La lixiviación in situ (ISL), también llamada recuperación in situ (ISR) o minería en solución , es un proceso minero utilizado para recuperar minerales como el cobre y el uranio a través de pozos perforados en un depósito, in situ . La lixiviación in situ funciona disolviendo artificialmente minerales que se encuentran naturalmente en estado sólido .
El proceso implica inicialmente la perforación de pozos en el yacimiento de mineral . Se puede utilizar fracturación hidráulica o explosiva para crear vías abiertas en el yacimiento por donde pueda penetrar la solución. La solución de lixiviación se bombea al yacimiento donde entra en contacto con el mineral. La solución que contiene el contenido de mineral disuelto se bombea luego a la superficie y se procesa. Este proceso permite la extracción de metales y sales de un yacimiento de mineral sin la necesidad de minería convencional que implica perforación y voladura , minería a cielo abierto o minería subterránea .
La minería por lixiviación in situ implica el bombeo de un lixiviante hacia el cuerpo mineral a través de un pozo, que circula a través de la roca porosa disolviendo el mineral y se extrae a través de un segundo pozo .
El lixiviante varía según el yacimiento de mineral: en el caso de los yacimientos de sal, el lixiviado puede ser agua dulce en la que las sales se pueden disolver fácilmente. En el caso del cobre, generalmente se necesitan ácidos para mejorar la solubilidad de los minerales del mineral dentro de la solución. En el caso de los minerales de uranio, el lixiviante puede ser ácido o bicarbonato de sodio .
La lixiviación in situ se utiliza ampliamente para extraer depósitos de sales solubles en agua como potasa ( silvita y carnalita ), sal de roca (halita) , cloruro de sodio y sulfato de sodio . Se ha utilizado en el estado estadounidense de Colorado para extraer nacolita ( bicarbonato de sodio ). [1] La lixiviación in situ se utiliza a menudo para depósitos que son demasiado profundos o lechos demasiado delgados para la minería subterránea convencional .
La lixiviación in situ de uranio se ha expandido rápidamente desde la década de 1990 y ahora es el método predominante para la extracción de uranio, representando el 45 por ciento del uranio extraído en todo el mundo en 2012. [2]
A diferencia de la minería a cielo abierto y subterránea, la lixiviación in situ no depende de la profundidad del enterramiento como criterio, sino que se basa en las propiedades del depósito de uranio. Las técnicas de lixiviación in situ se clasifican sistemáticamente en función de los componentes primarios de la solución de lixiviación, y abarcan la lixiviación ácida, la lixiviación alcalina, la lixiviación neutra y la biolixiviación. [3]
La lixiviación ácida es aplicable a depósitos de uranio con bajo contenido de carbonato, donde el U(VI) se disuelve en una solución ácida mientras que el U(IV) se disuelve en una solución ácida con un agente oxidante; la lixiviación alcalina es eficaz para depósitos de uranio con alto contenido de carbonato, pero no es adecuada para depósitos con alto contenido de pirita, donde el U(VI) se disuelve en una solución alcalina mientras que el U(IV) se disuelve en una solución alcalina con un agente oxidante; la lixiviación neutra, que incluye la lixiviación con CO2-O2 y la lixiviación con ácido débil, es ampliamente aplicable; y la biolixiviación también es ampliamente aplicable, especialmente ideal para depósitos de uranio ricos en pirita. [3]
La extracción de minerales de uranio en el interior de las minas comenzó en Estados Unidos y la Unión Soviética a principios de los años 1960. La primera extracción de uranio en el interior de las minas en Estados Unidos se realizó en la cuenca Shirley , en el estado de Wyoming , que funcionó entre 1961 y 1970 utilizando ácido sulfúrico. Desde 1970, todas las minas de extracción de uranio en el interior de las minas a escala comercial en Estados Unidos han utilizado soluciones de carbonato . [4] [5]
La minería de ISL en Australia utiliza soluciones ácidas. [6]
La recuperación in situ implica la extracción de agua que contiene uranio (con una graduación tan baja como 0,05 %, o 500 ppm, U 3 O 8 ). La solución de uranio extraída se filtra a continuación a través de perlas de resina. [5] A través de un proceso de intercambio iónico, las perlas de resina atraen el uranio de la solución. Las resinas cargadas con uranio se transportan a continuación a una planta de procesamiento, donde se separa el U 3 O 8 de las perlas de resina y se produce torta amarilla . Las perlas de resina pueden devolverse a la instalación de intercambio iónico donde se reutilizan.
