205-4900 IF

GRUPO LATINO
INFORME FINAL
ETAPA 111:LIXIVIACiÓN DE CONCENTRADOS DE COBRE
PROYECTO CORFO 205-4900
OXIGENACiÓN
DE SOLUCIONES DE LIXIVIACiÓN EN
MINERIA DEL COBRE
EM PRESA BEN EFICIARIA
GRUPO LATINO S.A.
COPIA 1
28 de Noviembre de 2008
PROYECTO CORFO 205 - 4900
OXIGENACiÓN DE SOLUCIONES DE LIXIVIACiÓN EN
MINERíA DEL COBRE
EMPRESA BENEFICIARIA
GRUPO LATINO S.A.
INFORME FINAL
ETAPA 111:LIXIVIACiÓN DE CONCENTRADOS DE COBRE
Santiago, 28 de noviembre de 2008
o
INDICE
Resumen Ejecutivo
4
2
Antecedentes Generales
6
3
Introducción
6
4
Objetivos y Alcances Etapa N°3
7
5
Metodología de trabajo Etapa N°3
7
6
5.1
Preparación De Muestras Sólida
7
5.2
PREPARACION SOLUCIONES LIQUIDAS DE LlXIVIACION
7
5.3
Set Up Experimental
8
5.4
Detalle Experiencia N°1
9
5.5
Detalle Experiencia N°2
10
5.6
Detalle Experiencia N°3
11
5.7
Análisis Químicos y Mineralógicos
11
Aspectos Teóricos y Empíricos
11
6.1
Lixiviación de Calcopirita
11
6.2
Comportamiento del Ozono en Solución
12
6.3
Equilibrio de Interfases Gas- Líquido y Transferencia de Masa
18
7
Caracterización Mineralógica Muestra Calcopirita
21
8
Resultados Experimentales Etapa W3
22
8.1
Experiencia N°1
22
8.2
Experiencia N°2
24
8.3
Experiencia N°3
25
8.4
Experiencias Adicionales
27
8.4.1
Experiencia Adicional W1: Lixiviación de Calcopirita en solución ácida, en presencia
de ozono e ión férrico
28
8.4.2
Resultados Experiencia Adicional N°1
29
8.4.3
Experiencia Adicional N°2: Lixiviación de concentrado Teniente en solución ácida,
en presencia de ozono e ión férrico
32
8.4.4
Resultados Experiencia Adicional W2
33
8.4.5
Experiencia Adicional N°3: Lixiviación de concentrado Teniente en solución ácida,
en presencia de oxígeno e ión férrico
35
9
8.4.6
Resultados Experiencia Adicional W3
36
8.4.7
Análisis de la Experiencia
38
conclusiones Tercera Etapa Proyecto
39
Etapas Previas Proyecto Corfo
40
10
10.1
40
10.1.1
Recolección de Información
10.1.2
Desarrollo de Ingeniería Conceptual
.40
10.1.3
Desarrollo Ingeniería de Detalles del Prototipo
.40
10.1.4
Fabricación de Dos Prototipos de Oxigenación de Soluciones de Lixiviación
.40
10.1.5
Realización de Pruebas de Lixiviación con Soluciones Oxigenadas
.41
10.1.6
Resumen de Conclusiones de la Lixiviación Bacteriana
.41
10.2
11
Etapa N°1
Etapa N°2
40
41
10.2.1
Montaje Experimental y Materiales
.41
10.2.2
Preparación del Mineral (Escoria)
.41
10.2.3
Carguío y Puesta en Marcha de la Etapa deLixiviación
.42
10.2.4
Resultados
42
10.2.5
Análisis Conceptual del Proceso de Solubilización de Oxígeno en Solución
.42
10.2.6
Adaptación de Reactores de Oxigenación
.42
10.2.7
Cobre.
Resumen de las Conclusiones de Lixiviación Química de Escorias de Fundición de
42
Conclusiones y Recomendaciones Generales del Proyecto
.44
2
12
Anexos
45
3
1
RESUMEN EJECUTIVO
EL presente proyecto constó de un total de 3 etapas, con una duración final efectiva de 18 meses
de trabajo.
El proyecto surgió como idea a partir de dos factores iniciales, el primero una necesidad de la
industria de oxigenar en forma efectiva las pilas de lixiviación de minerales sulfurados de cobre
debido a la actuación de bacterias en el proceso, necesidad que fue reafirmada por diversos
profesionales y expertos en el tema, mientras Grupo Latino indagó la viabilidad técnica de realizar
el presente proyecto. Y el segundo factor, fue la posibilidad de adecuar una tecnología de
disolución de gases desarrollada en el mundo de la acuicultura, específicamente salmones, a la
minería, específicamente en la lixiviación bacteriana.
Las experiencias de laboratorio de la etapa 1 demostraron que las bacterias no tuvieron un
comportamiento distinto en términos de reproducción o eficiencia a causa del exceso de oxígeno
agregado en las soluciones de lixiviación. Adicionalmente, se detectó un efecto de efervecencia de
los gases disueltos debido al alto contacto de las soluciones con el aire, lo que generaba que la
solución rica en oxígeno tendiera al equilibrio ambiental a mayor velocidad. Fue debido a estas
razones que el proyecto se re direccionó en su segunda etapa a la lixiviación química,
específicamente de escorias de fundición de cobre.
Esta segunda etapa del proyecto tuvo como objetivo hacer un análisis de la factibilidad técnica de
desarrollar un proceso de lixiviación de escorias de descarte de fundición de cobre, utilizando
soluciones ácidas con oxígeno aplicando la tecnología GLSA. Los objetivos propuestos apuntaron
también a estudiar el mejoramiento de la recuperación de cobre en comparación a un sistema de
lixiviación sin uso de la tecnología. De este modo, fue posible medir la eficiencia de ambas
configuraciones y medir el impacto e incidencia del uso de la Tecnología GLSA en la recuperación
de cobre en este tipo de materiales que existe por millones en Chile y el mundo.
De esta manera se diseñó una experiencia que consideraba 2 columnas de lixiviación, una de las
cuales se encontraba oxigenada en equilibrio atmosférico, y la otra enriquecida en oxígeno con la
tecnología de disolución de gases.
Con respecto a la recuperación del elemento de interés, es decir, cobre, para ambas columnas se
alcanzaron valores por sobre el 80%. El impacto de la aplicación de la tecnología GLSA con
sobrealimentación de oxígeno se tradujo en una diferencia de un 5% superior en la recuperación
de cobre en comparación a la columna sin sobresaturación, lo que en términos absolutos es
significativo y demuestra que técnicamente la aplicación funcionó. Los problemas de esta
aplicación nacieron en la etapa de evaluación económica del proyecto, en donde un VAN
altamente negativo era avalado por los altos consumos de ácido (alrededor de 800 kg/ton) y altos
precios del ácido sulfúrico. De esta forma y debido a razones económicas, Grupo Latino optó por
buscar una nueva aplicación a la Tecnología y se enfocó en la lixiviación de concentrados
sulfurados de cobre con la aplicación de oxidantes adicionales como es el ozono, lo que con la
autorización de CORFO se estableció como la Etapa N°3.
La Etapa 3 del proyecto, consistió en desarrollar pruebas metalúrgicas de lixiviación de calcopirita y
concentrados de cobre mediante el uso de la tecnología GLSA, y usando ozono y oxígeno como
agentes oxidantes. La idea fuerza de esta Etapa fue encontrar una alternativa de procesamiento de
concentrados de cobre ricos en calcopirita, teniendo como antecedente dos hechos relevantes a
4
saber, la dificultad de lixiviar calcopirita de manera eficiente y, la ausencia en el mercado de
alternativas tecnológicas a la biolixiviación u otras tecnologías asociadas a los sistemas cloruro,
sulfato, y alta presión entre otros, los cuales aún no se consolidan industrialmente. Como
consecuencia de lo anterior, emergió con firmeza la posibilidad de utilizar ozono y oxigeno en
solución bajo condiciones sobresaturadas utilizando la tecnología GLSA, de modo de evaluar de
manera preliminar su viabilidad técnica en la lixiviación de concentrados de cobre en un ambiente
con enorme potencial oxidante gracias a agentes como el ozono.
El desarrollo de las actividades de laboratorio permitió constatar que el uso de ozono en lixiviación
acoplado con la tecnología GLSA, no es técnicamente factible debido a la rápida descomposición
de éste frente a aumentos de presión y temperatura, en el caso del proyecto, principalmente la
presión debido a que éste factor es clave en el diseño de la tecnología.
Los indicadores de recuperación de cobre revelaron que en 1 hora de lixiviación de calcopirita
usando ozono a presión atmosférica, se alcanzó un 6,5%, valor considerado competitivo en
comparación con otros agentes oxidantes, pero que requiere de una evaluación económica para
ser concluyente para focalizar mayores esfuerzos. En el caso de la lixiviación con ozono de
Concentrado Teniente, los indicadores señalan que para 1 hr de lixiviación, se alcanzó un 3,87%
en comparación con un 1,14% obtenido en la lixiviación usando oxígeno.
Se concluyó así que la tecnología GLSA no es compatible con el uso de ozono para efectos de
lixiviación y en consecuencia, una potencial aplicación hidrometalúrgica deberá hacerse bajo
condiciones de presión atmosférica.
En resumen, la tecnología de disolución de gases patentada por Grupo Latino fue efectiva y
eficiente en su función de disolver gases en cualquier solución, sin embargo existieron aspectos
técnicos y económicos que generaron que las aplicaciones probadas no dieran a la fecha
resultados comerciales positivos.
Grupo Latino está consciente de los resultados obtenidos en el presente proyecto y sequira
buscando aplicaciones mineras a la tecnología enfocándose en procesos hidrometalúrgicos
realizados en reactores inundados. Adicionalmente a esto se suman mercados como el del oro,
zinc y otros metales.
5
2
ANTECEDENTES GENERALES
El proyecto comenzó a operar el 1 de Noviembre del 2006 por autorización de CORFO y tiene
como plazo de entrega para el Informe Final, considerando las 3 etapas, el día 30 de noviembre de
2008.
Este plazo final fue modificado según lo solicitado por Grupo Latino y aprobado
puesto que la fecha inicial de entrega era el día 30 de septiembre de 2008.
3
por CORFO,
INTRODUCCiÓN
El presente Documento es el Informe Final del Proyecto CORFO N° 205 - 4900, denominado
"OXIGENACiÓN DE SOLUCIONES DE LIXIVIACiÓN EN MINERíA DEL COBRE", Y presenta las 3
etapas desarrolladas a lo largo del proyecto, dando mayor énfasis a la Tercera etapa y última.
El proyecto a lo largo de su desarrollo ha experimentado una evolución de su enfoque inicial
debido a diversas razones que se han explicado en cada uno de los informes anteriores, algunas
razones del tipo técnicas y otras razones del tipo económicas. Sin embargo ha permanecido fiel a
su escencia y alcance, es decir, desarrollo e innovación tecnológica.
Es en función de esto, que para la tercera etapa GLSA propuso realizar
"Lixiviación de
Concentrados de Cobre en Reactores Inundados", cuyo sustento se basó en las siguientes
razones de fuerza:
•
Teóricamente el oxígeno es un potente agente oxidante que es relevante en las reacciones
químicas involucradas en la hidrometalurgia de metales no ferrosos.
•
Empíricamente también está demostrado que el oxígeno es un potente oxidante.
•
El oxígeno como agente oxidante en solución, debe ser utilizado en reactores inundados y no
en reactores tipo pila debido a la efervescencia que genera el efecto cascada en este tipo de
lixiviación.
•
Al ser un reactor inundado, es posible elevar en forma efectiva las concentraciones de oxígeno
presentes y por ende el poder oxidante de la solución, generándose así un efecto similar a un
reactor tipo "alta presión", pero con un costo más bajo y más eficiente que un reactor de lecho
fijo. Esto potencialmente puede generar diferenciación y la generación de nuevos procesos.
•
No existen actualmente alternativas aplicadas industrialmente
a la pirometalurgia
para
concentrados de minerales sulfurados de cobre, por ende el proyecto propuesto podría generar
un alto impacto desde el punto de vista innovativo.
•
Adicionalmente, el oxígeno en forma de Ozono, es uno de los agentes oxidantes más fuertes
existentes en la naturaleza, alcanzando un poder de oxidación de 2,07 V, siendo más oxidante
que el peróxido de hidrógeno, uno de los agentes oxidantes más utilizados en procesos
industriales.
6
•
El Ozono a pesar de ser altamente oxidante, debido a su fase gas, tiene rendimientos
extremadamente bajos en procesos químicos, no siendo suficiente el simple burbujeo en una
fase líquida.
Debido a estas razones, GLSA decidió utilizar la tecnología para lixiviar concentrados de cobre con
altas concentraciones de calcopirita, con la finalidad de disolver altas concentraciones de ozono en
líquidos y aprovechar al máximo el potencial oxidante que tiene el ozono.
4
OBJETIVOS Y ALCANCES ETAPA N°3
El Objetivo Principal de la presente etapa es lograr lixiviar concentrados de cobre, de manera de
buscar un reemplazo al proceso pirometalúrgico, el cual es altamente contaminante.
Como Objetivo Secundario, usar la innovación para optimizar el potencial oxidante del ozono y que
sea un agente oxidante competitivo para procesos químicos industriales.
El alance de este proyecto es estudiar el desarrollo de un proceso hidrometalúrgico para el
procesamiento de concentrados de cobre, basado en la generación de un alto potencial de
oxidación, mejor cinética global, lo que lo hace altamente atractivo como solución intermedia entre
la lixiviación bacteriana y química en reactores agitados y los procesos de alta presión.
5
5.1
METODOLOGíA DE TRABAJO ETAPA N°3
PREPARACiÓN
DE MUESTRAS SÓLIDA
La muestra de calcopirita fue obtenida directamente desde la Mina de la División El Teniente de
Codelco Chile. Esta fue sometida a dos etapas de chancado para posteriormente llevarlas
mediante pulverización a una malla -400. Por otra parte, la muestra de concentrado Teniente
corresponde a una muestra tomada en la correa 212, la que alimenta la etapa de secado del
concentrado previa alimentación al Convertidor Teniente en la Fundición de Caletones.
Una vez obtenidas las muestras al tamaño requerido, se procedió a realizar las etapas de roleo y
cuarteo y se separaron fracciones homogéneas de 1 Kg para el desarrollo de las pruebas de
lixiviación. También se tomó una muestra de cabeza para el análisis por balance de masa de la
recuperación de cobre.
5.2
PREPARACION
SOLUCIONES
LIQUIDAS DE LlXIVIACION
Se prepararon muestras de solución de lixiviación utilizando ácido sulfúrico al 98% y una densidad
de 1,84 gr/cc el cual es fabricado por Winkler S.A. El agua a utilizar es destilada y proporcionada
por GEOMET S.A. y se prepararon soluciones de lixiviación a pH entre 1 a 2. El potencial de la
solución fue manejado de acuerdo a la alimentación
reactor de lixiviación.
de oxígeno, razón F3+/Fe2+ y ozono al
Las soluciones en las que se utilizó sulfato férrico fueron preparadas y estandarizadas utilizando
Fe2 (S04)7H20
grado analítico. Todas las soluciones preparadas de 15 gpl de ión férrico en
7
solución resultaron mediante estandarización estar en el orden de 14.97 - 14, 99 gpl lo cual avala
el método de preparación y garantiza de manera precisa la concentración requerida de ión férrico
en solución.
El oxígeno utilizado fue provisto por ERVOX Ltda; y el equipo de ozonificación
equipo OZOMAX que proporciona ozono a un límite máximo de 20 Its/min.
5.3
corresponde
a un
SET UP EXPERIMENTAL
En la Figura 1 se muestra en forma esquemática la configuración experimental preparada para
llevar a cabo una experiencia de lixiviación de concentrado y calcopirita utilizando oxígeno
saturado:
LEVANTAMIENTO
EXPERIMENTAL
.1aquina: DiSolución
de Gases
Tanque de Origeno
SOlución Rica en Origeno
I
Solución Pobre en Origeno
Reactor de lilliviación de Concentrados
Figura 1: Levantamiento Experimental para la Lixiviación de Concentrados de Calcopirita con Oxígeno
Saturado
Por otra parte, en Figura 2 se muestra el levantamiento experimental para la realización de las
pruebas de lixiviación de concentrados de cobre y calcopirita mediante el uso de ozono saturado.
8
LEVANTAMIEN TO EXPERIMENTAL
Maquina: Disoluci6n
de Gases
Tanque de Oxigeno
Solución Rica en Oxigeno
I
Reactor de Lixiviación
Figura 2: Levantamiento
5.4
Solución Pobreen Oxigeno
de Concentrados
experimental
DETALLE EXPERIENCIA
para la lixiviación de concentrados
saturado a 3 atm
y calcopirita con ozono
N°1
El proceso de lixiviación de concentrados y calcopirita se llevo a cabo en un reactor tipo tanque
agitado con una densidad de pulpa del orden del 33% con una concentración de ácido sulfúrico
0.5M. La velocidad de agitación de la solución se determino empíricamente sobre la base de
garantizar que sea mayor que la velocidad mínima de fluidización de la partícula más grande del
concentrado o calcopirita. De acuerdo a Figura 1, la solución de lixiviación se re-circuló de manera
continua y se hizo una separación solido-liquido mediante decantación en serie. El potencial de la
solución fue generado mediante la sobresaturación de la solución con oxígeno a un 200% a 300%;
para este propósito se trabajará con presiones de los gases en un rango de 2 a 3 atm.
La temperatura de operación se mantuvo en equilibrio térmico con la temperatura de laboratorio la
cual fue continuamente registrada, de modo de poder compensar el valor de la medición del
potencial Eh de la solución, el cual fue medido con electrodo y lectura digital.
El tiempo contemplado de lixiviación fue de 8 horas para lo cual se siguió una secuencia
muestreo de O min, 5 min, 10 min, 30 min, 1 hr,2 hr, 4hr, y 8 hrs.
La muestra sólida final se secó en estufa a temperatura
constante.
OBSERVACION:
En los términos
de
de 40°C hasta que el peso se mantuviera
de referencia original del proyecto
se contemplaba
realizar
pruebas de una duración de 72 hrs; sin embargo, durante el desarrollo de estas, se constataron
dificultades operacionales, así como también, como se observará más adelante en el informe, los
resultados de la lixiviación de calcopirita, en forma cualitativa, no mostraron los niveles de
9
concentración esperados para la condición experimental diseñada. En consecuencia, se tomo la
decisión durante el desarrollo del primer experimento de reducir los tiempos de operación a 8 hrs.
Con relación a las dificultades operacionales detectadas es importante mencionar las siguientes:
•
Sobrecalentamiento del compresor utilizado.
La temperatura externa del compresor superó
los 100°C, hecho que obligo a poner mucha vigilancia experimental, de modo de ir enfriando de
manera permanente el equipo con una película de agua embebida en material poroso.
•
Falta de un campana de captación de gases. La falta de un sistema apropiado de remoción de
gases, hizo que la atmósfera en el interior del laboratorio se enriqueciera en ozono, causando
dificultades para trabajar. Frente a esta condición de riesgo para el personal que desarrolló las
experiencias y sus potenciales implicancias, se decidió no sobreexponer al personal a una
atmósfera alta de concentración de ozono. No obstante lo anterior, los riesgos de inhalación
de ozono se redujeron mediante el uso de mascarillas con filtro para captación de gases.
•
Desgaste de materiales. Al tener el ozono un alto poder oxidante, se produjeron daños en las
conexiones utilizadas para unir los duetos que trasportaron el ozono. Aunque no se trató de
indagar la fenomenología que explicase estos daños, estos se tradujeron en expansión y
ruptura de mangueras, en particular en uniones y abrazaderas, descompresión violenta de
ozono por falla de materiales.
Esto puso en riesgo el uso adecuado de la tecnología de
disolución de gases y por consecuencia su desempeño no alcanzó a ser el más eficiente y
efectivo.
Como aspecto positivo, se debe mencionar el hecho que dado que se trabajó con partículas de
calcopirita bajo 400# no se requirió de los estanques de decantación, los cuales estaban
considerados a usar
en la configuración experimental original.
Esto permitió simplificar la
operatoria durante el desarrollo de las pruebas.
Con relación al comportamiento
•
5.5
de la lixiviación, se pudo constatar lo siguiente:
Durante el muestreo, se fue haciendo un análisis comparativo de los colores de las muestras.
Colocando las muestras de acuerdo al orden de remoción desde el reactor, se fue analizando
cualitativamente el cambio de color de estas.
Poniéndolo en positivo,
se esperaba que
existiese una correlación entre el tiempo de lixiviación y el cambio en la intensidad de color lo
que es una demostración para este caso particular de un aumento en la concentración de
cobre y fierro en solución.
Contrario a lo esperado, se observó una escasa evolución entre el
color de la muestra original y el color de las muestras subsiguientes.
Esto auguró que el
proceso de lixiviación de calcopirita con ozono, férrico y solución ácida, no estaba dando
buenos rendimientos; esto se discute en mayor detalle en capítulo 8 del presente informe.
DETALLE EXPERIENCIA
N°2
La principal variante de esta experiencia fue el uso de un agente oxidante adicional al oxígeno.
Para tal efecto, se utilizó sulfato férrico grado técnico a una concentración de 15 gpl. El esquema
operacional y metodológico es idéntico al descrito en EXPERI ENCIA 1.
10
5.6
DETALLE EXPERIENCIAW3
En este caso, se llevo a cabo la lixiviación de concentrado de cobre y calcopirita utilizando ozono
sobresaturado en una configuración experimental como se muestra en Figura 2. Para efecto de
ozonificar la solución se alimento a la máquina de saturación con un flujo de aproximadamente 20
Its/min. El ozono fue alimentado a presión al equipo de oxigenación de soluciones mediante el uso
de un compresor. El esquema metodológico es idéntico al descrito en EXPERIENCIA 1.
5.7
ANÁLISIS QUíMICOSY MINERALÓGICOS
Las soluciones
resultantes
de las experiencias
serán enviadas
a análisis de Cobre realizado
mediante Absorción Atómica.
Respecto a la muestra sólida de concentrado
Mineralógico.
6
de calcopirita, será analizada mediante un análisis
ASPECTOS TEÓRICOS Y EMPíRICOS
Dentro de los aspectos teóricos
y empíricos
que motivaron
y reforzaron
realizar las pruebas
propuestas, se encuentran los siguientes:
6.1
LIXIVIACiÓN DE CALCOPIRITA
Los aspectos generales de la lixiviación de calcopirita fueron discutidos en el documento de
propuesta para la tercera fase de este proyecto, que se adjunta en el Anexo 3. Sin embargo, es
conveniente señalar que haciendo una nueva revisión del estado del arte de la problemática, no se
han reportado publicaciones con nuevos medios de lixiviación. Existe una predominancia de los
medios sulfato, cloruro, y biológicos.
Existen pocos trabajos científicos en los cuales se usen
medios físicos para mejorar la disolución de la calcopirita; entre estos, cabe mencionar, el uso de
microondas, ultrasonido y métodos mecánicos.
Por otra parte, en la revisión de las últimas patentes que aparecen en los bancos de datos
actualizados del US Patent y en la WOPI, no aparece ningún proceso de lixiviación de calcopirita y
minerales sulfurados de cobre que utilicen como agente oxidante ozono.
En la Figura 3 se muestra el diagrama de estabilidad de la calcopirita y otros sulfuros y óxidos de
cobre. Se observa que la especie calcopirita es estable en un ambiente reductor y en todo el rango
de pH.
Esto significa que en términos termodinámicos, y dejando de lado una discusión más
mecanicista de su comportamiento, la calcopirita requiere para su disolución un ambiente oxidante.
Esto es una condición necesaria pero no suficiente, debido a la compleja naturaleza de los
fenómenos físico químicos involucrados en la disolución de especies semiconductoras como la
calcopirita. La idea de mostrar este diagrama es que en términos termodinámicos, se debe trabajar
en condiciones de potencial de solución por sobre los 800 mV vs SHE (Standard Hydrogen
2
2
3
Electrode) y pH bajo 2 de modo de garantizar la presencia de Cu +, Fe + y Fe + en solución.
11
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O
2
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6
8
10
pH
Figura 3: Diagrama de Pourbaix para el sistema CuFeS2- H20
6.2
COMPORTAMIENTO DEL OZONO EN SOLUCiÓN
Un análisis del comportamiento del ozono y del oxígeno en términos de su solubilidad, estabilidad,
mecanismos de descomposición en fase liquida en distintos medios, se realiza en este capítulo.
Para generar la condición oxidante, y focalizándose en especies de cobre, el grupo de trabajo se
propuso utilizar como agente de oxidación el ozono, cuya aplicación a la lixiviación de calcopirita
ha sido sólo reportada por D. J. Havlik, 1990. El ozono se caracteriza por poseer un alto poder de
oxidación en comparación con otros agentes oxidantes usados en la lixiviación de calcopirita. En
la Tabla 1 se muestran los valores relativos del potencial de oxidación del ozono a pH;;;;;O.
12
TABLE 1. Rtilative Power af OxidiLing Spe::ies
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Tabla 1: Comparación
Illq
11 .::~
Relativa al HOCI de los Potenciales de Oxidación Agentes Oxidantes
Se observa que el ozono ocupa el tercer lugar entre los agentes oxidantes del fierro.
Estos
atributos del ozono, lo hacen atractivo para ser utilizado en la lixiviación de minerales y
concentrados de minerales sulfurados de cobre ricos en calcopirita.
No obstante la desventaja relativa del ozono como agente oxidante, este se descompone con
''facilidad'' en medios acuosos, y, por lo tanto, es necesario hacer un análisis de su estabilidad bajo
diferentes condiciones de pH y temperatura.
e
En la Figura 4 se observa que la descomposición del ozono a 15° ocurre de manera más rápida a
valores de pH neutro (pH: 6.4; 6.9, Y 7.8). A pH 7.8 la descomposición del ozono ocurre en
aproximadamente 0.3 horas o 18 minutos. Sin embargo, a valores de pH bajo 5.7 la estabilidad
del ozono es buena manteniéndose en el rango de 6 a 7.5 ppm por un período de tiempo de 1 h.
