La cianuración de oro (también conocida como proceso de cianuración o proceso MacArthur–Forrest ) es una técnica hidrometalúrgica para extraer oro de minerales de baja calidad mediante la conversión del oro en un complejo de coordinación soluble en agua . Es el proceso de lixiviación más comúnmente utilizado para la extracción de oro . [1] La cianuración también se usa ampliamente en la extracción de plata, generalmente después de la flotación por espuma . [2]
La producción de reactivos para el procesamiento de minerales para recuperar oro representa más del 70% del consumo de cianuro a nivel mundial. Otros metales que se recuperan del proceso incluyen cobre, zinc y plata, pero el oro es el principal impulsor de esta tecnología. [1] Debido a la naturaleza altamente venenosa del cianuro , el proceso es controvertido y su uso está prohibido en algunas partes del mundo. El cianuro se puede utilizar de forma segura en la industria minera del oro. [3] Una característica clave para el uso seguro del cianuro es garantizar un control adecuado del pH a un nivel de pH alcalino superior a 10,5. A escala industrial, el control del pH se logra principalmente utilizando cal, como un reactivo habilitador importante en el procesamiento del oro. [4]
En 1783, Carl Wilhelm Scheele descubrió que el oro se disolvía en soluciones acuosas de cianuro. A través de los trabajos de Bagration (1844), Elsner (1846) y Faraday (1847), se determinó que cada átomo de oro requería dos iones de cianuro, es decir, la estequiometría del compuesto soluble.
La expansión de la minería de oro en el Rand de Sudáfrica comenzó a desacelerarse en la década de 1880, ya que los nuevos depósitos que se encontraban tendían a contener mineral pirítico . El oro no podía extraerse de este compuesto con ninguno de los procesos químicos o tecnologías disponibles en ese momento. [5] En 1887, John Stewart MacArthur , trabajando en colaboración con los hermanos Robert y William Forrest para la Tennant Company en Glasgow , Escocia, desarrolló el proceso MacArthur-Forrest para la extracción de oro de los minerales de oro. Se emitieron varias patentes en el mismo año. [6] Al suspender el mineral triturado en una solución de cianuro, se logró una separación de hasta el 96 por ciento de oro puro. [7] El proceso se utilizó por primera vez en el Rand en 1890 y, a pesar de las imperfecciones operativas, condujo a un auge de la inversión a medida que se abrían minas de oro más grandes. [8] [5]
En 1891, el farmacéutico de Nebraska Gilbert S. Peyton había refinado el proceso en su mina Mercur en Utah, "la primera planta minera en los Estados Unidos en lograr un éxito comercial del proceso de cianuro en minerales de oro". [9] [10] En 1896, Bodländer confirmó que el oxígeno era necesario para el proceso, algo que MacArthur había puesto en duda, y descubrió que el peróxido de hidrógeno se formaba como intermediario. [8] Alrededor de 1900, el metalúrgico estadounidense Charles Washington Merrill (1869-1956) y su ingeniero Thomas Bennett Crowe mejoraron el tratamiento del lixiviado de cianuro, utilizando vacío y polvo de zinc. Su proceso es el proceso Merrill-Crowe . [11]
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La reacción química para la disolución del oro, la "ecuación de Elsner", es la siguiente:
A veces se utilizan cianuro de potasio y cianuro de calcio en lugar de cianuro de sodio.
El oro es uno de los pocos metales que se disuelve en presencia de iones de cianuro y oxígeno. La especie soluble en oro es el dicianoaurato [13] , del que se puede recuperar por adsorción sobre carbón activado [14] .
El mineral se tritura con maquinaria de molienda. Dependiendo del mineral, a veces se concentra aún más mediante flotación por espuma o concentración centrífuga (gravedad) . Se agrega agua para producir una suspensión o pulpa . La suspensión de mineral básica se puede combinar con una solución de cianuro de sodio o cianuro de potasio ; muchas operaciones utilizan cianuro de calcio , que es más rentable.
