solamente hasta el máximo de 0,005 M.

ejerce

La disolución con soluciones de H2SO4 - O2 es más lenta que con soluciones de sulfato férrico. 2.2.2 Calcocita Sullivan en 1930, determinó que la disolución de calcocita en soluciones de sulfato férrico, se realiza en dos etapas.

La reacción global es:

Sullivan, observó que el azufre elemental no fue formado hasta que la extracción alcanzara alrededor de 50% de cobre, esto indica que la reacción de la primera etapa es muy rápida comparada con la segunda. Varios estudios posteriores han establecido:




El producto CuS no es covelita normal. La etapa inicial es rápida con una energía de activación baja y control por transporte en la fase acuosa. La segunda etapa está controlada químicamente.

2.2.3 Bornita Su disolución por debajo de 40 °C con , se realiza por dos etapas, siendo la primera mucho más rápida, termina con la disolución del 28% del cobre, la segunda es lenta y prácticamente se detiene cuando un 40% del Cu ha sido extraído. A temperaturas mayores, las dos etapas se presentan, la rápida hasta 40% de extracción y la lenta hasta disolución total. Ugarte, propone el mecanismo a temperatura > 40% °C Etapa 1:

Etapa 2:

2.2.4 Calcopirita Es el mineral de cobre más común y refractorio a la disolución relativamente comparado con otros sulfuros. Por lo anterior, numerosos estudios de cinética y procesos de lixiviación se han realizado, sin embargo, varios aspectos de la disolución de la calcopirita no están completamente resueltos cuando se utiliza ión férrico. Las conclusiones obtenidas en la disolución con ión férrico a pesar de no haber consenso, coinciden en: o

La disolución se realiza por la reacción: 

o o

Cinética parabólica y control por transporte a través de la capa producto de azufre Cuando se emplea sulfato férrico, la velocidad de disolución es directamente hasta 0,01 M. proporcional a la concentración de

o

En el caso de cloruro férrico, la velocidad depende de la concentración del ión férrico.

o

Las soluciones de cloruro férrico son más extractantes que las de sulfato, cualidad que es más presentable cuando la temperatura está sobre 50 °C.

o

La energía de activación es alta.

o

Todos los autores, expresan que la calcopirita es relativamente refractaria para lixiviarse.

Para la etapa controlante, se han sugerido varias teorías: Bauer y Beckstead, consideran la etapa controlante a la difusión de . Dutrizac, estima lo anterior para una concentración de 0,01 M

a través de la capa producto , para mayores valores el

control es debido a la difusión de iones . Muñoz, ha propuesto últimamente que el control es por el transporte de electrones por la capa producto de azufre y el mecanismo siguiente: Reacción Anódica:

Reacción Catódica:

3.0

Lixiviación en pilas

3.1. Aspectos teóricos de la lixiviación en pilas En éste proceso el mineral de cobre es tratado con soluciones ácidas diluidas, distribuidas en la superficie de la pila a una determinada tasa de riego, expresada en litros por unidad de tiempo y por 2 m de superficie de pila, limitada por la percolabilidad del material, esto es, por la capacidad del mineral chancado a una granulometría dada, para drenar la solución alimentada en ésta superficie por los regadores, sin inundarse o formar capas freáticas en el interior del montón de mineral. Durante el paso a través del mineral, el ácido se consume en el ataque de la mena y de la ganga, incorporando a la fase acuosa las especies solubles para que sean evacuadas por la canaleta recolectora ubicada en el frente de su base. Las fuerzas que regulan el fenómeno y por lo tanto la velocidad de reacción en la interfase sólidolíquido, deben ser parte de un movimiento hidráulico del tipo capilar y sólo en segunda instancia de uno de carácter gravitatorio, debido a que la lixiviación en pilas tiene en si una cinética lenta, comparada con procesos del mismo tipo que trabajan con lechos inundados (lixiviación por percolación y agitación) y por el grado de conminución a que es sometido el mineral. La solución debe mojar toda la roca para que pueda penetrar en todo los poros. Se entenderá como ciclo de lixiviación de una pila o módulo, el tiempo medido en días o meses, en que un mineral es depositado en una cancha de lixiviación y es sometido a las siguientes operaciones: 

Lixiviación o regadío con solución lixiviante. En las pilas de tipo dinámico, se pueden distinguir un riego rico y un riego intermedio.



