La lixiviación en pilas es un proceso minero industrial que se utiliza para extraer metales preciosos , cobre , uranio y otros compuestos del mineral mediante una serie de reacciones químicas que absorben minerales específicos y los vuelven a separar después de su división de otros materiales terrestres. De manera similar a la minería in situ , la minería de lixiviación en pilas se diferencia en que coloca el mineral en un revestimiento y luego agrega los productos químicos al mineral mediante sistemas de goteo, mientras que la minería in situ carece de estos revestimientos y extrae la solución cargada hacia arriba para obtener los minerales. La lixiviación en pilas se utiliza ampliamente en las operaciones mineras modernas a gran escala, ya que produce los concentrados deseados a un costo menor en comparación con los métodos de procesamiento convencionales como la flotación, la agitación y la lixiviación en tinas. [1]
Además, la lixiviación en botadero es una parte esencial de la mayoría de las operaciones mineras de cobre y determina el grado de calidad del material producido junto con otros factores.
Debido a la rentabilidad que la lixiviación en vertedero tiene sobre el proceso minero, es decir, puede contribuir sustancialmente a la viabilidad económica del proceso minero, es ventajoso incluir los resultados de la operación de lixiviación en la evaluación económica general del proyecto. [2]
El proceso tiene orígenes antiguos; Uno de los métodos clásicos para la fabricación de copperas (sulfato de hierro) era amontonar pirita de hierro y recoger el lixiviado del montón, que luego se hervía con hierro para producir sulfato de hierro (II) . [3]
El mineral extraído generalmente se tritura en pequeños trozos y se amontona sobre una plataforma de lixiviación revestida de arcilla o plástico impermeable, donde se puede irrigar con una solución de lixiviación para disolver los metales valiosos. Si bien ocasionalmente se utilizan aspersores para el riego, con mayor frecuencia las operaciones utilizan riego por goteo para minimizar la evaporación , proporcionar una distribución más uniforme de la solución de lixiviación y evitar dañar el mineral expuesto. Luego, la solución se filtra a través del montón y lixivia tanto el objetivo como otros minerales. Este proceso, llamado "ciclo de lixiviación", generalmente dura desde uno o dos meses para los minerales de óxidos simples (por ejemplo, la mayoría de los minerales de oro) hasta dos años para los minerales de laterita de níquel . Luego se recolecta la solución de lixiviación que contiene los minerales disueltos, se trata en una planta de proceso para recuperar el mineral objetivo y, en algunos casos, precipitar otros minerales, y se recicla a la pila después de ajustar los niveles de reactivo. La recuperación final del mineral objetivo puede variar desde el 30% de los minerales de cobre sulfurados de lixiviación contenidos en el vertedero de la mina hasta más del 90% para los minerales que son más fáciles de lixiviar, algunos minerales de oro oxidado.
Las cuestiones esenciales a abordar durante el proceso de lixiviación en pilas son: [4]
En los últimos años, la adición de un tambor de aglomeración ha mejorado el proceso de lixiviación en pilas al permitir una lixiviación más eficiente. El aglomerador de tambor giratorio funciona tomando los finos del mineral triturado y aglomerándolos en partículas más uniformes. Esto hace que sea mucho más fácil que la solución lixiviante se filtre a través de la pila, abriéndose camino a través de los canales entre las partículas.
La adición de un tambor de aglomeración también tiene el beneficio adicional de poder premezclar la solución de lixiviación con los finos del mineral para lograr una mezcla más concentrada y homogénea y permitir que la lixiviación comience antes de la pila. [5]
Aunque el diseño de lixiviación en pilas ha logrado avances significativos en los últimos años mediante el uso de nuevos materiales y herramientas analíticas mejoradas, la experiencia industrial muestra que existen importantes beneficios al extender el proceso de diseño más allá del revestimiento y dentro del propio montón de rocas. La caracterización de las propiedades físicas e hidráulicas (hidrodinámicas) del mineral para lixiviación se centra en la medición directa de las propiedades clave del mineral, a saber:
Los análisis teóricos y numéricos y los datos operativos muestran que estos mecanismos fundamentales están controlados por la escala, la dimensionalidad y la heterogeneidad, todo lo cual afecta negativamente la escalabilidad de las propiedades metalúrgicas e hidrodinámicas desde el laboratorio hasta el campo. La desestimación de estos mecanismos puede resultar en una serie de problemas prácticos y financieros que resonarán durante toda la vida útil del montón y afectarán el rendimiento financiero de la operación. A través de procedimientos que van más allá de las pruebas metalúrgicas comúnmente empleadas y la integración de datos obtenidos mediante monitoreo 3D en tiempo real, se obtiene una caracterización representativa más completa de las propiedades fisicoquímicas del entorno del montón. Esta comprensión mejorada da como resultado un grado significativamente mayor de precisión en términos de crear una muestra verdaderamente representativa del entorno dentro del montón. [6]
Al adherirse a la caracterización identificada anteriormente, se puede obtener una visión más integral de los entornos de lixiviación en pilas, lo que permitirá a la industria alejarse del enfoque de caja negra de facto hacia un modelo de reactor industrial fisicoquímicamente inclusivo.