A fines de 2008, había cuatro [7] minas de uranio de lixiviación in situ en funcionamiento en los Estados Unidos , operadas por Cameco , Mestena y Uranium Resources, Inc., todas utilizando bicarbonato de sodio. ISL produce el 90 % del uranio extraído en los EE. UU. En 2010, Uranium Energy Corporation comenzó las operaciones de lixiviación in situ en su proyecto Palangana en el condado de Duval, Texas . En julio de 2012, Cameco retrasó el desarrollo de su proyecto Kintyre, debido a los desafíos económicos del proyecto basados en $45,00 U 3 O 8 . Un proyecto de recuperación de ISR también estaba en operación en 2009. [8]
En Kazajstán y Australia operan importantes minas de ISL .
Algunos ejemplos de minas de uranio in situ incluyen:
Existen tecnologías para la extracción asociada de renio a partir de soluciones productivas de lixiviación subterránea de minerales de uranio. [10]
Los chinos ya realizaban la lixiviación in situ del cobre en el año 907 d. C. y quizás incluso en el año 177 a. C. [4] El cobre se lixivia habitualmente con ácido ( ácido sulfúrico o ácido clorhídrico ) y luego se recupera de la solución mediante extracción electrolítica por solvente (SX-EW) o mediante precipitación química.
Los minerales más susceptibles de lixiviación incluyen los carbonatos de cobre malaquita y azurita , el óxido tenorita y el silicato crisocola . Otros minerales de cobre, como el óxido cuprita y el sulfuro calcocita, pueden requerir la adición de agentes oxidantes como sulfato férrico y oxígeno al lixiviado antes de que se disuelvan los minerales. Los minerales con los mayores contenidos de sulfuro, como la bornita y la calcopirita, requerirán más oxidantes y se disolverán más lentamente. A veces, la oxidación se acelera por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans , que se alimenta de compuestos de sulfuro.
La extracción de cobre mediante lixiviación por tajos se realiza a menudo mediante lixiviación por tajos , en la que el mineral de baja calidad quebrado se lixivia en una mina subterránea convencional actual o anterior. La lixiviación puede tener lugar en tajos rellenados o en áreas excavadas. En 1994, se informó de la lixiviación por tajos de cobre en 16 minas de los EE. UU.
En la mina San Manuel [11] en el estado de Arizona , Estados Unidos, se utilizó inicialmente el método de recuperación de ISL mediante la recolección subterránea de la solución resultante, pero en 1995 se convirtió en un método de recuperación de pozo a pozo, que fue la primera implementación a gran escala de ese método. Este método de pozo a pozo se ha propuesto para otros depósitos de cobre en Arizona.
La lixiviación in situ no se ha utilizado a escala comercial para la extracción de oro. En la década de 1970 se llevó a cabo un programa piloto de tres años para lixiviar in situ mineral de oro en la mina Ajax, en el distrito de Cripple Creek , en los EE.UU., utilizando una solución de cloruro y yoduro . Tras obtener malos resultados, tal vez debido a la complejidad del mineral telururo , la prueba se suspendió. [12]
Según la Organización Nuclear Mundial:
En los Estados Unidos, la legislación exige que se restablezca la calidad del agua del acuífero afectado para permitir su uso anterior a la explotación minera. Por lo general, se trata de agua potable o agua de almacenamiento (normalmente con menos de 500 ppm de sólidos disueltos totales) y, si bien no es posible recuperar todas las características químicas que tenía antes de la explotación minera, el agua debe poder utilizarse para los mismos fines que antes. A menudo, es necesario tratarla por ósmosis inversa, lo que genera un problema a la hora de desechar la corriente de salmuera concentrada que se genera a partir de ella.