Lavado con agua. Esta etapa se realiza con el fin de disminuir la impregnación de solución químicamente activa, ya sea porque contiene un elemento valioso en solución, o, porque contiene un lixiviante peligroso.

 Drenaje. El ripio antes de retirarlo, en el caso de una pila renovable, o de abandonarlo en el caso de una pila permanente, es dejado en reposo para que percole la cantidad de solución contenida entre los límites de humedad de precolación y de humedad de impregnación del material.  Carga y descarga. En el caso de pilas renovables, involucra el tiempo de construcción de la pila y su remoción. 3.2 Clasificación de los tipos de pilas 3.2.1

Respecto al piso

Una primera clasificación de las pilas es de acuerdo con el piso que pueden tener, de acuerdo a: 3.2.1.1 Pila renovable Su piso es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviación se retira el ripio, para reemplazarlo con material fresco. Campo de aplicación: Minerales de alta ley, alta recuperación, rápida cinética de lixiviación, apropiadas para lixiviación de menas primarias. Características generales:

Pilas relativamente bajas para permitir una rápida carga y descarga del material, de granulometría fina y la altura se define por el sistema de carguío y por la concentración de las soluciones a obtener. 3.2.1.2Pila Permanente Su piso no es reutilizable, de modo que terminado el ciclo de lixiviación no se retira el ripio, sino que se abandona. Campo de aplicación: Minerales de baja ley, baja recuperación, lenta cinética, lixiviación secundaria de ripios y amplio espacio disponible. Características generales: Pilas elevadas para lograr una alta densidad de carga por m² de pila, granulometría alta, diseñadas para cargas sucesivas de mineral en capas y la altura queda limitada por las necesidades de oxígeno en el interior de la pila. 3.2.1.3 Pila Modular Es una combinación de ambas anteriores, en que solo se impermeabiliza una vez el piso, el ripio se abandona, pero sobre él se deposita material fresco formando una segunda capa en el sentido vertical. Este tipo de pila se utiliza principalmente en la lixiviación de minerales en botaderos. 3.3

Respecto a la operación

Desde el punto de vista de su operación las pilas pueden clasificarse en los siguientes tipos: 3.3.1

Pila Unitaria

Se impermeabilizan diferentes sectores de la planta y todo el material de cada uno de estos sectores pasa simultáneamente por las diversas etapas del ciclo de lixiviación. Características: Carga de una vez la totalidad de la pila y la descarga de una vez al término del ciclo de lixiviación, ventajosa para plantas de baja capacidad; operación más simple y flexible. 3.3.2

Pila dinámica

Se impermeabiliza un sector de la planta y en ésta única no existen materiales que están en las distintas etapas del ciclo de lixiviación. Características: En cada período, que puede ser diario o múltiplos de la alimentación diaria, descarga un módulo y descarga otro, los cuales además van directamente adosados a sus respectivos sectores de la pila, con la condición de que no haya contacto entre la mena fresca y el ripio agotado. De esta forma la camada queda formada por sub. -Pilas internas; tiene menor inversión unitaria, mejor aprovechamiento del piso impermeable, ciclos de operación muy regulares; concentraciones muy estables y regulables de las soluciones de proceso; menor capital de trabajo.