Para evitar la creación de cianuro de hidrógeno tóxico durante el procesamiento, se agrega cal apagada ( hidróxido de calcio ) o soda ( hidróxido de sodio ) a la solución de extracción para garantizar que la acidez durante la cianuración se mantenga por encima del pH 10,5 (fuertemente básico). El nitrato de plomo puede mejorar la velocidad de lixiviación del oro y la cantidad recuperada, en particular en el procesamiento de minerales parcialmente oxidados.
El oxígeno es uno de los reactivos consumidos durante la cianuración, ya que acepta los electrones del oro, y una deficiencia de oxígeno disuelto reduce la velocidad de lixiviación. Se puede purgar aire o gas oxígeno puro a través de la pulpa para maximizar la concentración de oxígeno disuelto. Se utilizan contactores íntimos de oxígeno-pulpa para aumentar la presión parcial del oxígeno en contacto con la solución, lo que eleva la concentración de oxígeno disuelto mucho más allá del nivel de saturación a presión atmosférica . También se puede agregar oxígeno dosificando la pulpa con solución de peróxido de hidrógeno .
En algunos minerales, en particular aquellos que están parcialmente sulfurados, la aireación (antes de la introducción de cianuro) del mineral en agua a un pH alto puede hacer que elementos como el hierro y el azufre sean menos reactivos al cianuro, lo que hace que el proceso de cianuración del oro sea más eficiente. Específicamente, la oxidación del hierro a óxido de hierro (III) y la posterior precipitación como hidróxido de hierro minimiza la pérdida de cianuro por la formación de complejos de cianuro ferroso. La oxidación de compuestos de azufre a iones de sulfato evita el consumo de cianuro a tiocianato (SCN − ) como subproducto.
En orden decreciente de eficiencia económica, los procesos comunes para la recuperación del oro solubilizado de la solución son (algunos procesos pueden no poder utilizarse debido a factores técnicos):
El cianuro que queda en los desechos de las plantas de extracción de oro es potencialmente peligroso. Por lo tanto, algunas operaciones procesan los desechos que contienen cianuro en una etapa de desintoxicación. Esta etapa reduce las concentraciones de estos compuestos de cianuro. El proceso autorizado por INCO y el proceso ácido de Caro oxidan el cianuro a cianato , que no es tan tóxico como el ion cianuro y que luego puede reaccionar para formar carbonatos y amoníaco: [15]
El proceso Inco puede reducir las concentraciones de cianuro por debajo de los 50 mg/L, mientras que el proceso de ácido de Caro puede reducir los niveles de cianuro a entre 10 y 50 mg/L, y las concentraciones más bajas se pueden lograr en corrientes de solución en lugar de en lodos. El ácido de Caro (ácido peroxomonosulfúrico [H2SO5 ] ) convierte el cianuro en cianato. El cianato luego se hidroliza en iones de amonio y carbonato. El proceso ácido de Caro es capaz de alcanzar niveles de descarga de cianuro "débilmente disociable en ácido" (WAD) por debajo de 50 mg/L, lo que generalmente es adecuado para la descarga a relaves. El peróxido de hidrógeno y la cloración básica también se pueden utilizar para oxidar el cianuro, aunque estos enfoques son menos comunes. Por lo general, este proceso sopla aire comprimido a través de los relaves mientras agrega metabisulfito de sodio , que libera SO2 . Se agrega cal para mantener el pH alrededor de 8,5 y se agrega sulfato de cobre como catalizador si no hay suficiente cobre en el extracto de mineral. Este procedimiento puede reducir las concentraciones de cianuro WAD por debajo de las 10 ppm exigidas por la Directiva de Residuos Mineros de la UE. Este nivel se compara con el cianuro libre de 66-81 ppm y el cianuro total de 500-1000 ppm en el estanque de Baia Mare . [16] El cianuro libre restante se degrada en el estanque, mientras que los iones de cianato se hidrolizan a Los estudios muestran que el cianuro residual atrapado en los relaves de las minas de oro provoca la liberación persistente de metales tóxicos (por ejemplo, mercurio) en los sistemas de aguas subterráneas y superficiales. [17] [18]
A pesar de que se utiliza en el 90% de la producción de oro: [19] la cianuración del oro es controvertida debido a la naturaleza tóxica del cianuro. Aunque las soluciones acuosas de cianuro se degradan rápidamente con la luz solar, los productos menos tóxicos, como los cianatos y los tiocianatos, pueden persistir durante algunos años. Los famosos desastres han matado a pocas personas: se puede advertir a los humanos que no beban ni se acerquen al agua contaminada, pero los derrames de cianuro pueden tener un efecto devastador en los ríos, a veces matando todo a varios kilómetros río abajo. El cianuro se elimina rápidamente de los sistemas fluviales y, siempre que los organismos puedan migrar desde áreas no contaminadas río arriba, las áreas afectadas pueden repoblarse pronto. Según las autoridades rumanas, en el río Someș debajo de Baia Mare , el plancton volvió al 60% de lo normal dentro de los 16 días posteriores al derrame; las cifras no fueron confirmadas por Hungría o Yugoslavia. [16] Los derrames de cianuro famosos incluyen:
Estos derrames han provocado feroces protestas en nuevas minas que implican el uso de cianuro, como Roşia Montană en Rumania, Lake Cowal en Australia, Pascua Lama en Chile y Bukit Koman en Malasia.