13
·..........
..-.....
: 1~ 'C:
Z
•
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1
:
1
•
.•.•J
O
o
4
1000
Figura 4: Efecto del pH de la Solución por sobre la Descomposición
15° C
O
del Ozono en Agua Destilada, a
Por otra parte, si se realiza la misma experiencia a una temperatura de 20°C, la Figura 5 indica que
el ozono se hace más estable a pH ácido correspondiendo a valores entre 11 y 10 ppm en solución
en un rango de tiempo de 1 hora.
:
cs
~-------'----:::.""'"
pt
o
1,
o
4000
Figura 5: Efecto del pH de la Solución por sobre la Descomposición
del Ozono en Agua Destilada, a
20° C.
Lo anterior indica que la estabilidad del ozono en solución es muy sensible tanto a la temperatura
del medio acuoso así como también se hace muy sensible a pH ácido.
Sin embargo, si la
temperatura de la fase líquida se aumenta en 15°C para alcanzar los 30°C la concentración de
ozono en solución disminuye de manera significativa,
no obstante que a pH ácido la
descomposición del ozono permanece constante. Ver Figura 6.
14
..
........
'
:
••••••••
Figura 6: Efecto del pH de la Solución por sobre la Descomposición
30°
e
cs
JI'
del Ozono en Agua Destilada, a
En la Figura 7 se muestra se muestra la estabilidad del ozono a distintos pH. En este caso, se
considera una comparación entre los datos reales medidos y aquellos teóricos obtenidos a través
de las relaciones de transferencia de masa, y que, consideran distintos valores el coeficiente local
de transferencia de masa kg. Como es de esperar, a mayores valores de kg la concentración de
ozono en la solución es mayor; esto implica que al interior de una burbuja, debe existir una buena
circulación de ozono de modo que la resistencia a la transferencia de masa sea mínima. Esto se
logra creando burbujas de menor tamaño con patrones de flujo turbulento en su interior.
La Figura 8 muestra el comportamiento de la descomposición del ozono para distintos valores de
pH y distintos valores de la concentración de ozono en equilibrio con la fase gas. Se observa que
a pH bajos y a menores concentraciones de ozono en el equilibrio, el ozono en fase liquida se hace
más estable siendo el caso más notorio la curva mas inferior que se muestra para pH 2.7.
En
estricto rigor, es plausible esperar que ha p+ís menores el ozono es estable en solución al menos
por 30 minutos.
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Figura 7: Comportamiento
de la Estabilidad del Ozono en Función del pH Comparado con Modelo
Matemático que Considera el Coeficiente Local de Transferencia
de Masa en la Fase Gas
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pH 2.7
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Figura 8: Perfil de Descomposición
del Ozono en Función
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1500
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del Tiempo y del pH en Soluciones
Acuosas
En la búsqueda de una explicación de los mecanismos de descomposición del ozono, se pueden
encontrar una cantidad significativa de teorías las cuales difieren fundamentalmente de las rutas y
valores de las constantes asociadas a cada paso cinético, no así, en el tipo de especies que se
forman, tales como los radicales libres u otros iones. En la Figura 9 se muestra un esquema
propuesto en la literatura y que describe la complejidad asociada en el mecanismo propuesto y el
16
número de constantes cinéticas
tiempos de descomposición.
requeridas
en cada paso para la cuantificación
teórica de los
Figura 9: Esquema Teórico de los Mecanismos de Descomposición del Ozono
Por otra parte, en la Tabla 2 se muestran algunos valores de las constantes cinéticas y de
equilibrio presentes en este sistema. Resulta notable constatar los altos valores de las constantes
y la fuerte dependencia del pH como se pudo constatar de la Figura 4 a la Figura 9. La generación
de radicales libres es altamente relevante para la alta reactividad que presenta el ozono en fase
líquida, siendo este factor muy importante a explotar en la lixiviación de la calcopirita.
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Tabla 2: Constantes Cinéticas de Reacción para las Distintas Rutas de Descomposición del Ozono
17
6.3
EQUILIBRIO DE INTERFASES GAS- LíQUIDO y TRANSFERENCIA
DE MASA
De acuerdo a la Ley de Gibbs, el potencial químico 11 de un componente i en una interface, están
en equilibrio termodinámico y se puede representar en términos analíticos como:
= /lik
/lij
Donde los subíndices j y k representan la fase j y k respectivamente.
En el caso del equilibrio entre las fases gas y líquido a una temperatura P y T, la Ley de Gibbs para
cada componente i del sistema se expresa como:
¡:G
} i(T,P,y)
_
-
¡:L
} i(T;P,x)
Donde f representa la fugacidad del componente i y que se puede expresar en términos medibles
mediante las expresiones:
Donde:
y¡:Fracciónmolardelcomponentei en la fasegas.
XI: Fracciónmolardelcomponentei en la faselíquida.
<I>¡:
Coeficientede fugacidaddelcomponentei enfasegas.
r¡: Coeficientede actividaddelcomponentei enfaselíquida.
P: Presióntotalen la fasegas,
He¡:Constantede Henry.
Igualando ambas ecuaciones,
expresar como:
se tiene que el equilibrio termodinámico en la interface se puede
A bajas presiones y sistemas diluidos, el coeficiente de fugacidad de cada componente se puede
considerar unitario, de modo que la ecuación anterior toma la forma:
o bien:
Pi
=
YiXiHei
18
El producto V¡He¡se denomina como la constante aparente de Henry.
anterior se expresa como:
p¡
=
De este modo la ecuación
x¡Hape¡
La expresión anterior se conoce en la literatura como Ley de Henry, y, describe la relación de
equilibrio termodinámico del componente i en la interface.
Para el caso del ozono, es posible escribir:
En Figura 10 se muestra una grafica de la solubilidad del ozono en función de la temperatura.
solubilidad está expresada mediante la constante adimensional de Henry.
La
o
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O
10
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O
Figura 10: Solubilidad del Ozono en "Agua Pura" en Función de la Temperatura
La línea recta que aparece en la Figura 10 corresponde a una expresión del tipo:
= a. exp (bt)
H
donde:
2
=
a = 1.599 ± 0.0164; b = 0.0473 ± 0.0004 (R
0.99988)
con la temperatura expresada en grados Celsius.
con una desviación estándar de 0.0405,
También H se puede expresar como:
19
=
logH
A
B
+r
donde:
2
A = 6.5987 ± 0.0591; B = -1752 ± 17.1 (R =0.99971) Y T se expresa en grados Kelvin.
En Figura 11 se tiene el valor de la Constante de Henry para el sistema Ozono - H2S04 obtenida
por tres autores. Se observa que la constante obtenida por Tarunina y col., 1983 tiene un rango de
desviación de +20% y -30%, siendo el único valor más preciso el de Rothmund, 1912.
20
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Figura 11: Constante
15
20
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de Henry para el Sistema
Ozono - H2S0.
Balance global en fase liquida:
En un punto cualquiera de la fase liquida, la ecuación de continuidad para un componente como el
O 31, O 217 Fe2+ , Fe3+ , C u,2+ H+ se expresa como:
Como se trabajo a nivel de reactor del tipo agitado, se asume que el fluido que rodea a las
partículas se encuentra perfectamente agotado. Estas condiciones se justifican por la razón SIL de
1/3 utilizada en los experimentos de modo. También el hecho de que las longitudes espaciales
sean pequeñas hacen que las variaciones de concentraciones en el sistema sean también
bastante pequeñas.
Considerando que el sistema está perfectamente agotado, la ecuación de continuidad
integrar sobre el volumen de solución obteniéndose:
se puede
20
En donde el factor N/s n. es el flujo promedio en las superficie de las partículas de calcopirita y
concentrado y apes el área externa del mineral por unidad de volumen de solución.
Utilizando la teoría de película, se tiene la siguiente expresión para el flujo de cada especie:
Sustituyendo en la ecuación para Cb, se tiene:
Esta ecuación permite evaluar la concentración de cada especie i en solución.
7
CARACTERIZACiÓN
MINERALÓGICA MUESTRA CALCOPIRITA
Para realizar los análisis mieralógicos, fue necesario
muestra, que fue tomada utilizando un cuarteador.
preparar una briqueta con un gramo de
Para determinar la composición mineralógica, se empleó el método estadístico de conteo de
puntos utilizando una placa de integración, con una red métrica de 400 puntos (intersecciones),
adosada a un ocular de 12,5x del microscopio óptico y objetivo de 16x.
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Mrasíra
Mnerales
% Peso
Calcopirfa
Bornta
89.80
8.72
Pirita
M3gnetila
0.64
0.22
Hematita
0.22
Limonda
0.16
Ganga
0.23
Total
100.00
Tabla 3: Distribución
de Minerales de la Muestra de Concentrado
de Cobre
Mayor detalle del análisis mineralógico se encuentra en el informe mineralógico realizado por MAM
Limitada en Anexo N° 4.
21
8
RESULTADOS EXPERIMENTALES ETAPA N°3
Durante la planificación de las pruebas experimentales, se tomo la decisión en forma arbitraria pero
consistente, de alterar el orden de las pruebas comprometidas en los términos de referencia del
documento aprobado por CORFO para el desarrollo de la Etapa III del Proyecto. lo anterior, se
fundamenta en la siguiente lógica de racionalización de recursos humanos y materiales:
1.
Interesa utilizar la tecnología GlSA en la lixiviación de concentrados de cobre ricos en
calcopirita utilizando ozono. Esto se justifica dada la pobre investigación reportada en la literatura
yen ahondar en la búsqueda de alternativas tecnológicas para el procesamiento de concentrados.
2.
Interesa aprovechar
las ventajas de la tecnología
GlSA
para lograr mayores
concentraciones de ozono en solución, dado el requerimiento estequiométrico teórico de ozono por
parte de la calcopirita.
3.
En la actualidad, no existe patente internacional de lixiviación de calcopirita.
Esto esta
avalado por una extensa revisión en las bases de datos: US Patent, WIPO, EU, y Cl entre otras.
4.
la decisión no lesiona los alcances del proyecto en toda su esencia.
En consecuencia,
8.1
EXPERIENCIA
los resultados experimentales
siguen el orden en adelante expuesto.
N°1
En la Tabla 4 se muestran los resultados obtenidos para la experiencia de lixiviación de calcopirita
en solución ácida 0.5 M H2S04, 15 gpl de Férrico y Ozono.
Tiempo
Cobre
Ión Ferroso
Ión Férrico
min
gpl
Gpl
gpl
O
0,03
14,97
5
O
1,42
15,68
2,2
10
1,47
16,25
2,1
30
1,48
16,53
2,92
60
1,5
16,57
2,02
120
1,54
16,62
2,19
240
1,66
16,8
2,17
480
1,67
17,02
2,19
Tabla 4: Variación de la Concentración de Cobre, Ión Ferroso e Ión Férrico en Experimento
Lixiviación de Calcopirita con una Solución 0.5 M H2S0., 15 gpl de Férrico y Ozono
de
En el caso del ión férrico, se observa que el ión férrico es rápidamente consumido de acuerdo a las
reacciones:
CuFeSz
+ 4Fe3+
-+
Cu2+
+ SFe2+ + 2S
22
y que la reacción de regeneración de ferroso a férrico de acuerdo a la siguiente estequiometria:
No prevalece en el sistema reaccional ya que la concentración
de férrico se
mantuvo
baja durante
todo el experimento.
Por otra parte, el ozono reacciona con la calcopirita
estequiometrias:
3CuFeSz
+ 803
~
y la bornita de acuerdo a las siguientes
3CUS04
+ 3FeS04
Por otra parte, la concentración de ferroso aumenta debido a la contribución adicional de la
lixiviación de calcopirita ya sea por férrico y ozono y en mucha menor proporción por la
contribución de la lixiviación de bornita (en el caso de la muestra utilizada, la razón másica de
Calcopirita/Sornita es de 5.6). Además, de acuerdo al análisis mineralógico, se detecto que existe
una fracción más importante de calcopirita libre, pero también, existe calcopirita envolviendo a
bornita, y, bornita envolviendo a calcopirita. Estas dos últimas evidencias físicas afectan en mayor
magnitud a la lixiviación de la bornita debido a su menor razón másica y en consecuencia la
fracción más importante del fierro y cobre liberado proviene de la lixiviación de la calcopirita.
En Figura 12 se observa que en 5 minutos se recupera un 3,88% del cobre lo que se asocia
fundamentalmente al ataque por sobre la superficie externa de las partículas. Posteriormente, el
proceso de recuperación de cobre fue muy lento con una cinética lineal durante un período de 4
hrs. Posteriormente, después de 4 horas, el proceso se frenó por algún mecanismo pasivación
cuya explicación está fuera de los alcances de este informe, pero es plausible que se haya
alcanzado un potencial de solución pasivante en la superficie de la calcopirita.
La recuperación
global de cobre alcanzó un 4,56 %
Considerando que se estaba trabajando con un oxidante poderoso como es el ozono y en
condiciones de sobresaturación mediante el uso de la tecnología GLSA, aún así no fue posible
lograr que la velocidad de recuperación en el tiempo pudiese evitar la pasivación de la calcopirita.
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TIempo, minutos
Figura 12: Recuperación de Cobre en Función del Tiempo en Lixiviación de Calcopirita en Solución
Ácida 0.5 M H2S04, 15 gpl Férrico y Ozono
Como consecuencia de los resultados anteriores y considerando las dificultades encontradas así
como también las bajas recuperaciones obtenidas, era predecible que realizar pruebas de
lixiviación de calcopirita y concentrado con oxígeno y con concentrado no deberían obtenerse
resultados mejores a los aquí reportados.
8.2
EXPERIENCIA W2
Siguiendo el mismo procedimiento metodológico de la Experiencia 1, se realizó una prueba de
lixiviación de calcopirita usando como agente oxidante oxígeno. Los resultados se observan en la
Figura 13 y se produce un patrón de lixiviación muy similar al caso de la lixiviación utilizando
ozono aunque el nivel de recuperación global de cobre alcanzó un 2,72%, es decir, un 40,52 %
más bajo que la recuperación utilizando ozono.
Las reacciones químicas que prevalecen en este caso son:
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Tiempo, minutos
Figura 13: Recuperación
8.3
de Cobre en Función del Tiempo en Lixiviación
Ácida O.5U H2S04, 15 gpl Férrico y Oxígeno
de Calcopirita
en Solución
EXPERIENCIA W3
Siguiendo el mismo procedimiento metodológico de la Experiencia 2, se realizó una prueba de
lixiviación de concentrado usando como agente oxidante ozono. Los resultados se observan en la
Figura 14 y nuevamente se produce un patrón de lixiviación muy similar al caso de la lixiviación
utilizando ozono y oxígeno en la lixiviación aunque el nivel de recuperación global de cobre alcanzó
un 0,81%, es decir, un 82,40 % más bajo que la recuperación utilizando ozono.
Las reacciones químicas que prevalecen en este caso son:
CuFeS2
+ 4Fe3+
3CuFeS2
+ 803
~ Cu2+
~
+ SFe2+ +
3CuS04
2S
+ 3FeS04
25
Dado el numeroso conjunto de reacciones químicas que pueden ocurrir durante la lixiviación del
concentrado, es difícil establecer una conceptualización fenomenológica de los mecanismos de
reacción existentes.
Las razones de la baja en la recuperación de cobre en este experimento se deben a que tanto el
oxígeno, el ozono, el ión férrico y el ácido atacan de manera no selectiva todos los componentes
del concentrado Teniente, que contiene solo aproximadamente un 30 % de cobre en forma de
calcopirita, bornita, calcosina y covelina.
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Tiempo, minutos
Figura 14: Recuperación
de Cobre en Función del Tiempo en Lixiviación de Concentrados
Teniente en Solución Ácida 0.5 M H2S04, 15 gpl Férrico y Oxígeno.
En la Figura 15 se han condensado los resultados obtenidos en experiencias
recuperación de cobre en función del tiempo.
de Cobre
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Tiempo. minutes
Figura 15: Recuperación de Cobre en Función del Tiempo; O:lixiviación de calcopirita con 03,
lixiviación de calcopirita con 02, A: lixiviación de concentrado Teniente.
Se observa que la lixiviación de calcopirita con ozono es mucho más efectiva en la etapa inicial de
la lixiviación, que es la que define la cantidad máxima de cobre a recuperar.
Resulta
particularmente
revelador que el concentrado muestre el mismo patrón de lixiviación de la
calcopirita; en especial si el primero contiene especies como la calcosina y la covelina que tienen
cinéticas de lixiviación mucho más rápidas que la calcopirita.
Desafortunadamente,
para este
concentrado no se le hizo un barrido microscópico que permitiese observar la distribución espacial
y el grado de atrapamiento y diseminación de cada especie en la matriz mineralógica.
Se puede
especular que la calcopirita este más expuesta a la solución que las otras especies de sulfuros.
La Figura 15 revela que a pesar que el ozono permite una mayor concentración de cobre en un
mismo intervalo de tiempo, este no es capaz de evitar la pasivación que experimenta esta durante
su lixiviación. Este fenómeno ha sido ampliamente discutido en la literatura y persiste como uno de
los desafíos más relevantes a superar en la lixiviación de la calcopirita.
Considerando, que los resultados obtenidos para la lixiviación de concentrados Teniente
en
presencia de ozono no fueron auspiciosos, se descartó la realización de la prueba de lixiviación,
utilizando oxígeno como agente oxidante.
Adicionalmente se descartó la lixiviación con oxígeno como agente oxidante debido a que con las
dos experiencias
(1 y 2) realizadas, quedó demostrado que el ozono -férrico generó una mayor
lixiviación que la alternativa oxígeno- férrico y a iguales condiciones de presión y por ende
disolución de gases en la fase líquida.
8.4
EXPERIENCIAS ADICIONALES
Considerando
las circunstancias
descritas anteriormente,
se decidió desarrollar
pruebas
metalúrgicas de lixiviación de calcopirita así como también de concentrado de cobre Teniente.
Para tal efecto, el levantamiento experimental inicial fue modificado para llevar a cabo pruebas
similares a las ya realizadas, pero, ahora trabajando a presión atmosférica
27
8.4.1
Experiencia Adicional N°1: Lixiviación de Calcopirita en solución ácida, en
presencia de ozono e ión férrico
La primera prueba realizada consistió en llevar a cabo una lixiviación de calcopirita con una
solución ácida 0.5 M de ácido sulfúrico y sulfato férrico en concentración de 15 gpl. El protocolo
considero ciertas variaciones con relación al descrito en este documento como Experiencia 1, a
saber, extensión de la experiencia a 1 hr y operación a presión atmosférica. Lo mismo se
consideró en las otras experiencias programadas. Las Figura 16 y Figura 17 se muestra el balón
de oxígeno y equipo ozonificador utilizado en las pruebas:
Figura 16: Balón de Oxígeno
Utilizado durante la Experiencia
Figura 17: Ozonificador Utilizado durante
la Experiencia
28
8.4.2
Resultados Experiencia Adicional N°1
En la Figura 18 se muestra el montaje experimental de la prueba realizada con calcopirita pura
con un flujo de alimentación de ozono de 10 11m equivalente a 20 gr/hr, solución ácida 0.5M
(pH=O,3), 15 gpl de ión férrico, 1 hr de operación.
./
OucmeMozono
.~
Figura 18: Levantamiento Experimental de Lixiviación de Calcopirita y Concentrados de Calcopirita
con Ozono y Oxígeno
En la siguiente Figura 19, se muestra la pulpa formada durante la lixiviación de calcopirita; en la
parte superior de la superficie libre del reactor se observa una capa de espuma formada por la
flotación natural de partículas, las que son capturadas por las micro-burbujas de ozono generadas
en el distribuidor de gas inmerso en la pulpa.
Figura 19: Detalle de las Características de la pulpa Generada durante la Lixiviación de la Calcopirita
Pura usando Ozono como Agente Oxidante
29
Figura 20: Solución final de lixiviación de Calcopirita después de 1 hora de Operación
Transcurrida la prueba, la pulpa se procedió a filtrarla en una configuración como se muestra en la
Figura 20. El color corresponde al natural que entrega una solución de ión ferroso y cobre en bajas
concentraciones.
En esta prueba no se midió cinética y solo se determinó la recuperación final de
cobre.
Los valores del potencial de solución obtenidos durante las distintas etapas de la lixiviación son los
siguientes:
•
Potencial de solución antes de ingresar calcopirita: 1060 mV vs SHE
•
Potencial de solución después de agregar calcopirita: 760 mV vs SHE
•
Potencial de solución después de 1 hr de lixiviación: 665 mV vs SHE
La variación neta del potencial de solución alcanzó un valor de 395 mV lo que revela que existe
lixiviación de calcopirita.
En este sentido, es importante señalar que la adición de calcopirita al
reactor produjo una brusca disminución del potencial de 300 mV lo que se atribuye al contacto
inicial de la calcopirita con ozono, oxígeno y el ión férrico presente en la solución inicial.
30
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-,
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Figura 21: Diagrama Termodinámico que muestra la variación del potencial de lixiviación de calcopirita
para una 1hr de operación; A: 1060 mV vs SHE; O: 760 mV vs SHE; o: 665 mV vs SHE
En la Figura 21 anterior es posible ver que para las condiciones termodinámicas de la solución
inicial, el potencial medido de 1060 mV vs SHE, se encuentra por sobre los potenciales teóricos de
estabilidad tanto de la calcopirita como de la bornita (ver diagrama de estabilidad adjunto).
Además, se muestra la brusca caída del potencial de oxidación después de agregada la calcopirita
y sus especies asociadas. El tercer punto de 665 mV vs Eh si bien es cierto es alto para lixiviar los
minerales, no permite las transformación de ión ferroso a ión férrico (Eh= 770 mV vs SHE), y, por
lo tanto, la lixiviación del mineral, después de transcurrida 1 hr de operación, se puede atribuir solo
a la acción del ozono. La concentración de ión ferroso alcanzado en esta prueba fue del orden de
20 gpl.
Durante 1 hora de lixiviación
reacciones:
el potencial
CuFeS2
+ 4Fe3+
3CuFeS2
+ 803
se redujo en 95 mV atribuibles
~ Cu2+
+
~ 3CUS04
SFe2+
+
a las siguientes
2S
+ 3FeS04
31
La recuperación global de cobre alcanzada en 1 hr de operación fue de un 6.5%. Este valor, es
superior al obtenido anteriormente
en Experiencia 1, lo que corrobora las observaciones
mencionadas con relación al comportamiento del ozono.
8.4.3
Experiencia Adicional N°2: Lixiviación de concentrado
ácida, en presencia de ozono e ión férrico
Teniente en solución
En esta experiencia se utilizó una fracción de muestra de concentrado idéntica a la utilizada
anteriormente y en la Figura 22 se muestra el reactor de lixiviación con la pulpa de concentrado.
Se observa que ha diferencia del caso de lixiviación de calcopirita, el efecto de flotación no se
produce en forma notoria, lo cual se debe a que este material posee una humedad en base seca
de un 12% lo cual lo hace liofílico.
Figura 22: Ensayo de Lixiviación de Concentrados
de Cobre División el Teniente
32
8.4.4
Resultados Experiencia Adicional N°2
Figura 23: Detalle de las Características de la Pulpa generada durante la Lixiviación de Concentrado de
Cobre División El Teniente usando Ozono como Agente Oxidante
Figura 24: Solución Final de Lixiviación de Calcopirita después de 1 hora de Operación
Para terminar la prueba de lixiviación, la pulpa se procedió a filtrarla en una configuración como se
muestra en la Figura MM. En comparación con la solución obtenida utilizando calcopirita, se
observa que la solución tiene una coloración más verde, producto de la mayor cantidad de ión
33
ferroso en solución atribuido principalmente a la lixiviación de pirita, la que posee una reactividad
mayor que la bornita, y, la calcopirita.
Además, el contenido de pirita en el concentrado es
significativo, 30,5%, lo que hace que haga un aporte significativo de fierro en solución. En esta
prueba no se midió cinética y solo se determinó la recuperación final de cobre, alcanzándose una
recuperación del 3,84%.
Los resultados de los potenciales de oxidación obtenidos son los siguientes
•
Potencial de solución antes de ingresar concentrado de calcopirita: 1041 mV vs SH E
•
Potencial de solución después de agregar concentrado de calcopirita: 893 mV vs SHE
•
Potencial de solución después de 1 hr de lixiviación: 862 mV vs SHE
Figura 25: Diagrama Termodinámico que muestra la variación del potencial de lixiviación de
concentrado Teniente para una 1hr de operación. ó: 1041 mV vs SHE; o: 893 mV vs SHE; o: 862 mV vs
SHE
La variación neta del potencial de solución alcanzó un valor de 179 mV vs SHE lo que revela que
existe lixiviación de concentrado. En comparación con el caso anterior, es importante señalar que
la adición de concentrado al reactor produjo una disminución del potencial de 148 mV equivalente
a un 50,0% menor que en el caso de calcopirita pura. Durante la etapa de lixiviación el potencial
de solución varió solo 31 mV vs SHE lo que indica que hubo poco consumo de agentes oxidantes
por parte de las principales componentes del concentrado.
Las reacciones más relevantes que se
producen en esta etapa son:
Culie S¿ + 4Fe3+
-+ Cu2+
+ SFe2+ + 2S
34
En el caso de la Enargita no se poseen antecedentes de la estequiometria de la reacción con
ozono y oxígeno. Además, se deben incluir las reacciones de descomposición del ozono, algunas
de las cuales han sido descritas en Tabla 2.
8.4.5
Experiencia Adicional N°3: Lixiviación de concentrado
ácida, en presencia de oxígeno e ión férrico
Teniente en solución
En esta experiencia se utilizó una muestra de concentrado idéntica a la utilizada proporcionado por
la Gerencia de Plantas de la División El Teniente, Codelco Chile y cuya composición determinada a
partir del análisis mineralógico se muestra en la Tabla 5:
35
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PhS
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_.5
P¡'¡~a
E"atlita
Jalt"3
Jan33
Tabla 5: Composición
8.4.6
Mineralógica
Concentrado
)
.