4.0

TECNOLOGIA DE LA LIXIVIACION

INTRODUCCIÓN Esta sección describe la operación de lixiviación en la cual el mineral aglomerado se distribuye en pilas y se lixivia para recuperar el cobre con solución de refino y solución de lixiviación intermedia (ILS). La operación de lixiviación depende de las piscinas y de las bombas de solución, así como de la adición de agua de reposición sin tratar y de ácido sulfúrico. Los operadores del área de lixiviación deben conocer el funcionamiento de los sistemas de bombeo de las piscinas de solución. Estos sistemas se analizan en este módulo. 4.1 PISCINAS Y BOMBAS DE SOLUCIÓN La solución que se distribuye hacia la pila de lixiviación se origina en las diversas piscinas de lixiviación. Las bombas centrífugas verticales de las piscinas envían la solución al destino deseado. La piscina de refino recoge la solución de la operación de SX (extracción por solventes) después de que se ha extraído la mayor parte del cobre de la PLS (solución rica de lixiviación). La solución de refino se recicla hacia las fajas de lixiviación durante un ciclo de lixiviación de segunda etapa para recuperar el cobre remanente en el mineral después de que ha finalizado la lixiviación de primera etapa. La piscina de ILS (solución de lixiviación intermedia) recoge la solución producida por la lixiviación parcial del cobre del mineral en las fajas de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa. Luego, esta solución se bombea hacia las fajas de lixiviación y se recicla como solución de lixiviación durante la operación de lixiviación de primera etapa. La piscina de PLS recoge la solución producida por la lixiviación del cobre del mineral en las fajas de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de primera etapa. Luego, esta solución fluye por gravedad hacia el proceso de SX (extracción por solventes) para su posterior procesamiento con el fin de recuperar el cobre contenido. 4.2 Piscina de refino El refino (solución agotada a aprox. 0,44 gramos por litro [g/L] de cobre en el proceso de SX) de la operación de SX fluye por gravedad hacia la piscina de refino. La piscina de refino tiene una capacidad normal dependiendo del las condiciones de la planta. Desde aquí, se bombea hacia las fajas de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa para recuperar el cobre que queda en el mineral después de finalizar la lixiviación de primera etapa. La solución resultante, denominada ILS (solución de lixiviación intermedia), fluye por gravedad hacia la piscina de ILS. El refino contiene aproximadamente 9,7 g/L de ácido sulfúrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,20. El ácido en el refino realiza la lixiviación de segunda etapa. Se agrega agua de reposición a la piscina de refino desde el suministro de agua fresca, según sea necesario, para reemplazar el agua perdida por evaporación de la superficie de la pila de lixiviación y de las piscinas. También se agrega agua fresca para reponer la solución retenida con el residuo de la lixiviación. Se agrega ácido sulfúrico a la solución de refino para reponer el ácido consumido durante el proceso. El ácido es bombeado, a una razón controlada, desde el estanque de almacenamiento de ácido sulfúrico hacia la línea de alimentación de refino. La piscina de refino rebasa por gravedad hacia las líneas de recolección que alimentan la piscina de ILS. Estas líneas de recolección serán analizadas más adelante en esta descripción. Bombas de refino El refino es bombeado desde la piscina de refino por bombas de accionamiento de velocidad variable multietapas de turbina vertical. Generalmente, tres bombas están operando y una está de reserva. Las bombas están provistas accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay una válvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución se devuelva a través de la bomba cuando no está funcionando. 4.3 Piscina de solución de lixiviación intermedia (ILS)

