Manejo de Pilas de Lixiviación de Oro en Minera

Manejo de Pilas de Lixiviación de Oro en Minera Yanacocha S.R.L.
Manrique Martínez, José Antonio
Derechos reservados conforme a Ley
DESARROLLO
I.
CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE LIXIVIACION DEL
ORO
El concepto del proceso de lixiviación por pilas se empleó por primera vez
en la extracción del cobre a mediados del siglo XVIII a partir de los
minerales oxidados de yacimientos pórfidos.
La
aplicación
para
menas
de
metales
preciosos
fue
sugerida
originalmente por la Dirección de Minas de los Estados Unidos en 1967.
En 1971 la empresa Carlin Gold Mining ya empleaba el método para
tratar minerales de baja ley. Estos estudios fueron patentados en Nueva
York en 1974.
Actualmente la lixiviación en pilas es el proceso mas usado en la
recuperación de minerales con oro diseminado y de baja ley. En 1992, se
inicia
la
bio-oxidación de minerales en pilas, abriendo una nueva
oportunidad de tratamiento a los minerales refractarios al proceso de
lixiviación en pilas.
1.1 MINERALOGIA DE MINERA YANACOCHA S.R.L
El mineral en Minera Yanacocha se caracteriza por ser de formación
volcánica terciaria, es un deposito diseminado, de gran volumen, y
contenido metálico bajo, muestra una alteración típica de la alunita
(sulfato K, Fe) en los que el oro ha sido depositado con pirita en los
agujeros de lixiviación del cuarzo “cuarzo cavernoso”
y
luego por estar
cerca de la superficie, ha quedado como impregnaciones en las paredes
del cuarzo o dentro de los FeOx. El depósito esta formado principalmente
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por cuarzo y sulfuros primarios, estos han sufrido alteraciones y han
formado otras especies como la jarosita y gohetita.
El oro se encuentra diseminado en partículas muy finas en estos
minerales.
Se ha determinado tres especies definidas como:
Mineral con abundante FeOx, principalmente gohetita coloidal, y jarosita
muy fino derivados
principalmente de la oxidación de pirita diseminada,
los granos son diminutos y sumamente raros de 0.002 a 0.004 mm. el
rutilo diseminado parece comprender la única fase metálica bien definida.
Fotografia N° 1
Una estimación cercana del mineral es:
cuarzo
71.0 %
alunita
4.0 %
rutilo
1.5 %
circón
0.25 %
jarosita
FeOx gohetita
19.0 %
4.0 %
trazas de pirita
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Mineral con abundante pirita que se ha introducido principalmente en la
matriz como los granos relativamente toscos y en forma de racimos.
El sulfuro se ha oxidado y formado la jarosita y el gohetita muy pequeñas,
sumamente raro, los granos están ampliamente esparcidos en tamaños
de 0.002 a 0.015 mm.
Fotografía N° 2
Una estimación cercana del mineral es:
cuarzo
72.0 %
sericita
2.0 %
diaspore
6.0 %
alunita
4.0 %
rutilo
0.75 %
trazas de circón
trazas de apatita
jarosita
gohetita
15.0 %
0.25 %
Mineral con pirita muy fina que se a introducido a lo largo del cuarzo,
principalmente en la matriz. La mayoría de los sulfuros se han oxidado y
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Mineral con abundante pirita que se ha introducido principalmente en la
matriz como los granos relativamente toscos y en forma de racimos.
El sulfuro se ha oxidado y formado la jarosita y el gohetita muy pequeñas,
sumamente raro, los granos están ampliamente esparcidos en tamaños
de 0.002 a 0.015 mm.
Fotografía N° 2
Una estimación cercana del mineral es:
cuarzo
72.0 %
sericita
2.0 %
diaspore
6.0 %
alunita
4.0 %
rutilo
0.75 %
trazas de circón
trazas de apatita
jarosita
gohetita
15.0 %
0.25 %
Mineral con pirita muy fina que se a introducido a lo largo del cuarzo,
principalmente en la matriz. La mayoría de los sulfuros se han oxidado y
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formado la jarosita y goletita. Se puede observar que todavía permanecen
los granos diminutos de pirita, el tamaño es 0.002 a 0.01 mm. (2 a 10
micras).