__5
Planta Concentradora
El Teniente
Resultados Experiencia Adicional N°3
La variación neta del potencial de solución alcanzó un valor de 90 mV equivalente
menor que en el caso de calcopirita pura, Durante la etapa de lixiviación el potencial
no varió lo que indica que no hubo consumo de agentes oxidantes o bien el ión férrico
por oxidación es consumido rápidamente,
A continuación se muestra el detalle de
a un 70,0%
de solución
regenerado
la variación
absoluta del potencial:
•
Potencial de solución antes de ingresar Concentrado Teniente: 810 mV vs SHE
•
Potencial de solución después de agregar Concentrado Teniente: 720 mV vs SHE
•
Potencial de solución después de 1 hr de lixiviación de Concentrado Teniente: 720 mV vs SHE
36
-Ó:
Figura 26: Diagrama termodinámico que muestra la Variación del Potencial de Lixiviación de
Concentrado Teniente para una 1hora de Operación Utilizando una Solución Ácida, Ión Férrico y
Oxígeno Disuelto
Reacciones químicas involucradas en el sistema:
CuFe52
Para esta prueba la recuperación
valor de 1,14 %.
+ 4Fe3+
-t
CU2+
+ SFe2+ + 25
global de cobre a partir del concentrado
Teniente alcanzó un
37
8.4.7
Análisis de la Experiencia
Figura 27: Resultados de Recuperación de Cobre en Lixiviación Ácida de Calcopirita y Concentrados
Teniente. Tiempo de Lixiviación de 1 hora.
En la Figura 27 se observa en forma comparativa las recuperaciones obtenidas en las experiencias
adicionales descritas anteriores.
Resulta evidente que para las condiciones experimentales
utilizadas en estas pruebas, es decir, temperatura ambiente y presión atmosférica, la aplicación de
ozono permite lixiviar calcopirita en forma competitiva con otros oxidantes para una misma
extensión en el tiempo. No obstante lo anterior, esto requiere de una mayor esfuerzo investigativo
para llegar a establecer lo expresado anteriormente en forma más concluyente. No está en los
alcances de este informe, entrar a discutir de manera profunda las razones fenomenológicas
asociadas a estas ventajas operativas, ni tampoco analizar su factibilidad económica, y en este
sentido a continuación, solo se hará una breve discusión de lo obtenido en este estudio y la escasa
literatura existente en este tema.
Antonijevic et al, 2004 (Hydrometallurgy, Vol. 71, pp: 329-334) lixivió calcopirita con Peróxido de
Hidrógeno (2M) y Acido Sulfúrico (2M), con tamaño de partículas por sobre los 40 11mobtuvo en
similares condiciones una recuperación del 6% a 250C. Si en términos comparativos se considera
la concentración de los reactivos ocupados, se puede decir que la eficiencia operativa del proceso
GLSA es mayor.
Por otra parte, Havlik T., (Department of Non Ferrous Metals and Waste
Treatment, Faculty of Metallurgy, Technical University in Kosice, Slovakia) estudió la lixiviación de
calcopirita con ozono en medio ácido. En este estudio, se evaluó el efecto de distintas variables de
operación tales como temperatura, densidad de la pulpa, concentración de ácido, efecto de la
38
solubilidad del oxígeno y el ozono en agua, tiempo de lixiviación y cantidad de ozono agregado a la
solución lixiviante. Trabajando con partículas sobre los 60 micrones, concluyó que el tiempo de
contacto entre una burbuja de ozono y la solución lixiviante era clave para mantener una mejor
recuperación de cobre. Comparando el porcentaje de recuperación de cobre con los obtenidos por
otros autores, que utilizaron diferentes agentes oxidantes, tales como FeCI3, Fe2(S04)3, H202,
entre otros, Havlik concluye que el ozono es más efectivo y en algunos casos triplica la
recuperación de cobre.
En perspectiva, y, considerando los resultados obtenidos en esta experiencia, una configuración
adecuada de reactor de lixiviación para un concentrado con un alto contenido de calcopirita, sería
una columna empacada con burbujeo de ozono, con una tecnología de "coating" de las partículas
de concentrado por sobre un soporte inerte de tipo polimérico. También es importante mejorar la
tasa de alimentación de ozono al reactor; en la actualidad, existen equipos de ozonificación más
económicos y más eficientes que los utilizados en este estudio y en los anteriormente reportados y
que permiten solubilizar una mayor masa de ozono, y por ende, lograr el requerimiento
estequiométrico que exige la calcopirita.
9
CONCLUSIONES TERCERA ETAPA PROYECTO
De la tercera etapa del proyecto, se concluye lo siguiente:
•
La hipótesis de generar un alto potencial oxidante mediante la disolución de altas
concentraciones de ozono en soluciones de lixiviación se derrumbó, no porque la tecnología de
disolución de gases no diese resultados, si no por la alta inestabilidad del ozono en
condiciones de presión y temperaturas mayores. De esta forma, se concluye que la lixiviación
con la presencia de ozono es mucho más efectiva a presión atmosférica. En definitiva, la
aplicación fue fallida. No existe literatura que analice el comportamiento del ozono en las
condiciones de trabajo descritas, por lo que fue de completo desconocimiento al presentar esta
tercera etapa. Tan desconocido es el tema que más aún los vendedores de equipos de ozono
no tenían claridad respecto al tema.
•
Los potenciales redox medidos y que son generados por la presencia de ozono en solución,
son lo suficientemente altos como para gatillar la lixiviación de la calcopirita.
•
El patrón de lixiviación observado es idéntico tanto para la lixiviación de calcopirita usando
ozono como usando oxigeno con tecnología GLSA.
También, el efecto prevalece en la
lixiviación del concentrado Teniente usando ozono.
•
La presencia de ión ferroso en solución, demuestra que el ión férrico agregado inicialmente es
rápidamente reducido por la calcopirita. La regeneración de férrico por parte del ozono no se
observa claramente, ya que es posible que cualquier ión férrico regenerado por ozono sea
rápidamente reducido en la superficie del mineral.
•
La presencia de ión ferroso juega un rol importante en balancear la composición de la solución
de lixiviación ya que impide la precipitación de jarosita, impidiendo su nucleación sobre la
superficie de la calcopirita, lo que puede contribuir a la pasivación de la superficie expuesta al
ataque químico.
39
•
En caso de utilizar ozono en la lixiviación de concentrados de cobre ricos en calcopirita y otras
especies, se recomienda no utilizar la tecnología GLSA si no que el concepto de columnas de
burbujeo con lechos empacados de material polimérico recubierto con concentrado. Sin
embargo se recomiendan estudios posteriores para evaluar su factibilidad técnica y económica.
•
La utilización de ozono en comparación a otros agentes oxidantes como peróxido de
hidrógeno, ión férrico, u otros, debe ser basada sobre el requerimiento estequiométrico.
Esto
es relevante, ya que lo que esta etapa del proyecto revela es que para calcopirita el consumo
de ozono es alto y eventualmente no sea atractivo su uso desde el punto de vista económico.
10 ETAPAS PREVIAS PROYECTO CORFO
La Primera Etapa del Proyecto tuvo como foco la aplicación de la tecnología GLSA a la
oxigenación de soluciones de lixiviación para minerales sulfurados de cobre. En esta etapa fueron
lixiviadas 3 columnas de mineral sulfurado de cobre de Compañía Minera Quebrada Blanca por un
período de 120 días.
Como primera etapa del proyecto, las actividades realizadas fueron las siguientes:
10.1.1
Recolección de Información
En esta etapa se realizó un amplio estudio respecto a la literatura de lixiviación bacteriana y el
efecto del oxígeno sobre ésta. Adicionalmente se recabó información sobre la operación de
lixiviación bacteriana realizada por Quebrada Blanca, de manera de tener un conocimiento más
sólido del proceso industrial.
10.1.2
Desarrollo de Ingeniería Conceptual
En esta etapa se analizó conceptualmente la aplicación de estos equipos a las características
operacionales y condiciones ambientales de Quebrada Blanca.
10.1.3
Desarrollo Ingeniería de Detalles del Prototipo
En esta etapa se analizó la construcción de los prototipos estudiando el tipo de materiales idóneos
según soluciones ácidas a utilizar, sistemas de presurización, sistemas de dosificación de oxígeno,
sistemas de control, sistemas de seguridad y alarma, y se realizó la construcción de los planos en
autocad.
10.1.4
Fabricación de Dos Prototipos de Oxigenación de Soluciones de Lixiviación
En esta etapa fueron construidos 2 equipos de disolución de gases en soluciones a escala de
laboratorio. Con el uso que se les dio a estos equipos, se concluyó que en virtud de los altos
volúmenes de solución oxigenada, es posible utilizarlos en escalas mayores, tales como pilotajes
sin mayores problemas.
40
10.1.5
Realización
de Pruebas de Lixiviación
con Soluciones
En esta etapa se realizó la lixiviación del mineral del Quebrada
siguientes variantes operacionales:
Oxigenadas
Blanca en 3 columnas con las
•
Columna 1: Columna con oxigenación a equilibrio ambiente de 6,5 ppm de Oxígeno.
•
Columna 2: Columna con oxigenación
media. La concentración
mediante el reactor de oxigenación a 11 ppm de Oxígeno.
•
Columna 3: Columna con oxigenación alta La concentración
el reactor de oxigenación a 15 ppm de Oxígeno.
10.1.6
Resumen de Conclusiones
de la Lixiviación
de oxígeno
se aumenta
de oxígeno se aumenta mediante
Bacteriana
Los resultados obtenidos de laboratorio indicaron que la adición extra de oxígeno no generó mayor
crecimiento de la población bacteriana ni mayor recuperación de cobre a partir del mineral. Lo
anterior implica que el suministro de oxígeno no es el sustrato limitante en el crecimiento
bacteriano y en la cinética global del proceso al menos en las condiciones ambientales en que se
realizaron las pruebas experimentales.
Adicionalmente a esto, se detectó un efecto cascada importante, en donde gracias al goteo y alta
superficie de contacto, el oxígeno disuelto adicional, efervece y es liberado a la atmosfera en una
distancia que se piensa no alcanza a cubrir los 2 metros de la columna.
Pese a los resultados obtenidos en la aplicación, la tecnología logró su función de aumentar al
doble las concentraciones de gases, oxígeno en este caso, a soluciones de lixiviación.
El Informe
ANEXO 1.
10.2
W1 entregado
a CORFO
y sus anexos
correspondientes
se encuentran
en
ETAPA W2
Dado que en parte la aplicación de la tecnología en lixiviación bacteriana no dio los resultados
esperados, el proyecto fue replanteado con la debida autorización de CORFO y se enfocó a la
lixiviación química, particularmente de escorias para la recuperación de cobre.
Las actividades realizadas en esta segunda etapa fueron:
10.2.1
Montaje Experimental
En esta etapa se montaron
columnas.
10.2.2
Preparación
y Materiales
equipos e infraestructura
necesaria
para realizar la lixiviación
en
del Mineral (Escoria)
La escoria, debido a las altas concentraciones de sílice que posee, fue sometida a un proceso de
curado ácido que permitiera cementar la sílice e inhibir los geles que se pudieran formar. Adicional
41
a esto, la escoria debió ser chancada previamente a una granulometría adecuada para la lixiviación
en columnas.
10.2.3
Carguío y Puesta en Marcha de la Etapa deLixiviación
En esta etapa el mineral curado y cementado fue cargado a las columnas de lixiviación y comenzó
el proceso de lixiviación en 2 columnas paralelas:
•
Columna 1: Columna con alta oxigenación, alrededor de 11 ppm de Oxígeno.
•
Columna 2: Columna con oxigenación a equilibrio ambiente, alrededor
de 7 ppm de Oxígeno.
2
La lixiviación fue realizada a una tasa de 10 ItI hr m
10.2.4
.
Resultados
Los resultados obtenidos de la lixiviación de columnas de escorias, demostraron que la columna
con oxigenación tuvo una recuperación de 5 puntos porcentuales adicionales a la columna sin
oxigenar.
10.2.5
Análisis Conceptual del Proceso de Solubilización de Oxígeno en Solución
En esta etapa se realizó un profundo estudio conceptual del cómo el oxígeno permite mejorar las
cinéticas del proceso.
10.2.6
Adaptación de Reactores de Oxigenación
Esta etapa fue un proceso continuo durante el período que duró la lixiviación de las escorias,
principalmente debido a las altas concentraciones de ácido utilizadas (80 gpl), que generaron en
varias ocasiones fallas de materiales que obligaron a reparar y modificar constantemente la
máquina, rediseñando sobre todo elementos de seguridad para prevenir accidentes considerando
la operación de 24 horas al día. Esta situación no sucedió en la etapa 1 donde las soluciones de
lixiviación tenían 5 gpl de ácido.
10.2.7
Resumen de las Conclusiones de Lixiviación
Fundición de Cobre.
Química de Escorias de
La tecnología técnicamente fue exitosa en la lixiviación química de escorias de cobre, en donde la
columna con mayor oxigenación
obtuvo mayores recuperaciones
que la columna
sin
sobresaturación de oxígeno en 5 puntos porcentuales.
De esto se concluye que la tecnología disponible puede ser aplicada a procesos de lixiviación
química en donde la transferencia de oxígeno sea una etapa limitante del proceso global, como se
verificó en este estudio.
No obstante lo anterior, después de los resultados de laboratorio obtenidos, se realizó una
evaluación económica del potencial del negocio considerando leyes de cobre alrededor del 1%, Y
42
dados los altos consumos de ácido, el VAN del proyecto entregaba un número negativo, por lo que
a pesar que técnicamente
la tecnoloqía
dio resultados,
la aplicación
no es rentable
económicamente para la aplicación considerada.
El informe n02 entregado a CORFO y sus anexos correspondientes
se encuentran en ANEXO
N°2.
43
11
CONCLUSIONES
Y RECOMENDACIONES
GENERALES DEL PROYECTO
Del proyecto realizado en sus 3 etapas yen un período de 18 meses se concluye:
La tecnología de disolución de gases patentada por Grupo Latino fue efectiva y eficiente en su
función de disolver gases en cualquier solución, sin embargo existieron aspectos técnicos y
económicos que generaron que las aplicaciones probadas no dieran a la fecha resultados
comerciales positivos.
La máquina de disolución de gases resultó ser altamente flexible a las condiciones operacionales
que se requieran, y es posible rediseñarla! acondicionarla para diversos procesos, algunos más
agresivos que otros.
En el caso particular del ozono, que como gas no fue posible disolverlo en altas concentraciones
en la solución, se debió a la alta inestabilidad de éste frente a aumentos de presión y temperatura
(sobre todo presión), lo que le generó una rápida descomposición a oxígeno. En la etapa de
estudio de la aplicación no se encontró literatura ni papers de científicos que analizaran este tema,
por lo que fue de completo desconocimiento. Más aún, también fue un tema desconocido para los
fabricantes de equipos de ozono.
Grupo Latino está consciente de los resultados obtenidos en el presente proyecto y sequita
buscando aplicaciones mineras a la tecnología enfocándose en procesos hidrometalúrgicos
realizados en reactores inundados. Adicionalmente a esto se suman mercados como el del oro,
zinc y otros metales.
44
12 ANEXOS
45
ANEXO 1
Informe Final
Código del proyecto
205-4900
Oxigenación
de soluciones de lixiviación
minería del cobre.
Empresa beneficiaria
Grupo Latino S.A.
Informe Técnico Estado De Avance N°1
15 Junio 2007
en
INFORME TÉCNICO DE ESTADO DE AVANCE.
1
ANTECEDENTES GENERALES
El proyecto comenzó a operar el 1 de noviembre del 2006 y al 15 de Junio se
cumplen 7 meses y 15 días de desarrollo, con lo cual corresponde la entrega del
avance n01 del proyecto en cuestión.
Los objetivos definidos para esta primera etapa y el grado de avance de cada una
de ellas es la siguiente:
2
DESCRIPCiÓN DE ACTIVIDADES DESARROLLADAS
Con el fin de lograr los objetivos mencionados se plantea la siguiente metodología
de trabajo:
2.1 Recolección de Información
En esta etapa se recolecto información relativa a las condiciones existentes en la
faena de lixiviación de Quebrada Blanca, que corresponde a la primera faena
donde se están materializando las pruebas.
De acuerdo a lo comprometido en los términos de referencia se realizaron
exámenes de laboratorio para caracterizar los minerales y soluciones a utilizar en
la prueba. En el Anexo Técnico N°1 se presenta el informe del Laboratorio
Metalúrgico Geomet en relación a este tema, con los análisis mineralúrgicos del
experto en la materia señor Franco Barbagelata.
Adicionalmente se recopiló información de las condiciones operativas del proceso
de lixiviación de Quebrada Blanca. Esto se realizo por medio de reuniones con
ejecutivos operacionales de la empresa y por la recopilación de los artículos que
han sido publicados en relación a esta faena. En el Anexo Técnico N°2 se
reproduce una publicación del señor Esteban Domic donde se realiza una
detallada descripción de las medidas tomadas por la minera para mejorar la
oxigenación de sus pilas de lixiviación.
Temas pendientes dentro de este capitulo: Caracterizar minerales y soluciones de
próxima faena y estudiar las condiciones operacionales de esta.
2.2 Desarrollo de la ingeniería conceptual
Las innovaciones para oxigenar soluciones plantean básicamente dos alternativas,
un sistema discontinuo en base a reactores herméticos que se conectan con el
medio a través de válvulas automatizadas. Y alternativamente existía una opción
tecnológica mas sofisticada que plantea un proceso continuo donde se logra
presurizar la solución por medio de fuerza centrifuga.
El estudio de las condiciones operacionales existentes en la minería y en
Quebrada Blanca en particular, tomando en cuenta las diferencias de altura entre
las piscinas de PLS y altura de pilas, sugirió la conveniencia de utilizar los mismos
duetos y cañerías existentes como reactores donde se inyectaría el aire el cual,
debido a las presiones existentes, se disolvería en la solución de ácido. Esta
solución plantea grandes beneficios al momento de escalarla a nivel industrial
pues representa una menor inversión y una menor modificación a los layout de
planta.
En el Anexo Técnico N°3 se presenta un diseño general de esta layout. Esta
configuración permite aprovechar la presión existente en las redes de distribución
de refino y simplifica la configuración de válvulas requeridas en el modelo
discontinuo.
En el capitulo 3 se presenta el desarrollo de la ingeniería de detalle de un prototipo
fabricado sobre cañerías que obedece parcialmente a esta concepción
Temas pendientes dentro de este capitulo: Verificar el diseño de Layout general
para faenas de lixiviación diferentes a Quebrada Blanca.
2.3 Desarrollo de la ingeniería de detalles del prototipo.
En esta etapa se realizaron las especificaciones técnicas, asociados a las partes
del equipamiento del prototipo para realizar las pruebas, a saber:
2.3.1 Diseño de reactores.
De acuerdo al desarrollo de la ingeniería conceptual, los reactores se diseñaron en
base a ductos o cañerías. Dado que se trata de soluciones con ácidos estas
deben ser da materiales resistentes, ya sea acero inoxidable, PVC o polietileno de
alta densidad. Las presiones de trabajo de los equipos varían entre 1 y 6
atmósferas, por lo cual se decidió trabajar bajo la norma PN10, es decir, cañerías
que soportan hasta 10 atmósferas.
En el Anexo Técnico N°4 se presenta el diseño de un prototipo de laboratorio
construido en base a cañerías plásticas. Este modelo seria el referente para
construir un prototipo de escala industrial de mayor capacidad.
En el Anexo Técnico N°5 se presenta el diseño de un prototipo de laboratorio
donde no se utilizaron cañerías como reactores. El prototipo de cañerías ha
resultado muy incomodo en el ambiente de un laboratorio (por su extensión) por lo
cual se considero apropiado tener un prototipo mas compacto y de dimensiones
mas reducidas.
2.3.2 Diseño sistema presurización.
El sistema de aire comprimido seleccionado para operar los prototipos es un
compresor de pistos con motor eléctrico y un sistema automático de regulación de
presiones. Para operaciones industriales esta configuración debe ser modificada a
compresores de tornillo, los que presentan un mejor rendimiento. El consumo de
energía en la compresión del aire es el item más relevante del proceso.
La operación de los prototipos señaló que el diseño del sistema presurizado debe
contemplar los siguientes elementos específicos.
o
Reguladores de presión adicionales instalados en serie. Consideraciones
seguridad plantearon esta necesidad.
de
o
Válvulas anti retorno. Las variaciones de presion del compresor y/o red
generaron devoluciones de solución ácida desde los prototipos a reguladores
de presión y compresores, generando daños en estos componentes.
o Trampas de líquidos en red de aire comprimido. Eventuales filtraciones de
las válvulas anti retorno generan solución acida en la red de aire comprimido.
Se tuvieron que implementar trampas de líquidos para evitar que la solución
entre en contacto con otros componentes.
Todos estos componentes están considerados en los diseños presentados en el
Anexo Técnico N°4 y N°5
2.3.3 Diseño sistema de dosificación de oxígeno.
La dosificación de oxigeno se diseñó en base a dos variables de control, la presión
de operación y la temporización de los ciclos de oxigenación y recambio. Este
sistema ha funcionado adecuadamente y ha permitido generar un variado rango
de niveles de oxigenación en las soluciones de lixiviación.
Las pruebas realizadas a la fecha han planteado algunos desafíos en relación al
manejo de las soluciones enriquecidas en oxigeno y el riego de la columna a nivel
de laboratorio e industrial. En el mundo del laboratorio, y la utilización de bombas
peristálticas para trasladar la solución enriquecida en oxigeno desde el prototipo
hasta la cabeza de la columna genera una fuerte disminución del oxigeno,
generando una perdida parcial de los beneficios del proyecto. Por ejemplo, uno de
los prototipos genera una solución con 15 ppm de 02, cifra que se compara con 6
ppm de la solución no tratada. Cuando esta solución llega a la cabeza de la pila,
su nivel de oxigeno es del orden de 11 ppm.
Lo expuesto motivó un estudio para diseñar sistemas de riego que evitaran este
problema. En este trabajo se diseño un sistema de riego presurizado, el que
demostró ser efectivo al lograr niveles de oxigeno de 15 ppm en la cabeza de la
columna. Sin embargo, este sistema demostró tener demasiada variabilidad en el
flujo, lo que no permite controlar adecuadamente las pruebas de laboratorio.
Producto de lo anterior, a nivel de laboratorio se están utilizando bombas
peristálticas, a pesar de la perdida relativa de oxigeno. A nivel industrial se estima
que la variabilidad de los difusores presurizados estaría dentro de los rangos
permitidos.
2.3.4
Diseño del sistema de control.
El sistema discontinuo de oxigenación de soluciones requiere de un preciso
control de los ciclos. Para este fin se diseño un sistema electrónico en base a reles
temporizadores de dos ciclos. El desfase temporal en la apertura y cierre físico de
las válvulas y la presencia de golpes de ariete en alguno de los ciclos obligo a
complementar el diseño básico por reles de retraso en encendido de válvulas y
bombas. El sistema ha funcionado satisfactoriamente en las pruebas realizadas a
la fecha. Los equipos son robustos, soportan un ambiente agresivo y son fáciles
de programar.
2.3.5
Diseño de sistemas
de seguridad
y alarma.
El diseño inicial de los prototipos contempló el control de la presión máxima
operación por medio de válvulas de escape reguladas a presiones inferiores a
de diseño de los equipos. La operación de los equipos demostró la necesidad
diseñar sistemas de seguridad adicionales para los siguientes temas: Control
nivel de líquidos en la succión y descompresión paulatina de la cámara inferior.
de
las
de
de
Control de nivel de líquidos en succión. El sistema de oxigenación discontinuo
requiere que el reactor inferior este completamente inundado. De lo contrario
quedaran gases en este reactor que liberan gran cantidad de energía en el ciclo
de descompresión. Si el suministro de solución se suspende o el nivel de esta
queda por debajo del punto de succión, el reactor inferior no se inundará. Para
evitar este problema se diseñó he implementó un sistema de flotadores que
detienen los equipos y cierran todas las válvulas cuando la solución esta por
debajo de los rangos de seguridad.
Descompresión
paulatina del reactor inferior. La utilización de válvulas de
grandes diámetros para descomprimir este reactor genero golpes de ariete y
problemas de seguridad frente a contingencias como la señalada en párrafo
anterior. Producto de lo anterior se diseño un sistema de descompresión paulatina
con válvulas de bajo diámetro. Adicionalmente se diseño un control de seguridad
por medio de un presostato que inhibe la apertura de las válvulas de recambio
mientras detecta la existencia de presión en el reactor inferior.
2.4 Fabricación dos prototipos de oxigenación de soluciones de
lixiviación.
En esta etapa se construyeron
siguientes características.
dos prototipos a escala de laboratorio con las
2.4.1 Reactores.
Se han construido dos prototipos a escala de laboratorio. En uno de ellos los
reactores se construyeron en base a cañerías de PVC de presión. En el otro caso
se utilizaron como reactores contenedores de filtros disponibles en el mercado.
2.4.2 Sistema de válvulas tolerante a ácidos.
Se utilizaron válvulas plásticas
con componentes
de acero inoxidable,
automatizadas por medio de solenoides. En una primera instancia se realizaron
pruebas con válvulas motorizadas, pero estas presentaron un conjunto de
dificultades. Los tiempos requeridos para realizar la operación de apertura y cierre
son excesivos. Las válvulas rápidas son muy caras. Fue necesario acoplar la
unidad motriz a válvulas plásticas, lo que genero un conjunto de dificultades y
desperfectos.
Las válvulas tipo solenoide han mostrado un excelente comportamiento en cuanto
a confiabilidad, facilidad de operación y automatización;
sin embargo se
caracterizan por generar diferencias de presión para su apertura (perdida de
carga). Esto atenta contra la eficiencia energética de los equipos. En caso de un
escalamiento a nivel industrial es necesario considerar válvulas solenoides que no
generen diferencias de presión. Se realizo un diseño que aprovecha las
diferencias de presión existente en el equipo, para abrir y cerrar estas válvulas sin
generar diferencias de presión.
