La cianuración del oro (también conocida como proceso de cianuro o proceso MacArthur-Forrest ) es una técnica hidrometalúrgica para extraer oro de minerales de baja ley mediante la conversión del oro en un complejo de coordinación soluble en agua . Es el proceso de lixiviación más 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 e incluso 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 importante reactivo habilitador 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 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 se pudo extraer de este compuesto con ninguno de los procesos o tecnologías químicos 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 a partir de 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 un 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, provocó un auge de la inversión a medida que se abrieron 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 con el 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 se formaba peróxido de hidrógeno 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 mediante el uso de 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 del cianuro de sodio.
El oro es uno de los pocos metales que se disuelve en presencia de iones de cianuro y oxígeno. La especie de oro soluble es el dicianoaurato . [13] del cual se puede recuperar mediante adsorción sobre carbón activado. [14]
El mineral se tritura mediante maquinaria trituradora. Dependiendo del mineral, a veces se concentra aún más mediante flotación por espuma o concentración centrífuga (por gravedad) . Se añade 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 añade 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 de un pH de 10,5, fuertemente básico. El nitrato de plomo puede mejorar la velocidad de lixiviación del oro y la cantidad recuperada, particularmente en el procesamiento de minerales parcialmente oxidados.
El oxígeno es uno de los reactivos consumidos durante la cianuración, acepta los electrones del oro, y una deficiencia de oxígeno disuelto ralentiza la tasa de lixiviación. Se puede purgar aire u oxígeno puro a través de la pulpa para maximizar la concentración de oxígeno disuelto. Los contactores íntimos de pulpa de oxígeno se utilizan para aumentar la presión parcial del oxígeno en contacto con la solución, elevando así la concentración de oxígeno disuelto mucho más que el nivel de saturación a presión atmosférica . También se puede añadir oxígeno dosificando la pulpa con una solución de peróxido de hidrógeno .
En algunos minerales, particularmente 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 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 (el uso de ciertos procesos puede verse impedido por factores técnicos):
El cianuro que queda en las colas de las plantas de oro es potencialmente peligroso. Por lo tanto, algunas operaciones procesan las corrientes de desechos que contienen cianuro en una etapa de desintoxicación. Este paso reduce las concentraciones de estos compuestos de cianuro. El proceso con licencia 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 normalmente puede reducir las concentraciones de cianuro a menos de 50 mg/L, mientras que el proceso 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 lodos. El ácido de Caro, ácido peroxomonosulfúrico (H 2 SO 5 ), convierte el cianuro en cianato. Luego, el cianato se hidroliza a iones amonio y carbonato. El proceso ácido de Caro es capaz de lograr niveles de descarga de cianuro "disociable con ácido débil" (WAD) por debajo de 50 mg/L, que generalmente es adecuado para la descarga en relaves. El peróxido de hidrógeno y la cloración básica también se pueden usar para oxidar el cianuro, aunque estos enfoques Por lo general, este proceso sopla aire comprimido a través de los relaves mientras se agrega metabisulfito de sodio , que libera SO 2. Se agrega cal para mantener el pH en 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 los 10 ppm exigidos por la Directiva de Residuos Mineros de la UE. Este nivel se compara con los 66-81 ppm de cianuro libre y los 500-1000 ppm de cianuro total en el estanque de Baia Mare . 16] El cianuro libre restante se degrada en el estanque, mientras que los iones cianato se hidrolizan a amonio. Los estudios muestran que el cianuro residual atrapado en los relaves de las minas de oro provoca una liberación persistente de metales tóxicos (por ejemplo, mercurio) en los sistemas de aguas subterráneas y superficiales. [17] [18]
A pesar de usarse 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 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 a agua contaminada, pero los derrames de cianuro pueden tener un efecto devastador en los ríos, matando a veces todo lo que se encuentre a varios kilómetros río abajo. El cianuro pronto es eliminado de los sistemas fluviales y, mientras los organismos puedan migrar desde áreas no contaminadas río arriba, las áreas afectadas pronto podrán ser repobladas. 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 ni 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, el lago 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, entre ellos el tiosulfato (S 2 O 3 2− ), tiourea (SC(NH 2 ) 2 ), yodo/yoduro, amoníaco, mercurio líquido y alfaciclodextrina . Los desafíos incluyen el costo de los reactivos y la eficiencia de la recuperación de oro. La tiourea se ha implementado comercialmente para minerales que contienen estibina. [22] Otra alternativa más a la cianuración es la familia de lixiviantes a base de glicina . [23]
Los estados estadounidenses de Montana [24] y Wisconsin , [25] la República Checa , [26] Hungría , [27] han prohibido la minería con cianuro. La Comisión Europea rechazó una propuesta para tal prohibición, señalando que las regulaciones existentes (ver más abajo) brindan una protección ambiental y de salud adecuada. [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 (ver Protestas rumanas de 2013 contra el Proyecto Roșia Montană ).
En la UE, el uso industrial de productos químicos peligrosos está controlado por la llamada Directiva Seveso II (Directiva 96/82/CE, [29] que reemplazó a la Directiva Seveso original (82/501/CEE [30] introducida después de la de 1976). El desastre de dioxinas "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 sobre aguas subterráneas (Directiva 80/68/CEE) [31] , que prohíbe cualquier vertido de un tamaño que pueda causar daños. deterioro de la calidad de las aguas subterráneas en el momento o en el futuro. La Directiva sobre aguas subterráneas fue sustituida en gran medida en 2000 por la Directiva marco sobre el 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 podrán descargar desechos que contengan más de 10 ppm. Las minas construidas o autorizadas antes de esa fecha con cianuro WAD no pueden consumir más de 50 ppm inicialmente, cayendo a 25 ppm en 2013 y 10 ppm en 2018.
Según el artículo 14, las empresas también deben establecer garantías financieras para garantizar la limpieza una vez terminada la mina. Esto en particular puede afectar a las empresas más pequeñas que quieran construir minas de oro en la UE, ya que es menos probable que tengan la solidez 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 por parte de terceros de la gestión del cianuro de una empresa.
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