Fotografia N° 3
Una estimación cercana del mineral es:
cuarzo
95.0 %
rutilo
1.0 %
trazas de apatita
trazas de circón
jarosita
2.0 %
gohetita
2.0 %
trazas de pirita
El mineral de La Quinua es un depsito aluvial que se ha depositado sobre
las laderas del cerro del mismo nombre, se han identificado cuatro tipos
de mineral. La caracterización del mineral de La Quinua Central
corresponde a 243’131,000 ton. de Mudflow (69.18%), 33’924,000 ton. de
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mudflow clay pyrite (9.65%), 11’687,000 ton. de ferricreta aglomerated
(3.33%), 62’697,000 ton. de ferricreta Run of Mine (17.84%). Como puede
observarse, del total de mineral en este yacimiento (351’439,000 ton.),
este contiene mayoritariamente el material denominado mudflow que no
puede ser utilizado tal como esta en la lixiviación.
1.2
QUÍMICA DE LA CIANURACION
El proceso de cianuración para extraer el oro y la plata a partir de sus
menas, fue desarrollado por J.S. MacArthur, R.V. Forrest y W. Forrest.en
1887.
Elsner fue el primero que propuso la reacción química de disolución del
oro por cianuros alcalinos.
4Au + 8KCN + O2 + 2H2O
4KAu(CN)2 + 4KOH
Viendo la importancia del oxígeno para la disolución del oro Bodlaender
propuso la siguiente reacción:
2Au + 4NaCN + 2H2 O + O2
2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2 O2
Otra de las reacciónes sugeridas es la de Janin
2Au + 4NaCN + 2H2 O
2NaAu(CN)2 + 2NaOH + H2
Termodinámicamente no es posible esta reacción, durante la cianuración
no hay producción de H2, lo que confirma la validez de la ecuación
propuesta por Elsner, donde el O2 juega un rol fundamental.
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1.3
CINÉTICA DE LA CIANURACIÓN DEL ORO
La disolución del oro por cianuración, es un proceso de corrosión
electroquímico con reacción heterogénea, ocurrido en la interfase del
área anódica y catódica.
La corriente anódica está limitada por la difusión del CN- a la superficie.
Mientras que la corriente catódica está limitada por la velocidad de
difusión del oxígeno. Donde la velocidad de difusión del oxígeno y del ión
cianuro es directamente proporcional a la concentración de ellos en la
solución y al aumento en la agitación para un estado estacionario:
Ccorrosión = Kia
=
Klc
O sea, la velocidad de disolución del oro es directamente proporcional a
la corriente de corrosión o densidad de corriente.
En base a diferentes estudios, se puede establecer que la velocidad de
disolución del oro puede estar controlada por:
Velocidad difusión del oxígeno por capa límite.
Velocidad difusión del cianuro.
Pasivación de la superficie del oro.
Cuando
el
proceso
está
controlado
por
difusión,
la
relación
de
-
concentraciones CN a O2 es importante.
A bajas concentraciones de cianuro, la velocidad de disolución
depende solamente de ella.
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A bajas concentraciones de oxígeno, la velocidad será proporcional
a la concentración de oxígeno e independiente a la concentración
del cianuro.
-
La velocidad límite teórica se alcanza cuando (CN ) / (O2) = 6
Las reacciones que se generan dentro de la celda electroquímica
(Habashi 1966) en el proceso de disolución del oro por el cianuro y el
oxígeno son los siguientes:
Área catódica
O2 + 2H2O + 2e -
H2O2 + 2OH-
Área anódica
Au+ + e-
Au
Au+ + 2CN-
Au(CN) 2 -
+ e-
De estas 2 reacciones se llega a una conclusión que el oro se disuelve
según las dos reacciones siguientes:
Ecuación Boonstra:
2Au + 4CN - + O2 + 2H2O
2Au(CN) 2 - + H2O2 + 2OH-
Ecuación Elsner:
4Au + 8CN- + O 2 + 2H2O
4Au(CN) 2- + 4OH-
Finkelstein propone que la mayor parte del oro se disuelve por la primera
ecuación y en menor proporción por la segunda.