2.4.3 Sistema de bombeo tolerante a ácidos.
Las especificaciones técnicas de estas bombas establecían muy bajas alturas (no
mas de 1 metro), resistencia a soluciones acidas y múltiples encendidos (proceso
discontinuo). A nivel de prototipos de laboratorio se encontró que las bombas
sumergidas
para
acuarios
industriales
cumplían
estas
condiciones,
constituyéndose
en una solución sencilla y económica. Se investigo el
escalamiento a nivel industrial, encontrando que existen pocas bombas que
cumplas con estas características. Se adjunta Anexo Técnico N°6 donde se
muestran las características de una bomba que cumple las características para un
diseño industrial.
2.4.4
Automatización.
La automatización de los equipos se realizo en base reles de temporizadores y a
reles de desfase de encendido. Los circuitos de automatización de válvulas se
construyeron en corriente alterna de 24 volts, satisfaciendo condiciones de
seguridad en un ambiente húmedo.
Junto con la construcción de estos prototipos se confeccionó
operación de estos, el que se adjunta en el Anexo Técnico N°7
un manual de
Temas pendientes dentro de este capítulo: construcción de un prototipo a escala
industrial para poder medir rendimientos y mejoras generadas en los prototipos de
laboratorio. Si se realizan pruebas en paralelo para varias faenas, será necesario
construir otro prototipo de laboratorio, tema que se evaluará oportunamente.
2.5 Realización de las pruebas de lixiviación con soluciones
oxigenadas.
A estas alturas del proyecto estamos en la etapa inicial de la primera prueba de
lixiviación bacteriana, específicamente para la faena de Quebrada Blanca.
Esta prueba fue diseñada en conjunto con profesionales de Quebrada Blanca y
consiste básicamente en lo siguiente:
o
Pruebas de lixiviación bacteriana en columnas de 2 metros de altura, con un
diámetro de 20 cm.
o
Pruebas realizadas con mineral extraído de la faena que se encuentra
caracterizado en el Anexo Técnico N°1.
o
El aglomerado del mineral con ácido, el curado, riego inicial e inóculo con
bacterias se realizó replicando las condiciones de Quebrada Blanca.
o
Para el regado de las columnas se utiliza una solución de refino traída desde
la faena.
o
Se construyó un conjunto de tres columnas de lixiviación. Una de ellas
corresponde a la columna de control, donde no se oxigenan las soluciones.
En las otras dos columnas se oxigenan las soluciones con los prototipos
construidos para este efecto. En una de ellas se incrementa el oxigeno en
aproximadamente un 40% y en la otra en un 80%.
o
Lugar de las pruebas. Laboratorio metalúrgico GEOMET, ubicado en La
Reina, Santiago, 726 metros de altura. Periodo de prueba 120 días.
2.5.1 Resultados Preliminares
Los resultados obtenidos a los 40 días de lixiviación de las columnas con mineral
de Quebrada Blanca, no muestran a la fecha mejoras en la cinética del proceso. El
Anexo Técnico N°8 analiza con más detalle los resultados obtenidos a la fecha.
Temas pendientes dentro de este capítulo: terminar pruebas de Quebrada Blanca,
comenzar pruebas con minerales de otras faenas.
2.6 Control de Avance del Proyecto.
El plan de trabajo propuesto para el proyecto fue el siguiente:
ACTIVIDAD
1.
Recolección
2.
Desarrollo de la ingeniería conceptual
Evaluación de equipo discontinuo
Evaluación de equipo continuo
Desarrollo de la inf,lenieria de detalle
Determinación de volúmenes de
proceso
Memoria de cálculos estructurales
Sistema de control automatizado
Sisterna de seguridad
Especificaciones técnicas
3.
4.
5.
de información
l
2
x
x
3
4
x
x
x
x
6
MES
7
8
x
x
9
10
11
12
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Fabricación del prototipo
Selección de maestranza
Monitoreo y control
Prueba de equipos
x
x
x
x
x
x
Pruebas de lixiviación
Pruebas Quebrada Blanca
Informe de conclusiones
Pruebas Escondida
lnfonne de conclusiones
Pruebas Codelco Norte
Informe de conclusiones
Análisis de cambios v mejoras
Análisis desempeño equipos
oxigenadores
Análisis pruebas de lixiviación
Análisis problemas efervescencia
Estudio rediseño de procesos
7. Estrategia protección propiedad
industrial.
5
x
x
x
x
x
6.
8. Contacto
interesados.
comercial
x
x
x
x
x
x
x
x
x
potenciales
En la actualidad el proyecto se encuentra en el mes 8, habiendo cumplido con
éxito y en los plazos indicados el total de las actividades n01, 2, 3, 4 Y n05 en lo
referente a Quebrada Blanca. A esto se suma el cumplimiento de la actividad n06
en su 100%, no quedando a la fecha ninguna actividad programada en forma
pendiente.
3
RESULTADOS Y CONCLUSIONES.
A la fecha el proyecto se ha desarrollado 100% de acuerdo a lo planificado. En
cuanto a los resultados que se han obtenido en los primeros 40 días de lixiviación,
las pruebas no muestran un efecto significativo en la recuperación de cobre debido
a la oxigenación de soluciones. Sin embargo, la literatura señala que la lixiviación
bacteriana comienza a mostrar efectos significativos a contar del día 50, por lo
cual es muy prematuro sacar conclusiones aún. Es importante señalar que este
período de 50 días de completa activación de las bacterias es en las condiciones
naturales de procedencia de las bacterias, es decir, Quebrada Blanca, por lo que
en las condiciones ambientales de Santiago, podrían ser plazos poco mayores.
Paralelamente, Grupo Latino S.A. ha tomado contacto con diversos expertos con
una gran y reconocida trayectoria en el mundo de la hidrometalúrgia. Estos
expertos convergen en sus opiniones y tienden a pensar que la oxigenación de
soluciones para la lixiviación bacteriana debería mostrar mejoras en los procesos,
y que en el caso de las pruebas de laboratorio que se encuentra desarrollando
Grupo Latino, debido a las óptimas condiciones de temperatura y altura en que se
encuentra Santiago, es posible que no se aprecien diferencias entre pilas
lixiviadas con un refino que tenga equilibrio de oxígeno, con una que pila que
tenga sobresaturación de oxigeno en el refino de lixiviación. Este argumento toma
más fuerza aún al comparar el equilibrio de 6.5 ppm de oxígeno existente en las
condiciones de Santiago, con los 4 ppm de oxígeno que existen en las
condiciones de Quebrada Blanca. Los expertos que han sido consultados a la
fecha son los señores Esteban Domic, Luis Trincado y Miguel Herrera.
Durante este periodo nos hemos podido concentrar en monitorear algunos de los
temas que eran relevantes para nuestro proyecto, específicamente los efectos de
efervescencia y la penetración del oxigeno en la columna. En el Anexo Técnico
N°9 se presenta un conjunto de curvas que señalan la disminución del nivel de
oxigeno con el tiempo. En estas se puede apreciar que si la solución se mantiene
en reposo, saturaciones superiores a un 150% permanecen por aproximadamente
60 minutos.
Se han realizado intentos por medir la penetración del oxigeno dentro de la
columna, lo que no ha sido posible a la fecha. Se ha medido el oxigeno a la salida
de las columnas y este muestra valores muy similares a los observados en la
columna de control. Más aun, la columna con mayores niveles de oxígeno en la
cabeza muestra una tendencia a registrar niveles de oxígeno inferiores en la salida
de la solución. Esto se podría explicar porque el oxígeno no alcanza a penetrar los
2 metros o por el consumo por las reacciones químicas y biológicas. Se ha tratado
de tomar muestras de solución a un metro de profundidad de la columna. No ha
sido posible pues la medición de oxigeno requiere de una muestra de 50 ce de
solución la que no se puede obtener en periodos razonables. Se esta trabajando
en la construcción de una columna de 60 cm de altura con el solo propósito de
medir la penetración del oxigeno.
Por último, se están estudiando estrategias de regado de las pilas para
incrementar la penetración del oxigeno dentro de la pila. Dentro de estas
destacan: riego intermitente con flujos mayores y riego con inyectores
presurizados enterrados a diferentes profundidades de la pila. De los análisis que
se obtengan de estos estudios, se diseñarán las pruebas para las próximas
pruebas con minerales de otra faena.
Anexo Técnico I
ANEXO TECNICO N°1
Pruebas de lixiviación Quebrada Blanca
Informe de avance
Periodo: 11 a 26/12/06
Fecha: 26-12-2006
1. ACTIVIDADES PROGRAMADAS
? Recepción y Preparación mecánica del mineral
Caracterización química y mineralógica.
? Preparación de inóculo a partir de refino de planta
? Marcha blanca prototipo, con agua y refino
? Cinética de oxidación de hierro, mediante oxigenación.
2. ACTIVIDADES REALIZADAS
2.1. Recepción y Preparación Mecánica del Mineral
Homogeneización y cortes para obtención de submuestras para caracterización y
pruebas metalúrgicas. Realizado 15 de Noviembre.
2.2.Caracterización
Química
Se realizó caracterización
las muestras enviadas, tanto mineral de cabeza como
refino de planta. También se analizó la cabeza por barrido ICP, los resultados se
resumen en el Anexo A.
En relación a la caracterización química de cabeza se observa que la razón de
solubilidad es de 12,90 %, en relación a CuS/CuT.
Respecto del refino, se aprecia que prácticamente
todo el hierro contenido
presenta como Fe+3, situación que deberá ser corroborada
se
con QS, a partir de
refino fresco, pues es probable que en la solución enviada -la cual contiene alta
población bacteriana- haya continuado el proceso de oxidación.
En el supuesto que el refino fresco esté compuesto por Fe+2 en concentración
mayor a Fe+3, para la prueba de oxidación se deberá adicionar Fe+2 en cantidad
adecuada para obtener una solución semejante a la real.
2.3.Caracterización
Mineralógica
de Cabeza
La caracterización mineralógica fue realizada, su informe se encuentra en anexo B.
En resumen, los resultados obtenidos indican que la especie de Cu predominante
es Calcosina, la cual representa el 83,7 %,
0,57% (sulfuros secundarios
luego Covelina con 7,4% y Enargita
lixiviables en ambiente oxidante).
contenido de calcopirita es de 8,25%, correspondiente
Por su parte el
a sulfuro primario, de baja
solubilidad.
Respecto de la ganga, se aprecia alto contenido de sericita 28,33% la cual puede
ser considerada como arcilla, por lo tanto el contenido de total de arcillas sería del
orden de 33%.
3. FABRICACiÓN
DE PROTOTIPO DE OXIGENACiÓN
Instalación de prototipo de oxigenación: Realizada el 18 de diciembre 2006.
>>-
Entre 20 a 23/12/06 Marcha blanca con agua.
26/12/06 Adición de refino en razón 1:1
4. ACTIVIDADES
>-
PROGRAMADAS
PARA MES DE ENERO
Caracterización Química/Biológica de la solución de Refino
Resultados 15 de Enero
>-
Determinación de la Cinética de Oxidación de Fe+2 a Fe+3 en función de O2
sin bacterias. Semana 8 de enero
>-
Determinación de consumo de oxigeno del mineral de cabeza
5. PRUEBAS DE LlXIVIACION EN COLUMNAS.
Pruebas sobre tres columnas:
~ Columna base sin oxigenación.
~
Columna con oxigenación de la solución de riego
~ Columna con oxigenación del refino sin bacterias
Avances y programación de actividades:
~ Armado físico de las columnas: Realizado con fecha 11/12/06.
~
Inoculo generado a partir de refino planta, adaptado a mineral. Realizado
semana del 4/12/06.
~
Curado del mineral: Programado a contar del 20/01/07.
~
Instalación de prototipo 2 de oxigenación: Programada para semana del
15/01/07.
~ Comienzo pruebas de lixiviación en columna: Programadas
27/01/07.
a contar del
ANEXO A
CARACTERIZACION QUIMICA
TABLA N° 1. CARACTERIZACION
Elemento
Ley (%)
CuT
1,31
QUíMICA CABEZA
Cabeza
CuS Sulfúrico
CuS Cítrico
0,169
0,106
TABLA N° 2. CARACTERIZACION
Fe Total
1,87
QUíMICA REFINO
Fe total
Fe++
H+
TKQBA
Cu
1,41
1,33
0,053
5,24
TKQBB
1,36
1,35
0,053
5,20
REFINO
TABLA N° 3. CARACTERIZACiÓN
SAMPLE
Cu
Al
Ca
Fe
11
QUíMICA MINERAL DE CABEZA ICP
DESCRIPTION
ppm
%
%
o/o
K
%
Mg
Na
S
Ti
Ag
As
B
Ba
Be
Bi
Cd
Ce
Cr
Ga
Hg
La
Mn
Me
Ni
P
Pb
Sb
Se
Sr
TI
%
U
V
W
Zn
%
%
%
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
11
Cabeza
>10000
0,76
0,07
1,85
0,23
0,18
0,02
1,68
0,02
1,2
5
<10
100
<0.5
<2
2,2
10
9
<10
<1
10
50
155
24
210
24
<2
3
37
<10
<10
14
<10
47
ANEXO B
CARACTERIZACION MINERALOGICA
INFORME 572/06
CARACTERIZACION
MINERALOGICA
DE
UNA MUESTRA DE CABEZA
GEOMET S.A.
ATT.
Sra.: Maybell Escanilla.
Gerente-Ingeniera
Mineralogía Aplicada a Metalurgia
POR
(M. A. M. Ltda.)
Mineralogía
Sr. Franco Barbagelata
Mi neralogista
Diciembre 26, 2006
INTRODUCCiÓN
Se recibió de parte de GEOMET S.A., una muestra de mineral correspondiente
a
Compósito Cabeza P-159, proveniente de Quebrada Blanca, Grupo Latino.
El estudio
realizado
estuvo dirigido al análisis mineralógico
cuantitativo
de los
minerales opacos.
METODOLOGíA
EXPERIMENTAL
Después de recibir la muestra, se preparó una briqueta para el estudio de minerales
opacos (composición
mineralógica
de opacos) y una sección transparente
para
analizar los minerales no metálicos.
Para preparar una briqueta se tomaron tres gramos de muestra,
utilizando
un
cuarteador, la que, una vez montada se desbastó y pulió.
Para determinar la composición mineralógica, se empleó el método estadístico de
conteo de puntos utilizando una placa de integración, con una red métrica de 400
puntos (intersecciones),
adosada a un ocular de 12,5x del microscopio
óptico y
objetivo de 16x.
A continuación,
contabilizados,
se calculó
el porcentaje
utilizando el peso específico
en peso de los granos
de mineral
de cada uno de ellos, y luego se
extrapoló con el peso de la ganga hasta alcanzar los valores dados por los análisis
químicos.
La contribución de los elementos químicos contenidos en la fórmula de cada mineral
es teórica, tomada de valores de la Bibliografía Mineralógica.
La participación de los elementos químicos contenidos en la fórmula de cada mineral
es teórica, tomada de valores de la bibliografía mineralógica.
Los minerales no metálicos se cuantificaron utilizando el mismo método mencionado
para los minerales opacos. Los resultados de este conteo se extrapolaron
con el
porcentaje de ganga no metálica determinada en el conteo de minerales opacos.
El análisis de conteo de ganga no metálica es referencial, las fracciones muy finas
de la muestra se eliminan al preparar la sección transparente, porque el espesor de
la sección transparente debe ser de 38 11m,todo grano por debajo de este tamaño
cambia la propiedad
mineral.
óptica que los identifica,
impidiendo
el reconocimiento
del
RESULTADOS
Compósito
Cabeza P-159
Minerales
% Peso
Calcopirita
Calcosina
Covelina
Enargita
Pirita
Molibdenita
Magnetita
Hematita
Rutilo
Ganga
0.24
1.07
0.11
0.01
2.28
0.03
0.03
0.01
0.01
96.20
100.00
Total
Distribución
de minerales opacos y oxidados de cobre
Cabeza P- 1-----..-----,
• Compósito
159
<1l
-<:::
-5.
O
u
ro
Ü
<1l
<1l
-(ji
O
u
a;
e
ro
Ü
e
>
O
o
~
.~
ro
e
<1l
-<:::
c:::
UJ
¡Mineralesl
----
~
·c
<ll
U
'º(5
~
.~
Qí
e
OJ
ro
~
ro
.g
E
a:
ro
<ll
I
S
Compósito
Cabeza P-159
0/0 Peso
Minerales
5.03
0.27
Arcilla
Clorita
Biotita
Cuarzo
Epidota
Jarosita
Plagioclasa
Feld. potásico
Sericita
Turmalina
0.58
51.71
0.33
0.89
2.09
9.05
29.45
0.60
Total
100.00
Distribución de minerales no metálicos
• Compósito
2 P-164
70.00
60.00
50.00
40.00
l% pesol
30.00
20.00
10.00
0.00
"
11
'"
~
.~
.~
-c
()
.~
o
ro
o
N
~
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o
---
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a.
W
I Minerales I
~
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2
-,'"
'"
~u
en
.2
O)
'"
o,
o
u
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.~
o
a.
~
(J)
1..L
~
'(3
'C::
(J)
(fJ
'"
e
ro
E
:::>
r-
MUESTRA: Compósito Cabeza P-159
Se observó la presencia de sulfuros de cobre como: calcopirita
1.07%, enargita 0.01% y covelina
0.24%, calcosina
0.11%.
El contenido de pirita alcanzó a 2.28% y molibdenita
0.03%.
También se detectó la presencia de mineral oxidado de fierro, magnetita
0.03%, y
hematita 0.01 %.
La ganga
no metálica
de la muestra,
generalmente
libre, cuyos valores
son
referenciales debido a la dificultad para el conteo, granos muy finos, bajo 38~m o
bien a la escasez de estos. Se ponderó con la ganga no metálica calculada en la
composición
de
determinaron
los siguientes
0.32%, jarosita
opacos
versus
ganga,
minerales:
0.85%, plagioclasa
determinada
biotita
como
0.56%, cuarzo
2.01%, feld. potásico
un
49.75%,
8.71%, turmalina
y sericita 28.33%.
Se observaron minerales de arcilla, caolinita
96.20%.
4.84% y clorita 0.26%.
Se
epidota
0.58%
MUESTRA: Compósito Cabeza P-159
eomposrcion
Minerales
Calcopirita
Calcosina
Covelina
Enargita
Pirita
Molibdenita
Magnetita
Hematita
Rutilo
Ganga
Total
Cu Tot.
Cu Tot.
minera 1'·
oqrca d e 100 0;(o d e M·mera es opacos
% Peso
% Vol.
%S
%Cu
0.24
1.07
0.11
0.01
2.28
0.03
0.03
0.01
0.01
96.20
0.16
0.52
0.07
0.01
1.25
0.02
0.02
0.01
0.01
97.95
0.09
0.22
0.04
0.00
1.22
0.01
0.08
0.86
0.08
0.01
100.00
100.00
1.57
omca d e10
C ompostcron minera 1'·
Minerales
o
0.02
0.01
e
1.02
0.11
1.13
Pirita
Total
100.00
41.93
27.467
Enargita
C omposicron
Minerales
Calcopirita
Calcosina
Covelina
Enargita
Total
%Fe
%Cu
%S
% Peso
1.17
0.02
0.002
mera es Su Ifura d os de Cuv Fe
2.266
22.998
2.044
0.158
Covelina
0.002
1.06
2.29
5.79
1.03
0.11
32.72
Calcosina
0.07
0.02
6.55
28.78
3.07
0.33
61.27
Calcopirita
%Fe
%Mo
%As
1.99
0.06
28.55
30.54
minera 1'·
oqica de 100 0;(o d e minera es su Ifura d os de C u
%As
%Fe
%S
%Cu
% Peso
5.14
5.851
5.92
16.91
59.374
74.31
14.94
5.278
2.66
7.94
0.407
0.16
0.84
0.28
0.16
70.910
5.14
100.00
23.79
0.06
100 % Cu
8.25
83.73
7.44
0.57
100.00
Composición
mineralógica
de 100 % de Minerales de Fe (Oxidos e Hidroxidos)
Minerales
% Peso
% Fe Muestra Total
Magnetita
Hematita
Limonita
66.67
33.33
0.02
0.01
Total
100.00
0.03
Composición
mineralógica
de minerales
% Peso
% Ponderado
Arcilla
Clorita
Biotita
Cuarzo
Epidota
Jarosita
Plagioclasa
Feld. potásico
Sericita
Turmalina
5.03
0.27
0.58
51.71
0.33
0.89
2.09
9.05
29.45
0.60
4.84
0.26
0.56
49.75
0.32
0.85
2.01
8.71
28.33
0.58
Total
100.00
96.20
Minerales
no metálicos
%5
%5i02
2.32
0.08
0.20
49.74
0.08
0.20
%A1203
%CaO
1.99
0.05
0.10
0.04
0.29
0.11
0.11
%Fe
1.22
5.64
12.82
0.22
0.12
72.25
0.72
0.50
1.60
10.88
0.13
15.12
0.13
Análisis químicos
GEOMETS.A
ALS CHEMEX
Análisis Químico de Cabeza
Identificación de la muestra
Compósito Grupo Latino P-159
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
SAMPLE
Al
Ca
Fe
K
Mg
Na
S
Ti
Ag
As
Cd
B
Ba
Be
Bi
Co
Cr
% Cu
% Cu Sol.
%Fe
%S
1.16
0.106
1.87
1.68
DESCRIPTION
%
%
%
%
%
%
%
%
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
Cabeza
0.76
0.07
1.85
0.23
0.18
0.02
1.68
0.02
1.20
5.00
2.20
<10
100.00
<0.5
<2
10.00
9.00
Análisis
Químico de Cabeza
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
ME-ICP41
SAMPLE
Cu
Ga
Hg
La
Ni
Pb
Mn
Mo
P
Sb
Sc
Sr
TI
U
V
W
Zn
DESCRIPTION
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
Cabeza
>10000
<10
<1
10.00
24.00
24.00
50.00
155.00
210.00
<2
3.00
37.00
<10
<10
14.00
<10
47.00
Formulario
Minerales
Sulfuros y sulfosales de Cu
Calcopirita
Calcosina
Covelina
Bornita
Minerales de Fe y Ti, sulfuros,
Pirita
Hematita
Limonita
Rutilo
Minerales de la ganga, silicatos
Cuarzo
Muscovita
Plagioclasa
Feld. potásico
Sericita
Turmalina
I
Fórmula
Cu Fe S 2
Cu 2 S
Cu S
Cu 5 Fe S 4
sulfatos, óxidos
Fe S 2
Fe 2 03
FeOOH
Ti O 2
Si02
K AI2 (Al Si3 010 ) ( OH h
(Ca, Na) ( Al, .Si ) Al Si 2 O 8
K Al Si 3 O 8
K Ab (Al Si3 010 ) ( OH h
( Na, Ca ) ( Mg, Fe, Li ) 3 Al 6 B
Si
6
O 27(OH)
Al 4 ( Si 4 O 10 ) (OH) 3
( Mg, Al ) 3 ( Al Si 3 O 10) (OH) 2 Mg
3
(OH)
3
Arcillas
Arcilla
Clorita
6
4
Fotografía Compósito Grupo Latino P-159
380x. N 11. Calcosina Asociada a calcopirita.
380x. N 11. Calcopirita asociada a pirita, con una fina inclusión de calcopirita.
Fotografía Compósito Grupo Latino P-159
380x. N 11. Calcosina asociada a pirita.
380x. N 11. Covelina y calcosina asociada a calcopirita.
Fotografía Compósito Grupo Latino P-159
380x. N 11. Covelina y calcosina asociada a calcopirita
ya no metálico.
Anexo Técnico 11
Anexo Técnico 111
¡------------------l
I
I
I
I
NOD1EDGIUIA'IOITIIf.CfOIBD(~
I
_._
I
I~
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
IL
-.
_
.
..
-
-
I
-
-
LaJlOUl """' ••••
0Idgen0cIdn
I
etlplantlldepiOt»110
SIE
I
I
~
-----
-
Anexo Técnico IV
r------------------l
b
o
~
daJ
O
VAL VULA
BOMBA
PLASnCA
SELENIDE
$LI4ERGlDA
V"'-WL.~ ¡l¡HTI
REGULADCR
RtTllRNJ
PRES[DN
TRAMA lIQUlllOS
=
L--
--- --- --- --- --- --- --- --- ~
Anexo Técnico V
1-------------------1
1
1
1
1
TUNlCO JIiS
PAOronPO DE U •••• TtlUC te
N:lCO
1
VtST~ JI
1
1
1
1
b
V••••VIL.
1
" •• 1IC' •••• _
1
<©_S\KRGIIIA
1
liI
IIN.. VlI..A
NilTI
RElDRICl
~=~~SIllN
Vlsr .•. U
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
L
"",
.
SOLUCIllN
1
1
1
J
Anexo Técnico VI
ANEXO TECNICO
BOMBAS PARA APLICACIONES
N6
INDUSTRIALES
STAINLESS STEEL AXIAL FLOW
SUBMERSIBLE PUMPS
Carry Pllmp~ are an economical solntion lo all yom water managemenr needs. These pumps
are well suired for high vohune. low hend npplicarious like aquaculture t1'>11farnung, agriculrural
field drainage. golfcourse watering systems. laudscaping waterfalls. arte .•.ian wells. aud fountains.
municipal stonn water systeins. subdivisions, manufacrnred home couununiries. parking 10b.
water transfer and sub-irrigarion.
•
•
•
•
•
•
•
•
Corrosion Resisranr Srainless Steel Coustrnction
Hizli Volume: 50 to 1.450 Gallons Per Minute
Low Head: 2' to 25' of Total Dvnanuc Head
Available in Single or Three Phase
12 '10 15 Horsepower
200. 230. 460 or 575 ''Ohs
Axial-Flow lift for 511100111. low vibration. low prcssure
Rated for up ro 30 cycles per hour 01' courinuous dury
Economical and efficieur ro operare
Water lubricared motor - environmenrally safe
Pumps are a\';)¡¡'1\)1~III vertical
01'
horizontal sryles with
or withour srrainer screens.
1
r __
AII CaIT)' Pumps are built to la.•.t. With Stauiless
Steel Consnucrion and durable Franklin Electric
inorors and conrrols, your pump should give you mauy
years of rrouble free operarion. All producrs come
wirh a oue year limited warranry asamst manufac-
t;:~':e~::"I::::::::':':::a
call Carry Manufacturing
Carry Manufaeturing,
Typlcal Drníunge Iustallation
free
estímate,
today;
Ine.