La solución de lixiviación intermedia (ILS), producida por la lixiviación parcial del cobre del mineral en la pila de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de segunda etapa, fluye por gravedad desde la pila de lixiviación hacia la piscina de ILS. Luego, esta solución vuelve a la pila de lixiviación en forma de solución de lixiviación para ser usada durante la operación de lixiviación de primera etapa. La ILS contiene aproximadamente 11,5 g/L de ácido sulfúrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,2. El ácido de la ILS realiza la lixiviación de primera etapa del cobre contenido en el mineral para producir una solución rica con aproximadamente 4,68 g/L de cobre. Se agrega ácido sulfúrico a la piscina de ILS para reponer el ácido consumido durante el proceso. El ácido se bombea, a una razón controlada, desde el estanque de almacenamiento de ácido sulfúrico hacia la línea de alimentación de ILS. Bombas de ILS La solución ILS es bombeada desde la piscina de ILS por bombas multietapas de turbina vertical .Las bombas están provistas de accionamientos de velocidad variable para el control del flujo. Hay una válvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución se devuelva a través de la bomba cuando no está funcionando. 4.4 Piscina de solución rica de lixiviación (PLS) La solución rica de lixiviación (PLS) es producida por la lixiviación de cobre del mineral en la pila de lixiviación durante el ciclo de lixiviación de primera etapa. Ésta fluye por gravedad desde la pila de lixiviación, a través de un sistema de tuberías colectoras, hacia la piscina de PLS. Esta solución fluye por bombeo desde la piscina de PLS hacia la planta de SX (extracción por solventes) para su posterior procesamiento, con el fin de recuperar el cobre contenido. La solución de PLS contiene aproximadamente 4,68 g/L de cobre y 3,8 g/L de ácido sulfúrico libre y tiene un pH de aproximadamente 1,55. Bombas de PLS La solución de PLS es bombeada desde la piscina de PLS por bombas multietapas de turbina vertical Generalmente, tres bombas están operando y una está de reserva. Hay una válvula de no retorno instalada en la descarga de cada bomba para impedir que la solución se devuelva a través de la bomba cuando no está funcionando. 4.5 PILA DE LIXIVIACIÓN Características del mineral de lixiviación El mineral de lixiviación primero se extrae, se chanca y se aglomera. Luego, se transporta a la pila de lixiviación mediante una serie de correas transportadoras y el apilador lo deposita en la pila de lixiviación. En la etapa de chancado, el mineral es chancado de forma tal que el 80 por ciento de las 1 partículas de mineral tengan menos de /2 pulgada de diámetro y el 100 por ciento del mineral tenga un diámetro inferior a ¾ de pulgada. El mineral contiene 0,7 a 1,0 por ciento de cobre soluble. El cobre soluble está presente en forma de un mineral, que se disuelve fácilmente en una solución de ácido sulfúrico. El principal componente de mineral de cobre del mineral es una mezcla de brochantita y antlerita [Cu(4El cobre en este mineral se disuelve relativamente rápido en una solución de ácido 3)SO4(OH)]. sulfúrico. Los otros componentes de mineral que contienen cobre en el mineral principal son la . crisocola [(CuAl)2H2Si2O5 H2O] y cobre nativo oxidado (CuO2). El cobre en estos minerales se disuelve lentamente en una solución de ácido sulfúrico. La mayor parte de este cobre no se recuperará durante la operación de lixiviación. El mineral también contiene una variedad de minerales arcillosos, tales como ilita, moscovita y sericita. Estos minerales no contienen cobre. 4.6 Construcción de la pila de lixiviación La base de la pila es tierra natural compactada con una inclinación general ascendente de 1 a 5 grados, que va de oeste a este. Sobre el suelo, se pone cuidadosamente una capa de tierra

especialmente seleccionada. Esta capa ayuda a proteger el único revestimiento de 60 milésimas de pulgada de HDPE (polietileno de alta densidad) que se pone a continuación. Ésta es la barrera impermeable que recoge las soluciones de lixiviación y evita la pérdida de solución hacia el suelo. El revestimiento impermeable se extiende para traslapar un revestimiento similar colocado en las zanjas colectoras de solución que rodean el borde de la pila. Sobre el revestimiento, se coloca una serie de tuberías colectoras de 4 pulgadas. Luego, se coloca otra capa de material cuidadosa-mente seleccionada. Esta capa tiene aproximadamente 0,6 metros de espesor y es la última capa de preparación antes de colocar el mineral. Entre el mineral y esta capa, se coloca una serie de tuberías colectoras de 6 pulgadas. Las tuberías colectoras recogen la solución de lixiviación que drena hacia el fondo de la pila. Esta solución es dirigida al oeste, hacia las tuberías colectoras principales analizadas más adelante en esta descripción. La pila de lixiviación está construida sobre una superficie preparada especialmente, como se ilustra en la Figura 4.1. Figura 4.1 Pila de lixiviación y revestimiento

La pila de lixiviación está construida en capas. Estas capas también se denominan pisos. Una vez que se ha puesto suficiente mineral en un piso y el piso está debidamente preparado, se colocan las tuberías de distribución de solución sobre la superficie del piso superior. Se conectan las tuberías y comienza el ciclo de lixiviación. La construcción de los pisos es un elemento importante en la operación del área de lixiviación, debido a que la programación del área de lixiviación debe tomar en cuenta el avance de la construcción de los pisos de lixiviación. El piso se divide en franjas largas y angostas llamadas fajas. Para el primer piso de la pila de lixiviación, una faja comúnmente mide 160 metros de ancho por 900 metros de largo (la dimensión de 900 metros va de oeste a este). Cada faja se divide en cuatro bloques, cada uno de aproximadamente 160 metros de ancho por 225 metros de largo. Debido a la pendiente natural del mineral, a medida que se agregan pisos adicionales a la pila, la longitud de las fajas disminuye progresivamente en la cima de cada piso adicional.