En Minera Yanacocha debido a la baja concentración de cianuro libre, la
cinética del mineral oxidado está manejada por la cantidad de cianuro.
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1.4 VARIABLES QUE DEFINEN LA CINETICA DE LA CIANURACIÓN.
Tamaño de las partículas: En el caso de Minera Yanacocha el
tamaño de partícula juega un papel importante, debido a que los
estudios definieron que esta era un de las causas para la
acumulación de inventario de oro en las pilas, al no ingresar la
solución con cianuro al interior del mineral, después se definió que
el tamaño máximo optimo del m ineral debe ser de 12 pulgadas.
Concentración de cianuro: Lo más importante es la cantidad de
cianuro por tonelada de mineral que ingresa a la pila y su
concentración en la solución lixiviante; ya que el cianuro disuelve al
oro
selectivamente
a
menores
concentraciones.
A
mayor
concentración de cianuro tendremos más metales disueltos. Grafico
1
Taza de riego: Esta variable influye directamente en la cinética de
lixiviación del mineral, al incrementarse la taza de riego la velocidad
de disolución del oro es mayor, debido al ingreso de mayor cantidad
cianuro al mineral, sin embargo el contenido de oro en la solución
graph . N 6
GOLD EXTRACTION vs TIME
YANACOCHA SUR - SMALL COLUMNS- 2608-50ppm
100
90
GOLD EXTRACTION {%}
80
70
FLOW
(L/h-m2)
60
50
40
30
EXTRACTION
(%)
TIME
(days)
5
94.0
33
10
94.9
24
15
94.1
20
20
10
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
42
TIME {days}
5L/h-m2
10L/h-m2
15L/h-m2
Grafico N° 1
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es menor debido al efecto de dilución. Ocurre lo contrario a reducir
la taza de riego, la velocidad de disolución es menor debido al
menor ingreso de cianuro al mineral. Sin embargo la recuperación
final en ambos casos es la misma. Grafico 2.
Temperatura: A la fecha en Minera Yanacocha, el efecto de la
temperatura en la lixiviación no se ha sido investigado. Debido a
que se manejan grandes cantidades de mineral y solución.
La temperatura esta acondicionada por el clima y oscila entre 0 a 10
grados centígrados.
100.0
0.10
90.0
0.09
80.0
0.08
70.0
0.07
60.0
0.06
50.0
0.05
40.0
0.04
30.0
0.03
20.0
0.02
10.0
0.01
0.0
0.00
4415-7
4415-1
4415-2
4415-3
4415-4
4415-5
NaCN CONSUMPTION (k/t)
Au RECOVERY
CYANIDE STRENGTH EFFECTS ON GOLD RECOVERY
YANACOCHA NORTE ORES
4415-6
TESTS
EXTRACTION
NaCN
Grafico N° 2
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pH: Es otra de las variables importantes, sobre todo para no perder
cianuro como gas cianhídrico y retardar la cinética de lixiviación. El
ph oscila entre 9.5 a 10.5.
Cantidad de oxígeno disuelto: El efecto del oxigeno en la pila ha
sido estudiado, sin conseguir mayores efectos en la cinética de
lixiviación y recuperación del oro. Sin embargo se ha llegado a la
conclusión que el cianuro es el que maneja la velocidad y
recuperación del oro. En Minera Yanacocha la cantidad de oxigeno
disuelto en la solución lixiviante depende del medio ambiente. Es
muy difícil, atribuir que el oxigeno tenga una gran influencia en la
cinética de lixiviación y recuperación de oro en minerales de oro
con baja ley.