Aunque el cianuro es barato, eficaz y biodegradable, su alta toxicidad ha incentivado el uso de métodos alternativos para extraer oro. Se han examinado otros extractantes, incluidos el tiosulfato (S 2 O 3 2− ), la tiourea (SC(NH 2 ) 2 ), el yodo/yoduro, el amoníaco, el mercurio líquido y la alfa- ciclodextrina . Los desafíos incluyen el costo de los reactivos y la eficiencia de la recuperación del oro. La tiourea se ha implementado comercialmente para minerales que contienen estibina. [22] Otra alternativa a la cianuración es la familia de lixiviantes a base de glicina . [23]
Los estados de Montana [24] y Wisconsin en Estados Unidos , [25] la República Checa [26] , Hungría [27] han prohibido la minería con cianuro. La Comisión Europea rechazó una propuesta de prohibición de este tipo, señalando que las regulaciones existentes (véase más adelante) proporcionan una protección adecuada para el medio ambiente y la salud. [28] El Parlamento rumano rechazó varios intentos de prohibir la cianuración del oro en Rumania . Actualmente hay protestas en Rumania que piden la prohibición del uso de cianuro en la minería (véase Protestas rumanas de 2013 contra el Proyecto Roșia Montană ).
En la UE, el uso industrial de productos químicos peligrosos está controlado por la denominada Directiva Seveso II (Directiva 96/82/CE, [29] que sustituyó a la Directiva Seveso original (82/501/CEE [30] introducida tras el desastre de la dioxina en 1976). El "cianuro libre y cualquier compuesto capaz de liberar cianuro libre en solución" están además controlados al estar en la Lista I de la Directiva de aguas subterráneas (Directiva 80/68/CEE) [31] que prohíbe cualquier vertido de un tamaño que pueda causar un deterioro de la calidad de las aguas subterráneas en el momento o en el futuro. La Directiva de aguas subterráneas fue sustituida en gran medida en 2000 por la Directiva marco del agua (2000/60/CE). [32]
En respuesta al derrame de cianuro de Baia Mare en 2000 , el Parlamento Europeo y el Consejo adoptaron la Directiva 2006/21/CE sobre la gestión de residuos de industrias extractivas. [33] El artículo 13(6) exige que "la concentración de cianuro disociable en ácido débil en el estanque se reduzca al nivel más bajo posible utilizando las mejores técnicas disponibles ", y como máximo todas las minas iniciadas después del 1 de mayo de 2008 no pueden descargar residuos que contengan más de 10 ppm de cianuro WAD; las minas construidas o autorizadas antes de esa fecha no pueden verter más de 50 ppm inicialmente, reduciéndose a 25 ppm en 2013 y 10 ppm en 2018.
Según el artículo 14, las empresas también deben ofrecer garantías financieras para asegurar la limpieza una vez finalizada la mina. Esto puede afectar en particular a las empresas más pequeñas que quieran construir minas de oro en la UE, ya que es menos probable que tengan la capacidad financiera para ofrecer este tipo de garantías.
La industria ha elaborado un " Código de Cianuro " voluntario [34] que tiene como objetivo reducir los impactos ambientales con auditorías de terceros sobre la gestión del cianuro de una empresa.
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