En las operaciones de extracción de uranio de ISL se aplican las medidas de protección habituales contra la radiación, a pesar de que la mayor parte de la radiactividad del yacimiento se mantiene muy bajo tierra y, por lo tanto, hay un aumento mínimo de la liberación de radón y no hay polvo de mineral. Se controla a los empleados para detectar la contaminación por radiación alfa y se utilizan dosímetros personales para medir la exposición a la radiación gamma. Se realizan controles rutinarios de la contaminación del aire, el polvo y la superficie. [13]
Las ventajas de esta tecnología son:
Una vez finalizada una operación de lixiviación in situ, los lodos residuales producidos deben eliminarse de forma segura y el acuífero, contaminado por las actividades de lixiviación, debe restaurarse. La restauración de las aguas subterráneas es un proceso muy tedioso que aún no se comprende por completo. [ cita requerida ]
Los mejores resultados se han obtenido con el siguiente esquema de tratamiento, que consta de una serie de pasos diferentes: [14] [15]
Pero, incluso con este esquema de tratamiento, varios problemas siguen sin resolverse: [ cita requerida ]
La mayoría de los experimentos de restauración de los que se ha informado se refieren al esquema de lixiviación alcalina, ya que este esquema es el único utilizado en las operaciones comerciales in situ del mundo occidental. Por lo tanto, casi no existe experiencia con la restauración de aguas subterráneas después de la lixiviación in situ ácida, el esquema que se aplicó en la mayoría de los casos en Europa del Este. El único sitio de lixiviación in situ occidental restaurado después de la lixiviación con ácido sulfúrico hasta ahora es la pequeña instalación piloto Nine Mile Lake cerca de Casper, Wyoming (EE. UU.). Por lo tanto, los resultados no se pueden transferir simplemente a instalaciones a escala de producción. El esquema de restauración aplicado incluyó los dos primeros pasos mencionados anteriormente. Resultó que se tuvo que bombear un volumen de agua de más de 20 veces el volumen de poros de la zona de lixiviación, y aún así varios parámetros no alcanzaron los niveles de fondo. Además, la restauración requirió aproximadamente el mismo tiempo que el utilizado para el período de lixiviación. [16] [17]
En los Estados Unidos, los sitios de Pawnee, Lamprecht y Zamzow ISL en Texas se restauraron utilizando los pasos 1 y 2 del esquema de tratamiento mencionado anteriormente. [18] Se han otorgado estándares de restauración de aguas subterráneas más flexibles en estos y otros sitios, ya que no se pudieron cumplir los criterios de restauración. [ cita requerida ]
Un estudio publicado por el Servicio Geológico de Estados Unidos en 2009 concluyó que "hasta la fecha, ninguna operación de remediación de ISR en Estados Unidos ha logrado devolver el acuífero a sus condiciones iniciales". [19]
Las condiciones de referencia incluyen cantidades comerciales de U 3 O 8 radiactivo . La recuperación in situ eficiente reduce los valores de U 3 O 8 del acuífero. En su intervención en un taller de la EPA Región 8, el 29 de septiembre de 2010, Ardyth Simmons, PhD, Laboratorio Nacional de Los Álamos ( Los Álamos, NM ) sobre el tema "Establecimiento de valores de referencia y comparación con los valores de restauración en los sitios de recuperación in situ de uranio", afirmó: "Estos resultados indicaron que puede ser poco realista que las operaciones de ISR restauren los acuíferos a la media, porque en algunos casos, esto significa que tendría que haber menos uranio presente que antes de la minería. La búsqueda de concentraciones más conservadoras da como resultado una cantidad considerable de uso de agua, y muchos de estos acuíferos no eran adecuados para el agua potable antes de que se iniciara la minería". [20]
La EPA está considerando la necesidad de actualizar las normas de protección ambiental para la minería de uranio porque las regulaciones actuales, promulgadas en respuesta a la Ley de Control de Radiación de Residuos de Molienda de Uranio de 1978, no abordan el proceso relativamente reciente de lixiviación in situ (ISL) de uranio de los yacimientos de mineral subterráneos. En una carta de febrero de 2012, la EPA afirma: "Debido a que el proceso de ISL afecta la calidad del agua subterránea, la Oficina de Radiación y Aire Interior de la EPA solicitó asesoramiento al Consejo Asesor Científico (SAB) sobre cuestiones relacionadas con el diseño e implementación del monitoreo de las aguas subterráneas en los sitios de minería de ISL".
El SAB formula recomendaciones sobre el monitoreo para caracterizar la calidad de referencia del agua subterránea antes del inicio de las operaciones mineras, el monitoreo para detectar cualquier desviación de lixiviación durante la minería y el monitoreo para determinar cuándo se ha estabilizado la calidad del agua subterránea después de que se hayan completado las operaciones mineras. El SAB también analiza las ventajas y desventajas de las técnicas estadísticas alternativas para determinar si la calidad del agua subterránea después de la operación ha regresado a condiciones cercanas a las anteriores a la minería y si se puede predecir que la operación de la mina no afectará negativamente la calidad del agua subterránea después de la aceptación del cierre del sitio. [21]