Metales en el mineral: En Minera Yanacocha los principales
metales que son disueltos por el cianuro son cobre, plata, mercurio
y otros. De los cuales el cobre y el mercurio no proporcionan ningún
beneficio económico, por el contrario reducen la velocidad de
disolución del oro debido a que son consumidores del cianuro.
1.5
CINETICA DE LA CIANURACION DEL
MINERAL EN
MINERA
YANACOCHA
La cinética del mineral en Yanacocha tiene el mismo comportamiento
que otros minerales. Sin embargo la diferencia está que para obtener la
máxima recuperación el ratio de solución/mineral (S/O), debe ser
superior a 2.5, Esto quiere decir que debe ingresar 2.5 TM de solución
con 50 ppm de cianuro libre por cada tonelada de mineral. Gráficos N° 3
y N° 4.
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Cinetica de lixiviación del mineral oxidado en MYSRL
80
70
% de recuperación
60
50
40
30
Au Rec %
20
10
-
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
días
Grafico N° 3
Sin embargo a nivel industrial por la taza de riego con la que se lixivia
(10 Lt/H-m2) no es posible alcanzar este ratio. Actualmente nuestro
esfuerzo es alcanzar el ratio de 0.6 que corresponde a 0.3 ppm de oro
en la solución que descarga la celda.
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Recuperación de oro - ratio Solución/Mineral
Rec %
70
60
50
40
30
20
10
S/O
0
-
0.2
0.6
0.9
1.2
1.6
1.9
2.2
2.5
2.9
3.2
3.5
3.9
4.2
4.3
Grafico N° 4
1.6
PARÁMETROS DE LA CIANURACION DEL MINERAL EN MINERA
YANACOCHA
En Minera Yanacocha SRL, actualmente se tiene 3 minas en
explotación, el mineral que proviene de cada mina y que van a las pilas
de lixiviación tienen sus propios parámetros, estos varían según la zona
de la mina y de la profundidad.
Los parámetros (tiempo de regadío, taza de riego, concentración de
cianuro, consumo de cal) son determinados por las pruebas metalúrgicas
de lixiviación en columnas. Dos veces al año se hace una prueba con 25
toneladas de mineral por columna, estas pruebas, son las más
importantes que se realizan por la cantidad de información que se obtiene
con las muestras provenientes de las perforaciones en las zonas de
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exploraciones de geología. Cada mes se realizan 4 pruebas de
cianuración en columnas chicas de 25 Kg. de mineral, estas muestras son
tomadas en las pilas de lixiviación. Además diariamente se realizan
pruebas de lixiviación en botellas pequeñas con 250 gramos de mineral,
en este caso las muestras son sometidas a una lixiviación con solución de
cianuro de 250 ppm. de cianuro libre a 50°C de temperatura. La finalidad
de estas pruebas es dar información sobre la máxima recuperación diaria
del mineral que se está enviando a las pilas.
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PARAMETROS DE LIXIVIACIÓN EN MINERA YANACOCHA
Cancha de
Tiempo
Concentración
Cal
Taza de
Recuperación
Relación
CNNa
lixiviación
días
NaCN - ppm
Kg/TM
riego
Oro %
L/S
Kg/TM
Lt/H-m 2
Maqui-Maqui
(cierre)
45
35
0.55
8.0
82.4
1.7
0.020
Carachugo
60
50
0.75
10.0
85.0
1.5
0.025
Yanacocha
60
50
0.75
10.0
74.7
2.5
La Quinua
75
50
0.75
10.0
76.7
1.5
Tabla N° 1
0.030
0.03
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1.7
PROCESOS DE RECUPERACION DEL ORO.
Para cada pila hay dos pozas en ellas se descargan sus soluciones, una
es llamada poza de operaciones debido a que almacena la solución de
alto contenido de oro y baja turbidez; la otra es llamada poza de menores
eventos y almacena la solución con bajo contenido de oro y en ocasiones
alta turbidez.
La poza de menores eventos alimenta de solución rica
la planta de
columnas de carbón, y la poza de operaciones alimenta de solución rica a
la planta de precipitación “Merrill Crowe”.