1514 S. Knight Road
Munger. MI 48747-9703
(989) 659-3500 or 1-800-492-2779
Fax: (989) 659-3506
V/v.fw.carrymfg.com
STAINLESS STEEL AXIAL FLOW
SUBMERSIBLE PUMPS
,
1'- "",,-
,
IlofPELLER
•••••
~
1"""0
~;
,,~~
1-2 HP pumps are available in eirher vertical
or horizontal styles. These pumps can be
single pila se. 2-wire in either 115 or 230
volrage. 3-wire in 230 volrage and tluee
phase in 200. 230 or 460 volrs.
....•....
"'-,'"
JJlJ'I-:JJ.f.·R "
2- Wire pumps do not require a control
panel. These pumps can be wired direcrly
1"'
uno a circuir breaker or outlet for operation.
~ ~
..•Single phase. 3-wu·e and three phase pumps
require a control panel.
.,
Q
~~~~~~~~~~~
Flow in l/.S. (;sJlons por Minute
112HP PERFOR'IAl~CE CrRVE
Single Phase Control Panels are used for
Three Phas e Control Panel; are used
Single Phase. 3-Wire Pumps only These
for Three Phase. ~OO.230
comrols conrain the start and run capaci-
Pumps. These conrrols conram a motor
tors
starter
ro operare
available
«íelux
i
with
rhe motor
or
wuhour
and
a
are
switch
available
and
Puml) DesCliptloll (Effectln 7006)
Single Phase. 2-Wlre. 115 \01t Puwp 01lly
Single Phase. 2-Wire, 230 Volr Pnnjp oníy
Single Phase. _\-\Vire. 230 Volr Pump, Delux
Three Phase, 200 Volr Pump. Delux Control
Three Phase, 2.10 Vol! Pump. neiox Control
Tlu·ee Pha,e. 460 '·olt Pump, Delnx Control
-160Volt
a rransfonuer aud
1\"1111 01' W1IhOUT
1'\11111' 11.111
01
a
;\\"1Ic11
DFD Floatv are' used with both
<,ingle and Three Phase pumps
and
Control
Panels.
are
devises ruru
and
with rhe water level
Ih",
These
pump ou and off
hght \ delux i
Control Panel and DFD Floats
Panel and DFD Floars
Panel and DFD Floats
Panel and DFD Floats
'-t>11iclll
Style
$1.240,00
$1.300.00
SI.":'35,00
S2.5_~0,00
sz.sso.oo
S2.480.00
Horízoural
5ty1e
51.190.00
51.245.00
51.680.00
52.4"'".00
52.4-".00
52.42:"',00
Anexo Técnico VII
ANEXO TECNICO
N7
MANUAL DE OPERACIONES
EQUIPOS DE OXIG ENACION
GRUPO LATINO
28/12/2006
1.- Generalidades.
El equipo descrito trabaja en dos ciclos (batch). Durante un periodo el sistema recambia
la solución existente en su interior, entregando solución con alto nivel de oxigenación y
succionando la solución a ser oxigenada. Durante el otro periodo el sistema oxigena la
solución contenida en su interior. Durante este periodo el sistema no intercambia
líquidos con el exterior. En su primera versión el sistema se temporizo en periodos de
10 Y 10 minutos respectivamente. Esta temporizacion se podrá modificar posteriormente
solo por personal de Grupo Latino.
El equipo trabaja con aire comprimido, el que debe ser suministrado por un compresor
externo. El equipo tiene un regulador de presión que permite fijar la presión de trabajo
en forma independiente de la presión entregada por el compresor.
2.- Condiciones
•
•
de seguridad.
Presión máxima. El equipo esta diseñado para una presión máxima de trabajo de
6 bar.
Válvula de seguridad. El sistema cuenta con una válvula de seguridad conectada
a una manguera de presión. Esta válvula debe ser ubicada de tal manera que la
solución y gases que escapen al producirse un incremento de presión, no
representen un riesgo para el personal. La válvula se entrego calibrada a 5,5 bar.
3.- Encendido
del equipo.
El equipo cuenta solo con un enchufe, sin interruptor. Al conectar la energía, el equipo
comienza sus ciclos de 2 y 5 minutos.
Al momento de encender el equipo, este debe tener líquido en el recipiente desde donde
succiona, en cantidad suficiente para llenar sus cavidades internas, 10 litros a lo menos.
Durante su operación, al extraer y devolver solución al sistema se debe tener la
precaución de que el nivel no baje y siempre se mantenga con holgura por sobre el nivel
de succión. Si el equipo succiona una mezcla de solución y aire, funcionara mal y se
podrán producir daños en sus partes y piezas. El equipo posee un flotador que se
dispone en el recipiente donde se mantiene la solución a oxigenar. Cuando la solución
disminuye de un nivel de seguridad el flotador interrumpe la entrega de energía al
sistema.
En su partida el sistema no debe ser cebado. El sistema se ceba automáticamente.
Incorporación de aire comprimido. Antes de encender el compresor y suministrar aire
comprimido al sistema, se deben esperar a lo memos tres ciclos completos (21 minutos)
y verificar que la salida y entrada de liquido al sistema ocurre con naturalidad.
4.- Apagado del equipo.
El equipo puede ser apagado (desenchufado) en cualquier momento de sus ciclos. Al
enchufarlo nuevamente el sistema reinicia sus ciclos desde cero (sin memoria). Lo
anterior es valido siempre y cuando se mantuvo el nivel de solución. Si el equipo se
quedo sin suministro de solución se debe eliminar la presión antes de encenderlo. Para
eliminar la presión se debe cerrar la lleve de paso instalada en el punto donde se conecta
el compresor. En los dos equipos instalados existen diferentes formas de descargar la
presión. En el fabricado en base a tubos plásticos, se recomienda utilizar la válvula de
seguridad. Se debe ser cuidadoso pues por esta saldrá una mezcla de aire comprimido y
algo de solución. En el equipo construido con cavidades de filtro, se debe abrir la llave
de paso que no tiene manilla (utilizar una herramienta como alicate). Se cuidadoso al
abrirla, abrir muy lentamente para permitir un escape paulatino del aire y solución
contenidos.
5.- Purgado del sistema.
Cuando sea necesario eliminar toda la solución del sistema, para cambiarla por otra o
para suspender la prueba y guardar el equipo, se debe proceder de la siguiente manera:
•
•
•
•
Apagar el equipo (desenchufarlo).
Eliminar la presión de aire. Para eliminar la presión se debe proceder de acuerdo
a lo señalado en 4.
Volver a encender el equipo con el objeto de que este bote la solución contenida
en su interior. Obviamente que en esta etapa el recipiente donde el equipo
succiona debe estar vacío, sin solución. Con el objeto que la bomba que esta en
este recipiente no funcione en vació, esta debe ser desenchufada (esta es la única
bomba que tiene enchufe y que puede ser desenchufada). Suspender esta
actividad cuando la bomba interna del equipo deje de succionar solución.
Finalmente será necesario purgar la solución contenida en la bomba interna del
equipo. Proceder de la siguiente manera:
o Equipo construido con cañerías plásticas:
• Apagar (desenchufar) definitivamente el equipo.
• Desconectar conexión americana anterior y posterior a la bomba
señalada, logrando independizarla del resto del equipo. Inclinarla
de tal manera que la solución contenida en su interior fluya al
exterior.
o Equipo construido con cavidades de filtro.
• Apagar (desenchufar) definitivamente el equipo.
• Abrir todas las llaves de paso manuales. Inclinar el equipo para
permitir la salida de la solución.
6.- Falla de funcionamiento.
Si se produce una falla en las válvulas del equipo o en el controlador automática de este,
el sistema dejara de realizar los ciclos y todas las válvulas se cerraran automáticamente.
Esto se percibirá desde el exterior porque el sistema no succionara solución ni entregara
solución oxigenada. En este caso desenchufar el equipo, cortar el aire comprimido y
comunicarse con Antonio Bordeu Fono 097799850
Anexo Técnico VIII
Lixiviación Columnas de Minerales de Cobre
Caso 1: Quebrada Blanca, Súlfuros
Secundarios
De los análisis mineralógicos realizados al mineral, se obtuvo que la especie de
Cu predominante es Calcosina, la cual representa el 83,7 %, luego Covelina con
7,4% y Enargita 0,57% (sulfuros secundarios lixiviables en ambiente oxidante). Por
su parte el contenido de calcopirita es de 8,25%, correspondiente a sulfuro
primario, de baja solubilidad.
La Tabla n01 resume los resultados de disolución de cobre hasta el día n041 de las
pruebas de lixiviación:
Prueba
Tiempo
Lixiviación
Condiciones
de Riego
Recuperación
CuT
Consumo
Ácido
Bruto
N°
Días
Oxigenación
gpt
(%)
(kg/t)
C-1
41
Natural
6,5
33,47
10,06
C-2
41
Media
9,5
30,80
9,99
C
41
Alta
11
30,12
9,91
La evolución de la extracción de cobre a partir del mineral en lixiviación es la que
se refleja en el gráfico n01. Adicionalmente en este gráfico es posible distinguir una
evolución de las siguientes tres etapas de lixiviación:
Inicio Etapa
Día
°
Lixiviación
Tipo
Predom inante
Lixiviación
Superficial
Química
Observación
Lixiviación
las
de
mineralógicas
especies
más solubles en ácido y
presentes en el mineral,
como
la
covelina
y
calcocina.
Estas
se
encontraban
en
la
superficie de la matriz de
mineral
por
lo
que
tomaron rápido contacto
con el ácido. Esta etapa
inicial se caracteriza por
una rápida cinética debido
a la lixiviación superficial.
Día 7
Día 15
Lixiviación
Intersticial
Química
Lixiviación Bacteriana
las
Lixiviación
de
especies
mineralógicas
más solubles en ácido y
presentes en el mineral,
como
la
covelina
y
calcocina. Estas especies
se encuentran ubicadas
ya no en la superficie del
mineral si no en la misma
matriz, por lo que el ácido
debe
llegar
a
ellas
mediante
pequeñas
fisuras existentes en la
matriz del mineral. Debido
a esto es su mayor
tiempo de lixiviación y
menor
cinética.
Etapa
mixta
de
control
superficial y difusional.
Comienza una vez se
activan
las
bacterias
presentes en el sistema.
Estas bacterias provienen
de
un
e~ado
de
hibernación, y les toma
algunos días sobrepasar
el período de activación.
Al comenzar la actividad
bacteriana, se comienza a
re- generar nuevamente
el Férrico que permite
mantener un potencial de
oxidación sostenido para
lixiviación
las
de
la
especies mineralógicas.
Cinética de Disolución de Cu
50 ~----~------~------------~-------------------
40
-j------+--
-+-- Cu Rec CU QB Estándar
-+-- C-2 Rec Cu Ox Media
o
-A--
C-3 Rec Cu Ox Alta
A---~~--L---~--------~--~----~--~----~----
o
10
20
30
40
50
Tiempo de Lixiviación (días)
Respecto al consumo de ácido, es posible observar en el gráfico n02 que no
existen prácticamente diferencias entre una columna y otra:
Cons umo de Acido (kg/t)
15 ~----------------------------------------------~
-+- Consumo
-+- Consumo
---.-
10
Acido Bruto C-I
de Acido Bruto C-2
Consumo de Acido Bruto C-3
5
0,0
20,0
10,0
40,0
30,0
50,0
Tiempo de Lixiviación (días)
Respecto al Férrico, es interesante
gráfico n03, debido a que es evidente
15- 16 de lixiviación. Es en este
bacteriana, la que por características
férrico por la reacción:
Fe+2 + 112 O2 + 2H+
el comportamiento que se muestra en el
el incremento que este posee a partir del día
momento, donde comienza la lixiviación
de la curva atribuíble a la generación de ión
-7 Bacterias -7
Fe+3 + H20
Debido a los altos contenidos de Pirita existentes en el mineral, es posible concluir
que las bacterias están generando Férrico a partir de la lixiviación de esta pirita y
no de la calcopirita, debido a que esta última es mucho más refractaria que la
primera. También es posible observar que a partir del día 30 el férrico se comienza
a estabilizar en el PLS de la salida de las columnas.
A la fecha, no es posible concluir que el oxígeno tenga un efecto, ya sea positivo
o negativo, en la lixiviación bacteriana de sulfuros secundarios.
Si se analiza un poco más al detalle, es posible observar que los puntos
adicionales de recuperación de cobre obtenidos en la columna con oxigenación
estándar, conversan de la mano con la leve mayor producción de férrico de esta
columna.
Fe+3
2 ~------------------,,-------------------------------,
----.-.
----.-.
C- 1 Rec Fe+ 3 Ox
Estandar
C-2 Rec Fe+3 Ox Media
---+- C-3
Lixiviación
Bacteriana
Rec Fe+ 3 Ox Alta
Lixivia ció n Química
O
10
20
30
40
Tiempo de Lixiviación (días)
Finalmente, respecto a la oxigenación de las pilas, es posible observar que el
oxígeno de salida es muy similar para las 3 columnas, sin embargo es posible
distinguir que el de entrada es diferente y en el caso de las columnas 2 y 3
bastante irregular. La razón de este comportamiento
poco lineal fue la
irregularidad del flujo de regadío y todos los intentos por hacerlo más estable.
Adicional a esto, es relevante tener en cuenta los cambios de temperatura
existentes en las condiciones de Santiago, lo cual afecta también la concentración
del oxígeno existente en el refino de entrada. El comportamiento del oxígeno en
las pilas de lixiviación se muestra en el gráfico n04.
OXIGENACIÓN c-i, 2 y 3
20
-+- C-I QB 02 Entr
-+- C-2 QB M 02 En
-+- C-3 QB 02 Entr
18
Elc.. 16
~
N
C- 1 QB 02 Salida
C-2 QB 02 Salida
-<>- C-3 QB
2 Salida
~
rada
~
14
O 12
1:
..
-e
-=
Cj
•••
1:
~
10
8
1:
6
U
4
Cj
o
2
O
•
0,0
10,0
20,0
Tiempo de Lixiviación (días)
30,0
40,0
Anexo Técnico IX
Anexo N° 9
Gráfico de Efervescencia
3
2,5
t:
2
'0
o
ca
a...
:J
1,5
ca
en
-t-Agua
1
~
0,5
O
0:00
0:14
0:43
0:28
Tiempo
Agitada
Agua poco agitada
-'-Agua
tranquila
~Solu.
Poco agitada
-Solu.
Tranquila
0:57
1:12
ANEXO 2
Informe Final
Código del proyecto
205-4900
Oxigenación
de Soluciones de Lixiviación
Minería del Cobre.
Empresa beneficiaria
Grupo Latino S.A.
Informe Técnico Estado De Avance N°2
14 Febrero 2008
en
íNDICE
1
ANTECEDENTES
2
DESCRIPCiÓN DE ACTIVIDADES DESARROLLADAS
2.1
GENERALES
Lixiviación de Escorias
2
Montaje Experimental y Materiales
2
2.1 .2
Preparación del Mineral.
3
2.1.3
Carguío y Puesta en Marcha de la Etapa de Lixiviación
2.1.4
Resultados
2.1.5
Análisis Conceptual del Proceso de Solubilización de Oxígeno en
2.1.6
2.2
.4
5
10
Análisis de la Estructura Interna del Lecho Empacado y su Efecto en
el Suministro de Oxígeno al Sistema
~
2
2.1.1
Solución
.
2
Adaptación de reactores de oxigenación
12
16
3
CONCLUSIONES
18
4
ANEXOS
19
INFORME TÉCNICO DE ESTADO DE AVANCE.
1
ANTECEDENTES GENERALES
El proyecto comenzó a operar el 1 de Noviembre del 2006 y al 31 de diciembre de
2008 se cumplen 12 meses de desarrollo, con lo cual corresponde la entrega del
avance N°2.
Los objetivos definidos para esta segunda etapa y el grado de avance de cada una
de ellas es la siguiente:
2
DESCRIPCiÓN DE ACTIVIDADES DESARROLLADAS
Con el fin de lograr los objetivos mencionados se plantea la siguiente metodología
de trabajo:
2.1 Lixiviación de Escorias
Durante este período del proyecto
la tecnología
desarrollada
se utilizó para
evaluar su impacto en el mejoramiento de la recuperación de cobre en un proceso
de lixiviación de escorias de descarte mediante la disolución de oxígeno en la
solución de lixiviación.
2.1.1
Montaje Experimental
y Materiales.
En Figura 1 se muestra el montaje experimental utilizado en ésta segunda etapa
del proyecto.
En términos
cualitativos,
para llevar a cabo este estudio,
se
utilizaron 2 columnas de PVC de 20 cms de diámetro y 1 m de altura las cuales se
montaron sobre una estructura metálica y nivelada de manera rigurosa con el
propósito de evitar canalizaciones durante la operación.
se oxigena
mediante
oxigenación
los que permiten aumentar
líquida.
pulsos de alta presión
La solución de lixiviación
generados
la concentración
en la máquina
de
de oxígeno en fase
En forma simultánea la bomba peristáltica capta solución del estanque y
2
la impulsa hacia la parte superior de la columna provocando
solución a través del lecho empacado de escoria.
Por otra parte, en la parte
inferior de la columna se capta la solución (denominada
cobre en solución.
la irrigación de
PLS) que contiene el
A continuación se describe con mayor detalle cada etapa del
proceso experimental, focalizado en la obtención de cobre y en estudiar el efecto
del enriquecimiento de oxígeno por sobre la recuperación de cobre.
•
Figura
1: Montaje
experimental
para la lixiviación
de escorias
de descarte
utilizando una maquina de oxigenación de solución ácida.
2.1.2
Preparación
del Mineral.
En el caso de cada columna se realizó un idéntico procedimiento de carguío, en el
cual escoria previamente
chancada a una granulometria
bajo Y2 pulgada fué
sometida a una etapa de roleo y cuarteo con el propósito de generar un cono de
material bien mezclado,
homogéneo
y representativo.
consideró una masa neta de escoria de 64.8 Kg; a esta
Para la columna
1, se
se midió el ángulo de
reposo del cono para lo cual se determinó que la altura de cono es de 18.5 cm y el
diámetro es de 60.5 cm resultando un valor de 30.1 grados.
En el caso de la
3
columna 2, se repitió la misma metodología con una idéntica masa de escoria
resultando un cono de 18.5 cm de alto y 63 cm de ancho lo que entrega un ángulo
de reposo del material de 30.4 grados.
Posteriormente,
ambas fracciones
de mineral se sometieron
a un proceso de
curado, el cual tiene como objetivo controlar la liberación de sílice durante la etapa
de lixiviación evitándose así el problema de gelificación y posterior taponamiento
de las columnas.
La etapa de curado se realizó con una tasa de 185 kg de ácido
sulfúrico/ton de escoria y 80 kg de agua/ton de escoria, lo que en otros términos
se traduce en 7 litros de ácido y 10 litros de agua adicionados a la escoria.
2.1.3
Carguío y Puesta en Marcha de la Etapa de Lixiviación.
En este proyecto se utilizaron 2 columnas de lixiviación,
una operó con una
solución rica en oxígeno y la otra columna operó con una solución de lixiviación
con un contenido de oxígeno dado por el equilibrio termodinámico
de Gibbs.
Ambas columnas fueron cargadas y se procedió a curarlas a una tasa de irrigación
de 10 lt/hrrr'.
cementación
Como consecuencia
significativa
del proceso de curado
se produjo
de la escoria lo que impidió el flujo estacionario
solución lixiviante a través del lecho.
Bajo estas circunstancias,
una
de
se procedió a
realizar una nueva operación de cargío utilizando para tal efecto 40 kg de la
misma escoria en cada columna y se comenzó el proceso de lixiviación utilizando
una solución de 80 gpl de ácido sulfúrico por un período de 88 días.
Durante el período de lixiviación, se siguió un control exhaustivo de ésta a través
del monitoreo de parámetros críticos del proceso como son: temperatura, flujo, pH,
potencial
de solución,
consumo
de ácido
y concentración
de cobre.
El
procedimiento de monitoreo de concentraciones se hizo mediante un control diario
durante los primeros 22 días de operación, para posteriormente
hacer control de
soluciones en compósitos cada 3 días. En el caso de las otras variables, se hizo
control diario.
4
2.1.4
Resultados.
En Figura 1 se muestra los resultados de la recuperación de cobre en función del
tiempo para ambas columnas.
Se observa que ambas columnas siguen un patrón
similar en la disolución de cobre.
En los primeros 20 días existe un control
químico en el proceso lo que es consistente con la disolución preferencial del
cobre ubicado en la superficie externa de las partículas.
A partir del día 20 la
velocidad de disolución de cobre empieza a disminuir de manera sostenida lo que
se asocia a que el proceso global empieza a ser controlado tanto por la lixiviación
externa y el proceso de difusión de los iones en el interior de las partículas de
escoria.
Finalmente, a partir del día 60, el proceso es controlado prácticamente
por la difusión intrapartícula.
El nivel de recuperación de cobre alcanzado en 88
días de operación fue de un 90.64% para Columna 1 y un 85.48% para Columna
2.
En Figura 2 se muestra la diferencia de recuperación
definida
como
recuperación
porcentual
de cobre
entre ambas columnas;
de columna
1 menos
la
recuperación porcentual de cobre de columna 2. Se observa que en los primeros
5 días la diferencia es mínima debido a la salida de cobre solubilizado en la etapa
de curado y el cobre superficial atacado por el ácido en la lixiviación.
Entre los
días 5 y 18 se observa un aumento de 4 puntos porcentuales y a partir del día 25
la diferencia se hace estacionaria en el orden de los 5 puntos porcentuales.
5
Figura 1: Recuperación de cobre vs tiempo en proceso de lixiviación de escorias.
Diferencia de Recuperación de Cobre entre Columna 1 y Columna 2
6,0
\
~ 5,0
rE
-e
.~ 4,0
~
aI! 3,0
~
·11
! 2,0
•
:t::
e
1,0
0,0
°
20
40
60
Ti..,o,
80
100
días
Figura 2: Diferencia de recuperación de cobre entre la Columna 1 y Columna 2.
Entre
los parámetros
críticos
de proceso
de ambas
columnas
la principal
diferencia radica en que Columna 1 tiene un contenido más alto de oxígeno que la
.»
6
Columna 2. Bajo ese escenario, se puede explicar la diferencia de recuperación a
través del siguiente mecanismo de reacción el cual solo ocurre en ambiente ácido:
1.
En esta reacción, una fracción del fierro contenido en la escoria se disuelve en
solución ácida como ión ferroso y reacciona con el ión cúprico para dar como
producto ión férrico y el ión cuproso.
En presencia de oxígeno en solución, el ión
cúprico reacciona para producir el ión CuO; mediante la reacción:
Cu2+ + O2
~
Cuo;
2.
En ambiente fuertemente ácido, el ión CuO; reacciona con el ión H+ para restituir
el ión cúprico y generar el ión HO~ mediante la reacción:
3.
Por otra
parte,
simultáneamente
el ión cúprico
generado
en reacción
1 se restituye
para
consumir protones y generar peróxido de hidrógeno el cual es un
potente agente oxidante y catalizador.
La reacción se representa como:
4.
De especial relevancia en el análisis de los resultados establecidos
es que los
insumas
1 a 4 lo
exógenos
del sistema
reaccional
dado
por ecuaciones
constituyen el oxígeno y el ácido e implícitamente la temperatura.
En el caso del ácido, se observa que el protón participa en 3 reacciones, y por lo
tanto es importante hacer una comparación de las concentraciones
entre ambas columnas.
en la salida
Figura 3 muestra la razón entre las concentraciones
(Columna 2/Columna1) de ácido, observándose que ha partir del día 18 el valor
7
oscila
en el entorno
comportamiento
de 1 lo que demuestra
que en ambas
columnas
el
del protón es similar y se puede inferir que en el sistema
reaccional en fase líquida del lecho poroso el protón no es un reactante limitante.
Razón de Concentraciones
<V
en
!!!
e
el>
o
oc
'C:;
'"'oc
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e
'0
'C:;
<V
.b
e
el>
u
e
o
(,)
el>
oc
e
o
N
<V
CE:
2,0
1,8
1,6
1,4
de Acido en la Salida COlumna 21Columna 1
----
-,--......
~---
1,2
1,0
0,8 --+-0,6 -l---------c._0,4
••
•
..•.
••
•
•
•••
-.
•
+----+-.••
+---
•
+
---- --
0,2
0,0
O
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo, días
Figura 3: Razón entre la concentración de protones en la salida de Columna 2 y la
concentración de protones en la salida de Columna 1.
En el caso de la temperatura, la Figura 4 indica que ambas columnas presentan
un comportamiento similar, es decir, el calor generado por la exotermicidad de las
reacciones es absorbido o disipado de manera similar en ambos sistemas.
Esto
se ratifica por la temperatura de la solución de salida en la columna.
8
Variación de la temperatura
lixiviación
de solución de
35,0
30,0
oo
25,0
j
20,0
af
~
---
-
.
•·_··a.~l.t
." .........
. . • . ..
.
-.-
y--
• Columna 1
lIS
~
Q)
a. 15,0
E
Q)
....
. Columna 2
10,0
5,0
0,0 .
O
20
40
60
100
80
Tiempo, días
Figura 4: Variación de la temperatura de la solución de salida de las columnas de
lixiviación.
Si se consideran las reacciones
oxígeno en fase líquida.
1 a 4 se observa que en la reacción 2 participa el
Este hecho hace que la aireación de las columnas en
exceso de ácido, juegue un factor relevante en la disponibilidad
fase líquida para la activación
Durante esta experiencia,
y funcionamiento
la concentración
de oxígeno en
del sistema de reacciones.
de oxígeno en la Columna
2 sin
oxigenación fue de 7.2 ppm y en la Columna 1 la concentración estacionaria de
oxígeno fue de 11,4 ppm es decir, se operó con una diferencia de concentración
de oxígeno en fase líquida de 4,2 ppm que se tradujo en un aumento en la
recuperación
de cobre estacionaria
entre 4 a 5 puntos porcentuales.
hacerse hincapié que si la maquina de oxigenación
capacidad,
hubiese
sido posible
Debe
hubiese operado a plena
lograr mayor concentración
de oxígeno
en
solución (-17ppm) y se hubiese obtenido una mayor diferencia en la recuperación
de cobre.