La pila de lixiviación se construye en dos fases. En la Fase 1, los pisos se construyen, primero, en el lado sur de la pila. Mediante la construcción de rampas en las fajas y utilizando la apiladora, el piso se construye de a una faja a la vez hasta completar todo el piso. Durante la Fase I, se construyen 6 fajas. Una vez que las Fajas 1 a 6 tienen una altura de cuatro pisos (24 m), comienza la construcción de fajas en la esquina sudeste de la Faja 7, que es el inicio de la Fase II. El primer piso de la Fase II se deposita a medida que los equipos se mueven desde la Faja 7 a la Faja 8 y continúan a las Fajas 9, 10 y 11. Se depositan otros tres pisos sobre las Fajas 7 a 11, lo que hace que la pila de lixiviación tenga una altura uniforme de 24 metros en toda su longitud. La Fase III comienza cuando se deposita un piso desde la esquina sudeste de la Faja 1 a todo lo largo de la pila este hasta el extremo de la Faja 11. Esto crea el Piso 5. Se depositan otros dos pisos idénticos. Aunque el Piso 8 se crea de la misma forma que los tres pisos anteriores, la cantidad de fajas del Piso 8 disminuye a diez para crear una pendiente. Es necesario crear una pendiente en la pila para mantener las paredes estables. Los Pisos 9 al 11 son idénticos al Piso 8. En el Piso 12, la cantidad de fajas se reduce a nueve para aumentar la estabilidad de la pila. Los Pisos 13 y 14 son idénticos al Piso 12. 4.7 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Y RECOLECCIÓN DE SOLUCIÓN Conceptos generales sobre riego El riego es la aplicación oportuna y uniforme de agua /solución a un lecho de lixiviación con el objeto de producir la máxima recuperación de la especie de valor (cobre). 4.7.1 Diseño del sistema de riego La capacidad de la instalación debe ser suficiente para satisfacer las necesidades de riego en la condición de máxima demanda. La clave de un buen diseño de riego consiste en establecer de la forma más precisa posible los requerimientos que posteriormente se le exigirán a la instalación. El sistema de riego debe estar construido con materiales resistentes a:
Agentes químicos que se utilizan en la lixiviación.
Desgaste por el uso y las condiciones de operación.
Condiciones climáticas de trabajo. El sistema de riego debe poseer un sistema de control que asegure un funcionamiento continuo, de acuerdo a los estándares establecidos, y además, entregando la máxima flexibilidad a la operación. El cálculo del diseño de un sistema de riego debe cumplir con las normas estipuladas para los sistemas hidráulicos, principalmente:


Las pérdidas de carga (cañerías codos, válvulas, emisores y otros accesorios).




Medidas de protección de las instalaciones, operación y ambiente.




Accesorios para la operación, control y mantención.

La instalación debe ser optimizada en su relación costo /beneficio Se deben llevar a cabo estudios y análisis que permitan conocer los parámetros que determinan las restricciones a los que deba someterse el proyecto.

4.7.2 Caracterización del sistema de riego 4.7.2.1 Caracterización Geotécnica Análisis de estabilidad de la pila durante la lixiviación.




4.7.2.2

Propiedades resistentes (cohesión- fricción). Efecto de la humedad. Nivel freático. Deformación volumétrica. Factor de seguridad.

Caracterización metalúrgica

Mecanismos que controlan la cinética de extracción del cobre:


Aspectos químicos.




Aspectos físicos (fenómenos de transporte).

Identificar la influencia del riego en estos mecanismos de control. 4.7.2.3 Caracterización hidrodinámica El riego debe ser definido en función de las características hidrodinámicas del material que se quiere lixiviar, para:





Optimizar el rendimiento metalúrgico. Asegurar la estabilidad de la pila. Reducir los costos. Aumentar la simplicidad del proceso.




Maximizar la concentración de cobre en la solución.

Convencionalmente durante el riego, predomina el movimiento vertical hacia abajo debido a la acción gravitatoria. No obstante, en realidad el flujo puede resultar bi o tridimensional. De esta forma los bulbos de humectación pueden presentar formas cilindrocónicas y hasta esféricas. El flujo de solución y el calendario de riego deben correlacionar con la fracción de líquido que participa en el transporte del cobre, evitando saturaciones del lecho, que eventualmente pueden ser localizadas. El objetivo fundamental en la definición del calendario de riego es maximizar el contacto soluciónmineral. 4.8 Tecnologías de riego 4.8.1 Goteo Se llama así a los sistemas que aplican solución con caudales bajos (