Planta de carbón activado: Minera Yanacocha tiene tres plantas de
carbón activado ubicados en La Quinua, Yanacocha Norte y Pampa
Larga, la capacidad total es 8,600 m3/h, estas plantas procesan
soluciones ricas de baja contenido de oro 0.3 a 1.0 gr/m3. El producto de
la desorción es la solución concentrada, que es bombeada a las plantas
de precipitación para la recuperación del oro.
Planta de precipitación Merrill Crowe: Minera Yanacocha tiene dos
plantas de precipitación ubicados en Yanacocha Norte y Pampa Larga, la
capacidad total es 4,350 m3 /h, estas plantas procesan soluciones ricas de
alto contenido de oro 1.0 a 4.0 gr/m3.
El proceso se inicia con la clarificación de la solución en filtros que usan
diatomita como medio filtrante; después la solución es bombeada a las
torres de vació donde se extrae el oxigeno disuelto de la solución y
finalmente se adiciona polvo de zinc para precipitar el oro y otros metales
que se encuentran en la solución. El precipitado es recuperado en filtros
tipo prensa. Cada filtro sale de operación al cumplir su ciclo de llenado y
se realiza un secado inicial del precipitado con la inyección de aire,
después el precipitado es retirado de los filtros y enviado a las retortas.
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Planta de
fundición y retortas: El producto de la precipitación es
enviado a las retortas, la planta tiene 5 retortas y la capacidad de cada
retorta es de una tonelada; en las retortas el precipitado es sometido a un
ciclo de calentamiento lento que dura 24 horas, la temperatura máxima
alcanzada es 650°C. En las retortas se elimina la humedad, se oxida el
zinc y se recupera el mercurio.
Después el precipitado es mezclado con fundentes en distintas
proporciones (Fluoruro de calcio, Borax, Nitrato de sodio), con la finalidad
de obtener el punto de mínima fusión; la mezcla es cargada a un horno
eléctrico de arco, de una tonelada de capacidad, la fundición se realiza en
un periodo de 6 a 12 horas. Finalmente se obtiene dos productos, la
escoria y el dore.
1.8
CALIDAD DEL DORE
Cuando Minera Yanacocha inicio sus operaciones el mineral que trataba
tenia poco contenido de plata, en consecuencia el análisis químico del
dore era 75% de oro, y 23% de plata.
Al iniciase las operaciones de las pilas de Yanacocha Norte y La Quinua,
el contenido de plata y cobre en la solución fueron incrementándose.
Actualmente el análisis químico del dore es (45 – 55) % de oro, y (45 –
55)% de plata y 2% de otras impurezas.
En las páginas siguientes se muestra los diagramas de flujo de los
procesos.
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Solución
Carbon
Stripping
Aceite
Derechos reservados conforme a Ley
Solución
pobre
al pad
Adsorción en columnas
de carbon
Tanque solucion
pobre
Cianuro
Poza de solución
con baja ley
Soda
Caustica
Acido
clorhidrico
Agua
blanda
Tanque Lavado
acido
Horno de
regeneración
térmica
Tanque desorción
Solución rica de
stripping al Merrill
Crowe
Intercambiador de
calor
Tanque rica stripping
Calentador
Grafico N° 5
PROCESO CARBON EN COLUMNAS
Aire
Diatomita
Solución
rica
Solución
rica
clarificada
Solución
rica
clarificada
de-aereada
Tanque
pulmon
Filtro
Clarificador
Torre de
de-aereación
Diatomita
Poza de solución
rica
Solución
pobre al pad
Cianuro
Filtro
Prensa
Precipitado
Zinc en
polvo
Grafico N° 6
PROCESO MERRILL CROWE
Cono de
zinc
Mercurio
Nitrato de
potacio
Precipitado
humedo
Precipitado
seco
Retorta
Borax
Borax
Mezcladora
Horno eléctrico
Molde
Escoria
Grafico N° 7
PROCESO DE FUNDICIÓN Y RETORTAS
Doré