9
2.1.5
Análisis Conceptual del Proceso de Solubilización de Oxígeno en
Solución.
La concentración de oxígeno en fase líquida depende de varias variables físicas y
de la concentración
de especies en solución.
Si se considera la ecuación de
Setchenow:
se tiene que la razón entre la concentración de oxígeno en fase liquida en agua
pura y la concentración
de oxígeno en una solución acuosa en presencia de
electrolito, depende del coeficiente k, Y de m la molaridad de la solución.
El producto ksm es una medida del efecto de la interacción electrostática y de la
concentración de iones por sobre la actividad real del oxígeno en fase líquida, lo
que termodinámicamente
se define como coeficiente de actividad y (02).
De
acuerdo a Long and McDevit, en términos analíticos el coeficiente k, se expresa
como:
k = V20(V3
s
~O)
2.303. f3 . RT
-
(6)
en donde:
v;' : Volumen
molar del agua a dilución infinita
v;O: Volumen
molar de la solución ácida a dilución infinita.
v; : Volumen
molar de la solución ácida.
p: Factor
de compresibilidad del solvente.
R: Constante universal de los gases.
10
T: Temperatura.
Combinando ecuaciones (5) y (6), el valor de la concentración
de oxígeno en la
solución ácida de electrolito se puede expresar como:
(7)
En el caso específico de este estudio, Figura 4 muestra que ambas columnas
presentan
una temperatura
de solución de entrada prácticamente
idéntica de
modo que el "efecto directo" de la temperatura por sobre la solubilidad del oxígeno
en ambas columnas es el mismo.
Por otra parte, la "fuerza motriz: V:, - V:,0" es
mayor en la Columna 1 que en la Columna 2 debido a la mayor concentración de
especies en solución.
El mismo efecto se observa con la molaridad total de la
solución m.
Del análisis anterior, se desprende que según la expresión 7 la solubilidad del
oxígeno debería ser mayor en la Columna 2 que en la Columna 1.
Sin embargo,
contrario a lo esperado, los resultados experimentales demuestran que el uso de
la máquina
de oxigenación,
es capaz
de compensar
los efectos
físicos,
principalmente asociados al tamaño y la carga de los cationes y aniones por sobre
la solubilidad del oxígeno en solución, sosteniendo
una concentración
de 11.4
ppm.
Figura 5 muestra la variación del potencial de la solución de lixiviación a la salida
de la columna (Pregnant Liquid Solution, PLS).
El potencial de solución es una
medida de la capacidad de la solución para provocar la oxidación (disolución) de
un material.
Se observa que el patrón de comportamiento
es prácticamente
idéntico para ambas columnas; durante los primeros 10 días se observa una
disminución significativa la que se debe a la mayor liberación de ión ferroso que
ión férrico durante la etapa de curado.
Entre los días 10 Y 20 la solución
experimenta un aumento significativo de éste alcanzando valores cercanos a lo
11
625 mV vs SHE (Standard Hydrogen Electrode) debido a una mayor presencia de
elementos oxidantes en el sistema.
potencial
de oxidación
recuperación
embargo,
Si bien es cierto, se esperaría que si el
en la salida para ambas columnas
es el mismo,
de cobre debería haber sido la misma en ambas columnas.
en su conjunto,
el sistema
reaccional
potencial a través de reacción 1, sin embargo,
la
Sin
1- 4 explica el aumento
de
la reacción 2 es mucho más
limitante en la Columna 2 debido a que el oxígeno se hace limitante de manera
más significativa.
oxigenación
Lo anterior, valida plenamente la contribución de la máquina de
al aumento de la cinética global del proceso de recuperación
de
cobre.
Variación del Potencial del PLS (Pregnant Liquid
Solution)
700
~
w
650
s:::
:2
~..,
u
.2 w
::I: 600
o
en
Q)
'"C
en
UJ
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550 ~
>
.!! E 500
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e
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450
o
no
400
-
..
-.~
.~.
....
•.... ..
....... .. ",";~~~~.'~.
-
• Columna 1
-
.,....
. Columna2
~~--~-------
+-~~~~~~~~~~~~~~~~--
o
20
40
60
80
100
Tiempo, días
Figura 5: Variación del potencial de solución de salida de las columnas.
2.1.6
Análisis de la Estructura Interna del Lecho Empacado y su Efecto en el
Suministro de Oxígeno al Sistema.
En la Figura 6 se muestra en forma esquemática el sistema de tres fases existente
en las columnas de lixiviación de escorias.
Es posible distinguir 3 fracciones:
12
sólida
(escoria),
líquida (solución
ocupando una fracción espacial
El
+Egentre
y gaseosa (aire), cada una
respectivamente.
Es,cI,E¡:
cada uno de estos parámetros
específicos a cada sistema.
de lixiviación)
físicos
dependen
Los valores típicos de
de varias variables
En general, la literatura reporta valores del orden
37-40% y Es es del orden 63-60%.
Por otra parte, mediciones
independientes encontradas en la literatura señalan que el valor de
un 22 a 49%.
y son
Las estimaciones
El
varía entre
teóricas de estas variables dependen de la
granulometría del mineral así como tambien de las propiedades físicas del gas y
de la solución lixiviante .
..---------
--
-------------
líquido
111
Figura 6: Esquema de las distintas fases al interior de las columnas de lixiviación.
Si se focaliza la atención en Figura 6, se debe señalar que para que el oxígeno
para poder llegar a la zona de reacción en fase líquida debe atravesar la interfase
gas líquido.
El flujo de oxígeno esta dado por una expresión proporcional a un
13
coeficiente de transferencia
de masa" kg" el area interfacial líquido-gas"
a", el
gradiente de concentración entre el oxígeno en el seno de la fase gaseosa y el
valor de oxígeno en la interfase, "C¿ -Co".
2bg
21
En términos analíticos, este flujo se
puede expresar como:
El flujo máximo de oxígeno hacia la interfase se tiene en la situación límite cuando
la concentración de oxígeno en la interfase se hace nula. En tal caso ecuación 8
se puede expresar como:
N
02X
==
kga . C
02hX
(9)
El valor de k, se puede obtener a partir de relación semi-empírica del tipo:
kg
==
¡(Re, Se)
(10)
en donde:
Re: es el número de Reynolds
Sc: es el número de Schmidt
El número de Reynolds depende de variables geométricas (diámetro equivalente
de las partículas,
dp),
variables
hidrodinámicas
(velocidad
de la solución
de
lixiviación en la solución, v) y de una propiedad física del fluído (viscosidad, u).
Por otra parte, el número de Schmidt depende solo de las propiedades del fluído.
El mismo análisis se puede hacer para la difusión del oxígeno en la fase líquida.
En tal caso se llega a:
14
(11)
En ecuación
(11),
k,
tiene
la misma
funcionalidad,
pero
las variables
y
propiedades físicas están referidas a la fase líquida.
Debe enfatizarse que el flujo de oxígeno es continuo de modo que no existe
acumulación en la interfase, de modo que:
(12)
Ya que ambas columnas funcionaron al mismo flujo, con una condición topológica
similar (granulometria
idéntica) y asumiendo que las propiedades de la solución
ácida son idénticas para ambas columnas, se puede asumir que el valor de k.a es
similar para ambas columnas.
N
N
O2 , I
Columna
02/IColumna
Haciendo
1
2
De este modo se tiene:
= k I a Columna
1
k I a Columna
2
. eO
2 b/ 1
.
e
(13)
Columna
O2 bI 1 Columna
2
(14)
la razón de flujo máximo de oxígeno en fase líquida entre ambas
columnas se tiene que:
N 02/IColumnal
N 02/1 Columna2
_
e
02b1IColumnal
e
(15)
02b/1 Columna 2
Ya que la concentración de oxígeno en Columna 1 es 11.4 ppm y en Columna 2
7.2 ppm se tiene que:
15
No
I Columna 1
-~--=1.6
21
(16)
N o2/IColumna2
Se tiene que en forma estimativa, el flujo máximo posible de transferencia
de
oxígeno en fase liquida en la Columna 1 es un 60% mayor que el flujo máximo en
Columna 2.
2.2 Adaptación de reactores de oxigenación.
Con el objeto de oxigenar las soluciones de lixiviación de escoria se adaptaron los
prototipos diseñados y construidos en la etapa previa del proyecto.
En esta nueva etapa, el diseño del proceso establecía la utilización de soluciones
de acido sulfúrico con concentraciones
muy superiores
a las utilizadas
en la
lixiviación bacteriana de los súlfuros de Quebrada Blanca. En esta ocasión se
utilizaron 80 gr de acido sulfúrico por cada litro de solución, lo que contrasta con
los 5 gramos por litro caracterizados
en los refinos de planta utilizados en la
lixiviación bacteriana de Quebrada Blanca.
El mayor nivel de acidez de la solución genero un conjunto de dificultades en la
operación
de
los prototipos
de oxigenación.
Estos
fueron
materiales plásticos que presentaron un buen comportamiento
de Quebrada
Blanca,
pero
presentaron
fallas
construidos
en
en las soluciones
en las nuevas
condiciones.
Buscando una solución, se cotizaron válvulas especiales tolerantes a estos niveles
de corrosión. En Anexos, se presenta la cotización la que es de US$ 450 por
válvula. Cada prototipo utiliza un conjunto de 4 válvulas, sumando 8 para los dos
equipos,
con
un costo
de US$ 3.600.
Este valor
esta fuera
de nuestro
presupuesto, por lo cual se decidió modificar los diseños de los prototipos.
En Anexos
se presenta
automatización
un diseño en el cual se independizo
de válvulas,
eliminando
el acido
el circuito de
de los componentes
mas
susceptibles a la corrosión. La solución se implemento dentro de los presupuestos
16
establecidos
realizadas
en el proyecto y funciono
adecuadamente
durante
las pruebas
en lixiviación de escorias de fundición.
Por su parte fue necesario modificar el punto de inyección de aire comprimido en
los prototipos con el objeto de evitar de retornos de solución en las válvulas anti
retorno.
Adicionalmente
una de las marcas de bombas sumergibles presento fallas en sus
rotores plásticos.
Para superar el problema se reemplazaron
las bombas con
problemas.
Se calcula que el equipo de oxigenación de soluciones funcionó en un 70% de su
tiempo durante las primeras 6 semanas, entregando oxigenaciones cercanas a los
9,6 ppm. Las últimas 6 semanas
los problemas
se incrementaron
dada
la
modificación del diseño del equipo y se calcula funcionó en un 40% de su tiempo,
sin embargo se lograron concentraciones
mayores de oxígeno, cercanas a los
11,4 ppm.
17
3
CONCLUSIONES
1. La aplicación de la tecnología de oxigenación de soluciones a la lixiviación
ácida de escorias de fundición de cobre, para el caso de este estudio,
aumenta en 5 puntos porcentuales la recuperación de cobre con respecto a
la lixiviación ácida de escorias sin oxigenación.
2. El aumento porcentual de 5 puntos se traduce en una disminución de los
tiempos de lixiviación y por lo tanto tiene una incidencia positiva en la
economía del proceso.
3. El
mejoramiento
observado
se
asocia
fundamentalmente
a que
la
tecnología aumenta la transferencia global de oxígeno en la interfase gaslíquido del sistema, permitiendo así mejorar la cinética química del sistema
reaccional en fase líquida que determina la recuperación de cobre desde el
lecho empacado de escoria.
4. La tecnología
disponible
puede ser aplicada a procesos
de lixiviación
química en donde la transferencia de oxígeno sea una etapa limitante del
proceso global, como se vio en este estudio.
5. Siendo la difusión de oxígeno en fase líquida del orden de los 10-5 cm2/s,
esto limita fuertemente
cualquier
cinética
global.
En este trabajo
se
demuestra que la aplicación de esta tecnología de aireación aumenta en un
60% el flujo de oxígeno en el sistema.
6. Las recuperaciones
de cobre alcanzaron
valores por sobre el 80% en
ambos casos. Sin embargo los consumos de ácido son bastante relevantes
dada la gran cantidad de fierro presente en la escoria, fierro que es lixiviado
fácilmente por el ácido.
18
4 ANEXOS
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Oodanes
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De: FeHpe Jimenez R. [fjimenez@acennetcl)
ED\1ado el: Jueves, 29 de No';embre de 2007 l2:~7
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Oodanes'
De: \'icky Castillo R.i\·as [\icky.castiDo@bfc.cl)
ED,·lado el: Jueves, JO de Agosto de 2007 17:12
Para: abordeu@ytr.net
ASUBIo: cotización
Bu ••••• rard>s
Envio cotizacióo solicitada
Pl Acero ÚIOlCidabIe30~1.SM:\11000X3000
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S.C__
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20
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ANEXO TECNICO N2
PROTOTIPO DE LABORATDR'lD N2
SEPARACIDN DE VALVULAS rE
AUTDMAT1ZACIDN
V ~ V ULA PLA.'STlCI\ S(L[I>¡ID(
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VALVlJLA PL"'SflCA S[LE~lD[
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COf"'lpresor
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SOLlIClDN
O:iIG:NADA
22
23
Código del proyecto
205-4900
Oxigenación
de Soluciones de Lixiviación
Minería del Cobre.
en
Empresa beneficiaria
Grupo Latino S.A.
ANEXO Informe Técnico Estado De Avance
N°2
08 abril 2008
íNDICE
1
ANTECEDENTES GENERALES
3
2
Aclaraciones al Informe de Avance n02
3
2.1
Protocolos de Ensayos Realizados
3
2.1.1
Duración Pruebas de Lixiviación
3
2.1.2
Muestreo
3
2.1.3
Análisis Químicos
3
2.1.4
Variables Operacionales de la experiencia
4
2.1.5
Procedimiento de Lixiviación
.4
2.2
Caracterización de las Escorias
5
2.3
BALANCE DE MASA
5
2.3.1
Balance de Masa por Soluciones
5
2.3.2
2. Balance de Masa por Sólido
7
2.3.3
Consumo de Acido
9
Resultados Experiencia N°1
1O
2.4
3
Anexo N°1
11
4
Anexo N°2
19
ANTECEDENTES GENERALES
El presente
Anexo corresponde
a aclaraciones
que se realizan
respecto
al
segundo informe entregado a CORFO con referencia al proyecto de "Oxigenación
de Soluciones
de Lixiviación para Minería del Cobre", informe que fue entregado
con fecha 14 de febrero de 2008.
ACLARACIONES AL INFORME DE AVANCE N°2
1
CORFO
ha solicitado
a Grupo Latino S. A. (GLSA) aclarar
los tres puntos
siguientes:
1.1 Protocolos de Ensayos Realizados
1.1.1 Duración Pruebas de Lixiviación
Las pruebas de lixiviación tuvieron una duración de 88 días.
1.1.2 Muestreo
Se realizaron muestreos diarios los primeros 30 días. A continuación, se realizaron
compósitos de 3 días. En total se tomaron un total de 50 muestras.
1.1.3 Análisis Químicos
Los análisis químicos solicitados
•
Cobre.
•
Acidez.
•
Fierro.
•
Temperatura.
•
pH.
y otras variables a medir del PLS fueron:
•
Potencial Eh de la Solución.
•
Oxigenación
Estas variables fueron medidas para cada una de las 50 muestras.
1.1.4 Variables Operacionales de la experiencia
2
•
Tasa de Regadío:
10 Itlhr/m
•
Acidez de la Solución:
80 gpl.
•
Tonelaje de Mineral:
40 kg/ columna; peso sin curado.
•
Columna N°1:
Oxigenación de 11,4 ppm promedio.
Oxigenación de 7,2 ppm promedio.
1.1.5 Procedimiento de Lixiviación.
El procedimiento de lixiviación fue el siguiente:
•
Etapa de Curado con 400 kg de ácido por tonelada de escorias.
•
Reposo de 2 días.
•
Etapa de re-chancado de Escorias debido a cementación.
•
Roleo y Cuarteo del mineral de escorias.
•
Carguío del mineral en ambas columnas.
•
Etapa de Lixiviación.
•
Muestreos y Análisis.
1.2 Caracterización de las Escorias
Las escorias con que trabajó GLSA para estas experiencias fueron escorias de
descarte de fundición de cobre de Caletones, División El Teniente de Codelco
Chile.
Las escorias lixiviadas en la presente experiencia, poseían las siguientes leyes
cabeza.
Cobre:
1,03%
Fierro:
45,80%
Se adjunta estudio mineralógico realizado a escorias de descarte de fundición de
cobre realizado el año 2006. Si bien este estudio está enfocado más al estudio del
Molibdeno, el cobre también es considerado. Ver Anexo 2: Informe MAM 523/06:
"Caracterización
Mineralógica
de muestras de escoria".
1.3 BALANCE DE MASA
1.3.1 Balance de Masa por Soluciones.
Masa total de cobre acumulada en solución de salida:
JQC dt
88
Al (t = 88días) =
Donde:
Q: Flujo volumétrico, Its/hr.
C¡: Concentración diaria de cobre, gpl.
dt: Variación diferencial del tiempo.
i
1.
En las experiencias realizadas, se consideró una variación temporal discreta, ~t; y
un flujo volumétrico constante de tal manera que ecuación 1, se puede aproximar
de la forma:
ss
M(t = 88días) = IQCi~t
2.
o
El flujo volumétrico se obtiene a partir de la relación:
3.
Q=FA
Donde:
F: Flujo superficial de solución de lixiviación: tts/hrm''
A: Area transversal al flujo de solución: m2
Los valores de ~t están considerados en días.
Por otra parte, la masa inicial de cobre se designa como Mo de modo que la
recuperación porcentual puntual se determinó a partir de la relación:
I
Recuperación(t)
= M(t)
M()
JQC,dt
.100
= ()
.100
Mo
4.
De este modo, la recuperación porcentual de cobre en 85 días es:
Recuperación(t
= 88)
5.
En la Figura 1 se muestra el gráfico de recuperación de cobre vs tiempo para
ambas columnas en operación, obtenida a partir de ecuación 1.
Figura 1: Recuperación de cobre vs tiempo en lixiviación ácida de escoria de
descarte.
1.3.2 2. Balance de Masa por Sólido.
En el análisis de composición del sólido realizado por la Empresa Geomet, solo
para la columna 1, se encontró que el material de cabeza tenía un 1,03 % de
cobre. Este número no hace distinción entre cobre soluble e insoluble, por lo cual
es la única referencia cuantitativa con que cuenta GLSA para efecto de balance
metalúrgico. Para una carga de 40 Kg de escoria por columna y considerando que
ambas cargas provienen de un material previamente
roleado y cuarteado,
el
contenido inicial de cobre en ambas corresponde a 412 gr.
Por otra parte, al residuo sólido de lixiviación se le hizo un estudio de ICP en la
Empresa Acmelabs Código de Análisis LS08-00336 (documento adjunto), en el
cual la cantidad de cobre en la muestra es de 4261 ppm y que en términos
absolutos se traducen en 28,84 grs de cobre.
Por lo tanto, la recuperación
porcentual de cobre por sólido es:
,.
88
412 - 28,84 930/
Re cuperacion(t = ) =
=
/0
412
La determinación
de los 28,84
grs de cobre
surge
del siguiente
cálculo
experimental:
Altura total columna: 110,5 cm
Diámetro de la columna: 19 cm
Altura final de carga: 16 cm
Altura de carga: 68,5 cm
Densidad de lecho: 1500 Kg/m3
Volumen final de empaque:
v=
J[
(0,19)2 . O 16 = O 005m3
4
'
,
Multiplicando por la densidad del empaque, se tiene que la masa final de material
residual es de: 6,8 Kg.
Finalmente, considerando el valor de 4261 ppm de cobre en el análisis resulta en
un total de cobre residual de 28,84 grs.
De los resultados se observa que tomando como referencia, el valor obtenido por
análisis de sólido con respecto al análisis por solución existe una diferencia menor
a los 3 puntos.
Con relación a columna 2 no se hizo análisis de sólido del material residual de
modo que la constatación anterior no es posible de llevar a cabo. Sin embargo, se
estima
que dado
el comportamiento
mostrado
en Figura
1 sería plausible
(admisible y recomendable) .esperar un resultado similar.
1.3.3 Consumo de Acido.
En Figura 2 se muestra el consumo acumulado de ácido sulfúrico para ambas
columnas.
16,0
I
14.0
-t----------------------:::~;:;._'---------
12.0 +-------------
.g
10.0
-t-----
'ü
-ca
~ 8.0+--------~~-----------------
2
:5
6.0 +-------~---------"'------------------
2.0
+-----.'--------------------------
0.0
-l-----r-----r--------r-----r-----r-----r-----r-------,
o
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Días
¡-COlumna
Figura 2.: Consumo acumulativo
lixiviación de escorias.
1 -Columna2
de ácido sulfúrico para ambas columnas
de
Se observa que el patrón de consumo es idéntico. Sin embargo, a partir del día 30
existe un leve mayor consumo de ácido en la columna 1, lo cual es consistente
con los resultados reportados en Informe 2 en el contexto del proyecto.
1.4 Resultados Experiencia N°1
De los resultados obtenidos en la experiencia
n01, de lixiviación de minerales
sulfurados de cobre mediante lixiviación en columnas, experimentalmente
no se
observaron diferencias en la cinética global del proceso de lixiviación, debido a
que la mayor concentración de oxígeno no evidenció beneficios en el desarrollo de
la población bacteriana dadas las condiciones en que se realizó la experiencia.
Los resultados son lo que se muestran en el siguiente gráfico:
Cinética de Disol ución de Cu
50
-+- Cu Rec CU QB Estándar
-+- C-2 Rec Cu Ox Media
o
---+---
C-3 Rec Cu Ox Alta
---~~-~--+--~-~--~-~--~-~--O
10
20
30
40
50
Tiempo de Lixiviación (días)
------------------------
--
-----------
Se adjunta en el Anexo 1 el informe técnico de la experiencia
Técnico N°8".
-
n01: "ANEXO
Lixiviación Columnas de Minerales de Cobre
Caso 1:Quebrada Blanca, Súlfuros Secundarios
De los análisis mineralógicos realizados al mineral, se obtuvo que la especie de
Cu predominante es Calcosina, la cual representa el 83,7 %, luego Covelina con
7,4% y Enargita 0,57% (sulfuros secundarios lixiviables en ambiente oxidante). Por
su parte el contenido
de calcopirita
es de 8,25%, correspondiente
a sulfuro
primario, de baja solubilidad.
La Tabla n01 resume los resultados de disolución de cobre hasta el día n041 de las
pruebas de lixiviación:
Recuperación
CuT
Consumo
Ácido
Bruto
Prueba
Tiempo
Lixiviación
N°
Días
Oxigenación
gpt
(%)
(kg/t)
C-1
41
Natural
6,5
33,47
10,06
C-2
41
Media
9,5
30,80
9,99
C
41
Alta
11
30,12
9,91
Condiciones de Riego
La evolución de la extracción de cobre a partir del mineral en lixiviación es la que
se refleja en el gráfico n01. Adicionalmente en este gráfico es posible distinguir una
evolución de las siguientes tres etapas de lixiviación:
Inicio Etapa
Tipo
Lixiviación Observación
Predominante
Lixiviación
de
especies
las
mineralógicas
más solubles en ácido y
presentes
como
en el mineral,
la
covelina
calcocina.
Día O
Lixiviación
Química
y
Estas
se
en
la
encontraban
superficie de la matriz de
Superficial
mineral
por
lo
tomaron
rápido
que
contacto
con el ácido. Esta etapa
inicial se caracteriza
por
una rápida cinética debido
a la lixiviación superficial.
Lixiviación
especies
de
las
mineralógicas
más solubles en ácido y
presentes
como
Día 7
Lixiviación
Intersticial
Química
en el mineral,
la
covelina
y
calcocina. Estas especies
se
encuentran
ubicadas
ya no en la superficie del
mineral si no en la misma
matriz, por lo que el ácido
debe
llegar
mediante
a
ellas
pequeñas
fisuras
existentes
en
la
matriz del mineral. Debido
a
esto
es
su
tiempo
de
menor
cinética.
mixta
mayor
lixiviación
y
Etapa
de
control
superficial y difusional.
Comienza
una
vez
se
activan
las
bacterias
presentes
en el sistema.
Estas bacterias provienen
de un estado de latencia
(fase
lag),
algunos
Día 15
Lixiviación Bacteriana
y
les
toma
días sobrepasar
el período de activación.
Al comenzar
la actividad
bacteriana, se comienza a
re- generar
el
Férrico
nuevamente
que
permite
mantener un potencial de
oxidación
la
sostenido
lixiviación
para
de
especies mineralógicas.
las
--------
Cinética de Disolución de Cu
50 ~--~-~-~-~----~----~----I
-~
40
----+----+--
-
J-
30
~
Cu Rec CU QB Estándar
~C-2
Rec Cu Ox Media
----A-- C-3 Rec Cu Ox Alta
o
10
20
30
40
50
Tiempo de Lixiviación (días)
Respecto al consumo de ácido, es posible
observar en el gráfico n02 que no
existen prácticamente diferencias entre una columna y otra:
Cons nmo de Acido (kg/t)
15 ~------------------------------------------------
---+- Consumo
---+- Consumo
---.--
10
Acido Bruto C-l
de Acido Bruto C-2
Consumo de Acido Bruto C-3
5
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Tiempo de Lixiviación (días)
Respecto al ión férrico, es interesante el comportamiento
que se muestra en el
gráfico n03, debido a que es evidente el incremento que este posee a partir del día
15- 16 de lixiviación.
Es en este momento,
donde
comienza
la lixiviación
bacteriana, la que por características de la curva atribuible a la generación de ión
férrico por la reacción:
Debido a los altos contenidos de Pirita existentes en el mineral, es posible concluir
que las bacterias están generando ión férrico a partir de la lixiviación de esta pirita
y no de la calcopirita, debido a que esta última es mucho más refractaria que la
primera. También es posible observar que a partir del día 30 el férrico se comienza
a estabilizar en el PLS de la salida de las columnas.