El mineral triturado se riega con una solución diluida de cianuro alcalino . La solución que contiene los metales preciosos disueltos en una solución preñada continúa percolándose a través del mineral triturado hasta que llega al revestimiento en el fondo del montón donde drena hacia un estanque de almacenamiento (solución preñada). Después de separar los metales preciosos de la solución impregnada, la solución diluida de cianuro (ahora llamada "solución estéril") normalmente se reutiliza en el proceso de lixiviación en pilas o ocasionalmente se envía a una instalación de tratamiento de agua industrial donde se trata el cianuro residual y Se eliminan los metales residuales. En zonas con precipitaciones muy elevadas, como los trópicos, en algunos casos hay excedentes de agua que luego se vierten al medio ambiente, después del tratamiento, lo que plantea una posible contaminación del agua si el tratamiento no se realiza adecuadamente. [ cita necesaria ]
La producción de un anillo de oro mediante este método puede generar 20 toneladas de material de desecho. [7]
Durante la fase de extracción, los iones de oro forman iones complejos con el cianuro:
La recuperación del oro se logra fácilmente mediante una reacción redox :
Los métodos más comunes para eliminar el oro de la solución son el uso de carbón activado para absorberlo selectivamente o el proceso Merrill-Crowe en el que se agrega polvo de zinc para provocar una precipitación de oro y zinc. El producto fino puede ser doré (barras de oro y plata) o lodo de zinc y oro que luego se refina en otro lugar.
El método es similar al método del cianuro anterior, excepto que se usa ácido sulfúrico para disolver el cobre de sus minerales. El ácido se recicla del circuito de extracción por solvente (ver extracción por solvente-electroobtención , SX/EW) y se reutiliza en la plataforma de lixiviación. Un subproducto es el sulfato de hierro (II) , la jarosita , que se produce como subproducto de la lixiviación de pirita y, a veces, incluso el mismo ácido sulfúrico que se necesita para el proceso. Tanto los minerales de óxido como los de sulfuro se pueden lixiviar, aunque los ciclos de lixiviación son muy diferentes y la lixiviación de sulfuro requiere un componente bacteriano o de biolixiviación.
En 2011 la lixiviación, tanto en pilas como in situ , produjo 3,4 millones de toneladas métricas de cobre, el 22 por ciento de la producción mundial. [8] Las mayores operaciones de lixiviación en pilas de cobre se encuentran en Chile, Perú y el suroeste de Estados Unidos.
Aunque la lixiviación en pilas es un proceso de bajo costo, normalmente tiene tasas de recuperación del 60-70%. Normalmente es más rentable con minerales de baja ley. Los minerales de mayor ley generalmente se someten a procesos de molienda más complejos donde las mayores recuperaciones justifican el costo adicional. El proceso elegido depende de las propiedades del mineral.
El producto final es cobre catódico.
Este método es un método de lixiviación ácida en pilas como el método del cobre, ya que utiliza ácido sulfúrico en lugar de una solución de cianuro para disolver los minerales objetivo del mineral triturado. La cantidad de ácido sulfúrico necesaria es mucho mayor que la de los minerales de cobre, hasta 1.000 kg de ácido por tonelada de mineral, pero 500 kg es más común. El método fue patentado originalmente por la minera australiana BHP y está siendo comercializado por Cerro Matoso en Colombia, una subsidiaria de propiedad total de BHP; Vale en Brasil; y níquel europeo para los depósitos de laterita de Turquía, la mina de Talvivaara en Finlandia, los Balcanes y Filipinas. Actualmente no hay operaciones operativas de lixiviación en pilas de laterita de níquel a escala comercial, pero hay una HL de sulfuro operando en Finlandia.
La recuperación del níquel a partir de las soluciones de lixiviación es mucho más compleja que la del cobre y requiere varias etapas de eliminación del hierro y el magnesio, y el proceso produce tanto residuos del mineral lixiviado ("ripios") como precipitados químicos de la planta de recuperación (principalmente residuos de óxido de hierro, magnesio sulfato y sulfato de calcio ) en proporciones aproximadamente iguales. Por lo tanto, una característica única de la lixiviación en pilas de níquel es la necesidad de un área de eliminación de relaves.
El producto final puede ser precipitados de hidróxido de níquel (NHP) o precipitados de hidróxido metálico mixto (MHP), que luego se someten a fundición convencional para producir níquel metálico.
Similar a la lixiviación en pilas de óxido de cobre, también utilizando ácido sulfúrico diluido. Rio Tinto está comercializando esta tecnología en Namibia y Australia ; la empresa francesa de combustible nuclear Orano , en Níger con dos minas y en Namibia; y varias otras empresas están estudiando su viabilidad.
El producto final es torta amarilla y requiere un procesamiento adicional significativo para producir alimento de grado combustible.