En el contexto de este proyecto, no es posible concluir que el aumento de oxígeno
por sobre el equilibrio ambiente tenga un efecto, ya sea positivo o negativo, en la
lixiviación bacteriana de sulfuros secundarios.
Si se analiza
un poco más al detalle, es posible observar
que los puntos
adicionales de recuperación de cobre obtenidos en la columna con oxigenación
estándar, conversan de la mano con la leve mayor producción de ión férrico de
esta columna.
Fe+3
2 ,-------------------,,------------------------------~
-+- C-I
-+-
Rec Fe+ 3 Ox
Estandar
C-2 Rec Fe+3 Ox Media
----.-
C-3 Rec Fe+ 3 Ox Alta
Lixiviación Bacteriana
Lixiviación Química
o ~_A_7_~------'----'~-------.
o
__
~~c__.~-----~---L
-_._-~----'
20
10
40
30
Tiempo de Lixiviación (días)
Finalmente, respecto a la oxigenación de las pilas, es posible observar que el
oxígeno de salida es muy similar para las 3 columnas, sin embargo es posible
distinguir que el de entrada es diferente y en el caso de las columnas 2 y 3
bastante
irregular.
La
razón
de
este
comportamiento
poco
lineal
fue
la
irregularidad del flujo de regadío y todos los intentos por hacerlo más estable.
Además, es relevante tener en cuenta los cambios de temperatura existentes en
las condiciones de Santiago, lo cual afecta también la concentración del oxígeno
existente en el refino de entrada. El comportamiento
lixiviación se muestra en el gráfico n04.
del oxígeno en las pilas de
OXIGENACIÓN C-l, 2 y 3
e
20 ~---------------4----------------------------~
----+- C-I QB 02 Salida
-+- C-I QB 02 Entr
18
---<>- C-2 QB 02 Salida
-+-C-2
QB M 02 E
---<>- C-3 QB
2 Salida
-+- C-3 QB 02 Entr
16
8
12
~8;
~ 14
=
.s
=~
a=
~S
10
~
8
!i;5~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
6~
4
2
O O-----~----~--_f----~----~----------~--~
0,0
10,0
20,0
Tiempo de Lixiviación (días)
30,0
40,0
ANEXO 3
Informe Final
Código del proyecto
205-4900
Oxigenación
de Soluciones de Lixiviación
Minería del Cobre.
Empresa Beneficiaria
Grupo Latino S.A.
20 Mayo 2008
en
íNDICE
GENERALES
3
1
ANTECEDENTES
2
Evaluación Económica Lixiviación de Escorias (Etapa 2)
3
3
Etapa N°3
5
3.1
Lixiviación de Concentrados de Cobre
5
3.2
Objetivos y Alcances
6
3.3
Metodología
3.3.1
y Plan de Trabajo
Metodología
6
6
3.4
Carta Gantt
8
3.5
Gastos Etapa 3
8
3.6
Plazos
8
ETAPA N°3 PROYECTO DE OXIGENACiÓN DE
SOLUCIONES
1
ANTECEDENTES
GENERALES
El proyecto comenzó a operar el 1 de Noviembre del 2006 y al 31 de diciembre de
2008 se finalizó la etapa N°2, la cual fue aprobada formalmente por CORFO con
carta entregada con fecha 07 de mayo de 2008.
Adicionalmente, con fecha 29 de septiembre de 2007, Grupo Latino recibió la
aprobación
de CORFO
para probar
la tecnología
"utilizando
minerales
concentrados y subproductos de cobre (polvos de fundición, escorias y minerales
de relave) como material para realizar las pruebas" ...
De la segunda etapa se concluyó que existen ventajas en lixiviar escorias de
fundición de cobre con mayores cantidades de oxígeno, por lo que desde el punto
de vista técnico, la tecnología cumple con las expectativas debido a recuperar en
términos absolutos un 5% adicional. Sin embargo, los altos consumos de ácido
hacen que el proyecto sea económicamente inviable, aún en los escenarios más
óptimos como se demostrará en el punto 2.
2
EVALUACiÓN
(ETAPA 2)
ECONÓMICA LIXIVIACiÓN DE ESCORIAS
Para efectos de la evaluación económica, se dan los siguientes supuestos:
•
Ley Cobre:
1%
•
Precio Ácido:
50 US$/ ton
•
Precio Escorias:
Sin costo
•
R% Cobre Lix:
90%
•
R% Cobre Sx:
95%
•
Consumo de Ácido:
800 kg ácido/ ton escorias
•
Escorias:
800.000 ton! año
•
Período Evaluación:
15 años
•
Cálculo de consumo de ácido se basa en lo siguiente:
Consurro Acido
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
o
o
10
20
40
30
I-+-
60
50
Consurro Acido
70
80
90
I
Dado este gráfico, a los 80 días se tiene un consumo de 683 kg de ácido! ton de
escorias. Si se le suma el ácido consumido en la etapa de curado que fue de 110
kg de ácido! ton de escorias (el curado fue con 185 kg de ácido! ton de escorias),
da un consumo total aproximado a los 80 días de operación de 800 kg de ácido!
ton de escorias.
Dados estos supuestos, la evaluación económica es la siguiente:
o
INGRESOS
IngresOsCobre
-
-
COSTOS
Curado! Aglomeracio_n _
--
-
-
Lixiviación
Sx Cobre
Electro Obtención Cu
Administración
Depreciación
Amortización
----
Utilidad antes de Impuesto
¡mpuesto(17o/~
-
---. ---
-
-
Utilidad despues de Impuesto
+ Depreciación V Amortización
INVERSION
Inversión Planta
Inversión Investigación y Desarrollo
Terreno
Capital de Traba o
Valor Residual
'FFcc
---
-
-30.000.000
VAN (12%)
TIR
15
22.613.040
22.613.040
41.498.866
4.400.000
27.600.000
6.030.144
904.522
64.000
41.498.666
4.400.000
27.600.000
6.030.144
904.522
64.000
38.998.666
4.400.000
2r600.000
6.030.144
904.522
64.000
2.500.000
2.500.000
O
2.500.000
O
·21.385.626
-21.385.626
O
-21.385.626
2.500.000
-21.385.626
O
-21.385.626
2.500.000
-16.385.626
O
-16.385.626
O
O
O
O
2
22.613.040
22.613.040
41.498.666
4.400.000
27.600.000
6.030.144
904.522
64.000
41.498.666
4.400.000
27.600.000
6.030.144
904.522
64.000
41.498.666
4.400.000
27.600.000
6.030.144
904.522
64.000
2.500.000
O
2.500.000
O
-21.385.626
O
-21.385.626
2.500.000
-21.385.626
O
-21.385.626
2.500.000
O
O
25.000.000
25.000.000
O
O
5.000.000
-18.885.626
O
- Ó
-21.385.626
2.500.000
O
------c~
-18.885.626 ~18.885.626
-155.725_833
#¡DIV/O!
.........
22.613.040
22.613.040
4
3
22.613.040
_ ~.613~
22.613.040 -22.613~640
1
22.613.040
22.613.040
-18.885.626
-18.885.626
-16.385.626
US$
Dada esta evaluación, se concluye que los altos consumos de ácido hacen
inviable el proyecto. Además, se debe tomar en cuenta que la evaluación está
hecha con un valor de ácido de 50 US$/ ton, siendo que los precios actuales
alcanzan hasta los 320 US$/ton.
Dados los resultados obtenidos en las etapas anteriores, la conclusión de GLSA
ha sido no seguir estudiando la lixiviación bacteriana por razones técnicas, ni la
lixiviación de escorias por razones económicas. En función de esto, GLSA ha
buscado alternativas de manera rigurosa, que desde el punto de vista innovativo,
tengan un alto potencial de impacto.
3.1 Lixiviación de Concentrados de Cobre
GLSA tiene planificado para su Tercera Etapa el realizar "Lixiviación
Concentrados
de Cobre en Reactores Inundados",
de
cuyo sustento se basa en
las siguientes razones de fuerza:
•
Teóricamente el oxígeno es un potente agente oxidante que es relevante en
las reacciones químicas involucradas en la hidrometalurgia de metales no
ferrrosos.
•
Empíricamente también está demostrado que el oxígeno es un potente
oxidante.
•
El oxígeno como agente oxidante en solución, debe ser utilizado en reactores
inundados y no en reactores tipo pila debido a la efervescencia que genera el
efecto cascada en este tipo de lixiviación.
•
Al ser un reactor inundado, es posible elevar en forma efectiva las
concentraciones de oxígeno presentes y por ende el poder oxidante de la
solución, generándose así un efecto similar a un reactor tipo "alta presión", pero
con un costo más bajo y más eficiente que un reactor de lecho fijo. Esto
potencialmente puede generar diferenciación y la generación de nuevos
procesos.
•
No existen actualmente alternativas aplicadas industrialmente a la
pirometalurgia para concentrados de minerales sulfurados de cobre, por ende el
proyecto propuesto podría generar un alto impacto desde el punto de vista
innovativo.
3.2 Objetivos y Alcances
El Objetivo principal es lograr lixiviar concentrados de cobre, de manera de buscar
un reemplazo al proceso pirometalúrgico, el cual es altamente contaminante.
El alance
de
este
proyecto
es
estudiar
el
desarrollo
de
un
proceso
hidrometalúrgico para el procesamiento de concentrados de cobre, basado en la
generación de un alto potencial de oxidación, mejor cinética global, lo que lo hace
altamente atractivo
como solución intermedia entre la lixiviación bacteriana y
química en reactores agitados y los procesos de alta presión.
3.3 Metodología y Plan de Trabajo
3.3.1
Metodología
El protocolo de la experiencia de lixiviación considera realizar lixiviación en un
reactor inundado y agitado, agregando los siguientes agentes oxidantes:
Experiencia
1:
Oxígeno con saturación del 200%
Tiempo: 72 horas
Análisis Químicos correspondientes
Experiencia 2:
Oxígeno con saturación del 200%
Adición de ión Férrico.
Tiempo: 72 horas
Análisis Químicos correspondientes
Experiencia 3:
Ozono con saturación del 200%
Adición de ión Férrico.
Tiempo: 72 horas
Análisis Químicos correspondientes
El Set Up Experimental
es el siguiente:
f:::------~~\
-----------------,
i
i: Ozonificador :
:.... -
...
-f-
Maquina:
Disolución
de Gases
t:
Q)
m
UO
.- t:
Solución Pobre en
Oxígeno
~Q)
t:C')
'0'-
.- ><
uQ
;j
o
en
Sistemas de Reactores para
Decantación de Sólidos.
I~-----------------~
3.4 Carta Gantt
Mes
2
~
IDiseñoPruebas
Diseño
Diseño y (',
Mes Z
Mes ~
21
41121341
Mes 4
222222222
Mes 5
~I_~~-+-+~~~~~-;~~~~
i
I
Set Up
Pruebas de
Ejecución
. 1
•
t-~:~~s~~6n
=f"" ,,,nc~
2
I~A~n~álli~SiS~~~y~E~~~~1~
Ejecución Experiencia 3
~rlÍ!lisis Metaúrgicos Experiencia 3
~--~~-f--__+'_--~I---~-+__ ~~_
--~--~+-~-+~I~_~~-r-1
Análisis
1
Experiencia 2
13
Informe Final
Confección y Redacción Informe Etapa 3
4
ti~~~Y~'R~eda~CCiió~nl~lnfo~rme~,F~inal~==jt=t=j==t=~=t~==t=l==t=l==~t=~=C:¡:1
~
1
1
3.5 Gastos Etapa 3
••••••,·u:ot:N~
2008
M.11
PARTI)AS
Personal
1.1_
~-1.3
l.'
2.2
2.3
Diraccion
~_~C?~del
4.708.823
e Investigadon
Proy~cto
~88.235
941.176
_.-----
~rto
en Mlnena
E~p~rto~_q~genadon
Experto
¡--'"647.059
1.132.353
Metaíurqico
Personal de Apoyo
Técnico 1
431,818
431.818
Me82
4.708.823
988.235
941.176
1.647.059
1.132.353
431,818
431.818
4,708.823
4.708.823
~23.5_._
941.176
1.647.059
1.132.353
~~~
1.647.059
1.132.353
431.818
431.818
431.818
431.818
1.147.745
555.438
Me. 6
MuS
Subtotallnfonne
Final
23.544.115
4.941.175
4.705.880
8.235.295
5.661.765
4.708.823
._~"?35
941.176
1.647,º!>!1__
1.132.353
431.818
431.818
2.159.090
2.159.080
Tecnicc 2
Servicio de Materiales y Otros
3.1
3.2
3.3
34
3.5
3.6
3.7
3.8
39
Me54
Me. 3
721.152
150.000
Labcratcoos
Molienda
Mineral
528.845
Am31isis Químicos
Materiales
Equipos
100.000
- ---'-5Q.QQll
Oxicenacón
Bombas
Pileta de intercambio
Estanque
------
de oxigenacion
--
26.593
de Oxigeno
so De menes
1.703.182
-----
ae capnat
oe proprecac
empresa
TOTAL
$
De a
~.------
--
721.152
150.000
528.845
100.000
150.000
53.185
26.593
131.250
131,250
131.250
131.250
131.250
5.271.891
5.271.891
6.419.636
5.827.329
5.271.891
658.250
27.406.367
3.6 Plazos
GLSA solicitará amplitud de plazos para realizar las pruebas y terminar los
informes comprometidos para mediados de agosto.
Argumentos conceptuales para el estudio de lixiviación de concentrados de cobre con
altos contenidos de calcopirita.
1. Propiedades
lixiviación.
físicas
y
químicas
de los minerales
sulfurados
y
su implicancia
en los procesos
de
Para el desarrollo de este trabajo en primer lugar se ha considerado revisar algunos aspectos fundamentales de las
propiedades físicas de los minerales sulfurados en particular la calcopirita y de su comportamiento bajo distintas
condiciones de lixiviación. Desde el punto de vista de las propiedades físicas es relevante referirse a la naturaleza
semiconductora de estos minerales y en particular a su estructura de bandas, las que siendo muy complejas,
definen la mayor o menor tendencia del sulfuro a disolverse o no. También se ha considerado pertinente hacer una
muy breve revisión de los aspectos termodinámicos de estos súlfuros con relación a su comportamiento bajo
diferentes condiciones de potencial y de pH de solución. Por otra parte, las características de las soluciones
lixiviantes utilizadas para disolver estos minerales bajo distintas condiciones termodinámicas, son analizadas en
términos de sus propiedades físicas, químicas, requerimientos de manejo, producción, etc.
La naturaleza y los mecanismos de transformación de fase de los minerales sulfurados son muy importantes ya que
tales variaciones alteran las propiedades eléctricas de los materiales y también su comportamiento en la lixiviación.
Así, para determinar la factibilidad de un proceso hidrometalúrgico y en particular su eficiencia, importa tener una
idea fundamental de la cristalinidad, inclusiones u otros elementos que pudiesen intervenir en las propiedades. En
este escenario, los sulfuros presentan una variedad de propiedades magnéticas, eléctricas y físicas las que están
asociadas a la estructura electrónica de estos materiales. Entre los sulfuros es posible encontrar estructuras
electrónicas con electrones altamente deslocalizados del tipo encontrados en los metales hasta aquellos
característicos de los aislantes.
De acuerdo a los antecedentes existentes en las plantas concentradoras, la composición de los concentrados de
cobre cuenta con las algunas o todas de las siguientes especies sulfuradas de cobre y otras que no lo contienen:
Calcopirita, Calcosina, Covelina, Bomita, Enargita, Pirita, Molibdenita, Limonita, y Ganga.
Los sulfuros son esencialmente cristales semiconductores los que cuando son sometidos a un proceso de oxidación,
sufren una destrucción, la que esta principalmente asociada a una pérdida de electrones y a una ruptura de enlaces
en la estructura cristalina, lo que provoca un desbalance electrónico en ésta. La idea fundamental es que el agente
oxidante estimula la liberación de los electrones desde la estructura cristalina del mineral oxidado, los electrones
pasan así a la esfera del agente oxidante participando en el proceso de reducción. El trabajo realizado para la
transferencia de los electrones desde la estructura cristalina dependerá fundamentalmente de las características del
cristal: tipo de enlace, estequiometría de la composición, y ordenamiento; en resumen de la naturaleza de
distribución del campo cristalino. Durante el proceso de oxidación, todos los súlfuros poseen una estabilidad propia,
existiendo súlfuros que pueden ser más o menos estables que los otros frente a un oxidante dado.
Respecto a la estructura cristalina de los súlfuros, en general se puede decir que es extremadamente compleja, y
aunque se han aplicado varias clasificaciones estructurales conocidas, una clasificación única aún no existe. En la
pirita, el Fe2+se encuentra en coordinación octaédrica con azufre, el que se encuentra en estado 5=2 . La calcopirita
contiene al cobre y al fierro en una coordinación tetraédrica con azufre. Aunque existe algún desacuerdo entre los
estados de oxidación de esta estructura, en general se acepta que la calcopirita es: Cu+Fel+52_
En la covelita el cobre existe en coordinación triangular y estrictamente tetraédrica. El 66% de los átomos de azufre
están combinados en unidades dianiónicas del tipo 52-2. La configuración propuesta es Cu2+ (Cu-) 52- (52- )2, en el
cual, Cu+2 ocupa un sitio triangular y el Cu' un sitio tetraédrico. En la calcosina se tiene una estructura en la cual el
cobre existe en dos tipos de coordinación triangular.
El mejoramiento y la innovación en el tratamiento de los minerales sulfurados de cobre pasan por un entendimiento
robusto de los mecanismos involucrados en las reacciones anódicas de disolución, en la estructura del sólido y en la
teoría electroquímica de los materiales semiconductores. En general, los minerales naturales presentan estructuras
policristalinas con un alto grado de impurezas. Además, es un hecho que los minerales provenientes de diferentes
orígenes poseen diferentes comportamientos de lixiviación y de flotación las que están asociadas a diferencias en la
estructura del sólido, propiedades semiconductoras, densidad de carga, etc. (Herrera, Mirza, 1994).
En los materiales sólidos la conducción eléctrica no se puede llevar a cabo por bandas de energía que estén
completamente llenas o completamente vacías. Como consecuencia de lo anterior, para que exista conducción
eléctrica, los electrones libres deberán moverse sólo a través de las bandas de energía parcialmente llenas. Por
otra parte, entre las bandas llenas y vacías existe una región de energía prohibida, ~E, la cual en el caso de los
materiales aislantes es muy ancha de modo que es imposible, a temperaturas físicamente posibles, excitar
térmicamente un electrón desde el nivel de mayor energía de la banda inferior llena, al menor estado energético de
la banda superior vacía. De este modo, las bandas están llenas o vacías y por lo tanto no puede fluir corriente de
electrones libres a través del sólido.
En el caso que la extensión de la energía prohibida sea muy pequeña, se tiene una probabilidad estadística
significativa de que los electrones puedan ser excitados a estados energéticos superiores.
Los electrones que
llegan al nivel superior van a poder contribuir al transporte de corriente, constituyendo así parte de la banda de
conducción, mientras que los espacios libres dejados en la banda inferior permiten que esta banda contribuya al
flujo de corriente eléctrica a través del mecanismo de conducción por huecos. Cuando la concentración de
electrones en la banda de conducción es alta el material recibe el nombre de semiconductor
tipo n. Por otra parte,
cuando la concentración de huecos es alta, el material recibe el nombre de semiconductor
tipo p.
La probabilidad de un electrón de ocupar una de las bandas de conducción esta gobernada por una Distribución del
Tipo Fermi - Dirac. En la Figura 1 se muestra de modo esquemático un diagrama de bandas de energía para un
material aislante, un semiconductor, y un metal.
Distribución
de Fermi·Dirac
mblpna$?
WL!enaW
o
(01
Aislador
(bl
Semiconductor
(el Metal
(Banda parcial·
mente llena)
Metal
(Banda
superpuesta'
(di
Figura 1: Diagrama de bandas de energía para distintos tipos de materíales.
En el caso de los minerales sulfurados de cobre, muchos de ellos existen como compuestos no estequiométricos y
esto afecta sus propiedades electrónicas (Mirza y Herrera, 1992). Una especie como la calcopirita, representa un
semiconductor del tipo n, mientras que una especie rica en aniones debería presentar un comportamiento del tipo p.
Daiger y Gerlach, 1982, demostraron que los minerales del tipo p tales como el NiS y las FeS tienen velocidades de
disolución mayores que los minerales tipo n tales como la esfalerita y la calcopirita.
En la Tabla 1 se muestran algunas propiedades eléctricas y semiconductoras
Fierro.
Tabla 1: Propiedades eléctricas y semiconductoras
Mineral
Formula
Pirita
Calcopirita
Calcosina
Covelita
Esfalerita
FeS2
CuFeS2
CUS2
CuS
ZnS
Resistividad
nm
0.1-3.10-2
0.2-9.10-3
10.2.10.5
10-4- 10~
105 - 107
de minerales sulfurados de cobre y
de minerales sulfurados.
Tipo de Semiconductor
n,p
n
P
metálica p
-
Potencial
de Reooso
V
0.63
0.53
0.44
0.42
-0.24
2. Transferencia
de carga entre un material semiconductor
y una solución de lixiviación.
La transferencia de electrones ocurre sólo entre estados del mismo nivel energético, es decir, sin intercambio de
energía con los alrededores o mediante radiación. Para que la transferencia electrónica pueda ocurrir, el potencial
redox de la solución debe estar lo suficientemente cercano a los bordes de la banda de conducción. En ese sentido,
el tener una idea cuantitativa de los valores relativos entre las bandas de conducción y el potencial redox puede
servir para ver la posibilidad de ocurrencia de una reacción de lixiviación o no. En la Figura 2, se muestra un
esquema análogo que trata de darificar el mecanismo de transferencia electrónica entre dos niveles idénticos de
energía.
CONDICION DE TRANSFERENCIA EPI
=
EP2
Movimiento de electrones
EPI
CONDICION
DE TRANSFERENCIA
NO SE CUMPLE
EPI ~ EP2
EPI
EP=O
Figura 3: Diagrama explicativo de la incompatibilidad de niveles de energía. La diferencia en los niveles de energía
inhibe el flujo de electrones.
En términos ilustrativos, un par redox tal
sólo una de las bandas de conducción
electrones va a depender del número
desocupados en el electrolito (solución
energético.
como el Fe3+/Fe2+ es capaz de efectuar un intercambio de electrones con
del sólido. De acuerdo a lo anterior, la velocidad de transferencia de
de estados ocupados en el sólido (mineral) y al número de estados
lixiviante) con la restricción de que deben estar en el mismo estado
En términos analíticos, la corriente total de electrones desde el mineral hacia la solución, va a ser la integral de
probabilidad sobre todo el rango posible de estados o niveles energéticos:
F
=
-
q fv-(E)Dsc(E)f(E
- Esc)Dox(E)dE
donde:
D se(E): es la densidad de estados en el semiconductor.
f(E-Ese): es la función de Fermi que describe cual de los estados energéticos se encuentran ocupados.
Dox(E): es la densidad de estados del agente lixiviante en la solución.
v(E): es el coeficiente de transmisión.
Por otra parte:
donde:
Cnx:es la concentración de agente lixiviante en la solución.
Wlix:es la probabilidad de que el nivel energético se encuentre en un estado de activación E'.
2.1 Función de Probabilidad de los Estados Energéticos, Wlix.
La representación de iones en solución en la forma de niveles de energía es mucho mas complicada que la
representación para los sólidos. Los niveles energéticos de un ión en solución están distribuidos como resultado de
las fluctuaciones térmicas de los dipolos en el cinturón de solvatación que rodea al ión (Bockris, J.O.M and Khan,
S.U., J. Electrochem. Society., 132 (1978) 228. La distribución se postula que es parabólica, es decir, una
distribución del tipo Gaussiana. La probabilidad de que ocurra una transferencia electrónica entre un sólido y un ión
en solución depende de los niveles de energía del ión en el instante de la transferencia; la energía requerida para
que el ión alcance un estado activado es la diferencia entre el agente oxidante, Ehxy E', Y la probabilidad, Wlixde
que los niveles energéticos de las especies sea E". Esta probabilidad esta dada por:
donde:
A: es la energía de reorganización, la cual incluye la contribución energética desde los enlaces de estiramiento en la
esfera interna de coordinación y la rotación de las moléculas de solvente en la esfera externa. Estas fluctuaciones
energéticas no son despreciables y la desviación estándar (AkT)1/2puede tomar valores de varios eVo En al Figura
4 se muestra una comparación entre los niveles energéticos del mineral en su superficie y los niveles energéticos de
los iones en solución (Frank Crundwell, 1996).
Cuando un mineral sulfurado y una solución oxidante están en equilibrio, lo que ocurre es que el potencial
electroquímico de un electrón en el mineral es idéntico al potencial electroquímico en la solución; dicho de otro modo,
el nivel de Fermi es idéntico al potencial redox de la solución. De este modo, cuando se sumerge un mineral
sulfurado en un electrolito se produce una redistribución de carga en la región interfacial, de modo que un exceso de
densidad de carga en la solución es balanceado por una igual densidad de carga en el sólido en el estado de
equilibrio.
Considerando los aspectos anteriores resulta relevante describir como ocurre la disolución de un mineral sulfurado
en la presencia de un agente oxidante. El enlace entre átomos vecinos en un cristal se debe a la interacción entre
los orbitales enlazantes de los átomos vecinos. Los estados energéticos de los electrones de enlace están definidos
por la banda de valencia del sólido, y la presencia de un "hueco" o "espacio vacío" en ésta significa que uno de los
electrones ha sido removido y por lo tanto la unión entre los átomos se ve fuertemente debilitada. Los huecos
pueden ser inyectados en la banda de valencia por un agente oxidante.
VaL'tlUIII
walc (~V)
IJl'(IUm,
rl'" in
I1I
," ••1.-(VI
al
ti
vacuum
Di,lrihuII()I) ,\1 ~1I('r~\
in Ihe rl"lh't\ d(,\'ulll~le
hll'r!'~ lc.~\d, al Ih~'
vcrniconductor 'Uf tace
11.-\('1,
Figura 4: Superposición de niveles de energía de algunos solidos semiconductores y la distribución energética del
agente oxidante en solución.
Un análisis para el caso de la calcopirita (CuFeS2), se observa que esta requiere de un ambiente oxidante con un
sistema redox con una distribución lo más amplia posible de la distribución de niveles de energía en la solución
lixiviante. Este hecho es fundamental para la aplicación del concepto de oxidación usando potente agente oxidante
como es una solución ácida sobresaturada en ozono. Con esto se logran dos efectos positivos sobre la cinética de
disolución de la calcopirita: en primer lugar, la banda de distribución de energía se hace más ancha y por lo tanto se
cuenta con una mayor cantidad de energía medida en eV, permitiendo el salto de los electrones de la banda de
valencia a la de conducción. En segundo lugar, se generan radicales libres altamente oxidantes que van a mejorar
la cinética intrínseca de oxidación de la calcopirita.
En términos más detallados, el proceso de disolución de un mineral sulfurado se puede visualizar de la siguiente
manera:
s- 15Sea MS un mineral sulfurado el cual se puede representar de la forma: M S
Sean además X e Y dos especies iónicas en solución, de tal modo que se tiene la siguiente interacción:
(M5+S5-)S
+X ~MX+
+S; +e-
5
M +S5- +X +h+ ~ MX+ +S; + e"
S; +y
~(Syt
+e-
(sr)'
S; + S; ~ (S- S)s
S; + Y + h' ~
La teoría predice que el elemento más electropositivo debería ir a solución mientras que el más electronegativo
debería sufrir una reacción de recombinación la cual lo debería llevar a un estado elemental.
2.2 Análisis de la Disolución de Calcopirita, CuFeS2
Con todos los antecedentes anteriores, surge la pregunta acerca del como se puede solubilizar la calcopirita de
modo de tener un proceso rápido y que genere pocas impurezas? Para responder a esta pregunta, es necesario
analizar todas las rutas permisibles que lleven a la disolución de éste mineral mediante el uso del Diagrama
Termodinámico de Pourbaix. De acuerdo a este diagrama las zonas de descomposición de la calcopirita se pueden
obtener de las siguientes maneras:
•
Soluciones oxidantes:
CuFeS2 + 40x ~ Cu2+ + Fe2+ + 2S + 4Ox•
Soluciones fuertemente ácidas: Este tipo de disolución es conducente a la formación de H2Sy cobre y fierro
en solución. A este respecto se postulan las siguientes reacciones:
5CuFeS2
+ 4H+ ~ CuSFeS4
+ 2Fe2+ + 2FeS2 + 2H2S
CuFeS2 +4H+ ~CU2+ + Fe2+ +H2S
CuFeS2 + 2H+ ~ CuS + Fe2+ + H2S
En las ecuaciones anteriores la última es la más favorable desde el punto de vista termodinámico.
En el caso de los experimentos programados por GLSA se trabajará en soluciones oxidantes a valores de pH entre
0.5 a 2.0 de modo de direccionar el sistema reaccional a la zona de soluciones fuertemente oxidantes.
En un estudio realizado por Parker, 1981, se analizó la lixiviación de calcopirita utilizando diferentes agentes
oxidantes, los cuales ordeno de acuerdo a un diagrama de niveles de energía. Para que exista una captura o
inyección de un electrón en el sólido, el potencial de la solución debe superponerse con los niveles de las bandas de
conducción o de valencia respectivamente.
Conducrion
band
Fe .1<1
-
('u"
/(u·
-I,d
_
NO, iNO
1l,,¡lIr
-
O,/II:!)
3d
S 31'
('U
lIprl"
valence
hand
Figura 5: Superposición de niveles de energía de la calcopirita y la distribución energética de diferentes agentes
oxidantes en solución.
Se observa que en particular el par Cu2+/Cu+ y el par BrzlBr se encuentran en niveles muy similares a los niveles
energéticos de las bandas de conducción y de valencia respectivamente. Por lo tanto, se podría esperar que ambos
sistemas se reduzcan con una cinética rápida, no así el par Fe3+/Fe2+el cual se encuentra en un nivel
correspondiente a la banda prohibida del sólido.
energía será más favorable.
En el caso del uso de ozono, la superposición de niveles de
En el análisis anterior se puede constatar que no aparece el uso de ozono como agente lixiviante, de ahi que surge
el interés particular en este proyecto de analizar el desarrollo de un proceso que permita comparar su viabilidad
técnica y económica frente a otros procesos de lixiviación de concentrados de cobre ricos en calcopirita.
A
continuación se hace una breve discusión de diferentes alternativas tecnológicas de lixiviación de concentrados de
cobre.
3. Alternativas
Tecnológicas
para la Lixiviación
de Concentrados
de Cobre.
Existen hoy un número de procesos viables para el tratamiento de concentrados de cobre; algunos de ellos son
específicos para algún compuesto en particular y otros pueden atacar en forma inespecífica todos los compuestos
sulfurados (Hernandez, F. y Herrera, M., 2003; Rosas, F. y Herrera, M., 2003). En la Tabla 2 y 3 se rnuestra en
forma resumida algunas de las caracteristicas y costos de capital y de operación más importante de estos procesos,
referida a una producción de 100000 t anual al año 2003.
PROCESO
alimentación
Preparación
464,989
Remolienda
O
Espesamiento
Rujo lixiviante
20,666,162
Lixiviación
Lavado
O
de
gases
14,466,313
Enfriamiento/calentamiento
10,333,081
Rttrado
10,333,081
Neutralización
Uxiviadón
452,318
452,318
457,473
2,813,262
22,686,144
24,637,726
13,559,605
13,659,605
2,846,290
3,099,924
Rltrado
4,133,232
Extracción por solventes
O
O
589,458
1,475,136
32,015,387
27,367,177
1,048,843
898,119
559,284
40,562,506
20,886,288
16,656,185
1,953,978
1,165,096
O
O
3,533,246
754,926
O
O
831,951
762,874
34,535,205
4,189,354
3,530,215
O
4,806,525
10,309,461
41,838,251
3,039,744
3,792,972
1,459,180
3,036,039
4,084,065
O
8,233,005
8,312,108
2,138,954
8,333,402
12,665,793
O
1,505,478
2,994,872
O
O
3,123,407
1,970,882
O
O
1,433,472
6,435,279
5,934,223
O
4,982,924
1,125,913
46,595,985
3,709,790
10,174,375
28,091,685
18,724,668
18,724,668
18,724,668
18,724,568
23,405,835
60,698,285
O
92,997,729
60,698,285
60,698,285
60,698,285
60,698,285
60,698,285
12,399,697
23,869,417
23/869,417
23,869,417
23,859,417
23,869,417
Manejo
O
de refino
Piedra caliza
Roculante
44,904,261
103,331
8,381,613
Total (U5$)
O
176,954,012
20,083,774
O
2,056,516
154,996
O
O
3,099,924
S-X mineral
760,681
2,511.240
2,960,571
5X/EO tanques
O
439,315
O
Electroobtención
5
O
O
1,459,251
1,141,198
22,244,532
O
O
O
3,439,628
O
Oanñcaoón
CESl
DYNATEC
452,318
2,066,616
secundaria
BIOX
452,318
O
Espesamiento
NENATECH
452,318
O
568,319
Presi6nO
ACTlVOX
TOTAlPOX
INTEC
O
21,163,343
O
8,513,885
23,869,417
O
O
21,985,955
20,240,734
251,067
753,591
402,833
513,072
693.050
1,476,401
570,930
9,585,832
1,236,843
1,886,811
154,996
154,996
154,996
2,599,995
2,599,995
2,599,995
2,599,995
3,108,691
245,000,372
200,545,658
203,811,443
273,823,974
202,915.226
202.130,572
Tabla 2: Costos de capital de distintas tecnologias para la lixiviación de concentrados
comparación una producción anual: 100.000 t),
154,996
154,996
154,996
3,900,644
de cobre. (Base de
Además de las alternativas tecnológicas mencionadas en Tablas 2 y 3, existen otras tecnologías alternativas al
tratamiento pirometalúrgico de concentrados de cobre que resultan atingentes de mencionar.
El proceso Arbiter/Escondida
(Lossin, 2004) fue desarrollado con el propósito de lixiviar especificamente
Calcosina, quedando un residuo insoluble de CuS. Posteriormente el cobre solubilizado se recupera por extracción
con solvente y elecíroobtención. Eventualmente el residuo insoluble conteniendo Covelina se puede procesar por la
ruta pirometalúrgica. En forma muy resumida, el proceso consiste en la extracción del concentrado con amonio y
oxigeno en reactores con agitación de acuerdo a la siguiente ecuación:
INTEC
TOTAL POX
ACTlVOX
NENATECH
BIOX
DYNATEC
CESL
0,0002
0,0002
0,0002
0,0002
0,0002
0,0002
0,0002
Remolinenda
0,0000
0,0035
0,0304
0,0307
0,0\7\
0,0\7\
0,0035
Espesamiento
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0002
0,0008
0,0003
0,0002
0,0003
0,0004
0,0004
tccvrecón
0,0073
0,0090
0,0051
0,0053
0,0233
0,0065
0,0058
presión
0,0000
0,0008
0,0008
0,0000
0,0000
0,0007
0,0005
de gases
0,0034
0,0000
0,000\
0,0000
0,0000
0,0002
0,000\
EnfriamieI'ltrJ/calentamiento
0,0332
0,0059
0,0035
0,0070
0,0\92
0,0030
0,0025
Espesamiento
0,0022
0,0115
0,0007
0,0011
0,0006
0,0007
0,00\0
Filtrado
0,0030
0,0000
0,0023
0,0023
0,0006
0,0023
0,0037
Neutralización
0,0012
0,0000
0,0011
0,0024
0,0016
0,0004
0,0003
Lixiviación
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0008
Clarificación
0,0009
0,0000
0,0008
0,0016
0,0014
0,0007
0,0007
Filtrado
0,0011
0,0000
0,0014
0,0003
0,0133
0,0010
0,0030
ExtracdÓl'l por solventes
0,0000
0,0061
0,0041
0,0041
0,0041
0,0041
0,0051
Electroobtención
0,0740
0,0672
0,0672
0,0672
0,0672
0,0672
0,0672
SX/EO tanques
0,0071
0,0296
0,0138
0,0194
0,0151
0,0135
0,0131
5
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
O
0,0052
0,0525
0,0151
0,0155
0,0338
0,0174
0,0\56
0,0000
0,0037
0,0001
0,0002
0,0001
0,000\
0,0002
Piedra caliza
0,0063
0,0000
0,0042
0,0011
0,0413
0,0033
0,0058
Aoculante
0,0006
0,0031
0,0006
0,0008
0,0007
0,0000
0,0008
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0111
0,0000
MA relave
0,0222
0,0111
0,0111
0,0111
0,0111
0,0111
0,0111
Cátodo
0,0322
0,0322
0,0322
0,0322
0,0322
0,0322
0,0322
0,2886
0,1847
0,1746
PROCESO
Preparación
alimentación
Surge/Feed
Lavado
MabeJo
Llenado
Total
Ieach
secundaria
de reñno
S-X
Y mercado
sin venta
de acido
(US$
¡IIJCu)
Total
con neutralización
ácido
(US$¡IIJ
Total
con venta
¡IIJCu)
de
Cu)
de áCido (US$
0,1562
0,2270
0,1961
0,2041
0,1562
0,290\
0,1985
0,2117
0,2917
0,1905
0,1746
0,1562
0,0392
0,1556
0,2261
0,2792
0,1563
0,1746
Tabla 3. Costos de Operación de distintas tecnologias para el proceso
cobre. (Base de comparación una producción anual: 100.000 t).
de lixiviación
de concentrados
de
En la actualidad, este proceso no esta en operación al menos en forma industrial.
El proceso Cuprex (Lossin, 2004) utiliza FeCb para la oxidación del cobre desde la Calcopirita, obteniendo este en
forma soluble como CuCIz de acuerdo a la siguiente reacción:
Mediante extracción por solventes se separa el fierro del cobre, los cuales luego se someten a un proceso de
electrólisis utilizando celdas con membrana, donde en el cátodo se recupera cobre en polvo y en el ánodo se
produce FeCb que se recicla al proceso de oxidación.
El proceso lntec (Hernandez, F., 2001; Rosas, F., y Herrera, M., 2002) mencionado en Tablas 2 y 3, realiza la
lixiviación de cobre (y otros metales) con una solución de NaCI/NaBr a 85°C. de acuerdo a la siguiente reacción:
CuFeS2 +4CuCl~ +302 +2H20
~8CuCI+4FeOOH
+8S
El lixiviado se trata con CaO y el sobrenadante se somete a electrólisis utilizando celdas con membrana, donde en
el cátodo se obtiene cobre en polvo y en el ánodo se produce BrCI' que reciclado hacia el proceso de oxidación en
conjunto con Cu+2. Este proceso se ha desarrollado hasta el nivel de planta piloto, sin embargo no queda claro su
efectividad para lixiviar Calcosina y Covelina.
El proceso de Lixiviación con oxígeno presurizado (Lossin, 2004) es capaz de solubilizar cobre a partir de
concentrados que Sornita, Calcopirita y Calcosina. Los concentrados son tratados en la presencia de ácido sulfúrico
con 8 bares de presión de 02 a 200°C. Se obtiene una recuperación de cobre del 99% con cinéticas muy rápidas de
hasta una hora. El cobre obtenido se recupera por electroobtención. Este procedimiento esta siendo evaluado en
plantas Industriales (Minería Chilena, Junio 2004; Minería Chilena, Enero 2005).
El proceso de Sulfurización (Padilla, 2003) transforma concentrados de cobre sulfurados en un mezcla homogénea
de Covelina (CuS). Este mineral es posteriormente lixiviado con una solución salina de ácido sulfúrico a 85-90oC,
desde esta solución se puede obtener el cobre por extracción por solvente y electroobtención. El proceso de
Sulfurización se lleva a cabo con azufre elemental a una temperatura de 350°C. Este proceso sólo se ha evaluado
al nivel de laboratorio. Existe una versión alemana de este proceso conocida como Proceso Agrícola la cual sólo
está desarrollada a nivel piloto.
Los antecedentes antes expuestos han servido como base para que las empresas mineras promuevan la búsqueda
de alternativas tecnológicas para abrir opciones de alternativas tanto hidrometalúrgicas como biohidrometalúrgicas
que permitan tener otras opciones de tratamiento para sus concentrados, con la singularidad de contener Cu FeS2 .
Es en este contexto, en el cual se ha estado realizando este estudio el que se puede escribir en términos genéricos
como:
X[Conclu/inslácido
+ Y[Oxidante]
~ X[Conc']CUISOllácidO + Y[Reductor]
Simultáneamente ocurre una reacción de regeneración de las especies oxidantes.
X[ Re ductor] ~ X[ Oxidante]
Dado el diseño del sistema el equilibrio estará siempre desplazado hacia la formación de especies oxidantes.
Por otra parte, Cross, D. Hernandez, F y Herrera M, 2005 estudiaron la lixiviación de concentrados ricos en CuFeS2
con fijación simultánea de arsénico provenientes de la División El Teniente de Codelco Chile. Fue posible
desarrollar un proceso hidrometalúrgico técnicamente factible, pero económicamente no factible, debido al alto
consumo de energía lo que no le fué posible competir con la ruta pirometalúrgica. Durante el desarrollo de las
pruebas se pudieron constatar los siguientes hechos:
•
•
•
La lixiviación de concentrado Teniente con preacondicionamiento electroquímico es prácticamente instantánea.
La lixiviación de concentrado Teniente produce calor y por lo tanto hay presencia de reacciones exotérmicas en
el proceso.
El nivel de lixiviación que se observa en el concentrado Teniente sin preacondicionamiento electroquímico no
guarda relación con el acondicionamiento ni la agitación, probablemente se trata de una fracción de Cu que se
ha oxidado por las mismas condiciones de tratamiento en la producción del concentrado.
En este estudio se pudo establecer desde ya algunas diferencias y características con relación a los procesos
citados anteriormente:
•
•
•
•
•
•
•
•
Es un proceso que con el precio actual de la energía requiere de mayor optimización para hacerlo
atractivo desde el punto de vista del negocio.
Por la composición del concentrado Teniente se ve que el proceso puede atacar distintos minerales
sulfurados.
Desde el punto de vista de la operación se incluyen una o dos etapas fundamentales.
No produce cobre metálico.
Produce un concentrado (o pulpa) modificado que es altamente soluble en ácido.
El proceso entero esta basado en un sistema de electrólisis directo a la pulpa.
Se recupera uno 80 al 90% del cobre.
No se detecta disolución de arsénico lo que permitiría fijarlo en la matriz residual de concentrado.
4. Desarrollo de un proceso para la lixiviación de concentrados ricos en calcopirita mediante el uso de
soluciones sobresaturadas en gases altamente oxidantes (oxígeno y ozono).
Dada la naturaleza de los concentrados producidos en las plantas concentradoras de la industria minera en Chile en
general se opta por la ruta pirometalúrgica, sin embargo, los procesos pirometalúrgicos llevan asociados procesos
de contaminación por volatilización de varios elementos químicos, lo que ha obligado al tratamiento de los gases de
las fundiciones para abatir principalmente el azufre y arsénico entre otros. En este escenario, se hace necesaria la
búsqueda de alternativas tecnológicas innovadoras que permitan superar estos desafíos en forma sustentable y es
en ese contexto, en que Grupo Latino S.A. ha venido realizando esfuerzos por nuevos desarrollos tecnológicos
metalúrgicos.
En esa perspectiva, se propone el desarrollo de un tratamiento potencial hidrometalúrgíco de concentrados de cobre
y de pirita a través de un proceso de lixiviación con un alto potencial y una banda ancha de energía en la solución de
modo de promover de manera más efectiva el salto de los electrones de la banda de valencia a la de conducción en
los súlfuros presente y en particular el caso de la calcopirita CuFeS2. El proceso involucra la utilización de agentes
altamente oxidantes oxígeno y ozono en un medio ácido de modo de liberar en forma selectiva el cobre y otros
elementos desde la matriz de la partícula.
Considerando lo anterior, el objetivo general de esta Etapa 3 del Proyecto CORFO: "Oxigenación de Soluciones
de Lixíviación en Minería del Cobre", código 205-4900 es determinar la potencialidad real de este nuevo proceso
hidrometalúrgico para el tratamiento de concentrados de cobre ricos en calcopirita mediante el uso de una
tecnología basada en la sobresaturación oxígeno y ozono de soluciones de lixiviación.
El logro exitoso de los objetivos de éste proyecto debería generar los siguientes impactos:
Sentar las bases para el desarrollo de una nueva tecnología para el tratamiento de concentrados de cobre ricos
en Calcopirita.
Disminución y control de las emisiones gaseosas, liquidas y sólidas en las fundiciones de cobre.
Producción de residuos sólidos estables.
5. Objetivos.
El objetivo principal de la Etapa 111del proyecto es demostrar en forma práctica que la tecnología desarrollada por
GLSA es tecnológica y económicamente factible para la lixiviación de concentrados de cobre ricos en calcopirita.
5.1 Objetivos Específicos.
De especial relevancia será el establecer la cinética global de lixiviación de los concentrados y las condiciones que
determinan una fijación sustentable de los residuos generados.
Determinar las modificaciones o transformaciones que sufren las diferentes especies mineralógicas presentes
en el concentrado, (DRX), espectroscopia de absorción atómica y/o microscopía electrónica (EDS).
Establecer relaciones entre la cinética de disolución de las especies y de consumo de energía con las
transformaciones en fase sólida que sufran las especies mineralógicas presentes en el concentrado.
Determinar el consumo energético global en el proceso de transformación del concentrado.
Determinar y evaluar criterios de diseño del proceso que permitan un desarrollo técnico, económico y
sustentable.
ANEXO 4
Informe Final
-------
-
INFORME 731/08
CARACTERIZACION
MINERALOGICA DE
DOS MUESTRAS DE MINERAL: PIRITA Y CALCOPIRITA
ATT.
Sr.: Miguel Herrera M.
Grupo Latino S.A.
Mineralogía Aplicada a Metalurgia
POR
(M. A. M. Ltda.)
Mineralogía
Sr. Franco Barbagelata
Mineralogista
Noviembre 18, 2008
~
'lIS o~10(;1>••• 10 L.w..NDE:S ~
FONO fA¡( lS6-:V 2 o 2 'f1Z4 &.d
~
------------------_.~
HAH~
INTRODUCCiÓN
Se recibió de parte de el Sr. Lorenzo Reyes, dos muestras de minerales correspondiente
a un
concentrados de pirita y otro un concentrado de calcopirita.
El estudio realizado estuvo dirigido al análisis mineralógico de los minerales opacos y ganga no metálica.
METODOLOGíA EXPERIMENTAL
Después de recibir las muestras, se prepararon dos briquetas para el estudio de minerales opacos
(composición mineralógica de opacos).
Para preparar una briqueta se tomaron un gramo de muestra, utilizando un cuarteador, la que, una vez
montada se desbastó y pulió.
Para determinar la composición mineralógica, se empleó el método estadístico de conteo de puntos
utilizando una placa de integración, con una red métrica de 400 puntos (intersecciones), adosada a un
ocular de 12,5x del microscopio óptico y objetivo de 16x.
A continuación, se calculó el porcentaje en peso de los granos de mineral contabilizados, utilizando el peso
específico de cada uno de ellos, y luego se extrapoló con el peso de la ganga hasta alcanzar los valores
dados por los análisis químicos.
La contribución de los elementos químicos contenidos en la fórmula de cada mineral es teórica, tomada de
valores de la Bibliografía Mineralógica
.- MINERALOGY BY IVAN KOSTOV (1968) .
.- DANA'S NEW MINERALOGY octava edición (1997)
.- GLOSSARY MINERAL SPECIES 1991
~
C$ ~ 1~ 1':...10 lMuNDS SANfWP
FONO FAX (S(.2J
t1'2II E-.d
~
z oz
HAH~
RESULTADOS
Tabla de distribución de minerales de la muestra , 100% Peso
Muestra Calcopirita
% Peso
89.80
8.72
0.64
0.22
0.22
0.16
0.23
100.00
Muestra Pirita
% Peso
Minerales
Calcopirita
Somita
Pirita
Magnetita
Hematita
Limonita
Ganga
Total
98.73
0.21
1.07
100.00
I Distribución
Mineralógica
% pesol
100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
~
Pirita
50.00
1% Pesol
Calcopirita
Bornita
40.00
Ganga
••
Limonita
Hematita
Magnetita
~
CZ1S ~ 1OE:P:...10 IM.JJDS ~
FONO FAX (S6.2J 2 02 'Wl4 E-:l
~
IMineralesl
HAH l:lk
Muestra: Concentrado Pirita
El contenido de pirita alcanzó a 98.73%.
También se detectó la presencia de mineral oxidado de fierro, magnetita 0.21%.
La ganga no metálica de la muestra 1.07%.
Composición Min. De Minerales Opacos versus Ganga (100 % Peso)
%5
%Vol
% Peso
Minerales
I
I
52.72
97.85
98.73
Pirita
0.20
0.21
Magnetita
1.96
1.07
Ganga
52.72
100.00
Total
100.00
I
I
I
T
%Fe
46.01
0.15
I
I
46.16
Muestra: Concentrado Calcopirita
Se observó la presencia de sulfuros de cobre como: calcopirita 89.80% y bornita 8.72%.
El contenido de pirita alcanzó a 0.64%.
También se detectó la presencia de mineral oxidado de fierro, magnetita 0.22%, limonita
hematita 0.22%.
0.16%, y
La ganga no metálica de la muestra 0.23%.
oqica de 100 % de Mmerales opacos
Compostcron mmera 1'.
Minerales
Calcopirita
Bornita
Pirita
Limonita
Magnetita
Hematita
Ganga
Total
% Peso
89.80
8.72
0.64
0.16
0.22
0.22
0.23
100.00
% Vol.
%S
%Cu
% Fe
91.24
7.30
0.55
0.18
0.18
0.18
0.36
100.00
31.43
2.23
0.34
31.07
5.52
27.30
0.97
0.30
0.10
0.16
0.16
34.00
36.59
28.98
oe.
~
6t15 106":"'10 IM..NDES S4~
FONO FAX~2l 2 o 2 'H2IfE-.d
~
Formulario
Minerales
I Fórmula
Sulfuros de Cu
Cu Fe S 2
Calcopirita
CUs Fe S 4
Bornita
Minerales de Fe y Ti, sulfuros, sulfatos, óxidos
Pirita
FeS 2
Magnetita
Fe304
Hematita
Fe203
FeOOH
Limonita
~
aJS
FOOO FAX ~2J
o~1~ P;...10 IM..NDES
2 o 2 t'/'Z4 f...,.;1 ~
S4NM~
Fotografías Muestra Pirita.
320x. N 11. Piritas libres de tamaños 85~ m hasta 5~ m y menores.
320x. N 11. Piritas libres y grano de ganga no metálico.
~f$oe.1D'
1>.10 t....NrS
FONO fM !S&-2J2 o 2'f1r211 E..,.:L
~
~
HAHUk
Fotografías Muestra Calcopirita.
320x. N 11. Calcopirita entre crecida con bornita (color rosado).
320x. N 11. Bornita incluida en calcopirita.
~
aJS
FONO FM ~2J
oe. 1~ 1>.10
t......NDE5 WJrI,4QO
2 o 2 'H'24 E-;L
~
HAH~
Fotografías Muestra Calcopirita.
8OOx.N /l. Calcopirita envolvente a limonita.
320x. N /l. Hematita libre y calcopiritas libres.
~
Q)S "'" 1~ P:...10 1M uNOE5 WJII,4Q)
FONO FAX~2J 2 o 2 mtf E.wo:l ~
Fotografías Muestra Calcopirita.
320x. N 11. Pirita asociada a ganga no metálica y piritas de 5J.1 m y menores.
320x. N 11. Hematita asociada a ganga no metálica.
~
6:Z1S ~ 1'" p~ 10 1M uNIJS SNIfIAl1J
f{1NO FM ~ZI 2 2
E-.:L
~
o -mtf