Si bien la mayoría de las empresas mineras han pasado de un método de aspersión previamente aceptado a la filtración de sustancias químicas seleccionadas que gotean lentamente, incluido el cianuro o el ácido sulfúrico, más cerca del lecho mineral real, [9] las plataformas de lixiviación en pilas no han cambiado demasiado a lo largo de los años. Todavía existen cuatro categorías principales de plataformas: convencionales, de lixiviación por descarga, de relleno de valles y de encendido/apagado. [10] Por lo general, cada almohadilla solo tiene un único revestimiento de geomembrana para cada almohadilla, con un espesor mínimo de 1,5 mm, generalmente más grueso.
Las plataformas convencionales, de diseño más simple, se utilizan en áreas mayoritariamente planas o suaves y contienen capas más delgadas de mineral triturado. Las plataformas de lixiviación de descarga contienen más mineral y generalmente pueden manejar un terreno menos plano. Los rellenos de valle son plataformas situadas en los fondos o niveles de los valles que pueden contener todo lo que cae en ellos. Las almohadillas de encendido/apagado implican colocar cargas significativamente mayores sobre las almohadillas y quitarlas y recargarlas después de cada ciclo.
Muchas de estas minas, que anteriormente tenían profundidades de excavación de unos 15 metros, están excavando más que nunca para extraer materiales, aproximadamente 50 metros, a veces más, lo que significa que, para acomodar todo el terreno que se desplaza, las plataformas tendrán que sostener pesos más altos debido a que hay más mineral triturado en un área más pequeña (Lupo 2010). [11] Con ese aumento en la acumulación existe la posibilidad de una disminución en el rendimiento o la calidad del mineral, así como posibles puntos débiles en el revestimiento o áreas de mayor acumulación de presión. Esta acumulación todavía tiene el potencial de provocar pinchazos en el revestimiento. En 2004, las telas para cojines, que podrían reducir posibles pinchazos y fugas, todavía estaban en debate debido a su tendencia a aumentar los riesgos si se colocaba demasiado peso sobre una superficie demasiado grande sobre el cojín (Thiel y Smith 2004). [12] Además, algunos revestimientos, dependiendo de su composición, pueden reaccionar con las sales del suelo y con el ácido de la lixiviación química para afectar el éxito del revestimiento. Esto puede amplificarse con el tiempo. [ cita necesaria ]
La minería de lixiviación en pilas funciona bien para grandes volúmenes de minerales de baja ley, ya que se requiere un tratamiento metalúrgico reducido (trituración) del mineral para extraer una cantidad equivalente de minerales en comparación con la molienda. Los costes de procesamiento significativamente reducidos se compensan con el rendimiento reducido, que suele rondar el 60-70%. La cantidad de impacto ambiental general causado por la lixiviación en pilas suele ser menor que la de las técnicas más tradicionales. [ cita necesaria ] También requiere menos consumo de energía para utilizar este método, que muchos consideran una alternativa ambiental.
En Estados Unidos, la Ley General de Minería de 1872 otorgó derechos para explorar y explotar tierras de dominio público ; la ley original no requería recuperación posterior a la minería (Woody et al. 2011). Los requisitos de recuperación de tierras minadas en tierras federales dependían de los requisitos estatales hasta la aprobación de la Ley Federal de Política y Gestión de Tierras en 1976. Actualmente, la minería en tierras federales debe tener un plan de minería y recuperación aprobado por el gobierno antes de que pueda comenzar la minería. Se requieren bonos de recuperación. [13] La minería en terrenos federales, estatales o privados está sujeta a los requisitos de la Ley de Aire Limpio y la Ley de Agua Limpia .
Una solución propuesta a los problemas de recuperación es la privatización de la tierra que se va a extraer (Woody et al. 2011).
Con el ascenso del movimiento ambientalista también se produjo un mayor aprecio por la justicia social, y la minería ha mostrado tendencias similares últimamente. Las sociedades ubicadas cerca de posibles sitios mineros corren un mayor riesgo de ser sometidas a injusticias, ya que su entorno se ve afectado por los cambios realizados en las tierras minadas (ya sean públicas o privadas) que eventualmente podrían conducir a problemas en la estructura social, la identidad y la salud física (Franks 2009). [14] Muchos [ ¿quiénes? ] han argumentado que al circular el poder de las minas entre los ciudadanos locales, este desacuerdo puede aliviarse, ya que ambos grupos de interés tendrían voz y entendimiento compartidos e iguales en objetivos futuros. Sin embargo, a menudo resulta difícil hacer coincidir los intereses mineros corporativos con los intereses sociales locales, y el dinero suele ser un factor decisivo en el éxito de cualquier desacuerdo. Si las comunidades pueden sentir que tienen una comprensión y un poder válidos en cuestiones relacionadas con su medio ambiente y su sociedad local, es más probable que toleren y fomenten los beneficios positivos que conlleva la minería, así como que promuevan de manera más efectiva métodos alternativos para la lixiviación en pilas. minería utilizando su profundo conocimiento de la geografía local (Franks 2009).
